Das Relais und seine stromsparende Schaltung

A. Rimke 01/2006

Relais haben sich auch heutzutage dank ihrer Vorzüge in vielen Anwendungen behauptet. Natürlich gibt es Halbleiter, mit denen man auch schalten kann, wie z.B. Thyristoren, Triacs etc.. Aber sie alle haben den entscheidenden Nachteil, dass sie sich an der gemeinsamen Stromversorgung beteiligen und keine „schwebende“ Spannungen und andere Schaltkreise zulassen. Hier hilft nur noch das Relais: Seine Kontakte sind von seiner Betriebsspannung völlig (galvanisch) getrennt. Aber einen Nachteil wollen wir nicht verschweigen: Sie brauchen Strom! Und um den geht es hier nun. Zum Reduzieren des Spulenstroms mit Transistoren, IC usw. gibt es Schaltungsvorschläge wie Sand am Meer. Der hier gezeigte und oft erprobte Vorschlag ist wohl an Einfachheit und Wirksamkeit kaum zu überbieten.

Dimensionierung

Um nun den Wert des Widerstandes herauszufinden, sollte man über ein regelbares Netzgerät verfügen, welches sowohl ein Voltmeter als auch ein Milliamperemeter hat.

Der Vorgang: Die Spannung am Netzgerät ganz heruntergedreht, das Relais anschließen und ganz langsam die Spannung hochfahren, bis das Relais eindeutig anzieht. STOPP! Diese Spannung merken. Nun die Spannung ganz langsam zurückdrehen, bis das Relais wieder abfällt. Auch hier wieder Spannung und Strom merken (oder besser notieren) und 1 Volt zugegeben, aus Sicherheit, der Hysterese wegen. Die „obere“ Spannung ist die mindestens verlangte, die das Relais zum Anziehen benötigt. Die „untere“ ist die eigendliche Betriebsspannung – die Haltespannung.

Beispiel

Ein 12 V-Relais je nach Fabrikat und Typ zieht bei 8 V schon sicher an und fällt erst bei 3 V ab. An dieser unteren Schwelle ist auch der Spulenstrom deutlich geringer. Und das ist unser Ziel = geringer Strom! Der Widerstand in unserem Beispiel berechnet sich nach dem Herrn Ohm mit

R_Spule = (U_O – U_U) / I_Spule

also Spulenwiderstand = 8 V – 3 V = 5 V dividiert durch den Spulenstrom. Ist jedoch die Betriebsspannung in dem Gerät, in welchem das Relais eingesetzt wird höher, so muss der Widerstand größer und darf der Elko kleiner sein. Hierraus folgt: Die höher zur Verfügung stehende Betriebsspannung ist also die Berechnungsgrundlage. Z.B.: 12 V minus Abfallspannung (+1 V) dividiert durch den Spulenstrom ergibt den Widerstandswert. Noch etwas ist zu bedenken: Nachdem das Relais abgeschaltet wurde, kann es nicht sofort wieder eingeschaltet werden, weil der Elko etwas Zeit braucht (1 s – 2 s), um sich über den Parallelwiderstand zu entladen. Die eingezeichnete Diode ist bei jedem Relais zwingend notwendig und dient dem Löschen der Gegenspannungsspitze (Gegen-EMK). Auf richtige Polung ist zu achten, der Diodentyp dagegen ist belanglos.

Die Funktion

Im ausgeschaltetem Zustand ist der Elektrolytkondensator über den Widerstand völlig entladen. Wird nun das Relais eingeschaltet, so zieht der Elko über die Relaisspule den maximalen Strom – das Relais zieht an. Aber der Elko kann den Relaisstrom nur für eine Millisekunde halten, dann erst kommt die Strombegrenzung durch den Widerstand zur Wirkung.

- Probieren geht über studieren -