Ratgeber
Selbst in modernen Fahrzeugen sind sie manchmal noch in großer Zahl vertreten: elektromechanische Kfz-Relais. Vom technischen Prinzip her recht einfach aber dennoch stabil konstruiert, sorgen sie für einen reibungslosen und langfristigen Betrieb.
Wie solche Kfz-Relais funktionieren und welche Merkmale für die Beschaffung – beispielsweise als Ersatzteil – ausschlaggebend sind, erfahren Sie in unserem Ratgeber.
Ein Relais ist grundsätzlich nichts anderes ein elektrisch betriebener Schalter. Es besteht aus Eingängen für Steuersignale und Ausgängen für das Schalten von Lasten. Es kann eine größere Anzahl von Kontakten für verschiedenen Funktionseinheiten besitzen, in der Regel sind dies Schließen, Öffnen oder Wechseln.
Offenes Kfz-Relais mit sichtbarer Spule, durch die Steuerstrom fließt.
Relais werden immer dann eingesetzt, wenn ein Schaltkreis mit hoher Leistungsanforderung durch ein leistungsschwaches Signal gesteuert werden soll. Zwischen den beiden Schaltkreisen existiert dabei keine elektrische Verbindung, sie sind daher immer galvanisch getrennt.
Die traditionelle, monostabile Form verwendet einen Elektromagneten und einen beweglichen Eisenanker als Schalter zum Öffnen, Schließen oder Wechseln der Kontakte. Um den Schaltzustand zu erhalten, müssen diese Schaltelemente eine ständig von Strom durchflossene Magnetspule besitzen.
Selbsthaltende oder bistabile Relais sind dagegen mit einem Permanentmagneten ausgestattet. Sie benötigen nur einen einzigen Impuls der Steuerspannung, um den Schalter dauerhaft zu betätigen. Ein weiterer Impuls, der entweder an einen zweiten Satz von Steuerklemmen angelegt wird oder die entgegengesetzte Polarität besitzt, setzt den Schalter zurück. Bistabile Typen eignen sich für Anwendungen, bei denen sich eine Stromunterbrechung im Steuerkreis nicht auf die Lastkreise auswirken soll.
Das Bordnetz eines typischen Pkw wird von der Batterie beziehungsweise von der Lichtmaschine versorgt. Die Bordspannung beträgt zwar nur 12 Volt, die Ströme sind aber oft relativ hoch, vor allem bei Lasten wie Starter, Glühkerzen in Dieselmotoren, Scheiben- und Sitzheizungen.
Dies erfordert Kabelstränge mit größeren Querschnitten, als sie sonst bei 12-Volt-Spannungen üblich sind. Um nicht jeden Verbraucher mit hohem Strombedarf über großvolumige Kabel an Schaltelemente anschließen zu müssen, übernehmen elektromechanische Schalter den eigentlichen Schaltvorgang. Die Steuerung erfolgt über Bedienelemente beispielsweise im Armaturenbrett und mit erheblich niedrigeren Strömen.
Elektromechanische Komponenten in einem Auto sind naturgemäß hohen physikalischen und teilweise auch chemischen Belastungen ausgesetzt. Dazu gehören Vibrationen und Beschleunigungsvorgänge ebenso wie hohe und niedrige Temperaturen sowie Öle und Kraftstoffe.
Aufgrund ihrer feinmechanischen Konstruktion und ihrer kompakten Größe sind Kfz-Relais besonders gefährdet. Ihre Gehäuse sind deshalb häufig aus glasfaserverstärkten Polyamiden gefertigt und besitzen besonders robuste elektrische Kontakte, die problemlos auch hohe Schaltströme von bis zu 500 Ampere verkraften können.
