Das Relais

Unter einem Relais versteht man ganz allgemein ein Gerät, mit dem durch ein steuerndes Eingangssignal ein Ausgangssignal hervorgerufen wird. Da wir uns hier wesentlich auf elektrische Probleme beschränken wollen, werden bei den betrachteten Relais sowohl Eingangssignal als auch Ausgangssignal elektrische Größen sein. Es gibt im Auto aber auch Anwendungen, wo Eingang und Ausgang unterschiedlicher Natur sind. Denken Sie beispielsweise an den Öldruckschalter, an den hydraulisch betätigten Bremslichtschalter oder an den Thermo-Schalter, der den Kühlwasserventilator (z.B. beim Golf) einschaltet. Bei den ersten beiden Elementen wird jeweils ein Druckzustand in ein elektrisches Signal umgesetzt, das dann letztlich eine Lampe aufleuchten lässt, bei letzterem wird eine Temperatur zum Ein- oder Ausschalten des Ventilatormotors herangezogen. Etwas Ähnliches passiert auch in unserem Kühlschrank, wenn es dort zu warm wird.


Ein Relais, wie wir es hier betrachten wollen, besteht als wesentlichstes Element aus einem Elektromagnet in Form einer Spule mit Eisenkern. Wird sie vom Strom durchflossen (man bezeichnet diesen Zustand auch als Erregung), so wird ein meist drehbar gelagertes Eisenstück, der sog. Anker, angezogen und so lange festgehalten, bis der Steuerstrom unterbrochen wird. Diese Arbeitsweise bezeichnet man auch als "monostabil", im Gegensatz zur "bistabilen" Version, wo der Anker auch nach dem Abschalten des Steuerstromes in der Position liegen bleibt. Je nach Konstruktion kann er dann entweder durch Umpolen der Stromrichtung oder durch Erregung einer zweiten Wicklung des Elektromagneten wieder in die Ausgangslage zurückgebracht werden. Die bistabilen Relais werden im allgemeinen nur dort eingesetzt, wo der Stromverbrauch eine Rolle spielt, denn sie benötigen zum Auslösen des Schaltvorganges ja nur einen entsprechend kurzen Impuls. Im Kraftfahrzeug kommen sie aber nur in Ausnahmefällen vor.

Der Anker betätigt direkt oder über ein Hebelsystem einen oder mehrere elektrische Kontakte. Die daran angeschlossenen Stromkreise werden damit entweder ein- oder ausgeschaltet, je nach Konstruktion und mechanischer Ausführung der Kontakte. Es gibt auch Konstruktionen mit Umschaltkontakten, wobei nach dem Schaltvorgang des Relais ein Stromkreis geöffnet und gleichzeitig ein zweiter geschlossen, also ein Umschaltvorgang ausgelöst wird.

Die Vielfalt der Relaiskonstruktionen ist nahezu unbegrenzt. Für jeden Anwendungsfall lässt sich eine geeignete Ausführung konstruieren. Dabei muss streng unterschieden werden zwischen Relais, die für Dauererregung geeignet sind, sog. Arbeitsstrom-Relais, und solchen, die nur kurzzeitig geschaltet werden dürfen. Zu der letzteren Gruppe zählen auch die Hup-Relais, die einen hohen Strom schalten können, aber nicht dauernd an der Bordspannung hängen dürfen, weil sie sonst durch Überhitzung zerstört würden.

Verschiedene Relais, die in der Praxis eingesetzt werden. Links oben ein Arbeitsstrom-Relais 6V aus den 50er Jahren von Hella, rechts daneben ein Hup-Relais von FIAMM (Italien) aus dem Jahr 1952 für 6V (der aufgeklebte Schaltplan stammt allerdings von mir!), daneben ein Arbeitsstrom-Relais von Siemens für 6V mit einem Umschaltkontakt (leider nicht mehr lieferbar). Links aussen ein Blinkrelais von Jokon für 6V 2x18W Glühlampen, in der mittleren Reihe ein Nachrichtenrelais höchster Zuverlässigkeit für 24V, hermetisch dicht gelötet, für Schaltströme im Mikrovoltbereich, von der Fa. Allied Control, danach ein sog. Kamm-Relais von Siemens (24V) für Hochfrequenzanwendung (über einen "Kamm" werden die Kontakte betätigt). Es folgt ein Schaltrelais von Hengstler für Netzbetrieb 220V Wechselstrom und ein modernes Relais für 6V von Siemens, das auch noch Ströme bis 15 Ampere schalten kann. Diese Bauform scheint mir zur Zeit der einzige Weg zu sein, um 6V-Schaltungen realisieren zu können. Man braucht aber ein eigenes Gehäuse, um es ordnungsgemäß anschließen und befestigen zu können. Darunter ein Arbeitsstromrelais 12V von Hella für Ströme bis 80 Ampere (Vorglüh-Relais für Dieselfahrzeuge) mit 8mm-Steckzungen für den Schaltkontakt, daneben ein Relais wie rechts Mitte, aber mit Anschlüssen für Leiterplattenmontage.

