Programm Anwenderforum Relaistechnik 2022

Dem Relais als Grundbauteil in der Elektrotechnik fällt eine wichtige Rolle zu: Das Schalten und Trennen von Schaltkreisen sowie die Isolation zwischen unterschiedlichen Stromkreisen. Hierfür ist es für die Anwendungsentwicklung notwendig, die wichtigsten Grundeigenschaften von Relais zu verstehen, um die richtigen Relais richtig in seine Anwendung zu integrieren. Diese werden unter Bezug der Interaktion von Relais mit der Anwendung vorgestellt und es wird auf typische Sachverhalte hingewiesen. Es wird Bezug genommen auf Themen wie: Wärme, Isolation, Umwelteinflüsse, Lebensdauer, elektrische Sicherheit, Brandschutz und Zuverlässigkeit - mit dem Ziel dem Anwender von Relais eine Basis zu schaffen, um die Eigenschaften von Relais im Kontext der eigenen Anwendung beurteilen zu können. 

Dem Relais als Grundbauteil in der Elektrotechnik fällt eine wichtige Rolle zu: Das Schalten und Trennen von Schaltkreisen sowie die Isolation zwischen unterschiedlichen Stromkreisen. Hierfür ist es für die Anwendungsentwicklung notwendig, die wichtigsten Grundeigenschaften von Relais zu verstehen, um die richtigen Relais richtig in seine Anwendung zu integrieren. Diese werden unter Bezug der Interaktion von Relais mit der Anwendung vorgestellt und es wird auf typische Sachverhalte hingewiesen. Es wird Bezug genommen auf Themen wie: Wärme, Isolation, Umwelteinflüsse, Lebensdauer, elektrische Sicherheit, Brandschutz und Zuverlässigkeit - mit dem Ziel dem Anwender von Relais eine Basis zu schaffen, um die Eigenschaften von Relais im Kontext der eigenen Anwendung beurteilen zu können. 

In diesem Vortrag betrachten wir verschiedene Aspekte von Halbleiterrelais, den inneren Aufbau und für welche Art von Anwendungen sie am besten geeignet sind. Zudem wird der Unterschied aufgezeigt von klassischen Solid State Relais (SSR) und Leistungshalbleitern auf MOSFET oder IGBT Basis. Danach werden die physikalischen Eigenschaften von Halbleiterrelais genauer betrachtet und die Unterschiede in der Anwendung zu elektromechanischen Standardrelais (EMR) herausgearbeitet. In einem Ausblick werden Hybridschaltungen mit Solid State Relais und mechanischen Relais für zukünftige DC Anwendungen diskutiert.

Durch die Entwicklung der Elektrofahrzeuge hat es auf dem Markt einen Bedarf nach möglichst kleinen und leichten Hochspannungsrelais gegeben. Gerade hier sind Reedrelais gefordert. Reedrelais können mit einer Spulenspannung von 5 V bis zu 1 kV DC schalten bei einer Leistungsaufnahme von 180mW. Die Durchbruchspannung liegt bei so einem Relais bei 3 kV DC über den Schaltkontakt. Um ein solches Relais herzustellen, benötigt es jedoch auch einen besonderen Umgang mit den Reedkontakten oder auch genannt Reedschaltern. 

Ein Reedschalter besteht in der Regel aus zwei Kontaktdrähten (Paddel), die als Basis-Material eine FeNi-Legierung haben und einem Glaskörper mit Schutzgasfüllung (Stickstoff/Wasserstoff) oder Vakuum (HV-Schalter), dessen Kontaktflächen mit Rhodium, Ruthenium oder Iridium beschichtet sind.

Damit der Glaskörper keine Risse bekommt und das Schutzgas oder das Vakuum nicht entweicht, muss man bestimmte Regeln einhalten, wenn man den Reedkontakt bearbeiten möchte. Hier gibt es zu beachten, dass ein gewisser Mindestabstand zum Glaskörper einzuhalten ist, wenn man die Pins schneiden oder biegen möchte. Ebenso kann der Reedkontakt auch als Positionssensor verwendet werden, was wieder einer speziellen Anordnung von Reed und Magnet bedarf. Hier erhält man durch verschiedene Anordnungen unterschiedliche Schaltergebnisse.

Der Schaltschrankbau hat besondere Anforderungen an den Einsatz von Elementarrelais. Deshalb sind für diesen Anwendungsbereich besondere Koppelrelais am Markt verfügbar. 

Das lernen die Teilnehmer im Vortrag:

Bei der Entwicklung und Verwendung von Koppelrelais sind folgende Aspekte von entscheidender Bedeutung: Anschlusstechnik, Austauschbarkeit der Elementarrelais (Steckfassungen), Schutzbeschaltungen der Spule und die Verlustleistung / Wärmeberechnung. Die Aspekte werden detailliert besprochen. Dabei erhält der Anwender wichtige Hinweise, die durch langjährige Erfahrung bei der Konstruktion und Entwicklung von Koppelrelais gesammelt wurden.

