Zeitrelais selbst bauen: Übersicht über 3 Selbstbau-Varianten

Haushaltsgeräte können ohne Anwesenheit oder Eingreifen des Benutzers aktiviert und deaktiviert werden. Die meisten heute hergestellten Modelle sind mit einer Zeitschaltuhr für den automatischen Start/Stopp ausgestattet.

Was tun, wenn Sie ein veraltetes Gerät auf die gleiche Weise steuern möchten? Bewaffnen Sie sich mit Geduld, unseren Ratschlägen und bauen Sie eine Zeitschaltuhr selbst – glauben Sie mir, dieses selbstgebaute Gerät wird im Haushalt Verwendung finden.

Wir sind bereit, Ihnen zu helfen, eine interessante Idee umzusetzen und sich als Hobby-Elektriker zu versuchen. Für Sie haben wir alle wertvollen Informationen über Varianten und Herstellungsmöglichkeiten des Relais gefunden und systematisiert. Die Verwendung der präsentierten Informationen garantiert eine einfache Montage und einen einwandfreien Betrieb des Geräts.

In dem vorgeschlagenen Artikel werden die in der Praxis erprobten selbstgebauten Varianten des Geräts detailliert erläutert. Die Informationen stützen sich auf die Erfahrungen begeisterter Elektrotechnik-Meister und die Anforderungen der Normen.

Anwendungsbereich der Zeitschaltuhr

Der Mensch hat immer versucht, sich das Leben zu erleichtern, indem er verschiedene Vorrichtungen in den Alltag einführte. Mit dem Aufkommen von Technik auf Basis von Elektromotoren stellte sich die Frage, diese mit einem Timer auszustatten, der die Geräte automatisch steuert.

Einmal auf die gewünschte Zeit eingestellt – und man kann sich anderen Dingen widmen. Das Gerät schaltet sich nach Ablauf der eingestellten Zeit von selbst aus. Für eine solche Automatisierung war ein Relais mit Autotimer-Funktion erforderlich.

Ein klassisches Beispiel für das betrachtete Gerät ist das Relais in einer alten Waschmaschine sowjetischer Bauart. An seinem Gehäuse befand sich ein Drehknopf mit mehreren Rasten. Man stellte den gewünschten Modus ein, und die Trommel drehte sich 5–10 Minuten lang, bis die innere Uhr auf Null stand.

Das elektromagnetische Zeitrelais ist klein, verbraucht wenig Strom, hat keine brechenden beweglichen Teile und ist langlebig.

Heute werden Zeitrelais in verschiedene Geräte eingebaut:

• Mikrowellen, Backöfen und andere Haushaltsgeräte;
• Abluftventilatoren;
• automatische Bewässerungssysteme;
• automatische Lichtsteuerungen.

In den meisten Fällen wird das Gerät auf Basis eines Mikrocontrollers hergestellt, der gleichzeitig alle anderen Betriebsmodi der automatisierten Technik steuert. Für den Hersteller ist das günstiger. Man muss nicht für mehrere separate Geräte ausgeben, die jeweils für eine bestimmte Sache zuständig sind.

Nach der Art des Elements am Ausgang werden Zeitrelais in drei Typen unterteilt:

• Relais – die Last wird über einen "trockenen Kontakt" angeschlossen;
• Triac;
• Thyristor.

Die erste Variante ist am zuverlässigsten und am unempfindlichsten gegenüber Netzspannungsspitzen. Ein Gerät mit einem Thyristor am Ausgang sollte nur verwendet werden, wenn die angeschlossene Last unempfindlich gegenüber der Form der Versorgungsspannung ist.

Um ein Zeitrelais selbst zu bauen, kann man ebenfalls einen Mikrocontroller verwenden. Allerdings werden Selbstbauten meist für einfache Dinge und Arbeitsbedingungen gemacht. Ein teurer programmierbarer Controller ist in einer solchen Situation eine unnötige Geldverschwendung.

Es gibt viel einfachere und kostengünstiger zu realisierende Schaltungen auf Basis von Transistoren und Kondensatoren. Zudem gibt es mehrere Varianten, so dass man für seine spezifischen Bedürfnisse auswählen kann.

Schaltungen verschiedener Selbstbauten

Alle vorgestellten Varianten zum Selberbauen eines Zeitrelais basieren auf dem Prinzip des Startens einer eingestellten Verzögerung. Zuerst wird ein Timer mit einem vorgegebenen Zeitintervall und Countdown gestartet.

