Direkte Antwort: Was bedeuten die Begriffe der Relaisspulenspannung?
Die Relaisspulenspannung ist nicht nur die auf dem Produktetikett aufgedruckte Spannung. Ein Relais hat zudem eine Anzugsspannung, eine Abfallspannung und eine Haltespannung. Diese Werte erklären, wann das Relais anzieht, wann es abfällt und ob es bei Spannungsschwankungen erregt bleiben kann.
Die Nennspulenspannung ist die nominale Steuerspannung, für die das Relais ausgelegt ist. Die Anzugsspannung ist die Mindestspannung, die erforderlich ist, damit das Relais schaltet. Die Abfallspannung ist die Spannung, unterhalb derer das Relais abfällt. Die Haltespannung ist die Mindestspannung, die benötigt wird, um das Relais im erregten Zustand zu halten, nachdem es bereits angezogen hat.
Wichtigste Erkenntnisse
- Ein 24V-Relais benötigt nicht immer exakt 24V zum Anziehen, muss jedoch eine Spannung erhalten, die über seiner Anzugsspannung liegt.
- Die Haltespannung ist in der Regel niedriger als die Anzugsspannung, sodass ein Relais bei einer Spannung erregt bleiben kann, die nicht ausreichen würde, um es aus dem Ruhezustand anziehen zu lassen.
- Die Abfallspannung ist entscheidend, wenn das Relais nach dem Entfernen des Steuersignals sauber abfallen muss.
- Lange Steuerleitungen, schwache Stromversorgungen, überlastete 24V-DC-Stromkreise oder eine falsche Auswahl der AC/DC-Spule können zu Relaisflattern oder Funktionsstörungen führen.
- Die Endwerte hängen vom Datenblatt des Relais ab; gehen Sie nicht davon aus, dass alle Relaismarken die gleiche Anzugs- oder Abfallspannung aufweisen.
Begriffe zur Relaisspulenspannung auf einen Blick
| Begriff | Bedeutung | Warum es wichtig ist |
|---|---|---|
| Nennspulenspannung | Nennspannung, für die die Spule ausgelegt ist | Hauptwert bei der Auswahl von 12V-, 24V-, 110V-, 120V-, 230V- oder 240V-Relais |
| Anzugsspannung / Betriebsspannung | Mindestspannung, bei der das Relais zuverlässig schaltet | Wichtig, wenn Spannungsabfall oder schwache Versorgung das Anziehen verhindern |
| Abfallspannung / Auslösespannung | Spannung, unterhalb derer das Relais abfällt | Beeinflusst das Rücksetzverhalten und ungewolltes Halten |
| Haltespannung | Mindestspannung, die erforderlich ist, um das Relais nach dem Anziehen im erregten Zustand zu halten | Erklärt, warum ein Relais bei niedrigerer Spannung eingeschaltet bleiben kann |
| Maximal zulässige Spannung | Höchste Spulenspannung, die das Relais innerhalb der Grenzwerte tolerieren kann | Verhindert Überhitzung und Spulenschäden |
| Spulenspannungstoleranz | Zulässiger Betriebsbereich um die Nennspannung | Wichtig bei instabilen Versorgungsspannungen und Steuertransformatoren |
Zur Auswahl der Zeitrelaisspannung anhand gängiger Versorgungswerte siehe VIOX Auswahlhilfe für Zeitrelaisspannungen.
Nennspulenspannung: Die auf dem Relais aufgedruckte Nummer
Die Nennspulenspannung ist die nominale Steuerspannung für die Relaisspule. Gängige Beispiele sind:
- 12 V Gleichstrom
- 24V DC
- 24V AC
- 110V AC
- 120V AC
- 220V AC
- 230V AC
- 240V AC
Dies ist der erste Wert, den Käufer normalerweise prüfen, aber er ist nicht die ganze Geschichte. Ein Relais mit der Kennzeichnung 24V DC ist für einen 24V DC-Steuerstromkreis ausgelegt, aber das Datenblatt kann einen zulässigen Betriebsbereich um diesen Wert herum definieren.
