Kompakter Relaisbaukasten 4- bis 10-polige Sicherheitsrelaisbaureihe

Autor / Redakteur: Jürgen Steinhäuser* / Kristin Rinortner

Relais mit zwangsgeführten Kontakten werden dort eingesetzt, wo die in einer Applikation der Schaltzustand sicher überwacht werden muss. Mit diesen Relais lassen sich Sicherheitsschaltgeräte und sicherheitsrelavante Steuerungen einfach verwirklichen. Als spezialisierter Hersteller von Relais mit zwangsgeführten Kontakten bietet ELESTA relays ein Komplettprogramm mit zahlreichen Kontaktkonfigurationen, das einen breiten Einsatzbereich abdeckt.

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( Archiv: Vogel Business Media )

Komplexe Steuerungsarchitektur einfach und überschaubar zu realisieren und dabei den veränderten Sicherheits- und Zuverlässigkeitsbetrachtungen im Bereich Maschinen- und Anlagenbau gerecht zu werden, ist ein bekanntes Entwicklungsziel. Die neueren Normen IEC 62061 und ISO 13849 mit ihren statistischen Ansätzen geben Leitlinien und Berechnungsgrundlagen und dienen als Richtschnur und Hilfe für den Konstrukteur. Die Verantwortung für sichere Steuerungskonzeption und Bauteileauswahl bleiben jedoch in der Souveränität des Herstellers.

In vielen Fällen sind Schaltrelais mit zwangsgeführten Kontakten durch ihre eindeutige Verhaltensweise eine große Hilfe bei der Realisierung klarer und pragmatischer Schaltungsarchitekturen. Neben der Zwangsführung, die garantiert, dass über die gesamte Relaislebensdauer niemals Arbeitskontakte (NO) und Ruhekontakte (NC) gleichzeitig geschlossen sein dürfen und dies auch im Fehlerfall (z.B. Verschweißen eines Kontaktes) zu gewährleisten ist, spricht die einfache Überwachung und Robustheit für diese Relais nach EN 50205.

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Hohe Anforderungen, kompakter Aufbau

Ob als reines Sicherheitsschaltgerät bzw. Teil einer Sicherheitssteuerung oder integriert in eine sicherheitsgerichtete SPS, es gilt, je komplexer die Schaltungsaufgabe ist, desto höher ist die Zahl der benötigten Relaiskontakte. Hinzu kommen Forderungen nach breiter Kontaktbelastung von wenigen mA bis in den Bereich von 10; 12 oder 16 A – und dies mit hoher elektrischer Lebensdauer, Stabilität und Zuverlässigkeit. Dazu sollen die Relais trotzdem immer noch kompakt aufgebaut sein. Ebenso benötigt der Anwender seine Öffner- und Schließerkontakte in der gewünschten Anzahl möglichst an der gewünschten Position, um seinen Entflechtungsaufwand so gering wie möglich zu halten.

Vielpolige Relais mit erhöhtem Kraftbedarf

Vielpolige Relais benötigen für eine sichere Kontaktgabe ein ausreichend starkes Antriebssystem. Bedingt durch die Zwangsführung der Kontakte, bei denen jeder Kontakt mit dem anderen über den Relaisschieber fest verbunden ist, entsteht zusätzlich Kraftbedarf. Gleichwohl ist der Kundenforderung nach geringer Erregerleistung und kompakter Bauform Rechnung zu tragen. Nicht nur dass die Verlustleistung zu vermehrtem Energiebedarf und Erwärmung führt, sondern auch um den Spulenarbeitsbereich über einen weiten Temperaturbereich störungsfrei gewährleisten zu können.

Bild 1: Schnittbild eines 4-poligen SIR-Relais (Archiv: Vogel Business Media)

Dabei ist zu bedenken, dass pro 10 °C Temperaturanstieg sich in der Spule der ohmsche Widerstand um 4% erhöht. Dies bedeutet, dass bei einer durchschnittlichen Spulentemperatur von 120 °C der Wicklungswiderstand gegenüber der Temperatur im unerregten Zustand, von z.B. 20 °C, um 40% erhöht. Zudem hat ein zu großer Temperaturanstieg im Relais negativen Einfluss auf das Prellverhalten der Relaiskontakte und damit auf die elektrische Lebensdauer.

Werkstoffe und Design bestimmen die Qualität

Um dies zu gewährleisten, hilft letztendlich neben der geschickten Konstruktion des Magnetsystems nur eine gewisse Menge an Kupferlackdraht und qualitativ hochwertigem Weicheisen. Somit ist die Qualität der eingesetzten Werkstoffe mit dem Design zusammen ausschlaggebend für die Stabilität und Leistungsfähigkeit des Relais. Bei der Relaisbaureiche SIR beträgt die Erregerleistung der Relais 0,6 (4 Kontakte) bis 1,3 W (10 Kontakte) und je nach Polzahl der Relais kann nach dem Erregen der Spule auf eine Halteleistung von 180 bis 390 mW abgesenkt werden, ohne dass die Schock- und Vibrationsfestigkeit oder die Kontaktkraft negativ beeinflusst wird.