Aus Sicherheitsgründen und zum leichten Wechsel im Austauschfall sollten alle Auto-Relais in passende Sockel gesteckt sein. Die Klemmen sind nach dem Kennzeichnungssystem in DIN 72552 nummeriert, hier Beispiele für Kfz-Relais und Kontakte:
| Kfz-Relais | Kontakte |
|---|---|
| 84 Eingang Antrieb und Relaiskontakt (Wicklungsanfang) | 87 Eingang Öffner und Wechsler |
| 84a Ausgang Antrieb (Wicklungsende) | 87z, y, x Eingang Öffner und Wechsler bei mehreren Eingängen |
| 84b Ausgang Relaiskontakt | 87a Ausgang Öffner und Wechsler |
| 85 Ausgang Antrieb (Wicklungsende, Minus) | 87b, c, d Ausgang Öffner und Wechsler bei mehreren Ausgängen |
| 86 Eingang Antrieb (Wicklungsanfang) | 88 Eingang Schließer |
| 86a Eingang 1. Wicklung Relais | 88z, y, x Eingang Schließer bei mehreren Eingängen |
| 86b Eingang 2. Wicklung | 88a (87) Ausgang Schließer und Wechsler |
| 88b, c, d Ausgang Schließer und Wechsler bei mehreren Ausgängen |
Nennspannung der Magnetspule
Wichtigstes Kriterium für die Beschaffung von Kfz-Relais ist zunächst die von der Bordspannung des Autos abhängige Nennspannung der Magnetspule. Sie liegt im Allgemeinen bei 6, 12 oder 24 Volt. Auf der Ausgangsseite sind die maximale Schaltspannung und der maximale Schaltstrom zu berücksichtigen. Gänge Werte reichen von 12 bis 75 Volt bei Stromstärken von 10 bis 190 Ampere.
Schaltleistung
In direktem Zusammenhang mit den Spannungen und Stromstärken steht die Schaltleistung. Sie reicht in der Regel von 150 bis zu 1120 Watt. Bei den Kontaktarten stehen üblicherweise Schließer und Wechsler zur Verfügung, optional für einen oder zwei Stromkreise in der Kfz-Elektrik.
Anschlussmöglichkeiten
Hinsichtlich der Anschlussmöglichkeiten lässt sich zwischen Flachsteckern der Breiten 4,8 und 6,3 sowie 9,5 Millimeter wählen. Zur Verfügung stehen außerdem Lötpins, Schrauben, Schraubklemmen und Steckverbinder. Recht häufig werden Kfz-Relais auch direkt auf die Systemplatine von Steuereinheiten verbaut, der Anschluss erfolgt hier in Print-Technik, ähnlich der Oberflächenmontage diskreter elektronischer Bauelemente.
30 A Relais mit integrierter Sicherungshalterung und spezieller Befestigung.
Was ist beim Testen eines Hochstrom-Kfz-Relais zu beachten?
Auto-Relais sollten grundsätzlich nur im ausgebauten Zustand getestet werden. Dazu ist zunächst die Klemme vom Pluspol der Kfz-Batterie zu lösen, das Bordnetz ist damit komplett abgeschaltet. Es besteht somit keine Gefahr mehr, beim Abziehen von Flachsteckern aus Versehen einen Kurzschluss auszulösen.
Der Test an sich ist relativ einfach:
- Schließen Sie an die Eingangsseite eine externe Gleichspannungsquelle an, beispielsweise eine 9-Volt-Batterie. Deren Spannung reicht aus, um auch ein 12-Volt-Kfz-Relais zu aktivieren.
- Hören Sie einen Klick, ist zumindest die Magnetspule intakt, der Eisenanker wurde angezogen.
- Zur gleichzeitigen Prüfung der Eingangs- und der Ausgangsseite ist ein Multimeter am besten geeignet. Stellen Sie das Gerät auf „Durchgangsprüfung“ – häufig erkennbar am Schaltsymbol einer Diode – und befestigen die beiden mit Krokodilklemmen ausgestatteten Prüfleitungen an jene Kontakte an, die einen Lastkreis schließen sollen.
- Beim Anlegung einer Spannung an den Eingangskreis sollte das Multimeter einen Signalton von sich geben.
Welche Unterschiede gibt es bei Relais für Glühkerzen?
Glühkerzen dienen in Auto-Dieselmotoren zur schnelleren Zündung des Treibstoffgemischs beim Startvorgang. Im Handel sind Relais erhältlich, die mit einer Zeitautomatik ausgestattet sind und neben dem Relais auch die notwendige Elektronik enthalten.
Unterschieden wird dabei die erforderliche Glühzeit. So gibt es Relais für kurze oder lange Glühphasen. Erstere belasten die Auto-Batterie nur minimal, während lange Glühphasen die Verbrennung verbessern und damit weniger Rußpartikel entstehen lassen.