Relais

Ein Relais (Pl.: Relais) ist ein durch elektrischen Strom betriebener, meist elektromagnetisch wirkender Schalter. Das Relais wird über einen meist galvanisch getrennten Steuerstromkreis aktiviert und kann einen oder mehrere Laststromkreise schließen, öffnen oder umschalten. Zur Darstellung der Schaltvorgänge in Schaltungen mit mehreren Relais werden Relaisdiagramme verwendet.

Foto einiger Relais

Relais werden hauptsächlich verwendet um

• mit einem Steuerstromkreis mehrere Laststromkreise gleichzeitig zu beeinflussen
• mit niedriger Leistung in einem Steuerstromkreis galvanisch getrennt einen Stromkreis hoher Leistung zu steuern.

Funktionsweise

In einem Relais wird durch Stromfluss in der Spule des Elektromagneten ein Eisenanker angezogen. Der Eisenanker schließt oder öffnet, durch seine Bewegung, einen oder mehrere Kontakte, wodurch der Laststromkreis geschlossen, geöffnet oder umgeschaltet wird.

Schematischer Aufbau

Abgebildet ist ein Klappanker-Relais mit einem Schließer.

Relaistypen

Schütze

Die Stromstärke und elektrische Spannung im Laststromkreis können um ein Vielfaches größer als in der Spule sein. Ein Relais für erheblich größere Leistungen in der Starkstromtechnik wird Schütz genannt. Schütze besitzen in der Regel mehrere gleichartige Schaltkontakte, wie sie zum Schalten von Drehstromverbrauchern benötigt werden. Des weiteren gibt es sogenannte Hilfsschütze, die ihrerseits zur Steuerung der vorgenannten Hauptschütze dienen.

Halbleiterrelais (solid-state-Relais)

In der Elektronik und Steuerungstechnik werden Relais auch als Halbleiterrelais mit Transistoren oder Thyristoren beziehungsweise Triacs realisiert. Halbleiterrelais werden auch als Solid State Relais (SSR) bezeichnet. Sie arbeiten ohne bewegte Teile und sind daher auch für hohe Schaltfrequenzen und ungünstige Umweltbedingungen (wie Umgebungen mit explosiven Gasgemischen) geeignet.
Eine galvanische Trennung wird bei Halbleiterrelais durch im Bauteil integrierte Optokoppler erreicht.
Halbleiterrelais haben gegenüber mechanischen Relais höhere Verluste im Laststrompfad und müssen daher oft auf eine Wärmesenke (Kühlkörper) montiert werden.

Fernmelderelais

In den elektromechanischen Vermittlungsstellen und Telefonanlagen wurden Relais (zum Beispiel Flachrelais 48) in großem Umfang eingesetzt. Sie dienten der logischen Ablaufsteuerung beim Auf- und Abbau der Wählverbindungen. Hierzu waren den Koppelelementen Relais fest zugeordnet.

Sensorrelais

Eine andere Art der Relais sind sensorische Relais, zum Beispiel

• Bimetallrelais zum zeitverzögerten Schalten - hier wird ein mit einem Heizleiter umwickelter Bimetallstreifen zum Schalten verwendet.
• stromgesteuerte Relais: oft als Reed-Relais (sofortiges Ansprechen) oder auch als Bimetallrelais (verzögertes Ansprechen, z.B. in Motorschutzschaltern) mit einer dicken Stromwicklung ausgeführte Strom-Schwellwertschalter.
• sog. Distanzrelais - diese errechnen mechanisch/thermisch den Abstand eines Kuzschlusses im Stromnetz. In Mittelspannungs-Schaltanlagen steuern diese Relais die Abschaltung einzelner Abschnitte des Strom-Netzes
• Differenzrelais (2 Wicklungen) sprechen bei kleinen Strom- oder Spannungsdifferenzen zwischen den Wicklungen an. Nach dem Prinzip der Stromdifferenzauswertung arbeiten beispielsweise Fehlerstromschutzschalter

Weitere Ausführungen

Relais gibt es in vielen Ausführungen, unter anderem:

• monostabil (zurückfallend in den Ausgangszustand): es gibt sie ungepolt (Polarität der Erregerspannung beliebig) und gepolt (geringere Anzugspannung durch Dauermagnet - diese haben eine vorgeschriebene Polarität der Erregerspannung)
• bistabil, auch als Stromstoßschalter bezeichnet (ohne Strom des Steuerkreises in beiden Lagen verbleibend): diese Relais gibt es ungepolt (sie schalten bei jedem Stromstoß in den jeweilig anderen Zustand) und gepolt (diese schalten polaritätsabhängig in den anderen Zustand)
• Relais für mehrere Lastkreise
• negierend (Öffnerkontakt) oder wechselseitig schließend (1 Öffner + 1 Schließer oder 1 Umschalter)
• Signalrelais: diese haben Gold- oder Palladiumkontakte und sind speziell für kleine Ströme und Spannungen geeignet
• Leistungsrelais haben dagegen z.B. Silber-Cadmium- oder Silber-Wolfram-Kontakte und sind zum Schalten von Netzspannung geeignet
• Reed-Relais: diese haben einen in Schutzgas eingeschlossenen Kontakt, der zugleich Magnetanker ist
• Quecksilber-Relais: diese verwenden als einen oder beide Kontaktpartner Quecksilber und sind besonders langlebig und zuverlässig
• Koax-Relais werden zum Schalten von Hochfrequenzsignalen verwendet und haben eine definierte Leitungsimpedanz (z.B. 50 Ohm) entlang dem Kontaktweg
• manche Relais (z.B. DIL-Relais) haben eine integrierte Freilaufdiode und daher vorgeschriebene Polarität der Erregerspannung
• Wechselspannungs-Relais haben einen Spaltpol mit Kurzschlusswindung und können mit Wechselspannung gesteuert werden
• elektronische oder elektromechanische Zeitrelais

Charakteristische Größen

• Abfallerregung: Stärke des magnetischen Feldes, bei der der Anker abfällt.
• Anzugsstrom: Stromstärke, bei der der Anker anzieht.
• Haltestrom: Stromstärke, bei der der Anker angezogen bleibt. Sie ist geringer als der Anzugsstrom. Dadurch kann ein Relais z.B. auch bei Fremdeinspeisung mit niedrigerer Spannung (ungewollt) angezogen bleiben.
• Abfallstrom: Stromstärke, bei der der Anker abfällt.

Weblinks

• Liste elektronischer Bauteile in der deutschsprachigen wikipedia
• Technische Hinweise zum Thema Relais (sehr ausführlich)
• Landesbildungsserver Baden-Württemberg

Dieser Artikel basiert auf dem Artikel Relais aus der freien Enzyklopädie Wikipedia, teilweise können Textpassagen übernommen worden sein. In der Wikipedia ist eine Liste der Autoren verfügbar. Bitte fügt detaillierte Infos zu den Vorbildern entsprechend in der Wikipedia hinzu, so dass wir uns hier auf die Modellbauaspekte konzentrieren können.