Überwachung von Steuerungssystemen
Relais in Sicherheitsschaltungen
Fortsetzung des Artikels von Teil 2
Auslegung der Parameter
Für eine kompakte Anordnung von Relais-Sicherheitsschaltungen sind sogenannte Sicherheitsrelaisbausteine für die Hutschienenmontage mit schmalen Gehäuseabmessungen Standard. Die durch IEC 61810-1 spezifizierte maximale Relais-Umgebungstemperatur kann hier nicht angewandt werden, da die Abstände zur Gehäusewand und die Nähe weiterer Wärmequellen eine normgerechte Bestimmung der Umgebungstemperatur im Umkreis der Relais nicht zulässt. Daher wird hier eine direkte Messung der Relaistemperaturen unter Worst-Case-Bedingungen notwendig. Hierzu wird bei dichtester Packung der Relaisbausteine, einer maximalen Versorgungsspannung und der Aktivierung möglichst aller Komponenten die Temperatur direkt an den Hotspots der Relaisoberfläche gemessen.
Gleichzeitig wird die Spulentemperatur über den Drahtwiderstand ermittelt. Grenzwerte der Temperaturbelastung liefert der Relais-Hersteller; Applikationshinweise helfen bei der Durchführung der Messung.
Die Temperatur spielt auch eine sicherheitskritische Rolle, die berücksichtigt werden muss. Mit anderen Worten: Was passiert bei Überschreitung bzw. Unterschreitung des vom Hersteller angegebenen Temperaturbereiches? Wodurch kann eine solche Abweichung ausgelöst werden und wirkt sich die Ursache eventuell auf redundant verwendete Relais gleichzeitig aus? Da Temperaturabweichungen über den spezifizierten Bereich hinaus auch in ihren Auswirkungen vom Hersteller nicht getestet werden, muss von einem kritischen Versagen ausgegangen werden. Die Einhaltung des Temperaturbereiches muss daher Teil der Sicherheitsbewertung des Gerätes sein.
Ein weiterer vom Hersteller spezifizierter Bereich ist die Schock- und Vibrationsfestigkeit, z. B. falls Bauteile, Platinen oder Geräte auf festen Boden aufschlagen. Dadurch können Belastungen weit über dem zulässigen Bereich ausgelöst werden. Zwar ist eine Beschädigung von außen oft nicht erkennbar, doch können Dejustierungen oder Absplitterungen vorliegen, die Kontaktabstände verringern und das Relais blockieren. Mit entsprechendem Qualitätsmanagement und Maßnahmen, die übermäßige Schockbelastungen erkennen, muss sichergestellt werden, dass mechanische Belastungen bei der Verarbeitung, dem Transport und im Betrieb noch im spezifizierten Bereich sind.
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Ein Blick in die Zukunft
Relais mit zwangsgeführten Kontakten sind an Sicherheitsanwendungen in Aufzügen, in der Bahntechnik, im Maschinenbau und in der Automatisierung angepasst und sind in Ausführungen mit zwei bis zehn Kontakten verfügbar. Anwender erwarten sowohl eine weitere Miniaturisierung als auch preiswerte Lösungen, mit denen auch leichtere Risiken abgesichert werden können. Integrierte Sensorik könnte nicht nur die Miniaturisierung und die Zuverlässigkeit vorantreiben, sondern auch weitere Funktionen ermöglichen.
Die normativ notwendige Abgrenzung des Einsatzbereiches von Relais bis vor dem Auftreten gefährlicher Verschleißausfälle (B10d) wird heute durch Annahmen zur voraussichtlichen Einsatzzeit, Kontaktbelastung und Schalthäufigkeit vorgenommen. Aus Anwendersicht wäre es jedoch wünschenswert, wenn sich eine ansteigende Verschweiß- bzw. Blockier-Neigung des Relais unter Feldbedingungen erkennen ließe. Kurzum: Insbesondere dort, wo Komponenten als Teilsysteme verstanden werden und unterschiedliche Techniken verschmelzen, können sich in der Sicherheitstechnik auch für Relais erweiterte Anwendungsmöglichkeiten eröffnen. Die Normung zur funktionalen Sicherheit lässt Raum für neue Möglichkeiten.
Literatur |
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[1] Hauke, M. et al.: BGIA Report 2/2008e – Functional safety of machine controls. Institut für Arbeitsschutz der Deutschen gesetzlichen Unfallversicherung, 2008. |
Frank Liebusch |
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studierte an der TU Dresden Elektrotechnik. Seine berufliche Laufbahn begann 1991 bei Siemens und führte ihn 1999 zu TE Connectivity. Als Business Development Manager ist er für das Innovationsmanagement im Bereich Industrial Technology zuständig. |
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