Relais

Themen:

Einführung
Relaisschaltungen
Messungen mit ein- und ausgeschaltetem Relais
Fehlerbehebung
Relaisstandorte

Einführung:
Das Relais wird in der Automobilelektronik häufig im Stromkreis von Verbrauchern eingesetzt, durch den viel Strom fließt. Je höher die Stromstärke, desto dicker Verdrahtung muss gemacht werden. Der Durchmesser des Drahtes bestimmt den maximal zulässigen Strom. Auf dicke Leitungen wollen wir möglichst verzichten, da Kabelstränge sonst zu groß und störanfällig werden. Ein zweites und noch wichtigeres Beispiel für die Verwendung von Relais ist das Steuerung durch ein Steuergerät. Ein hoher Strom ist mit mehr Wärme verbunden. Wir wollen die Wärme so weit wie möglich vom Steuergerät fernhalten. Beispiele für elektrische Komponenten, die von einem Relais gesteuert werden, sind:

Motorkühlgebläse;
Horn;
Heckscheibenheizung;
Steuergeräte;
Einspritzdüsen und Zündspule (Benzinmotor);
Kraftstofferhöhungspumpe;
Gedimmtes, hohes und/oder Nebellicht.

Die nächsten beiden Bilder zeigen einen Schaltplan des Relais und ein Bild eines echten Relais. Am Relais finden wir vier Anschlüsse mit Standard-DIN-Codes:

Steuerstromeingang (86)
Steuerstromausgang (85)
Hauptstromeingang (30)
Hauptstromausgang (87)

Ein Relais wandelt einen kleinen Steuerstrom in einen großen Hauptstrom um. Das ist ein Standardsatz, den viele Studenten und Techniker aussprechen können. Wenn Messungen an einem Relaisstromkreis durchgeführt werden müssen, kommt es oft zu Verwirrung durch die Codierung: Wo fließen Steuerstrom und Hauptstrom? Und wie soll gemessen werden, ob das Relais ordnungsgemäß funktioniert? In den folgenden Absätzen wird beschrieben, wie das Relais funktioniert, welche Spannungen Sie an einem ordnungsgemäß funktionierenden Relais messen sollten und wie Fehler gefunden werden können.

Das Bild unten zeigt ein deaktiviertes und aktiviertes Relais.

Relais deaktiviert:
Der Schalter (rotes Gehäuse) befindet sich im Diagramm zwischen dem Ausgang des Relais (Klemme 85) und der Masse der Batterie (Karosserie). In Wirklichkeit befindet sich dieser Schalter möglicherweise im Armaturenbrett, beispielsweise der Nebelscheinwerferschalter.
Relais aktiviert:
Sobald der Fahrer den Schalter betätigt, schließen sich die Kontakte. Dadurch wird der Stromkreis auf der Steuerstromseite geschlossen. Ein Strom fließt vom Pluspol der Batterie über 86, die Spule des Relais und über 85 und den Schalter zur Masse. Da Strom durch die Spule fließt, wird sie magnetisch und schließt den Schalter zwischen den Pins 30 und 87. Auch dort entsteht nun ein geschlossener Kreislauf. Ein Hauptstrom fließt über den Pluspol der Batterie, durch die Sicherung zur Klemme 30 des Relais, anschließend wird der Strom über Klemme 87 dem Verbraucher zugeführt. Der Verbraucher schaltet ein.

Auf den Bildern ist oft eine Lampe als Verbraucher zu sehen. In der Realität kann es sich dabei natürlich auch um andere elektrische Verbraucher/Aktoren handeln. Bei einer Relaisschaltung spielt es keine Rolle, welcher Verbrauchertyp angesteuert wird.

Der Steuerstrom durch ein Relais liegt üblicherweise zwischen 150 und 200 mA (0,15 – 0,2 A). Der Hauptstrom kann bis zu 20 oder 50 A betragen. Der maximal zulässige Hauptstrom ist häufig auf dem Gehäuse des Relais angegeben.

