Elektronikwissen im Bereich "Allgemeine Schaltungstechnik"

Elektronikwissen zu: Das richtige Relais für die eigene Anwendung

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Will man ein Schaltrelais für eine bestimmte Anwendung einsetzen, genügt es nicht, allein nach den Kriterien „Spulen-Nennspannung“, „Schalt- bzw. Nennspannung“, Nennstrom“ auszuwählen. Während früher bis auf wenige Ausnahmen meist unkritische ohmsche Verbraucher die Last darstellten, kommen heute zunehmend induktive und kapazitive Verbraucher zum Einsatz, die ganz andere Anforderungen an entsprechende Schalter stellen.

Typische Beispiele hierfür sind Energiesparlampen, LED-Lampen mit integrierter Elektronik, Schaltnetzteile, moderne Hocheffizienzpumpen mit elektronischer Steuerung, aber auch Transformatoren. Dabei rufen etwa Sättigungsvorgänge in Transformatoren (Näheres dazu siehe [1]) oder Lade- und Anschwingvorgänge in elektronischen Netzanschlusschaltungen sehr hohe Einschaltströme über eine bauteiltypische Zeit hervor. Gerade der durch diese Verbraucher hervorgerufene Einschaltstromstoß, der im Phasenmaximum der Netzspannung einen Wert erreicht, der je nach Art des Verbrauchers das Vielhundertfache des Nennstroms erreichen kann, stellt ganz neue Anforderungen an Schaltrelais. Die Grafik verdeutlicht dieses Verhalten anhand eines induktiven Verbrauchers. Je nach Charakteristik der Last dauert der Abbau dieses Maximums unterschiedlich lange; so benötigen Motoren, Magnetschalter oder Transformatoren Zeiten bis in den hohen Millisekundenbereich hinein. Bereits eine einfache Glühlampe kann das 10- bis 20-Fache ihres Nennstroms im Einschaltmoment erfordern, eine Energiesparlampe hingegen das bis zu 200-Fache. Bestimmte Schaltnetzteile, z. B. die Sperrwandler für LCD-Hintergrundbeleuchtungen, können noch weit höhere Werte erreichen. Entsprechend müssen vor allem das Relaiskontaktmaterial und die -kontaktanordnung ausgelegt sein. Bereits bei geringen Strömen ab einigen hundert Milliampere kommt es beim Schließen und Öffnen der Relaiskontakte zu einem Lichtbogen, der sehr hohe Energiedichten und Temperaturen erreicht. Beachtet man die Zuordnung zwischen Kontaktmaterial und Last nicht, führt der Lichtbogen zu einer Überhitzung der Kontaktstelle, zum Abbrand des Kontakts oder gar zum „Kleben“ des Kontakts, wenn die Rückstellkräfte nicht mehr ausreichen und der Kontakt regelrecht verschweißt wird. Einen wesentlichen Einfluss haben neben Kontaktabständen und -flächen hier die Kontaktmaterialien selbst, weshalb vor einem Einsatz eines Relais immer ein Blick in das dazugehörige Datenblatt zu empfehlen ist. Hier eine kurze Auflistung einiger gängiger Kontaktmaterialien und deren wichtigsten Eigenschaften:

Gold (Au): Hohe Zuverlässigkeit bei geringen Lasten durch besonders geringen Übergangswiderstand, für hohe Lasten wenig geeignet.

Silber und Hartsilber (AgCu): Für mittlere Lasten, nicht für hohe Einschaltströme geeignet, ebenso nicht für hohe Wechselstromlasten, AgCu mit weniger Kontaktabbrand als Ag.

Silber-Nickel (AgNi): Für mittlere bis hohe Lasten, geringer Kontaktabbrand, aufgrund der Kontaktübergangseigenschaften für geringe Lasten weniger geeignet. Weit verbreitet für Standard-Einsatz.

Silber-Zinnoxid (AgSnO2): Für hohe Lasten, hohe Einschaltströme, hohe Netzlasten, vor allem für hohe induktive Lasten geeignet. Geringer Kontaktabbrand, geringe Neigung zum Kleben. Für geringe Lasten eher wenig geeignet. Beim ST55UP kommt ein solches Relais, geeignet für hohe Einschaltströme, zum Einsatz.

Hohen Einschaltströmen begegnen
Durch geeignete Maßnahmen kann man bei verschiedenen Verbraucherarten hohen Einschaltströmen begegnen. So etwa bei hohen induktiven Einschaltlasten wie bei Transformatoren oder Motoren. Neben der einfachen Methode, z. B. einen Verbraucher mit hohem Einschaltstrom über einen strombegrenzenden Vorwiderstand oder NTC einzuschalten (wobei der strombegrenzende Widerstand nach kurzer Zeit ggf. durch ein Relais überbrückt wird), gibt es gerade für Transformatoren und Motoren spezielle Einschaltrelais (TSR) in der Installationstechnik. Bei der Verwendung von Vorwiderständen oder NTCs ist jedoch zu beachten, dass diese bei häufigem Einschalten in kurzen Abständen überhitzen oder wirkungslos werden können.

[1] http://de.wikipedia.org/wiki/Einschalten_des_Transformators