Wenn die Stromversorgung ausfällt, läuft der Timer weiter
Der Motor stoppt. Der Strom ist weg.
Aber Ihr Kühlventilator muss noch 60 Sekunden laufen, um Lagerschäden durch Restwärme zu vermeiden. Bei einem Standard-Elektronik-Timer stirbt der Timing-Schaltkreis in dem Moment, in dem Sie den Strom zum Relais unterbrechen, und der Lüfter stoppt sofort. Drei Minuten später haben Sie ein festsitzendes Lager und einen Motoraustausch im Wert von 8.000 US-Dollar vor sich – alles, weil Ihr “intelligenter” elektronischer Timer die Stromversorgung nicht um 60 Sekunden überleben konnte.
Wie erhalten Sie also ein zuverlässiges Timing, wenn die Stromquelle bereits ausgefallen ist?
Das Stromversorgungs-Paradoxon: Warum elektronische Timer das brauchen, was sie verloren haben
Hier ist die Ironie: Elektronische Zeitrelais sollen intelligenter sein als ihre pneumatischen Vorgänger – kleiner, billiger, präziser. Und das sind sie auch, bis zu dem Moment, in dem Sie sie ohne Stromversorgung benötigen.
Standardmäßige elektronische Ausschaltverzögerungsrelais benötigen während der gesamten Zeitdauer eine kontinuierliche Eingangsspannung. Der Mikroprozessor oder der RC-Timing-Schaltkreis benötigt Strom, um zu zählen. Die Ausgangsrelaisspule benötigt Strom, um erregt zu bleiben. Unterbrechen Sie die Stromversorgung, und das gesamte System bricht sofort zusammen – die Zeitmessung stoppt, das Relais öffnet, Ihre Last schaltet sich ab.
Es ist wie bei einer Digitaluhr, die nicht mehr funktioniert, sobald man sie aussteckt.
Pneumatische Timer hatten dieses Problem nicht. Wenn Sie die Stromversorgung zum Magnetventil eines pneumatischen Timers unterbrachen, blieben die Kontakte in ihrem geänderten Zustand, während Druckluft langsam durch eine einstellbare Öffnung entwich – keine kontinuierliche Stromversorgung erforderlich. Der Timing-Mechanismus war mechanisch und wurde durch Luftdruck angetrieben, nicht durch elektronische Logik. Sie waren sperrig, teuer (200-400 US-Dollar) und auf feste Zeitbereiche beschränkt, aber sie funktionierten, wenn der Strom ausfiel.
Die 1970er Jahre brachten Halbleiter-Zeitrelais mit RC-Schaltkreisen und später Mikroprozessoren – massive Verbesserungen in Bezug auf Größe, Kosten und Flexibilität. Aber Ersatzanwendungen stießen an eine Wand. Ingenieure, die Retrofit-Ersatzteile für pneumatische Timer spezifizierten, stellten fest, dass ihre schlanken neuen elektronischen Geräte in genau dem Szenario versagten, in dem sich Pneumatik auszeichnete: Timing nach dem Entfernen der Stromversorgung.
Der Markt forderte eine Lösung. Die Hersteller benötigten elektronische Präzision mit pneumatischer “Post-Power”-Funktion.
Hier kommt das “echte Ausschaltverzögerungsrelais” ins Spiel – auch genannt “Ghost Power Timer”.”
Der Ghost Power Timer: Drei Möglichkeiten, Energie nach dem Stromausfall zu speichern
Echte Ausschaltverzögerungsrelais lösen das Stromversorgungs-Paradoxon, indem sie ihre eigene Energieversorgung an Bord haben. Wenn die Eingangsleistung entfernt wird, stirbt das Relais nicht – es schaltet auf gespeicherte Energie um und setzt die Zeitmessung fort, als wäre nichts geschehen.
Es gibt drei Methoden, um dies zu erreichen, jede mit unterschiedlichen Kompromissen:
Methode 1: Kondensatorentladung (am häufigsten)
Ein Kondensator lädt sich bei angelegter Spannung auf die Versorgungsspannung auf. Wenn der Strom abgeschaltet wird, entlädt sich der Kondensator langsam über die Relaisspule und den Timing-Schaltkreis, wodurch alles für die voreingestellte Verzögerungszeit am Leben erhalten wird.
