Zeitrelais: Funktionsprinzip, Anschlussschema und Einstellungsempfehlungen

Ein Gerät, das nach Ablauf eines festgelegten Zeitintervalls auslöst, wird als Zeitrelais bezeichnet – das Gerät findet breite Anwendung in der Elektrotechnik, Elektrik und Elektronik. Durch seinen Einsatz in Schaltungslösungen können flexiblere Steuerungsfunktionen für verschiedene Geräte und Apparate realisiert werden.

Je nach Konstruktion und Funktionsprinzip des Geräts können elektrische Schaltungen unterschiedlicher Komplexität realisiert werden.

Wir schlagen vor, zu verstehen, welche Arten von Zeitrelais es gibt, was ihre Besonderheiten in der Funktionsweise und Anwendung sind. Das theoretische Material wird durch praktische Empfehlungen zum Anschluss und zur Einstellung des Zeitsteuerungsgeräts ergänzt.

Funktionsprinzip des Zeitrelais

Elektronische Geräte bieten eine konstruktive Vielfalt, daher sollte das Funktionsprinzip des Zeitrelais unter Berücksichtigung jeder konstruktiven Variante einzeln betrachtet werden.

So sieht eine der zahlreichen Konstruktionen von Zeitrelais aus. Im Grunde ähnelt das Gerät einem normalen Schalter, dessen Funktion jedoch an den Zeitablauf gebunden ist.

Hinsichtlich der ausgeführten Aktionen werden in der Praxis elektromagnetische, pneumatische, elektronische Konstruktionen sowie Geräte mit Uhrwerk eingesetzt.

Variante #1: Elektromagnetische Geräte

Geräte, die das elektromagnetische Funktionsprinzip unterstützen, sind in der Regel ausschließlich für den Einsatz in Schaltungen mit Gleichstromversorgung ausgelegt.

Konstruktion des elektromagnetischen Zeitrelais REW-814: 1 – Festkontaktbaugruppe; 2 – Bügel; 3 – Dämpfungsmechanismus aus Kupfer; 4 – Winkel; 5 – Kern der Hauptwicklung; 6 – Anker; 7 – bewegliche Ankerkontakte

Der Zeitbereich für das Ansprechen beträgt normalerweise 0,07 – 0,11 s beim Einschalten und 0,5 – 1,4 s beim Ausschalten. Die Konstruktion solcher Zeitrelais enthält zwei Arbeitswicklungen, von denen eine einen kurzgeschlossenen Kreis in Form eines Kupferrings darstellt.

Wenn durch die Hauptwicklung ein elektrischer Strom fließt, wird ein Anstieg des magnetischen Flusses festgestellt. Dieser Fluss erzeugt einen Strom in der kurzgeschlossenen Wicklung, wodurch der Anstieg des magnetischen Flusses der Hauptwicklung begrenzt wird.

Als Ergebnis wird eine zeitliche Charakteristik der Bewegung des Ankers des Stellantriebs gebildet, oder mit anderen Worten, es wird eine Einschaltverzögerung erzeugt.

Verbesserte Konstruktion eines Zeitrelais vom elektromagnetischen Typ. Dieses Modell unterstützt die Schaltung von vier unabhängigen Lastkanälen. Gleichzeitig erscheint das Gerät in Bezug auf die Stromparameter schwächer als ältere Modelle (+)

Wenn die Stromzufuhr zum Stromkreis der Hauptwicklung unterbrochen wird, bleibt aufgrund des Induktivitätseffekts das Magnetfeld der kurzgeschlossenen Wicklung für einige Zeit aktiv. Dementsprechend schaltet das Relais während dieser Zeit nicht ab.

Variante #2: Pneumatische Geräte

Konstruktionen auf Basis pneumatischer Systeme – eine Art exklusive Geräte. Diese Geräte sind mit einer speziellen Verzögerungsmechanik ausgestattet – einem pneumatischen Dämpfungsmechanismus.

Die Verzögerungszeit von pneumatischen Relais kann durch Verkleinern oder Vergrößern des Durchlassquerschnitts des Rohrs, durch das die Luft zugeführt wird, eingestellt werden. Zu diesem Zweck sind die Konstruktionen von pneumatischen Relais mit einer Einstellschraube ausgestattet.

