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Netzschalt-Relais

Wegbereiter für komplexe Klemmen

� Das Relais ist ein Bauelement mit einer langen Geschichte. Auch heute noch stel-len Relais eine unverzichtbare Schnitt-stelle zwischen Steuerungs- und Leis-tungsbaugruppen dar. Sie nehmen damit eine Schlüsselfunktion für die Funktions-sicherheit automatisierter Systeme und für den Schutz des Bedieners vor hohen Betriebsspannungen durch galvanische Trennung von Ein- zu Ausgangskreis ein. Der weltweite Relaisumsatz wird aktuell auf zirka 2,8 Mrd. 1 und etwa drei Mrd. Stück jährlich geschätzt. Die Zahl der Her-steller, die sich dem harten Käufermarkt noch gewachsen sieht, sinkt beständig. Bereits heute teilen sich lediglich drei große Hersteller mehr als den halben Relaismarkt. In Deutschland werden zur-zeit jährlich mehr als 390 Mio. Relais mit einem Wert von etwa 290 Mio. 1 umge-setzt. Unberücksichtigt davon ist der steigende Markt an Automobilrelais, er umfasst drei 300 Mio. Relais mit einem Umsatz von zirka 150 Mio. 1. Nicht-Automobilrelais finden haupt-sächlich in Bereichen der Mess-, Regel-, Steuerungstechnik, Automation, im Haushalt (weiße Ware) sowie in der Tele-kommunikation Verwendung. Die Relais-Hersteller tragen den Bedürfnissen in

Das Relais hat sich zum elektromechanischen Dauerbrenner entwickelt. Allerdings ist es gegenüber klassischen Typen oft gar nicht mehr ohne weiteres identifizierbar: Versionen mit 5 mm Grundfläche bieten heute die Basis für extrem schmale Klemmenmodule mit integrierter Elektronik, die sich glei-chermaßen für die Ansteuerung mit Gleich- und Wechselstrom eignen.

Dipl.-Ing. (FH) Hagen Herbsleb ist Gene-ral Manager im Bereich Komponenten bei der Panasonic Electric Works Deutschland GmbH, Holzkirchen.

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TRENDS & TECHNOLOGIE � KOMPONENTEN

Die 5 mm breiten Re-lais lassen selbst in den nur noch 6 mm breiten Klemmen aus-reichend Raum für die Integration von Elekt -ronik-Komponenten, die den Klemmen zu-sätzliche Funktionali-täten bescheren.

diesen Märkten Rechnung, indem sie für die jeweiligen Märkte ‘maßgeschneider-te’ Produkte entwickeln. Ein Beispiel da-für ist der Maschinenbau. Der VDMA – Verband deutscher Maschi-nenanlagenbauer – berichtete, dass sei-ne Mitglieder im ersten Halbjahr 2006 – bedingt durch die gute Nachfrage aus dem In- und Ausland – ein Auftragsplus von 15 % realisierten. Damit wurde das stärkste Wachstum seit dem Jahr 2000 erreicht. Automatisierung ist dabei der Schlüssel zur Kostensenkung – und das Herzstück einer jeden Anlage ist die Steuerung. Als Schnittstelle von Last- zu Steuerkreis dienen Relaisklemmen, die am Eingang der Steuerung sitzen oder ei-ne Funktion als Lastschalter überneh-men.

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KOMPONENTEN � TRENDS & TECHNOLOGIE

Die Netzschalt-Relais mit einer Leistungsaufnahme von 170 mW haben trotz ihrer geringen Baugröße eine Kriechstrecke von 8 mm.

� KOMPAKT

Ein neuer Netzschaltrelaistyp mit ei-ner Grundfläche von lediglich 5 mm Breite ermöglicht 6 mm breite Klem-menmodule mit erweitertem Funk-tionsumfang. Das Relais weist eine be-achtliche Luft- und Kriechstrecke von 8 mm auf. Mit diesem System und hartvergoldeten Kontakten lassen sich sowohl Signale als auch Leistun-gen von 6 A und Schaltspannungen von 400 VAC beherrschen. Die Ausfall-raten des Relais liegen unter 10 ppm. Zu dem elektromechanischen Relais wurden pin-gleiche Halbleiter-Typen mit Triac-Ausgang 1 A/250 V bzw. mit Transistorausgang 3 A/60 VDC ent-wickelt.

