Relais im Fokus: Das war das 2. Anwenderforum Relaistechnik

| Redakteur: Kristin Rinortner

2. Anwenderforum Relais: Aktuelle Trends und Entwicklungen diskutierte die Relaisbranche mit Anwendern am 16. und 17. Oktober 2019 im Würzburger VCC.
2. Anwenderforum Relais: Aktuelle Trends und Entwicklungen diskutierte die Relaisbranche mit Anwendern am 16. und 17. Oktober 2019 im Würzburger VCC. (Bild: VCG)

Wissensaustausch auf hohem Niveau, Grundlagen und Applikationen standen im Mittelpunkt des 2. Anwenderforums Relaistechnik. Im Oktober 2019 trafen sich Anwender und Hersteller der Branche in Würzburg, um aktuelle Trends und Entwicklungen zu diskutieren.

In der Keynote beleuchtete in diesem Jahr der Chefvolkswirt des ZVEI, Dr. Andreas Gontermann, die wirtschaftliche Lage der deutschen Elektroindustrie. Die hat sich seit der zweiten Jahreshälfte 2018 deutlich eingetrübt. Vor allem das weltwirtschaftliche Umfeld belastet. So hat der Internationale Währungsfonds (IWF) seine Prognose für das globale Wachstum im Oktober 2019 bereits zum fünften Mal in Folge gesenkt. Die Welt befindet sich derzeit in einem synchronen Abschwung und wird dieses Jahr nur um 3% zulegen. Das ist das langsamste Wachstum seit der Finanzkrise im Jahr 2008.

Keynote: Die wirtschaftliche Lage in der Elektroindustrie mit Dr. Andreas Gontermann (ZVEI).
Keynote: Die wirtschaftliche Lage in der Elektroindustrie mit Dr. Andreas Gontermann (ZVEI). (Bild: VCG)

Aktuell geht der ZVEI von einem Rückgang der preisbereinigten Elektroproduktion in Deutschland um 4% in diesem Jahr aus. Eine Prognose für 2020 steht noch aus. Wie schnell sich eine Erholung einstellt, hängt stark davon ab, ob und inwieweit der derzeit hohe Grad an weltwirtschaftlicher Unsicherheit verringert werden kann. Im Prinzip sei die Unsicherheit vor allem politikgemacht, so Gontermann, denn die größten Risiken kämen durch Handelskonflikte, Geopolitik oder den Brexit. In Deutschland sei vor allem die Industrie vom Abschwung betroffen.

Die Grundlagen für Einsteiger und Fortgeschrittene

Basiswissen: Relais-Grundlagen mit Manfred Cloot (Finder).
Basiswissen: Relais-Grundlagen mit Manfred Cloot (Finder). (Bild: VCG)

Die Wertigkeit von Relais hat sich in den vergangenen Jahren nicht verringert, sondern verstärkt. De facto schreitet die Entwicklung in der Relaistechnik voran und die jährlich zum Einsatz kommende Stückzahl steigt stetig. Den Einstieg in das Thema Elementarrelais bereitete der Grundlagenvortrag von Manfred Cloot (Finder). Er stellte wichtige Grundeigenschaften wie galvanische Trennung, Kontaktwiderstand, Kontaktarten, Auslegung des Kontaktsystems, Einsatzbereich verschiedener Kontaktmaterialien, die Lebensdauer, Spulenleistung mono- und bistabiler Relais und deren normativer Zusammenhang dar. Sowohl Quereinsteiger als auch Fortgeschrittene fanden hier Elementarwissen komprimiert zusammengefasst.

Die Last mit der Last

Dieses Jahr lag ein Schwerpunkt der Veranstaltung auf den Lasten. Dr. Werner Johler (Littelfuse) widmete sich den kleinen Lasten, Jürgen Steinhäuser (Elesta) dem mittleren Lastbereich und Mark del Giudice und Matthias Draxler (Willow Technologies) den Hochstrom- und Hochspannungs-Gleichstromlasten.

