Wie funktioniert ein Relais?

Relais werden im Wesentlichen zur Steuerung sehr hoher elektrischer Lasten eingesetzt, ohne dass sie direkt mit Hochspannungskomponenten interagieren müssen. Dies ist ein praktischer und relativ wirtschaftlicher Weg, um Prozesse zu automatisieren; außerdem ist es sicher und effizient. Relais werden in allen Arten von Anwendungen in allen möglichen Bereichen eingesetzt. In der Industrie findet man sie in der Motorsteuerung von einzelnen Maschinen bis hin zu Schalttafeln ganzer Maschinenanlagen für eine gesamte Industriesteuerungs-Lösung. In der Industrie 4.0 wird ihre Bedeutung durch die Verbreitung von Robotik-Lösungen massiv erhöht.

Bei einigen Relais kann man auch festlegen, wann sie aktiviert werden, indem man bestimmte Zeitintervalle für ihre Aktivierung bestimmt (z. B. bei Scheibenwischern im Auto). Vielleicht noch wichtiger ist jedoch, dass Relais speziell für die Sicherheit eingesetzt werden, da sie Fehler im Stromkreis erkennen und isolieren können.

Aufbau eines Relais

Vereinfacht gesagt, besteht jedes Relais aus folgenden Komponenten:

• Sockel, auf dem alle anderen Elemente ruhen
• Spule, die ein Magnetfeld erzeugt, wenn der elektrische Strom durch sie fließt
• Kern, der den Anker des Relais an sich zieht, wenn das Magnetfeld erzeugt wurde
• Anker, der bewegliche Teil des Relais, der durch das elektromagnetische Feld vom Kern angezogen wird; wenn dies geschieht, geht ein Kontakt von offen auf geschlossen über, wodurch ein Stromkreis aktiviert wird;
• Kontakte, ein Relais kann 1, 2, 3 oder mehr Kontakte haben; ein Kontakt kann entweder normalerweise offen („Normally Open“, oder „NO“) oder normalerweise geschlossen („Normally Closed“, oder „NC“) sein.

Zudem werden Relais abgedeckt, um die Wahrscheinlichkeit einer Beschädigung oder eines versehentlichen Kontakts mit anderen Verkabelungen zu verringern.

Kfz-Relais

Im Zuge des technischen Fortschritts werden in der neuen Generation von Kraftfahrzeugen, die mit digitalen Armaturenbrettern und Multimedia-Zentren ausgestattet sind, immer mehr elektrische Komponenten verwendet, ganz zu schweigen von den Selbststeuerungsfunktionen. Kfz-Relais werden in zwei Kategorien unterteilt: Hilfsrelais und elektronische Relais.

• Hilfsrelais werden auch als elektromechanische Relais bezeichnet und haben die Aufgabe, verschiedene Fahrzeugkomponenten wie die Kraftstoffpumpe, die elektrischen Fensterheber und Schlösser sowie das Abblend- und Fernlicht zu betätigen. Ihr Aufbau besteht aus einer Spule, Kontakten, Anschlüssen und dem Kern.
• Elektronische Relais enthalten eine elektronische Schaltung, die mit einem elektromechanischen Relais verbunden ist. Ihre Funktionen beschränken sich auf das Einschalten des Blinkers und der Warnblinkanlage mit einer bestimmten Frequenz. In einigen Fällen warnen sie auch vor dem Durchbrennen einer bestimmten Glühbirne im Fahrzeug.

Insgesamt können drei Arten von Relais unterschieden werden:

• Zeitrelais werden bei Schaltvorgängen eingesetzt, die eine Zeitsteuerung erfordern, und sind in industriellen Prozessen wie Schalttafeln und Motorstartern weit verbreitet.
• Thermorelais werden eingesetzt, wenn eine entsprechende Wirkung auf einen Temperaturanstieg erforderlich ist. Diese Geräte dienen dem Schutz vor elektrischer Überlastung und werden im Allgemeinen in Elektromotoren eingesetzt, um eine Überhitzung des Bauteils zu verhindern.
• Schutzrelais sind so konzipiert, dass sie Geräte in Abhängigkeit von voreingestellten Werten ein- oder ausschalten. Sie werden auch zur Messung von Spannung, Strom, Isolierung, Temperatur, Phasenfolge usw. eingesetzt.

Relais können auch als offene, geschlossene oder abgedichtete Relais klassifiziert werden und ihre Verwendung kann durch ihre Eigenschaften definiert werden.

Will man das Relais einbauen, so wird beim Anschluss die Relaisspule mit der Steuerquelle und die Kontakte mit dem zu steuernden Stromkreis verbunden.

Einer der Spulenanschlüsse wird mit der Steuerquelle verbunden, die ein Mikrocontroller, ein Schalter oder ein anderes Gerät sein kann, das die Steuerspannung liefert. Der andere Spulenanschluss wird mit Masse oder der negativen Seite der Steuerquelle verbunden. Die gemeinsame Klemme wird dann an den Stromanschluss des zu steuernden Geräts, z. B. einer Lampe, angeschlossen.

Damit der Stromkreis geschlossen (eingeschaltet) ist, wenn das Relais aktiviert wird, muss die NO-Klemme (Normally Open) mit der anderen Seite des Lastgeräts verbunden werden. Umgekehrt muss, wenn der Stromkreis bei aktiviertem Relais geöffnet (aus) sein soll, die normalerweise geschlossene (NC, normally closed) Klemme mit der anderen Seite des Lastgeräts verbunden werden.

Vor Beginn einer Prüfung ist es aus Sicherheitsgründen ratsam, den Schaltplan oder das Handbuch des Relais zu konsultieren. Die Anschlussbelegung des Geräts ist in der Regel genormt, aber es ist ratsam, das Handbuch zu Rate zu ziehen, um direkt vom Hersteller genauere Informationen zu erhalten. Einige dieser Informationen, wie z. B. die Anzahl der Stifte, sind normalerweise auf dem Relais aufgedruckt.

Eine grundlegende visuelle Analyse des Geräts ist der übliche Ausgangspunkt. Die meisten auf dem Markt erhältlichen Relais haben ein transparentes Gehäuse, in dem sich die Spule und die Kontakte befinden. Durch die Identifizierung sichtbarerer Schäden ist es möglich, die möglichen Ursachen des Problems einzugrenzen.

Die meisten Stromrelais verfügen über eine LED, die anzeigt, ob das Gerät eingeschaltet ist. Wenn die LED nicht leuchtet, obwohl das Relais oder die Spulenanschlüsse mit Strom versorgt werden, kann man davon ausgehen, dass das Relais beschädigt ist. Andernfalls werden ein Digitalmultimeter und ein Spannungsquellen-Lesegerät zum Testen benötigt. Für alle weiteren Maßnahmen muss das Relais von der Stromquelle getrennt werden. Alle Tätigkeiten, die mit Elektrizität zu tun haben, sollten bei ausgeschalteten Stromquellen durchgeführt werden. Besondere Aufmerksamkeit sollte den Kondensatoren im betreffenden Stromkreis gewidmet werden, da sie in der Lage sind, eine Ladung für eine beträchtliche Zeit zu speichern, selbst nachdem die Stromquelle entfernt worden ist.