Stellen Sie sich das vor als “Der letzte Atemzug des Kondensators”– diese gespeicherte elektrische Ladung entweicht allmählich und versorgt die Relaisspule gerade so lange mit Strom, bis der Timing-Zyklus abgeschlossen ist.
Ein 2200μF-Kondensator bei 12 V speichert ungefähr 0,16 Joule Energie. Das klingt nicht viel – es ist weniger Energie als das Anheben einer Büroklammer um einen Meter –, aber es reicht aus, um eine 12-V-Relaisspule (typischer Widerstand von 85 Ohm, Leistungsaufnahme von 140 mW) für 5-10 Sekunden mit Strom zu versorgen, abhängig von der Abfallspannung des Relais.
Skaliert man das auf einen 10.000μF-Kondensator, erhält man 30-60 Sekunden Timing ohne externe Stromversorgung.
Methode 2: Rastendes Relais + kleiner Kondensator (am effizientesten)
Anstatt eine Standard-Relaisspule kontinuierlich mit Strom zu versorgen, verwenden Sie ein rastendes (bistabiles) Relais, das sich beim Erregen mechanisch in Position verriegelt und keinen Haltestrom benötigt. Wenn der Strom abgeschaltet wird, muss ein kleiner Kondensator nur genügend Energie liefern, um das Relais nach der voreingestellten Verzögerung zu entriegeln – vielleicht 50-100 ms Impulsenergie anstelle von 60 Sekunden Dauerstrom.
Dieser Ansatz erfordert ungefähr 1/10 der Kondensatorgröße für die gleiche Zeitdauer. Ein 470μF-Kondensator kann das erreichen, was mit Methode 1 4700μF erforderte.
Der Kompromiss? Rastende Relais kosten 2-3x mehr als Standardrelais, und der Entriegelungs-Timing-Schaltkreis ist komplexer. Sie tauschen Bauteilkosten gegen Kondensatorgröße.
Methode 3: Kleine Batterie (längste Haltezeit)
Für Zeiträume von mehr als einigen Minuten oder für Anwendungen, die eine jahrelange Standby-Zuverlässigkeit erfordern, kann eine kleine Lithium-Knopfzelle (CR2032 oder ähnlich) den Timing-Schaltkreis unbegrenzt mit Strom versorgen.
Die Batterie versorgt nicht die Ausgangsrelaisspule mit Strom – das würde sie in Stunden entladen. Stattdessen versorgt sie nur den Mikroprozessor und die Timing-Logik mit Strom, die Mikroampere verbrauchen. Wenn die Zeitdauer abgelaufen ist, gibt der batteriebetriebene Mikroprozessor einen kleinen, im Kondensator gespeicherten Impuls frei, um das Ausgangsrelais abfallen zu lassen.
Vorteile: Extrem lange Timing-Fähigkeit (Minuten bis Stunden), keine Kondensatordegradation im Laufe der Zeit.
Nachteile: Batteriewechsel erforderlich (alle 3-5 Jahre), höhere Anschaffungskosten, regulatorische Aspekte bei der Batterieentsorgung.
Für den Rest dieses Artikels konzentrieren wir uns auf Methode 1 – Kondensatorentladungs-Timing –, da dies die gebräuchlichste, kostengünstigste und mechanisch einfachste Lösung ist.
Wie ein Kondensator zu einer Uhr wird: RC-Zeitkonstanten erklärt
Um zu verstehen, wie gespeicherte Ladung zu präzisem Timing wird, muss man die Kondensatorentladung durch einen Widerstand verstehen – den grundlegenden RC-Schaltkreis.
Die Ladephase: Speichern der Ghost Power
Wenn ein echtes Ausschaltverzögerungsrelais mit Strom versorgt wird, geschehen zwei Dinge gleichzeitig: Das Ausgangsrelais wird erregt (Schließen oder Öffnen von Kontakten gemäß der Anwendung), und der Speicherkondensator lädt sich über einen Ladewiderstand auf die Versorgungsspannung auf.
Die in einem vollständig geladenen Kondensator gespeicherte Energie folgt einer einfachen Formel:
E = ½CV²
Wo:
- E = Energie (Joule)
- C = Kapazität (Farad)
- V = Spannung (Volt)
Für einen 2200μF-Kondensator, der auf 12 V geladen ist:
E = ½ × 0,0022F × (12V)² = 0,158 Joule
Das ist genug Energie, um eine 12V/85Ω-Relaisspule (Leistung = V²/R = 1,69W) etwa 0,094 Sekunden lang mit Strom zu versorgen... wenn Sie sie sofort mit voller Leistung entladen würden.
