1-Wire für Fensterkontakte?

[Linuxer]

Kurze Info von der Entwicklungsfront:

- Entwicklung & Tests abgeschlossen
- Produktionsfreigabe erteilt
- Jetzt noch zwei Angebote einholen, dann starten wir nächste Woche die Produktion

Geschätzte Zeit bis Lieferbar: 3 bis 6 Wochen

Stefan

Hallo,
ich höre die Buschtrommel nicht immer richtig und frage deswegen einfach mal nach. Ist es richtig, dass ihr noch nicht fertig seit? Ich habe im wiregateshop noch nichts gefunden oder gibt es einen andere Stelle, wo wie die Multi-IOs bestellt werden können?

Danke, für die tolle Entwicklungsarbeit.
Linuxer

PS. Bitte diese Anfrage nicht als drängen verstehen, aber ich weiß wirklich nicht, ob irgendwas übersehen habe oder ob ich einfach nur noch waren muss.

[Tessi]

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....

Hm, bislang hatte ich nicht einmal 1 Millionen Schaltspiele erwartet...

Aber betrachten wir die Sache mal von der anderen Seite.
Wie lange wird ein Fenster durchschnittlich genutzt? Ich weiß es nicht, ich habe schon sehr alte gesehen. Aber ich schätze mal, das nach 30 Jahren wohl mal neue ins Haus kommen werden - dabei werden zwangsweise wohl auch die Kontakte ersetzt.

1 Millionen Schaltspiele in 30 Jahren, das wären mehr als 90 Schaltspiele pro Tag. Ich weiß ja nicht, was mancher hier so treibt, ich mache meine Fenster nicht annähernd so oft auf und zu.
In 30 Jahren komme ich vielleicht auf 100000 Schaltspiele, bei einigen Fenstern nicht einmal auf 10000...

1 Millionen Schließvorgänge - egal in welcher Zeit - welche Fenstermechanik, glaubt Ihr hier, hält das tatsächlich aus?
Ich kann es nicht belegen, bin aber davon überzeugt, das im Durchschnitt die Fenstermechanik viel eher versagen wird, als der Kontakt.

Nebenbei betreibe ich einen dieser Kontakte an meinem Gaszähler, da kommen über 200000 Schaltspiele im Jahr zusammen, und das hält dieser Kontakt jetzt seit 3 Jahren aus an einer ABB-Tasterschnittstelle, baugleich mit denen, an denen auch meine Fensterkontakte hängen.

Sind jetzt meine Reed-Kontakte so supergut, meine ABB-Tasterschnittstellen so so super-schonend, oder haben diejenigen unter uns, die schon nach wenigen Jahren Fensterkontakte wechseln mußten da schlicht und einfach nur Pech gehabt?

Ich für meinen Teil gehe davon aus, das eher die Fenster komplett ersetzt werden müssen, bevor die Kontakte versagen.

[StefanW]

Wir haben das Thema Reeds und Lebensdauer untersucht bei der Entwicklung unseres Multi-IOs - der auch für FK geeignet sein sollte - damit unsere Schaltung auch zu den Reed-Kontakten passt.

Dabei ist eine erhebliche Diskrepanz aufgefallen, zwischen den Lebensdauerangaben der Hersteller zum einen und der Wahrnehmung einer hohen Ausfallrate.

Die Diskrepanz ist dadurch begründet, dass die Lebensdauerangaben auf Tests (sofern diese überhaupt korrekt sind) unter idealen Bedingungen beruhen, diese jedoch offensichtlich in der Realität nicht bestehen.

Google hat für uns Berichte gefunden, in denen Reedrelais schon nach EINEM Schaltspiel defekt waren - durch Kontaktverklebung, obwohl die geschaltete Last zunächst im Rahmen schien.

Weitere Recherchen haben dann gezeigt, dass es hinsichtlich der Lebensdauer von Reedkontakten um den Strom innerhalb der ersten 50 Milliardstel Sekunden nach dem Schaltvorgang geht. Insofern sind kapazitive und induktive Lasten - als auch ohmsche Lasten mit Kaltleitern (sprich Glühlampe mit dem 15 fachen Überstrom im Einschaltmoment) - gefährlich für Reed-Kontakte.

Diese Empfindlichkeit kommt wohl durch die geringe Größe der Kontakte, die geringe Kontaktkraft und durch die hohe Schaltgeschwindigkeit (wegen der geringen bewegten Masse).