Relaisschaltungen:
Bei einem Relais wird ein Steuerstrom mit geringem Strom durch einen Schalter eingeschaltet, den wir manuell betätigen können, oder durch einen Steuergerät (ECU). Die Schaltung mit dem Steuergerät findet sich in den meisten modernen Fahrzeugen.

Ein Relais kann positiv oder geerdet sein. Für den Betrieb eines Relais spielt es keine Rolle, ob es durch Anlegen einer Spannungsversorgung oder Masse eingeschaltet wird: Sobald das Relais ein Plus und ein Minus erhält, fließt Strom durch die Spule. Die drei Bilder unten zeigen einen Massekreis mit Schalter und Steuergerät sowie einen Pluskreis.

Die Ausführungen, bei denen ein Steuergerät den Steuerstrom ein- und ausschaltet, haben mehrere Vorteile:

Der Fahrer kann das Steuergerät anweisen, den Verbraucher einzuschalten. Dies kann mit einem Schalter am Armaturenbrett oder über den digitalen Bordcomputer (ggf. über den Multimedia-Bildschirm) erfolgen;
Das Steuergerät kann das Relais als Reaktion auf ein Sensorsignal selbst ein- und ausschalten (z. B.: Motortemperatur hoch, Lüfter an) oder schalten Sie die Kraftstoffpumpe aus, wenn das Airbag-Steuergerät einen Unfall registriert. Die Steuerung durch das Steuergerät bietet daher Komfort, aber auch ein höheres Maß an Sicherheit.

In den Diagrammen in dieser Abbildung wird Anschluss 86 als Eingang und Anschluss 85 als Ausgang betrachtet. In der Praxis sehen wir regelmäßig, dass Hersteller diese Pins vertauschen: 85 Volt kommen an 12 an und 86 wird mit Masse verbunden. Das Relais kann dann wieder an Plus oder Masse angeschlossen werden. Dies lässt sich oft im Schaltplan nachschlagen, ansonsten zeigt die Messung, wie das Relais im Fahrzeug angeschlossen ist.

Messungen mit ein- und ausgeschaltetem Relais:
In der Einleitung wird beschrieben, wie der Steuerstrom und der Hauptstrom erzeugt werden. Wenn ein Verbraucher nicht mehr funktioniert, wird in der Regel zunächst der Fehlerspeicher ausgelesen und die Spannung am Verbraucher gemessen. Sofort V4-Messung Es kann festgestellt werden, ob ein Übergangswiderstand oder eine Unterbrechung in der Stromversorgung oder Masse vorliegt. Wenn ein Draht gebrochen ist, a Sicherung defekt ist, oder ein Schalter in der Position „offen“ bleibt, messen wir in V3 und/oder V4 einen Wert ungleich 0 Volt: also etwas ist im Gange. In diesem Abschnitt werden Beispielmessungen zur Überprüfung der Spannungen am Relais gezeigt. Wir gehen davon aus, dass 86 der Eingang und 85 der Ausgang der Steuerstromseite ist. Im vorherigen Absatz wurde erläutert, dass dies von den Herstellern manchmal umgekehrt wird.

Relais deaktiviert:
In diesem Text geht es um die Maße, die in den vier Bildern unten gezeigt werden. Bei ausgeschaltetem Relais messen wir mit Multimeter die Spannung an den vier Pins (86, 85, 30 und 87) im Verhältnis zur Masse (Karosserie oder mit einer Krokodilklemme am Masseanschluss der Batterie).

Messung 1: Am Eingang der Steuerstromseite des Relais (Pin 86) liegen 12 Volt (bzw. 24 Volt bei einem Nutzfahrzeug);
Messung 2: Bei ausgeschaltetem Relais wird die Spannung nicht verbraucht, sie beträgt also 12 Volt an Pin 85;
Messung 3: Am Eingang der Hauptstromseite (Pin 30) liegen 12 Volt an;
Messung 4: Da das Relais nicht angezogen ist, ist der Schalter im Relais geöffnet und an Pin 87 liegt eine Spannung von 0 Volt an.