Aber das tun Sie nicht. Der Kondensator entlädt sich allmählich durch den Widerstand der Relaisspule, und hier geschieht die Timing-Magie.
Die Entladephase: Die 37%-Regel
Wenn die Eingangsleistung entfernt wird, beginnt sich der Kondensator über den Widerstand der Relaisspule zu entladen. Die Spannung am Kondensator fällt nicht linear ab – sie folgt einer exponentiellen Abfallkurve, die durch die RC-Zeitkonstante:
τ (tau) = R × C
Wo:
- τ = Zeitkonstante (Sekunden)
- R = Widerstand (Ohm)
- C = Kapazität (Farad)
Hier ist das Schöne daran: Nach genau einer Zeitkonstante (τ) ist die Spannung auf genau 37% ihres Ausgangswertes.
gefallen. Nicht 40%. Nicht 35%. Genau 37% (eigentlich 36,8%, oder genauer gesagt 1/e, wobei e ≈ 2,718).
Das ist nicht willkürlich – es ist in die Exponentialfunktion eingebettet, die die RC-Entladung steuert:
V(t) = V₀ × e^(-t/τ)
Bei t = τ: V(τ) = V₀ × e^(-1) = V₀ × 0,368 = 37% von V₀
Warum das wichtig ist: Jede zusätzliche Zeitkonstante senkt die Spannung um weitere 37% der verbleibenden Spannung.
- Bei 1τ: 37% verbleibend (63% entladen)
- Bei 2τ: 13,5 % verbleibend (86,5 % entladen)
- Bei 3τ: 5 % verbleibend (95 % entladen)
- Bei 5τ: 99 % entladen)
Für unser 12V-Relais mit 85Ω-Spule und 2200μF-Kondensator:
τ = 85Ω × 0,0022F = 0,187 Sekunden
Nach 0,187 Sekunden beträgt die Spannung am Kondensator (und damit an der Relaisspule) 4,4V. Nach 0,374 Sekunden (2τ) sind es 1,6V. Nach 0,56 Sekunden (3τ) nur noch 0,6V.
Aber hier ist die entscheidende Frage: Bei welcher Spannung fällt die Relaisspule tatsächlich ab?
Der Abfalltrick: Warum die tatsächliche Zeit länger ist als die mathematische Vorhersage
Ein 12V-Relais benötigt nicht 12V, um erregt zu bleiben, sobald es angezogen hat.
Die Ansprechspannung (Spannung, die benötigt wird, um ein stromloses Relais anfänglich zu erregen) beträgt typischerweise 75-85 % der Nennspannung – nennen wir es 9-10V für ein 12V-Relais. Aber die Abfallspannung (Spannung, bei der ein bereits erregtes Relais abfällt) ist viel niedriger: typischerweise 20-30 % der Nennspannung oder 2,4-3,6V für unser 12V-Relais.
Dies geschieht aufgrund der Hysterese des magnetischen Kreises. Wenn der Relaisanker das Polstück berührt (vollständig erregte Position), ist der Luftspalt Null, der magnetische Widerstand minimiert und viel weniger magnetomotorische Kraft (und damit weniger Spulenstrom/-spannung) erforderlich, um das Magnetfeld aufrechtzuerhalten, das den Anker an Ort und Stelle hält.
Dies bedeutet, dass sich Ihre Zeitmessung weit über die naive RC-Berechnung hinaus erstreckt.
Berechnen wir neu für unser 12V-Relais (85Ω-Spule, 2200μF-Kondensator) unter der Annahme einer Abfallspannung von 2,8V (23 % der Nennspannung):
Verwenden Sie V(t) = V₀ × e^(-t/τ), um t zu ermitteln, wenn V(t) = 2,8V:
2,8V = 12V × e^(-t/0,187s)
0,233 = e^(-t/0,187s)
ln(0,233) = -t/0,187s
-1,46 = -t/0,187s
t = 0,273 Sekunden
Unser 2200μF-Kondensator hält das Relais also 0,273 Sekunden lang erregt, nicht die <0,1 Sekunden, die naive Energieberechnungen nahelegen.
Das ist Der Abfalltrick in Aktion.
