Funktionale Sicherheit mit Relaismodulen

Zwangsgeführt kontaktiert

Die funktionale Sicherheit gewährleistet den sicheren Betrieb von Maschinen und Prozessen auch bei Fehlern oder Fehlfunktionen. Dabei spielen Relaismodule eine Schlüsselrolle, da sie einen zuverlässigen Mechanismus zur Stromkreisregelung bieten. Für die optimale Auswahl und Nutzung sind jedoch einige Eckpunkte zu beachten, angefangen bei den entsprechenden einschlägigen Sicherheitsnormen und -zertifizierungen.
Bild: DigiKey

Elektromechanische Relais werden in der Regel zur Steuerung von Stromkreisen mit hoher Leistung durch Signale mit geringer Leistung verwendet. Sie fungieren als Schalter, die je nach dem Status eines Eingangssignals den Stromdurchgang zulassen oder verhindern. In Anwendungen der funktionalen Sicherheit stellen sie sicher, dass kritische Sicherheitsfunktionen zuverlässig ausgeführt und potenzielle Gefahren reduziert werden.

Einige der wichtigsten Aspekte von Relaismodulen in der funktionalen Sicherheit sind:

  • Redundanz: Die Redundanz ist eines der Grundprinzipien der funktionalen Sicherheit und erfordert mehrere unabhängige Komponenten, die dieselbe sicherheitskritische Funktion erfüllen. Relaismodule werden häufig redundant konfiguriert, um sicherzustellen, dass ein System auch bei Ausfall eines Relais sicher weiterarbeiten kann.
  • Ausfallsichere Konstruktion: Relaismodule sind in der Regel so konstruiert, dass sie in einem sicheren Zustand ausfallen; wenn ein Relais ausfällt oder die Stromversorgung verliert, geht es in einen Zustand über, der die Sicherheit des Systems gewährleistet. So sollte beispielsweise ein ausgefallenes Relais in einem Stromkreis, der den Notstopp einer Maschine regelt, zu einem sofortigen Stillstand führen.
  • Diagnose und Überwachung: Diese in moderne Relaismodule integrierten Funktionen ermöglichen es dem System, Defekte oder Fehlfunktionen im Relais zu erkennen und die entsprechenden Reaktionen einzuleiten, z.B. Fehlermeldungen oder das Umschalten auf ein redundantes Relais.
  • Verlässlichkeit und Robustheit: Relaismodule sind langlebig, zuverlässig und halten widrigen Umweltbedingungen, Temperaturschwankungen sowie mechanischen Belastungen stand.
  • Geringe Latenzzeit: Bei sicherheitskritischen Anwendungen ist die Reaktionszeit von größter Bedeutung. Überwall wo kurze Reaktionszeiten erforderlich sind, um die Sicherheit von Personal und Ausrüstung zu gewährleisten, bieten sich Relaismodule an.
Bild: Digi-Key Electronics

Norm für zwangsgeführte Kontakte

Für elektromechanische Relais ist u.a. die Normenreihe EN/61810 und im Besonderen die EN/61810-3 in der Variante Typ A von Bedeutung. Diese gilt für Relais, die durch spezielle Konstruktions- und Fertigungstechniken sicherstellen, dass die Schließerkontakte (NO) nicht die gleiche Stellung wie die Öffnerkontakte (NC) einnehmen können. Diese Relais, die speziell mit zwangsgeführten Kontakten gebaut wurden, um der Norm zu entsprechen, besitzen die Fähigkeit, in selbstüberwachenden, sicherheitsrelevanten Steuerungssystemen eingesetzt zu werden.

Die zwangsgeführten Kontakte sind mechanisch miteinander verbunden, um sicherzustellen, dass die Öffnerkontakte und die Schließerkontakte niemals gleichzeitig schließen, wenn z.B. eine Mikroverschweißung der Kontakte durch einen Lichtbogen verursacht wird (‚Relais klebt‘). Ansonsten würde die Maschine bei verschweißten Kontakten in einem unsicheren Modus weiter arbeiten, selbst wenn der Bediener die Not-Aus-Taste betätigt.

Dementsprechend erfreue sich Relais mit zwangsgeführten Kontakten aufgrund ihrer erhöhten Sicherheit und Zuverlässigkeit zunehmender Beliebtheit. Diese redundanten Funktionen stellen sicher, dass das Relais auch dann in einem sicheren Zustand bleibt, wenn der Steuerkreis oder das Relais selbst ausfällt. Diese Redundanz ist für Anwendungen, bei denen Sicherheit und Zuverlässigkeit wichtig sind, unerlässlich.

Bei diesen Relaistypen, bei denen Haupt- und Hilfskontakte mechanisch miteinander verbunden sind, kann die Stellung der Hilfskontakte zur Bestimmung der Stellung der Hauptkontakte im Stromkreis verwendet werden. So lässt sich feststellen, ob das Schütz trotz deaktivierter Spule geschlossen geblieben ist (aufgrund eines verschweißten Kontakts). Wird ein Kontakt eines Leistungspols verschweißt, verhindert die mechanische Verbindung das Schließen des offenen Hilfskontakts, wenn die Spule stromlos ist.

Sichere Relaismodule in Serie

Ein gutes Beispiel für solche steckbaren Relaismodule mit zwangsgeführten Kontakte ist die Dafeseries von Weidmüller. verfügen. Ihre Kontakterweiterung entspricht der Norm EN61810-3 Typ A, welche dafür sorgt, dass die Kontakte kontrolliert und zuverlässig zwischen den Zuständen offen und geschlossen wechseln. Dieser Mechanismus schließt die Möglichkeit einer unbeabsichtigten Kontaktbetätigung aus, unabhängig von Relais- oder Steuerkreisfehlern. Das Ergebnis ist ein Relais, das die Sicherheit in den Vordergrund stellt, ohne die Leistung zu beeinträchtigen.

Die Safeseries besteht aus vier separaten steckbaren Relais mit passenden Schraubfassungen in den folgenden Kontaktausführungen:

  • 2 Schließer + 2 Öffner
  • 3 Schließer + 1 Öffner
  • 4 Schließer + 2 Öffner
  • 3 Schließer + 3 Öffner

Das vierpolige Universalrelais mit drei Schließern und einem Öffner 2759070000 hat eine Spule für 24VDC ±10 Prozent. Die Komponente kann durch Anlegen eines Spulen-Gleichstroms von 20mA mit einer Nenn-Schaltspannung von 250VAC über vergoldete AgSnO-Kontakte, die für einen Dauerstrom von 6A ausgelegt sind, erregt werden. Auf der Lastseite beträgt die maximale Schaltspannung 400VAC und 250VDC. Das Relais hat eine Statusanzeige (grüne LED) sowie eine Freilaufdiode. Die Ein- und Ausschaltverzögerung beträgt weniger als 20ms, die Lebensdauer der Komponente liegt bei 10×106 Schaltzyklen.

Das durchkontaktierbare Miniatur-Industrierelais mit zwangsgeführten Kontakten 2759030000 ist mit drei Schließern und einem Öffner ausgestattet und eignet sich für allgemeine Anwendungen.

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