Relais & Optokoppler
in der Anwendung

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Wissenswertes und Anwendungen

Relais mit Ex-Zulassung

Lange Leitungen &
2-Leiter-Sensoren

Beleuchtungsanlagen

Sicher und flexibel

Relais von WAGO eignen sich für den Einsatz in explosionsfähigen Atmosphären der Zone 2 und decken damit verschiedenste Anwendungsfälle ab.

Gerätekennzeichnung
Für den Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen ist eine Kennzeichnung der Geräte zwingend erforderlich.
In unterschiedlichen Anwendungsfällen, wie zum Beispiel in der chemischen Industrie, bei der Förderung von Erdöl oder Erdgas oder in der Nahrungsmittelindustrie, entstehen explosionsgefährdete Bereiche. Diese werden nach Häufigkeit und Dauer des Auftretens von gefährlichen explosionsfähigen Atmosphären in die Zonen 0, 1 und 2 unterteilt. Relais von WAGO eignen sich für den Einsatz in explosionsfähigen Atmosphären der Zone 2.
Um Kosten zu sparen, die Produkte aber trotzdem im Ex-Bereich installieren zu können, versucht der Anlagenbetreiber, Geräte mit der Zulassung für Zone 2 einzusetzen.
Für den Einsatz in explosionsfähigen Bereichen ist eine sogenannte Baumusterprüfbescheinigung oder Herstellererklärung erforderlich. Diese können Sie sich im E-Shop herunterladen und in Ihre Anlagendokumentation einfügen.

Info zu Zone 2
Bereich, in dem bei Normalbetrieb nicht damit zu rechnen ist, dass explosionsfähige Atmosphäre als Mischung brennbarer Stoffe in Form von Gas, Dampf oder Nebel mit Luft auftritt, wenn sie dennoch auftritt, dann nur kurzzeitig.

Trotz Einkopplungen zuverlässig schalten

Relaismodule benötigen zum Einschalten die Nennspannung UN. Für den Betrieb hingegen reicht die Haltespannung mit lediglich 15 % der Nennspannung aus. In Standardschaltkreisen arbeiten alle Relaismodule zuverlässig. In Schaltkreisen mit langen, parallel geführten Leitungen, in Kreisen mit aktiven 2-Leiter-Sensoren oder mit digitalen AC-Steuerungsausgängen führt eine niedrige Haltespannung jedoch oft zu Fehlfunktionen. Die Module schalten nicht mehr aus.

Applikationsbeispiel Leitungskapazität (Füllstandmessung)Applikationsbeispiel 2-Leiter-Sensoren (Stückguterkennung)

Dieser Effekt tritt häufig bei der Erneuerung von Anlagen auf, beim Wechsel von alten „stromintensiven“ zu aktuellen „stromsparenden“ Relaismodulen.

Wo liegen die Ursachen und wie lassen sie sich beheben?

Lange, parallel verlegte Leitungen sind kapazitiv miteinander gekoppelt. Entsprechend findet eine Energieübertragung zum benachbarten Leiter statt. Aktive 2-Leiter-Sensoren wie Näherungsschalter oder Niveauwächter benötigen in der Regel einen Minimaldauerstrom, der dazu führen kann, dass auf den Relaissteuerleitungen die Haltespannung nicht unterschritten wird. Aufgrund dieses Verhaltens kann das Relais nicht korrekt schalten.

Für diese Anwendungen hat WAGO spezielle RC-Grundlastmodule gegen Spannungseinkopplungen entwickelt und in die Relaismodule integriert. Sie minimieren die unerwünschten Spannungen verlustarm und ermöglichen ein definiertes Schalten.

Kurze Stromspitzen – Fatale Folgen

Mit elektronischen Vorschaltgeräten (EVG) ausgestattete, moderne Leuchten bieten zahlreiche Vorteile. Sie erzeugen mit hohem Wirkungsgrad flackerfreies Licht. Bei der Planung von neuen und beim Austausch von alten Beleuchtungsanlagen muss der Einschaltstrom der EVG genau betrachtet werden.