Signal- und Reed-Relais: Relais zum Schalten kleiner Lasten mit Dr. Werner Johler (Littelfuse).
Signal- und Reed-Relais: Relais zum Schalten kleiner Lasten mit Dr. Werner Johler (Littelfuse). (Bild: VCG)

Elektromechanische Schaltelemente zum Schalten kleiner Lasten wie Signal- und Reed-Relais erfreuen sich unverändert großer Beliebtheit. Sie sind aufgrund ihrer Langlebigkeit, Zuverlässigkeit und Robustheit und der galvanischen Trennung für viele Anwendungen die bevorzugte Wahl und ermöglichen kostengünstige Lösungen in allen Gebieten der Elektronik. In der Praxis kommen Telekom- oder Signalrelais rsp. Reedrelais zum Schalten zum Einsatz. Die Auswahl des am besten geeigneten Schaltgerätes hängt von der zu lösenden Schaltaufgabe ab. Wie das geht und welche Grenzen es gibt, erklärte Dr. Werner Johler (Littelfuse).

Relaisauswahl: Schaltverhalten von Relaiskontakten im mittleren Lastbereich mit Jürgen Steinhäuser (Elesta).
Relaisauswahl: Schaltverhalten von Relaiskontakten im mittleren Lastbereich mit Jürgen Steinhäuser (Elesta). (Bild: VCG)

Voraussetzung für den zuverlässigen und langlebigen Einsatz von Relais ist die korrekte Einschätzung des Lastverhaltens von Relaiskontakten, die richtige Auswahl der Kontaktwerkstoffe und das richtige Kontaktdesign. Ebenso ist es unerlässlich, auf den Lastfall abgestimmte Maßnahmen beim Auslegen der Steuerung wie auch an der Schaltlast selbst in die Betrachtung einzubeziehen. Ein Überblick zu den wichtigsten Einflussfaktoren und möglichen Maßnahmen bei der Relaisauswahl und der Entwicklung der elektronischen Steuerung gab Jürgen Steinhäuser (Elesta) für Anwendungen im unteren und mittleren Schaltlastbereich.

HGÜ-Schütze: Schalten von Hochstrom- und Hochspannungs-Gleichstromlaseten mit Mark del Guidice (Willow).
HGÜ-Schütze: Schalten von Hochstrom- und Hochspannungs-Gleichstromlaseten mit Mark del Guidice (Willow). (Bild: VCG)

Werden Relais und Schütze zum Schalten von DC-Lasten mit hohem Strom (20 bis 2000 A) und hoher Spannung (48 bis 1000 V) in EV- und Solarpanel-Anwendungen eingesetzt, birgt das eine Reihe von Herausforderungen. Beispiele sind Kontaktschweißen, Lichtbogen und Flammenbildung. Mark del Giudice und Matthias Draxler (Willow Technologies) zeigten in ihrem Vortrag die Hauptprobleme und wie diese Schwierigkeiten bei der Konstruktion von HGÜ-Schützen und -Relais überwunden werden können. Praktische Beispiele untermauerten die Theorie.

Wie Umwelt und Kontakte die Leistungsfähigkeit des Relais beeinflussen

Umweltaspekte: Wie die Umgebung die Leistungsfähigkeit von Relais beeinflusst mit Christoph Oehler (Panasonic).
Umweltaspekte: Wie die Umgebung die Leistungsfähigkeit von Relais beeinflusst mit Christoph Oehler (Panasonic). (Bild: VCG)

Die Einsatzumgebung beeinflusst die Leistungsfähigkeit von Relais teilweise recht drastisch. Daher sollten mitverwendete Bauteile mit Bedacht ausgewählt und klimatische oder stoffliche Umgebungsbedingungen immer sorgfältig betrachtet werden. Nur so können Relais ihre Leistung und Aufgaben ohne Einschränkung entfalten und erfüllen.

Anhand ausgewählter Beispiele zeigte Christoph Oehler (Panasonic), welche Bedingungen und Umgebungen für elektromechanische Relais problematisch sein können und wie diese durch analytische Arbeit erkannt werden. Darüber hinaus beschrieb er das Zusammenwirken von Typprüfungen nach den Bauteilenormen in Europa (IEC EN 61810-1) und den USA (UL 61810-1) und dem realen Einsatz von Relais.

Kontaktwerkstoffe: Werkstoffe für Schaltkontakte in Relais mit Oliver Lutz (Doduco).
Kontaktwerkstoffe: Werkstoffe für Schaltkontakte in Relais mit Oliver Lutz (Doduco). (Bild: VCG)

Die Leistungsfähigkeit eines Relais wird nicht nur durch die Umwelt bestimmt, sondern in starkem Maß auch von den Kontakten. Steigende Anforderungen an die Kontakte in Relais, der sparsame Einsatz von Edelmetallen sowie die Forderung nach umweltfreundlichen Werkstoffen prägten in den letzten Jahren maßgebend die Entwicklung von Werkstoffen für elektrische Kontakte. Oliver Lutz (Doduco) stellte die unterschiedlichen Kontaktwerkstoffe sowie die Herstellverfahren für typische Anwendungen vor.

