Nachgefragt – Teil 1

9 Experten zum Thema Relais

| Autor / Redakteur: Ines Näther / Ines Stotz

Dirk Wortmann, Senior Specialist Relay Technology & Application bei Phoenix Contact Electronics: „Auf Seiten der Interface-Hersteller geht es eher um Grenzen der praktischen Produkthandhabung und der anschließbaren Leiterquerschnitte.“
Dirk Wortmann, Senior Specialist Relay Technology & Application bei Phoenix Contact Electronics: „Auf Seiten der Interface-Hersteller geht es eher um Grenzen der praktischen Produkthandhabung und der anschließbaren Leiterquerschnitte.“ (Bild: Phoenix Contact)

Dirk Wortmann, Senior Specialist Relay Technology & Application bei Phoenix Contact Electronics und Carsten Gregorius, Senior Specialist Safety bei Phoenix Contact: Es ist grundsätzlich richtig, dass elektromechanische Relais in der Automatisierungstechnik, also vorwiegend klassisch im Schaltschrank, weiterhin dem Trend der Miniaturisierung unterworfen sind. Phoenix Contact hat sich dieser Herausforderung bereits seit 1996 mit der lediglich 6,2 mm schmalen, steckbaren Koppelrelais-Serie PLC angenommen. Dieser Entwicklung sind im folgenden Jahrzehnt fast alle namhaften Relais- und Interface-Hersteller gefolgt.

Allerdings stoßen sie hier zunehmend an Grenzen. Denn seitens der Relaishersteller ist eine Verringerung des Bauvolumens bei gleichzeitiger Erhöhung der Schaltleistung und mindestens gleichbleibenden Isolationseigenschaften nur bis zu einem gewissen Punkt möglich. Es muss zudem bedacht werden, dass erheblich verkleinerte Relais aufgrund der erforderlichen Präzision der Fertigungsautomaten, der komplexen Montageschritte und der benötigten hochwertigen Materialien nicht unbedingt zu günstigen Kosten produzierbar sind. Der Anwender erwartet also einen nennenswerten technischen Vorteil, wenn die Kosten für das Bauteil steigen.

Carsten Gregorius, Senior Specialist Safety bei Phoenix Contact: „Phoenix Contact hat das erste Elementarrelais mit einer Baubreite von nur 6 mm entwickelt – inklusive Zwangsführung. Die daraus resultierenden Möglichkeiten versprechen bisher nicht gekannte Nutzungsmöglichkeiten für Sicherheitsrelais.
Carsten Gregorius, Senior Specialist Safety bei Phoenix Contact: „Phoenix Contact hat das erste Elementarrelais mit einer Baubreite von nur 6 mm entwickelt – inklusive Zwangsführung. Die daraus resultierenden Möglichkeiten versprechen bisher nicht gekannte Nutzungsmöglichkeiten für Sicherheitsrelais. (Bild: Phoenix Contact)

Auf Seiten der Interface-Hersteller geht es eher um Grenzen der praktischen Produkthandhabung und der anschließbaren Leiterquerschnitte. Vor diesem Hintergrund ist bei einkanaligen Relaislösungen wie der 6,2 mm schmalen PLC-Serie fast das Ende des Machbaren erreicht.

Höhere Strompegel sind in der Automation nicht oder lediglich punktuell ein Thema. Die Betriebsmittel, die von Relais geschaltet werden, sind im Gegenteil immer stromsparender ausgelegt. Wichtiger sind den Anwendern in diesem Umfeld oftmals eine möglichst hohe Zuverlässigkeit sowie eine lange Lebensdauer der Relaisprodukte.

Grundsätzlich gelten elektromechanische Relais – insbesondere in der Sicherheitstechnik – wegen ihrer Bauweise als sehr zuverlässige Komponenten. Im Bereich der Elementarrelais mit Zwangsführung, die für den Einsatz in Sicherheitsapplikationen konzipiert sind, gab es in den letzten Jahren hinsichtlich der Miniaturisierung und Erhöhung der Schaltleistung keine nennenswerten Evolutionsschritte. Dies hat Phoenix Contact zum Anlass genommen und das erste Elementarrelais mit einer Baubreite von nur 6 mm zu entwickeln und auch selbst zu fertigen – und das inklusive Zwangsführung. Die daraus resultierenden Möglichkeiten versprechen bisher nicht gekannte Nutzungsmöglichkeiten für Sicherheitsrelais.

Die Lebensdauer eines Relais ist physikalisch durch den Kontaktverschleiß begrenzt. Je nach Lastparameter liegen reale Werte zwischen einigen Zehntausend sowie Millionen Schaltspielen. Das hört sich viel an, kann im Einzelfall jedoch wenig sein, wenn beispielsweise fast im Sekundentakt in einer Anwendung geschaltet wird. Die Lebensdauer beträgt dann unter Umständen lediglich wenige Tage, Wochen oder Monate. Hier spielen die verschleißfreien Halbleiterrelais ihre Vorteile aus.

Doch die so genannten Solid-State-Relais haben ebenfalls Nachteile. Während ihre elektromechanischen Pendants bei hohen Strömen nur wenige Milliohm Kontaktwiderstand aufweisen, die eine geringe Verlustwärme erzeugen, werden in Solid-State-Relais vorwiegend Transistoren (DC-Lasten) und Triacs (AC-Lasten) als Schaltglieder verwendet. Insbesondere letztere haben 1 bis 1,4 V Spannungsabfall im Lastkreis und verursachen erhebliche Wärme. Um diese abzuführen, bedarf es bei höheren Strömen teurer Kühlkörper, die die Geräte nicht nur größer, sondern auch teurer machen.

Deshalb hat Phoenix Contact schon vor Jahren die besten Eigenschaften der elektromechanischen und Solid-State-Relais in der Produktfamilie Contactron zusammengeführt. Dem Konzept der dreiphasigen Hybrid-Motorstarter sind mittlerweile Branchengrößen aus der Schützwelt gefolgt. Bei den Contactron-Geräten führt der Halbleiter den Ein- und Ausschaltvorgang aus, der bei mechanisch schaltenden Relais und Schützen deutlichen Verschleiß an den Kontakten bedingt. Nach dem Schaltvorgang übernehmen die elektromechanischen Relais wieder und führen den Strom ohne nennenswerte Verluste. So lässt sich in einem daumenbreiten Gerät eine Produktfamilie vollwertiger Wende-Motorstarter für die Massengut-Motoren im Leistungsbereich bis 4 KW mit verschiedenen Zusatzfunktionen realisieren.

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