Ein Kondensator im Eingangskreis vieler EVG verursacht beim Einschalten eine erhebliche Stromspitze, die weit über den zehnfachen Nennstrom hinausgehen kann. Auch wenn dieser Strom nur wenige Millisekunden ansteht, kann er zum Verschweißen der Relaiskontakte führen.

Welche Punkte sind bei der Planung von Beleuchtungsanlagen zu beachten?

Bei der Auswahl der Relais ist der Einschaltstrom zwingend zu berücksichtigen. Standardrelais stoßen hier schnell an ihre Grenzen. Für diese Anwendungen hat WAGO Relaismodule entwickelt, deren Kontakte kurze, hohe Einschaltspitzen sicher beherrschen. Das Kontaktmaterial verhindert dabei zuverlässig das Verhaken oder Verschweißen der Kontakte.

Für maximale Einschaltspitzen stehen Relaismodule mit zwei parallel arbeitenden Kontakten zur Verfügung. Der erstschaltende Kontakt, bestehend aus hochfestem Wolfram, fängt die Stromspitze ab. Der danach schaltende zweite Kontakt, bestehend aus gut leitendender Silberlegierung, leitet den Betriebsstrom.

Als Alternative zu den Relais hat WAGO für Einsatzfelder mit kapazitiven Lasten Optokoppler und Solid-State-Relais im Produktportfolio. Spezielle Ausführungen mit Nullspannungsschalter reduzieren die Spitzen auf ein Minimum.

Wissenswertes und Anwendungen

Sicherheitsrelevante Stromkreise

Kleine Schaltlasten – Raue Umgebung

Gebäudeautomation

Funktionale Sicherheit

Um den einschlägigen Richtlinien und Vorschriften nach funktionaler Sicherheit zu entsprechen, ist unter anderem der Einsatz von speziellen Bauteilen zwingend vorgeschrieben.

Die Norm EN 50205 differenziert 2 Kontaktsätze nach der Art der Zwangsführung:
Typ A: Relais, bei dem alle Kontakte mechanisch verbunden sind Typ B: Relais, das sowohl mechanisch miteinander verbundene Kontakte als auch nicht mechanisch miteinander verbundene Kontakte ausweist

Diese müssen strenge Auflagen erfüllen. Bei Relaismodulen sind etwa zwangsgeführte Kontakte mit mindestens einem Öffner und Schließer vorgeschrieben. Sie müssen mechanisch so verbunden sein, dass Öffner und Schließer nicht gleichzeitig geschlossen oder geöffnet sein können. So lassen sich Fehler durch Öffnungsversagen eindeutig erkennen. Nur Fehler durch Öffnungs- und Isolationsversagen sind für eine sicherheitsrelevante Betrachtung von Bedeutung.

Schaltungstechnisch lässt sich so ein geöffneter Schließer durch einen geschlossenen Öffner erkennen (Fehlererkennung). Gleiches gilt für einen geschlossenen Schließer, bei dem wiederum der Öffner geöffnet ist.

Die Forderungen der EN 50205 gelten in sicherheitsrelevanten Stromkreisen natürlich auch für Relais mit Wechslern. Sie schreibt hier vor, dass pro Wechsler nur der Öffner oder der Schließer verwendet werden darf und die Wechsler zueinander zwangsgeführt sein müssen. Daher dürfen in sicherheitsrelevanten Stromkreisen nur Relais mit mindestens zwei Wechslerkontakten verwendet werden.

Das Kontaktmaterial entscheidet

In einigen Bereichen der Industrie, in Chemie- und Stahlwerken sowie in Abwasserbetrieben gehören aggressive Gase zum Alltag. Eine hörere Schadstoffdichte sowie hoge Luftfeuchtigkeit und hohe Temperaturen beeinflussen die elektrischen Komponenten negativ.

