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Elektromechanische und Halbleiter-Relais

Zweikampf ohne Sieger

20. Februar 2017, 8:53 Uhr | Alfred Goldbacher

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Fortsetzung des Artikels von Teil 2

Schnelles, lautloses Schalten

Die vor 54 Jahren von Dr. Felix Zandman gegründete Vishay hat sich im Laufe der Jahrzehnte durch zahlreiche Firmenübernahmen eine breite Palette an Produktgruppen und Fertigungsstätten – u.a. BCcomponents und Beyschlag – rund um den Globus zugelegt. Unter anderem produziert das Unternehmen auch Hybrid-Halbleiterrelais, die im Falle der Produktfamilie VOR aktuell um drei lautlos schaltende Modelle für Anwendungen wie Telekommunikation, Industrieelektronik, Sicherheitssysteme und Stromzähler erweitert worden ist. Die neuen 1-Form-A-Relais VOR1142B4, VOR2142A8 und VOR2142B8 (Bild 6) sind als Ersatz für herkömmliche elektromechanische Relais gedacht. Im Vergleich zu diesen können sie eine höhere Zuverlässigkeit, längere Lebensdauer, kürzere Schaltzeiten und einen geringeren Strombedarf vorweisen.

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Bei den neuen Relais handelt es sich um einkanalige (VOR1142B4) bzw. zweikanalige (VOR2142A8 und VOR2142B8) Relais mit jeweils einem einpoligen Arbeitskontakt (SPST, Single Pole, Single Throw). Ihr modulares Hybrid-Design ermöglicht die Verwendung von Hochleistungs-MOSFETs als Schalter. Das Modell VOR1142B4 besitzt ein SMD-4-Gehäuse, das VOR2142B8 ein SMD-8-Gehäuse und das VOR2142A8 ein DIP-8-Gehäuse.

Alle drei Modelle verkraften eine hohe Isolationsprüfspannung von 5300 V rms, sind für Lastspannungen bis 400 V spezifiziert und begnügen sich mit einem Einschaltstrom von 0,25 mA (typ.). Die neuen Hybrid-Halbleiter-Relais sind VDE- und UL-zertifiziert. Typische Anwendungen sind Alarmschalter, I/O-Karten, Batteriemanagementsysteme und automatisierte Testsysteme.

Schalten von Lasten bis 7 A

Viele moderne Schienenfahrzeuge sind heute mit einem 110-V-Batterienetz ausgerüstet. Das Problem: Beim Schalten von induktiven Lasten stößt man mit mechanischen Relais sehr schnell an technische Grenzen. Während ein konventionelles Relais gerade noch in der Lage ist, bei 110 V eine induktive Last von rund 0,2 A zu schalten, können mit dem neuen Lütze-Halbleiterrelais (Bild 7) induktive und ohmsche Lasten bis 7 A geschaltet werden.

Der Hersteller bietet das Halbleiterrelais in zwei Versionen an: Zum einen mit einer Steuergleichspannung von 24...110 V und zum anderen mit 72...110 V. Das komplett verschleißfrei arbeitende Relais kann also mit allen gängigen Netzspannungen auf Schienenfahrzeugen eingesetzt werden. Außerdem erfüllt es alle einschlägigen Bahnnormen wie EN 50155, EN 50121, EN 50124, EN 61373 und die europäische Brandschutznorm EN 45545-2. Dank der sehr schmalen Baubreite von 12,5 mm hat es Platz in jedem Schaltschrank.

Das Relais ist ausgangsseitig gegen Kurzschluss und Übertemperatur geschützt. Ein Statusausgang sowie eine Status-LED signalisieren, wenn ein Strom größer 0,5 A fließt. Somit kann die angeschlossene Last auf Drahtbruch überwacht werden. Der Arbeitstemperaturbereich des Halbleiterrelais geht von –40 bis +70 °C, und verbaut ist es in einem robusten PC-ABS-Gehäuse; es erfüllt damit die europäische Brandschutznorm EN 45545-2. Außerdem eignet es sich für die TS35-Hutschienenmontage.

