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Bauteile: RelaisBauteile: Relais

von Olaf Stieleke

Relais sind elektromechanische Schalter und bestehen aus zwei Komponenten:

1. Erregerkontakt, bestehend aus einer Spule
2. Ein oder mehrere Arbeitskontakte

Die Funktionsweise ist recht simpel:

Wird der Erregerkontakt von einem Strom durchflossen (Pin 1 und 2), so bildet die dort befindliche Spule ein Magnetfeld aus. Dieses zieht den Arbeitskontakt an, worauf dieser seine Arbeitsstellung wechselt. Im Bild würden dann die Pins 4 und 5 verbunden.

Schaltet man den Strom durch den Erregerkontakt ab, bricht das Magnetfeld in sich zusammen und der Arbeitskontakt fällt in seine Ruhelage zurück, verbindet somit Pins 3 und 4.

Relais gibt es in den verschiedensten Ausführungen:

Umschalter:

Hierbei leitet der Arbeitskontakt zwischen zwei Kontakten hin und her - das Bild zeigt ein solches Relais.

Schließer: Zwei Anschlüsse des Arbeitskontaktes werden verbunden
Öffner: Zwei Anschlüsse, im Ruhezustand verbunden, werden getrennt

Mit vergleichsweise kleinen Relais können sehr hohe Spannungen und/oder Ströme geschaltet werden (Kilovolt/Ampere-Bereich). Auch ist es kein Problem, meherer Stromkreise mit einem einzigen Signal zu schalten, es gibt Relais mit zwei, drei oder mehr Arbeitskontakten.Besonderer Vorteil ist die mögliche galvanische Trennung von Stromkreisen, d.h. die einzelnen Kreise haben keinerlei leitende Verbindung miteinander.

Nachteilig ist die recht langsame Schaltgeschwindigkeit im 10-Millisekunden-Bereich (ein Transistor liegt da eher im Mikro- bis Nanosekundenbereich, also 10000 bis 10 Millionen mal schneller), hoher Erregerstrom (einige 10 mA, verglichen mit wenigen Mikroampere Basisstrom bzw. Null bei FET) und ein Magnetfeld, das mit einer sog. Löschdiode von Hableitern ferngehalten werden muß. Für Ultra-Silent-Modder ist auch das vernehmliche "Klick" eines Relais Grund, davon Abstand zu nehmen.

Löschdiode

Die sogenannte Löschdiode ist immer erforderlich, wenn Halbleiter verwendet werden, um den Erregerkontakt eines Relais anzusteuern. Liesse man die Diode weg, würde der Ansteuerhalbleiter unweigerlich zerstört werden:

Spulen erzeugen, wenn sie von Strom durchflossen werden, ein Magnetfeld (Wir erinnern uns schwach an den Physik-Unterricht...). Aber das Feld baut sich nicht sofort auf. Vom Transformator kennen wir den Effekt, das eine Spule, die von einem sich verändernden Magnetfeld durchzogen wird, eine Spannung erzeugt (Induktion). Dummerweise passiert das auch beim Aufbau des Magnetfeldes. Nöch dümmer ist, das die Spannung ENTGEGENGESETZT gepolt
ist ! Folglich scheint das Relais beim "einschalten" einen gewissen Widerstand zu besitzen, der schnell nachläßt. Wenn wir nun den Strom durch den Erregerkontakt abschalten, bricht das Magnetfeld zusammen - es verändert sich. Prompt gibt es durch Induktion eine hübsche Spannungsspitze, die falsch herum gepolt ist - und unseren Transistor, CMOS-Chip oder whatever über den Jordan schickt.

Darum immer Löschdioden in Sperrichtung zum Erregerstromkreis schalten, damit diese Spannungsspitze zügig und gefahrlos kurzgeschlossen wird.