Ratgeber
Industrierelais eignen sich aufgrund ihrer robusten und kompakten Bauweise ideal für den industriellen Einsatz. Sie dienen dazu, Ströme zu schalten und auf diese Weise Logik und Last zu trennen. In unserem Ratgeber erfahren Sie, wie Industrierelais aufgebaut sind und worauf es beim Kauf zu achten gilt.
Industrierelais sind fernbetätigte Schaltelemente, die mithilfe einer Steuerspannung Stromkreise schalten. Oft handelt es sich um Leistungsrelais, die speziell für Schwerlastanwendungen und die Ansteuerung großer Lasten konzipiert sind. Kennzeichnend für Industrierelais sind eine robuste Verarbeitung, eine kompakte Bauweise und eine lange Lebensdauer. Sie sind in der Regel gekapselt und befinden sich in stabilen Gehäusen, die Schutz vor äußeren Einflüssen bieten.
Industrierelais finden im Gebäudemanagement und in Hausinstallationen, im Maschinen- und Anlagenbau, in den Bereichen Automation und erneuerbare Energien und vielen weiteren Segmenten Verwendung. Mit ihrer Hilfe werden beispielsweise Beleuchtungen, Filter, Ventilatoren, Pumpen, Heizungen, Lüftungen, Jalousien oder Fenster gesteuert. Darüber hinaus kommen sie zur Überwachung und Fernschaltung von Verbrauchern beziehungsweise Elektronik zum Einsatz und sind Bestandteil speicherprogrammierbarer Steuerungen (SPS) und Sicherheitsabschaltungen.
Industrierelais können im Wesentlichen auf zwei verschiedenen Technologien basieren und unterscheiden sich dementsprechend in ihrem Aufbau.
Elektromechanische Relais
Elektromechanische Industrierelais arbeiten hochpräzise und sind vielfältig einsetzbar. Es handelt sich hierbei um Schalter mit zwei Schaltpositionen (offen/geschlossen), die über einen Steuerstromkreis betätigt werden. Sie bestehen aus einer Spule mit ferromagnetischem Kern und mechanischen Kontakten, die als Schließer, Öffner oder Wechsler (Kombination aus Schließer und Öffner) fungieren. Sobald Strom durch die Spule fließt, wird ein elektrisches Magnetfeld aufgebaut, das die Kontakte schaltet. Auf diese Weise werden die zu schaltenden Stromkreise gesteuert.
Solid-State-Relais
Solid-State-Relais beruhen auf Halbleitertechnologie und werden daher auch als Halbleiterrelais bezeichnet. Im Gegensatz zu elektromechanischen Relais schalten sie rein elektronisch und sind zu diesem Zweck mit Transistoren, Thyristoren oder einem Triac ausgestattet. Eine galvanische Trennung zwischen Steuerstromkreis und zu schaltender Last realisieren integrierte Optokoppler. Solid-State-Relais wird in manchen Industriebereichen der Vorzug gegenüber elektromechanischen Relais gegeben. Da sie keine beweglichen Bauteile enthalten, sind sie unempfindlich gegenüber Erschütterungen und nahezu verschleißfrei. Sie eignen sich insbesondere für Anwendungen, die eine hohe Anzahl an Schaltzyklen und hohe Schaltfrequenzen erfordern, und halten widrigen Umweltbedingungen stand.
Trotz der vorteilhaften Eigenschaften von Solid-State-Relais sind elektromechanische Industrierelais nach wie vor weit verbreitet. Sie sind unempfindlicher gegenüber Überlast und Störimpulsen und verzeichnen niedrigere Spannungsabfälle bei Leistungsanwendungen. Einen Kompromiss bilden hybride Bauformen, die die Vorteile eines elektromechanischen Schaltsystems mit denen einer intelligenten Steuerelektronik vereinen.