Möchten Sie 5 Sekunden Haltezeit? Arbeiten Sie rückwärts:
t_gewünscht = 5 Sekunden, τ = RC = 0,187s (von vorhin)
Wie viele Zeitkonstanten sind 5 Sekunden? 5s / 0,187s = 26,7 Zeitkonstanten
Bei 26,7τ wäre die Spannung im Wesentlichen Null – weit unterhalb des Abfalls. Wir müssen ermitteln, wann die Spannung 2,8V erreicht:
2,8/12 = 0,233, also benötigen wir: e^(-t/τ) = 0,233
-t/τ = ln(0,233) = -1,46
Für t = 5s: τ = 5s / 1,46 = 3,42 Sekunden
Daher: C = τ/R = 3,42s / 85Ω = 0,040F = 40.000μF
Ein 40.000μF-Kondensator bei 12V? Das ist physisch groß (ungefähr die Größe einer D-Zellen-Batterie) und kostet 15-25 €. Machbar, aber nicht elegant.
Aus diesem Grund verwenden bistabile Relais (Methode 2) oder längere Zeitperioden oft mikroprozessorgesteuerte Designs mit kleinen Batterien – die Kondensatorgröße wird jenseits von 30-60 Sekunden kontinuierlicher Relaishaltung unpraktisch.
Dimensionierung Ihres Kondensators: Die 3-Schritte-Methode
Arbeiten wir ein reales Designbeispiel durch: Sie benötigen ein 12V-Relais, das nach dem Entfernen der Stromversorgung 10 Sekunden lang erregt bleibt.
Schritt 1: Kennen Sie die Spezifikationen Ihres Relais
Was Sie benötigen:
- Spulenspannung: 12V DC
- Spulenwiderstand: Mit einem Multimeter messen oder Datenblatt prüfen (sagen wir 80Ω)
- Abfallspannung: Entweder empirisch testen oder auf 25 % der Nennspannung schätzen = 3,0V
Wenn Sie die Abfallspannung nicht haben, testen Sie sie: Legen Sie die Nennspannung an die Relaisspule an. Sobald das Relais erregt ist, reduzieren Sie die Spannung langsam mit einem variablen Netzteil, während Sie die Kontakte überwachen. Notieren Sie die Spannung, bei der das Relais abfällt. Das ist Ihre Abfallspannung.
Profi-Tipp: Die Abfallspannung ist Ihr Freund. Die meisten Relaisspulen halten bei 20-30 % der Nennspannung, was Ihnen 3-5x mehr Zeit gibt, als naive Energieberechnungen vermuten lassen.
Schritt 2: Berechnen Sie die erforderliche Kapazität
Verwenden Sie die zuvor abgeleitete Abfalltrick-Formel:
t = -τ × ln(V_Abfall / V_Anfang)
Wobei τ = RC, also:
t = -RC × ln(V_Abfall / V_Anfang)
Umstellen, um nach C aufzulösen:
C = -t / [R × ln(V_Abfall / V_Anfang)]
Für unser Beispiel:
- t = 10 Sekunden
- R = 80Ω
- V_Anfang = 12V
- V_Abfall = 3,0V
C = -10s / [80Ω × ln(3,0V / 12V)]
C = -10s / [80Ω × ln(0,25)]
C = -10s / [80Ω × (-1,386)]
C = 10s / 110,9
C = 0,090F = 90.000μF
Das ist das theoretische Minimum.
Schritt 3: Berücksichtigung realer Faktoren
Hier trifft Theorie auf Praxis. Drei Faktoren werden Ihre Zeitplanung beeinträchtigen:
Faktor 1: Kondensator-Leckstrom
Reale Kondensatoren sind keine perfekten Isolatoren. Der Leckstrom bietet einen parallelen Entladungspfad, wodurch die Zeitsteuerung effektiv reduziert wird. Bei Elektrolytkondensatoren kann der Leckstrom bei Raumtemperatur 0,01 CV bis 0,03 CV (μA pro μF-V) betragen.
Für unseren 90.000μF/12V Kondensator: Leckstrom ≈ 0,02 × 90.000μF × 12V = 21.600μA = 21,6mA
Vergleichen Sie das mit dem Relaisspulenstrom beim Abfallen (3V / 80Ω = 37,5mA). Der Leckstrom verbraucht mehr als die Hälfte des Stroms der Relaisspule!