Dadurch werden bereits kleine parasitäre Kapazitäten und Induktivitäten von ganz normalen Leitungen tatsächlich zu einer beträchtlichen Last für den Kontakt (im Rahmen weniger nanosekunden).

Sind jetzt meine Reed-Kontakte so supergut, meine ABB-Tasterschnittstellen so so super-schonend, oder haben diejenigen unter uns, die schon nach wenigen Jahren Fensterkontakte wechseln mußten da schlicht und einfach nur Pech gehabt?

Warum nun jeder einzelne Kontakt bei wem kaputt gegangen ist und wo nicht ist - schon aus der Entfernung - schwer zu sagen. Pech wird es nicht sein, sondern eben eine unglückliche Kombination aus hoher Spannung, hohem Strom und Leitungslänge.

Bei manchem mag es auch eine mechanische Zerstörung des Glaskörpers sein oder auch womöglich schlechter Qualität.

Aus unserer Betrachtung gemäß unserer Recherchen haben wir festgestellt, dass Abfragespannung, Abfragestrom und die Leitungslänge so kurz wie nur möglich sein soll. Und dahingehend haben wir unser Produkt ausgelegt und empfehlen eine möglichst kurze Leitungslänge.

Das ist unsere professionelle Ansicht, wir haben das auch (zumindest für die parasitären Kapazitäten) in Beispielen vorgerechnet und - im Rahmen eines Forums - fundiert begründet.

Es darf sich gerne jeder seine Meinung drüber bilden.

Stefan

[ChrisMS]

Hallo,

nur zum Verständnis für mich: Der Multi-IO ist nicht dasselbe
Bauteil wie das geplante I/O Modul für die Fenster-Reed-Kontakte, richtig?

Wie weit ist das Bautteil für die Reed-Kontakte denn? Das Erdgeschoss
meines EFH steht und ich muss allmählich entscheiden ob ich
Binäre-Eingänge oder das I/O-Modul nehme.

Gruss
Chris

[StefanW]

Der Multi-IO ist nicht dasselbe
Bauteil wie das geplante I/O Modul für die Fenster-Reed-Kontakte, richtig?

Doch, ist das gleiche Modul. Der Multi-IO eigent sich für Fenster genauso wie für Wasserleck-Erkennung und andere Kontakte (die auch hochohmig sein dürfen)

Wie weit ist das Bautteil für die Reed-Kontakte denn?

Ist in der Produktionsvorbereitung (Beschaffung Bauteile usw., Buchen der Bestückungsmaschinen etc.). Belastbare Termine habe ich noch nicht, ich hoffe, wir schaffen es noch im August.

LG

Stefan

[enertegus]

Weitere Recherchen haben dann gezeigt, dass es hinsichtlich der Lebensdauer von Reedkontakten um den Strom innerhalb der ersten 50 Milliardstel Sekunden nach dem Schaltvorgang geht.

Hast Du den Link hierzu?

[tht]

Nachdem jetzt über 11 Seiten diskutiert wurde, versuche ich mal zusammenzufassen, was bei mir hängen geblieben ist:

Es wird frühestens ab August - wenn es schlecht läuft auch etwas später - eine Baugruppe "Multi-IO V 1.0" geben, die aus
- 6 x IO (beliebig als Input oder Output mit 5 bis 28 V bei 20 mA konfigurierbar) für diverse Sensoren
- einem Eingang für 0-10 V (Eingang)
- einem Umgebungslichtsensor, sowie
- einem Temperatursensor
besteht.

Die 6 IO bieten sich für Reed-Fensterkontakte an, wobei es zu bedenken gilt:
- etwas höhere Latenz möglich, somit nur bedingt für Ungeduldige bei zeitkritischen Anwendungen (Licht schalten?)
- Kabellänge für die Reeds sollte der Haltbarkeit zu Liebe zwischen 0,5m und 1m liegen
- Temperatursensor macht in diesem Fall nur bedingt Sinn, da Temp-Sensoren nicht in Aussenwänden sein sollten, Fenster dies aber für gewöhnlich sind

Auf Basis von 2-3 Kontakten pro Fenster und der Einschränkung der Leitungslänge kann man maximal 2 Fenster pro Modul "erfassen".

Habe ich etwas vergessen oder falsch verstanden?