Eine der verbreiteten Konstruktionen pneumatischer Geräte. Eine recht einfache und zuverlässige Ausführung. Parameter des Schaltstroms bis zu 16 Ampere. Als Schalter wird ein Miniaturschalter mit zwei Kanälen verwendet.

Der Einstellbereich der Zeitverzögerung von pneumatischen Relais beträgt durchschnittlich 1 – 60 Sekunden. Es gibt jedoch Exemplare, die diesen Bereich fast verdoppeln. Allerdings wurden in der Praxis kleine Abweichungen (ca. 10%) hinsichtlich der Genauigkeit des Ansprechens auf die eingestellten Werte festgestellt.

Variante #3: Modifikationen vom Uhrwerk-Typ

Die sogenannten Zeitrelais für Stunden haben breite Anwendung in der Elektrik gefunden. Diese Art von Geräten wird häufig in Konstruktionen von Leistungsschaltern verwendet, die zum Schutz von Stromkreisen mit einer Spannung von 500 bis 10.000 Volt bestimmt sind. Der Zeitbereich beträgt 0,1 bis 20 Sekunden.

Das Funktionsprinzip von Uhrwerkmodellen basiert auf der Arbeit einer Feder, die durch einen mechanischen Antrieb (Anker) eines Elektromagneten gespannt wird. Die Schaltung der Kontaktgruppen des Zeitrelais mit Uhrwerk erfolgt nach Ablauf der eingestellten Zeit, deren Wert zuvor auf der Skala des Geräts eingestellt wurde.

Ein Vertreter einer recht alten Geräteserie – ein Zeitrelais mit Uhrwerk. Dabei hat diese Art von Geräten unter den unterschiedlichsten Bedingungen eine zuverlässige und störungsfreie Arbeitsweise gezeigt.

Die Geschwindigkeit des Mechanismus des Geräts steht in direktem Zusammenhang mit der Stromstärke, die in der Elektromagnetspule fließt. Dieser Faktor ermöglicht es, das Gerät auf die Ausführung von Schutzfunktionen einzustellen. Die Besonderheit dieses Schutzes besteht in seiner vollständigen Unabhängigkeit von Umgebungstemperatureinflüssen.

Variante #4: Elektronische Relais

In den letzten Jahren wurden praktisch überall, wo Zeitrelais eingesetzt werden, die veralteten elektromechanischen Modelle durch elektronische Versionen ersetzt.

Diese Art von Geräten bietet eine Reihe von Vorteilen:

• kleine Gehäuseabmessungen;
• hohe Schaltgenauigkeit;
• bequemer Einstellmechanismus;
• visuelle Informationsanzeige.

Elektronische Versionen arbeiten in der Regel auf der Basis digitaler Impulszähler. Viele moderne Geräte basieren auf leistungsstarken Mikroprozessoren. Digitale Relais sind in der Regel für das Schalten von lastarmen induktiven oder nichtinduktiven Lasten ausgelegt.

Eine moderne Entwicklung – das digitale Relais, das die zeitgesteuerte Schaltung ermöglicht. Es überzeugt durch einfache Bedienung und Überwachung, flexible Einstellungen und sein ansprechendes Design.

Zur Einstellung eines digitalen Zeitrelais genügt es, die gewünschten Zeitparameter über die Funktionstasten einzustellen, die sich direkt auf der Frontplatte des Gehäuses befinden.

Die Einstellung ist in der Regel in einem weiten Zeitbereich möglich und umfasst nicht nur Sekunden, Minuten, Stunden, sondern auch Wochentage. Als Beispiel kann das Modell einer elektronischen Wochenzeitschaltuhr (Timer) betrachtet werden.

Ein elektronischer Timer mit Funktionen für automatisches Ein- und Ausschalten kann erfolgreich in Steuerungsschaltungen verschiedener Geräte eingesetzt werden. Das sogenannte 'Wochenzeitrelais' gewährleistet die Ausführung von Schaltfunktionen entsprechend der eingestellten Zeit innerhalb eines Wochenzyklus. Solche Geräte werden in Systemen “Smart Home” verwendet.

