1-Wire für Fensterkontakte?

[henfri]

Bei FK gibt es jedoch zwei Dinge "on top" zu beachten:
- Abfragespannung/Strom, um Verschleiss der Reeds zu vermeiden: der 6I/O ist absolut dafür optimiert, 5V und wenige uA
- Leitungslängen: die meisten BE sind (korrekterweise) mit recht wenig Metern spezifiziert, weil es sonst schnell mögliche Störungen gibt; das spricht für die dez. Lösung (egal welche, ob KNX oder 1w) - sonst muss man mit massig Strom&Spannung die Reeds zwangsweise braten. Mir sind schon zwei meiner (schwer austauschbaren) in 3J gestorben weil ich es damals nicht geglaubt (24V druff, gut ists: nee, geht zwar, aber nicht lang/ewig)
Im Rückblick würde diesen Fehler nicht mehr wiederholen, der Austausch eines Reed-Kontaktes kostet mich 5.- EUR Material aber gefühlt nochmal 50.- EUR Freizeit

Das sehe ich ganz genau so. Wenn durch den Einsatz des Multi-IO auch nur ein Reed NICHT kaputt geht, haben sich alle Multi-IOs gelohnt.

Beim Griesser liegen 12V an. Maximale Kabellänge=100m.
Die Länge sollte reichen. Aber was ist mit der Spannung?

Daher sehe ich das heute für FK/Wassermelder u.ä. anders: die Abfragezeit/Verzögerung spielt da keine grosse Rolle (wir sprechen über 1-2 sek. max.)

Meine Rede ;-)


Gruß,
Hendrik

[StefanW]

Bei FK gibt es jedoch zwei Dinge "on top" zu beachten:
- Abfragespannung/Strom, um Verschleiss der Reeds zu vermeiden: der 6I/O ist absolut dafür optimiert, 5V und wenige uA

Jep, ca 100 uA.

- Leitungslängen: die meisten BE sind (korrekterweise) mit recht wenig Metern spezifiziert, weil es sonst schnell mögliche Störungen gibt; das spricht für die dez. Lösung (egal welche, ob KNX oder 1w) - sonst muss man mit massig Strom&Spannung die Reeds zwangsweise braten.

Ja, aber nicht nur um die Störungen geht es, sondern auch um zwei physikalische Probleme:

Die Kontakte werden letztlich durch Materialwanderung zerstört. Diese Materialwanderung ergibt sich durch kurzzeitige Vorgänge beim Ein- und beim Ausschalten eines Kontaktes.


Hier sind die beiden Fälle zu unterscheiden:

Einschalten: Insofern durch das Schließen des Kontaktes ein Stromkreis geschlossen wird, können sich große Ströme durch Ladung bzw. Entladung von Kondensatoren ergeben.

Neben der Auswerteschaltung selbst können sich solche Kondensatoren insbesondere durch die Leitung ergeben. Je länger diese Leitung ist, desto größer ist diese - an sich unerwünschte - parasitäre Kapazität. Insofern dann noch ein Leitungsschirm auf Masse aufgelegt ist, wird diese Kapazität noch höher.

Die beim Einschalten kurzzeitig fließenden hohen Ströme können die Kontakte belasten und die Lebensdauer kürzen.

Wir haben zwar den Strom bei GESCHLOSSENEM Kontakt auf 100 uA bei 5 V limitiert (und da sollten die geschlossenen Kontakte auch keinen Schaden nehmen), allerdings wenn dann eine lange Leitung mit entsprechend hoher Kapazität dran hängt, dann kann die im elektrischen Feld des parasitären Leitungskondensators gespeicherte Ladung für kurze Zeit zu einen deutlich höheren Strom führen.

Bei höheren Abfragespannungen von 12 oder gar 24 V sind diese Entladeströme entsprechend höher, weil die Ladungsmenge linear zur Spannung steigt.

==> Verringern lassen sich diese Ströme eigentlich nur durch geringe Spannung (was wir tun) und durch entsprechende Widerstände, d.h. es wäre zu überlegen, direkt am Reed-Kontakt einen Serienwiderstand von einigen hundert Ohm anzulöten.


Ausschalten: Beim Ausschalten wird es ganz dramatisch, weil hier kommt es zu sehr hohen Spannungen durch die - wiederum unerwünschte - parasitäre Induktivität der Leitung.