KontaktmaterialVerwendungsbereich
AgNi - Silbernickelkontakt Widerstandslasten
Schwach induktive Lasten
Für mittlere und höhere Schaltleistung
AgSnO2 - Silberzinnoxidkontakt Für hohe Schaltlasten, vor allem in Netzspannungsanwendungen
bei großen Einschaltströmen
Sehr geringe Schweißneigung, gute Abbrandfestigkeit
Geringe Materialwanderung beim Schalten von Gleichspannung
AgCdO - Silbercadiumkontakt Induktive AC-Lasten
Für hohe Schaltlasten, vor allem in Netzspannungsanwendungen
Geringe Schweißneigung, gute Abbrandfestigkeit
AgNi + Au - Silbernickelkontakt mit Hartvergoldung Kleinlastbereich
Sehr korrosionsbeständig; wichtiger Werkstoff für zuverlässige Kontaktgabe bei niedrigen Schaltleistungen

Die Oberflächen von Silberlegierungen neigen zur Oxidation, was zu einem steigenden Kontaktwiderstand führt. Beim Schalten größerer Lasten ist das unproblematisch, weil immer kleine, reinigende Lichtbögen entstehen. Bei kleinen Lasten ist das anders. Sie bringen nicht nur genug Energie auf, um die Oxidschicht thermisch aufzubrechen und dadurch zu reinigen. Fehlfunktionen sind die Folge, die sich mit hartvergoldeten Kontakten vermeiden lassen. Gold bildet keine Oxidschicht und ist auch bei widrigen äußeren Einflüssen sehr resistent gegen Korrosion.

Speziell für das Schalten von kleinen Lasten hat WAGO Relaisvarianten mit Hartvergoldung in das Relaisportfolio aufgenommen. Sie sind auf diese Anwendungen abgestimmt und garantieren über einen langen Zeitraum die zuverlässige Signalübertragung.

Manuell und elektrisch schalten

Einzelne Stromkreise ganz gezielt zu schalten, ohne die Steuerung zu betätigen, hat in einer Reihe von Anwendungen handfeste Vorteile, beispielsweise bei der Inbetriebnahme.

Applikationsbeispiel Gebäudeautomation

Bei komplexen Gebäudesteuerungen lassen sich so einzelne Gewerke unabhängig vom Aufbau der Steuerung prüfen und in Betrieb nehmen. Gleiches gilt für die Inbetriebnahme in industriellen Prozessen. Bei der Fehlersuche oder um einen eingeschränkten, manuellen Betrieb zu gewährleisten, schätzen Service und Wartungstechnik die Option der Handbetätigung.

Mechanische oder elektrische Handbedienung

WAGO bietet zwei Alternativen bei den Relaismodulen mit Handbedienung. Variante eins ist für die frontseitige, manuelle Bedienung konzipiert, das heißt, die Kontakte werden rein manuell geschlossen. Im manuellen Betrieb sind die Module auf ungefähr 100 Schaltspiele begrenzt. Im Automatikbetrieb absolvieren diese Module die üblichen Schaltspiele der Relais.

Bei der zweiten Variante mit Handbedienung wird die Relaisspule elektrisch geschaltet. Frontseitig lässt sich der Betriebszustand über einen Hand-0-Automatik-Umschalter einstellen. Diese Relaismodule absolvieren die üblichen Schaltspiele der Relais ohne Einschränkungen.

Wissenswertes und Anwendungen

Lager- und Servicekosten senken

Anforderungen der Bahntechnik

Optokoppler und Solid-State-Relais

Vielfältig einsetzbar

Im Prinzip sind die Relaismodule mit Weitbereichseingang ideale Alleskönner, die für alle Anwendungen bestens geeignet sind. Sie erfüllen genau wie die WAGO-Standardrelaismodule alle einschlägigen Normen und Vorschriften.