Wir entwickeln ein emissionsfreies und vollautomatisiertes Transportsystem oberhalb heutiger Straßen. Es besteht aus hängenden Kabinen, die sich schienengebunden fortbewegen. Unser Verkehrssystem wird zu 100% von erneuerbaren Energien angetrieben und basiert auf individuell geplanten Fahrten. Eine Fahrt mit der ottobahn ist von Tür-zu-Tür, nachhaltig und autonom.

Die stark steigende Nachfrage nach alternativen Energien und dem damit ansteigenden Bedarf an E-Fahrzeugen, erhöhen folgerichtig auch den Bedarf an die Ladestation Infrastruktur. Beim Entwickeln und der Auslegung einer Ladestation gibt es vieles zu Beachten. Nicht zuletzt auch die darin genutzt Schaltelemente. An die darin genutzten Relais gibt es hohe Anforderungen in Sachen Schaltströme, Kurzschlussfestigkeit und anderen Parametern. In unserem Vortrag möchten wir Einblicke in ,diese technischen und Normativen Anforderungen geben und aufzeigen worauf bei der Wahl des Relais zu achten ist. Der Schwerpunkt des Vortrags wird im 1 und 3 phasigen AC Ladestation und den Anforderungen der DIN IEC 62955 liegen.

Bei der Entwicklung von Automatisierungsprodukten stehen neben den typischen Anforderun-gen nach hoher Zuverlässigkeit, kompakter Bauform, geringe Wärmeentwicklung und Kosten-effizienz, immer mehr gesellschaftliche Aspekte, wie Energieeffizienz und Ressourcenscho-nung im Pflichtenheft. Durch die Verknüpfung eines neuen Relaiskonzeptes im Bereich der Re-lais mit zwangsgeführtem Kontaktsatz und einer veränderten Steuerungsarchitektur wird auf-gezeigt wie diesen Forderungen gerecht werden kann.

Wissensinhalte:

• Neues Steuerungskonzept für Sicherheitsschaltgeräte
• Funktion des Doppelankerrelais mit zwei unabhängigen zwangsgeführten Kontaktsätzen
• Ressourcenschonendes Design bei elektromechanischen Sicherheitsschaltgeräten

Monostabil, bistabil, intelligent: Leistungsrelais für den professionellen Einsatz in Nutzfahrzeugen

Nutzfahrzeuge sind auf eine zuverlässige elektrische Energieversorgung angewiesen. Ein zentrales Element ist der Batterietrennschalter. Ohne ihn läuft nichts.

Welche Anforderungen werden dort an ein Leistungsrelais gestellt?

KBA Zulassung, EU-Richtlinien usw. Auch die Umweltanforderungen der ISO16750 wie Schock, Vibration, chemische Beständigkeit stellen elektromechanische Relais vor Herausforderungen.

An einigen konkreten Beispielen wie Baumaschinen. landwirtschaftl. Fahrzeugen und Sonderfahrzeugen wird der Einsatz von elektromechanischen Relais erläutert.

Relais in Elektroenergiezählern dienen primär der Trennung der Energieversorgung aufgrund von Lastprofilen (Load Control Switch) oder Zahlungsmodalitäten (Supply Control Switch). Daneben existieren noch viele weitere Anforderungen aufgrund von Bauraum, Leistungsfähigkeit, Zählerintegration, Messeinflüssen und Umgebung sowie dem hohen Zeit- und Kostendruck im Elektrozählergeschäft. Die Energieversorger installieren meist nur bestimmte Zählervolumen nach Ausschreibung in festgesetzten Zeiträumen. Neue Zählergenerationen sollen kleiner und kostengünstiger sein, wobei die Leistungsdaten nicht sinken dürfen. Das Relais soll den Kundenwünschen nach erhöhter Kurzschlussfestigkeit, engeren Toleranzen, geringer Erwärmung, Shunt-Integration, hoher EMI Festigkeit etc. Rechnung tragen. Andererseits wird das Relais üblicherweise auf der Zähler-PCBA integriert, d.h. die Schnittstellenanforderungen engen den Gestaltungsspielraum zusätzlich ein. Der Vortrag detailliert diese Aspekte und geht auf daraus resultierende Designkonflikte ein. Anschließend werden aktuelle und zukünftige Lösungsoptionen aufgezeigt sowie eine Diskussionsbasis für die Zählerrelaisentwicklung geschaffen.

Das Elementarrelais als elektromechanisches Bauteil reagiert empfindlich gegenüber mechanischer Beanspruchung durch Vibrationen, Schocken und Schwingen. Unter Umständen ist eine sichere Schaltfunktion nicht mehr gegeben.

Viele Faktoren wie die Einbaulage des Relais, die Montage (gesteckt auf einer Fassung oder montiert auf einer Platine), die Umgebungsbedingungen usw. haben einen großen Einfluss auf die Vibrationsbeständigkeit.

Beim Anwender gibt es unterschiedliche Anforderungen an die Vibrationsbeständigkeit von Komponenten wie zum Beispiel Koppelrelais in den unterschiedlichen Applikationen. In der Marine erfolgt die Einteilung nach Vibrationsklassen abhängig vom Einbauort. Aufzüge & Fahrtreppen haben Herstellerabhängig unterschiedliche Anforderungen an die Vibrationsfestigkeit.

