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Relais und Schütze sind elektromechanische und heute auch immer häufiger elektronische Schaltgeräte, mit denen vielfältige Aufgaben in der elektrischen Steuerungstechnik gelöst werden. Während standardmäßige Relais und Schütze abhängig vom Anliegen der Steuerspannung die Arbeitskontakte sowie eventuell vorhandenen Hilfskontakte öffnen oder schließen, gibt es auch spezialisierte Relaistypen, die für bestimmte Aufgaben konzipiert sind. Dazu gehören die Koppelrelais.

Wissenswertes zu Koppelrelais

Für welche Aufgaben werden Koppelrelais benötigt?

Koppelrelais, manchmal auch als Schnittstellen- oder Interface-Relais bezeichnet, dienen zur elektrischen Verbindung von Steuer-Signalleitungen in verschiedenen Anlagenteilen. Es ist möglich, dass die einzelnen Funktionselemente, die mit einem elektrischen Automatisierungssystem, in der Regel eine Speicherprogrammierbare Steuerung (SPS), verbunden werden müssen, auf unterschiedlichen Spannungspotentialen liegen. Das ist zum Beispiel dann der Fall, wenn die externen Funktionselemente aus einer anderen Phase des Drehstromnetzes gespeist werden als die Steuerung. Um Störungen oder Fehlfunktionen, die davon verursacht werden könnten, auszuschließen, ist eine saubere Trennung notwendig.

Die häufigste Anwendung von Koppelrelais ist die Verbindung von Sensoren mit den Eingängen und von Aktoren mit den Ausgängen einer SPS. Solche Konfigurationen gibt es in der Praxis nicht nur bei Maschinensteuerungen in der Fertigung, sondern auch z. B. in Verpackungsmaschinen und Abfüllanlagen, Etikettiermaschinen, automatischen Lagersystemen, bei Ampelsteuerungen, Hebezeugen sowie Kränen usw. Sensoren können beispielsweise Lichtschranken, Füllstandsmesser, Wiegeinrichtungen, Drucksensoren, aber auch Endschalter usw. sein. Aktoren sind beispielsweise Magnetventile, Stellmotoren, Transportbänder usw. Die Sensoren und Aktoren sind in der Regel in eigene elektrische / elektronische Subsysteme eingebunden.

Wie funktionieren Koppelrelais?

Grundsätzlich unterscheidet sich die Funktion eines Koppelrelais nicht von der eines klassischen Relais. Wie bei einem klassischen elektromagnetischen Relais (EMR) ist der Laststromkreis mit seinen Kontakten von dem Betätigungsstromkreis mit der Magnetspule elektrisch und mechanisch eindeutig getrennt. Um diese Galvanische Trennung auch bei elektronischen Relais / Halbleiterrelais (SSR) realisieren zu können, werden hier Eingangs- und Ausgangs-Stromkreise über Optokoppler verbunden. Bei der Kopplung von Gleichspannungssignalen kommen hier Optokoppler mit Fototransistoren, bei Kopplung von Wechselspannungen Optokoppler mit Fototriacs zur Anwendung.

Welche Eigenschaften müssen Koppelrelais haben?

Die eindeutige galvanische Trennung der Steuerung von den Sensoren- und Aktorensystemen bemisst sich an den Isolationswerten zwischen der Magnetspule und dem Kontaktsatz des Koppelrelais. In der Praxis werden hier die Isolations-Nennspannung sowie die Überspannungskategorie, beispielsweise nach IEC 664-1 angegeben.

Koppelrelais sind kritische Komponenten im Steuerungssystem, deshalb ist ein hoher Grad an Funktionssicherheit eine wichtige Eigenschaft. So ist die Lebensdauer, d. h. die maximale Anzahl der Schaltspiele des Relais beispielsweise abhängig vom verwendeten Kontaktmaterial, hier z. B. AgNi oder AgSnO2.

Um einen sicheren Schaltvorgang garantieren zu können, sind mache Koppelrelais mit zwangsgeführten Kontakten ausgestattet. Hier werden die Schließer- und Öffnerkontakte mechanisch miteinander verbunden, was verhindert, dass Schließer und Öffner gleichzeitig geschlossen sind.

Dies ist beispielsweise der Fall, wenn Kontakte im Betrieb von einem Lichtbogen verschweißt worden sind. Mit einer geeigneten Auswerteschaltung wird dann dieser Fehlerzustand zuverlässig erkannt.

Relais mit 2 Wechslern und dem Kontaktmaterial AgNi

Welche Bauformen haben Koppelrelais?

Relaismodul mit Anschluss über eine Schraubklemme

Weil Koppelrelais überwiegend in elektrischen Steuerungsanlagen verwendet werden, sind sie meistens in Gehäusen eingebaut, die sich auf den in Schaltschränken üblichen Tragschienen, d. h. Hutschienen nach DIN EN 60715, montieren lassen.

Die Anschlüsse liegen an der oberen oder unteren Seite, so dass sie sich wie andere Komponenten wie z. B. Schütze oder Zeitschalter, einfach mit Kabelkanälen verdrahten lassen. Die Anschlüsse können als Schraubklemmen oder Push-In-Klemmen ausgeführt sein. Letztere ermöglichen zeitsparende Verdrahtung.

Weil in umfangreicheren Steuerungen in der Regel eine große Zahl von Sensoren und Aktoren anzuschließen sind, werden auch viele Koppelrelais benötigt. Um diese im Schaltschrank besser unterbringen zu können, bieten einige Hersteller auch Ausführungen in einem besonders schmalen Gehäuse an.

Marktübliche Koppelrelais sind RoHS-konform und in der Regel UL- oder ISO-zertifiziert.

Was ist bei der Auswahl und beim Betrieb von Koppelrelais zu beachten?

Abhängig von der Anwendung und den anzuschließenden Sensoren / Aktoren müssen die zulässigen elektrischen Daten der Koppelrelais gewählt werden. Maximale Spannungs-, Strom- und Schaltleistungswerte, wie sie in den Datenblättern angegeben werden, dürfen im Betrieb nicht überschritten werden. Auch die Anzahl und Art der schaltenden Kontakte - Schließer oder Wechsler - hängt von der Anforderung der jeweiligen Anwendung ab.

Das Angebot der verschiedenen Hersteller ist sehr umfangreich. Es gibt beispielsweise Typen für 24 V DC, 48 V DC oder 240 V AC. Kontakte sind in der Regel für bis zu 240 V AC / 6 A oder mehr ausgelegt.

Klassische elektromagnetische Relais (EMR) und elektronische Relais / Halbleiterrelais (SSR) unterscheiden sich heute bezüglich der Funktionalität kaum noch voneinander. Im Vergleich zu EMR arbeiten SSR geräuschlos und haben eine längere Lebensdauer, wenn sie nicht überlastet werden. In einige Koppelrelais lässt sich zu deren Schutz optional ein Sicherungselement einbauen.

Koppelrelais mit Taster und Schalter erleichtern die Inbetriebnahme, Wartung, Überwachung und Reparatur von industriellen Anlagen.

Steckrelais mit einer besonders schmalen Bauform dadurch hat es nur eine Breite von 6,2 mm
Relaiskoppler mit Taster- und Schalterbausteinen erleichtern die Inbetriebnahme von Anlagen
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