Effizienz und Zuverlässigkeit unter der Haube

Immer wieder wurde in den vergangenen Jahren das Ende elektromechanischer Relais und deren Ersatz durch Halbleiterrelais prognostiziert.

Mit den sich rasch verändernden Märkten entwickeln sich jedoch die elektromechanischen Relais stetig weiter und es wird klar, dass auch sie in den Zukunftstechnologien unverzichtbar sind. Elektrofahrzeuge und deren Ladeinfrastruktur erfordern Relais, die hohe Ströme schalten können und die galvanische Trennung der Stromkreise beherrschen. Steuerungen für die Automatisierung werden immer leistungsfähiger und kleiner und bedingen die Miniaturisierung von Elementarrelais in diesen Einsatzfeldern. Im Energiemanagement werden digitale Stromzähler, sogenannte Smart-Meter, eingesetzt. Dafür werden u. a. effiziente bistabile Relais genutzt.

Hinzu kommen eine große Anzahl von Anwendungsfeldern die innovative Relaisentwicklungen fordern. Für solche Anwendungen wurde das neuartige Elementarrelais OB 5623 von Dold mit bistabilem Schaltverhalten und mechanisch zwangsgeführten Kontakten nach DIN EN 61810-3 (VDE 0435-3) entwickelt. Die Aspekte Energieeffizienz und zuverlässiger Diagnose der Schaltstellung kommen hierbei zum Tragen.

Bistabiles Schaltverhalten

Während monostabile Relais zur Aufrechterhaltung der Arbeitsstellung permanent Energie benötigten, können bistabile Relais ohne dauerhafte Stromzufuhr zwei stabile Schaltzustände einnehmen. Sie behalten die Schaltstellung, die durch die letzte Erregung mittels eines kurzen stromsparenden Steuerimpulses eingenommen wurde und sind damit in ihrer Energieeffizienz kaum zu übertreffen. Das Relais arbeitet mit zwei Spulenwicklungen, eine für das Ansprechen mit dem Übergang in die Arbeitsstellung sowie eine für das Rückwerfen von der Arbeitsstellung in die Ruhestellung. Dieser Antrieb ist kombiniert mit einer internen mechanischen Verriegelung zur „Speicherung“ der Schaltstellung mit sehr hoher Schock- und Vibrationsfestigkeit. Der Anwender profitiert so von einer erhöhten Kontaktsicherheit und Verfügbarkeit in seiner Applikation.

Mechanisch zwangsgeführte Kontakte

Das mit seinen acht Kontakten sehr kompakt aufgebaute Relais beinhaltet einen mechanisch zwangsgeführten Kontaktsatz nach der Norm DIN EN 61810-3 (VDE 0435-3). Gemäß diesem Standard ist das Relais so konstruiert, dass Öffner- und Schließer-Kontakte sich über die gesamte Lebensdauer nicht im gleichen Zustand befinden dürfen. Schließen die Arbeitskontakte (Schließer), sind aufgrund der mechanischen Kopplung die Rückmeldekontakte (Öffner) geöffnet. So wird eine zuverlässige Diagnose der Schaltstellung ermöglicht. Gerade im Hinblick auf Fernüberwachung und Predictive Maintenance trifft das energieeffiziente bistabile Relais den Nerv der Zeit, denn eingebunden in ein Steuerungskonzept ermöglicht es Überwachung und Monitoring auf einfachste Art und Weise.

Kipprelais für Schaltanlagen der Energietechnik

Einsatzfälle für ein solches auf Leiterplatte lötbares bistabiles Elementarrelais bieten sich u. a. im Powermanagement beim Abschalten der Erregung oder Ausfall der Versorgung wo die letzte Schaltstellung beibehalten werden soll. Vertreter solcher Lösungen sind Schaltgeräte, die im Bereich der Energietechnik seit Jahrzehnten unter der marktgängigen Bezeichnung Kipprelais bekannt sind (Bild 2). Sie wandeln kurze Ansteuerimpulse in eine Dauerfunktion der Kontakte um. Typische Konstruktionen haben heute bei 8-poligen Kipprelais eine Baubreite von 45 mm oder mehr. Mit dem hier vorgestellten Relais wurde das Kipprelais UG 8851 mit deutlich geringerer Baubreite von nur 22,5 mm realisiert. Ein Bedienhebel auf der Gerätefront, der mechanisch direkt in den Schaltmechanismus mit Schaltstellungsanzeige des innen liegenden Relais eingreift, erlaubt zudem das manuelle Schalten im Testbetrieb und zeigt optisch die aktuelle Schaltstellung an.

Fazit

Bistabile Schaltelemente sind ein wichtiger Baustein der Energiewende. Die stromsparende Ansteuerung sowie geringe Eigenerwärmung sind wesentliche Vorteile, die solche Relais in energieeffizienten und auch batteriegespeisten Systemen zur Kernkomponente machen.

Christian Dold, E. Dold & Söhne GmbH & Co. KG