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Anders verhält es sich bei kapazitiven oder induktiven Lasten, womöglich noch im Gleichspannungsbereich. Hohe Einschaltströme bzw. Spannungsspitzen beim Abschalten erzeugen energieintensive Lichtbögen, welche über die Lebensdauer den Kontakt schädigen und zu Verhakungen oder Verschweißungen führen können. Bild 2 zeigt die dabei entstehende typische Berg- und Talansicht der Kontaktstücke.

Dieser Fehler ist gefährlich, denn bei einem verschweißten Kontakt bleibt die angeschlossene Last unter Strom, obwohl sie ausgeschaltet sein sollte.

Nach diesem kurzen Exkurs schließt sich der Kreis zum vorher genannten Beispiel der Pressensteuerung. Teile der Leistungshy­draulik könnten über einen einfachen, verschweißten Kontakt angeschaltet bleiben, ohne dass es der Bediener bemerkt. Ein unerwartetes Einschalten ist nicht auszuschließen. Nutzt die Ansteuerschaltung oder eine Logik aber den Rücklesekontakt (Öffner) eines Relais mit Zwangsführung, wird der Fehler „Kontaktverschweißen“ sicher erkannt.

Durch dieses vorhersagbare, also deterministische Verhalten lässt sich die entsprechende Steuerung so ausgelegen, dass über Redundanz der Schaltkontakte (zwei Relais in Reihe) die Last sicher getrennt und ein Wiedereinschalten zuverlässig verhindert wird.

Dieser vereinfachten Darstellung stehen in der harten Realität eine Vielzahl von Normen und Vorschriften gegenüber. Die Anforderungen an Helden sind eben groß, daher müssen Relais mit zwangsgeführten Kontakten nicht nur die IEC 61810-1 für elektromechanische Elementarrelais erfüllen, sondern zusätzlich die Anforderungen der IEC 61810-3 (ehemals EN 50205) für Relais mit (mechanisch) zwangsgeführten Kontakten.

Rahmenhandlung für Heldentaten – IEC 61810-3

Wie bereits angedeutet, muss ein Relais mit zwangsgeführten Kontakten aus mindestens einem Schließer und einem Öffner bestehen. Diese müssen laut Norm so miteinander verbunden sein, dass die Kontakte niemals gleichzeitig geschlossen sein können:

• Bei ausgeschaltetem Relais ist der Schließer geöffnet und der Öffner geschlossen. Im Fehlerfall eines verschweißten Schließerkontaktes ist dieser geschlossen, der Öffner darf dann nicht schließen und muss eine Kontaktöffnung von mindestens 0,5 mm aufweisen.

• Bei eingeschaltetem Relais ist der Schließer geschlossen und der Öffner geöffnet. Im Fehlerfall eines verschweißten Öffnerkontaktes bleibt dieser geschlossen, der Schließer darf dann nicht schließen und muss ebenfalls eine Kontaktöffnung von mindestens 0,5 mm aufweisen.

• Im Fehlerfall, zum Beispiel einer gebrochenen Kontaktfeder, darf kein Kurzschluss entstehen, welcher die Zwangsführung außer Funktion setzt.

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Diese Kernvorgaben der IEC 61810-3 gelten über die gesamte Lebensdauer des Relais, wobei die mechanische Lebensdauer mindestens 10 Millionen Schaltspiele betragen muss.

Die angesprochene Konfiguration mit einem Schließer (Bild 1 links) und einem Öffner (Bild 1 rechts) ist zwar im Markt erhältlich, den stückzahlmäßigen Löwenanteil stellen aber Typen mit vier, sechs oder acht Kontakten. Verschiedene Kontaktbestückungen, zum Beispiel 3a1b oder 2a2b bei einer vierpoligen Type, fächern die verfügbare Variantenvielfalt schnell auf.

Zusätzlich unterscheidet die Norm zwei Arten der Zwangsführung, Typ A und Typ B: Bei Typ A sind alle Kontakte eines Relais mit Zwangsführung mechanisch miteinander verbunden.

Verschweißt zum Beispiel bei einer sechspoligen Type mit vier Schließern und zwei Öffner einer der Schließer, dürfen beide Öffner nicht mehr schließen, wenn das Relais abfällt. Der Zustand der anderen Schließer ist dabei unbestimmt, denn es könnten auch zwei Schließer verschweißt sein.

Bei Typ B ist die Sache etwas komplizierter, da das Relais sowohl mechanisch verbundene als auch nicht verbundene Kontakte nutzt. Im Fall des Relais vom Typ SF4D (Bild 6) von Panasonic sind zum Beispiel die acht Kontakte (4a4b) paarweise miteinander verbunden, ein Schließer ist also immer mit einem Öffner zwangsgeführt. Zusätzlich weisen die inneren Kontakte bei Fehlern ein Verhalten nach Typ A auf. Durch entsprechende Verschaltung ist es dadurch möglich, den Pfad mit dem fehlerhaften Kontakt zu detektieren.

Grundsätzlich lässt sich feststellen, dass Relais nach Typ B ihre tatkräftigen Zeiten trotz einiger Vorteile langsam hinter sich lassen und den Staffelstab an moderne und kompakte „Typ A“-Helden abgeben.

Die Bilder 3 bis 6 zeigen die reale Umsetzung der mechanischen Zwangsführung von Typ A und Typ B. Ein kleiner, aber feiner mechanischer Unterschied ist es, was die Helden der Sicherheitstechnik vereinfacht gesprochen von Standardrelais unterscheidet.

Durch die mechanische Zwangsführung alleine ist im Anwendungsfall aber keine Sicherheit gegeben. Erst die richtige Verschaltung von Arbeits- und zugehörigem Rücklesekontakt ermöglicht das Erkennen von Fehlern und eine entsprechende Systemreaktion, welche Gefahren erkennt und verhindert oder unterbindet. Relais mit zwangsgeführten Kontakten bilden hierfür eine ausgezeichnete Basis, welche auch die Maschinenrichtlinie EN ISO 13849-1 explizit erwähnt.

* Dipl.-Ing. (FH) Markus Bichler ist Manager im Bereich Product Management Safety Relays bei Panasonic Electric Works Europe in Holzkirchen.

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