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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik freilaufdiode


Autor: xyz (Gast)
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hallo

ich weiß zwar das die freilaufdiode bei einem relais als schutz beim 
ein- und ausschalten dient aber mir ist noch der genaue vorgang nicht 
ganz klar. könnte mir vielleicht jemand erklären wie sich das genau 
abspielt

mfg

Autor: jack (Gast)
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Autor: xyz (Gast)
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kannst du nicht lesen??

mein google ist nicht kaputt ich habe mir das auch schon angeschaut und 
das ist das was ich schon oben im forum beschrieben habe jedoch ist mir 
das nicht ausführlich genug und viel genauere beschreibungen finde ich 
auch nicht.

im wiki steht das es nur beim abschalten ist jedoch entstehen beim ein 
und ausschalten spannungsspitzen.
diese spannungsspitzen entladen die sich dann wieder durch die diode 
oder geht da auch noch ein teil der spannung weiter in die schaltung. 
wie sieht da dann eigentlich der genaue spannungsverlauf aus. durch 
diesen kurzschluß fällt der rest der schaltung für kurze zeit nicht

Autor: Tim (Gast)
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Wird die Spannung an einer Spule abgeschaltet, wird durch die, noch im 
System gespeicherte magnetische Energie, eine recht hohe Spannung 
induziert. Jedoch mit entgegengesetzter Polarität. Wäre eine 
Freilaufdiode nicht da, würde die Spannung zurück in die Schaltung 
"knallen" und sie evtl. zerstören. Die Freilaufdiode schließt diese 
Spannung kurz und verhindert, dass sie bis zur Schaltung kommt. Im 
normalen Betrieb stört sie nicht, da sie ja dann in Sperrrichtung 
betrieben wird.
Das müsste aber wirklich reichen, eine Schalzskizze findest du bei 
Wikipedia.

Wenn du wissen möchtest, warum eine Spannung induziert wird, wirst du 
dort auch fündig.

Autor: Tim (Gast)
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Ich hoffe, damit ist deine Frage geklärt. Ansonsten müsstest du dich um 
vernünftige Rechtschreibung kümmern, ohne Interpunktion ist das alles 
unheimlich schwer zu lesen.

Autor: der mechatroniker (Gast)
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Der Spulenteil des Relais ist eine induktive Last. Diese schaltest du in 
deiner Digitalschaltung vermutlich mit einem Transistor. Schaltest du 
sie plötzlich ab, entsteht wegen u = L * di/dt durch das hohe di/dt 
(plötzliches Abschalten) ein hohes u, welches zu einem 
Avalanche-Durchbruch des Transistors führt, was dieser dir meist 
übelnimmt.

(Anmerkung: Es gibt auch Typen, die das aushalten, bis zu einer gewissen 
Energie, im Datenblatt meist als Single Pulse Avalanche Energy oder so 
bezeichnet, z.B. von IRF, dann kannst du dir die Schutzschaltung sparen. 
Beachte: die in der Spule gespeicherte magnetische Energie ist L * i^2, 
diese muß der Transistor abkönnen. Eine andere Variante ist es, die 
Spannung am Transistor mit einer Zenerdiode zu klemmen, dann muß der 
Transistor zwar immer noch die magnetische Energie verheizen, aber ohne 
den i.d.R. kritischen Avalanche-Durchbruch. Beides im 
Kfz-Elektronik-Bereich, wo es dank hohen Stückzahlen und extremen 
Kostendruck auf jedes eingesparte Bauelement ankommt, gern gemacht. 
Weiterer Vorteil in manchen Anwendungsfällen: das Relais schaltet etwas 
schneller ab. Aber zurück zu der Art und Weise, wie man es eigentlich 
macht.)

Schaltest du nun eine Diode antiparallel zur Spule, so steigt die 
Spannung am Transistor nur bis zur Versorgungsspannung (die im 
ausgeschalteten Zustand zwangsläufig anliegt) plus der 0,7 V 
Flußspannung der Diode an, denn dann wird die Diode leitend und schließt 
die Spule kurz. Folge: Der Strom fließt durch die Diode noch ein paar 
Millisekunden weiter. Die Spannungsspitzen werden also nicht etwa 
"abgeleitet", wie du schreibst, sondern entstehen gar nicht erst in der 
normalen Höhe, da ja durch das Weiterfließen das di/dt geringer ist.

Sinnvollerweise montierst du die Freilaufdiode nicht direkt am Relais, 
sondern direkt an deiner Digitalschaltung, da du deine Bauelemente dann 
nicht nur vor der Relaisspule selbst, sondern auch vor der Induktivität 
der Zuleitung schützt.

Ich hoffe, das ist jetzt einigermaßen allgemeinverständlich geschrieben.

Autor: der mechatroniker (Gast)
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hm, da waren ein paar Leute schneller als ich ;-)

Autor: xyz (Gast)
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Hallo Tim,

danke für dein Erklärung.

Nehmen wir an oberhalb des Relais ist Schaltung x und unterhalb des 
Relais ist Schaltung y.

Wenn ich jetzt Einschalte dann wird ja auch eine hohe Spannungsspitze 
induziert. Würde das nicht Schaltung y beschädigen. Und der Strom fließt 
ja von der Spule Richtung Schaltung y aber durch die Diode entsteht ja 
der Kurzschluß, so könnte ja der Strom nicht weiter in Schaltung y 
fließen.

