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Steuerungstechnik auf anschauliche Art

Das Fach ›Steuerungstechnik‹ ist seit vielen Jahren in vielen technischen Berufen Bestandteil der Ausbildung. Dem praktischen Teil nähert sich der Auszubildende in der Regel mit Equipment namhafter Hersteller. Zum Üben für zuhause bieten sich preiswert beschaffbare Elektronikbauteile an, um zu ergründen, wie eine Selbsthaltung funktioniert oder Aktoren korrekt angesteuert werden. Dreh- und Angelpunkt solcher Schaltung sind vielfach Relais, wie sie schon Konrad Zuse für seine Computer verwendet hat.


Ein Relais hat wohl schon fast jeder in der Hand gehabt. Man findet sie in Waschmaschinen, Sicherungskästen, Kraftfahrzeugen oder Werkzeugmaschinen.

Relais sind elektromagnetische Schalter. Mit Ihnen können Ströme bis rund 10 Ampere und Spannungen bis zu 230 V geschaltet werden. Relais erlauben es, eine Trennung zwischen Steuerungsteil und Leistungsteil vorzunehmen. Dadurch können problemlos mit einer kleinen Steuerspannung große Arbeitsspannungen geschaltet werden. Sie sind robust und zudem dazu geeignet, logische Aussagen abzubilden.

Aus diesem Grund hat der Erfinder des Computers, Konrad Zuse, lange Zeit auf Relais gesetzt und damit seine bekannten Rechner, wie etwa die Z3, mit zahlreichen Relais verwirklicht.

Funktionsweise:

Ein Relais besitzt eine Spule, in deren Mitte ein Weicheisenkern eingelassen ist. Wird die Spule nun von Strom durchflossen, wird vom sich aufbauenden Magnetfeld ein Kontaktblech, der sogenannte Anker, angezogen. An diesem Kontaktblech sind weitere Kontaktbleche befestigt, die zwangsweise mitbewegt werden und dabei Kontakte öffnen beziehungsweise schließen. Auf diese Weise werden Strompfade im Leistungsteil geöffnet (Öffner) beziehungsweise geschlossen (Schließer).

Bauarten:

Man unterscheidet monostabile Relais sowie bistabile Relais. Erstere fallen nach dem Abschalten des Erregerstroms per Federkraft wieder in ihre Ruhestellung zurück. Bistabile Relais hingegen behalten nach dem Abschalten des Stroms ihre Stellung bei.

Relais werden als Wechsler, Öffner oder Schließer angeboten. Die Funktionalität ist oft, jedoch nicht immer, auf dem Gehäuse des Relais aufgedruckt. Gerade bei preisgünstigen Relais ist daher manchmal nicht ersichtlich, welche Funktionalität das Relais besitzt und wie die Anschlüsse geschaltet sind. Dies kann jedoch mit einem Multimeter ausgemessen werden.

Kann die Typenbezeichnung gelesen werden, so hilft es, diese in eine Online-Suchmaschine einzugeben, um einen Händler zu finden, der dieses Relais verkauft. Auf dessen Homepage findet sich nicht selten ein Datenblatt, aus dem die Verschaltung des Relais hervorgeht.


Dieses Schaltzeichen zeigt die Belegung von unten. In einer räumlichen Darstellung präsentiert sich die Verschaltung wie folgt:

Schaltzeichen:

Das Schaltzeichen für ein Relais ist ein simples Rechteck, dem links mit fortlaufender Nummer die Relaiskennziffer hinzugefügt wird, recht davon werden oben beziehungsweise unten die Bezeichnungen der Eingänge für den Erregerstrom eingetragen.


Relais besitzen für den Leistungsteil oft mehrere Öffner, Schließer oder Wechsler. Diese werden im Schaltplan mit dem entsprechenden Symbol sowie dem mit einer fortlaufenden Nummer versehenen Buchstaben ›K‹ kenntlich gemacht.

Bemerkung:

Obige Schaltung hat eine Besonderheit: Im Leistungsteil ist die Spannung geringer, als im Steuerteil. Normalerweise ist es genau umgekehrt. Doch in diesem Fall soll ein Gleichspannungs-Elektromotor betrieben werden, der für eine Spannung von 3V gebaut wurde. Die 6 Volt für den Steuerteil werden aus Batterien gewonnen. Dies wäre auch für den Leistungsteil möglich, doch sinnvoller ist es, wenn die Spannung für den Elektromotor aus einem regelbaren Netzteil kommt, da damit ein wirtschaftlicherer Betrieb der Schaltung möglich wird.


Beim Umsetzen der Schaltung in einen Musteraufbau ist ein Steckbrett zu bevorzugen. Damit der in der Regel schnell drehende Elektromotor nicht mit voller Drehzahl läuft, ist es empfehlenswert, einen Widerstand oder ein Trimmpotenziometer zwischenzuschalten.

Selbstverständlich kann anstatt des Motors eine Lampe oder eine LED eingebaut werden, wenn die Spannung angepasst wird, beziehungsweise, wenn ein passender Widerstand verhindert, dass die LED durchbrennt.

 

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