Für jede Anwendung das passende Sicherheitsrelais

Autor / Redakteur: Sigmund Plachetka * / Lea Drechsel

Anforderungen variieren je nach Einsatz. Sicherheit ist in vielen Bereichen notwendig. Daher gibt es Relais mit unterschiedlichen Eigenschaften, speziell für die jeweiligen Szenarien.

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Eine Schutzlackversiegelung von mit Relais bestückten Leiterplatten schützt beispielsweise gegen Schäden durch Korrosion, Betauung bei hoher Luftfeuchtigkeit. So eignen sich die Sicherheitsrelais für die Bahnanwendung.
Eine Schutzlackversiegelung von mit Relais bestückten Leiterplatten schützt beispielsweise gegen Schäden durch Korrosion, Betauung bei hoher Luftfeuchtigkeit. So eignen sich die Sicherheitsrelais für die Bahnanwendung.
(Bild: DOLD)

Die anwendungsspezifischen Anforderungen an Sicherheitsrelais sind so vielfältig wie Ihre Applikationen. So können Standardrelais bei Weitem nicht allen Anforderungen gerecht werden. Deswegen sind geeignete Maßnahmen zur Modifizierung von Relais gefragt, mit denen sich verschiedene Eigenschaften deutlich verbessern und somit optimal an die Anwendung anpassen lassen.

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Die in den letzten Jahren gewonnenen Erkenntnisse im Bereich der effizienten Relaiskonzeption sowie neuer Kontakt- und Gehäusewerkstoffe werden nicht nur bei Neuentwicklungen genutzt. Sie ermöglichen auch eine stetige Optimierung bereits bewährter Sicherheitsrelais.

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Was sind Sicherheitsrelais?

Sicherheitsrelais sind eine Sonderform von Elementarrelais mit Kontaktsätzen, die besondere Eigenschaften aufweisen. Die normativen Anforderungen daran sind in der DIN EN 50205 formuliert, die zukünftig in die DIN EN 61810-3 überführt wird. Kennzeichnend für Sicherheitsrelais sind ihre mechanisch zwangsgeführten Kontakte. Diese bestehen immer aus der Minimal-Bestückung von mindestens einem Schließer und einem Öffner. Die Zwangsführung stellt sicher, dass auch im Fehlerfall niemals Schließer und Öffner gleichzeitig geschlossen sind. Das gilt für die gesamte vom Hersteller angegebene Lebensdauer des Sicherheitsrelais. Außerdem müssen über die gesamte Lebensdauer von Sicherheitsrelais zwischen den geöffneten Kontakten Abstände von > 0,5 mm und bei Doppelunterbrechung jeweils > 0,3 mm eingehalten werden. Diese definierten Schaltstellungen ermöglichen die Nutzung der Öffner als Abfragekontakte für zuverlässige Rückmeldungen über den aktuellen Schaltzustand des Relais. Neben einer ausreichenden elektrischen Isolation bieten alle modernen Sicherheitsrelais üblicher Weise auch eine Abkammerung (mechanische Trennung) der einzelnen Kontaktsätze untereinander. Dadurch wird auch im Falle eines Bruchs eines Kontaktteiles eine Überbrückung durch leitfähige Teile vermieden. Es kann kein Kurzschluss entstehen und gleichzeitig wird die Funktionszuverlässigkeit des Relais erhöht.

Konstante Schaltsicherheit bei verschiedenen Anforderungen

Üblicherweise werden die Schließer-Kontakte in die Sicherheitskreise eingebunden und schalten hohe Lasten. Die Öffner-Kontakte hingegen werden oft innerhalb des Sicherheitsschaltgerätes verwendet und mit Kleinlasten, wie 10V/10mA, belastet. Das fehlerfreie Schalten von Klein- und größeren Lasten stellt dabei ganz unterschiedliche Anforderungen an den Schaltkontakt.

Ein weiteres wichtiges Kriterium für Sicherheitsrelais sind ausreichende Luft- und Kriechstecken. Zutreffende Anwendungsnormen schreiben oft eine sichere Trennung durch eine doppelte und verstärkte Isolierung zwischen bestimmten Stromkreisen vor.