Gruß
Thorsten

[ChrisMS]

Hi Thorsten,
danke für die Zusammenfassung.
Eine angedachter Preise wäre noch eine sinnvolle Ergänzung für diese Zusammenfassung.
Schade. Aufgrund der Problematik mit der Leitungslänge, wird das wohl kein interessanter Ersatz für meine Reed-Kontakte. Bei 15 Fenstern wären dass dann zuviele von den Multi-IOs. Dann kommen die halt doch an Taster-Schnittstellen oder Binäreingängen.
Gruss
Chris

[tht]

Wenn ich es richtig verstanden haben, ist die Einschränkung der Leitungslänge eher durch die Kontakte gegeben, als durch das IO-Modul.

Je länger die Reeds leben sollen, desto geringer sollten Strom, Spannung und Leitungslänge sein.

Die Anzahl der "Schnittstellen" unterscheidet sich im optimalen Fall also im Grunde nicht, die Frage ist, womit man es schlussendlich realisieren will.

Gruß
Thorsten

[StefanW]

Habe ich etwas vergessen oder falsch verstanden?

Sehr gute Zusammenfassung!

Schade. Aufgrund der Problematik mit der Leitungslänge, wird das wohl kein interessanter Ersatz für meine Reed-Kontakte.

Hmm, das habe ich dann wohl schlecht beschrieben. Die So leicht kann man sich sein eigenes Produkt zerreden....

Ok, ich versuch es nochmal:

• Die geschilderte "Problematik" mit den Reeds, nämlich deren Empfindlichkeit gegenüber hohen Strömen - auch bedingt durch deren schnelles Schalten - hat REIN GAR NICHTS mit dem hier besprochenen 1-Wire Multi-IO Modul zu tun (im Gegenteil).
• Die Einschränkung der Lebensdauer von Reed-Kontakten wird bedingt durch eine hohe Abfragespannung, hohen Strom und langen Leitungen.
• Das Problem der Leitungslänge hat damit zu tun, dass die Leitung sowohl als Kondensator als auch als eine Induktivität wirksam ist.
• Abfragespannung: In Verbindung mit einer langen Leitung wirkt sich eine hohe Abfragespannung nun deshalb ungünstig aus, weil die im Leitungskondensator gespeicherte Energie linear mit der Länge aber mit dem Quadrat der Spannung steigt (doppelte Länge und fünffache Spannung = 50 fache Energie). Diese Energie wird beim Schließen der Kontakte wirksam, weil der Leitungskondensator dann schlagartig - über die Reedkontakte - entladen wird.
• Abfragestrom: Ähnliches gilt für den Abfragestrom - hier nur beim Öffnen der Kontakte. Das Magnetfeld, dass sich um die stromdurchflossenen Leitungen bildet, versucht seiner Abschaltung (beim Öffnen der Kontakte) entgegenzuwirken. Aus der im Magnetfeld gespeicherten Energie wird eine Spannung in die Leitung induziert ("Selbstinduktionsspannung") deren Höhe von der Änderungsgeschwindigkeit des Stromflusses abhängt. Reed-Kontakte schalten wegen der geringen bewegten Masse und der Einfachheit der Mechanik etwa 100 mal schneller als Relais. Entsprechend schneller öffnet der Kontakt und der Kontaktwiderstand ändert sich somit in wenigen millionstel Sekunden von annähernd 0 Ohm nach Unendlich. Der Stromfluss ändert sich damit in sehr kurzer Zeit und die Selbstinduktionsspannung kann daher mehrere hundert Volt erreichen, was einen Abschaltlichtbogen über den Kontakten zur Folge hat mit entsprechender Materialwanderung und damit Kontaktverschleiß.

Diese Erkenntnisse wurden beim Design des Multi-IO berücksichtigt. Deshalb ist die Abfragespannung kleiner 5 V und der Strom nur 100 uA. Und deshalb ist das Modul auch nicht als Reiheneinbaugerät für die Hutschiene ausgeführt (was professioneller aussähe) sondern als kleines Modul mit den Abmessungen 32 x 28,2 mm damit es locker in eine UP-Dose passt und damit möglichst nahe an die Kontakte montiert werden kann.

Mit anderen Worten: Wir haben den Multi-IO, hinsichtlich seines Einsatzes für Fensterkontakte, darauf ausgelegt, möglichst schonend mit den Reed-Kontakten umzugehen. Kurze Leitungslängen begünstigen dies zusätzlich, sie sind keine Bedingung für den Einsatz des Multi-IOs sondern lediglich eine zusätzliche Empfehlung. Ich denke, dass wegen der geringen Spannungen und Ströme durchaus auch ein paar Meter mehr drin sind.