Anforderungen an automobile Leistungselektroniken

Leistungsrelais: Halbleiterschalter für hohe Leistungsklassen – Herausforderung Automotive mit Dr. Louis Costa (AB Mikroelektronik).
Leistungsrelais: Halbleiterschalter für hohe Leistungsklassen – Herausforderung Automotive mit Dr. Louis Costa (AB Mikroelektronik). (Bild: VCG)

Dr. Louis Costa (AB Mikroelektronik) gab einen Überblick zu den Anforderungen für automobile Leistungselektroniken und zeigte eine Applikation eines Halbleiterschalters für Batteriesysteme im Auto (Hybridsysteme). Neuartige Leiterplatten- und Verbindungstechnologien für hohe Leistungen und Temperaturen werden hier in Halbleitermodulen umgesetzt. Je nach Anforderungen werden Materialien sowohl kostentechnisch als auch anforderungsseitig für jeweilige Applikationen optimiert. Abgerundet wurde der Vortrag durch Beispiele für die unterschiedlichen Arten des Aufbaus für Leistungselektroniken und Ergebnisse von Prüfverfahren und Leistungstests, die für die Funktion eines Halbleiterschalters relevant sind.

Querschnittnormen, Normen-Familien und Produktnormen

Normen: Zielsetzung und Auswirkung, ein genereller Überblick mit Ralf-Eberhard Kirsch (Hengstler).
Normen: Zielsetzung und Auswirkung, ein genereller Überblick mit Ralf-Eberhard Kirsch (Hengstler). (Bild: VCG)

Ralf-Eberhard Kirsch (Hengstler) gab einen Überblick zu Aufbau und Zuordnung von Querschnittsnormen, Normen-Familien und Produktnormen. Er erklärte die Vermutungswirkung von „gelisteten“ Normen am Beispiel von EU-Richtlinien. Grenzen von Normen, wie auch deren korrekte Anwendung wurden von ihm ebenso diskutiert wie Fragen von Zertifizierung und Verantwortung.

Podiumsdiskussioin: „Ein Relais funktioniert immer“ mit (v.l.n.r.) Stefan Nachtmann (Siemens), Gerold Finkemeier (Wago), Klaus Stark (Pilz), Kristin Rinortner (Elektronikpraxis), Jürgen Steinhäuser (Elesta) und Dr. Werner Johler (Littelfuse).
Podiumsdiskussioin: „Ein Relais funktioniert immer“ mit (v.l.n.r.) Stefan Nachtmann (Siemens), Gerold Finkemeier (Wago), Klaus Stark (Pilz), Kristin Rinortner (Elektronikpraxis), Jürgen Steinhäuser (Elesta) und Dr. Werner Johler (Littelfuse). (Bild: VCG)

Den Abschluss des ersten Tages bildete eine Podiumsdiskussion unter dem etwas provokant gewählten Motto „Ein Relais funktioniert immer – Bewertungskriterien für Relais.“ Auf Herstellerseite legten Dr. Werner Johler (Littelfuse) und Jürgen Steinhäuser (Elesta) ihre Sichtweisen dar. Anwenderseitig diskutierten Stefan Nachtmann (Siemens), Klaus Stark (Pilz) und Gerold Finkemeier (Wago Kontakttechnik) kontrovers mit.

Anwendungen für Halbleiter- und Elementarrelais

Der zweite Tag war spezifischen Relais und deren Anwendungsfeldern gewidmet, speziell Halbleiterrelais, Signalrelais und Reed-Relais. Einen Überblick zu MOSFET-Relais sowie einen Vergleich dieser mit Elementarrelais gab Sebastian Holzinger (Panasonic).