Zum Beispiel eröffnet das Gerät folgende Möglichkeiten:

• die Beleuchtungssysteme zu einer vorgegebenen Zeit zu schalten;
• technologische Anlagen zu starten oder zu stoppen;
• Sicherheitssysteme zu aktivieren/deaktivieren.

Das Gerät ist klein und verfügt über mehrere Funktionstasten zur Bedienung. Mit der Systemtastatur kann der Benutzer es leicht einstellen (programmieren).

Die Benutzerfunktionalität des digitalen Zeitrelais – das Bedienfeld mit Tasten zur Parametereinstellung. Dazu ein Flüssigkristalldisplay, auf dem alle notwendigen Informationen angezeigt werden.

Der Programmiermodus wird durch Drücken und Halten der mit dem Symbol 'P' gekennzeichneten Taste aktiviert. Die Taste 'Reset' hilft bei einem System-Reset. Die Änderung der Zeiteinstellungen des Relais erfolgt über die Tasten für Minuten, Stunden und Wochentage im aktiven Programmiermodus.

Das standardmäßige Anschlussschema des Zeitrelais sieht die Einstellung eines von zwei Betriebsmodi vor – manuell oder automatisch. Die komfortable Einstellung des digitalen Relais wird durch ein informatives Flüssigkristalldisplay gewährleistet.

Einstellung von elektronisch-mechanischen Analogrelais

Systeme der industriellen Automatisierung sowie verschiedene Haushaltsmodule sind häufig mit elektromechanischen Geräten ausgestattet, deren Konstruktion die Einstellung mittels Potentiometern vorsieht.

Elektromechanischer Typ des Zeitmessgeräts mit Parametereinstellung durch Potentiometer. Es gibt verschiedene Konfigurationen solcher Geräte, wodurch sie in Schaltungen unterschiedlicher Komplexität eingesetzt werden können.

An der Frontplatte des Gehäuses solcher Geräte befindet sich ein Potentiometerschaft (oder mehrere Schäfte), der zur Drehung mit einem Schraubendreherblatt vorgesehen ist. Um den Schaft (die Schäfte) herum ist eine skalierte Einstellskala angebracht.

Der Schlitz im Schaft für das Schraubendreherblatt dient als eine Art Zeiger, der seine Position beim Drehen des Schafts ändert. Durch Einstellen dieses Zeigers auf bestimmte Werte der Skala wird die gewünschte Parametereinstellung erreicht.

Mehrkanaliges Gerät vom elektronisch-mechanischen Typ. Die Einstellung erfolgt einfach und unkompliziert durch Drehen der Potentiometer mit einem Schraubendreher. Auf der Frontplatte befindet sich zudem eine LED-Statusanzeige.

Geräte dieses Typs (z. B. NTE8) finden breite Anwendung in Steuerungsschaltungen von Lüftungssystemen, Heizmodulen und künstlichen Beleuchtungsgeräten.

Justierung von Geräten mit digitaler Skala

Die Verwendung von Geräten mit mechanischen Einstellfunktionen lässt sich am Beispiel des Haushaltstimer der Marke REV Ritter demonstrieren, der zum Einstecken in eine haushaltsübliche Steckdose vorgesehen ist.

Ein sogenanntes Steckdosenrelais, das für den Einsatz im Haushalt bestimmt ist. Die Wirkungsdauer ist in der Regel auf einen Tagesbereich begrenzt. Diese Zeit ist für den Hausgebrauch völlig ausreichend.

Mithilfe einer Steckdose mit Timer kann man nahezu jedes Haushaltsgerät in einem vorgegebenen Zeitbereich steuern. Um diesen Tages-Timer zu verwenden, reicht es, das Gerät in die Steckdose zu stecken und einzustellen.

Die Einstellung erfolgt durch folgende Schritte:

1. Heben Sie alle Segmente an, die um den Einstelldisk angeordnet sind.
2. Senken Sie nur die Segmente ab, die der gewünschten Einstellzeit entsprechen.
3. Drehen Sie den Einstelldisk, um den Zeiger auf die aktuelle Uhrzeit zu stellen.