Wer trotzdem lange Leitungen hat / benötigt sollte seinen Reeds - so nah am Kontakt wie möglich - einfach einen Serienwiderstand von einigen hundert Ohm gönnen, Dies reduziert zwar nicht die in den elektrischen und magnetischen Feldern gespeicherten Energien aber reduziert den Spitzenstrom erheblich.

Bei 15 Fenstern wären dass dann zuviele von den Multi-IOs. Dann kommen die halt doch an Taster-Schnittstellen oder Binäreingängen.

Das kommt auf die Anzahl der Kontakte pro Fenster an. Die einen haben nur Kontakte in den Fensterrahmen die Fenster Offen / Geschlossen unterscheiden. Andere haben Kontakte in den Beschlägen und können über mehrere Kontakte die Griffposition unterscheiden. Das ist nicht uninteressant, weil ein an sich geschlossenes Fenster kann den Griff in der Postion Kippen / Schwenken haben und beim nächsten Windstoß geöffnet werden.

In der einen Variante lassen sich am Multi-IO sechs Fensterflügel anschließen, bei drei Kontakten pro Fenster dann eben nur zwei. Aber das gilt für Binäreingänge gleichermaßen.

Wenn noch Fragen sind, bitte gerne.


Vielleicht sollte ich einfach nicht soviel über Details schreiben, das verwirrt wohl zu sehr....

LG

Stefan

[Tessi]

Je geringer aber Abfragespannung und vor allem Strom sind, desto stärker wirken sich in die Leitung eingekoppelte Störungen aus, die wiederum mit der Leitungslänge größer werden. Das kann auch ein Serienwiderstand nicht ändern. Ob da bei nur 100uA noch z.B. 5m sicher funktionieren, hängt sehr vom Kabel und vielen anderen Umständen ab, das muß man da wohl im Einzelfall testen. Die Empfehlung 50-100cm ist da sicherlich nicht verkehrt.

[tht]

Vielleicht sollte ich einfach nicht soviel über Details schreiben, das verwirrt wohl zu sehr....

Doch du sollst weiter über Details schreiben, die Begründung hast du auch selbst geliefert:

Kein Problem, ein schlauer Mann hat mir mal gesagt, die Verwirrung kommt kurz vor der Erleuchtung. Ich sehe das als gutes Zeichen :-)

Nein, im Ernst, ich glaube ich bin nicht der einzige hier, der froh und dankbar ist, dass ihr euch die Mühe macht Fragen - teilweise auch mehrfach - zu beantworten und zwar mit einer jeweils recht ausführlichen - zumindest für ein Forum - Begründung.

Auch wenn es manchmal anstrengend ist, helfen mir die vielen Fakten und auch Erfahrungen bei Planung. Daher vielen Dank für eure Mühen und euren Einsatz!

[voumi]

Nein, StefanW, nur weiter so. Auch ich schliesse mich dem Dank für die unermüdliche Zurverfügungstellung der Infos an.

voumi

[MITPHOCOM]

Hallo Stefan,

auch von meiner Seite besten Dank! Sehr aufschlussreich Deine Erläuterungen! Und vor allen Dingen nicht selbstverständlich!

Eine Frage habe ich an Dich, die in Richtung Praxis geht. Du schreibst:

Zitat:
"[...] Das kommt auf die Anzahl der Kontakte pro Fenster an. Die einen haben nur Kontakte in den Fensterrahmen die Fenster Offen / Geschlossen unterscheiden. Andere haben Kontakte in den Beschlägen und können über mehrere Kontakte die Griffposition unterscheiden. [...]
In der einen Variante lassen sich am Multi-IO sechs Fensterflügel anschließen, bei drei Kontakten pro Fenster dann eben nur zwei. Aber das gilt für Binäreingänge gleichermaßen."

Angenommen ich habe nur die Erkennung "Fenster auf" und "Fenster zu". Wie kann ich dann mit dem Modul sechs Fensterflügel versorgen, wenn ich die Leitungslänge von max 1 m einhalten möchte. Das geht doch gar nicht, oder?
Im Optimalfall würde ich die Leitungen in jedem Raum bündeln und zu einer Innenwand führen, um somit die Temperaturmessung ebenfalls durchführen zu können. Dann komme ich aber bestimmt auf (geschätzt) 3 m bis 5 m...
Habe ich nun etwas falsch verstanden oder ist das Multi-I/O-Board nicht optimiert für Temperaturerfassung und Reed in diesem Kontext?