Wählen Sie ein Relais nicht nur nach der Lastspannung aus. Die Spulenspannung ist die Spannung, die an die Steuerspule angelegt wird. Die Kontaktbelastbarkeit ist die Spannung und der Strom, die die Relaiskontakte schalten können. Dies sind unterschiedliche Teile des Relais.
Ansprechspannung: Warum ein Relais nicht anzieht
Die Ansprechspannung, auch Betätigungsspannung genannt, ist die Mindestspannung, die erforderlich ist, damit sich der Relaisanker bewegt und die Kontakte schließt oder umschaltet.
Wenn die Spule weniger als die Ansprechspannung erhält, kann das Relais:
- zieht nicht an
- zieht langsam an
- rattert
- brummt
- schaltet nur im unbelasteten Zustand
- funktioniert auf dem Prüfstand, aber nicht im eigentlichen Schaltschrank
Dies tritt häufig in 24V-DC-Steuerstromkreisen mit langen Leitungswegen, unterdimensionierten Leitungen, überlasteten Netzteilen oder zu vielen Relaisspulen und Magnetventilen an derselben Spannungsversorgung auf.
Beispiel: 24V-Relais an einer langen Steuerleitung
Angenommen, ein 24V-DC-Relais ist am Ende eines langen Kabels installiert. Die Spannungsversorgung misst am Schaltschrank 24V, aber an der Relaisspule kommen nur 19V an, wenn andere Lasten eingeschaltet sind.
Wenn die Anzugsspannung des Relais höher ist als die tatsächliche Spannung an den Spulenklemmen, arbeitet das Relais nicht zuverlässig. Die Lösung besteht nicht darin, zuerst ein “anderes Relais zu versuchen”. Messen Sie die Spannung an der Relaisspule während des Betriebs und prüfen Sie anschließend den Kabelquerschnitt, die Kapazität der Spannungsversorgung, die Klemmenanschlüsse und den Laststrom.
Abfallspannung: Wenn das Relais abfällt
Die Abfallspannung, auch Rückfallspannung genannt, ist die Spannung, unterhalb derer das Relais in seinen Normalzustand zurückkehrt.
Dies ist wichtig, wenn:
- das Relais bei Abschaltung der Stromversorgung schnell abfallen muss
- Restspannung in einem Steuerkreis verbleibt
- Ein SPS-Ausgang weist einen geringen Leckstrom auf
- Ein RC-Glied oder ein Überspannungsschutz hält die Spannung an der Spule aufrecht
- Das Relais bleibt länger als erwartet angezogen
Wenn die Spulenspannung nicht unter die Abfallspannung fällt, kann das Relais angezogen bleiben oder nur verzögert abfallen. Dies kann zu verwirrenden Fehlersymptomen führen: Das Steuersignal erscheint als AUS, aber die Relaiskontakte bleiben geschlossen.
Haltespannung: Warum ein Relais bei niedrigerer Spannung eingeschaltet bleiben kann
Die Haltespannung ist die Mindestspannung, die erforderlich ist, um das Relais im angezogenen Zustand zu halten, nachdem es bereits geschaltet hat. Sie ist in der Regel niedriger als die Anzugsspannung, da weniger Magnetkraft benötigt wird, um den Anker geschlossen zu halten, als ihn aus der Ruheposition anzuziehen.
Der physikalische Grund ist der magnetische Luftspalt. Bevor ein Relais schaltet, ist der Anker offen, der Luftspalt im Magnetkreis ist groß und der magnetische Widerstand ist hoch. Die Spule benötigt ein stärkeres Magnetfeld, was einen höheren Strom und eine höhere Spannung erfordert, um den Anker anzuziehen. Nachdem das Relais geschaltet hat, ist der Anker geschlossen, der Luftspalt wird sehr klein, der magnetische Widerstand sinkt drastisch und es wird deutlich weniger Spulenenergie benötigt, um das Relais geschlossen zu halten.
Dies erklärt eine häufige Beobachtung in der Praxis:
- Das Relais zieht bei niedriger Spannung nicht an
- aber sobald es erregt ist, kann es angezogen bleiben, selbst wenn die Spannung abfällt
Die Haltespannung ist wichtig bei instabilen Versorgungen, batteriegestützten Steuerstromkreisen und Systemen, bei denen Spannungseinbrüche auftreten, wenn Motoren, Magnetspulen oder Schütze einschalten.
Anzugsspannung vs. Haltespannung
| Bedingung | Anzugsspannung | Haltespannung |
|---|---|---|
| Relaiszustand vor dem Anlegen der Spannung | Spannungsfrei | Bereits unter Spannung |
| Was es tun muss | Den Anker anziehen | Den Anker gehalten lassen |
| Typisches Verhältnis | Höher | Unter |
| Fehlersymptom | Relais schaltet nicht | Relais fällt bei Spannungseinbruch ab |
| Häufige Ursache | Spannungsabfall, schwache Versorgung, falsche Spulenspannung | Versorgungseinbruch, überlasteter Steuertransformator, lose Klemme |
Bei Steuerstromkreisen mit Zeitrelais, Schützen und Magnetspulen sind beide Werte von Bedeutung. Ein Relais, das bei der Prüfung korrekt anzieht, kann im laufenden Maschinenbetrieb abfallen, wenn die Steuerspannung unter Last einbricht.
Betrachten Sie einen Relaiszyklus als Spannungszeitverlauf. Die Spule beginnt bei 0V. Sobald die Spannung den Anzugsschwellenwert überschreitet, zieht der Anker an und die Kontakte ändern ihren Zustand. Sobald das Relais geschlossen ist, kann die Spule eine gewisse Spannungsreduzierung tolerieren, solange die Spannung über dem Halteschwellenwert bleibt. Wenn das Steuersignal entfernt wird und die Spulenspannung unter den Abfallschwellenwert fällt, löst das Relais aus und kehrt in seine normale Kontaktstellung zurück.
AC-Spule vs. DC-Spule: Nicht gegeneinander austauschen
AC- und DC-Relaisspulen sind nicht austauschbar, es sei denn, das Relais ist speziell für einen AC/DC-Universaleingang ausgelegt.
| Spulentyp | Hauptverhalten | Häufiger Fehler |
|---|---|---|
| DC-Spule | Ausgelegt für Gleichstrom, bei einigen Ausführungen unter Berücksichtigung der Polarität | Anlegen von Wechselstrom an eine DC-Spule |
| AC-Spule | Ausgelegt für Wechselstrom und magnetisches Verhalten bei Netzfrequenz | Anlegen von Gleichstrom an eine AC-Spule |
| Universelle AC/DC-Spule | Mit interner Elektronik für einen breiteren Eingangsspannungsbereich ausgelegt | Annahme, dass alle modernen Relais universell einsetzbar sind |
Die Verwendung des falschen Spulentyps kann zu Brummen, Überhitzung, Ansprechfehlern oder Spulenschäden führen. Überprüfen Sie immer die exakte Spulenkennzeichnung, nicht nur den Spannungswert.
Spannungsabfall in Steuerstromkreisen
Spannungsabfall ist einer der häufigsten Gründe, warum ein Relais nicht zuverlässig anzieht.
Mögliche Ursachen sind:
- Lange Leitungslängen
- Unterdimensionierte Steuerleitungen
- Schwache 24V DC-Spannungsversorgung
- Zu viele Verbraucher an einer Steuerspannungsversorgung
- Lose Klemmen
- Spannungsabfall über den Transistorausgängen der SPS
- Einbruch der AC-Steuertransformatorspannung unter Last
Messen Sie bei Niederspannungs-Steuerstromkreisen die Spannung direkt an den Anschlüssen der Relaisspule, während der Stromkreis in Betrieb ist. Eine Messung nur an der Spannungsversorgung kann dazu führen, dass das Problem übersehen wird.
Praxisbeispiel: 50 m Steuerleitung an einem 24V DC-Förderband-Schaltschrank
Ein häufiger Fehlerfall bei der Fehlersuche im Schaltschrank ist ein 24V DC-Relais, das am Ende einer langen Förderstrecke installiert ist. Die Steuerspannungsversorgung zeigt im Schaltschrank 24V an, die Versorgung scheint also in Ordnung zu sein. Wenn jedoch das Magnetventil des Förderbands und die Kontrollleuchten gleichzeitig eingeschaltet werden, liegt an der Relaisspule am entfernten Ende aufgrund des Leitungswiderstands, der gemeinsamen Rückleitung und des Spannungsabfalls an den Klemmen eine niedrigere Spannung an.
Auf dem Prüfstand funktioniert das Relais. In der Maschine flattert es oder zieht nicht an. Der Unterschied besteht darin, dass der Test auf dem Prüfstand das Relais unter idealen Verdrahtungsbedingungen prüft, während der Test in der Maschine die tatsächliche Anzugsspannungsreserve aufdeckt. Die praktische Lösung besteht darin, die Spannung während des ungünstigsten Betriebsmoments direkt an A1/A2 oder den Spulenanschlüssen zu messen und anschließend die Verdrahtung, die Dimensionierung der Spannungsversorgung, die Klemmenverbindung oder die Wahl der Relaisspulenspannung zu korrigieren.
Relaisflattern: Spannung ist oft die Ursache
Relaisflattern bedeutet, dass das Relais schnell anzieht und wieder abfällt. Es kann wie ein Summen oder Klicken klingen.
Häufige spannungsbedingte Ursachen:
| Symptom | Wahrscheinliche Spannungsursache |
|---|---|
| Relais summt, zieht aber nicht an | Spulenspannung unterhalb der Anzugsspannung |
| Relais zieht an und fällt dann wieder ab | Versorgungsspannung fällt unter die Haltespannung |
| Relais bleibt nach Abschalten des Steuerausgangs eingeschaltet | Spulenspannung bleibt über der Abfallspannung |
| Relais überhitzt | Falsche Spulenspannung oder Überspannung |
| Relais funktioniert einzeln, versagt jedoch bei anderen Lasten | Netzteil oder Transformator kann die Gesamtlast nicht bewältigen |
Mechanischer Verschleiß, Schmutz, Vibrationen und Kontaktprobleme können ebenfalls Relaisprobleme verursachen, aber die Spulenspannung sollte frühzeitig überprüft werden, da sie leicht zu messen ist.
Zeitrelais-Spulenspannung: Was ist der Unterschied?
Ein Zeitrelais kann sowohl eine Spule/einen Steuereingang als auch eine elektronische Zeitgeberschaltung enthalten. Dies macht die Spannungsauswahl bei einigen Anwendungen empfindlicher als bei einem einfachen elektromechanischen Relais.
Bei der Auswahl eines Zeitrelais sind folgende Punkte zu prüfen:
- Bemessungssteuerspannung
- AC- oder DC-Eingangstyp
- zulässiger Spannungsbereich
- Rücksetzspannung oder Rückfallverhalten
- Triggereingangsspannung
- Leistungsaufnahme
- Ausgangskontaktbelastbarkeit
- Zeitgenauigkeit bei Spannungsschwankungen
Wenn ein Zeitrelais unerwartet zurücksetzt, liegt das Problem möglicherweise nicht an der Zeitfunktion. Die Steuerspannung könnte unter den Betriebsbereich des Relais abfallen.
Informationen zur Produktauswahl finden Sie auf der Produktseite für Zeitrelais und So wählen Sie das richtige Zeitrelais aus.
So überprüfen Sie die Relaisspulenspannung vor Ort
Wenden Sie sichere elektrische Prüfverfahren an und befolgen Sie die Standortvorschriften. Wenn sich der Stromkreis in einem unter Spannung stehenden Schaltschrank befindet, sollte die Messung durch qualifiziertes Personal durchgeführt werden.
Prüfablauf vor Ort:
- Überprüfen Sie die Spulenkennzeichnung: AC, DC, Spannungswert und Anschlussbezeichnungen.
- Messen Sie die Versorgungsspannung an der Stromquelle.
- Messen Sie die Spannung während des Betriebs direkt an den Anschlüssen der Relaisspule.
- Vergleichen Sie die gemessene Spannung mit dem Betriebsbereich im Datenblatt.
- Überprüfen Sie die Spannung während des Einschaltmoments anderer Lasten.
- Überprüfen Sie die Anschlüsse, den Leitungsquerschnitt, den Steuertransformator und die Last des Netzteils.
- Prüfen Sie, ob SPS-Ausgänge, Sensoren oder Entstörglieder eine Restspannung an der Spule hinterlassen.
Die aussagekräftigste Messung ist in der Regel nicht die Leerlauf-Versorgungsspannung, sondern die Spannung an der Relaisspule, wenn das Relais betätigt werden soll.
Häufige Auswahlfehler
| Fehler | Ergebnis |
|---|---|
| Anpassung der Relaisspulenspannung an die Lastspannung | Falsches Relais ausgewählt |
| Nichtbeachtung der Anzugsspannung | Relais zieht nicht zuverlässig an |
| Nichtbeachtung der Abfallspannung | Relais fällt nicht sauber ab |
| Nichtbeachtung der Haltespannung | Relais fällt bei Spannungseinbrüchen ab |
| Verwendung einer AC-Spule an DC oder einer DC-Spule an AC | Brummen, Überhitzung oder Spulenschaden |
| Messung nur an der Spannungsversorgung | Übersehen des Spannungsabfalls an den Relaisklemmen |
| Hinzufügen eines Überspannungsschutzes ohne Überprüfung des Abfallverhaltens | Relais kann verzögert abfallen oder angezogen bleiben |
| Annahme, dass sich alle 24V-Relais gleich verhalten | Unterschiedliche Datenblätter können unterschiedliche Betriebsbereiche aufweisen. |
FAQ
Was ist die Nennspulenspannung eines Relais?
Die Nennspulenspannung ist die Nennspannung, für die die Relaisspule ausgelegt ist, wie z. B. 12V DC, 24V DC, 120V AC oder 230V AC.
Was ist die Ansprechspannung bei einem Relais?
Die Ansprechspannung ist die Mindestspannung, die erforderlich ist, damit das Relais schaltet und seinen Kontaktzustand aus der Ruhestellung ändert.
Was ist die Abfallspannung bei einem Relais?
Die Abfallspannung ist die Spannung, unterhalb derer das Relais abfällt und in seinen Normalzustand zurückkehrt.
Was ist die Haltespannung bei einem Relais?
Die Haltespannung ist die Mindestspannung, die erforderlich ist, um das Relais nach dem Anziehen im angezogenen Zustand zu halten. Sie ist in der Regel niedriger als die Ansprechspannung.
Warum zieht mein Relais nicht an?
Mögliche Ursachen sind eine zu niedrige Spulenspannung, ein falscher AC/DC-Spulentyp, ein Spannungsabfall in der Steuerleitung, eine schwache Stromversorgung, lose Klemmen oder eine beschädigte Relaisspule.
Warum rattert mein Relais?
Ein Relaisrattern tritt häufig auf, wenn die Spulenspannung nahe am Ansprech- oder Halteschwellenwert liegt. Das Relais zieht an, die Spannung sinkt ab und das Relais fällt wieder ab.
Kann ich ein 24V DC-Relais mit 24V AC betreiben?
Nein, es sei denn, das Datenblatt des Relais gibt ausdrücklich an, dass die Spule AC/DC-Eingänge unterstützt. AC- und DC-Spulen sind unterschiedlich konstruiert.
Warum bleibt ein Relais nach dem Abschalten der Stromversorgung angezogen?
The coil may still have residual voltage from leakage current, stored energy, a suppression circuit, or incorrect wiring. If voltage remains above drop-out voltage, the relay may not release.
Is holding voltage the same as pick-up voltage?
No. Pick-up voltage is needed to pull the relay in from rest. Holding voltage is needed to keep it energized after it has already operated.
How do I choose the correct relay coil voltage?
Match the relay coil to the control circuit voltage and AC/DC type, then check pick-up voltage, drop-out voltage, allowable voltage range, power consumption, and voltage drop in the actual wiring.
Fazit
Relay coil voltage is more than a label value. Rated voltage tells you what control supply the relay is designed for, but pick-up voltage, drop-out voltage, and holding voltage explain how the relay behaves in real circuits.
If a relay does not pull in, chatters, overheats, stays energized, or resets unexpectedly, measure the voltage at the coil terminals under real operating conditions. In many control panels, the problem is not the relay contact or timing function. It is the coil voltage seen by the relay at the moment it needs to operate.
