Sicherheitsrelais

Kennzeichnend für Sicherheitsrelais sind die mechanisch zwangsgeführten Kontakte. Dold

Sicherheitsrelais in der Medizin

Sicherheitsrelais im Medizinbereich müssen besonderen Anforderungen standhalten. Dold

Die in den letzten Jahren gewonnenen Erkenntnisse im Bereich der effizienten Relaiskonzeption sowie neuer Kontakt- und Gehäusewerkstoffe werden nicht nur bei Neuentwicklungen genutzt. Sie ermöglichen auch eine stetige Optimierung bereits bewährter Konstruktionen von Relais mit zwangsgeführten Kontakten, die im weiteren Textverlauf zur Vereinfachung als Sicherheitsrelais bezeichnet werden.

Was sind Sicherheitsrelais?

Sicherheitsrelais sind eine spezielle Art von Elementarrelais bei denen die Kontakte / Kontaktsätze besondere Eigenschaften aufweisen. Die normativen Anforderungen der Zwangsführung sind in der IEC EN 61810-3 formuliert. Kennzeichnend für Sicherheitsrelais sind die mechanisch zwangsgeführten Kontakte. Diese bestehen zumindest aus einem Schließer und einem Öffner, die immer so miteinander verbunden sind, dass auch im Fehlerfall niemals Schließer und Öffner gleichzeitig geschlossen sind. Das gilt für die gesamte Lebensdauer des Sicherheitsrelais, welche laut Norm mindestens 10 x 106 Schaltspiele beträgt. Außerdem müssen über die gesamte Lebensdauer zwischen den geöffneten Kontakten Abstände von >0,5 mm eingehalten werden.

Diese Anforderungen ermöglichen die Nutzung der Öffner als Abfragekontakte für zuverlässige Rückmeldungen über den Schaltzustand des Kontaktsatzes. Da ein möglicher Bruch von Kontaktfedern normativ nicht ausgeschlossen werden darf, muss dies in der Relaiskonstruktion berücksichtigt werden. Aus diesem Grund verfügen Sicherheitsrelais über Abkammerungen (mechanische Trennung) der einzelnen Kontakte / Kontaktteile, damit keine elektrische Verbindung zu anderen Kontakten oder zum Relaisantrieb entstehen kann beziehungsweise auch ein geöffneter Kontakt nicht überbrückt werden kann.

Schaltzuverlässigkeit

Üblicherweise werden die Schließer in die Sicherheitskreise eingebunden und schalten in der Regel höhere Lasten. Die Öffner hingegen werden meist durch eine Auswerteelektronik abgefragt. In den letzten Jahren haben sich die Lasten in diesen Rückmeldekreisen immer weiter verringert und liegen heute zum Beispiel im Bereich von 10 V und 10 mA. Das zuverlässige gemeinsame Schalten von kleinen und größeren Lasten in einem Elementarrelais stellt sehr komplexe Anforderungen an die Schaltkontakte. Eine hohe Schaltzuverlässigkeit kann durch verschiedene Maßnahmen erreicht werden. Dazu gehören folgende:

  • Erhöhung der wirksamen Flächenpressung, zum Beispiel durch Kronenkontakte
  • Mehrfachkontaktierung, beispielsweise durch Doppel- oder parallelgeschaltete Kontakte
  • anwendungsspezifische Auswahl von Kontaktmaterialien und Oberflächenbeschichtungen
  • Relativbewegung beim Öffnen und Schließen der Kontakte
  • Minimierung der Prellzeiten und des Kontaktverschleißes

Isolation und Spannungsfestigkeit

Ein weiteres sehr wichtiges Auswahlkriterium ist die elektrische Isolation zwischen Stromkreisen zum Zwecke der Potenzialtrennung. Die Ausprägung der Isolation richtet sich nach Art und Höhe der zu trennenden Potenziale. Die Bemessung der erforderlichen Isolationsspannung ist nach den Regeln der Isolationskoordination, welche in der IEC EN 61810 1 beschrieben sind, durchzuführen. In einschlägigen Geräte- und Anwendungsnormen wie zum Beispiel der EN 50178 für elektrische Betriebsmittel spiegeln sich diese aus der Querschnittsnorm IEC EN 60664-1 übernommenen Vorgaben wider. Daraus ergibt sich zum Beispiel bei einer Bemessungsspannung von 250 VAC in der Überspannungskategorie III für die doppelte beziehungsweise verstärkte Isolierung eine Bemessungsstoßspannung von 6 kV und damit Luft- und Kriechstrecken von ≥5,5 mm. In einigen Anwendungsfällen sind jedoch zusätzliche Anforderungen an die Isolation zu erfüllen, die in den spezifischen Geräte- oder Anwendernormen beschrieben sind. Beispielhaft sei hierbei die Medizintechnik und die Prozessindustrie genannt.

Waschdichte Relais

Waschdichte Relais (RT III) bieten gegenüber den Schutzarten RT 0 bis RT II einen höheren Schutz gegen das Eindringen von Waschmitteln, Feuchtigkeit und Lötdämpfen während des Verarbeitungsprozesses des Relais auf der Leiterplatte. Ein Langzeitschutz gegen Umwelteinflüsse wird jedoch nicht gewährleistet. Sicherheitsrelais für medizinische Anwendungen, bei denen die Relais lackiert werden, können Relais-schädigend wirken und sollten mit dem Relaishersteller im Vorfeld besprochen werden. Gerade bei Sicherheitsrelais ist hier aufgrund der Kombination aus hohen und niedrigen Lasten Sorgfalt geboten.

Anwendungsoptimierte Sicherheitsrelais

Um Relais auf die Applikation abstimmen zu können, müssen die Lastbedingungen etc. vorliegen. Aufgrund dessen kann der Relaishersteller, sofern dies bei dem jeweiligen Relais möglich ist, individuelle Abstimmungen vornehmen. Dazu gehören unter anderem:

  • Kontaktkonfiguration
  • Kontaktart
  • Kontaktmaterialien und Beschichtungen
  • Relaisantriebe
  • Schutz gegen Umwelteinflüsse / Verarbeitung

Entwickler von elektrischen und elektronischen Steuerungen der funktionalen Sicherheit sollten sich aus diesem Grund bereits zu einem frühen Zeitpunkt der Geräteentwicklung an den Relaishersteller wenden.