Lösung: Verwenden Sie Filmkondensatoren mit geringem Leckstrom (Polypropylen oder Polyester) für kritische Zeitsteuerungsanwendungen, oder fügen Sie für Elektrolytkondensatoren eine Kapazität von 30-50% als Sicherheitsreserve hinzu.
Profi-Tipp: Kondensator-Leckstrom beeinträchtigt Ihre Zeitplanung. Verwenden Sie für Verzögerungen >10 Sekunden Filmkondensatoren (Polypropylen/Polyester) und keine Elektrolytkondensatoren.
Faktor 2: Temperatureffekte
Der Kondensator-Leckstrom verdoppelt sich ungefähr für jede Temperaturerhöhung um 10°C. Ein Kondensator mit 20mA Leckstrom bei 25°C könnte bei 35°C 40mA und bei 45°C 80mA haben.
Die Relais-Abfallspannung ändert sich ebenfalls mit der Temperatur – typischerweise steigt sie leicht an, da der Spulenwiderstand mit der Temperatur zunimmt (positiver Temperaturkoeffizient von Kupfer). Dies hilft geringfügig, reicht aber nicht aus, um den Kondensator-Leckstrom zu kompensieren.
Faktor 3: Kondensator-Toleranz
Elektrolytkondensatoren haben üblicherweise eine Toleranz von -20%/+80%. Dieser 90.000μF Kondensator könnte tatsächlich 72.000μF (bei -20%) betragen. Filmkondensatoren sind enger toleriert, typischerweise ±5-10%.
Sicherheitsreserve anwenden:
Angesichts dieser Faktoren multiplizieren Sie Ihre berechnete Kapazität mit dem Faktor 1,5 bis 2,0 für einen zuverlässigen Betrieb über den gesamten Temperaturbereich und die Komponententoleranz:
C_tatsächlich = 90.000μF × 1,75 = 157.500μF
Auf einen Standardwert aufrunden: 2 × 82.000μF = 164.000μF parallel, oder verwenden Sie einen einzelnen 150.000μF Kondensator, falls verfügbar.
Bei 12V hat ein 150.000μF Elektrolytkondensator physisch etwa 35mm Durchmesser × 60mm Höhe, kostet 8-15€ und speichert ungefähr 10,8 Joule.
Einschaltstrombegrenzung: Den Ladewiderstand nicht vergessen
Wenn Sie zum ersten Mal Strom anlegen, sieht dieser große, ungeladene Kondensator wie ein Kurzschluss aus. Ein 150.000μF Kondensator, der von 0V auf 12V durch Null Widerstand geladen wird, würde theoretisch unendlichen Strom ziehen.
In der Praxis begrenzen der Leitungswiderstand und die Impedanz der Stromversorgung dies, aber Sie werden dennoch Einschaltströme von 10-50A für die ersten Millisekunden sehen, die möglicherweise Kontakte, Sicherungen oder die Stromversorgung selbst beschädigen.
Lösung: Fügen Sie einen Ladewiderstand (R_charge) in Reihe mit dem Kondensator hinzu, um den Einschaltstrom zu begrenzen, mit einer parallelen Diode, um ihn während der Entladung zu überbrücken:
[Stromeingang] → [R_charge] → [+Kondensator-] → [Relaisspule] → [Masse]
Die Diode ermöglicht es dem Kondensator, sich direkt über die Relaisspule zu entladen (kein Serienwiderstand), während der Ladestrom durch R_charge gezwungen wird.
R_charge dimensionieren um den Ladestrom auf ein vernünftiges Niveau (0,5-2A) zu begrenzen:
R_charge = V_Versorgung / I_Ladung_max = 12V / 1A = 12Ω
Dies fügt dem RC-Zeitkonstante während des Ladens nur 12Ω hinzu, wodurch sich die Ladezeit auf etwa 5τ = 5 × (12Ω + 80Ω) × 0,15F = verlängert. 69 Sekunden zum vollständigen Aufladen.
Wenn das zu lange dauert, reduzieren Sie R_charge, akzeptieren Sie aber einen höheren Einschaltstrom (z. B. 6Ω für ~2A Einschaltstrom, 35 Sekunden Ladezeit). Der Kompromiss liegt bei Ihnen.
Profi-Tipp: Die RC-Zeitkonstante (τ = RC) ist nur der Ausgangspunkt – die tatsächliche Haltezeit hängt davon ab, dass der Relaisspulenwiderstand mit Ihrer Kondensatorentladekurve übereinstimmt.