Die Bahnindustrie („rolling stock“) hat ihre Anforderungen in einer europäischen Norm definiert.

Im Vortrag wird der Aufbau und die Durchführung einer Vibrationsprüfung dargestellt. Wie „reagiert“ das Elementarrelais gesteckt in einer Fassung oder eingelötet auf einer Platine in unterschiedlichen Einbaulagen? 

Die Prüfergebnisse werden mit entsprechenden Schlussfolgerungen und Handlungsempfehlungen im Detail vorgestellt.

Durch gestiegene Anforderungen an Nachhaltigkeit, Energieeffizienz und Ressourcenschonung haben sich auch die Anforderungen an Schaltrelais, die in Hausgeräten zum Einsatz kommen, deutlich verändert. Neue Antriebstechnologien, veränderte Programmabläufe und neue Verbraucher haben Einzug in die Geräte gehalten und bringen ihre jeweils eigenen Besonderheiten in Bezug auf die Lastparameter und Stromverläufe mit sich. Was sich dabei auf Seiten der ansteuernden Relais verändert hat, worauf Miele bei der Auswahl und Qualifikation achtet und warum elektromechanische Relais in Hausgeräten immer noch das Mittel der Wahl sind, soll in diesem Vortrag erläutert werden.

Wissensinhalte:

• Technische Neuerungen auf dem Hausgerätemarkt
• Wichtige Kriterien bei der Relaisauswahl
• Vorteile von elektromechanischen Relais in Hausgeräten gegenüber Halbleiter-Schaltern

In Rechenzentren, Industrie-, Zweck- und Wohnbauten mit moderner Informationstechnologie sind Störungen und Ausfälle in der Stromversorgung mit hohen Kosten verbunden. In Anlagen, in denen Hochverfügbarkeit und Sicherheit gefordert wird, sollte die Stromversorgung permanent mit einem Differenzstrom Überwachungssystem (RCMS) auf Isolationsverschlechterung und auf die Einhaltung eines „sauberen“ und EMV-freundlichen TN-S Systems überwacht werden.

Das Differenzstrom-Überwachungssystem (RCM/ RCMS) hat die Aufgabe, in Abhängigkeit von der jeweiligen Normen- bzw. Vorschriftenlage, in elektrischen Anlagen den Personenschutz, den Brandschutz, den Anlagen- / Geräteschutz und eine permanente EMV-Überwachung sicherzustellen bzw. zu ergänzen. Das RCMS-System unterstützt die vorbeugende Instandhaltung, um eine hohe Personen-, Anlagen- und Betriebssicherheit der elektrischen Anlage zu gewährleisten und bietet bei der widerkehrenden Prüfung nach DGUV V3 ein enormes Einsparpotential.

Die Anwendung elektrischer Energie ist grundsätzlich mit Gefahr verbunden. Ein absolut sicheres Erzeugnis zur Verfügung zu stellen ist nicht möglich. Deshalb ist das Ziel der Hersteller von elektrischen Geräten und Anlagen, die Gefahren beim Gebrauch möglichst gering zu halten. Beim Anschalten von Wechselrichtern an das öffentliche Netz werden besondere Anforderungen gestellt. So ist zum Beispiel die Einfehlersicherheit ein wesentliches Kriterium. Um dieses wirtschaftlich zu erfüllen stehen Relais mit entsprechenden Eigenschaften zur Verfügung.

Was bedeutet Einfehlersicherheit:

Einfehlersicherheit bedeutet, daß beim Auftreten eines Fehlers die Sicherheit beim Betrieb einer Anlage nicht beeinträchtigt werden darf. 

Das lernen die Teilnehmer im Vortrag kennen:

Wie kann Einfehlersicherheit gewährleistet werden:

Es wird dargestellt, wie mit einer 2 kanaligen Architektur die Einfehlersicherheit hardwaremäßig mit Relais realisiert werden kann. Es wird der Einsatz in Wechselrichtern für Energieerzeugungsanlagen und in Ladeeinrichtungen für Elektrofahrzeuge diskutiert.

Der EU Green Deal und der damit verbundene Circular Economy Action Plan sehen eine grundlegende Umwandlung der europäischen Wirtschaft hin zu einer Circular Economy vor. Konkrete, für die Elektro- und Digitalindustrie relevante Gesetzesinitiativen befinden sich in Vorbereitung. Im März 2022 hat die EU-Kommission Vorschläge für eine Ecodesign for Sustainable Products Regulation (ESPR) vorgelegt. Flankiert wird dies durch die EU-Taxonomie, welche die Bewertung von Wirtschaftsaktivitäten vornimmt. Damit verbunden sind Berichtspflichten, wie etwa die Nachhaltigkeitsberichterstattung oder das EU-Gesetz zur Sorgfaltspflicht von Unternehmen.

Der Vortrag gibt einen Überblick über die voraussichtlichen Anforderungen und den Zeitplan, und zeigt Ansätze, wie sich Unternehmen darauf vorbereiten können.