Das daran angeschlossene externe Gerät beginnt zu arbeiten – ein Elektromotor oder Licht wird eingeschaltet. Und dann, wenn Null erreicht ist, gibt das Relais ein Signal zum Abschalten dieser Last oder unterbricht den Strom.

Variante #1: die einfachste mit Transistoren

Schaltungen auf Transistorbasis sind am einfachsten zu realisieren. Die einfachste davon umfasst nur acht Bauelemente. Für ihre Verbindung wird nicht einmal eine Platine benötigt, alles kann ohne sie gelötet werden. Ein solches Relais wird oft gebaut, um darüber eine Beleuchtung anzuschließen. Man drückt einen Knopf – und das Licht leuchtet für ein paar Minuten und schaltet sich dann von selbst aus.

Für die Stromversorgung dieser Schaltung werden Batterien mit 9 oder Akkus mit 12 Volt benötigt, außerdem kann ein solches Relais über einen Wandler von 220 V Wechselspannung auf 12 V Gleichspannung versorgt werden (+).

Um dieses selbstgebaute Zeitrelais zusammenzubauen, benötigt man:

• ein Paar Widerstände (100 Ohm und 2,2 MOhm);
• bipolarer Transistor KT937A (oder ein Äquivalent);
• Lastumschaltrelais;
• ein veränderbarer Widerstand von 820 Ohm (zur Einstellung des Zeitintervalls);
• ein Kondensator von 3300 µF und 25 V;
• Gleichrichterdiode KD105B;
• ein Schalter zum Starten des Countdowns.

Die Zeitverzögerung in diesem Zeitrelais erfolgt durch das Aufladen des Kondensators auf die Versorgungsspannung des Transistorschalters. Während C1 auf 9–12 V aufgeladen wird, bleibt der Schalter in VT1 geöffnet. Die externe Last ist mit Strom versorgt (das Licht leuchtet).

Nach einer gewissen Zeit, die von dem an R1 eingestellten Wert abhängt, schließt der Transistor VT1. Das Relais K1 wird daraufhin spannungslos, und die Last wird von der Spannung getrennt.

Die Ladezeit des Kondensators C1 wird durch das Produkt seiner Kapazität und des Gesamtwiderstands des Ladekreises (R1 und R2) bestimmt. Dabei ist der erste dieser Widerstände fest, während der zweite zur Einstellung eines bestimmten Intervalls regelbar ist.

Die zeitlichen Parameter für das zusammengebaute Relais werden experimentell durch Einstellen verschiedener Werte an R1 ermittelt. Um später die gewünschte Zeiteinstellung leichter vornehmen zu können, sollte am Gehäuse eine Markierung mit minutengenauer Positionierung angebracht werden.

Es ist problematisch, eine Formel zur Berechnung der erzeugten Verzögerungen für eine solche Schaltung anzugeben. Vieles hängt von den Parametern des jeweiligen Transistors und der übrigen Bauelemente ab.

Das Zurücksetzen des Relais in die Ausgangsposition erfolgt durch das Rückwärtsumschalten von S1. Der Kondensator wird über R2 kurzgeschlossen und entladen. Nach erneuter Betätigung von S1 beginnt der Zyklus von neuem.

Ein Transistor kann durch eine Schaltung aus zwei gleichartigen Transistoren ersetzt werden, was die Stabilität des zu bauenden Zeitrelais nur erhöht (+).

In der Schaltung mit zwei Transistoren ist der erste an der Regelung und Steuerung der Zeitpause beteiligt. Der zweite ist ein elektronischer Schalter zum Ein- und Ausschalten der Spannungsversorgung einer externen Last.

In der Variante mit einer Doppelschaltung startet einer der Schalter B1 den Timer und schaltet die Last ein, während der zweite B2 sie ausschaltet (+).

Das Schwierigste bei dieser Modifikation ist die genaue Auswahl des Widerstands R3. Er muss so sein, dass das Relais ausschließlich bei einem Signal von B2 schließt. Gleichzeitig muss das Wiedereinschalten der Last nur bei Betätigung von B1 erfolgen. Der Wert wird experimentell ermittelt werden müssen.

Um das Verzögerungsintervall des Zeitrelais zu erhöhen, kann der KT937A durch einen Feldeffekttransistor mit isolierter Gate-Elektrode (z. B. 2N7000) ersetzt werden (+).

Bei dieser Transistorart ist der Gate-Strom sehr gering. Wenn der Widerstand der Spule im steuernden Relaisschalter groß gewählt wird (in Zehnern von Ohm und MOhm), kann das Abschaltintervall auf mehrere Stunden erhöht werden. Dabei verbraucht das Zeitrelais die meiste Zeit praktisch keine Energie.

