Grundlagen und Best Practices Anwenderforum Relaistechnik: Alles Gleichstrom, oder was?

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Das Anwenderforum Relaistechnik bringt Sie Ende Oktober auf den Stand der Technik. Die Themen reichen von hybriden Schalt- und Schutzgeräten, Halbleiter- und Reed-Relais bis zur Integration von Relais in eigene Produkte, Bahntechnik, Nachhaltigkeit und Circular Economy.

Künftige Elektroenergieverteilsysteme, die auch die Gleichstromtechnik umfassen, verändern die Anforderungen an die Schalt- und Schutzgeräte, die die Energieflüsse sicher und zuverlässig steuern müssen. So führen beispielsweise in der Niederspannungstechnik leistungselektronische Umrichter zu einem deutlich kapazitiven Charakter der Systeme. Im Fall von Kurzschlüssen ist die resultierende Anstiegsgeschwindigkeit des Stromes hier damit deutlich größer.

Ebenso müssen bei verteilten Energiequellen und Energiespeichern bidirektionale Lastflüsse im Normalbetriebs- und Fehlerfall beherrscht werden. Für diese neuen Anforderungen sind hybride Schalt- und Schutzgeräte prädestiniert.

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Entwicklungen und Applikationen in diesem Umfeld stehen im Mittelpunkt des 7. Anwenderforums Relaistechnik, das vom 29. bis 30. Oktober 2025 im Vogel Convention Center in Würzburg stattfindet. Themengebiete erstrecken sich von der Gleichspannungstechnik über die Normung und Bahntechnik bis zu Nachhaltigkeit und Circular Economy.

Hybride Schalt- und Schutzgeräte in künftigen Energieverteilsystemen

Hybride Schaltgeräte sind eine Kombination von mechanischen Schaltern, leistungselektronischen Schaltern und Energieabsorptionsschaltungen. Da die Schaltaufgabe auf diese Komponenten aufgeteilt wird, kommen in vielen Konzepten Relais als mechanische Schalter in Betracht. So tragen elektromechanische Relais aufgrund des sehr geringen Kontaktwiderstandes als mechanischer Bypassschalter im Hauptstrompfad wesentlich zu einer verlustarmen Stromführung bei. Auch zur Realisierung einer sicheren Trennstrecke sind Elementarrelais unabdingbar.

Matthias Streck (TU Ilmenau) stellt in seinem Vortrag „Relais als Komponenten hybrider Schalt- und Schutzgeräte“ unterschiedliche Konzepte von hybriden Schalt- und Schutzgeräten für den Niederspannungsbereich vor. Er diskutiert die daraus resultierenden Anforderungen an die verschiedenen mechanischen Schalter in den hybriden Gerätetypen und erklärt, warum Relais nicht nur in hybriden Lastschaltgeräten, sondern auch in hybriden Schutzgeräten sehr gut passen.

Auch in der Keynote thematisiert Guido Bachmann (Schaltbau) die Gleichstromtechnik bei Niederspannungs- und Mittelspannungsanwendungen am Beispiel der NExT Factory. Dabei handelt es sich um ein zukunftsweisendes Pilotprojekt für die Produktion und Logistik von elektromechanischen Schaltgeräten, das auch in der Fertigung europaweit neue Maßstäbe bei der Nutzung von regenerativen Energien in Verbindung mit Hochleistungsbatterien und dem Energiemanagement über ein eigenes Gleichstrom-Netz setzt.

Um eine sichere, zuverlässige und kompatible Nutzung von Gleichstrom in verschiedenen Anwendungen zu gewährleisten, beispielsweise in der Photovoltaik, der Elektromobilität und der Industrieautomation, ist die Normung von DC-Systemen notwendig. Die Normen umfassen sowohl technische Aspekte der Gleichstromversorgung als auch Sicherheitsaspekte, insbesondere im Niederspannungsbereich. Bernd Wunder (Fraunhofer IISB) gibt einen aktuellen Überblick zur DC-Normung.

