Immer schön die Fassung bewahren!

Kontakterweiterungen in Schaltkreisen der funktionalen Sicherheit, z.B. bei Maschinen und Analgensteuerungen sind immer wieder notwendig. Im ein oder anderen Fall ist es dabei hilfreich, einzelne Relais einzubinden. Hierbei ist zu beachten, dass die geforderte Steuerungsarchitektur des jeweiligen Safety Integration Level (SIL) IEC 62061 oder des Performancelevels PL mit der jeweiligen Kategorie nach ISO 13849-1 beibehalten wird und die notwendigen Nachweise geführt werden.

Unabhängig der Einbindung von zusätzlichen Relaiskontakten und deren Einfluss auf die Steuerungsarchitektur sind die Aspekte der elektrischen und mechanischen Eignung zu bewerten. Relais mit zwangsgeführten Kontakten nach IEC 61810-3 sind in der Regel als Printrelais für den Einsatz in Platinen konstruiert. Die Verwendung in einer Fassung stellt eine zusätzliche Anwendung dar. Hierbei können Umwelteinflüsse wie Temperaturwechsel, Schock und Vibration einen weitaus größeren Einfluss auf die Zuverlässigkeit des Relais haben als bei der Lötmontage. Insbesondere sind die Kontaktstellen zwischen Relaispins und den Federkontakten der Fassung zu beachten. Durch Temperaturwechsel und Vibration kann z.B. Reibkorrosion entstehen. Dies kann zur Erhöhung der Überganswiderstände führen, die bis zur Isolation oder thermischen Überlastung der Kontaktstelle führen. Durch Exposition in aggressiven Industrieatmosphären kann durch Korrosionsbildung ebenfalls eine Schädigung der Kontaktstelle stattfinden. Hohe Schockbelastungen z.B. bei der Montage der Fassung direkt im Maschinengestell kann ebenfalls zur Schädigung führen. Diese Effekte sind bei der Systembewertung, in einer FMEA mit zu betrachten.

Ein neuer Aspekt, der immer wieder angesprochen wird, ist die Manipulationssicherheit. In der Regel ging es in der Vergangenheit bei dieser Fragestellung um die Fehlermöglichkeiten beim Wechsel der Relais oder Verdrahtung an der Fassung. Hierbei sind externe Maßnahmen, wie z.B. Schließsysteme und Zugangsberechtigungen zu den Steuerungseinrichtungen zu beleuchten. An der Fassung selbst kann u.a. bei Schraubklemmen mit Hilfe von Sicherungslack nach der Montage eine Manipulation am Kabelbaum bzw. der Verdrahtung nachgewiesen werden.

Die genannten Aspekte sind alle nicht neu und dennoch geht es beim Einsatz von Fassungen in Kombination von Relais mit zwangsgeführten Kontakten primär um Anwendungen deren Aufgabe der Schutz von Leib und Leben ist. Zum anderen rückt die Systemverfügbarkeit und Zuverlässigkeit von Maschinen und Anlagen in den Fokus, gerade bei System die eine Interaktion oder Kooperation mit Menschen erlauben.

Die klassischen Anwendungen für Relaisfassungen sind in diesem Bereich bis dato einfache Kontakterweiterung mit 2-poligen Relais auf einer DIN-Schienenfassung. Bisweilen werden auch höherpolige Varianten verwendet, die jedoch in der Regel komplexer einzubinden sind und hier nicht betrachtet werden.

Das verwendete Relais besteht in der Regel aus einem Kontaktsatz mit zwei Wechslern (2 CO). Von diesen dürfen jedoch nur der Arbeitskontakt (AK) des einen und der Ruhekontakt (RK) des anderen CO verwendet werden. Die beidseitige Nutzung eines CO mit AK und RK ist aufgrund der IEC 61810-3, in der die Zwangsführung der Relais normativ beschrieben wird, ausgeschlossen. Wechselkontakte sind aufgrund ihrer Konstruktion als Kontaktsatz des Typ B klassifiziert, da der Federbruch konstruktiv nicht ausgeschlossen werden darf. Somit reduziert sich die Nutzung auf zwei Kontakte des Relais.

Eine Alternative bildet die neue Fassung SRD-SIS3 von ELESTA bei der die 2- und 3-poligen Relais mit 2 AK und 1 RK bzw. 1 AK und 1 RK verwendet werden. Alle Relais entsprechen dem Typ A, bei dem alle Kontakte miteinander zwangsgeführt sind und somit genutzt werden dürfen.

Nicht nur das verschiedene Möglichkeiten der Kontakterweiterung zur Verfügung stehen, gibt es elektrische Vorteile. Neben einer klassischen Einbindung von bis zu drei Schaltkreisen, was durch die Mehrzahl der nutzbaren Kontakte möglich ist, kann auch das Lastschaltverhalten verbessert werden.
Bei hohen Lasten ist paralleles Schalten der zwei Arbeitskontakte hilfreich. Durch die Lastaufteilung auf zwei Kontakte ist eine Schaltlasterhöhung z.B. von 6 A AC-1 des Einzelkontaktes auf 10 A AC-1 in der Parallelschaltung der Kontakte möglich. Die elektrische Lebensdauer der Kontakte, wie auch das Risiko des Verschweißens der Kontakte kann durch die Reihenschaltung der der AK gerade bei aggressiven Lasten mit großer Lichtbogenbildung verbessert werden. Die Verdopplung der Luftstrecke verkürzt die Lichtbogenbrenndauer je nach Lastfall um mehr als 50%.
Sind hingegen kleine Lasten oder auch sogenannte Low Demand Anwendungen zu betrachten, bei denen über die Zeit nur sehr wenige Schaltzyklen zu erwarten sind, wird durch die Parallelschaltung der Arbeitskontakte die Kontaktzuverlässigkeit erhöht. In Verbindung mit den verwendeten Zackenkronenkontakten und der Schutzart RT III des Relais gerade für Anwendungen in der Prozessindustrie und Medizintechnik ein interessanter Lösungsansatz.

Trotz der drei Kontakte ist die Leistungsaufnahme der Relaisspule sehr gering. In der Regel liegt die Leistungsaufnahme der klassischen 2-Wechsler-Relais zwischen 1 W und 700 mW. Je nach Spule hat das SIS212 in der Standardvariante 600 mW und als sensitive Ausführung 400 mW Verlustleistung. Bei der 2-poligen Variante SIS 112 beträgt die Verlustleistung 270 mW und in der sensitiven Variante nur noch 200 mW. Damit wird weniger Wärme eingebracht und verfügt über energieeffiziente Relaisantriebe.

Für Verwendung in Relaisfassungen sind die Haltekräfte in der Fassung und die Haltebügel von Belang. Für die neue Fassung SRD-SIS3 wurden die Relaisserien um die Variante SIS 212 L38 bzw. SIS 112 L38 erweitert, bei denen die Relaispins 3,8 mm betragen. Die kompakte Bauform der Relais und die gute Verteilung der Pins über die Grundfläche des Relais erhöht die Kraftverteilung bei geringem Kippmoment. Ein breiter Bügel absorbiert zusätzlich Stoßbelastungen.
Abgerundet wird die Fassung durch eine stabile Modulaufnahme für Schutz und Anzeigeelemente, sowie einer gut sichtbaren Fläche für Kennzeichnungen.

Die neue Fassung SRD-SIS3 stellt eine Alternative für die Kontakterweiterung in höherwertigen Anwendungen der funktionalen Sicherheit dar.