Elektromechanische Relais Totgesagtes lebt länger

Als der Autor in den 1980ern seine Vertriebstätigkeit im Bereich Relais begann, hatte es den Anschein, als wären elektromechanische Relais (EMR) ausgereifte, zu Ende entwickelte Produkte, die bald von den technologisch neueren Halbleiterrelais (SSR) ersetzt würden. Doch die elektromechanischen Relais werden unverändert gebraucht, und beide Produktgenerationen ergänzen sich in zahlreichen Applikationen.

Passend zum steigenden Umweltbewusstsein kommt elektromechanischen Relais und Halbleiterrelais eine zentrale Rolle beim effektiven Management der Energienutzung zu, indem sie Systeme und Subsysteme vollständig herunterfahren, wenn sie nicht genutzt werden. Die Leistungseffizienz eines Systems lässt sich spürbar beeinflussen: zum einen durch die Art der Energiezufuhr und zum anderen dadurch, wie Strom geschaltet wird. Bei alledem: Relais benötigen zum Betrieb selbst Energie.

Ein Nachteil der SSR ist, dass ein Halbleiterschalter niemals vollständig an oder aus ist. Im eingeschalteten Zustand ist der Widerstand im geschlossenen Schaltkreis höher als bei Relais; die Folge ist eine höhere Wärmeentwicklung. Daher benötigt ein SSR einen Kühlkörper, der oft das Mehrfache des Relais-Eigengewichts hat. SSR reagieren empfindlich auf die Umgebungswärme; sie müssen in heißen Umgebungen durch Reduzieren des Laststromes angepasst werden.

Elektromechanische Relais (EMR) haben typischerweise einen On-Widerstand im 100-mΩ-Bereich, Halbleiterrelais im 10-Ω-Bereich. Der geringere On-Widerstand der EMR erlaubt höhere Lastströme bei geringem Ansteueraufwand.

Bei Anwendungen, in denen ein Schaltkreis vollständig an- oder ausgeschaltet sein muss, mit minimalem Durchlassspannungsabfall oder ohne Gefahr einer Schädigung durch Leckstrom, ist das EMR die einzige Wahl (Bild 1). Elektromechanische Relais sind auch bei starken Spitzenströmen oder -spannungen die beste Wahl. Spannungstransienten können bei einem EMR nicht zu falschem Schalten führen, so wie es bei einem Halbleiterrelais mit schnelleren Schaltverhalten bisweilen geschehen kann.

Schalteigenschaften sind bei der Auswahl ausschlaggebend

Die Schalteigenschaften sind der Schlüssel bei der Wahl des Schaltbauteils. SSR schalten schneller als EMR und enthalten keine beweglichen Teile. Typische Schaltzeiten eines SSR bewegen sich im µs- bis ms-Bereich, die eines EMR dauern 5 bis 10 ms.

Das äußerst vielseitige elektromechanische Relais kann jede Wechselstrom- und Gleichstrom-Last bis zu seinem Maximalwert schalten. Außerdem nimmt bei steigender Last der Kontaktwiderstand ab, so dass Kühlkörper nicht benötigt werden. Es erfordert beträchtliche Spulenleistung und kann bei Volllast über einen weiten Temperaturbereich arbeiten. Darüber hinaus verfügen die meisten EMR über mehrere Pole und können mehrere Spannungen und Schaltkreise gleichzeitig steuern.

Elektromechanische Relais haben eine typische Ausgangskapazität von weniger als 1 pF, SSR hingegen von mehr als 20 pF. Daher sind EMR in HF-Anwendungen die bessere Wahl.

Auch die elektrische Isolierung und der Kontaktabstand sind wichtige Eigenschaften, bei denen das EMR gegenüber dem SSR punktet. Erstere bewirkt eine komplette physikalische Unterbrechung im elektrischen Schaltkreis - wichtig im Zusammenhang mit Sicherheitserwägungen.

Lebensdauer von Randbedingungen abhängig

Die Lebensspanne eines Relais hängt zum Teil von der Anzahl der Schaltspiele ab. Wie allgemein bekannt, enthält ein EMR bewegliche Teile (Spule, Kern, Anker, Kontakthebel, Federmechanik), die im Laufe der Zeit physikalischen Abnutzungserscheinungen unterliegen. Die Relais-Lebenszeiten steigen jedoch kontinuierlich, und normalerweise versagen andere Komponenten in einem System zu einem früheren Zeitpunkt als ein Relais.

Trotz alledem haben SSR hier einen Vorteil, da sie gar keine beweglichen Teile aufweisen und dadurch ihr ganzes Produktleben lang unversehrt bleiben. SSR werden oft dann bevorzugt, wenn Schaltspiele in zweistelliger Millionenhöhe oder mehr auszuführen sind. Der Ausgangswiderstand eines SSR bleibt immer gleich, egal, wie oft es benutzt wird. Die elektrische Lebenszeit eines typischen EMR beträgt zwischen 50.000 und 100.000 Schaltspielen und mehr.