Von den teuren Steuerungssystemen erwartet jeder Anwender eine hohe Zuverlässigkeit, doch lohnt es sich auch, Sorgfalt bei der Auswahl des passenden Relais walten zu lassen.
Was steckt eigentlich hinter den standardmäßig angegebenen Werten von z.B. 10 A, 250 VAC oder 10 A bei 30 VDC für ein Interfacegerät?
Ist es möglich, damit eine induktive Last von 300 VA zu schalten?
Natürlich nicht, denn diese Angaben beschreiben immer nur die zulässige Dauerlast des Kontakts.
Betrachtet man die Lasten, so lässt sich feststellen, dass die angeschlossenen modernen Geräte von heute einen geringeren Strombedarf haben und zudem sich in der Tendenz immer mehr einer induktiven Last nähern.
Nun sollte man meinen, dass der kleinere Strom kein Problem darstellt, doch genau hier lauert eine Fehlermöglichkeit, denn gerade zum Schalten geringer Ströme müssen besondere Kontaktmaterialien benutzt werden.
Werden zusätzlich induktive Lasten angeschlossen, so ergibt sich beim Öffnen der Kontakte durch den Lichtbogen eine zusätzliche Beanspruchung.
Nicht der stabile Dauerstrom beansprucht den Kontakt, sondern der eigentliche Schaltvorgang in Verbindung mit Lastgröße und Lastart.
Zu beachten ist deshalb das Verhältnis des Schaltstroms zum stabilen Dauerstrom.
Im Fall der ohmschen Belastung sind Schalt- und Dauerstrom annähernd identisch.
An einer Lampenlast kann dagegen aufgrund des Kaltwiderstands der Glühwendel der Schaltstrom bis zum Zwanzigfachen des Dauerstroms betragen.
Motoren, Ventile und Schütze wiederum sind induktive Verbraucher, die sich durch einen vier- bis achtfach höheren Einschaltstrom auszeichnen.
Auch bei Ventilen können die Schaltspitzen bis zum Zwanzigfachen des Dauerstroms betragen.
Diese induktiven Lasten verursachen zusätzlich starke Abschaltfunken.
Einen Sonderfall bilden Kondensatorlast und eine sehr lange Leitung.
Hier können die Schaltströme das Vierzigfache des Dauerstroms erreichen.
Quecksilberdampflampen, ebenfalls gesondert zu betrachten, zeichnen sich durch einen Schaltstrom aus, der zwar nur etwa dem Dreifachen des Dauerstroms entspricht.
Der Zeitraum, in dem der Einschaltstrom auf den Dauerstrom abfällt, kann jedoch bis zu 5 min betragen.
In der IEC/ EN 60947 werden Gebrauchskategorien für Schaltelemente angegeben.
In vielen Datenblättern werden leider nur die Gebrauchskategorien AC-1 und DC-1 angegeben.
Das macht es dem Anwender unmöglich, eine dauerhafte Lösung zu finden.
Die Gebrauchskategorien AC-1 und DC-1 werden als ohmsche Last, genau als "nicht induktive oder nur schwach induktive Last (Widerstandslasten)" beschrieben.
Doch in der Praxis findet der Anwender kaum noch eine rein ohmsche Last.
Hier werden dann die Angaben über die Gebrauchskategorien für induktive Belastungen benötigt, um das richtige Relais für die jeweilige Anwendung zu finden.
Die Werte der AC-Gebrauchskategorien für die Lastarten stellen sich noch recht einfach dar:
Widerstands-Heizungen entsprechen der Klasse AC-1 und umfassen ohmsche Lasten (cos φ >0,95), Glühlampen entsprechen AC-5b, kleine elektromagnetische Lasten entsprechen AC-14 (IE = 6 x IB; cos φ =0,7) und
Elektromagnetische Lasten an AC gehören in die Klasse AC-15 (IE = 10x IB; cos φ = 0,3).
Während bei AC durch den Strom- Spannungs-Nulldurchgang ein Lichtbogen "natürlich" begrenzt wird, liegen die Probleme beim Schalten von DC-Lasten im Lichtbogen, der beim Öffnen des Kontakts entsteht.
Die Folge können starke Überhitzung und Lochbrand bis hin zum Totalschaden sein; schon bei einmaligem Schalten jenseits der Lastgrenzkurve.
Grundsätzlich hängt die Zeitdauer des Lichtbogens von dem Kontaktabstand, der Öffnungsgeschwindigkeit und der Schaltenergie ab.
Durch geeignete Maßnahmen wie die Vergrößerung des Kontaktabstands wird der Lichtbogen gelöscht.
Bei den Gebrauchskategorien für Gleichspannung wird in der Norm auf die Berechnung der Lastgrenzkurve verwiesen.
Es kann nicht von einem cos w gesprochen werden, hier wird die Zeitkonstante t = L/R bewertet.
Widerstandsheizungen sind ohmsche Lasten (t = 0,95) und werden in die Klasse DC-1 eingeordnet.
Zu DC-13 gehören Elektromagnete mit 6 x P und DC-14 sind Elektromagnete mit Sparwiderständen (IE = 10 x IB/t = 15 ms).
Grundsätzlich interessieren bei einem Industrierelais die Kategorien DC-1 und DC-13.
Die Kategorie DC-14, die das Steuern elektromagnetischer Lasten beschreibt, kommt auf Grund der Baugrößen von Industrierelais für diese meist nicht in Betracht.
Die Gebrauchskategorie DC-13 beschreibt das Steuern von Elektromagneten, Hilfsstromschaltern, Leistungsschützen und Magnetventilen.
