Reine Elektrofahrzeuge haben hohe Lastanforderungen

Fokus auf energieeffizientere Relais

26. Oktober 2010, 08:54 Uhr   |  Erich Schenk

Fokus auf energieeffizientere Relais
© Panasonic

Den Photovoltaik-Markt adressiert Panasonic mit der Relais-Serie AEP-Solar.

Neben dem Trend zur »weiteren Miniaturisierung« bei manchen Relaistypen beobachtet Panasonic-Manager Rolf Münch vor allem den Wunsch nach »energieeffizienteren und leichteren Relais bei gleichen oder zum Teil deutlich höheren Lastanforderungen«. Letzteres spielt etwa bei reinen Elektrofahrzeugen mit Li-Ion-Batterien eine Rolle.

Unter dem erklärten Ziel, bis 2018 zu einem der weltweit führenden »Green Innovation«-Unternehmen aufzusteigen, »fokussieren wir unsere F&E-Aktivitäten auf Hochvoltrelais für Elektrofahrzeuge und Energieversorgung sowie die Ausweitung unseres Spektrums an bistabilen Leistungsrelais«, erläutert Rolf Münch, Senior Manager Marketing Components bei Panasonic Electric Works Europe. Stetig ausgebaut werde überdies der Bereich Halbleiterrelais, dessen PhotoMOS-Relais industrielle Steuerungen adressieren. Beim Stromsparen bzw. Energieeffizienz stünden momentan sowohl bei Neu- als auch bei der Weiterentwicklung bistabile Relais im Vordergrund. »Dabei geht es in erster Linie darum, die Relais eng in Zusammenarbeit mit den Kundenanforderungen zu entwickeln, um die wirtschaftlichste Lösung zu erhalten.« Und gerade hier sei neben dem fundierten F&E-Wissen vor allem ein umfassendes Application Engineering gefragt, das auch beinhalte, europaweit umfangreiche Tests an realen und simulierten Lasten durchführen zu können.

In puncto Dauerthema »Miniaturisierung« sei diese nur dann noch »sinnvoll, wenn sowohl die Lastanforderungen der Kunden als auch die geltenden Normen eingehalten werden können«, erläutert Münch. Deshalb sei eine Angabe der minimalen Abmessungen ohne Definition der elek-trischen und mechanischen Parameter »nicht möglich«. Generell gehe der Trend hin zur Reduzierung der Grundfläche, bisweilen werde aber auch eine geringe Höhe gefordert, weshalb Panasonic bei Volumenmärkten wie Signalrelais zwei Varianten offeriert. Aber auch bei den Sicherheitsrelais sind zwei Bauformen verfügbar mit den flachen SFN-Relais für den Einsatz in  standardisierten Modulgehäusen und den schlanken SFS-Relais für die Bahntechnik und Aufzugssteuerungen. Der Aspekt Gewichtsreduzierung spielt etwa in der Automobilindustrie eine Rolle: »Hier haben sich in den letzten Jahren zweifelsohne die größten Einsparungen beim Gewicht ergeben, so dass wir bei einigen Leiterplattenrelais bereits bei der 3. bzw. 4.Generation angekommen sind.«

Rolf Münch, Panasonic Electric Works Europe
© Panasonic Electric Works

Rolf Münch, Panasonic Electric Works Europe: In Kfz-Anwendungen haben sich zweifelsohne die größten Einsparungen beim Gewicht ergeben, so dass wir bei einigen Leiterplattenrelais bereits bei der 3. bzw. 4. Generation angekommen sind.«

Omrons Neuentwicklungen betreffen »hauptsächlich den Energiesektor wie Relais für den Solarmarkt«, sagt Jürgen Schönauer, Key Account Manager Omron Electronic Components Sales Division Central Europe. Auch wenn in puncto Energieeffizienz vorhandene Produkte schon in Applikationen der Automatisierungsindustrie im Einsatz sind, um die Effizienz in den Maschinen und Anlagen zu erhöhen, seien hier noch die Entwickler gefragt. Das gelte auch je nach Relaistyp und Anforderungen für die bistabilen Relais, weil »bei unseren vorhandenen bistabilen Relais teilweise die Schaltleistung nicht ausreicht«. In Sachen Miniaturisierung ist sich Schönauer sicher, dass zumindest »Signalrelais nicht mehr kleiner werden müssen, denn in dem Bereich sind die Grenzen schon bei der Anzahl der Anschlüsse erreicht«.

