Handhabung der MTTF-Werte bei Relais Die neue Maschinenrichtlinie 2006/42/EG

Mit Einführung der neuen Maschinenrichtlinie 2006/42/EG ergeben sich grundlegende Änderungen in der Risikobeurteilung und -minimierung. Wie die statistischen MTTF-Werte gehandhabt werden, zeigt dieser Beitrag am Beispiel von Relais.

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Weidmüller Interface GmbH & Co. KG

Die neue Richtlinie, welche durch die so genannte Maschinenverordnung in deutsches Recht umgesetzt wurde, konfrontiert Automatisierungsanbieter und Maschinenbauer mit der Aufgabe, eine Konformitätsuntersuchung zur Bewertung der Maschinensicherheit durchzuführen. Um verbindliche Aussagen zur Ausfallwahrscheinlichkeit von Anlagen und einzelnen Signalsträngen treffen zu können, werden sogenannte MTTF-Werte benötigt. Die statistische Kenngröße MTTF steht für „Mean Time To Failure“ und bezeichnet die mittlere Betriebsdauer bis zum Ausfall.

Lange Lebensdauer und hohe Zuverlässigkeit bei Relais

Basierend auf der Parts-Count-Methode, nach der die Ausfallrate eines Systems unter der Annahme der Serienschaltung berechnet wird, ermittelt Weidmüller für seine aktiven Komponenten die Werte über ihre Verfügbarkeit. Diese Labortests haben bewiesen, dass die Relais und Optokoppler sich durch eine lange Lebensdauer und hohe Zuverlässigkeit, auch bei Schock und Vibration auszeichnen. So haben die Ingenieure zum Beispiel für einen Optokoppler aus der TERMOPTO-Familie einen MTTF-Wert von 2500 Jahren ermittelt.

Anwender profitieren davon, dass Relais und Optokoppler klein dimensioniert sind, eine geringe Ansteuerleistung benötigen und sehr kurze Ansprechzeiten haben (Bild 1). Trotz dieser Eigenschaften und der herausragenden MTTF-Werte ist jedoch in bestimmten Anwendungen der Einsatz von herkömmlichen elektromechanischen Relais erforderlich. Gegenüber Halbleiterrelais weisen sie wesentlich geringere Verluste im Laststrompfad auf und sind universell einsetzbar, weil sie einen Wechsel- und Gleichstrombetrieb im Laststromkreis zulassen. Da der Verschleiß von Relais nicht von der Qualität der Bauteile, sondern vielmehr von der konkreten Nutzung abhängt, erfolgt die Berechnung der Ausfallwahrscheinlichkeit mithilfe einer speziellen Variablen.

B10-Werte für verschiedene Anwendungssituationen

Für mechanisch sehr beanspruchte Module wie Relais wird zur Berechnung der Ausfallwahrscheinlichkeit der B10-Werte herangezogen. Dieser Wert ist die Anzahl an Schaltspielen, die das Relais voraussichtlich leistet, bis zehn Prozent der Relais in einer bestimmten Applikation ausgefallen sind. Dabei spielen Parameter wie Schaltstrom, Schaltspannung und Lastart eine wesentliche Rolle.

Der B10-Wert kann demnach nicht allgemein für einen Relaistyp angegeben werden, sondern immer nur im Zusammenhang mit der jeweiligen Applikation.

Die mittlere Betriebsdauer bis zum Ausfall der Relais kann mit Hilfe des B10-Wertes mit folgender Formel berechnet werden: MTTF = B10 ÷ (0,1 x n). Der Wert „n“ ist die Anzahl der jährlichen Schaltspiele in der Applikation. Diesen muss der Anwender zusammen mit dem passenden B10-Wert in die Formel eintragen, um so die Ausfallwahrscheinlichkeit der in seiner Applikation eingesetzten Relais zu berechnen. Nachfolgend soll dies anhand einer Beispielrechnung demonstriert werden:

B10: 600.000 – für das RSS-Relais DC 13 (24 V / 2 A)

n: 150.000 (1 Schaltung/Minute * 60 Minuten * 10 Stunden * 250 Tage/Jahr)

MTTF = 600.000 / (0,1 x 150.000) = 40 Jahre.

Im Vergleich dazu das Halbleiter-Relais MICROOPTO ACTOR: MTTF = 847 Jahre.

Normeinhaltung beginnt bei der Steuerungstechnik

Für Maschinen- und Anlagenbauer beginnt die Einhaltung der neuen Norm bei der Risikominimierung in der Steuerungs- und Antriebstechnik, da von dort die größten Gefährdungen ausgehen.

Im Bereich der hier eingesetzten Relais und Optokoppler unterstützt Weidmüller die Unternehmen durch die Bereitstellung und Offenlegung sämtlicher Werte, die für die Konformitätsprüfung erforderlich sind (Werte sind in Tabelle 1 zusammengefasst).

Relais und Optokoppler bei Weidmüller

* * Julia Siekmann, B.A.,... ist Fachpressereferentin bei Weidmüller Interface in Detmold.

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