Integration von Relais in eigene Produkte im internationalen Kontext

Bei der Integration von Relais in eigene Produkte können vielfältige Anforderungen umgesetzt werden. Die Möglichkeiten reichen von einfachen Sockel-Applikationen über universelle Ausgänge bis zu speziellen Lastanforderungen (z.B. „Functional Safety“ oder Jalousieansteuerung). Das Problem dabei ist, dass sich durch viele Einflussfaktoren die konkreten Kundenanforderungen häufig nicht eindeutig identifizieren lassen. Und durch übergeordnete Produktnormen können zusätzliche funktionale oder sicherheitsrelevante Anforderungen an die Schaltausgänge notwendig werden.

Dabei unterscheiden sich nationale und internationale Vorgaben. Frank Maximowitz (Wago) erklärt in seinem Vortrag, was hinsichtlich der Normenkonformität bei der Integration von Relais im internationalen Kontext zu beachten ist.

Im europäischen Umfeld hat der Produkthersteller für die Konformitätsbewertung einen Ermessensspielraum durch die gezielte Auswahl der einzuhaltenden harmonisierten Normen. Im internationalen Umfeld (beispielsweise UL, BIS, CCC, RCM) oder für spezielle Einsatzumgebungen (zum Beispiel Schifffahrt) können die zugrunde liegenden Standards durch externe Zertifizierungsstellen vorgegeben werden. Weiterhin können durch nationale Abweichungen zusätzliche Bewertungen notwendig werden.

Auch wenn die finalen Zertifizierungen erst am Ende eines Entwicklungsprozesses vorgenommen werden, können sie die Auswahl der eingesetzten Relais beeinflussen. Daher sollten Anwender Normen bereits zu Beginn des Entwicklungszyklusses berücksichtigen, um nicht im Nachgang unerwartete Überraschungen zu erleben.

Funktionale Sicherheit: Relais mit zwangsgeführten Kontakten

Auf probabilistische Ansätze (die Wahrscheinlichkeit, mit der ein Ereignis eintritt) und 50 Jahre Relais mit zwangsgeführten Kontakten blickt Eberhard Kirsch zurück. Elementarrelais mit zwangsgeführten Kontakten sind zwar für sich keine Sicherheitsbauteile, bieten aber die Möglichkeit Sicherheitsbauteile zu schaffen, ohne deren Kernfunktion probabilistisch bewerten zu müssen.

Der Begriff zwangsgeführte Kontakte wurde Anfang der 1970er-Jahre von der Berufsgenossenschaft in eine Verbindung mit elektromechanischen Schaltkreisen definiert. Anlass waren die zahlreichen tödlichen Arbeitsunfälle, insbesondere an Pressen in der Automobilindustrie. Anforderungen wurden formuliert und z. B. in Sicherheitsregeln (ZH 1/xxx) umgesetzt. Die konstruktive Umsetzung dieser Anforderungen hat einen wesentlichen Anteil an funktionaler Sicherheit erbracht.

Die Basis bildet die strikte Antivalenz zwischen Öffnern und Schließern in einem Kontaktsystem als bewährtes Sicherheitsprinzip. Für Elementarrelais war dies eine reizvolle neue Aufgabe für ein interessantes neues Anwendungsgebiet. Die erste praktische Anwendung war eine Pressensteuerung namens Preventa.

Mittlerweile sind viele logische Funktionen in Halbleiterbauelemente integriert. Diese haben aber die elektromechanisch realisierbaren Lösungen (Sicherheitsbauteile, Sicherheitsschaltgeräte), mit ihrem deterministischen Verhalten im Fehlerfall, nicht abgelöst. Elektromechanisch geschaltete Stromkreise bieten die Möglichkeit einer qualifizierten Trennung. Dies ist ein grundlegendes Sicherheitsprinzip nach ISO/EN 13849 2, Tab. B.2. Normativ sind derartige Elementarrelais in IEC/EN 61810 3 als Ergänzung zu IEC/EN 61810 1 beschrieben.