Kondensatorauswahl: Warum der Typ wichtiger ist als die Größe
Sie haben die Kapazität berechnet. Jetzt müssen Sie die tatsächliche Komponente auswählen. Die Kondensatorchemie beeinflusst die Leistung in Zeitsteuerungsanwendungen dramatisch – Größe ist nicht alles.
Filmkondensatoren vs. Elektrolytkondensatoren: Der Leckstromkrieg
Elektrolytkondensatoren (Aluminium oder Tantal):
Vorteile:
- Höchste Kapazität pro Volumeneinheit (kritisch für große Werte)
- Niedrige Kosten pro Mikrofarad (0,05-0,15€ pro 1000μF)
- Leicht in hohen Spannungen erhältlich
Benachteiligungen:
- Hoher Leckstrom (0,01-0,03 CV Spezifikation, in der Praxis schlimmer)
- Polaritätsempfindlich (Verpolung = sofortiger Tod)
- Begrenzte Lebensdauer (Elektrolyt trocknet über 5-10 Jahre aus)
- Temperaturempfindliche Kapazität und Leckstrom
最适合： Zeitverzögerungen <30 Sekunden, bei denen Größe und Kosten dominieren, oder bei denen Sie eine Reserve von 1,5-2x für Leckstrom hinzugefügt haben.
Filmkondensatoren (Polypropylen, Polyester, Polycarbonat):
Vorteile:
- Sehr geringer Leckstrom (<0,001 CV, oft 10-100x niedriger als Elektrolytkondensatoren)
- Ausgezeichnete Temperaturstabilität
- Lange Lebensdauer (20+ Jahre)
- Keine Polaritätsbeschränkungen (kann AC oder umgekehrte DC verarbeiten)
Benachteiligungen:
- Viel größere physische Größe für die gleiche Kapazität
- Höhere Kosten (0,50-2,00€ pro 1000μF)
- Begrenzt auf niedrigere Kapazitätswerte (praktisch <50μF für vernünftige Größe)
最适合： Präzise Zeitsteuerung >30 Sekunden, Hochtemperaturumgebungen oder Anwendungen, bei denen langfristige Drift inakzeptabel ist.
Der Hybridansatz: Das Beste aus beiden Welten
Für die Zeitsteuerung im Bereich von 30-60 Sekunden sollten Sie Folgendes in Betracht ziehen: Parallelschaltung:
- Großer Elektrolytkondensator (80% der berechneten Kapazität) für die Massenspeicherung von Energie
- Kleiner Filmkondensator (20% der berechneten Kapazität) für präzise Zeitsteuerung mit geringem Leckstrom
Beispiel: 120.000μF Elektrolytkondensator + 30.000μF Filmkondensator = 150.000μF gesamt
Der Filmkondensator kompensiert den Elektrolyt-Leckstrom und verlängert die Zeitsteuerung näher an die theoretischen Berechnungen. Die Kostensteigerung ist moderat (~30% mehr als bei reinen Elektrolytkondensatoren), aber die Zeitsteuerungsgenauigkeit verbessert sich deutlich.
Häufige Fehler und Korrekturen
Fehler: Verwendung von Kondensatoren, die unterhalb der Versorgungsspannung ausgelegt sind
Eine 12V-Versorgung benötigt für die Zuverlässigkeit Kondensatoren mit 16V (oder höher). Spannungstransienten, Ripple und Komponententoleranz bedeuten, dass ein “12V-System” unter bestimmten Bedingungen 14-15V sehen könnte. Der Betrieb eines Kondensators in der Nähe seiner Spannungsfestigkeit beschleunigt den Ausfall und erhöht den Leckstrom.
Update: Verwenden Sie Kondensatoren, die mindestens das 1,3-fache der Versorgungsspannung ausgelegt sind (16V für 12V-Systeme, 25V für 18V usw.).
Fehler #2: Ignorieren des ESR (Equivalent Series Resistance)
Kondensatoren haben einen Innenwiderstand (ESR), der in Reihe mit der idealen Kapazität auftritt. Ein hoher ESR reduziert den verfügbaren Entladestrom und erzeugt einen Spannungsabfall unter Last, wodurch die Haltezeit effektiv verkürzt wird.