Ein Relais wird immer dort eingesetzt, wo durch einen vergleichsweise geringen Steuerstrom ein sehr viel höherer Laststrom geschaltet werden soll. Nehmen wir als Beispiel eine Kompressorfanfare, wie sie in den 50er und 60er Jahren modern waren. Die Leistung, die ein solcher Kompressor braucht, liegt bei ca. 220 bis 250 Watt, was bei 12V etwa 20 Ampere und bei 6V entsprechend 40 Ampere Stromaufnahme bedeutet. Dass das der Kontakt eines einfachen Hupringes nicht schaffen kann, ist klar, denn der würde vermutlich schon beim ersten Ton verschweißen und nicht mehr öffnen. Ein Dauerkonzert wäre die Folge, und der arme Fahrer würde dafür sicher nicht mit der "Goldenen Stimmgabel" ausgezeichnet werden. Oder das dünne Zuleitungskabel durch die Lenksäule würde in Rauch aufgehen, was auch nicht unbedingt dauerhaft zur Erheiterung der Fahrgäste beitragen würde.

In diesem Fall wird also ein Relaiskontakt den Strom, den der Kompressor braucht, schalten. Der Drahtquerschnitt zum Schaltkontakt und zum Kompressor muss natürlich entsprechend gewählt werden. Der Steuerstrom, der ja viel geringer ist, kann dann bedenkenlos vom Hupkontakt übernommen werden.

Eine weitere Anwendung stellt die Überbrückung langer Leitungen in der Bordverkabelung dar. Bekanntermaßen liegen ja bei unseren geliebten Luftge­kühlten sowohl die Batterie als auch der Motor mit der Lichtmaschine im Heck, während die meisten Bedienelemente, insbesondere die Schalter und Kontakte im Armaturenbrett eingebaut sind. Da kommen natürlich gleich einige Meter an Kabel und zusätzlich Stecker in den Stromkreislauf, und insbesondere bei 6V-Anlagen bleiben da rasch einige Volt hängen. Das kann dazu führen, dass es bei einem guten alten Brezelkäfer, bei dem die einst blanken Messing-Schraubkontakte schon etwas angegrünt sind, weil der "Kupferwurm" daran genagt hat, zunehmend zu Startproblemen kommt. Obwohl die Batterie in Ordnung ist und der Anlasser gut durchzieht, muss man immer länger orgeln, bis er eines Tages gar nicht mehr starten will. Meist wird dann die ganze Zündanlage ausgetauscht, insbesondere dann, wenn man eine "Fachwerkstatt" um Rat fragt. Stellt sich aber heraus, dass die Ursache in der Verkabelung sitzt, was man auch ohne Werkstatt durch Messung der Spannungsverhältnisse sehr schnell herausbekommen kann, wird es problematisch. Neues Zündschloss bzw. neue Strippe zur Zündspule ziehen, heisst jetzt die Parole, und beides ist nicht ganz einfach zu realisieren.

Bevor man jedoch das Zündschloss austauscht, das ja oft nicht so ohne weiteres zu bekommen ist, oder alle Stecker und den Kabelbaum herausreisst (Puristen mögen mir verzeihen!), wird in die Nähe der Zündspule in eine vorhandene Bohrung am Lüfterkasten (ja kein neues Loch bohren!) oder an die Befestigungsschrauben der Zündspule ein Relais montiert. Man kann es auch schamhaft irgendwo beim Anlasser verstecken, damit man beim Öffnen der Motorhaube nicht gleich sieht, was hier gespielt wird. Die Steuerspannung für die Spule holt man sich über ein geeignetes Kabel (0,75 mm²) vom Anlassermagnet (rotes Kabel = Klemme 50, die vom Anlassschalter am Armaturenbrett kommt), der 2. Pol der Spule wird mit Masse verbunden. Der Kabelschuh (M8) vom dicken Kabel (16 oder 25 mm²), das direkt von der Batterie kommt (Klemme 30), wird gelöst und ein weiterer Kabelschuh mit einem dünneren Kabel (1,5 mm² genügt) wird untergeschraubt. Dieses Kabel ziehen wir zum Schaltkontakt des Relais, ggf. über eine Patronensicherung mit 16 Ampere. Den zweiten Anschluss des Schaltkontaktes verbinden wir mit der Klemme 15 der Zündspule (= das Originalkabel, das vom Zündschloss kommt).

Beim Anlassvorgang geschieht jetzt Folgendes: Über die Anlassleitung 50, die vom Anlasskontakt am Armaturenbrett kommt und den Anlassermagnet aktiviert, wird jetzt auch unser neues Relais erregt. Über dessen Arbeitskontakt wird die Zündspule direkt mit der Batterie verbunden und erhält somit die volle Spannung auf kürzestem Weg. Nach Beenden des Startvorgangs fällt das Relais wieder ab und die Zündspule erhält, wie bisher, den Zündstrom über das Zündschloss. Das geht auch trotz der Kontaktprobleme gut, denn während der Motor läuft, sorgt ja die Lichtmaschine für eine ausreichend hohe Spannung an Bord. Schaltung hierzu siehe Abb. 2.

Aber Vorsicht!

Vor Beginn jeder Elektroinstallation unbedingt das Massekabel von der Batterie trennen, damit die Werkzeuge nicht unvermittelt zu glühen anfangen! Eine kurzgeschlossene Batterie versteht keinen Spaß! Und im Bereich des Anlasserkabels ist sehr sorgfältiges Arbeiten angesagt, denn ein Kurzschluss hier könnte katastrophale Folgen haben!

Peter Hartig