Elektromechanische Relais

Kraftzwerg – Flaches 10-A-Relais mit zwangsgeführten Kontakten

| Autor / Redakteur: Jürgen Steinhäuser * / Kristin Rinortner

(Bilder: Elesta)

Die Miniaturisierung macht auch vor Relais mit hohen Schaltleistungen und zwangsgeführten Kontakten nicht Halt. Neben der Schaltleistung bestimmen hier normative Aspekte das Volumen pro Ampère.

Volumen pro Ampère ist bei Relais für höhere Schaltleistungen eine legitime Indikation, wenn es um die Frage der Miniaturisierung geht. Bei Relais mit zwangsgeführten Kontakten nach IEC 61810-3 ist die Fragestellung ebenso sinnvoll, doch die Antwort ist weitaus komplexer, da hier nicht nur die Schaltleistung das Volumen bestimmt, sondern zusätzlich normativ geforderte Aspekte der Zwangsführung zu beantworten sind.

Für ein 3-poliges Relais mit einem maximalen Schaltstrom von 10 A je Kontakt der Serie SIF 3 beträgt das Bauvolumen knapp 10800 mm3 (Bauhöhe von 10,9 mm und Grundfläche von 991 mm2). Rechnerisch ergibt dies ein „Stromvolumen“ von rund 360 mm3/A. Diese Rechnung ist jedoch nicht korrekt!

Bei Relais mit Kontaktätzen sind grundsätzlich nicht alle Kontakte gleichzeitig mit Last beaufschlagt. Solche Relais bestehen zumindest aus einem Öffner-Kontakt (NC) und Schließer-Kontakten (NO). Somit sind immer die gegenfunktionalen Kontakte geöffnet. Dies ist selbstverständlich auch bei einem gefährlichen Fehler, z.B. einem möglichen Kontaktverschweißen, zu gewährleisten. Aus der maximalen Lastbeaufschlagung der Relais unter den Funktionsbedingungen ergibt sich folglich mehr Volumen pro Ampère. Dies sind in unserer Betrachtung für zwei Arbeitskontakte à 10 A ca. 540 mm3/A.

Unter Berücksichtigung der jeweils nutzbaren Kontakte könnte der Eindruck entstehen, dass das Volumen gegenüber Standard-Relais kleiner werden könnte, da die genutzten Lasten ja nicht alle Kontakte umfassen. Diese Schlussfolgerung ist nicht ganz zu Ende gedacht, denn die Realisierung der Zwangsführung benötigt aus verschiedenen Aspekten heraus mehr Raum als Standard-Industrierelais. Dabei geht es nicht nur um den Kontaktsatz, sondern auch um den Relaisantrieb, der als Wärmequelle besondere Beachtung findet.

Einflüsse auf das Kleinklima im Relais-Inneren

In der Diskussion vorangestellt ist der Hinweis, dass das Kleinklima in einem Relais-Inneren, auch wenn es, wie in unserem Fall, eine kleine Konvektionsöffnung an der Oberseite der Relaiskappe aufweist, vom Volumen stark beeinflusst wird. Je kleiner das Volumen ist, desto kritischer wird die Wärmekonfektion nach außen. Hohe Wärme im Inneren des Relais hat einen großen Einfluss auf das Relaxionsverhalten der Kontaktfedern und die magnetischen Eigenschaften der Relaisspule. Die Magnetspule wirkt zudem als hauptsächliche Wärmequelle im Relais.

Die Folgen aus der Nichtbeachtung der Einflussfaktoren Kleinklima und Eigenerwärmung können sich massiv negativ auf die elektrische Lebensdauer eines Schaltsystems auswirken. Die Resultate sind längere Prellzeiten und verlängerte Abfall und Ansprechzeiten. Unter anderem wird das dynamische Schaltverhalten schlechter, die Lichtbogenlaufzeiten verlängern sich und damit erhöht sich der Kontaktverschleiß. Die elektrische Lebensdauer wird dadurch kleiner. Insgesamt leidet die Systemverfügbarkeit.

Zwangsführung nach ISO 13849-2

Zwangsführung ist nach ISO 13849-2 Tabelle E.2 ein bewährtes Sicherheitsprinzip. Dort wird explizit auf die Zwangsführung nach EN 50205, heute IEC 61810-3, verwiesen. Es ist dort auch korrekt aufgeführt, dass einige Fehler im Relais nicht auszuschließen sind. Durch das deterministische, also voraussehbare Auftreten dieser Fehler – bei Schaltkontakten ist dies in der Regel das Öffnungsversagen in Form eines verschweißten Kontaktes – wird der Fehler beherrschbar.

Der Fehler wird erkannt und kann nicht negativ wirken. So ist die Verwendung von bewährten Bauteilen eine gute Maßnahme gegen das Auftreten von Fehlern gemeinsamer Ursache (CCF). Hinzu kommt, dass die Plausibilitätsprüfung bei der Verwendung der Schließer- und Öffnerkontakte von zwangsgeführten Relais zu einem Diagnosedeckungsgrad von 99% führt.

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Ich denke es sollte Fail safe nicht fail save heißen.  lesen
posted am 15.12.2016 um 10:23 von Unregistriert


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