Relais sind Schalter, die mit Hilfe eines Elektromagneten betätigt werden. Sie gehören zu den zusammengesetzten elektromechanischen Bauelementen.
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Aufbau
Wie man im Bild oben gut sehen kann, bestehen Relais üblicherweise aus einer Spule mit Eisenkern, die für die Erzeugung eines starken elektromagnetischen Feldes (Elektromagnet) optimiert wurde. Wird dieses Feld erzeugt, können über die mechanische Konstruktion verschiedene Schalter betätigt werden. Dazu besteht ein Relais aus zwei elektrisch voneinander getrennten Stromkreisen.
Der erste Stromkreis wird als Steuerstromkreis bezeichnet. Wird dieser mit Spannung versorgt, zieht der Elektromagnet einen mechanischen Kontakte an. Dieser betätigt die im zweiten Stromkreis (Arbeitskreis) liegenden Schalter.
Wird der Steuerstromkreis abgeschaltet, lässt der Magnet den Kontakt los. Durch die Mechanik vorgegeben gehen die Schalterstellungen im Arbeitskreis wieder auf ihren Urzustand zurück.
Die Bauformen und Baugrößen von Relais sind extrem vielfältig, die wichtigsten Unterscheidungsmerkmale ist die Höhe der zulässigen Steuerspannung sowie Art und Anzahl der vorhandenen Schalter. Es gibt Relais mit einem oder mehreren Öffnern oder Schließern, mit einem oder mehreren Umschaltern sowie aus Kombinationen dieser Schalter.
Zudem gibt es Relais mit bistabilem Elektromagneten: Die Steuerung erfolgt durch Strompulse mit wechselnder Polarität oder an getrennten Spulen. Durch die magnetische Remanenz wird auch ohne Stromfluss der letzte Zustand beibehalten.
Relais in der Starkstromtechnik werden als Schütz bezeichnet, sie unterscheiden sich in Einzelheiten von den hier beschriebenen Kleinleistungs-Relais.
Einsatzgebiete
Relais findet man überall dort, wo hohe Spannungen oder starke Ströme mit kleinen Spannungen geschaltet werden sollen. Relais bieten die Möglichkeit, mit kleinen Spannungen (je nach Bauform zwischen 3 V und 24 V, z.B. einer Batteriespannung) Stromkreise mit hohen Spannungen und Strömen (auch die Netzspannung) zu schalten und somit zu steuern.
Durch viele Schaltvorgänge, insbesondere bei hohen Strömen, nutzen sich Kontakte und Mechanik ab. Dadurch besitzen Relais nur eine begrenzte Lebensdauer. Für Anwendungen, die viele Schaltvorgänge erfordern (z.B. permanent mehrere Schaltvorgänge pro Minute), sind Relais wenig bis nicht geeignet.
Zum Teil werden Relais heute durch Thyristoren, MosFETs oder andere Halbleiter ersetzt. Relais besitzen aber noch immer die beste, weil durch die Mechanik vorgegeben vollständige Trennung zwischen Steuer- und Arbeitsstromkreis.
Besonderheit
Die Spannung an einer Induktivität ist proportional zur Stromänderung. Daher können beim Abschalten des Steuerstroms am Elektromagneten des Relais hohe Spannungsspitzen auftreten. Auf die Abschaltung des Stromes reagieren Relais mit Spitzen von gut und gerne einigen hundert Volt!
Um die ansteuernde Elektronik (Transistoren oder μController) vor einer Schädigung durch diese Spannungsspitzen zu schützen, sollte man parallel zur Spule des Relais eine sog. Freilaufdiode einbauen.
Autor
- Frank
- Simon
Siehe auch
