Alles, was Sie über Relais wissen müssen

• Was ist ein Relais?

• Wie funktionieren Relais eigentlich?

• Interner Aufbau eines Relaisschaltkreises

• Relaisarten

• Abschluss

1.0 Was ist ein Relais?

Die Funktion eines Relais hängt von seinem Typ und seiner Anwendung ab. Ein Standardrelais ist im Grunde ein mechanisches Bauteil oder ein Schalter mit elektrischen Eingängen, der das Relais ein- und ausschalten kann. Ein elektrisches Signal wird an das Relais angelegt, welches daraufhin seinen Hauptschalter aktiviert und so den Hauptstromkreis unter Spannung setzt. Modernere Relaisschaltungen arbeiten ohne mechanische Bauteile und schalten effizienter und schneller.

Vereinfacht gesagt, funktioniert ein Relais nach dem Prinzip, dass es das Eingangssignal im Primärkreis weiterleitet, um im Sekundärkreis die eigentliche Arbeit zu verrichten. Meistens wird dem Relais eine Gleichspannung zugeführt, um die Stromkreise ein- oder auszuschalten.

2.0 Wie funktionieren Relais eigentlich?

Relais funktionieren nach dem Prinzip des Elektromagnetismus. Die Funktionsweise eines Standardrelais wird hier beschrieben:

1. Der Eingang wird durch eine kleine Spannung an beiden Seiten eines Relais aktiviert.
2. Der Eingang benötigt einen winzigen Strom, der den Eingangskreis aktiviert.
3. Dieser Strom aktiviert zunächst den Eingangsschalter und bewirkt so eine elektromagnetische Wechselwirkung zwischen den Eingangs- und Ausgangsspulen.
4. Die Primärspule aktiviert die Sekundärspule und versorgt den Ausgangskreis mit Energie.
5. Wenn der Eingangsstrom den Ausgangsstrom abschalten muss, unterbricht er einfach die elektromagnetische Kraft zwischen Eingangs- und Ausgangsrelais.
6. Wenn keine elektromagnetische Induktion stattfindet, wird der Stromkreis unterbrochen und der Ausgangsstrom hört auf zu fließen.

3.0 Interner Aufbau eines Relaisschaltkreises

Das Standard-elektromechanische Relais besteht aus einem Elektromagneten, einem beweglichen Anker, Kontakten, einer Feder und einem Joch.

• Der Elektromagnet befindet sich normalerweise im Ruhezustand, wenn kein elektrisches Signal anliegt. Er wird erst magnetisch, wenn er ein elektrisches Signal empfängt. Der Elektromagnet besteht aus einem Metallleiter, um den ein Kupferdraht gewickelt ist.
• Der Anker ist beweglich und sitzt auf dem Ständer. In einem Stromkreis schließt oder öffnet der Anker die Kontakte je nach Bedarf.
• Das Joch besteht ebenfalls aus Metall und ist im Inneren des Kerns befestigt. Es dient speziell dazu, den Anker bei geschlossenen Kontakten zu halten.
• Federn sind mit dem Anker verbunden, um Verbindungen im Relais schnell herzustellen oder zu trennen. Diese Federn gewährleisten schnelle Ankerbewegungen für eine sofortige Start-/Stopp-Funktion im Relais.

4.0 Relaisarten

Relais sind allgegenwärtig: in Autos, Flugzeugen, Schiffen und Kreuzfahrtschiffen, Smartphones, Computern und vielem mehr. Sie erfüllen vielfältige Funktionen, vom präzisen Starten komplexer Maschinen bis zum Klingeln des Weckers. Von den unzähligen Relaisarten wollen wir uns die praktischsten ansehen:

Elektromechanische Relais

Elektromechanische Relais, auch als Verriegelungsrelais bekannt, funktionieren nach dem Prinzip, dass Steuersignale über Anker und Kontakte einen mechanischen Schalter betätigen. Die Kontakte werden durch eine elektromagnetische Spule geschlossen. Elektromechanische Relais finden in vielen Anwendungen Verwendung, beispielsweise in der Haushaltsbeleuchtung und -elektronik, in sequenziellen Schaltkreisen und vielem mehr. Sie sind kostengünstig und eignen sich hervorragend für den Hausgebrauch, wo keine komplexen Schaltvorgänge erforderlich sind.

Relais für Autos

Relais finden sich in Fahrzeugen überall. Diese Kfz-Relais benötigen Gleichstrom von der Batterie, um Systeme mit hohem Stromverbrauch zu versorgen. Die Automobilindustrie profitiert erheblich von der Kosten- und Gewichtsreduzierung durch den Einsatz dieser sparsamen Relais. Zu den Anwendungen, die Relais benötigen, gehören das Ein- und Ausschalten von Scheinwerfern, Scheibenwischern, Zentralverriegelung, Alarmanlagen und viele weitere Funktionen, ohne dass für jedes Ausgangssystem aufwendige Kabel verlegt werden müssen.