Der Einschaltstrom ist kleiner oder gleich dem Nennstrom.
Jedoch kann die Abschaltspannungsspitze bereits das etwa 15-fache der Nennspannung betragen.
Welchen Einfluss die Induktivitäten auf die Schaltleistung eines Kontakts haben, verdeutlicht das Diagramm der möglichen Schaltleistungen im Einsatzfall DC-1 und DC-13.
Hier ist zu erkennen, dass ein normaler Kontakt bei induktiver Belastung schon bei kleinen Strömen an seine Grenzen stößt.
Die hier angegebene rote Kennlinie beschreibt eine Belastung der Gebrauchskategorie DC-13 bei einem Industrierelais mit normalen Silber/Nickel-Kontakten.
Auf Grund dieser Problematik hat der Relaishersteller Releco eine komplette Produktpalette für diese Anwendungen geschaffen.
Diese speziellen Relais in den Baugrößen der Standard-Industrierelais (38 und 22,5 mm) ermöglichen auf Grund ihrer speziellen Kontaktarchitektur das Schalten hoher DC-Lasten.
Bei der G-Version des RELECO Relais mit einem reinen Arbeitskontakt (Schließer) kann der Kontaktabstand konstruktiv unter Beibehaltung der Anschlussgeometrie auf 1,7 mm erhöht werden.
Das bewirkt eine Steigerung der DC-Schaltleistung, ohne die AC-Schaltleistung zu beeinflussen.
Durch diesen Aufbau wird die Schaltleistung von z.B. 0,5 A bei 110 V (DC-1) eines Standardrelais auf 1,2 A bei 110 V (DC-1) um das 2,4-fache gesteigert.
Werden diese Schließer zusätzlich intern in Reihe geschaltet, wird ein Kontaktabstand von > 3 mm (1,7 + 1,7 mm) erreicht; z.B.
beim C3-X10. Dieses Relais der X-Version ermöglicht das Schalten von 7 A bei 110 V (DC-1) und immerhin noch 0,3 A bei 220 V (DC-13).
Diese RELECO Relais mit Zweifachunterbrechung stehen dem Anwender in verschiedenen Bauformen zur Verfügung.
Die 38 mm breiten RELECO Relais C3-X10 und C5-X10, sowie das 22,5 mm breite C7-X10 -RELECO-Relais sind in dieser Ausführung nur noch einpolig.
Die Bauform C4, standardmäßig mit 4 Wechslern, ermöglicht das Schalten von zwei Kreisen.
Die Lastgrenzkurve dieser speziellen Versionen zeigt, dass diese RELECO Relais im Bereich der 24 V und 48 VDC eine Kontaktbelastung von 10 A in der Gebrauchskategorie DC-13 ermöglichen.
Diese können z.B. dort genutzt werden, wo mit einer SPS große induktive Lasten geschaltet werden müssen.
Hier würden normale Relais auf Grund der hohen induktiven Belastung schon nach wenigen Schaltungen deutliche Abnutzungserscheinungen an den Kontakten zeigen oder die Last auf Grund des stehenden Lichtbogens gar nicht abschalten könnten.
Ein weiteres Einsatzgebiet dieser RELECO Relais ist das Ansteuern von Ventilen an Maschinen, Abfüllanlagen oder in Verfahrensprozessen.
Hier wird in der Regel das elektronische Steuersignal von der SPS geliefert, während die hohe induktive Last über ein Schnittstellenrelais geschaltet wird.
Beim Einsatz dieser speziellen DC- RELECO Relais wird eine hohe Funktionszuverlässigkeit erreicht.
Der bis zu 20-fache Einschaltstrom sowie der Abschaltfunke, der durch die abzubauende magnetische Energie verursacht wird, werden mit der Doppelunterbrechung beherrscht.
Die M-Versions-Relais der Typen C3-M und C5-M mit Blasmagnet sind steckbare Hochleistungsrelais, die entwickelt wurden, um sehr hohe DC-Lasten zu schalten.
Diese RELECO Relais ermöglichen in dieser nur 38 mm breiten Bauform das Schalten von 10 A bei 220 V (DC-1).
Dies wird durch das Zuschalten eines kraftvollen Magneten erreicht, der den beim Öffnen der Kontakte entstehenden Lichtbogen "ausbläst".
Hierdurch erhöht sich die Lebensdauer der Kontakte um ein Vielfaches.
Haupteinsatzgebiete sind in Zügen, Elektrizitätswerken und Hochspannungsverteilungen, in denen Versorgungsspannungen von 24 V bis 220 VDC verwendet werden.
Die Grundvoraussetzung für eine befriedigende Relaislebensdauer ist die richtige Auswahl des Relaistyps.
Müssen induktive Verbraucher geschaltet werden, empfiehlt es sich grundsätzlich, den Verbraucher zu beschalten, um die Störung am Ort der Erzeugung zu beseitigen.
Bei Wechselstrom wird man mit einem RC-Glied oder auch einem VDR, bei Gleichstrom mit einem RC-Glied oder einer Freilaufdiode eine Verbesserung erzielen.
Diese Maßnahme wird belohnt durch geringere Störungen und eine erheblich längere Lebensdauer des Kontakts.
Bei kapazitiven Verbrauchern hilft die vorgenannte Maßnahme allerdings nicht, da kann nur ein kleiner Vorwiderstand oder eine kleine Drossel helfen.
Liegen dem Errichter oder Konstrukteur keine Daten der angeschlossenen Geräte vor, können die Relais direkt mit Schutzbeschaltungen versehen werden.
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