Gastkommentar »Warum das Relais unsere volle Aufmerksamkeit verdient«

Elmir Midzic, Panasonic Electric Works
Elmir Midzic, Panasonic Electric Works

Als robustes, kosten- und leistungseffizientes Schaltelement wird das Relais auch in Zukunft eine wichtige Rolle spielen. Daher überrascht es, dass derzeit die Expertise rund um die Schaltphysik auf Anwenderseite abnimmt.

von Elmir Midzic, General Manager der Power Relay Section von Panasonic Electric Works

Das Thema Relais bzw. elektromechanische Schaltkomponente gerät immer weiter in den Hintergrund oder wird an vielen Universitäten gar nicht mehr gelehrt. Wichtiges Grundlagenwissen geht verloren. Dem entgegen steht allerdings eine bewährte Technologie, deren Weiterentwicklung in vollem Gange ist und großes Potenzial bietet.

Elektromechanische Relais sind etablierte Komponenten, welche sich über Jahrzehnte kontinuierlich weiterentwickelt haben und klare Stärken gegenüber anderen Schaltlösungen bieten. Ein Halbleiter etwa glänzt durch seine nahezu unendlich hohe Anzahl von Schaltzyklen, kommt aber in Sachen Stromführung durch den höheren Übergangswiderstand schnell an seine Grenzen. Das Relais hat einen geringeren Kontaktwiderstand und erwärmt sich und die gesamte Anwendung damit deutlich weniger stark. Gerade die Symbiose aus diesen beiden Schaltelementen kann in vielen Fällen ganz neu Möglichkeiten eröffnen.

Durch Megatrends getriebene Applikationen feuern den Relaismarkt weiter an. So ist das Thema Smart Home weiterhin sehr aktuell, aber auch die Elektromobilität bzw. deren Infrastruktur geben neue Wachstumsimpulse, ebenso wie der Solarmarkt und die Automatisierungsindustrie. Des Weiteren treibt der global steigende Anspruch an Sicherheitstechnik die Bedarfe für zwangsgeführte Relais in fast schwindelerregende Höhen.

Die technischen Trends

Gleichzeitig schreitet die technische Entwicklung schnell voran und eröffnet neues Potenzial. Panasonic arbeitet zum Beispiel aktiv am generellen Trend mit, die eigentliche Schaltfunktion aus dem Schaltschrank auf die Leiterplatte zu bringen. Dadurch lässt sich die Effizienz nicht nur bei der Produktion und Installation steigern, sondern durch die geringe Ansteuerleistung auch im täglichen Betrieb. Ströme von 120 A auf einer Leiterplatte zu schalten war vor wenigen Jahren fast unmöglich. Mittlerweile, durch die Weiterentwicklung der Leiterplatten in Verbindung mit einem besseren Wärmemanagement, ist das kein Ding der Unmöglichkeit mehr.

Relais, wie zum Beispiel das monostabile 120-A-Relais des Typs HE-N von Panasonic, erlauben das Schalten von hohen Stromlasten auf der Platine bei extrem geringem Kontaktwärmeverlust. Gerade bei hohen Strömen ist der niedrige Kontaktwiderstand entscheidend für die Wärmeentwicklung (P = I2 ∙ R) und damit auch für das gesamte Design der Applikation. Der Verzicht auf zusätzliche Kühlelemente wie Lüfter und Kühlbleche ist aber nicht nur ein Designvorteil, sondern wirkt sich auch positiv auf die Kosten aus. 

Auch im Bereich der Halbleiter-Relais entwickelt sich der Markt dynamisch weiter. So ziehen Relais mit MOSFET-Technologie in immer mehr Applikationen ein. In diesem Segment sehen wir aktuell die größten Steigerungsraten. Der Fokus liegt dabei auf dem Schalten von Hochspannung, etwa in Elektrofahrzeugen zur Isolationsüberwachung. Darüber hinaus ermöglicht der Einsatz von neuartigen Siliziumcarbid-MOSFETs Übergangswiderstände im Milliohm-Bereich und somit das Schalten von hohen Strömen bis 10 A ohne Kühlung.

Diese Beispiele zeigen, wie viel Potenzial in der Relais-Technik steckt. Wir als Hersteller sehen es als Herausforderung und Aufgabe an, entsprechendes Grundlagenwissen weiterzuvermitteln. Nun müssen nur noch die Unternehmen folgen und ihre Entwickler ebenfalls in diese Richtung weiterbilden.