Wenn beispielsweise die Segmente zwischen den Skalenziffern 18 und 20 abgesenkt wurden, wird die Last nach Beginn der Zeitmessung um 18 Uhr eingeschaltet und um 20 Uhr ausgeschaltet.

Insgesamt ermöglicht die Konstruktion des mechanischen Relais REV Ritter bis zu 48 Schaltungen in 24 Stunden.

Modifikation des „Steckdosen“-Zeitrelais: 1 – Steckdose für den Lastanschluss; 2 – manuelle Bedienung; 3 – in 24 Stunden unterteilte Skala; 4 – Programmiersegmente; 5 – aktuelle Zeitanzeige; 6 – Stecker für den Anschluss an das Haushaltsnetz (+)

Gleichzeitig unterstützt das Gerät die Funktion des außerplanmäßigen Einschaltens der Last. Hierfür befindet sich eine separate Taste an der Gehäuseseite. Wenn der Benutzer diese Taste aktiviert, wird die Last direkt ans Netz angeschlossen, unabhängig vom Schaltzustand des Relais.

Anschluss von Zeitrelais im Steuerungsschaltplan

Das Gerät muss unter Berücksichtigung der Übereinstimmung des Installationsorts mit den im technischen Datenblatt angegebenen Bedingungen angeschlossen werden. In der Regel erfolgt die Montage in vertikaler Position mit einer Toleranz von nicht mehr als 10° Abweichung von der Vertikalen.

Die Temperaturgrenzen des Raums, in dem die Installation und der Betrieb des Zeitrelais vorgesehen sind, überschreiten üblicherweise nicht den Bereich von -20°C bis +50°C.

Die Luftfeuchtigkeit im Installationsbereich des Geräts sollte 80 % nicht überschreiten. Der Stromkreis, in den der Timer installiert wird, sollte während der Installation vom Netz getrennt werden.

Das klassische Anschlussschema eines Zeitrelais, in diesem Fall für ein Gerät, das zwei Kanäle mit Last schaltet. Nach dem gleichen Prinzip werden Geräte mit unterschiedlicher Anzahl von Schaltungen angeschlossen (+).

Ein Gerät jeder Bauart hat traditionell ein technisches Datenblatt, in dem der Anschlussplan angegeben ist. Viele elektronische, mechanische und digitale Timer werden durch ein direkt auf dem Gehäuse aufgedrucktes Schema ergänzt, das zeigt, wie und in welcher Reihenfolge das Zeitrelais anzuschließen ist.

Die klassische Anschlussvariante sieht wie folgt aus:

1. Anschluss der Spannungsleitung an die Versorgungsklemmen des Geräts.
2. Die Phasenleitung wird über einen Leitungsschutzschalter mit dem Eingangskontakt der Last des Relais verbunden.
3. Der Ausgangskontakt der Last des Relais wird direkt mit der Phasenleitung der Last verbunden.

Im Wesentlichen erfolgt der Anschlussplan für die meisten Geräte nach dem gleichen Prinzip: Stromversorgung des Geräts selbst und Einschalten der Last über eine Gruppe von Schaltkontakten.

Je nach Relaistyp (einphasig, dreiphasig) und konstruktiven Merkmalen können mehrere solcher Kontaktgruppen vorhanden sein.

Eine einfache Variante eines Zeitrelais kann man selbst herstellen. Schaltungen verschiedener Eigenbauten sind in diesem Artikel beschrieben.

Fazit und nützliche Videos zum Thema

In dem Video wird die Möglichkeit der Verwendung eines modularen Geräts mit zwei unabhängigen, zeitgesteuerten Schaltgeräten betrachtet. Das Schema sieht den Anschluss zweier Haushaltsgeräte, die Einstellung ihrer Arbeitszeiten in Zeitintervallen sowie weitere Funktionen vor.

Natürlich kann man nicht alle existierenden Modifikationen von Zeitrelais mit einer bescheidenen Übersicht abdecken. Um das gesamte Sortiment an Geräten zu betrachten, müsste man ein ganzes Buch schreiben. Eigentlich sind Nachschlagewerke zu verschiedenen Arten von Zeitrelais verfügbar, und bei Bedarf kann man jederzeit die notwendigen Informationen finden.

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