Beim Kauf von Industrierelais sind einige wichtige Punkte zu beachten. Zunächst einmal gilt es, den richtigen Relaistyp zu finden. Hierfür müssen Sie Spannung und Strom der Last kennen und in Erfahrung bringen, ob es sich um eine ohmsche, induktive oder kapazitive Last handelt. Solid-State-Relais beispielsweise sind für das Schalten ohmscher und induktiver, nicht aber kapazitiver Lasten geeignet. Bedenken Sie außerdem, dass elektromechanische Industrierelais zwar mit Gleichstrom (DC), jedoch nicht ohne Weiteres mit Wechselstrom (AC) betrieben werden können. Sollte Wechselstrom vorliegen, können Sie zu Gleichstromrelais mit vorgeschaltetem Gleichrichter, zu Phasenrelais oder zu Spaltpolrelais greifen.
In diesem Zusammenhang ist auch von Bedeutung, für welchen konkreten Anwendungsbereich das Industrierelais vorgesehen ist. Zum Schalten von Kleinst- und Normsignalen sind Signalrelais mit einem maximalen Schaltstrom von bis zu 20 mA meist ausreichend, dagegen benötigen Sie für erhöhte AC- oder DC-Lasten spezielle Leistungsrelais, die für einen Maximalstrom von 16 A oder höher ausgelegt sind. Für sehr hohe DC-Lasten, kapazitive Lasten und induktive Lasten sind Hochleistungsrelais mit einem maximalen Schaltstrom von bis zu 63 A die richtige Wahl.
Schalthäufigkeit und Schaltfrequenz sind weitere Parameter, die einkalkuliert werden müssen. Wie viele Schaltspiele ein Relais korrekt durchführen kann, hängt unter anderem von seiner Bauart, dem Kontaktmaterial und der individuellen Belastung ab. Auch die Umgebungsbedingungen sind zu berücksichtigen. Ist das Industrierelais Staub, Wasser, Stößen, Vibrationen oder Temperaturschwankungen ausgesetzt, gilt es auf eine entsprechende IP-Schutzart beziehungsweise Eignung zu achten.
Ist der richtige Relaistyp gefunden, folgt die Auswahl eines konkreten Modells. Dafür müssen Art und Anzahl der Kontakte bekannt sein. Zudem sind Industrierelais für unterschiedliche Montageumgebungen erhältlich. Es gibt ein großes Angebot an Steckrelais, die auf einem Relaissockel fixiert werden. Dieser wird wiederum im Schaltschrank untergebracht. Ist ein Industrierelais steckbar, kann es im Fall einer Wartung oder Reparatur leicht ausgetauscht werden. Bei beengten Platzverhältnissen können Printrelais die bessere Alternative sein. Sie werden auf einer Platine verlötet, benötigen keinen Sockel und beanspruchen daher weniger Platz. Zu guter Letzt können weitere Funktionalitäten wie eine eingebaute LED zur Anzeige des Betriebszustands bei der Auswahl eines Industrierelais miteinbezogen werden.
Das Schalten von DC-Lasten stellt für die Kontakte eines Relais eine deutlich größere Belastung dar als das Schalten von AC-Lasten. Das hat folgenden Grund: DC-Lasten verfügen über große Mengen elektromagnetischer Energie. Diese verwandelt sich in einen Lichtbogen, der die Kontakte abbrennt, wenn er nicht gelöscht wird. Während es bei Wechselspannung einen Nulldurchgang gibt, bei dem der Lichtbogen von selbst erlischt, ist das bei Gleichspannung nicht der Fall. Standard-Relais halten dieser Belastung kaum stand und fallen schnell aus. Aus diesem Grund müssen bei hohen DC-Lasten spezielle Relais verwendet werden, die beispielsweise mit Blasmagneten oder Freilaufdioden ausgestattet sind, mit deren Hilfe der Lichtbogen gelöscht werden kann.
Welche Rolle spielt das Kontaktmaterial eines Relais für die Schaltsicherheit?