Terminal 86:	12 v
Terminal 85:	12 v
Terminal 30:	12 v
Terminal 87:	0 v

Relais aktiviert:
Der Schalter ist geschlossen. Die Anschlüsse A1 und A2 sind miteinander verbunden. Der Steuerstromkreis wird geschlossen und ein Steuerstrom beginnt zu fließen. Bei eingeschaltetem Relais messen wir erneut die Spannung an den vier Pins (86, 85, 30 und 87) gegenüber Masse.

Messung 1: Am Eingang der Steuerstromseite des Relais (Pin 86) liegen 12 Volt an;
Messung 2: Die Spannung wird bei eingeschaltetem Relais verbraucht und in Magnetismus umgewandelt, sie beträgt also 0,1 Volt an Pin 85;
Messung 3: Am Eingang der Hauptstromseite (Pin 30) liegen 12 Volt an;
Messung 4: Da das Relais angezogen ist, ist der Schalter im Relais geschlossen und an Pin 87 liegt eine Spannung von 12 Volt an.

Terminal 86:	12 v
Terminal 85:	0,1 v
Terminal 30:	12 v
Terminal 87:	12 v

Fehlerbehebung:
Sollte der Verbraucher/Aktor nicht ordnungsgemäß funktionieren, können wir die Spannungen an den Relaisanschlüssen messen, um die Ursache der Störung zu ermitteln. Schaltet ein Relais nicht, kann die Ursache ein defektes Relais sein, ist jedoch die Sicherung defekt und erhält das Relais keine Eingangsspannung, kann es nichts schalten. Mit vier Messungen Am Relais (immer relativ zur Masse) können wir vieles ausschließen und gezielter nach der genauen Unterbrechung suchen.

Fehler 1: Das Relais schaltet nicht ein
Das Relais ist durch den Schalter mit Masse verbunden, es fließt jedoch kein Steuerstrom. Dadurch fließt kein Hauptstrom. Die Spannung an Pin 87 bleibt 0 Volt. Dies führt dazu, dass die anderen Pins des Relais gemessen werden. Nach dem Einschalten wird die Spannungsdifferenz zwischen Pin 86 und 85 gemessen und hier werden 12 Volt gemessen. In dieser Situation ist die Spule unterbrochen.

Die Spannungsdifferenz an einem ordnungsgemäß funktionierenden Relais beträgt 12 Volt, da die Spannung aufgebraucht ist. Mit dieser Messung scheint es in Ordnung zu sein, ist es aber nicht. Bei unterbrochener Spule messen wir ebenfalls 12 Volt, denn an den Messstiften wird eine Differenz von 12 Volt gemessen: Am roten Messstift kommen 12 Volt an und der schwarze Messstift zeigt – über den geschlossenen Schalter – 0 Volt an.

Besteht der Verdacht, dass die Spule im Relais defekt ist, kann der Widerstand gemessen werden. Das Relais muss demontiert werden und darf nicht mehr Teil des Stromkreises sein. Wir können den Widerstand zwischen den Pins 86 und 85 an den separaten Relaisanschlüssen messen.

Widerstand durch die Spule: etwa 60 bis 80 Ohm: OK
Widerstand durch die Spule: unendlich hoch (1. oder OL): Unterbrechung

Fehler 2: Das Relais schaltet nicht ein
Beim Betätigen des Schalters (rotes Gehäuse) oder nach dem Einschalten der ECU bleibt der Verbraucher ausgeschaltet. Die Messung an Pin 85 misst 12 Volt gegenüber Masse. Daraus können wir schließen, dass die Spannung in der Spule nicht verbraucht wurde, die Spule also nicht magnetisch geworden ist.

Eine Differenzmessung zwischen Pin 85 und Pin A1 am Schalter zeigt, ob die Leitung unterbrochen ist oder ob das Problem im Schalter liegt:

Spannungsunterschied zwischen 85 und A1: 12 Volt: Kabelbruch
Spannungsunterschied zwischen 85 und A1: 0 Volt: Das Problem liegt nicht im Kabel.