EN 50155: Qualifizierung von Relais nach der Bahnnorm

Die Qualifizierung von Relais nach EN 50155 für Schienenfahrzeuge umfasst die Überprüfung der Funktionsfähigkeit und Zuverlässigkeit unter den spezifischen Betriebsbedingungen von Schienenfahrzeugen. Dies beinhaltet Tests zu Temperatur, Feuchtigkeit, Vibration, Schock, Spannungsversorgung und elektromagnetischer Verträglichkeit, um sicherzustellen, dass die Relais den Anforderungen der Norm entsprechen und eine lange Lebensdauer unter rauen Bedingungen gewährleisten. Der Vortrag von Johannes Roering (Finder) gibt einen Überblick zu den Testverfahren und den Herausforderungen, die in diesem Zusammenhang zu bewältigen sind.

„Grüne Revolution“: Nachhaltigkeit, Recycling und Circular Economy

Auch die Relaistechnik wird von der „grünen Revolution“ getrieben, ist aber andererseits auch selbst Treiber für Nachhaltigkeit, Energieeffizienz und Ressourcenschonung. Nachhaltige Entwicklung bedeutet in der Praxis, Produkte und Prozesse zu schaffen, die die Material- und Energieeffizienz erhöhen, um Umweltauswirkungen zu minimieren, und gleichzeitig die Kosten zu senken und das Endergebnis zu verbessern. Anders gesagt, Hersteller können auf diese Art Abfälle minimieren und gleichzeitig den von ihnen gelieferten Wert maximieren.

Das Problem: Aktuelle Recyclingprozesse gewinnen nur wenige Materialien in hoher Reinheit zurück, was zu Ressourcenverlusten und einem ineffizienten Materialkreislauf führt. Durch die Verknappung von Rohstoffen erhält das Recycling also einen neuen Stellenwert.

Mittlerweile gibt es die Möglichkeit, alle Materialien in hoher Reinheit zurückzugewinnen. Ein neu entwickeltes Verfahren setzt auf die Prinzipien der „Green Chemistry“ für umweltfreundliche und wirtschaftlich sinnvolle Recyclingmethoden. Wie so eine nachhaltige Entwicklung von Materialien, Prozessen und Produkten funktionieren kann, erläutert Prof. Gesa Beck (SRH Hochschule Berlin).

Die Circular Economy stellt ein ganzheitliches Wirtschaftsmodell dar, welches den linearen „Take-Make-Dispose“-Ansatz durch zirkuläre Strategien ersetzt und darauf abzielt, den Ressourcenverbrauch sowie negative Umweltauswirkungen zu minimieren. Im Zentrum stehen dabei die Verlängerung von Produktlebensdauern, die Wiederverwendung von Komponenten und Materialien sowie die konsequente Schließung von Stoffkreisläufen. Neben technologischen Innovationen setzt die Circular Economy auch eine Transformation bestehender Konsum- und Produktionsmuster voraus, sodass ökonomische Wertschöpfung mit ökologischer Nachhaltigkeit und sozialer Gerechtigkeit verbunden werden kann.

Batterien und Elektroaltgeräte nehmen innerhalb der Circular Economy eine besondere Rolle ein, da sie wertvolle und kritische Rohstoffe wie z.B. Gold, Lithium, Kobalt, Nickel und Seltene Erden enthalten, welche in Europa nicht als primäre Rohstoffe gewonnen werden können. Forschungs- und Entwicklungsansätze konzentrieren sich zum Beispiel auf die Innovation von Nutzungskonzepten, von Recyclingverfahren oder das Design von Batterien und Geräten für eine verbesserte Demontage und Remanufacturing-Prozesse. Zudem gewinnen digitale Produktpässe und Tracking-Systeme an Bedeutung, um die Rückverfolgbarkeit und effiziente Sammlung am Lebensende zu gewährleisten.