Große Elektrolytkondensatoren können einen ESR von 0,1-1Ω haben. Für eine Relaisspule, die beim Abfallen 150mA zieht, bedeutet 1Ω ESR einen Verlust von 0,15V durch den Innenwiderstand – genug, um Ihre Marge zu reduzieren.
Update: Überprüfen Sie die ESR-Spezifikationen. Für Timing-Anwendungen bevorzugen Sie Typen mit niedrigem ESR (0,1Ω oder weniger).
Fehler #3: Parallelschaltung ohne Stromausgleich
Das Parallelschalten mehrerer Kondensatoren (z. B. vier 10.000μF-Kondensatoren anstelle eines 40.000μF-Kondensators) funktioniert in der Theorie gut, kann aber Probleme verursachen, wenn die Kondensatoren nicht übereinstimmende ESR- oder Leckströme aufweisen. Der “bessere” Kondensator leistet mehr Arbeit, altert schneller und fällt zuerst aus – dann sind die verbleibenden Kondensatoren plötzlich unterdimensioniert.
Update: Verwenden Sie beim Parallelschalten angepasste Kondensatoren aus derselben Produktionscharge. Fügen Sie jedem Kondensator kleine Serienwiderstände (0,1-0,5Ω) hinzu, um die Stromverteilung zu erzwingen.
Profi-Tipp #4: Der Trick mit dem bistabilen Relais ermöglicht Ihnen 1/10 der Kondensatorgröße für die gleiche Zeitsteuerung, indem Sie mechanischen Speicher anstelle von kontinuierlicher Leistung verwenden.
Der Geisterstrom-Timer: Timing, das den Stromausfall überlebt
Echte Ausschaltverzögerungsrelais lösen ein grundlegendes Paradoxon: Wie misst man die Zeit, wenn die Stromquelle der Uhr verschwindet?
Die Antwort liegt in Der letzte Atemzug des Kondensators– gespeicherte elektrische Energie, die allmählich entweicht und Relaisspulen und Timingschaltungen für Sekunden oder Minuten nach dem Verschwinden der Eingangsleistung mit Strom versorgt. Es ist Geisterstrom: genug Saft, um eine letzte Aufgabe zu erledigen, bevor er auf Null sinkt.
Drei Methoden erreichen dies:
- Kondensatorentladung (am häufigsten) – RC-Zeitkonstanten wandeln Energiespeicherung in präzises Timing um
- Bistabiles Relais + kleiner Kondensator (am effizientesten) – mechanischer Speicher benötigt nur Impulsenergie
- Kleine Batterie-Backup (längste Haltezeit) – Mikroampere-Verbrauch ermöglicht stundenlanges Timing
Die Physik ist elegant: Die 37%-Regel regelt die exponentielle RC-Entladung, aber Der Abfalltrick erweitert die praktische Zeitsteuerung um das 3-5-fache über naive Berechnungen hinaus, indem die Relais-Hysterese ausgenutzt wird.
Ein $2-Folienkondensator und ein $5-Relais können das erreichen, was einst einen $200-Pneumatik-Timer erforderte – kleiner, billiger, zuverlässiger und vor Ort einstellbar.
Moderne Steuerungssysteme erfordern eine Zeitsteuerung, die Stromunterbrechungen übersteht. Ob es sich um Kühlgebläse zur Verhinderung von Lagerschäden, Prozessventile zur Vervollständigung von Abschaltsequenzen oder Sicherheitsschaltungen zur Aufrechterhaltung des Schutzes während Transienten handelt, das echte Ausschaltverzögerungsrelais bietet eine Timing-Versicherung, wenn Standardelektronik ausfallen würde.
VIOX ELECTRIC bietet eine komplette Reihe von elektronischen Zeitrelais an, einschließlich echter Ausschaltverzögerungsmodelle mit kondensatorbasierter Energiespeicherung, die für Motorsteuerung, Prozessautomatisierung und Sicherheitsanwendungen geeignet sind. Unsere Zeitrelais erfüllen die Normen der IEC 61810 und gewährleisten einen zuverlässigen Betrieb über industrielle Temperaturbereiche (-25°C bis +70°C Umgebungstemperatur).
Für technische Spezifikationen und Auswahlhinweise wenden Sie sich an unser Applikationstechnik-Team. Wir helfen Ihnen, die richtige Timing-Lösung für Ihre Anwendung zu finden – kein Geisterstrom auf unserer Seite erforderlich.
