Die Ökodesign-Richtlinie der Europäischen Union zur umweltgerechten Gestaltung baut auf der Energiekennzeichnungsrichtlinie auf und schafft einen Ordnungsrahmen, der Herstellern von elektronischen, elektrischen und anderen Energie verbrauchenden Systemen die Senkung des Stromverbrauchs ihrer Produkte vorgibt. Das Ökodesign fordert von den Entwicklern bereits während der Konzept- und Designphase, also noch vor der Herstellung und Markteinführung, den Gesamtenergieverbrauch ihres Produkts über die komplette Lebensdauer hinweg sowie auch andere Umweltaspekte zu berücksichtigen.

Auf einen Blick

Ob es darum geht, Geräte in Standby vollständig herunterzufahren, Syteme zur Erzeugung erneuerbarer Energie an das Stromnetz anzukoppeln oder intelligente Zähler vor illegaler Manipulation zu schützen – Relais und Schalter spielen eine Hauptrolle dabei, die Elektronik der nächsten Generation energieeffizient zu gestalten, damit diese einen Beitrag zum Stromsparen leisten kann.

Die Richtlinie ist die wichtigste EU-Initiative zur Steigerung der Energieeffizienz um 20 Prozent bis zum Jahr 2020 und soll die negativen Umweltauswirkungen bedingt durch energieverbrauchsrelevante Produkte (energy-related products, ErPs) einschließlich ihres Lebenszyklus-Stromverbrauchs reduzieren. Sie bestimmt, dass der Energieverbrauch von Elektronikerzeugnissen in keinem Aus-Zustand die Leistungsaufnahme von 0,5 Watt überschreiten darf. Auch im Standby-Modus soll der Verbrauch nicht höher als 0,5 Watt sein, es sei denn das Gerät besitzt ein Status-Display. In diesem Fall ist ein Watt zulässig. Die Übereinstimmung mit dieser Richtlinie erspart nicht nur dem Endverbraucher Kosten, sondern verlängert auch die Lebensdauer von elektrischen Geräten indem sie sicherstellt, dass diese richtig ausgeschaltet sind.

Schalter und Relais spielen eine entscheidende Rolle bei der Einhaltung der Direktive, weil sie dafür sorgen, dass sich Subsysteme und Funktionen bei Nicht-Gebrauch, wenn sich ein System zum Beispiel im Standby-Zustand befindet, vollständig herunterfahren lassen. Der Idealfall ist sicherlich ein Design, das im Standby überhaupt keinen Stromverbrauch aufweist. Dies ist jedoch eine Herausforderung, weil dann nicht nur das System voll und ganz ausgeschaltet sein muss, sondern auch die Vorrichtung, welches die Systemspeicherung versorgt, keinerlei Strom ziehen darf.

Schalter mit Fernrücksetzfunktion

Laut Omron stellen Schalter mit Fernrücksetzfunktion eine gute Lösung dar, denn sie verbrauchen keinen Strom bis man sie aktiviert. Das Unternehmen hat kürzlich den industrieweit kleinsten Wippschalter mit Fernrücksetzfunktion für Designs mit Null-Standby-Stromverbrauch vorgestellt. Der A8GS (Bild 1) punktet bei Systemdesigns, die die Anforderungen der Ökodesign-Richtline (ErP) der Europäischen Kommission erfüllen oder übertreffen wollen.

Bild 1: Der Schalter mit Fernrücksetzfunktion eignet sich als Leistungsschalter für elektrische Anwendungen im Industrie- und Konsumgüterbereich.

Bild 1: Der Schalter mit Fernrücksetzfunktion eignet sich als Leistungsschalter für elektrische Anwendungen im Industrie- und Konsumgüterbereich.Omron

Der Schalter eignet sich zum Einsatz als Leistungsschalter in einem breiten Spektrum an elektrischen Anwendungen im Industrie- und Konsumgüterbereich und verträgt Einschaltströme nach TV-8-Standard. Zur leichten Integration und um möglichst viele Anwendungen zu erreichen, ist die Rücksetzspule mit den standardisierten Spannungen 3,3 und 5 VDC erhältlich. Versionen für Anwendungen mit Kleinlasten (3 VDC / 1 mA) oder Leistungskontakten (10 A / 250 VAC) und integriertem Überwachungskontakt zur Meldung der Schalterstellung sind ebenfalls erhältlich. Der Kontaktabstand beträgt 3 mm. Eine Ausführung mit zwei Leistungskontakten und einem zusätzlichen Signalkontakt ermöglicht eine zweipolige Netztrennung mit Schaltstellungsmeldung.

Der A8GS ist UL- und C-UL-zugelassen und entspricht den EN-Normen. Durch das Design konnte Omron die Abmessungen des Bauteils auf nur 30 x 17 28,5 mm reduzieren – das entspricht weniger als der halben Größe seines nichtrücksetzbaren Pendants.