Leistungsfähigkeit und Lebensdauer eines Kontakts hängen in einem nicht unerheblichen Maß vom zugrunde liegenden Kontaktmaterial ab. Demzufolge spielt das Kontaktmaterial eine große Rolle bei der Schaltsicherheit. Grundsätzlich muss das Kontaktmaterial immer zum Lasttyp passen. Zu den gebräuchlichsten Kontaktmaterialien zählen Silber (Ag), Silber-Zinn (AdSnO2), Silber-Wolfram (AgW) und Silber-Palladium (AgPd). Für Standardanwendungen hat sich AgNi als Kontaktmaterial bewährt. Es ist ähnlich leitfähig wie Silber und zeichnet sich durch Lichtbogen löschende Eigenschaften aus. Bei hohen Schaltströmen ist AdSnO2 die bessere Wahl.
Welche Unternehmen bieten Industrierelais an?
Industrierelais werden von vielen namhaften Herstellern angeboten, beispielsweise Finder, Phoenix Contact, Siemens, Hager, Weidmüller, WAGO und Eaton. Einen guten Ruf genießen unter anderem Produkte von Finder. Finder ist ein europäisches Unternehmen, das 1954 in Italien gegründet wurde und sich auf die Herstellung elektromechanischer Komponenten für die Industrie und Hausinstallation spezialisiert hat. Neben verschiedenen Arten von Relais (Industrierelais, Koppelrelais, Überwachungsrelais etc.) gehören dazu Beleuchtungslösungen, Thermostate, Zeitschaltuhren, Energiezähler und vieles mehr.
Was muss ich beim Austausch eines Steckrelais beachten?
Wird der Entriegelungshebel des Relaissockels geöffnet, kann es passieren, dass das Steckrelais aus seiner Fassung springt und dabei beschädigt wird oder im Installationsschacht verloren geht. Um das zu verhindern, fixieren Sie das Relais, indem Sie es beim Öffnen des Hebels leicht gegen die Fassung drücken.
Was passiert, wenn der maximale Schaltstrom überschritten wird?
Wenn der maximale Schaltstrom überstiegen wird, kann das dazu führen, dass die Kontakte aneinanderkleben, verschweißen oder sich verhaken, wodurch sie letztlich unbrauchbar werden. Grund dafür ist, dass sich die Kontaktoberflächen beim Schalten des Stroms erwärmen – umso mehr, je höher der Schaltstrom ist. Deswegen sollte darauf geachtet werden, den maximalen Schaltstrom nicht zu übersteigen.
Was ist der Vorteil eines Wechslers im Vergleich zu einem Öffner oder Schließer?
Ein Wechsler bzw. Wechslerkontakt bietet im Vergleich zu den anderen beiden Schaltertypen die größtmögliche Flexibilität. Ein Schließer ist im Ruhezustand offen und lässt keinen Strom hindurch. Wird eine Steuerspannung am Relais angelegt, schließt er den Stromkreis und stellt dadurch eine elektrische Verbindung her, so dass der Strom fließen kann. Ein Öffner funktioniert genau umgekehrt. Er ist im Ruhezustand geschlossen, so dass eine elektrische Verbindung besteht und der Strom hindurchfließt. Bei Anlegen einer Steuerspannung am Relais öffnet er den Stromkreis, wodurch die elektrische Verbindung getrennt wird. Ein Wechsler kann beides. Er kombiniert Schließer- und Öffnerkontakt und ermöglicht es, dazwischen umzuschalten. Aus diesem Grund ist der Wechsler der vielfältigste unter den Schaltertypen.
Was für Zubehör benötigt man für Industrie-Relais?
Das Angebot an Zubehör für Industrie-Relais ist umfangreich. Was für Komponenten man benötigt, hängt von der spezifischen Anwendung ab. Für Steckrelais können gegebenenfalls zusätzliche Sockel oder Rahmenadapter erforderlich sein. Für Miniatur- oder Printrelais gibt es zudem Fassungen mit Printanschluss, wobei manche auch mit Löt- oder Schraubanschluss ausgestattet sind. Wichtig ist, Zubehör auszuwählen, das auf das Industrie-Relais abgestimmt und hochwertig verarbeitet ist.