Bei einer typischen Bemessungsisolationsspannung von 250 V ist bei entsprechender Überspannungskategorie, dem entsprechenden Isoliermaterial und Verschmutzungsgrad eine Mindestluft- und Kriechstrecke von 5,5 mm zwischen zwei stromführenden Teilen unterschiedlichen Potentials gefordert. Spezielle Anwendungen und Einsatzgebiete erfordern manchmal einen noch höheren Wert.

So hat beispielsweise in der Medizintechnik die sichere elektrische Trennung von Hochfrequenz-Spannungen in Hochfrequenz-Chirurgiegeräten einen besonders hohen Stellenwert. Auch bei Änderung der Umgebungsbedingungen, wie bei Einsatzorten in über 2000 m Höhe, wächst die Gefahr von elektrischen Überschlägen, was eine Vergrößerung der Luft- und Kriechstrecken erfordert.

Spannungsfestigkeit durch Konstruktion und Isolierstoffe

Bei Neukonzeptionen kann über die Konstruktions- und Isolierstoff-Parameter die Spannungsfestigkeit optimiert werden. Verfügt ein Relais über genügend Kontaktsätze, besteht auch beim Anwender die Möglichkeit bei Bedarf Kontakte in Reihe zu schalten und so die Kontaktabstände zu vervielfachen. Zur Erhöhung der Spannungsfestigkeit zwischen den Kontaktsätzen kann fertigungstechnisch auch nur jede zweite Kontaktkammer bestückt werden.

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Fazit

Aufgrund der angeführten vielen Möglichkeiten, Relais optimal an die Applikation anzupassen, sollte sich der Projekteur von Sicherheitsschaltungen bereits in der frühen Entwicklungsphase mit seinen speziellen Anforderungen an den Relaishersteller wenden. Mit entsprechendem Know-how lassen sich gezielte anwendungsoptimierte Lösungen realisieren. Und das schon bei kleinen Losgrößen.

Schaltsicherheit durch verschiedene Maßnahmen:

  • Erhöhung der wirksamen Flächenpressung. Dies kann durch besondere Ausformungen der Kontaktoberflächen, beispielsweise durch Kronen, Minikronen oder Riffelungen erreicht werden.
  • Mehrfachkontaktierung, beispielsweise über Doppelkontakte oder durch Parallelschaltung von Kontaktsätzen
  • Optimale Kontaktwerkstoffwahl für die jeweilige Anwendung
  • besondere Oberflächenbeschichtungen
  • unterschiedliche Kontaktmaterialien und Mischbestückungen
  • hohe Sauberkeit – Vergrößerung der wirksamen Relativbewegung der Kontaktpaare

Mit diesen Tipps sind Sie auf dem richtigen Weg zum sicheren Relais.

Die Anwender fordern zunehmend kleinere Baugrößen bei gleichzeitiger Reduzierung der Verlustleistung. Hieraus resultieren eine geringere Wärmeentwicklung und eine höhere Energieeffizienz der Relais. Dies stellt besondere Anforderungen an die Verwendung neuer Isolierstoffe, die Leitfähigkeit und mechanische Belastbarkeit von Kontakt- und Kontaktfedermaterialien sowie deren Verarbeitung und letztlich an optimierte Antriebssysteme.

Energieeffiziente, waschdichte und miniaturisierte Relais

Die daraus entstehenden Produkte sind sogenannte sensitive Relaisausführungen, die eine geringere Nenn- und Ansprechleistung benötigen als herkömmliche Varianten. Sie zeichnen sich durch eine deutlich geringere Verlustleistung und Eigenerwärmung aus und leisten dadurch einen Beitrag zur Energieeinsparung und für den Umweltschutz.

Waschdichtes Vergießen von Relais bietet Schutz gegen das Eindringen von Waschmitteln, Feuchtigkeit, Lötdämpfe und Schutzlackversiegelungen in das Relaisinnere. Eine Schutzlackversiegelung von mit Relais bestückten Leiterplatten schützt beispielsweise gegen Schäden durch Korrosion, Betauung bei hoher Luftfeuchtigkeit, wie im tropischen Einsatz oder bei Schaltschränken im Freien durch Temperaturdifferenzen und dadurch entstehende Kondensation.

* Sigmund Plachetka Technische Dokumentation und Pressestelle bei E. DOLD & SÖHNE

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