Signalrelais - Die Grundlagen (2024)

Relais sind weit verbreitete und wertvolle elektronische Komponenten, die es bereits seit 1835 gibt. Trotz ihres Alters spielen sie nach wie vor eine wichtige Rolle in verschiedenen Branchen. Sie ermöglichen die Fernsteuerung eines Schaltkreises aus der Ferne und sind daher für viele Anwendungen geeignet. Schon die frühen Computer wurden mit einer großen Anzahl von Relais für boolesche Logikfunktionen gebaut. Eine wichtige Unterkategorie von Relais sind die Signalrelais, die spezifische Verwendungszwecke haben und oft eine wichtige Rolle in der Kommunikation spielen. Dieser Artikel bietet eine Einführung in Signalrelais, einschließlich ihrer Eigenschaften, ihrer Unterschiede zu anderen Relais, wichtiger Auswahlkriterien und mehr.

Grundlagen der Signalrelais

Signalrelais sind im Wesentlichen elektrisch betriebene elektromechanische Schalter, die den Stromfluss in einem Stromkreis steuern. Sie funktionieren, indem sie eine magnetische Kraft nutzen, die durch einen Steuerstrom erzeugt wird, der durch eine Spule in der Nähe der Kontakte fließt, um interne bewegliche Teile oder Kontakte zwischen offenen und geschlossenen Positionen umzuschalten. Auf diese Weise kann ein kleines Signal ein größeres Signal steuern. Sie ähneln den Leistungsrelais, sind jedoch für niedrige Spannungen und Ströme (in der Regel unter 2 Ampere) ausgelegt und schalten Signale mit geringer Leistung, deren Spannungswerte in der Regel zwischen 5 V_DC und 30 V_DC liegen. Aus diesem Grund werden sie auch als „Kleinsignalrelais“ bezeichnet.

Wie bereits erwähnt, sind Signalrelais ein elektromechanischer Relaistyp, der sich am besten für Anwendungen mit niedrigen Spannungen und Strömen eignet und dessen Kontakte speziell für geringe Leistungen ausgelegt sind. Während Leistungsrelais, die höhere Ströme und Spannungen verarbeiten können, für bestimmte Anwendungen wirtschaftlicher sein können, können sie auch Signale mit geringer Leistung in Audio- oder Videoschaltungen stören, so dass Signalrelais hier eine bessere Wahl sind. Signalrelais werden in kleinen Gehäusen geliefert, die sich perfekt für die Leiterplattenmontage eignen und schnellere Schaltzeiten bieten. Sie sind in der Regel preiswerter als Halbleiterrelais und werden nicht durch Spannungs- oder Stromtransienten beeinträchtigt oder sind anfällig für EMI/RFI. Aufgrund ihrer geringen Belastbarkeit erzeugen sie auch weniger Wärme als Halbleiterrelais und erfordern daher in der Regel kein Wärmemanagement in der Schaltung.

Abbildung 1: Ein grundlegender Vergleich von Nieder- und Hochleistungsrelais. (Bildquelle: CUI Devices)

Vorteile von Signalrelais

Signalrelais bieten wie andere elektromechanische Relais eine Reihe von Vorteilen bei Projekten, darunter:

• Vereinfachung in der Entwicklung
• Elektrische Isolierung
• Stabiler Betrieb
• Kosteneinsparungen bei der Fernverkabelung
• Mehrere Gehäuse- und Funktionsoptionen
• Immunität gegen EMI/RFI

Bei richtiger Anpassung an die Leistungsanforderungen des Stromkreises bieten Signalrelais auch zusätzliche Vorteile wie:

• Einfacher Betrieb
• Kompakte Größe
• Geringe Kosten
• Widerstandsfähigkeit gegen mechanische Stöße
• Hohe Isolierung zwischen der internen Spule und den Kontakten

Wichtige Spezifikationen und Auswahl von Signalrelais

Bei der Auswahl eines Signalrelaismodells für ein Projekt sind mehrere Faktoren zu berücksichtigen, darunter:

• Nennspannung: die maximale Spannung, die das Relais schalten kann, normalerweise gemessen in V_DC oder V_AC.
• Nennstrom: der maximale Strom, den das Relais schalten kann, gemessen in Ampere.
• Kontaktwiderstand: der in Ohm gemessene Widerstand, der dem Lastkreis hinzugefügt wird.
• Spulenspannung: die Nennsteuerspannung für die Relaisspule.
• Spulenstrom: der Nennstrom, den die Spule bei der Nennspannung der Spule aufnimmt.
• Kontaktform: die Schalterkonfiguration des Relais (Anzahl der Pole und Konfiguration als Öffner oder Schließer). Zum Beispiel SPDT (1 Form C) und DPDT (2 Form C).
• Schaltleistung: die Strom- und Spannungswerte für die garantierte Performance des Relais. Dies wird beispielsweise als 1 A bei 30 V_DC ausgedrückt.
• Schaltzeit: die Arbeitsgeschwindigkeit des Relais vom Anlegen des Steuerstroms bis zum Schließen der Kontakte oder umgekehrt.
• Montageart: die Montageart in der Anwendung. Die Montage geschieht in der Regel per Durchkontaktierung oder durch Oberflächenmontage auf der Leiterplatte.
• Dielektrische Festigkeit: die maximale Spannung, die ein Relais über einen bestimmten Zeitraum ohne Beschädigung verträgt.
• Betriebstemperatur: der spezifizierte Temperaturbereich, in dem ein Relais sicher und erfolgreich arbeiten kann, ohne Schaden zu nehmen.

Mit der obigen Liste im Hinterkopf kann ein Ingenieur dann den Prozess der Auswahl eines Signalrelais für ein Projekt beginnen. Bestimmen Sie zunächst die erforderlichen Spannungs- und Stromwerte auf der Grundlage der maximalen Schaltlast des Stromkreises. Es ist wichtig zu wissen, dass Signalrelais in der Regel 2 A oder weniger schalten.

Bestimmen Sie dann die erforderliche Steuerspannung und den Typ, entweder Wechsel- oder Gleichstrom, und geben Sie die Anzahl der zu schaltenden Pole/Stromkreise an. Muss der Stromkreis/die Schaltung normalerweise offen (NO) oder normalerweise geschlossen (NC) sein?

Schließlich sollten Sie sich überlegen, wie das Gerät in den Stromkreis eingebaut werden soll, z. B. per Schalttafelmontage, DIN-Schiene, Oberflächenmontage oder Durchkontaktierung. Durch die Bestimmung der erforderlichen spezifischen Parameter ist es möglich, ein Relais zu finden, das den Anforderungen des Systems entspricht, ohne überspezifiziert zu sein.

Abbildung 2: Die allgemeinen Schritte zur Auswahl eines Signalrelais. (Bildquelle: CUI Devices)

Anwendungen für Signalrelais

Signalrelais werden aufgrund ihrer geringen Schaltleistung in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt, sowohl im privaten als auch im gewerblichen Bereich. Sie stellen eine effiziente Lösung für Netzwerkgeräte dar, die Langstreckensignale mit höheren Spannungen und Strömen benötigen, als die meisten elektronischen Geräte von Haus aus verarbeiten können. Signalrelais eignen sich auch für Anwendungen mit schneller Reaktionszeit, die nicht so viel Strom wie ein Leistungsrelais benötigen. Darüber hinaus arbeitet ein Thermostat in alltäglichen Umgebungen wie Wohnungen und Büros mit niedriger Spannung und Stromstärke, muss aber ein Signal an die Heizung oder Klimaanlage senden. Ein Signalrelais kann das kleine, stromsparende Steuersignal aufnehmen und es zur Übermittlung der Meldung an die Heizungs- oder Klimaanlage verwenden, damit diese die entsprechenden Maßnahmen ergreifen kann.

Fazit

Mit der fortschreitenden Entwicklung elektronischer Systeme ergibt sich häufig die Notwendigkeit einer vollständigen galvanischen Trennung zwischen einem Schaltsignal und dem zu schaltenden Signal. Signalrelais bieten eine Lösung für die sichere Steuerung von Strom und Spannung aus der Ferne.

Diese Komponenten werden in einer Vielzahl von Verbraucher- und Industrieprodukten und -systemen zum Schalten von Strom in verschiedenen Schaltkreisen eingesetzt. Nachdem die Anforderungen eines Projekts identifiziert wurden, bietet CUI Devices eine Reihe von Signalrelais an, die die Anforderungen eines Ingenieurs an das Schalten von Schwachstrom erfüllen.