Bei Fernabschaltungen von Systemen ist zu berücksichtigen, dass manche Geräte eine bestimmte Abschaltsequenz einzuhalten haben, um Datenverlusten oder Schäden an der Schaltung vorzubeugen. Für diese Fälle gibt es die Variante A8GS-T mit Ausschaltverzögerungsfunktion zur sicheren Abschaltung von Elektrogeräten. Mit diesem Schalter bleibt das System am Netzstromkreis angeschlossen, wenn dieser schon in die Aus-Position schaltet. Nach einer vom Entwickler festgelegten Zeitspanne fährt das System dann durch ein externes Signal herunter.

Schalter zur Manipulationserkennung

Eine weitere Herausforderung an Switch-Designs stellt die Detektion von Manipulationsversuchen etwa an intelligenten Zählern, Sicherheitssystemen oder Schutzausrüstungen dar.

Bild 2: Durch niedrige Schaltfrequenzen und einen wirtschaftlichen Preis positioniert sich der Ultra-Subminiatur-Schnappschalter am Markt.

Bild 2: Durch niedrige Schaltfrequenzen und einen wirtschaftlichen Preis positioniert sich der Ultra-Subminiatur-Schnappschalter am Markt. Omron

Die Besonderheit besteht darin, dass der Schalter erkennt, wenn jemand die Abdeckung eines solchen Geräts geöffnet hat. Schalter zur Manipulationserkennung sollen jedoch auch nach langen Perioden der Nichtnutzung – bei Smartmetern können das mitunter Jahre sein – zuverlässig auslösen, wenn der Zähler manipuliert wird.

Der Ultra-Subminiatur-Schnappschalter D2FS (Bild 2) zeigt sich mit hoher Zuverlässigkeit bei langer Lebensdauer und niedrigen Schaltfrequenzen. Dank seiner Konstruktionsweise mit nur einer beweglichen Einblattfeder ist der D2FS zu einem wirtschaftlichen Preis erhältlich. Die Kontaktzuverlässigkeit wird durch einen eckigen Festkontakt noch verbessert, da der Kontaktdruck pro Quadratzentimeter größer ist und beim Betätigen Wippbewegungen die Kontaktoberfläche sauber halten.

Starke Leistungsrelais

Spezielle Schaltungsanforderungen stellen Elektrofahrzeuge, netzgebundene Solar-, PV- und Windturbinen-Wechselrichter. Laut Omron ist das G9EN (Bild 3), das weltweit kleinste und leichteste kapazitätsstarke DC-Leistungsrelais, das sich sowohl für Hybrid-, Brennstoffzellen- und andere Elektrofahrzeuge als auch für andere Gleichstromanwendungen in erneuerbaren Energie- und industriellen Systemen eignet.

Bild 3: Das kapazitätsstarke Leistungsrelais kann sich durchaus sehen lassen: es mißt 28 x 40 x 50 mm und hat eine Gewicht von 140 Gramm.

Bild 3: Das kapazitätsstarke Leistungsrelais kann sich durchaus sehen lassen: es mißt 28 x 40 x 50 mm und hat eine Gewicht von 140 Gramm.Omron

Es besitzt Abmessungen von 28 x 40 x 50 mm und wiegt 140 Gramm wie die vergleichbaren Omron-Relais mit 400 VDC, 60 A. Zur Realisierung der Relais fanden proprietäre Dichtungstechniken und magnetische Ablenkverfahren Einsatz. Ein ungepolter Kontaktstromkreis macht das Relais kleiner sowie leichter und vereinfacht die Verdrahtung und Montage in Fahrzeugen und anderen Systemen.

Zwei weitere Relaisserien modifiziert Omron, um spezifische Low-Power-Kriterien und langfristige Zuverlässigkeitsanforderungen von erneuerbaren Energiesystemen zu erfüllen. Das G7L-PV (mit zwei Schließerkontakten) und das G8P (mit einem Schließerkontakt)  positionieren sich mit Kontaktzeiten unter 20 Millisekunden, langer Lebensdauer und geringer Leistungsaufnahme. Beide Bauelemente (Bild 4) entsprechen den relevanten Standards IEC62109-1 und 2 vom Juli 2011 sowie VDE0126-1. Die Relais eignen sich auch für DC-Anwendungen mittlerer Leistung wie Laderegler, batteriebetriebene USV-Backupsysteme und zum Einsatz in DC-gespeisten industriellen Anlagen wie Aufzügen, Industrierobotern und Testgeräten.

Bild 5: Bistabile Relais wie das G5RL verbrauchen nur während des Schaltvorgangs selbst Energie.

Bild 5: Bistabile Relais wie das G5RL verbrauchen nur während des Schaltvorgangs selbst Energie.Omron

Doppelt hält besser

Bistabile Relais benötigen während des Schaltvorgangs Energie und verbrauchen daher in den meisten Anwendungen weniger Strom als monostabile Relais. Die beiden energiesparenden bistabilen Relais G5RL-U und -K (Bild 5) sind auf die typischen hohen Einschaltströme von Beleuchtungssteuerungen ausgelegt und eignen sich daher sowohl für Bewegungsmelder-, Smart Meter-, Powerline-Bussystem- als auch Solarwechselrichter-Anwendungen.