Bild 2: 4-poliges SIR-“Power“-Relais für Schaltströme bis 12 A (Archiv: Vogel Business Media)

Sensitive Antriebssysteme sind beim SIR mit 4 und 6 Kontakten möglich. So beträgt die Erregerleistung dann 360 bzw. 500 mW und die Halteleitung nur noch 100 bzw. 150 mW. Magnetsysteme für Spezialanwendungen wie z.B. Bahntechnik, Off-Shore, Seilbahnen, bei denen sehr weite Arbeitsbereiche der Spule gefordert werden, sind bei diesen Relais einfach zu realisieren. Für besondere Anwendungen sind Stromspulen bis mehrere Ampere möglich. Durch die flexible Fertigungsstruktur von ELESTA relays sind Kleinmengen schnell und unkompliziert lieferbar.

Variantenvielfalt bei der Kontaktkonfiguration

Variantenvielfalt bei der Kontaktkonfiguration ist ein entscheidender Faktor für den Anwender. Je nach Polzahl sind bis zu 7 Grundkonfigurationen möglich, welche im Bedarfsfall an Kundenwünsche weiter angepasst werden können. So können z.B. einzelne Kontaktkammern für Spezialanwendungen unbestückt bleiben, z.B. um höhere Luft- und Kriechstrecken zu erzielen oder um „kodierte“ Kontaktkonfigurationen zu realisieren.

Das Schweizer Unternehmen setzt auf starre Kontaktkammern in einem homogen gespritzten Relaisgrundkörper, damit die mechanische Festigkeit zwischen Kontaktsatz und Antrieb sowie zwischen den Kontaktsätzen dauerhaft gewährleistet ist.

Breiter Schaltlastbereich gefragt

In Anwendungen mit zwangsgeführten Relais wird ein breiter Schaltlastbereich gefordert. Sowohl Signalströme für Rückmeldekontakte und kleine Ausgangskreise, als auch hohe Schaltlasten müssen gleichermaßen sicher geschaltet werden. Bei der SIR-Baureihe werden Kronenkontakte verwendet. Diese haben den Vorteil, dass die hauchvergoldete AgSnO2-Legierung durch ihre Doppelkontaktierung die 10-fache Kontaktsicherheit gegenüber von Einfachkontakten aufweist und den Lastbereich von 10 mA bis 10 A abdecken. Für höhere Lastanforderungen steht die Serie SIR4P mit zwei zusätzlichen 12-A-Arbeitskontakten zur Verfügung. Gerade bei 1-Phasenanwendungen mit hohen Einschaltströmen von bis zu 60 A findet dieses Relais große Beachtung. Die SIP-Serie ist der große Bruder des SIR4P. Mit zwei Kronenkontakten und vier Arbeitskontakten für 16 A Dauer- und 60 A Einschaltstrom ist dies das derzeit leistungsfähigste Relais mit zwangsgeführten Kontakten am Markt.

Bild 3: 10-poliges SIR-Relais mit einer Antriebsleistung von 1,3 W (Archiv: Vogel Business Media)

Trotz hoher Kontaktpolzahl und Kontaktleistung ist es gelungen, kompakte Relaisbauformen zu realisieren. So beträgt die Bauhöhe beim SIR mit zehn Kontakten 32 mm bei einer Baubreite von 20 mm und einer Länge von 85,5 mm. Relaisbezeichnung, Datencode und Prüfzeichen sind einfach und eindeutig auf der grün-transparenten Relaiskappe ablesbar. Die Relais der Baureihe SIR sind alle RoHS-konform und in bleifreien Lötprozessen zu verarbeiten. Zudem hilft die unkomplizierte und schnelle Applikationsberatung des Unternehmens bei der Relaisauswahl.

Nutzen liegt in den vielfältigen Einsatzmöglichkeiten

Der Automationsspezialist Friedrich Lütze, Weinstadt, setzt seit Jahren für seine Relaisbausteine mit zwangsgeführten Kontakten auf die SIR-Relais von ELESTA. Bei Lütze sieht man den eindeutigen Nutzen der SIR-Baureihe in den vielfältigen Einsatzmöglichkeiten. Die Forderung war unter anderem, dass die Relaisbausteine auch im Bahnbereich eingesetzt werden können. Dazu gehört der weite Eingangsspannungsbereich, welcher durch die SIR-Relais abgedeckt wird.

*Jürgen Steinhäuser ist Vertriebsleiter bei ELESTA relays in Bad Ragaz.

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