AKTUELL:
Sicherheitsrelais - Elementarrelais mit zwangsgeführten Kontakten

Besondere Eigenschaften und deren Nutzen

Autoren:
Dipl.-Ing. Eberhard Kirsch, HENGSTLER GmbH, D-78554 Aldingen
Jürgen Steinhäuser ELESTA relays GmbH, CH-7310 Bad Ragaz
Dipl.-Ing. Friedrich Plappert, Panasonic Electric Works Europe AG, D-83607 Holzkirchen


1 Zwangsführung von Kontakten – was ist das?

Relais mit zwangsgeführten Kontakten sind normativ Elementarrelais nach IEC EN 61810-1 mit besonderen zusätzlichen Eigenschaften, die sich auf den Kontaktsatz beziehen, deren Anforderungen in der EN 50205 formuliert sind.

Ein zwangsgeführter Kontakt besteht aus mindestens einem Öffner und mindestens einem Schließer mit einer mechanischen Vorrichtung, die verhindert, dass Öffner und Schließer gleichzeitig geschlossen sein können. Diese Anforderung gilt insbesondere bei einem gestörten Zustand (Fehler), verursacht z. B. durch Öffnungsversagen eines Kontaktes, für die gesamte Lebensdauer.

In einer Schaltung hat dies zur Folge, dass ein geöffneter Schließer durch einen geschlossenen Öffner erkannt werden kann (Fehlererkennung). Entsprechend Gleiches gilt, für einen geschlossenen Schließer, bei dem der Öffner dann geöffnet ist.

Aus dieser Anforderung ergibt sich, dass das Öffnen eines Kontaktes stets dem Schließen des antivalenten Kontaktes vorangeht und dies keinesfalls gleichzeitig oder gar umgekehrt geschieht.

Der Fehler Öffnungsversagen ist damit detektierbar. Unter Öffnungsversagen wird hierbei verstanden, dass ein Kontakt entgegen der Erwartung nicht öffnet. Dies gilt für Öffner und Schließer gleichermaßen. Beim Auftreten dieses Fehlers muss der jeweilige antivalente Kontakt eine Mindestöffnung von > 0,5 mm haben, bzw. mindestens 2 x 0,3 mm bei Brückenkontakten. Weiterhin sind die möglichen Ursachen für einen fehlerhaften Zustand des Relais, wie Verschleiß und Bruch von Teilen (insbesondere Federn) zu bewerten und in ihrer Wirkung durch konstruktive Maßnahmen zu beherrschen.


Abb. 1.1 Spulenerregerdiagramm (beispielhafte Darstellung)

Bei der Auslegung einer Schaltung ist für die Funktion die Versorgungsspannung zu beachten. Für das Ansprechen des Relais ist der Mindestwert U1 erforderlich. Um eine thermische Überbeanspruchung zu vermeiden, ist der Wert U2 nicht zu überschreiten.

Hinzu kommt bei Relais mit zwangsgeführten Kontakten eine weitere Spannungsgrenze, welche mit U3 bezeichnet wird. Bei einer Übererregung im Fehlzustand - Öffnungsversagen eines Öffners - darf der Kontaktabstand von 0,5 mm bei den Schließern im Kontaktsatz nicht unterschritten werden.

Die Norm EN 50205 differenziert Kontaktsätze nach der Art der Zwangsführung. Typ A beschreibt Relais, bei denen alle Kontakte des Kontaktsatzes miteinander durch die mechanische Zwangsführung verbunden sind. Bei Relais des Typs B handelt es sich um Relais, deren Kontakte des Kontaktsatzes nicht alle miteinander durch die Zwangsführung verbunden sind.

Relais mit Wechslern in sicherheitsrelevanten Stromkreisen müssen ebenfalls die Forderungen der EN 50205 erfüllen. Daraus ergibt sich, dass pro Wechsler nur der Öffner oder der Schließer verwendet werden darf und die Wechsler zueinander zwangsgeführt sein müssen. Deshalb dürfen für diesen Einsatzfall nur Relais mit mindestens zwei Wechslerkontakten verwendet werden. Auch sie werden dem Typ B zugeordnet.



Typ A
Typ B
Abb. 1.2 Symbole für zwangsgeführte Kontaktsätze nach EN 50205

Zwangsführung der Kontakte darf dabei nicht mit Zwangsöffnung nach IEC EN 60947-5-1, Anhang K, verwechselt werden.

Für die sicherheitsrelevante Betrachtung sind als Fehler nur Öffnungsversagen und Isolationsversagen von Bedeutung.

Nachfolgend ist die Funktion der Zwangsführung anhand eines Öffnungsversagen bei einem Klappankerrelais erläutert.


Abb. 1.3 Relais in Ruhestellung

Bild 1.3 zeigt das Relais in der Ruhestellung. Die zwei Schließer sind geöffnet und der Öffner ist geschlossen.

In Bild 1.4 zeigt das Relais mit erregter Spule in der Arbeitsstellung. Die beiden Schließer sind jetzt geschlossen und der Öffner ist geöffnet.


Abb. 1.4 Relais in Arbeitsstellung

Bild 1.5 zeigt die Situation für den Fehler Öffnungsversagen nach dem Abschalten der Erregung an der Spule. Im gezeigten Beispiel ist der mittlere Kontakt (Schließer) verschweißt. Die Kontaktfedern sind über den Betätiger so miteinander verbunden, dass der Öffner nicht in seine Ausgangsstellung zurückkehren kann. Er hat einen Kontaktabstand von ≥ 0,5 mm. Der Öffner, als Rückmeldekontakt verwendet, kann somit den Rückführkreis nicht schließen und der Fehler ist erkannt. Beim zweiten Schließer ist der Kontaktabstand undefiniert. Eine spezielle Anforderung für den Kontaktabstand besteht nicht.


Abb. 1.5 Relais mit Fehler Öffnungsversagen, Spule nicht erregt

Bei Relais ohne zwangsgeführte Kontakte würden in diesem Fall Öffner und Schließer gleichzeitig geschlossen sein können.

Ausführungen von Relais mit zwangsgeführten Kontakten verschiedener Hersteller sind in den
Abb. 1.6 bis Abb. 1.11 zu sehen.

Abb. 1.6
Panasonic - Relais mit Drehanker
Abb. 1.7
HENGSTLER - Relais mit Schiebeanker
Abb. 1.8
ELESTArelays - Relais mit Klappanker
Abb. 1.9
DOLD - Relais mit Klappanker
Abb. 1.10
TYCO - Relais mit Klappanker
Abb. 1.11
OMRON - Relais mit Drehanker




©2010 Forum Innovation der
Deutschen Schaltrelais-Hersteller im ZVEI
Update 01/11/2010