Definition und Zweck:
Hysterese (oder Schalthysterese) ist ein Phänomen in der Messtechnik und Regelungstechnik, das einen unterschiedlichen Schaltpunkt eines Systems (z.B. eines Schalters, Sensors oder Reglers) bei steigenden und fallenden Eingangswerten beschreibt. Das bedeutet, der Schaltpunkt, bei dem eine Aktion ausgelöst wird, ist nicht derselbe wie der Schaltpunkt, bei dem die Aktion zurückgesetzt wird.
Der Hauptzweck der Hysterese ist es, das „Flattern“ oder unnötige Schalten eines Systems zu verhindern, das durch geringfügige Schwankungen (Rauschen) des Eingangssignals um einen einzelnen Schaltpunkt herum verursacht werden könnte. Ohne Hysterese würde ein Schalter bei minimalen Schwankungen ständig ein- und ausschalten, was zu Verschleiß und unerwünschtem Verhalten führt.
Funktionsweise (Beispiel):
Stellen Sie sich einen Niveauschalter in einem Tank vor, der eine Pumpe bei 80 % Füllstand einschalten und bei 20 % ausschalten soll. Wenn das Signalrauschen bewirkt, dass der Füllstand um 80 % herum ständig zwischen 79,9 % und 80,1 % schwankt, würde die Pumpe ohne Hysterese ständig ein- und ausschalten. Mit einer Hysterese von 5 % würde die Pumpe bei 80 % einschalten und erst bei 75 % (80 % – 5 %) wieder ausschalten, was ein stabileres Schaltverhalten gewährleistet.
Relevanz in der Automatisierungstechnik:
Hysterese wird bewusst in vielen Sensoren, Schaltern und Reglern implementiert:
- Schalter und Sensoren: Niveauschalter, Druckschalter oder Temperaturschalter haben oft eine eingebaute Hysterese, um ein Prellen oder Flattern der Kontakte zu verhindern und zuverlässige Schaltpunkte zu gewährleisten.
- Regelungstechnik: In einfachen Zweipunktreglern (On/Off-Reglern) wird Hysterese verwendet, um das ständige Ein- und Ausschalten des Aktors zu reduzieren (z.B. bei der Heizungssteuerung).
- Verschleißreduzierung: Minimiert die Schaltzyklen von Relais, Schützen, Ventilen und Motoren, was deren Lebensdauer verlängert.
- Energieeffizienz: Verhindert unnötigen Energieverbrauch durch häufiges Schalten.
Abgrenzung zu Deadband:
Während Hysterese einen Unterschied zwischen den Schaltpunkten für steigende und fallende Signale schafft, definiert ein Deadband einen Bereich um den Sollwert, in dem keine Aktion erfolgt, unabhängig von der Signalrichtung. Beide dienen der Stabilisierung des Systems, aber auf leicht unterschiedliche Weise.
→ Siehe auch: Deadband, Sensor, Aktor, Regelgüte, Relais, Debouncing