Mit einer einzigen Relaisvariante können nahezu alle gängigen Spannungen abgedeckt werden: Dadurch lassen sich Lagerhaltungs- sowie Servicekosten deutlich reduzieren. Mit einer einzigen Relaisvariante können nahezu alle gängigen Spannungen abgedeckt werden: Dadurch lassen sich Lagerhaltungs- sowie Servicekosten deutlich reduzieren.

Diese Relaismodule sind für Gleich- und Wechselspannungen von 24 V bis 230 V ausgelegt, können Grenzdauerströme bis zu 6 A schalten und das mit der gleichen Anzahl an Schaltspielen wie die Standardvarianten. Sie empfehlen sich für eine Vielzahl von Einsatzfeldern, zum Beispiel für den Service und die Wartung.

Die Techniker und die Wartungsspezialisten benötigen lediglich ein Relaismodul für alle Spannungen, das sie im Fehlerfall sofort zur Hand haben, um ein defektes Modul zu tauschen. Eine aufwändige Lagerhaltung von Relaismodulen für verschiedene Spannungsbereiche entfällt.

Das Prinzip „Ein Modul für alle Anwendungen“ optimiert auch die Fertigung und Lagerhaltung bei den Anwendern, die Kleinserien für den Weltmarkt herstellen. Sie benötigen lediglich ein Relaismodul als Weltstandard. Für die einfache Handhabung und zuverlässige elektrische Verbindung rüstet WAGO die Relaismodule mit Push-in CAGE CLAMP®-Anschlusstechnik aus.

Schwingung, Schock und Temperatur

Zwei grundsätzliche Anwendungsgebiete bestimmen die Bahntechnik. Einerseits sind es die festen Installationen in den Stellwerken, Weichenanlagen und Zugangssystemen, andererseits die Installationen in den Schienenfahrzeugen. Zentrale Bedeutung in diesem Bereich hat die EN 50155, die zum Teil deutlich von den Normen für die Industrie abweicht.

Schwingen und Schocken: Eingruppierung gemäß EN 61373 Schwingen und Schocken: Eingruppierung gemäß EN 61373 Schwingen und Schocken: Eingruppierung gemäß EN 61373
Kategorie Position Beschreibung des Einbauortes des Betriebsmittels
1
Klasse A
M N O
I und J
Bauteile, die unmittelbar auf oder im Fahrzeug befestigt sind
1
Klasse B
D Bauteile, eingebaut in einem Unterflurkasten, der wiederum am Fahrzeugkasten befestigt ist
1
Klasse B
K und E Bauteile, eingebaut in einem großen inneren Kasten, der wiederum am Fahrzeugkasten befestigt ist
1
Klasse B
F Bauteile als Bestandteile von Unterbaugruppen, die in einen Kasten eingebaut sind, der wiederum am Fahrzeugkasten befestigt ist
2 G Kästen, Unterbaugruppen, Betriebsmittel und Bauteile, die am Drehgestell eines Bahnfahrzeuges befestigt sind
3 H Unterbaugruppen, Betriebsmittel und Bauteile oder Baugruppen, die am Radsatz eines Bahnfahrzeug befestigt sind
Umgebungstemperatur gemäß EN 50155
  Umgebungstemperatur außerhalb des Fahrzeugs Innere Schranktemperatur Innere Schrankübertemperatur
(< 10 min)
Lufttemperatur an der Leiterplatte
T1 -25 ... +40 C° -25 ... +55 C° +15 K -25 ... +70 C°
T2 -40 ... +35 C° -40 ... +55 C° +15 K -40 ... +70 C°
T3 -25 ... +45 C° -25 ... +70 C° +15 K -25 ... +85 C°
TX -40 ... +50 C° -40 ... +70 C° +15 K -40 ... +85 C°

So müssen alle in den Bahnanwendungen eingesetzten Bauteile zuverlässig bei Betriebsspannungen, die zwischen 70 % und 125 % der Nennspannung liegen, arbeiten. Kurzzeitige Spitzen bis zum 1,4-Fachen der Nennspannung dürfen keine Schäden verursachen.

