Das Sicherheitsmodul Minos basiert auf Halbleitertechnik anstelle von Relais: Der große Vorteil davon ist das schnelle und vor allem verschleißfreie Schalten. Zander

Das Sicherheitsmodul Minos basiert auf Halbleiter-Bauelementen anstelle von Relais: Der große Vorteil davon ist das schnelle und vor allem das verschleissfreie Schalten. Zander

… und so wird es in naher Zukunft sicher eine Koexistenz beider Techniken geben. Dabei kommt es auf die Anwendung an, wo welche Technik die bessere Wahl ist.

Die Relaistechnik wird wegen des potenzialfreien Schaltens und der relativ hohen Ausgangsströme in vielen Anwendungen als Standard eingesetzt, beispielsweise in der Prozessindustrie als Koppelrelais. Das wird sich so schnell nicht ändern. Das Vertrauen in diese Technik für Sicherheitsrelais wird auch dadurch bestätigt, dass die Anzahl der eingesetzten Geräte nach wie vor auf hohem Niveau ist.

Die Halbleitertechnik wird vor allem aufgrund ihrer kompakten Bauweise, ihrer Stabilität und ihrer Verschleißfreiheit in den nächsten Jahren einen großen Zuwachs erfahren. Am Beispiel der Halbleiter-basierten Sicherheitsschaltgeräteserie ‚Minos SL‘ von Zander wird gezeigt, dass hochkompakte Bauformen möglich sind, die die höchsten Normen und Standards erfüllen – sowohl für den Maschinenbau als auch für die Prozessindustrie.

Eckdaten

Sicherheitsmodule auf Basis von Halbleiter-Bauelementen können die klassische Relais-Technik in vielen, aber nicht allen Anwendungen ersetzen.

Wesentliche Vorteile der Safety-Module mit Halbleiter-Technik sind: kein Verschleiß, sehr kompakt, schnell schaltend und unempfindlich gegen Stoß und Vibration.

Die auf Halbleiter-Bauelementen beruhenden Safety-Module der Minos-Baureihe eignen sich beispielsweise zur Überwachung von Not-Halt-Tastern, Sicherheitsschaltern, Zuhaltungen, Lichtschranken bis hin zur Kontaktverstärkung von sicheren SPS-Ausgängen.

Auch der kombinierte Einsatz beider Techniken wird in Zukunft weiter wachsen. Hier bietet Zander im Bereich der sicheren Kleinsteuerungen beispielsweise die sichere Zeit-Mini-Steuerung SCB oder die vorkonfigurierte Safety-Steuerung Talos an (Bild 3).

Die klassische Sicherheitsrelais-Technik

Wie sehen klassische Not-Halt-Relais aus? Die Verschaltung wird auf Basis kontaktbehafteter Relaistechnik realisiert. Eingesetzt werden zwangsgeführte Relais, welche als sichere Schaltkontakte dienen. Gefährliche Fehler, wie zum Beispiel ein verschweißter Kontakt, werden so frühzeitig erkannt, woraufhin der sichere Zustand verriegelt hergestellt wird.

Die Funktion klassischer Sicherheitsschaltgeräte ist immer ähnlich. Sobald der Sicherheitskreis geschlossen und der Start-Taster betätigt wird, werden die zwangsgeführten Relaiskontakte K1 und K2 über die interne Logik geschlossen (siehe Bild 1). Durch Öffnen des Sicherheitsschalters werden die Sicherheitskontakte geöffnet und schalten die Maschine sicher ab. Zwangsgeführte Relais gewährleisten, dass ein einzelner Fehler nicht zum Verlust der Sicherheitsfunktion führt und jeder Fehler durch zyklische Selbstüberwa­chung spätestens beim nächsten Aus- und Wie­der­einschalten erkannt wird. Neben dem Erkennen von Fehlern im Eingangskreis, etwa von Kontaktproblemen bei der Sensorik, werden auch die angeschlossenen Aktoren oder Erweiterungsmodule durch die Integration in einen Rückführkreis des Not-Halt-Relais überwacht. Somit erfüllt ein Not-Halt-Relais nicht nur die Funktion des sicheren Abschaltens, sondern zusätzlich auch die Überwachung der gesamten Sicherheitseinrichtung und ist somit das zentrale Element einer Sicherheitsfunktion.

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Bild 1: Klassisches Sicherheitsschaltgerät Zander SR3C (Relais) und exemplarischer Schaltplan. Zander

Neben der Auswertung und Überwachung von Not-Halt Tastern, Schutztürschaltern (zum Beispiel  Zander ZCode) oder Lichtgittern, gibt es auch spezielle Schaltgeräte für besondere Sicherheitsanforderungen, zum Beispiel: Relais zur sicheren Zweihandsteuerung, die bei Pressenarbeitsplätzen eingesetzt werden (etwa das Relais S2HC von Zander) oder Sicherheitsschaltgeräte mit Zeitfunktion (SCB oder SR4C von Zander), welche für nachlaufende Maschinen eingesetzt werden.

Bewertung von klassischen Sicherheitsrelais

Die klassischen Sicherheitsrelais zeichnen sich durch die potenzialfreie Trennung  hoher Lasten aus. Die Leiterplattenrelais können zudem aus Sicht des Entwicklers relativ unkompliziert und problemlos in elektronische Schaltungen integriert werden. Bei Strom- oder Spannungsspitzen zeichnen sie sich durch eine verhältnismäßig gute Verträglichkeit beziehungsweise Festigkeit aus. Ferner lassen sich relativ große Ströme und Spannungen bis 250 V AC schalten. Der Schaltzustand ist beim Leiterplattenrelais zumeist häufig mit bloßem Auge erkennbar und ist akustisch durch das charakteristische Klacken deutlich wahrnehmbar.

Auf der anderen Seite sind diese Relais aufgrund ihres mechanischen Aufbaus immer noch größenbestimmende Bauteile bei Sicherheitsschaltgeräten. Zudem sind sie aufgrund ihres mechanischen Teilwirkmechanismus einem Verschleiß ausgesetzt und reagieren sensitiv auf Erschütterungen und Stoßbelastungen. Wegen der vergleichsweise hohen Ansprech- und Abfallzeiten schalten klassische Relais im Bereich von mehreren Millisekunden und gelten somit als vergleichsweise langsame Schaltelemente.

Auf Seite 2 geht es mit Sicherheitslogiken mit Halbleiter-Logikschaltungen weiter.

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