Prof. Dr. Thorsten Jungmann (Stand 2025-09-03)
1 Wie sieht es aus?
Ein Relais ist ein kleines Schaltgerät in einem meist rechteckigen oder quaderförmigen Gehäuse. Von außen sind Anschlusskontakte sichtbar: einerseits für die Spule, andererseits für die Schaltkontakte. Relais können durchsichtig (zur Anschauung und Diagnose) oder optisch geschlossen ausgeführt sein. Sie können direkt in Schaltungen integriert oder für die Montage im Schaltschrank auf einer Hutschiene vorgesehen sein.
Relais in Schaltsteckdose
Das Relais (weißer Quader mit der Aufschrift „Tyco Elektronics“) schaltet öffnet und schließt den Stromkreis in der abgebildeten Funk-Schaltsteckdose.
Relais-Klemme
Die Ausgangsklemme EL2624 von Beckhoff besitzt vier Relais mit je einem Einzelkontakt. Der Relais-Kontakt ist bis 125 V AC bzw. 30 V DC nutzbar. Der Signalzustand der EtherCAT-Klemme wird durch Leuchtdioden angezeigt. Die EL2624 ist mit potenzialfreien Kontakten ausgestattet. Die Powerkontakte werden durchgereicht.
Quelle: Elektroshop Wagner
2 Was kann es?
Ein Relais schaltet Stromkreise elektrisch ein oder aus. Es erlaubt, mit einem kleinen Steuerstrom einen größeren Laststrom zu schalten. Relais dienen der galvanischen Trennung, der Signalverstärkung und der Automatisierung von Schaltungen.
3 Wie funktioniert es?
Ein Relais nutzt eine Spule, die beim Anlegen einer Spannung ein Magnetfeld erzeugt. Dieses Magnetfeld zieht einen beweglichen Anker an und betätigt mechanische Kontakte. Dadurch kann der Laststromkreis geschlossen oder geöffnet werden. Das Standard-Relais ist monostabil, hat also eine stabile Schaltstellung (Spule spannungsfrei).
Es gibt verschiedene Relaisarten:
- Arbeitsrelais (Schließer oder Öffner),
- Wechslerrelais (umschaltend),
- Spezialformen wie Zeitrelais oder bistabile Relais (zwei stabile Schaltstellungen),
- Relais-Klemmen mit Anschluss an einen Datenbus als Teil von Automatisierungslösungen.
4 Wie sieht es von innen aus?
Im Inneren befinden sich die Spule, ein Eisenkern, ein beweglicher Anker und die Schaltkontakte. Fließt Strom durch die Spule, zieht der Magnetkern den Anker an und bewegt dadurch die Kontakte. Die Rückstellung erfolgt meist durch eine Feder. In manchen Relais ist eine Freilaufdiode integriert. Sie schließt die nach dem Abschalten beim Abbau des Magnetfeldes entstehende Rückinduktionsspannung kurz und schützt die angeschlossene Schaltung vor der Energie, die sich sonst in die Schaltung entladen würde und empfindliche Bauelemente schädigen könnte.
5 Welche Rolle spielt es in der Lehre?
Das Relais ist ein anschauliches Beispiel für den Zusammenhang zwischen elektrischer Energie, Magnetismus und mechanischer Bewegung. Es zeigt die praktische Anwendung der Spule im Steuer- und Lastkreis. In der Lehre verdeutlicht es das Prinzip der galvanischen Trennung und der Steuerung hoher Ströme durch kleine Steuerströme. Es bietet sich auch als Ausgangspunkt für die Dimensionierung von Freilaufdioden an.
6 Welche Rolle spielt es in der Praxis?
Relais sind weit verbreitet in Steuerungs- und Automatisierungstechnik, in Fahrzeugen, in Haushaltsgeräten und in industriellen Schaltschränken. Sie werden genutzt, wenn Signale verstärkt, galvanisch getrennt oder kleine und mittlere Lasten zuverlässig geschaltet werden sollen. Für große Lasten kommen Schütze zum Einsatz.
Auch wenn heute viele Anwendungen durch Halbleiter ersetzt sind, haben Relais wegen ihrer Robustheit und ihrer klaren Schaltfunktion nach wie vor große Bedeutung.
Es gibt auch Relais mit integrierten zusätzlichen Funktionen wie Ein- und Ausschaltverzögerung (Badezimmerlüfter) oder Zeitstufe (Treppenhauslicht).
Symbolik
- Kennbuchstabe in Schaltplänen: K
Beispiel: Relais mit zwei Schaltkontakten
Berechnungen
- Leistungsaufnahme im Betrieb
- Dimensionierung Freilaufdiode
Bezogen auf die Kontakte:
- max. Einschaltstrom
- max. Dauerstrom
- max. Ausschaltstrom