mini|Links: Spule mit Anker, rechts die geöffneten Arbeitskontakte Ein Relais [] (Pl.: Relais []) ist ein durch elektrischen Strom betriebener, fernbetätigter Schalter mit in der Regel zwei Schaltstellungen. Das Relais wird über einen Steuerstromkreis aktiviert und kann weitere Stromkreise schalten.

mini|Schaltvorgang eines Relais mini|Telegrafen-Relais der Hasler AG. Diese Relais wurden für das Schreibtelegrafen-Netzwerk der Gotthardbahn um 1900 eingesetzt.

Arbeitsweise mini|hochkant=2|Funktionsprinzip eines Relais („Arbeitsstromrelais“)

Ein mechanisches Relais arbeitet meist nach dem Prinzip des Elektromagneten. Ein Strom in der Erregerspule erzeugt einen magnetischen Fluss durch den ferromagnetischen Kern und einen daran befindlichen, beweglich gelagerten, ebenfalls ferromagnetischen Anker. An einem Luftspalt kommt es zur Krafteinwirkung auf den Anker, wodurch dieser einen oder mehrere Kontakte schaltet. Der Anker wird durch Federkraft in die Ausgangslage zurückversetzt, sobald die Spule nicht mehr erregt ist.

Schematischer Aufbau Als Beispiel ist hier ein Klappanker-Relais mit einem Schließer (auch Arbeitskontakt genannt) abgebildet. Das linke Bild zeigt das Relais in Ruhestellung; die Spule ist spannungslos, der Arbeitskontakt geöffnet. Auf dem rechten Bild liegt an der Spule eine Spannung an, wodurch der Anker vom Eisenkern der Spule angezogen und der Arbeitskontakt geschlossen wird.

Relais in RuhestellungRelais in Arbeitsstellung

Begriffe mini|Schaltplandarstellung eines Relais mit einem Wechselkontakt

Ein Kontakt wird als Schließer oder Arbeitskontakt bezeichnet, wenn er bei abgefallenem Anker bzw. stromloser Erregerspule offen und bei angezogenem Anker bzw. stromdurchflossener Spule geschlossen ist. Als Ruhekontakt oder Öffner wird ein Kontakt bezeichnet, wenn er in angezogenem Zustand des Relais den Stromkreis unterbricht. Eine Kombination aus Öffner und Schließer wird als Wechsler oder Umschaltkontakt bezeichnet. Ein Relais kann einen oder mehrere solcher Kontakte haben.

Ein Relais heißt „Ruhestromrelais“, wenn es im Ruhezustand vom Strom durchflossen und angezogen ist, beispielsweise zur Überwachung von Netzausfall oder Drahtbruch. Im anderen und überwiegenden Fall, bei dem es im Ruhezustand stromlos ist, wird es als „Arbeitsstromrelais“ bezeichnet.

Im Schaltplan werden Relais grundsätzlich im abgefallenen Zustand gezeichnet, auch wenn sie als Ruhestromrelais arbeiten. Nur in seltenen Ausnahmefällen wird der aktive Zustand dargestellt, der dann besonders gekennzeichnet ist.

Verwendung Relais sind elektromechanische Bauelemente. Sie werden hauptsächlich für die folgenden Anwendungsfälle eingesetzt: Gleichzeitiges und potentialgetrenntes Schalten mehrerer Laststromkreise mit nur einem Steuerstromkreis Schalten von hohen elektrischen Leistungen mit niedriger Leistung (Schaltverstärker) Für eine galvanische Trennung zwischen steuerndem und zu schaltendem Stromkreis Um geringe Schaltübergangswiderstände im geschlossenen Zustand des Kontaktes bei gleichzeitig sehr großem Kontaktübergangswiderstand im geöffneten Zustand zu erreichen. Fehlerregtes Relais, ein Relais, welches mit einem zweiten Relais in Reihe geschaltet ist und bei dem zu wenig Spannung abfällt, um zum Anzug zu kommen; erst wenn das zweite Relais gebrückt wurde, kommt Relais eins zum Anzug (z. B. Weichenüberwacher bei der DB InfraGO AG).

Vor- und Nachteile elektromechanischer Relais Elektromechanische Relais sind wegen ihrer Nachteile in vielen Anwendungen von elektronischen Schaltern abgelöst worden. Relais besitzen gegenüber Halbleiterschaltern jedoch auch Vorteile, weshalb sie nicht überall ersetzt werden können.