Mini-Pucks kommen zurück

Die zu Sensata Technologies gehörende Marke Crydom ist seit vielen Jahren ebenfalls als Anbieter von Halbleiterrelais in Europa aktiv. Das Unternehmen vermeldet, dass es seine Mini-Puck-Halbleiterrelais mit mehr Leistung und zusätzlichen Funktionen wieder auf dem Markt anbieten wird. Die EL-Halbleiterrelais (Bild 8) sind jetzt in einem verbesserten mechanischen Design mit einer Nennstrombelastbarkeit bis 30 A und optionalen Klemmen im 90°-Winkel für enge Einbauräume erhältlich. Die EL-Halbleiterrelais werden in einem 21 mm × 35 mm großen Gehäuse mit Schnellanschlussklemmen geliefert.

Der interne Aufbau und das Gehäuse der EL-Reihe wurden im Hinblick auf höhere Zuverlässigkeit, eine robuste mechanische Auslegung und verbessertes Temperaturverhalten von Grund auf überarbeitet. Zu den neuen Merkmalen der EL-Reihe zählen die LED-Eingangsstatusanzeige, die vormontierte Wärmeleitfolie und der optionale integrierte Überspannungsschutz (interne TVS-Diode) beim AC-Modell sowie optional erhältliche, um 90° angewinkelte Klemmen für Anwendungen, bei denen der senkrecht verfügbare freie Platz begrenzt ist.

Die weiteren Leistungsmerkmale der EL-Reihe umfassen zulässige Nennspannungen von 24 bis 280 V (AC) bei 30 A Nennstrom sowie 10 A bei Gleichspannungen zwischen 3 und 100 V. Ebenfalls erwähnenswert ist der antiparallel geschaltete Halbleiterrelais-Ausgang mit niedrigem Verluststrom in ausgeschaltetem Zustand bei den AC-Modellen und der MOSFET-Ausgang mit niedriger Leistungsaufnahme bei den DC-Modellen.

Reed-Relais für Hochspannung

Die in Reed-Relais verwendeten Schaltkontakte sind unter Vakuum oder Schutzgas in einen Glaskolben eingeschmolzene Kontaktzungen, die zugleich die Kontaktfeder und den Magnet-anker bilden. Der Name stammt vom Rohrblatt der Holzblasinstrumente (engl. reed), das den schwingenden Kontaktzungen ähnelt. Durch die Abkapselung kommt diese Relaisvariante häufig bei extrem niedrigen Schaltspannungen/-strömen oder auch bei sehr hohen Schaltspannungen zum Einsatz. Ein seit Jahrzehnten mit dieser Technik erfolgreiches Unternehmen ist die Firma Standex-Meder Electronics, die ihr Spektrum an vergossenen SIL-Hochspannungs-Relais mit einer umspritzten Version des SIL-HV-Reed-Relais (Bild 9) erweiterte. Mit einer hohen Durchbruchspannung und einem Kontakt¬widerstand von 70 mΩ eignet sich das SIL-HV-Relais insbesondere für Hochspannungsanwendungen im Bereich Test- und Messtechnik. Weitere Verbesserungen betreffen eine Nennleistung von 100 W sowie eine Schaltspannung von 1000 V (DC), des Weiteren den zulässigen Schaltstrom von 1 A sowie eine Isolations- und Durchbruchspannung bis 4 kV (DC). Der Isolationswiderstand zwischen Spule und Kontakt beträgt 10 TΩ; außerdem gibt es optional eine Schutzdiode.

Durch das Umspritzen ist das Relais in Bezug auf Feuchtigkeit deutlich widerstandsfähiger geworden; dies gilt während des Verarbeitungsprozesses ebenso wie für die alltägliche Anwendung. Insbesondere bei Verwendung von Reinigungsmitteln nach dem Lötprozess kommt der Schutzmechanismus positiv zum Tragen.