In dieser Induktivität ist Energie in einem magnetischen Feld gespeichert. Beim Abschalten der Spannungszufuhr zu einer Induktivität versucht diese das Feld aufrecht zu erhalten und es entsteht eine Selbstinduktionsspannung, die umso größer ist, je höher die Induktivität ist (und noch ein paar Parameter) und je schneller der Abschaltvorgang erfolgt. Dieser ist bei Reeds "leider" sehr sehr schnell.

Hierdurch können sehr hohe Spannungen - bis ein paar hundert Volt - entstehen die die anfänglich geringe "Luftstrecke" (bei Reeds ist es oft keine Luft sondern das Glasröhrchen ist mit einem Schutzgas gefüllt) durchschlagen können, was einen Lichtbogen erzeugt, der die Kontakte belastet.

Hier gilt, je länger die Leitung und je höher die Spannung, desto mehr Energie ist in diesem magnetischen Feld gespeichert und damit ist auch der Schaden am Kontakt höher.

==> Darum sind kurze Leitungen sehr sehr hilfreich. Die Varistoren auf unseren Eingängen helfen diese Überspannungen zu reduzieren, allerdings werden diese - hinsichtlich des Reed-Kontaktes - bei längeren Leitungen weniger wirksam (soll heißen sie schützen dann die Schaltung aber nicht mehr den Kontakt). Daher wären Maßnahmen zur Funkenlöschung direkt am Reed hilfreich, z.B. durch eine antiparallel geschaltete Freilaufdiode.

Fazit: Wir tun bei der Auslegung der Schaltung durch geringe Spannungen und Ströme sowie Varistoren an IOs die für FK geeignet sind, alles was wir daran tun können, aber für die physikalischen Effekte am Reedkontakt durch parasitäre Kapazitäten und Induktivitäten können wir weiter nichts tun, als kurze Leitungen zu empfehlen und ggfls. eine Schutzbeschaltung am Reed selbst (ich müsste das mal mit einem Ingenieur eines Reed-Herstellers besprechen).


LG

Stefan

[henfri]

Hallo,

wow. Hast du dich mit der Materie beschäftigt? ;-)

Im Ernst: Danke für die Erklärung.

Nun, der Plan A (Griesser) hat 12V. Strom: Keine Ahnung....

Ich habe hier eine interessante Seite zu Reeds gefunden:
Reed Switch - Reed Switch Info

Da gibt's diese Graphik:

In Eurer Variante wären demnach 1E9 Zyklen möglich. Bei der Griesser-Version (10V) 1-2E8, also faktor 5-10 weniger.

Aber: 1E9 ist viel. Ich glaube, die Fenster-Beschläge schaffen weniger ;-)
Deshalb wundert mich, dass Makki Ausfälle zu beklagen hatte. Vielleicht hatte es mit der Spannung nix zu tun.

Ich tendiere momentan zur 1w Lösung. Aber die Griesser Lösung gefällt mir hinsichtlich der Nachhaltigkeit (was ist, wenn ich mich mal nicht mehr um die Anlage kümmern kann) besser...

Gruß,
Hendrik

[Chris M.]

Ich dachte hier im Forum gelesen zu haben, dass die Griesser mit gepulsten Spannungen arbeiten, was die Thematik ja auch deutlich entschärfen kann.

Aber, sicherheitshalber habe ich mal nachgemessen. Mein Multimeter(!) spricht von 15 V DC und einem nicht messbaren Strom...
Ein Oszi zur genauen Messung habe ich leider nicht.

Im übrigen ist es auch noch entscheiden, was für Reed-Kontakte verbaut sind. Die sind durchaus für unterschiedliche Spannungen und Ströme ausgelegt.

[makki]

Die Leitungslänge ist es auch, wie Stefan schon schrieb, egal mit welcher Spannung/Strom/gepulsed abgefragt wird (er wollte es mir heute erklären aber ich hatte 100h Arbeit vor mir und würde es eh nicht nachhaltig verstehen )
Was ich verstehe: 10-20m Leitung an 24V-Binäreingängen: nicht gut, garnicht gut! 0,5-1m & 5V: besser, viel besser für die Reeds! (irgendwer hatte hier im Forum vor langer Zeit mal nen sehr guten Artikel dazu geschrieben, aber ich finds nicht mehr)
-> Heute weiss ich wenigstens, warum die Hersteller alle die Leitungslängen begrenzen! Man lernt ja dazu..