Montage auf EN-Tragschienen Im Schaltschrank hat sich die Montage auf EN/DIN-Tragschienen auf Grund ein-facher Handhabung, hoher Modularität und Systemneutralität durchgesetzt. Die Relais- und Klemmenhersteller haben diesen Anforderungen Rechnung getra-gen. Klemmenbreiten von nahezu 20 mm sowie die Vereinigung von vielen Einzel-Relais in komplette Relaismodule waren bis vor kurzem Stand der Technik. Die Leistungsaufnahme solcher Relaismodu-le bewegte sich von 0,5 W bis in die Grö-ßenordnung von 8 W, wenn es sich um Wechselspannungstypen handelte. Die-se ‘verbratene’ Wärmeenergie musste dem Schaltschrank durch aufwändige Lüftungstechnik wieder entzogen wer-den. Dank der Entwicklung von schmalen und sensitiven Relais gehören diese Nachteile der Vergangenheit an, so ‘glän-zen’ etwa aktuelle Relaisklemmen mit ei-ner Baubreite von nur etwas mehr als 6 mm.

Leistungsaufnahme und Baubreite deutlich reduziert Auf einer ausgeklügelten Relaiskonstruk-tion basiert ein Netzschaltrelais, dessen Grundfläche lediglich 5 mm breit ist. Dennoch weist es eine beachtliche Luft- und Kriechstrecke von 8 mm auf. Dazu wurde eine rechteckige Spule eingesetzt, die eine genügend hohe elektromagneti-sche Kraft erzeugt, um bei einer elektri-schen Leistungsaufnahme von lediglich 170 mW einen sicheren Antrieb des Kon-taktsystems sicherzustellen. Die Luft- und Kriechstrecke von 8 mm für Netz-schaltrelais in dieser Bauform konfron-tierte die Relais-Entwickler aber noch mit einer weiteren Herausforderung: Erst die

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1. elektromechanisches Relais mit Silber-Kontakt – 6 A/250 VAC

2. elektromechanisches Relais mit gold-plattiertem Silber-Kontakt für Signal-spannungen

3. Halbleiterrelais mit Triac-Ausgang 1 A/ 250 V

4. Halbleiterrelais mit Transistorausgang 3 A/60 VDC

Zur Unterscheidung dieser Relais wurden die Gehäuse in verschiedenen Farben ge-

staltet. Klemmenherstel-ler produzieren mit dieser Technologie leistungsfähige, 6 mm breite Relais-klemmen in Leiter-platten- oder Lead-Frame-Technolo-gie, die eine kos-tengünstige Mas-senfertigung er-möglichen. Die Klemmenmodule erlauben die Integ -ration weiterer Bauelemente zum Schutz der Relais bzw. von Gleich-richtern für die Be-

reitstellung der Betriebsspannung, für Kontrollanzeigen oder ähnliche Elektro-niken. Damit kann die Ansteuerung der Klemmen mit Gleich- oder Wechselstrom erfolgen. Flexibel zeigen sich die Klem-men auch hinsichtlich Montage. Dabei spielt es keine Rolle, ob sich der Anwen-der für Schraub-, Zugfeder-, Direktsteck- oder Schnellan schluss entscheidet.

Pin-kompatibles Halbleiter-Relais mit Transistorausgang

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Pin-kompatibles Halbleiter-Relais mit Triac-Ausgang

Hinzu kommt, dass diese ungepolten Relais mit Klappankersystem äußerst zuverlässig sind. Die Ausfallraten liegen unter 10 ppm, und das bei Preisen von weniger als einem 1.

Pin-kompatible Halbleiter-Varianten Für Anwendungen, die nach Halbleitern verlangen (hohe Schaltfrequenzen, hohe Lebensdauer), wurden pin-gleiche Halb-leiter-Relais zum elektromechanischen Relais mit 5 mm Breite entwickelt. Die gleichen Klemme lässt sich somit in vier Versionen bestücken:

Mit der bisherigen Technologie hatten die Relais-Module bei einer Baubreite von 20 mm eine Leistungsaufnahme von 0,5 bis 8 W.

Anordnung der Kontakte auf der einen und des Antriebs auf der anderen Seite der Spule führte zum gewünschten Er-gebnis. Die mechanische Verbindung über den Betätiger erfolgt oberhalb der Spule. Mit diesem System und hartvergoldeten Kontakten lassen sich sowohl Signale (niedrigere Spannungen und Ströme) als auch hohe Leistungen von 6 A und Schalt-spannungen von 400 VAC beherrschen.

KOMPONENTEN � TRENDS & TECHNOLOGIE