Im Leistungsbereich werde die Miniaturisierung durch die gewünschten Werte wie Stromhöhe, Kontaktlast, elektrische Lebensdauer und Umgebungstemperatur limitiert: »Bei immer höheren Einschalt- und Lastströmen wie bei sehr effizienten Wasserpumpen müssen hohe Einschaltströme geschaltet werden, zudem soll die Lebensdauer sehr lang sein.« Das könne von kleineren Relais nicht gewährleistet werden, selbst vorhandene Relais müssten teilweise schon den Lasten angepasst werden. Hingegen könne die Höhenreduzierung noch bei einigen Applikationen wichtig sein, werde doch bei Moduleinschüben oder schmalen Gehäusen eine flache Bauweise gewünscht. Als Beispiel führt der Omron-Manager Sicherheitsrelais oder flache Leistungsrelais an, die in noch schmaleren Industriegehäusen untergebracht werden müssen.

Jürgen Schönauer, Omron Electronic Components
© Markt&Technik

Jürgen Schönauer, Omron Electronic Components: » Signalrelais müssen nicht mehr kleiner werden, denn in dem Bereich sind die Grenzen schon bei der Anzahl der Anschlüsse erreicht.«

Als einen wichtigen Trend nennt Hongfa-Europe-Vertriebsleiter Theo Reisel »die verstärkte Nachfrage nach bistabilen Relais, also ist hier auch ein Schwerpunkt der Entwicklung«. Diese neuen bistabilen Relais adressieren neben allgemeinen Anwendungen auch den Automobilbereich. Fertigungsseitig fokussiere man verstärkt auf vollautomatische Linien: »Eine größere Delegation unserer Fertigungsleute hat sich in Europa umgesehen, die neuen Linien sollen umgehend gekauft werden.« Bei der Frage um die Senkung des Energiebedarfs hat der chinesische Relais-Hersteller sensitivere Relais im Blick: »Ziel ist es, auch die Halteleistung zu verringern, ohne die anderen Parameter des Relais negativ zu beeinflussen.« Bei den bistabilen Relais selbst gehe es bei Hongfa darum, die Produktfamilie zu ergänzen und möglichst die Bauformen zu verkleinern. Miniaturisierung, lautet Reisels Credo, »ist derzeit sicherlich noch bei allen Relaisfamilien möglich«, schränkt allerdings ein, dass die Kunden »nicht bereit sind, dafür auch mehr zu bezahlen«. Eine Grenze setzt die Physik bei der Reduzierung der Baugröße, wenn bestimmte Luft- und Kriechstrecken im Relais eingehalten werden müssen. Ob nun die Bauhöhe oder die Grundfläche verringert werden solle, hänge vom jeweiligen Kunden ab. So spielt die Bauhöhe eine größere Rolle, wenn die Platine in eine Unterputzdose eingebaut wird oder wenn die Leiterplatte in ein schmales Gehäuse (Zeitrelais, Sicherheitsmodul) eingebaut werden muss. Diesen Wünschen der Kunden versucht Hongfa durch verschiedene Relaisbauformen mit »nahezu identischen Schaltleistungen« gerecht zu werden.

Omrons Leistungsrelais 8GP
© Omron

Trotz geringer Abmessungen (32 x 27 x 20 mm) schaltet Omrons Leistungsrelais 8GP Lasten von bis zu 30 A.