@Chris: Klar gibts "bessere" Reeds aber die muss man erstmal bekommen, 50 vs. 5 EUR; man muss ja schon froh sein, wenn man für seine Fenster überhaupt sowas in ordentlich bekommt.. (siehe diverse Roto u.ä. Threads hier)

Makki

[StefanW]

Was ich verstehe:

10 - 20 m Leitung an 24 V - Binäreingängen: nicht gut, gar nicht gut!

0,5 - 1 m & 5 V: besser, viel besser für die Reeds!

Genau! Perfekte Zusammenfassung. Niedriger Strom wäre auch noch wichtig, weil:

- Niedrige Spannung führt beim Schließen des Kontaktes zu niedrigeren Strömen (aus dem Leitungskondensator.

- Aber ein niedriger Strom führt beim Öffnen des Kontaktes zu einer geringeren Selbstinduktionsspannung durch den Induktivitätsbelag der Leitung.


Somit: Eine geringe Spannung und ein geringer Strom durch die Auswerteschaltung ist die eine Hälfte der Miete, die andere Hälfte jedoch sind kurze Leitungen um kapazitive und induktive Effekte - die eine sehr erhebliche Verkürzung der Lebensdauer bewirken - zu vermeiden.


@Hendrik:

Die Lebensdauerangaben der Reed-Hersteller beziehen sich auf ohmsche Lasten (an kurzer Leitung).

Um das mal hinsichtlich des Einschaltens zu skizzieren:

- Leitung: Normale Fernmeldeleitung J-Y(ST)Y mit 0.6 mm Durchmesser (100 nF/km).

- Bei einer Länge von 20 m und einer Spannung von 24 V beträgt die im elektrischen Feld gespeicherte Energie der Leitung um die 48 nC (nano Coloumb) bei einer Kapazität von 2 nF. Der Entladestrom aus diesem Leitungskondensator beträgt 1 ns (eine nanosekunde) nach dem Schließen 13 A und bei 10 ns sind es noch 310 mA !!!

- Dagegen bei einer Länge von 2 m und einer Spannung von 5 V beträgt die im elektrischen Feld der Leitung gespeicherte Energie nur etwa 1 nC (C=200 pF). Der reine Entladestrom aus dem Leitungskondensator beträgt 1 ns nach dem Schließen 3 nA - also nichts (plus die 500 uA des Stromes aus unserem IO).

Für die Physiker und Elektro-Techniker unter Euch: Mir ist bewusst, dass dies theoretische Berechnungen sind die so nicht ganz eintreten werden, da die elektrische Welle des Entladestroms sich nicht in 1 ns über den 20 m langen Leitungskondensator ausbreiten kann, skizziert jedoch trotzdem anschaulich die physikalischen Effekte und die Kontaktbelastung. Meder gibt an, dass die Lebensdauer von Reeds bereits bei 50 pF (das ist gerade mal ein halber Meter Leitung) und 50 V bereits nachhaltig beeinflusst wird (das ist eine Energie von 2,5 nC).

Die Lebensdauer von Reed-Kontakten bestimmt sich danach, was in den ersten 50 ns nach dem Schaltvorgang passiert, daher diese Betrachtung.


Hendrik, Wie lange möchtest Du Deine Leitungen von den FK ziehen?


LG

Stefan

[tofele]

Ich bin dabei meine Elektroplanung auf die Beine zu stellen, inklusive 1-Wire Verdrahtung und aller IO Module für die Kontakte. Ich habe optimiert und bisher manche Leitungen quer über den Raum (oder das Geschoss) gezogen um die IO Module (und die 2 Ports der Multisensoren) möglichst voll zu belegen. Nach der Lektüre hier werde ich wohl ein paar IO Module mehr einplanen, möglichst nahe bei den Kontakten, auch wenn nicht alle voll belegt sind. Das kommt vermutlich billiger als später die Kontakte austauschen zu müssen ...

Die Multisensoren kämen so z.T. nahe zum Fenster, da bin ich mir nicht sicher ob das gut ist. Da verlege ich diese wohl näher zur Zimmertüre und schliesse dort die Türkontakte an ...