Der aktive Modus beginnt im letzten Drittel dieses Intervalls. Wenn das Zeitrelais über eine gewöhnliche Batterie angeschlossen wird, hält diese sehr lange.

Variante #2: auf Basis von Mikroschaltungen

Transistorschaltungen haben zwei wesentliche Nachteile. Bei ihnen ist die Berechnung der Verzögerungszeit schwierig, und vor jedem erneuten Start muss der Kondensator entladen werden. Die Verwendung von Mikroschaltungen gleicht diese Nachteile aus, macht die Schaltung jedoch komplexer.

Dennoch ist es mit minimalen Fähigkeiten und Kenntnissen in der Elektrotechnik nicht schwer, ein solches Zeitrelais selbst zu bauen.

Wenn eine Verzögerung von zehn Minuten bis zu einer Stunde erforderlich ist, sollte der Transistor am besten durch einen IC der Serie TL431 ersetzt werden (+)

Der Öffnungsschwellwert des TL431 ist aufgrund des integrierten Referenzspannungsquells stabiler. Zudem ist eine viel höhere Spannung zum Schalten erforderlich. Im Maximum kann er durch Erhöhung des Werts von R2 auf bis zu 30 V angehoben werden.

Der Kondensator wird bis zu solchen Werten lange laden. Außerdem erfolgt in diesem Fall das Verbinden von C1 mit dem Widerstand zur Entladung automatisch. Ein zusätzliches Drücken von SB1 ist hier nicht erforderlich.

Eine weitere Variante ist die Verwendung des „integrierten Timers“ NE555. In diesem Fall wird die Verzögerung ebenfalls durch die Parameter von zwei Widerständen (R2 und R4) und einem Kondensator (C1) bestimmt.

Das „Ausschalten“ des Relais erfolgt durch erneutes Umschalten des Transistors. Allerdings wird seine Sperrung hier durch ein Signal vom Ausgang des ICs ausgeführt, wenn dieser die erforderlichen Sekunden gezählt hat.

Der „Timer“ auf Basis des ICs NE555 ähnelt in vielerlei Hinsicht der klassischen Variante mit einem einzelnen Transistor, jedoch wird hier der Verzögerungsintervall genauer eingestellt (von 1 Sekunde bis zu mehreren Minuten und Stunden) (+)

Fehlauslösungen treten bei Verwendung von ICs viel seltener auf als bei Verwendung von Transistoren. Die Ströme werden in diesem Fall strenger kontrolliert, der Transistor öffnet und schließt genau dann, wenn es erforderlich ist.

Eine weitere klassische IC-Variante des Zeitrelais basiert auf dem KR512PS10. In diesem Fall legt die Schaltung R1C1 beim Einschalten der Spannung einen Reset-Impuls an den Eingang des ICs, woraufhin ein interner Generator gestartet wird. Die Ausschaltfrequenz (Teilungsverhältnis) des Letzteren wird durch die Regelschaltung R2C2 bestimmt.

Die Anzahl der gezählten Impulse wird durch die Schaltung von fünf Anschlüssen M01–M05 in verschiedenen Kombinationen bestimmt. Die Verzögerungszeit kann von 3 Sekunden bis zu 30 Stunden eingestellt werden.

Nach dem Zählen der angegebenen Anzahl von Impulsen wird am Ausgang Q1 des ICs ein hoher Pegel eingestellt, der VT1 öffnet. Infolgedessen wird das Relais K1 aktiviert und schaltet die Last ein oder aus.

Die Schaltung des Zeitrelais mit dem IC KR512PS10 ist nicht komplex. Das Zurücksetzen in den Ausgangszustand erfolgt in einem solchen Zeitrelais automatisch, sobald die vorgegebenen Parameter erreicht sind, durch Verbinden der Pins 10 (END) und 3 (ST) (+)

Es gibt noch komplexere Schaltungen von Zeitrelais auf Basis von Mikrocontrollern. Diese sind jedoch für den Eigenbau wenig geeignet. Hier machen sich die Schwierigkeiten sowohl beim Löten als auch bei der Programmierung bemerkbar. Varianten mit Transistoren und einfachen ICs sind für den Hausgebrauch in den allermeisten Fällen völlig ausreichend.

Variante #3: für 220 V Ausgangsversorgung

Alle oben beschriebenen Schaltungen sind für eine 12-Volt-Ausgangsspannung ausgelegt. Um eine starke Last an das auf ihrer Basis aufgebaute Zeitrelais anzuschließen, muss am Ausgang ein Magnetschalter installiert werden. Für den Betrieb von Elektromotoren oder anderen komplexen elektronischen Geräten mit erhöhter Leistung muss man dies auch tun.

