Wenn wir eine Schaltung bauen, die eine Spannung liefert, die zwischen Anzugsspannung und Haltespannung liegt, und damit das Relais ansteuern, passiert Folgendes:
- Das Relais kann nicht anziehen, da es zu wenig Spannung erhält;
- Das Relais kann nicht abfallen, da es zu viel Spannung erhält.
Und schon sind wir eigentlich fertig. Wenn wir nun dafür sorgen, daß die Spule (kurzfristig) eine Spannung erhält, die höher als die Anzugsspannung ist, zieht das Relais an und hält diesen Zustand. Wenn wir die Spannung (wieder nur kurzfristig) so weit erniedrigen, daß die Haltespannung unterschritten wird, so fällt das Relais ab und bleibt auch abgefallen.
Das Relais verbraucht ständig einen geringen Ruhestrom.
Nach diesem Konzept könnte man Dutzende verschiedener Schaltungen bauen, die auch funktionieren würden. Wir wollen hier nur die u.E. 'einfachste' Schaltung betrachten, die zusätzlich zu dem Relais nur noch 4 weitere Bauteile enthält. Leider kommen wir um etwas Rechnen nicht herum; mehr als ein Dreisatz wird es aber nicht werden. Als Beispiel soll das Relais Typ 30.22 der Fa. Finder dienen (Preis ca. 1,55 €), dessen Spule für 12 V ausgelegt ist und an 15 V betrieben werden soll.
Betrieb der Schaltung:
- Masseimpuls an '/ein' schaltet das Relais ein
- Masseimpuls an '/aus' läßt das Relais abfallen.
Werte des Relais:
Widerstand der Spule: nominal 360 Ω, gemessen 378 Ω
Anzugsspannung: 6,3 V
Haltespannung: 2,4 V
Einschalten:Der Strom fließt von '+' über R1, Sp und die untere Diode nach '/ein', das an Masse gelegt werden soll. Sp braucht mindestens 6,3 V; dann bleibt also für R1 der Rest bis 15 V, abzüglich der 0,7 V für die Diode, das sind genau 8 V.
R1 = Sp × 8 / 6,3 = 378 × 8 / 6,3 = 480 Ω.
Der Widerstand darf also höchstens 480 Ω betragen. Wäre er größer, würde er mehr Spannung 'verbrauchen', und das Relais könnte nicht anziehen.
Halten:
Der Strom fließt von '+' durch R1, Sp und R2 nach Masse. Sp braucht mindestens 2,4 V zum Halten, der Rest bis 15 V steht an den anderen beiden Widerständen, das sind 15 - 2,4 = 12,6 V.
(R1 + R2) = Sp × 12,6 / 2,4 = 378 × 12,6 / 2,4 = 1984,5 Ω.
Von dieser Summe ist der schon berechnete R1 abzuziehen, verbleiben für R2 noch
1984,5 - 480 = 1504,5 Ω. Auch dieser Wert ist ein Maximalwert. Wäre er größer, würde er mehr Spannung 'verbrauchen', und das Relais hätte nicht genügend Spannung zum Halten.
Abschalten:
Der Strom fließt von '+' über R1, Sp und die obere Diode nach '/aus', das an Masse gelegt werden soll. Am Relais liegt also nur die Spannung über der Diode, also ca. 0,7 Volt. Es fällt also sicher ab.
Spannungsversorgung:
Sackt die Versorgungsspannung nur etwas ein, so würde sie nicht mehr ausreichen, um
- das Relais einschalten zu können,
- das Relais zu halten.
Rechnet man daher das Ganze noch einmal für eine verminderte Versorgungsspannung von ca. 12 V aus, dann erhält man (gerundet) für
R1 = 330 Ω
R2 = 1200 Ω.
Baut man die Schaltung mit diesen Werten auf, dann ergeben sich (nach Messung) folgende Eigenschaften für den Einfluß der Versorgungsspannung:
| 0 bis 6,3 V: | Relais ist dauernd abgefallen, läßt sich nicht einschalten |
| 6,3 bis 12,5 V: | Relais läßt sich zwar einschalten, fällt aber sofort wieder ab |
| 12,5 bis ca. 18 V: | Schaltung verhält sich bistabil |
| ca. 18 bis über 30 V: | Schaltung verhält sich weiterhin bistabil |
| ab ca. 30 V: | Relais läßt sich zwar abschalten, zieht aber sofort wieder an. |
Der Bereich ab ca. 18 Volt ist für den Betrieb uninteressant. Die Meßwerte zeigen aber, daß die Schaltung bis zu relativ hohen Spannungen stabil ist.
Es ist darauf zu achten, daß R1 beim Abschalten mit fast 1 Watt belastet wird. Bei kurzen Impulsen ist dies nicht schlimm. Können diese aber nicht garantiert werden, muß hier ein 1-Watt-Typ eingebaut werden.
Beim Abschalten genügt ein Absenken der Spannung am Relais unter die Haltespannung. In der oben dargestellten
Schaltung wurde hier des Guten zuviel getan (die Spannung wurde auf praktisch 0 Volt abgesenkt), was im ersten Moment
ja nicht schlimm ist. Nur die Sache mit dem 1-Watt-Widerstand macht Kopfzerbrechen. Wird nun ein Widerstand in die
Abschalt-Leitung eingefügt (R3, ca. 470 bis 680 Ω), so wird der Strom beim Abschalten wesentlich kleiner.
Damit ist auch das Ziel, auch bei Dauerstrom während des Abschaltens einfache ¼-W-Widerstände
einsetzen zu können, voll erreicht. Die 680 Ω sollten auch bei 18 Volt Versorgungsspannung das Relais
sicher abschalten; wenn nicht, müssen 560 oder 470 Ω eingesetzt werden. Bei 18 Volt werden R1 und der
neue Widerstand mit etwa 0,17 W belastet, was deutlich unterhalb der Schwelle von ¼ W liegt, und was wir auch
erreichen wollten.
Im nebenstehenden Bild sehen wir die 'normale' bistabile Relais-Schaltung mit ihren Kontakten, die an der
Versorgungsspannung hängen und direkt einen Weichenmotor (der eine Endabschaltung haben muß) ansteuern.
Ohne das rote Kästchen ist also alles wie bisher beschrieben. In diesem Kästchen steckt eine (beliebige)
Schaltung, die beim Einschalten der Versorgungsspannung sperrt. Das bedeutet aber, daß der Weichenantrieb
stromlos ist und somit genau die Stellung behält, die er beim Abschalten der Spannung innehatte. Erst beim
ersten Tastendruck bei '/ein' oder '/aus' (das sind die normalen Taster zur Betätigung des Relais) beginnt das
Kästchen zu leiten, und zwar so lange, bis die Spannung wieder abgeschaltet wird. Diese Schaltung funktioniert
nicht für eine direkte Lichtsignal-Ansteuerung, da dieses beim Einschalten der Spannung zunächst einmal
'dunkel' wäre.