Super, das nimmt langsam konkrete Formen an ;-)

- Tom

[StefanW]

Nach der Lektüre hier werde ich wohl ein paar IO Module mehr einplanen, möglichst nahe bei den Kontakten, auch wenn nicht alle voll belegt sind. Das kommt vermutlich billiger als später die Kontakte austauschen zu müssen ...

Richtig. Nicht dass die Reeds jetzt soviel kosten, aber es nervt tierisch, weil oft fest im Fenster eingebaut, diese zu tauschen und davor falsche Meldungen zu ertragen.

Ansich sind die Reeds tolle Kontakte, aber die extrem schnelle Schaltgeschwindigkeit führt leider zu Blitz und Donner auf den Kontakten bei nicht ohmschen Lasten und die geringe Kontaktkraft begünstigt verkleben.

Eigentlich müsste man Hallsensoren einbauen, die haben nichts mechanisches mehr und damit keine Materialwanderung auf den Kontakten bei Schaltvorgängen.

LG

Stefan

[Bodo]

Eigentlich müsste man Hallsensoren einbauen, die haben nichts mechanisches mehr und damit keine Materialwanderung auf den Kontakten bei Schaltvorgängen.

Hoi Stefan

Also Du hast wirklich gute Ideen. Die Dinger werden in der Automobilindustrie in nicht unerheblichen Zahlen verbaut.

Wann dürfen wir mit dem Turbofensterkontakt von der Elaborated Networks GmbH rechnen?

[Tessi]

Die Dinger werden in der Automobilindustrie in nicht unerheblichen Zahlen verbaut.

Ja, aus gutem Grund, aber leider kein Vorteil ohne Schattenseite: Die Sensoren brauchen eine zusätzliche Stromversorgung - teilweise mit stabilisierter Spannung - und konsumieren je nach Typ schon mal 10mA oder auch mehr...

[henfri]

Hallo,

- Bei einer Länge von 20 m und einer Spannung von 24 V beträgt die im elektrischen Feld gespeicherte Energie der Leitung um die 48 nC (nano Coloumb) bei einer Kapazität von 2 nF. Der Entladestrom aus diesem Leitungskondensator beträgt 1 ns (eine nanosekunde) nach dem Schließen 13 A und bei 10 ns sind es noch 310 mA !!!

- Dagegen bei einer Länge von 2 m und einer Spannung von 5 V beträgt die im elektrischen Feld der Leitung gespeicherte Energie nur etwa 1 nC (C=200 pF). Der reine Entladestrom aus dem Leitungskondensator beträgt 1 ns nach dem Schließen 3 nA - also nichts (plus die 500 uA des Stromes aus unserem IO).

Danke für die Erklärung. Aber die Physik Klasse 8 ist zu lange her.
Kapazität/gepeicherte Energie sind offensichtlich linear. Aber warum ist der Strom so nichtlinear (48nC --> 13A, 1nC --> 3nA)?

Hendrik, Wie lange möchtest Du Deine Leitungen von den FK ziehen?

Wollen: 2m ;-)
Aber wenn ich die vorhandenen Griesser nutze, dann werden es wohl ca. 15m sein, wenn ich eine UV verwende (unwahrscheinlich) oder 25m, wenn ich keine verwende.
Die Spannung beträgt 12V.

Aber alleine wg. dem tollen Support (und weil ich mich anfangs für diese Lösung so stark gemacht habe) müsste ich eigentlich die WG Lösung wählen ;-) (Aber auch so wird die Bestellung wohl 800€ übersteigen...)

Gruß,
Hendrik

[Chris M.]

@Chris: Klar gibts "bessere" Reeds aber die muss man erstmal bekommen, 50 vs. 5 EUR; man muss ja schon froh sein, wenn man für seine Fenster überhaupt sowas in ordentlich bekommt.. (siehe diverse Roto u.ä. Threads hier)

Und das der Fensterbauer nicht zu dumm ist um den Unterschied zwischen Verschluss- und Öffnungsüberwachung zu verstehen - selbst nach mehreren Erklärungen...