Nachteile elektromechanischer Relais Abhängigkeit des Isolationsvermögens vom Luftdruck beziehungsweise von der Höhe über dem Meeresspiegel (außer bei hermetisch dichtem Relaisgehäuse) Erschütterungs- und Stoßempfindlichkeit Geräuschentwicklung beim Schalten Hohe Ansprech- und Abfallzeit und damit niedrige Schaltfrequenz gegenüber Halbleiterschaltern Kein Schalten im Strom- oder Spannungsnulldurchgang bei Wechselstrom Je nach Kontaktwerkstoff kann sich der Kontaktübergangswiderstand mit der Betriebsdauer abhängig von der geschalteten Last ändern Verschleiß (elektrisch durch Kontaktabbrand und mechanisch), das heißt, es muss immer die maximal erreichbare Schaltanzahl der Lebensdauer der Baugruppe gegenübergestellt werden Entstehung von Schaltlichtbögen beim Ein- und Ausschalten Entstehung von Selbstinduktionsspannungen beim Abschalten der Spule - wird meist abgefangen durch eine Schutzbeschaltung

Vorteile elektromechanischer Relais Geringer Kontaktübergangswiderstand im Milliohmbereich bei gleichzeitig geringer Kapazität der Schaltstrecke Hohe Einschaltleistung bzw. hohe Überlastbarkeit Schaltstrecke muss seltener durch eine Schutzbeschaltung vor Induktionsströmen der geschalteten Last geschützt werden. Hoher Isolationswiderstand und hohe Sperrspannung der Schaltstrecke (sichere Galvanische Trennung) Relais benötigen keine Kühlung, wie die Halbleiterrelais bei hohen Lasten Relais können geringste Signale bis hohe Hochfrequenz-Leistungen schalten und zeigen dabei wenig Neigung zum Übersprechen Relais können je nach Kontaktwerkstoff und Kurzschlussstrom auch Kurzschlüsse schalten, ohne ihre Funktion zu verlieren Schaltzustand ist oft mit bloßem Auge erkennbar Störfestigkeit durch ausgeprägtes Hysterese­verhalten und Robustheit der Spule, sie nimmt Überspannung einige Male unbeschadet hin (EMV und ESD)

Relaistypen mini|Kammrelais, Staubschutzkappe entfernt

Unter den Relais gibt es eine sehr große Anzahl verschiedener Bauformen und Ausführungen. Darüber hinaus können Relais nach verschiedenartigen Gesichtspunkten typisiert werden, beispielsweise nach Anzahl der in stromlosem Zustand möglichen Schaltzustände, nach Bauform, Baugröße, Einsatzgebiet, Art oder Material der Kontakte, Schaltleistung oder Funktionsprinzip. Ein Relais kann daher oft zu verschiedenen Typen gezählt werden.

Die wichtigsten Typen sind:

Kleinrelais Zu dem etwas unklar abgegrenzten Begriff Kleinrelais gehören eine Vielzahl meist im Niederspannungsbereich eingesetzte Relais, die oft zum Einbau auf Leiterplatten vorgesehen sind („Printrelais“). Weitere Beispiele sind DIL-Relais, kammgeführte Relais (sog. Kammrelais) oder SMD-Miniaturrelais.

Schütz

Ein Relais für erheblich größere Leistungen in der Starkstromtechnik wird Schütz genannt. Die Stromstärke und elektrische Spannung im Laststromkreis können um ein Vielfaches größer als in der Spule sein. Schütze besitzen einen Zuganker, für dessen Ansteuerung eine etwas höhere Leistung erforderlich ist, und sie haben in der Regel mehrere gleichartige Schaltkontakte, wie sie zum Schalten von Drehstromverbrauchern benötigt werden. Des Weiteren gibt es sogenannte Hilfsschütze, die ihrerseits zur Steuerung der vorgenannten Hauptschütze dienen.

Halbleiterrelais mini|x170px|Solid-State-Relais mini|x170px|Triac-Halbleiterrelais zum Schalten von Wechselspannungen Halbleiterrelais (engl. solid state relay, SSR, daher eingedeutscht auch Solid-State-Relais genannt) sind keine mechanischen Relais, sondern elektronische Bauelemente, die ohne bewegte Kontakte schalten.

Halbleiterrelais werden mit Transistoren oder Thyristoren beziehungsweise Triacs realisiert. Sie sind sehr langlebig, für hohe Schalthäufigkeit und ungünstige Umweltbedingungen (Feuchtigkeit, aggressive oder explosive Gase) geeignet.

Mit Halbleiterrelais besteht die Möglichkeit, Wechselspannung während des Nulldurchganges zu schalten (Nulldurchgangsschalter), womit störende Impulse vermieden werden können. Außerdem gibt es Halbleiterrelais, die im Scheitel der Netzspannung oder sofort beim Ansteuern, also momentan schalten. Scheitelschalter werden eingesetzt zum Schalten von Induktivitäten, die keine oder nur eine geringe Restmagnetisierung haben und damit keine Hysterese aufweisen.