Wenn das Kabel in Ordnung ist, liegen auf beiden Seiten des Kabels 12 Volt an, was bedeutet, dass wir eine Differenz von 0 messen. Wenn wir eine 12-Volt-Differenz am Schalter (A1 im Vergleich zu A2) messen, liegt die Unterbrechung im Schalter. Mit anderen Worten: Der Schalter bleibt geöffnet. Diese 12 Volt messen wir auch bei unbetätigtem Schalter.

Fehler 3: Verbraucher bleibt eingeschaltet.
Eine mögliche Kundenbeschwerde besteht darin, dass der Kühlerlüfter des Fahrzeugs weiter läuft, obwohl das Fahrzeug einige Zeit geparkt und verriegelt ist. Der Kunde bemerkte dies am Geräusch des Lüfters. Eine andere Möglichkeit besteht darin, dass ein Kunde ein Leckstromproblem meldet: Die Batterie ist nach einem relativ kurzen Stillstand immer leer, der Zustand der Batterie und des Ladesystems ist jedoch in Ordnung. Wir reden dann darüber Leckstrom, oder ein heimlicher Konsument.

Die Messungen zeigen, dass kein Steuerstrom fließt (an Pin 85 liegen 12 Volt an), sondern dass ein Hauptstrom fließt.

In diesem Fall liegt die Ursache in einem „klebrigen“ Relaisschalter. Der Schalter zwischen 30 und 87 bleibt geschlossen, obwohl die Spule nicht magnetisch ist. Die Ursache kann im Alter liegen, wo Kontakte verbrannt werden.

Fehler 4: Das Relais schaltet ein, aber der Verbraucher funktioniert nicht
Beim Einschalten des Relais ist in den meisten Fällen ein hörbares Schließen des Schalters zwischen 30 und 87 zu hören. Pin 86 hat 12 Volt und Pin 85 hat 0,1 Volt im Vergleich zur Masse. Das bedeutet, dass ein Steuerstrom fließt und die Spannung in der Spule verbraucht wird. Der Regelkreis ist also in Ordnung.

Pin 30 hat 0 Volt gegenüber Masse. Das Relais hat den Hauptstromkreis geschlossen, geht aber nichts rein, kann auch nichts durchgeschaltet werden. In diesem Fall ist die Sicherung defekt.

Ein Sicherung geht nicht einfach kaputt. Es ist ein zu hoher Strom durch die Sicherung geflossen, daher ist es wichtig, nach der Ursache zu suchen. Beispielsweise sind möglicherweise zu viele Verbraucher an der Sicherung angeschlossen (denken Sie an mehrere 12-Volt-Anschlüsse für Zubehör) oder es wurde in der Vergangenheit eine Sicherung mit dem falschen Wert installiert.

Fehler 5: Das Relais schaltet ein, aber der Verbraucher funktioniert nicht
Wenn die Spannungen an den vier Anschlüssen des Relais korrekt sind, können Sie sicher sein, dass das Relais ordnungsgemäß angesteuert wird, die Eingangsspannungen korrekt sind und das Relais ordnungsgemäß funktioniert. Die Spannung an Pin 87 beträgt beim Einschalten des Relais 12 Volt und beim Ausschalten wieder 0 Volt.

Wenn der Verbraucher nicht funktioniert, ist die Wahrscheinlichkeit groß, dass der Verbraucher selbst defekt ist oder dass ein Kabelbruch zwischen Relais und Verbraucher oder zwischen Verbraucher und Masse vorliegt. In diesem Fall bietet eine V4-Messung des Verbrauchers Abhilfe, um den Fehlerort zu ermitteln.

Wenn die Spannung am Verbraucher gleich der Batteriespannung, also 12 Volt, ist, ist der Verbraucher defekt. In diesem Beispiel das Filament des Lampe kaputt.

Fehler 6: Das Relais schaltet ein, der Verbraucher funktioniert, aber nicht gut genug
Der Verbraucher arbeitet zwar, aber mit halber Leistung. Bei einer Lampe ist dies an einem schwachen Licht zu erkennen, was vor allem dann auffällt, wenn mehrere Lampen eingeschaltet sind und eine davon unterschiedlich hell ist. Ein Verbraucher könnte auch ein Elektromotor sein, der sich langsam dreht, oder eine Hupe, die zu wenig Ton erzeugt. In diesem Fall geben wir a ein V4-Messung zum Hauptströmungsabschnitt hinaus. Das Relais schaltet den Verbraucher ein, sodass wir uns nicht auf den Steuerstromteil konzentrieren müssen.