Meine von Sigenia Aubi halten laut Datenblatt 10 Watt Kontaktbelastung, max. 100 V DC Schaltgleichspannung und max. 0,5 A Schaltgleichstrom aus.
Nun hoffe ich einfach auf ein möglichst langes Leben am Griesser

PS: Mit Halls im Automobil kenne ich mich z.Zt. ziemlich gut aus. Und es ist richtig, dass dafür ein Strom fließen muss - d.h. die Teile zwingend einen Standby-Verlust erzeugen.
Interessant wäre aber evtl. ein Reed-Ersatz auf GMR Basis. Auch wenn Festplatten nicht mehr ohne denkbar sind, im Automobil-Bereich ist der kaum über Konzepte hinaus gekommen.
Bei den bei mir verwendeten Sensoren, ist übrigens der Hall immer in einem kompletten ASIC enthalten, der gleich auch noch die Signalauswertung übernimmt. Da wäre sicher spannend, einen 1wire Sensor als Reed-Ersatz zu bauen, aber wie kommt man auf die notwendige Stückzahl, dass das bezahlbar wird?

[henfri]

So, nachdem man mich nicht wirklich von den Vorteilen vom Griesser überzeugen konnte, wird's jetzt die Kombi aus 1wire und MDT-Jalousieaktoren.

Gruß,
Hendrik

[StefanW]

Aber warum ist der Strom so nichtlinear (48nC --> 13A, 1nC --> 3nA)?

Hinweis: Der Betrachtungszeitpunkt 1 ns nach dem Schaltereignis ist von mir willkürlich gewählt und insofern ein wenig unrealistisch, als dass die Entladungswelle sich in der Zeit nicht über den 20 m langen Leitungskondensator ausbreiten kann.

Lade- und Entladung bei Kondensatoren folgen einer e-Funktion. Anfangs erfolgt Ladung / Entladung - wenn man dies als Diagramm betrachtet - äußerst steil und flacht dann zunehmend ab.

Die Geschwindigkeit einer solchen Ladung / Entladung wird durch den Widerstand dieses Stromkreises begrenzt. Bei den oben berechneten Beispielen habe ich einen Widerstand von 220 milliOhm für die 2 m Leitung und einen von 1,2 Ohm für die 20 m Leitung mit einbezogen (100 mOhm davon sind für die Kontakte übrigens). Daher ist zum Zeitpunkt 1 ns die 2 m Leitung bereits entladen während dieser Vorgang bei dem 20 m Leitungskondensator - bedingt durch die höhere im Feld gespeicherte Energie in Verbindung mit dem deutlich höheren Widerstand - noch anhält.

Ebenfalls ein guter Vergleich ist die im elektrischen Feld des Kondensators gespeicherte Energie, bei der die Spannung übrigens quadratisch eingeht (W=1/2*C*U²)

Bei den oben dargestellten Beispielen beträgt diese Energie:

- 20 m / 24 V: 576 nJ (nano Joule)
- 2 m / 5 V: 2,5 nJ

Der Hersteller Meder gibt an, dass bei 50 pF und 50 V die Lebensdauer der Kontakte bereits empfindlich beeinträchtigt wird. Dies entspräche einer Energie von 62 nJ.

Allerdings, und das möchte ich nochmal betonen, spielt bei der Betrachtung der Energiemenge die ZEIT eine sehr große Rolle, in der diese über die Leitungs- und Kontaktwiderstände abgebaut (in Wärme verwandelt) wird. Hersteller Meder schreibt, dass der Zeitraum der ersten 50 ns nach dem Schaltereignis entscheidend ist und man den Strom in dieser Zeit kennen muss.

Insofern lassen sich durchaus die Reed-Kontakte auch bei größeren Spannungen und längeren Leitungen (= größerer Kapazitätsbelag) schützen in dem man lediglich direkt an einer der Kontakte des Reeds einen Widerstand mit einigen hundert Ohm anlötet.

Allerdings hat man hier dann noch nicht die Rechnung mit der Selbstinduktionsspannung beim Öffnen des Kontaktes gemacht, weil die Leitung hat auch eine Induktivität und wegen der immensen Geschwindigkeit in der ein Reed öffnet (unter 50 uS) ist das di/dt so groß, dass es richtig blitzt. Und dagegen hilft der Widerstand nur wenig, sondern nur - tata - kurze Leitungen (und ein geringer Abfragestrom) - oder schnelle Freilaufdioden antiparallel über die Reed-Kontakte.

Aber das, rechne ich ein andermal durch.

Ich denke, es wird auch so schon langsam klar, warum die Reeds die Spezifikation von 10 Millionen bis einer Milliarde Schaltspiele in unseren Häusern am Ende nicht durchhalten....


LG

Stefan

[henfri]

Danke für deine Erklärung!