Abweichungen von diesen Regeln gelten nur für Bauteile, die von stabilisierten Spannungsversorgungen gespeist werden. HIer sind Schwankungen ±10 % der Nennspannung zulässig – Werte, die auch für Industrieanwendungen üblich sind.

Bauelemente wie Relaismodule sind in Anwendungen der Bahn je nach Einsatzgebiet extremen Temperaturen von -40 °C bis +70 °C ausgesetzt, weil die Schaltschränke in teilweise nicht klimatisierten Stahlgehäusen unterhalb der Fahrgastkabine angebracht sind.

Prinzipiell teilt die Bahn, je nach Montageort und Wärmeverhältnis, die Einsatzgebiete für elektrische Bauelemente in vier Temperaturklassen ein, von T1 bis TX. Erfahrungen zeigen, dass eine Vielzahl von Anwendungen in die Klasse T3 fällt, was dem Temperaturbereich von -25 °C bis +70 °C entspricht. Alle WAGO-Relaismodule für Bahnanwendungen entsprechen den höchsten Klassen T3 oder TX.

Besonders bei den Bahnfahrzeugen sind zudem die Belastungen durch Vibration und Schock erheblich. Die mechanischen Einflüsse durch den Fahrbetrieb beschreibt die EN 61373 „Bahnanwendungen – Betriebsmittel von Bahnfahrzeugen – Prüfungen für Schwingen und Schocken“ umfassend.

Die WAGO-Relaismodule erfüllen alle Voraussetzungen für den Einsatz im Bahnbetrieb in den Kategorien 1A bis 1B. Aufgrund des Federkraftanschlusses bieten sie darüber hinaus eine hohe Schock- und Vibrationsfestigkeit.

Langlebig und verschleißfrei

WAGO hat ein breites Programm an Optokoppler- und SSR-Modulen für industrielle Anwendungen entwickelt. Bei allen WAGO-Optokopplermodulen sind die Optokoppler direkt im Gehäuse integriert. SSR-Module sind auswechselbare Halbleiterrelais, die PIN-kompatibel zu den Standardrelais sind.

Applikationsbeispiel: Galvanische Trennung:
z. B. Drehzahlmesser
Applikationsbeispiel: Signalverstärkung:
z. B. Druckluftventil

Es besteht ein umfangreiches Portfolio mit Varianten sowohl für DC- als auch AC-Spannungen. Sie sind für die Nennspannungsbereiche im Eingang von 5 V bis 230 V und im Ausgang zwischen 3 V und 280 V ausgelegt.

Die integrierte Schutzbeschaltung gewährleistet einen soliden Betrieb in allen Anwendungen. Die Module schalten Lasten mit hohen Einschalt- und hohen Ausschaltspitzen gleichermaßen. Dabei zählen Glühlampen mit ohmscher und EVG mit kapazitiver Last zu den Verursachern von hohen Einschaltspitzen, Magnetventile mit ihren induktiven Spulen zu den Verursachern von belastenden Ausschaltspitzen.

Für Einsatzfelder mit hohen Schaltspitzen hat WAGO Optokoppler und Solid-State-Relais mit Nullspannungsschalter entwickelt. Sie reduzieren die Spitzen auf ein Minimum.

Als Schnittstellenmodul zwischen Prozessperipherie sowie Steuer-, Melde- und Regeleinrichtung überzeugen Optokopper und Solid-State-Relais (SSR) mit ihren Vorteilen:

- lange Lebensdauer
- mechanisch verschleißfrei
- keine Kontaktprellen
- kurze Schaltzeiten
- geringer Einschaltstrom
- geräuschfrei
- schock- und vibrationsunempfindlich

Relais und Optokoppler/Solid-State-Relais

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