Bei der Miniaturisierung stellt sich laut Dr. Christian Veit, Director Marketing EMEA der Relay Products Group von Tyco Electronics, die prinzipielle Frage: »Können Lasten, die bisher nur mit größeren Relais geschafft wurden, auch mit kleineren Bauformen umgesetzt werden? Denn das bringt dem Anwender Vorteile.« Im Automobilbereich gehe der Trend teilweise zu Hochstromversionen von Micro-Steckrelais, wobei diese dann die Mini-Relais im unteren Leistungsbereich ersetzen. Grundsätzlich gelte: »Welche Abmessungsreduktion Vorteile bringt, hängt von der Applikation ab.« Gewichtsreduzierung spiele hauptsächlich bei den großen Leistungsrelais für Hybridfahrzeuge eine Rolle; hier könne durch intensive Spezifikationsarbeit eine Überdimensionierung vermieden werden. Überdies sei häufig auch der Zugriff auf das kleinere, leichtere Relais der nächst nie-drigen Leistungsklasse möglich. Tyco Electronics’ F&E-Abteilung arbeitet zwar »an Projekten in allen drei Relais-Bereichen und an Grundlagenthemen, unsere Innovationskraft lenken wir dabei insbesondere auf die neuen Märkte der erneuerbaren Energien wie Photovoltaik, Metering und den Markt für funktionelle Sicherheit sowie Hybrid- und Elektrofahrzeuge«. Bezüglich der Themen Energieeffizienz verfüge man über eine »breite Produktpalette« an bistabilen Relais, arbeite gleichwohl an der »ständigen Erweiterung« des Portfolios. In besonderen Applikationen wird Pulsweitenmodulation zur Absenkung der Spulenverlustleistung eingesetzt, überdies »bieten wir im Bereich Stromsparen aktiven Applikationssupport an«.

Für Richard Bayer, Geschäftsführer von Zettler electronics, hat das Thema Stromsparen gerade bei Photovoltaik, wo Relaistypen mit hohen Strömen für Gleichspannung gefragt sind, große Relevanz, »lässt sich doch durch Optimieren unserer Solarrelais eine Menge Energie einsparen«. Werden die Solarrelais bei einer täglichen Betriebszeit von ca. 10 h mit Haltespannung anstatt mit Nennspannung betrieben, »sparen unsere Kunden unseren Berechnungen zufolge jedes Jahr weit über 10 GWh an Energie ein«. Allein um diese Energie zu er-zeugen, benötigt man ein Photovoltaik-Kraftwerk, das sich über mehr als 100 Fussballfelder erstreckt. Produktseitig habe Zettlers AZSR-Relais-Familie mit 10 A/cm2 Schaltleistung/Leiterplattenfläche »wohl für einige Jahre die Messlatte nach ganz oben gelegt«.

Die Erhöhung der Effizienz »treibt den Markt, denn die Rohstoffkosten und auch der hohe Euro müssen kompensiert werden«, sagt Dr. Martin Kunschert, Geschäftsführer Elesta relays, und verweist auf »unsere sehr effizienten Magnetsysteme« bei den Sicherheitsrelais mit zwangsgeführten Kontakten. Bei Halteleistungen von 80 mW etwa für ein SIS-Relais entspreche man den Marktforderungen. Bistabile Relais, die technologisch bedingt keinen Haltestrom benötigen, sind bei Relais mit zwangsgeführten Kontakten nach EN 50205 »nicht erlaubt, weshalb wir diesen Weg nicht beschreiten können«. F&E-seitig legt der Schweizer Spezialist für Sicherheitsrelais angesichts der »insgesamt sehr jungen Produktpalette« derzeit hohen Wert auf Verbesserungen und Varianten der Produkte, um die Kundenwünsche noch besser bedienen zu können. Ist bei anderen Relaistypen durchaus Miniaturisierung teils noch ein Thema, gelte das für Relais mit zwangsgeführten Kontakten »momentan nur bedingt«, denn die Lastanforderungen der Kunden und die normativen Vorgaben (Überdimensionierung, Kontaktkammern) setzten derzeit Grenzen.

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2. Automatisierung senkt Fehlerrate

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