Danke und Gruß
thorsten

[StefanW]

Guten Morgen Thorsten,

auch von meiner Seite besten Dank! Sehr aufschlussreich Deine Erläuterungen! Und vor allen Dingen nicht selbstverständlich!

Danke für das Lob, auch das der Vorredner, freut mich sehr.

Wie kann ich dann mit dem Modul sechs Fensterflügel versorgen, wenn ich die Leitungslänge von max 1 m einhalten möchte. Das geht doch gar nicht, oder?

Ich glaube wir sind hier noch bei einem Missverständnis.

Zwar sind ein oder zwei Meter deutlich besser als 20 Meter, aber mehr noch ist die Spannung entscheidend, weil diese quadratisch in die gespeicherte Energie des Leitungskondensators (und linear in den Stromfluss) mit eingeht. Soll bedeuten, 24 V Abfragespannung statt ca. 4V (durch Spannungsabfall über dem Pullup) bedeutet 6-fache Spannung, bedeutet damit 6-fachen Strom aber 36-fache Energiemenge.

Dafür steigt die Energiemenge nur linear mit der Leitungslänge und der anfängliche Strom verringert sich sogar noch durch den Leitungswiderstand.

Insofern wollte ich nur drauf hinaus, dass kurze Leitungen und geringe Abfragespannung (sowie geringer Strom wegen der Selbstinduktionsspannung beim Abschalten) DEUTLICH besser sind für die Lebensdauer der Reed-Kontakte als lange Leitungen und hohe Spannung (und möglicherweise hoher Strom).

Zur Darstellung der Unterschiede habe ich Beispielberechnungen gemacht, die das veranschaulichen sollen.

Solange also die Spannung und der Strom niedrig sind, dürfen die Leitungen durchaus auch ein paar Meter lang sein.

Im Optimalfall würde ich die Leitungen in jedem Raum bündeln und zu einer Innenwand führen, um somit die Temperaturmessung ebenfalls durchführen zu können. Dann komme ich aber bestimmt auf (geschätzt) 3 m bis 5 m...

Leitungslängen von 3 bis 6 Meter bei unter 5 V halte ich - theoretisch - für machbar, Wir kommen hier auf 600 pF und einer Ladungsmenge von 3 nC und einer Energiemenge von 7,6 nJ im Leitungskondensator.

Hersteller Meder spricht von einer Beeinträchtigung der Lebensdauer bei 50 V / 50 pF was einer Ladungsmenge von 2,5 nC und einer Energiemenge von 62 nJ entspricht.

Trotz höherer Kapazität von 600 pF (bei 6 m) kommen wir wegen der geringeren Spannung (im Vergleich zu den Angaben von Meder) nur auf ein Zehntel des Stromes und einem Achtel der Energiemenge.

Somit würde ich die 3 bis 6 Meter für machbar halten.

Ich kann das hier nur theoretisch betrachten, weil ich keine Messungen mit Millionen Schaltzyklen durchführen kann, daher orientiere ich mich an den wenigen Angaben eines Herstellers und mein Wissen über Elektrotechnik.

Habe ich nun etwas falsch verstanden oder ist das Multi-I/O-Board nicht optimiert für Temperaturerfassung und Reed in diesem Kontext?

Der Multi-IO ist nicht ausschließlich für die FK entwickelt worden, allerdings mit starken Hinblick darauf - weil basierend auf einem diesbezüglichen Produktrequest der Kunden zu Anfang des Treads.
Der Temperatursensor drauf ist eine Dreingabe, ob es jetzt je nach Anwendungszweck sinnvoll ist oder nicht. Da ein einzelner Temperatursensor dermaßen billig ist, sollte man aber vielleicht jetzt nicht nach der besten Temperaturmessstelle für seine Fensterkontakte suchen und dann herumrechnen ob nun auch 8 Meter Leitungslänge gehen oder 10 oder 12, sondern ich denke es ist besser, den besten Platz für die FK mit den kürzesten Leitungen zu bestimmen und falls thermisch unpassend ggfsl dann einen separaten Temperatursensor an anderer Stelle nehmen.

LG

Stefan