Bei der V4-Messung im Bild unten links sehen wir, dass die Lampe mit 9 Volt brennt, während die Batteriespannung 12 Volt beträgt. Im V3 (von Plusbatterie zur Pluslampe) wird eine Spannungsdifferenz von 3 Volt gemessen. Dieser geht im Plusstromkreis verloren. Folgemessungen zeigen, ob der Spannungsverlust vor dem Relais, im Relais oder nach dem Relais (zwischen Pin 87 und B1) auftritt. Das Bild unten rechts zeigt, dass die Spannungsdifferenz am Relais (30 gegenüber 87) 3 Volt beträgt. Der Spannungsverlust tritt im Relais auf. Die Kontakte des Schalters sind verschmutzt oder verbrannt, wodurch ein Übergangswiderstand entsteht.

Zusammenfassung:
Aufgrund der ausführlichen Fehlerbeschreibung und der großen Bilder finden Sie hier eine Zusammenfassung der verschiedenen Fehler und Ursachen:

1 . speichern: Das Relais schaltet nicht ein, weil die Relaisspule defekt ist. Durch die Spule kann kein Strom mehr fließen, wodurch die Spule nicht mehr magnetisch werden kann. Mit einer Widerstandsmessung lässt sich der Bruch erkennen: Etwa 60 bis 80 Ohm sind gut, unendlich hoch bedeutet Unterbrechung;
2 . speichern: Das Relais schaltet nicht ein, da die Leitung zwischen Pin 85 (Steuerstromausgang) im Schalter unterbrochen ist. In diesem Fall bleibt die Spannung an Pin 85 auch im eingeschalteten Zustand bei 12 Volt;
3 . speichern: Das Relais bleibt hängen und der Verbraucher bleibt eingeschaltet. Die Spannung an Pin 87 bleibt 12 Volt, auch wenn das Relais nicht aktiviert ist. Dies kann durch Sehen oder Hören wahrgenommen werden, jedoch in einer „stillen“ (heimlich) Verbraucher, die Batterie ist leer;
4 . speichern: Das Relais schaltet ein, aber der Verbraucher funktioniert aufgrund einer defekten Sicherung nicht;
5 . speichern: Da der Verbraucher defekt ist, funktioniert er nicht mehr. Die vier Messungen am Relais schließen aus, dass es sich um die Steuerung handelt;
6 . speichern: Ein Übergangswiderstand sorgt dafür, dass der Verbraucher/Aktor schlechter funktioniert. Mithilfe der V4-Messung kann der Ort des Übergangswiderstands ermittelt werden. Im Beispiel wird eine Spannungsdifferenz am Schalter zwischen 30 und 87 gemessen, was zeigt, dass ein Spannungsverlust durch den Übergangswiderstand im Relais vorliegt.

Fazit:
Die sechs möglichen Fehlerursachen, auf die wir in Fahrzeugen stoßen können, zeigen, wie wichtig das Wissen und die Fähigkeiten zur Messung der Spannungen am Relais sind. Die Messung der vier Anschlüsse liefert schnell eine Suchrichtung und man weiß schnell, ob etwas im Eingangs- oder Ausgangssteuerstrom, im Eingangs- oder Ausgangsstrom des Hauptstroms oder im Relais nicht stimmt.

Standorte der Staffeln:
Relais werden oft an einer Stelle im Auto montiert. Dies kann im Sicherungskasten (wie im Bild gezeigt) oder auf einer separaten Relaisplatte erfolgen. Möglicherweise sind auch Relais im Motorraum montiert, beispielsweise das Motorkühlgebläserelais. Die Relaispositionen finden Sie in der Bedienungsanleitung bzw. Werkstattdokumentation des Fahrzeugs.

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