Jedoch können Sie für die Regelung der Haushaltsbeleuchtung ein Relais auf Basis einer Diodenbrücke und eines Thyristors zusammenbauen. Es wird nicht empfohlen, über einen solchen Timer etwas anderes anzuschließen. Der Thyristor leitet nur den positiven Teil der Sinuskurve der 220-Volt-Wechselspannung.

Für eine Glühlampe, einen Ventilator oder ein Heizelement ist das nicht schlimm, aber andere elektrische Geräte könnten so etwas nicht aushalten und durchbrennen.

Die Schaltung des Zeitrelais mit einem Thyristor am Ausgang und einer Diodenbrücke am Eingang ist für den Betrieb in 220-V-Netzen ausgelegt, hat jedoch eine Reihe von Einschränkungen hinsichtlich der Art der angeschlossenen Last (+).

Für den Aufbau eines solchen Timers für eine Glühlampe werden benötigt:

• Festwiderstände mit 4,3 MΩ (R1) und 200 Ω (R2) sowie ein einstellbarer Widerstand mit 1,5 kΩ (R3);
• vier Dioden mit einem maximalen Strom über 1 A und einer Sperrspannung ab 400 V;
• ein Kondensator mit 0,47 μF;
• ein Thyristor VT151 oder ein vergleichbarer;
• ein Schalter.

Dieses Relais-Timer funktioniert nach dem allgemeinen Schema für solche Geräte, mit allmählicher Aufladung des Kondensators. Beim Schließen der Kontakte an S1 beginnt C1 sich aufzuladen.

Während dieses Vorgangs bleibt der Thyristor VS1 geöffnet. Infolgedessen gelangt die Netzspannung von 220 V zur Last L1. Nach Abschluss der Aufladung von C1 schließt der Thyristor und unterbricht den Strom, wodurch die Lampe ausgeschaltet wird.

Die Verzögerungseinstellung erfolgt durch Einstellen des Werts an R3 und Auswahl der Kondensatorkapazität. Dabei müssen Sie bedenken, dass jede Berührung der blanken Anschlussbeine aller verwendeten Bauteile zu einem Stromschlag führen kann. Sie alle stehen unter einer Spannung von 220 V.

Wenn Sie keine Lust haben, zu experimentieren und selbst ein Zeitrelais zusammenzubauen, können Sie fertige Varianten von Schaltern und Steckdosen mit Timer wählen.

Mehr über solche Geräte erfahren Sie in den Artikeln:

1. Schalter mit Ausschalt-Timer: Funktionsweise und Auswahlhilfe
2. Steckdose mit Timer: Arten, Funktionsprinzip + Besonderheiten der Installation

Fazit und nützliche Videos zum Thema

Es ist oft schwierig, sich von Grund auf mit der inneren Struktur von Zeitrelais vertraut zu machen. Manche haben nicht genug Wissen, andere nicht genug Erfahrung. Um Ihnen die Auswahl der richtigen Schaltung zu erleichtern, haben wir eine Zusammenstellung von Videomaterialien erstellt, in denen detailliert auf alle Nuancen der Arbeit und des Zusammenbaus des betrachteten elektronischen Geräts eingegangen wird.

Funktionsprinzip der Elemente des Zeitrelais mit Transistorschalter:

Automatischer Timer mit Feldeffekttransistor für 220-V-Last:

Schrittweise Herstellung eines Verzögerungsrelais selbst:

Ein Zeitrelais selbst zusammenzubauen ist nicht allzu schwierig – es gibt mehrere Schaltungen, um diese Idee umzusetzen. Sie alle basieren auf der allmählichen Ladung eines Kondensators und dem Öffnen/Schließen eines Transistors oder Thyristors am Ausgang.

Wenn ein einfaches Gerät benötigt wird, ist es besser, eine Transistorschaltung zu wählen. Für eine genaue Kontrolle der Verzögerungszeit muss jedoch eine der Varianten auf einem bestimmten Chip gelötet werden.

Wenn Sie Erfahrung mit dem Zusammenbau eines solchen Geräts haben, teilen Sie diese bitte mit unseren Lesern. Hinterlassen Sie Kommentare, fügen Sie Fotos Ihrer selbstgebauten Geräte bei und beteiligen Sie sich an den Diskussionen. Das Kontaktfeld befindet sich unten.