Relais in Autos werden weiterhin in verschiedene Typen unterteilt, darunter:

PCM-Relais

Das Antriebsstrang-Steuergerät (PCM-Relais) ist in allen Pkw und Lkw mit OBD-II-System verbaut. Das Motorsteuergerät (ECM) steuert alle Fahrzeugfunktionen, von der Zündung über die Kraftstoffeinspritzung und die Zündzeitpunktverstellung bis hin zur Beleuchtung. Das ECM wird vom PCM-Relais angesteuert, welches den Stromkreis zwischen ECM und Batterie beim Ein- und Ausschalten der Zündung schließt bzw. öffnet.

Wenn Ihr Automotor nicht anspringt, kann das Problem manchmal am PCM-Relais liegen. Um zu prüfen, ob das PCM ordnungsgemäß funktioniert, stecken Sie den Zündschlüssel ein und drehen Sie ihn auf Zündung. Prüfen Sie nun, ob Scheinwerfer, Blinker oder Innenbeleuchtung funktionieren. Falls nicht, ist das PCM möglicherweise defekt.

Kraftstoffpumpenrelais

Das Kraftstoffpumpenrelais leitet das Eingangssignal an die Kraftstoffpumpe eines Fahrzeugs. In Pkw und Lkw befindet es sich unter der Motorhaube in einem kleinen Kunststoffgehäuse. Seine Funktion besteht darin, sicherzustellen, dass die Kraftstoffpumpe beim Einschalten der Zündung funktioniert. Beim Ausschalten der Zündung unterbricht das Relais die Stromzufuhr zur Kraftstoffpumpe und schützt sie so vor Beschädigungen. Beim Starten des Fahrzeugs schaltet sich das Kraftstoffpumpenrelais automatisch wieder ab.

Um zu prüfen, ob Ihr Kraftstoffpumpenrelais ordnungsgemäß funktioniert, stecken Sie den Zündschlüssel ein und drehen Sie ihn. Achten Sie dabei auf ein Summen aus dem Kraftstofftank. Wenn Sie das Summen hören, funktioniert das Relais einwandfrei. Andernfalls muss es möglicherweise repariert oder ausgetauscht werden.

Sie können das Kraftstoffpumpenrelais auch mit einem KAIWEETS KM601 Smart Digitalmultimeter prüfen, indem Sie den Durchgangsprüfmodus einstellen. Verbinden Sie die Messleitungen des Multimeters mit dem Plus- und Minuspol des Relais. Wenn der Summer des Multimeters ertönt, funktioniert die Relaisspule einwandfrei. Ertönt kein Ton, ist die Spule defekt.

ASD-Relais

Automatische Abschaltrelais (ASD-Relais) dienen in Kraftfahrzeugen als zusätzliche Sicherheitsebene. Sie sind mit der Zündanlage des Fahrzeugs verbunden und versorgen Einspritzdüsen, Temperatur- und Sauerstoffsensoren sowie die Zündspule mit 12-V-Gleichspannung. Bei Erkennung eines kritischen Systemfehlers schalten ASD-Relais die Fahrzeugsysteme sofort ab.

DHCP-Relays

Das Dynamic Host Configuration Protocol (DHCP) Relay ist ein Protokoll zur Verwaltung mehrerer Netzwerke. Es weist den angeschlossenen Computern oder Geräten eine IP-Adresse zu. Diese Geräte werden oft als Knoten bezeichnet. Das DHCP Relay verwaltet die Konfiguration dieser Knoten automatisch, sodass Administratoren diesen komplexen Netzwerken keine IP-Adressen manuell zuweisen müssen.

Halbleiterrelais

Halbleiterrelais (SSRs) benötigen keine elektromechanische Schaltung. Stattdessen nutzen sie Halbleiterbauelemente zum Umschalten zwischen Geräten. SSRs zeichnen sich durch extrem hohe Schaltgeschwindigkeiten aus, wodurch komplexe Schaltvorgänge vereinfacht werden und mechanische Komponenten wie Federn, Kontakte, Joche usw. entfallen. Zudem sind SSRs langlebiger und effizienter – sowohl für Haushaltsgeräte als auch für anspruchsvolle industrielle Anwendungen. Halbleiterrelais werden auch als Nasskontaktrelais bezeichnet.

5.0 Schlussfolgerung

Relais sind die Bausteine ​​von Steuerungssystemen für nahezu alle Anwendungsbereiche – von Heizungs- und Kühlsystemen über Automobile, Industriemaschinen und Haushaltsgeräte bis hin zu Computersystemen, Internetprotokollen und vielem mehr. Für einfache Komponenten wie Brandmelder werden potentialfreie Relais verwendet. Hierbei wird die Stromversorgung stets von einem anderen Stromkreis bereitgestellt, anstatt die Eingangsspannung direkt an die Relaiskontakte anzulegen. Für komplexere Anwendungen kommen quecksilberhaltige Relais zum Einsatz. Diese Relais nutzen Quecksilberkontakte und beziehen ihre Energie direkt aus der Quelle, anstatt sie von einer anderen Komponente zu beziehen. Große Schaltschränke sowie Wärme- und Luftstromsensoren sind Beispiele für solche Schaltungen.