Eine galvanische Trennung zwischen Steuerkreis und Lastkreis wird bei Halbleiterrelais durch im Bauteil integrierte Optokoppler erreicht. Halbleiterrelais haben gegenüber mechanischen Relais höhere Verluste im Laststrompfad und müssen daher oft auf einen Kühlkörper montiert werden.

So genannte OptoMOS- bzw. PhotoMOS-Relais ähneln im Aufbau Optokopplern. Sie arbeiten steuerungsseitig wie ein Optokoppler mit einer Infrarot-LED und besitzen lastseitig im Unterschied zu den zuvor beschriebenen Halbleiterrelais keine Triacs oder Thyristoren, sondern MOSFETs, mit denen sie Gleich- und Wechselspannungen schalten können. Sie können nur kleine Ströme schalten, müssen nicht gekühlt werden und haben einen geringeren Spannungsabfall als Halbleiterrelais, zeigen typischerweise jedoch einen höheren „Kontaktwiderstand“ als mechanische Signalrelais. Sie arbeiten prell- und verschleißfrei sowie mit Schaltgeschwindigkeiten von einigen Mikrosekunden.

Vorteile unempfindlich gegenüber Erschütterungen Geringe Koppelkapazitäten zwischen Ein- und Ausgang Geringe Schaltverzögerung Kein Kontaktprellen Kein mechanischer Verschleiß, daher sehr viele Schaltzyklen möglich Keine Störung durch Magnetfelder, kein Aussenden von Magnetfeldern

Nachteile Bei Leistungsanwendung höhere Spannungsabfälle im Ausgangskreis als bei Relais oder Schützen Ein- und Ausgangskreis sind im Vergleich zu Relais empfindlicher gegenüber Überlast und Störimpulsen

Bistabile Relais thumb|right|Geöffnetes bistabiles Relais (Haftrelais) mit zusätzlichen Permanentmagnet Bistabile Relais sind gekennzeichnet durch ihre Eigenschaft, dass sie im stromlosen Zustand zwei verschiedene stabile Schaltzustände einnehmen können. Der Vorteil dieser Bauform ist, dass ein bistabiles Relais nur während der Umschaltphase kurzzeitig Energie benötigt und in den beiden stabilen Zuständen, welche beliebig lange dauern können, kein weiterer Energieverbrauch erfolgt.

Zu den bistabilen Relais gehören:

Stromstoßrelais (Stromstoßschalter) Stromstoßrelais, in der Elektroinstallationstechnik auch als Stromstoßschalter bezeichnet, schalten bei einem Stromimpuls in den jeweils anderen Schaltzustand um und behalten diesen bis zum nächsten Impuls bei (bistabil). Das Beibehalten des Zustandes wird durch eine mechanische Verriegelung gewährleistet. Haftrelais Haftrelais, auch als Remanenzrelais bezeichnet, nutzen die Remanenz, um nach Abschalten des Erregerstromes weiterhin im angezogenen Zustand zu verbleiben. Zum Umschalten in den anderen Schaltzustand ist entweder an einer zweiten Wicklung mit umgekehrtem Wicklungssinn eine Spannung gleicher Polarität anzulegen (Doppelspulenrelais), oder bei Haftrelais mit nur einer Wicklung eine Spannung an diese mit entgegengesetzter Polarität. Manche Haftrelais haben zur Unterstützung der geringen Remanenz einen integrierten Dauermagneten. Stützrelais Stützrelais werden mechanisch in der angesteuerten Position verriegelt. Zum Umschalten in den anderen Schaltzustand ist entweder an einer zweiten Wicklung mit umgekehrtem Wicklungssinn eine Spannung gleicher Polarität anzulegen (Doppelspulenrelais), oder bei Relais mit nur einer Wicklung eine Spannung an diese mit entgegengesetzter Polarität. Stützrelais werden häufig zur Speicherung von Zuständen auch bei Stromausfällen sowie zum Stromsparen bei lange unveränderten Schaltvorgängen eingesetzt. Doppelspulenrelais bei der Modelleisenbahn Bei der Modelleisenbahn werden auch Doppelspulrelais eingesetzt. Diese nutzen üblicherweise keine Remanenz und sie werden auch nicht mechanisch verriegelt. Diese Doppelspulenrelais haben oft eine Endabschaltung. Die Endabschaltung verhindert eine Überhitzung von unterdimensionierten Spulen, die sonst bei Dauerbelastung durchbrennen würden. Solche Doppelspulenrelais werden unter anderem zur Steuerung von Signalen verwendet.

Gepolte Relais Es gibt zwei Arten von Relais, bei denen die Polarität vorgeschrieben ist: