Das richtige Relais wählen: Typen, Funktionen und Anwendungen

Steuerung und Schutz elektronischer Schaltungen sind kritische Prozesse. Beispiel: Stromfluss in einer 10 W LED steuern. Ein Mikroprozessor kann das nicht direkt schalten – ein Relais ist nötig. Hier finden Sie eine detaillierte Analyse der Relais-Typen, Funktionsprinzipien und Anwendungen.

Was ist ein Relais?

Abbildung 1: Elektrischer Relais-Schalter

Ein Relais ist ein elektrischer Schalter, der Hochspannungskreise mit einer Niederspannungsquelle steuert.

Grundaufbau eines Relais

Abbildung 2: Relais-Schaltprinzip

Wichtige interne Bauteile:

Relais-Anschlüsse

Abbildung 3: Anschlüsse für Verdrahtung

Ein Relais hat vier Hauptanschlüsse:

Steuereingang / Spulenanschlüsse

Zwei Eingänge bestimmen die Schaltfunktion. Hier wird die gemeinsame Spannungsquelle (AC oder DC) angeschlossen.

Gemeinsamer Anschluss (COM)

Ausgangsanschluss für die Lastschaltung.

Öffner (Normally Open, NO)

Im stromlosen Zustand offen.

Schließer (Normally Closed, NC)

Mit COM verbunden, wenn kein Steuerstrom fließt.

Pol & Wurf (Poles & Throw)

Pol = Anzahl der Schaltkreise im Relais. Wurf = Anzahl der gesteuerten Stromkreise pro Pol. Einpolig (Single Throw) = ein Kreis, zweipolig (Double Throw) = zwei Kreise.

Relais-Typen

Abbildung 4: Elektrischer Schaltrelais

Verschiedene Typen je nach Eigenschaften – Wahl entscheidend für effektive Funktion.

Nach Pol & Wurf

SPST (Single Pole Single Throw)

Ein Pol, ein Wurf → ein Kreis, eine Schaltstellung. Entweder offen oder geschlossen.

SPDT (Single Pole Double Throw)

Ein Pol, zwei Würfe → ein Kreis, zwei Schaltstellungen. Zwei Zustände: einer offen, einer geschlossen. Umschaltung kehrt Zustände um.

DPST (Double Pole Single Throw)

Zwei Pole, ein Wurf → zwei Kreise gleichzeitig schaltbar, je eine Stellung.

DPDT (Double Pole Double Throw)

Zwei Pole, zwei Würfe → zwei Kreise, zwei Schaltstellungen. Wie zwei SPDT mit simultaner Schaltung. Bis zu 12 Pole möglich.

Nach Bauform (Form)

Abbildung 5: Ein Relais

Form A Relais

SPST in NO-Stellung.

Form B Relais

SPST in NC-Stellung.

Form C Relais

SPDT-Typ. Zwei Kontakte (NC + NO). „Break-before-make“: erst öffnen, dann schließen.

Form D Relais

Ähnlich Form C, aber „Make-before-break“: erst schließen, dann öffnen (umgekehrte Reihenfolge).

Nach Funktionsprinzip

Abbildung 6: Relais in komplexer Schaltung

Rastrelais (Latching Relays)

Behalten Zustand nach Betätigung (statisch/Impulsrelais). Interner Magnet hält Kontaktposition. Keine Energie zum Halten nötig. Entfernen des Antriebsstroms ändert Position nicht. Energieeinsparung in Steuerschaltungen.

Elektromechanische Relais (EMR)

Elektromagnetspule + beweglicher Kontakt. Strom → Magnetfeld → zieht Kontakt an. Feld erlischt → Kontakt kehrt zurück. Für AC & DC. DC-EMR: Freilaufdiode gegen Rück-EMF. Polarity egal, aber mit Freilaufdiode Polung beachten. Nachteil: Lichtbogen beim Öffnen → Widerstandserhöhung → geringere Lebensdauer.

Reed-Relais

Ähnlich EMR, aber kleiner, leichtere Masse. Zwei ferromagnetische Streifen in Glaskolben mit Inertgas. Spule erregt → Streifen ziehen an → geschlossener Pfad. Schneller als EMR (kleinere Kontakte). Kein beweglicher Anker → kein Verschleiß. Inertgas verlängert Lebensdauer.

Buchholz-Relais

Gas als Betriebsmedium. Erkennung von Anlaufstörungen in Transformatoren (Schutz). Schwere Relais in Übertragungs-/Verteilnetzen.

Halbleiterrelais (SSR – Solid State Relays)

Keine mechanischen Teile, sondern Halbleiter (MOSFET, TRIAC, BJT). Optokoppler trennt Nieder- von Hochspannung. Steuereingang → IR-LED leuchtet → fotosensitiver Halbleiter wandelt Licht in elektrisches Signal → schaltet Last.

Vorteile: Geringerer Stromverbrauch als EMR, schneller (keine mechanischen Kontakte), längere Lebensdauer, kein physischer Kontakt → kein Ausbrennen.

Hybridrelais

Kombination EMR + SSR. SSR verschwendet Leistung als Wärme, EMR hat Lichtbogenproblem. Hybrid löst beides: SSR und EMR parallel. Steuerung schaltet erst SSR → übernimmt Laststrom (kein Lichtbogen). Dann EMR aktiviert → Kontakt schließt ohne Lichtbogen (SSR überbrückt). EMR arbeitet ohne nennenswerten Verlust. Schutzrelais-Funktion.

Elektrothermisches Relais (Thermorelais)

Bimetallstreifen nutzt unterschiedliche Wärmeausdehnung. Strom → Wärme → Biegung → Kontakt schließt. Standard in Elektromotoren (Überlastschutz).

Polare & Unpolare Relais

Polares Relais: Permanentmagnet + Elektromagnet. Magnet hält Anker fix, Elektromagnet bewegt. Unpolares Relais: Kein Permanentmagnet, einfacher zu erregen.

Relais-Anwendungen

Abbildung 7: Ein- und Ausschalter

• Galvanische Trennung Hoch- / Niederspannung
• Steuerung mehrerer Stromkreise
• Automatische Umschaltung
• Mikroprozessor-Steuerung schwerer Lasten
• Überlastreslais für Motorschutz

Fazit