Relais (Video)
Erfahre in diesem Video, wie Relais funktionieren und warum sie so wichtig sind. Wir zeigen dir einfach, wie sie elektrische Signale steuern und in Technik und Alltag eingesetzt werden.
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Was ist ein Relais und wie funktioniert es? Alles Wichtige zum Relais erfährst du jetzt, viel Spaß!
Relais einfach erklärt
Ein Relais ist ein elektromagnetischer oder elektromechanischer Schalter. Mit einem Relais kannst du Stromkreise ein-, aus-, oder umschalten!
Relais haben viele Vorteile: Sie sind wegen ihrer wenigen Bestandteile günstig, haben eine einfache Schaltungsintegration und können starken mit schwachem Strom kombinieren! Trotzdem werden heutzutage eher Halbleiter und Halbleiterschaltungen eingesetzt. Denn sie haben eine bessere Schaltgeschwindigkeit, sind leiser und unempfindlicher gegenüber Vibrationen.
Schau dir jetzt trotzdem an, wie ein Relais aufgebaut ist:
Relais Aufbau
Ein Relais besteht aus einem Eisenkern, um den eine Spule gewickelt ist. Außerdem gibt es einen beweglichen Anker und Kontaktfedern. Das Relais ist mit einem Steuerstromkreis und mit einem Laststromkreis verbunden. Über den Steuerstromkreis wird das Relais aktiviert, wodurch es den Laststromkreis ein-aus oder umschalten kann. Doch wie funktioniert das?
Indem Strom durch die Spule fließt, wird das Relais aktiviert und es entsteht in der Spule ein magnetisches Feld. Dadurch bewegt der Anker die Kontaktfedern und der andere Stromkreis kann geschalten werden. Es gibt verschiedene Möglichkeiten wie er geschalten wird:
Relais Funktion
Die Kontaktfedern können einerseits Öffner sein. Das bedeutet, sie sind im Ruhezustand geschlossen. Fließt dann Strom durch den Steuerstromkreis mit dem Relais, öffnen sich die Kontaktfedern. Dadurch wird die Verbindung im Laststromkreis unterbrochen und durch ihn fließt kein Strom mehr.
Die Kontaktfedern können aber auch Schließer sein: Das bedeutet, sie sind im Ruhezustand geöffnet. Fließt dann Strom durch den Steuerstromkreis, schließen sich die Kontaktfedern und es fließt Strom durch den Laststromkreis.
Neben dem Öffner und Schließer gibt es noch andere Kontakte: Wechsler können zum Beispiel beides. Einige Kontaktfedern sind als Schließer und andere als Öffner geschaltet. Fließt Strom durch den Stromkreis, wechseln die jeweiligen Federn von geschlossen zu geöffnet oder andersherum.
Auch die Kombination aus den ganzen Varianten ist möglich! Super!
Schaltverhalten
Wegen der Mechanik des Relais schließen sich die Kontakte sehr schnell und prallen immer wieder aneinander. Dadurch steigt die Stromstärke nicht gleichmäßig an, sondern springt. Das kannst du dir in einem Diagramm so vorstellen. Links siehst du die Stromstärke und unten die Zeit:
Schaltverhalten der Relais
Bei Punkt 1 zieht die Spule an. Das bedeutet, dass Strom durch den Steuerstromkreis fließt und ein magnetisches Feld entsteht. Bei 2 ist die Spule komplett angezogen. Der Anker bewegt die Kontaktfedern und kann den Laststromkreis schalten. Bei Punkt 3 fällt die Spule jedoch ab. Das bedeutet, dass die Spule den Strom nicht mehr halten kann und das magnetische Feld schwächer wird. Wenn das magnetische Feld komplett erlischt, kann das Relais den Laststromkreis nicht mehr schalten.
Die verschiedenen Punkte kannst du durch verschiedene Kennwerte spezialisieren. Schau sie dir einmal genauer an:
Kennwerte
Die Nennspannung U ist die Betriebsspannung der Spule. Sie sollte mindestens so groß sein, wie die Spannung der Schaltung. Sonst öffnen und schließen sich die Kontakte langsamer und es kommt zur Funkenbildung.
Schaltest du den Strom nun an, fließt er durch die Spule. Der höchste Strom, bei dem das Relais kurz vor dem Ansprung ist, nennst du Fehlstrom. Jetzt passiert noch nichts. Zieht sich das Relais dann an, sprichst du vom Ansprechstrom. Er ist minimal größer als der Fehlstrom. Der Betriebsstrom bezeichnet dann den Ansprechstrom plus den Sicherheitszuschlag.
Wird der Strom jetzt wieder weniger, handelt es sich um den Haltestrom. Das ist der geringste Strom, bei dem das Relais den Anker noch halten kann. Fällt das Relais dann ab, herrscht Abfallstrom.
Gar nicht so schwer, oder? Jetzt kennst du die Funktionsweise des Relais!
Relais Arten
Es gibt übrigens verschiedene Arten von Relais. Schau dir ein paar davon an:
Kfz Relais findest du, wie der Name schon sagt, in Autos. Zum Bespiel bei der Steuerung von Blinker oder Scheibenwischer.
Eine andere Relaisart ist das hermetische Relais. Es ist besonders gut abgedichtet und eignet sich deshalb zum Einsatz in der Luft- oder Raumfahrt.
Auch Ampeln werden mit Relais geschaltet, den sogenannten Zeitrelais. Industrierelais sind für die Steuerung von Ventilatoren, Lüftungen und vielem mehr zuständig. Außerdem gibt es noch Sicherheitsrelais zur Überwachung von Schutztüren oder Not-Halt-Tastern und Netzrelais. Klasse!
Schütz
Die normalen Relais-Arten kennst du jetzt, doch es gibt auch eine ganz spezielle Art – den Schütz! Das ist ein Relais, das mit großen Stromstärken und Spannungen arbeitet. Es eignet sich besonders gut, um große Lasten zu schalten. Außerdem werden Schütze oft zur Steuerung von 3 Phasen Motoren verwendet.
Outro
Jetzt bist du ein absoluter Relais-Experte! Doch heutzutage werden Relais oft von Halbleitern ersetzt. Wie sie funktionieren und was für Vorteile sie haben, zeigen wir dir hier!