Halbleiter-Relais: Vor- und Nachteile von MOSFET-Relais im Vergleich zu elektromechanischen Relais mit Sebastian Holzinger (Panasonic).
Halbleiter-Relais: Vor- und Nachteile von MOSFET-Relais im Vergleich zu elektromechanischen Relais mit Sebastian Holzinger (Panasonic). (Bild: VCG)

MOSFET-Relais ermöglichen ein schnelles, leises und prellfreies Schalten, auch in Miniaturgrößen. Sie haben bei bestimmungsgemäßer Verwendung eine nahezu unbegrenzte Lebensdauer. Darüber hinaus sind sie zuverlässig, unempfindlich gegen Vibrationen und der Übergangswiderstand bleibt während der gesamten Lebensdauer stabil. Anhand von Leistungsdaten, typischen Applikationen und kommerziellen Aspekten zeigte Holzinger, dass je nach Anwendungsfall sowohl MOSFET-Relais als auch elektromechanische Relais ihre Daseinsberechtigung haben.

Neue Anwendungen für Signalrelais

Signalrelais: Besonderheiten von Signalrelais und deren neuartige Anwendungen mit Bernhard Schmidt (Hongfa).
Signalrelais: Besonderheiten von Signalrelais und deren neuartige Anwendungen mit Bernhard Schmidt (Hongfa). (Bild: VCG)

Dem Thema neue Anwendungen von Signalrelais widmete sich Bernhard Schmidt (Hongfa). Das Signalrelais weist alle Merkmale eines klassischen Relais auf, hat aber einige Besonderheiten, die sich aus der ursprünglichen Verwendung erklären: Bis in die 1980-er Jahre wurde das Signalrelais in der Telefon-Vermittlungstechnik eingesetzt. Mit der Umstellung auf die digitale Vermittlung ergaben sich neue Anwendungsfelder in der Messtechnik, bei Frequenzumrichtern, bei SPSen und Testsystemen. Derzeit eröffnen sich frische Anwendungsfelder vorrangig in der Elektromobilität: Bei On-Board-Charging, in Kühlgebläsen für Batterieladesysteme, in der Ladesystem-Ansteuerung und beim Ladestrom-Management (HVDC-Relais).

Moderne Signalrelais werden darüber hinaus in der T-Box (Notrufeinheit) und der Rückspiegelsteuerung im Auto eingesetzt.

Best-Practice-Beispiele präsentierte Richard Georg Leuthold (FABLAB) mit seinem Vortrag „Starten einer Niederdruck-Gasentladungslampe mit einem Relais-geführten Unterbrecherkontakt“. Keith Moore (Pickering Electronics) stellte „Überlegungen bei der Konstruktion mit Reed-Relais“ an, die über das Datenblatt hinaus gehen.

Zukünftige Wachstumsmärkte für Relais

Marktentwicklung Relais: Aktuelle Trends und Zukunftsmärkte (Solar, Storage, E-Mobility) mit Dr. Markus Winzenick (ZVEI).
Marktentwicklung Relais: Aktuelle Trends und Zukunftsmärkte (Solar, Storage, E-Mobility) mit Dr. Markus Winzenick (ZVEI). (Bild: VCG)

In seinem Ausblick präsentierte Dr. Markus Winzenick vom ZVEI-Fachverband Automation die aktuelle Marktentwicklung der Relais in Deutschland und zeigte die aktuellen Trends der wesentlichen Absatzmärkte Automation, Maschinenbau, Konsumgüter und Kommunikation sowie Gebäudeausrüstung. Die etablierten Märkte für Relais werden nicht verschwinden, aber die Wachstumsraten in diesen (gesättigten) Märkten sind eher gering.

Starke Wachstumsmärkte gibt es dagegen in der Photovoltaik, bei Energiespeichern und der Elektromobilität. Das Wachstum wird in diesen Zukunftsmärkten getriggert durch grundlegende Megatrends zur Reduktion des CO2-Ausstoßes sowie der Politik (beispielsweise Elektromobilität und Kohleausstieg).

Abendveranstaltung - Anwenderforum Relaistechnik 2019

Fazit: Obwohl das Relais immer wieder totgesagt wurde, hat sich die Bedeutung von Relais nicht verringert und wird in den nächsten Jahren deutlich steigen. Wenn Sie auf dem Laufenden bleiben wollen oder sich mit Gleichgesinnten in einer angenehmen Atmosphäre über aktuelle Trends und Entwicklungen austauschen wollen, merken Sie sich das 3. Anwenderforum Relaistechnik schon einmal vor: Es findet am 30. September (Mittwoch) und 1. Oktober (Donnerstag) 2020 im Würzburger VCC statt.

Den 126-seitigen Tagungsband zur Veranstaltung können Sie als Hardcopy oder E-Paper käuflich erwerben bei Lisa Röhrig.

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