Prof. Kerstin Kuchta (TU Hamburg) gibt im Abschlussvortrag einen Überblick zu zentralen Entwicklungsansätzen und zeigt Beispiele für Hebelpunkte für eine nachhaltige Transformation industrieller und gesellschaftlicher Wirtschaftssysteme.

Die Basics: Elementar-, Halbleiter- und Hybrid-Relais

Traditionell ist der erste Tag (29. Oktober 2025) der Veranstaltung dem Grundlagenwissen gewidmet: Jürgen Steinhäuser (Elesta) und Christoph Oehler (Panasonic) erklären (fast) alles, was Sie zu Elementarrelais wissen müssen. Schwerpunkte liegen auf Wärmeentwicklung, Isolation, Umwelteinflüssen, Lebensdauer, elektrischer Sicherheit, Brandschutz und Zuverlässigkeit – mit dem Ziel dem Relaisanwender eine Basis zu schaffen, mit der er die Eigenschaften von Relais im Kontext der eigenen Anwendung sicher beurteilen kann.

Die Grundlagen von Halbleiter- und Hybridrelais vermittelt Dr. Dieter Volm (Panasonic): Wie sind Halbleiterrelais aufgebaut, welche physikalischen Eigenschaften zeichnen sie aus und für welche Anwendungen sind sie geeignet? Wie unterscheiden sie sich vom klassischen Solid State Relais und Leistungshalbleitern auf MOSFET- oder IGBT-Basis. Welche Unterschiede in der Anwendung gibt es zu elektromechanischen Standardrelais und welche Vorteile bieten Hybridschaltungen mit Solid State Relais und mechanischen Relais für zukünftige DC-Anwendungen?

Elektromobilität und der Bedarf an Hochspannungsrelais (REED-Schalter)

Durch die Entwicklung in der Elektromobilität ist der Bedarf nach möglichst kleinen und leichten Hochspannungsrelais immens gestiegen. Hierfür sind REED-Relais prädestiniert. Dabei handelt es sich um ein Relais, das mit einem sogenannten REED-Schalter (auch REED-Kontakt genannt) arbeitet.

REED-Schaltkontakte sind Kontaktzungen, die unter Vakuum oder Schutzgas in einen Glaskolben eingeschmolzen werden. Sie fungieren zugleich als Kontaktfeder und Magnetanker. Der Name ist dem Rohrblatt im Mundstück von Holzblasinstrumenten entlehnt, englisch reed, das den schwingenden Kontaktzungen ähnelt. Auf die Anwendung und die Verarbeitung von REED-Kontakten und REED-Relais geht Erich Hörl (Standex Electronics) ein.

Networking, Fachausstellung und Abendveranstaltung

Eine begleitende Fachausstellung (Relaisforum, Power of Electronics und Technologietage Leiterplatte) sowie großzügig bemessene Pausen zum fachlichen Austausch runden die Veranstaltung ab. Auf unserem Networking-Event im Maschinenhaus im Bürgerbräu Würzburg können Sie den Tag mit exklusivem Catering, leckeren Getränken und Entertainment ausklingen lassen und sich über die Eindrücke des ersten Tages mit den Teilnehmern aller Konferenzen austauschen.

Wie in den vergangenen Jahren steht auf dem Anwenderforum Relaistechnik der Praxisbezug im Vordergrund. Teilnehmer sollen in die Lage versetzt werden, ihr erworbenes Wissen direkt in der beruflichen Praxis umzusetzen. Interessierte finden das vollständige Programm mit Kurzfassungen der Vorträge auf der Homepage des Relaisforums.

Bis zum 31. Juli 2025 können Sie sich noch Ihr Frühbucher-Ticket zum reduzierten Preis sichern. Ein Ticket – drei Events besuchen: Mit Ihrem Ticket erhalten Sie auch Zugang zu den Vorträgen der Veranstaltungen Power of Electronics und Technologietage Leiterplatte, die parallel mit übergreifender Fachausstellung stattfinden. (kr)

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