Beim Abschalten hast du ja gesagt wird die Spannung umgedreht. Somit 
wäre diese Spannung ja wieder an der Spule

Autor: xyz (Gast)
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hallo mechatroniker

d.h. wenn ich abschalte dann fließt der Strom durch die Freilaufdiode 
und dann wieder zurück in die Spule. Da der vorhandene Strom wieder 
zurück in die Spule fließt und somit das Feld sich langsamer abbaut 
können auch nicht so hohe Spannungsspitzen entstehen.

Autor: Bernd Rüter (Firma: Promaxx.net) (bigwumpus)
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Beim Einschalten entsteht keine Spannungsspitze !

Autor: xyz (Gast)
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Ich habe vor mir ein Buch liegen wo der Spannungs und Stromverlauf der 
Spule wie beim Kondensator eingezeichnet ist nur das die Bezeichnungen 
anders sind.

Spannung bei der beim Kondensator ist wie Strom bei der Spule

Strom beim Kondensator ist wie Spannung bei der Spule

Und somit bei der Spule beim laden entsteht eine Spannungsspitze im 
positiven Bereich und beim Entladen eine Spannungsspitze im negativen 
Bereich

Autor: Sonic (Gast)
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@mechatroniker:
>Sinnvollerweise montierst du die Freilaufdiode nicht direkt am Relais,

Doch!
Die Induktionsspannung sollte möglichst dort 'vernichtet' werden wo sie 
entsteht. Bei längeren Leitungen könnte es sonst zu Übersprechen auf 
andere Leitungen kommen und andere Prozesse stören.
Magnetventilstecker z.B. gibt es auch mit Dioden drin. Reedrelais haben 
aus diesem Grund auch oft schon Dioden drin.

Autor: Bernd Rüter (Firma: Promaxx.net) (bigwumpus)
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@"unausprechlicher Name (Gast)"

Scan den Mist doch ein und poste ihn hier !

Eine Spule verhindert den spontanen Wechsel des Stromflußes ! Wenn Du 
meinst, Du kannst den Stromkreis unterbrechen, dann schlagen halt 
Funken, um ihn aufrecht zuhalten (Siehe Zündspule im Benzin-Auto).

Legst Du aber eine Spannung an, so fließt nicht sofort der ganze Strom, 
weil bedingt durch die Änderung des Magnetfeldes, weil ein Strom fließt, 
einen Gegenspannung induziert wird, die der angelegten Spannung 
entgegensteht.

Wenn Du das verstanden hast, warte ich auf das nächste Posting.

Autor: yalu (Gast)
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@Sonic:

> Die Induktionsspannung sollte möglichst dort 'vernichtet' werden wo
> sie entsteht.

Wenn damit zu rechnen ist, dass auch in den Zuleitungen eine
Induktionsspannung ensteht, sollten diese in der Schutzschaltung
berücksichtigt werden, wie der mechatroniker empfiehlt.

> Bei längeren Leitungen könnte es sonst zu Übersprechen auf andere
> Leitungen kommen und andere Prozesse stören.

Weswegen sollte hier etwas übersprechen? Wegen des Spulenstroms nach
dem Abschalten? Der ist maximal so groß wie in eingeschaltetem
Zustand, so dass nach dem Abschalten kein Übersprechen ensteht, das
vorher nicht auch schon da war.

> Magnetventilstecker z.B. gibt es auch mit Dioden drin. Reedrelais
> haben aus diesem Grund auch oft schon Dioden drin.

Diese integrierten Dioden dienen hauptsächlich dazu, die Montage (z.B.
im Schaltschrank) zu vereinfachen, bzw. Platz auf der Platine
einzusparen (ähnlich wie die manchmal in IC-Sockeln integrierten
Blockkondensatoren).

Autor: Stefan Gemmel (steg13)
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eine andere, vielleicht verständlichere, Erklärung:

Der Strom in einer Spule ist immer bestrebt in gleicher Größe in der 
gleichen Richtung weiter zu fließen.
Wenn jetzt plötzlich der Widerstand größer wird (Abschalten) muss sich 
laut Ohm die Spannung erhöhen.

Autor: Sonic (Gast)
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@ yalu:
tut mir leid dich korrigieren zu müssen. Wir haben im Betrieb 
kilometerweise Kabel verlegt, auch Stammkabel in denen Messungen und 
Ventilansteuerungen laufen. In den Steckern unserer Ventile sind überall 
Dioden, in den Steuergeräten (ab Werk) auch. Es ist schon öfter 
vorgekommen dass eine Diode im Stecker gestorben ist und einige andere 
Messungen im Stammkabel gestört haben. Wenn du die Induktionsspannung 
erst am Ende des Kabels vernichtest hast du die schönste 
Langwellenantenne. Oft pflanzt sich der Peak auch über den Schirm des 
Kabels auf andere Kabel for, deren Schirm im Unterverteiler mit 
aufgelegt ist.
Nix für ungut, aber diese Erfahrungen habe ich in 20 Jahren 
Instandhaltung gemacht.

Autor: der mechatroniker (Gast)
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> Und somit bei der Spule beim laden entsteht eine Spannungsspitze im
> positiven Bereich und beim Entladen eine Spannungsspitze im negativen
> Bereich

Vorsicht. Du darfst Ein- und Ausschaltvorgang nicht analog betrachten. 
Wenn du dir die Gleichung u = L * di/dt anschaust, dann sagt diese noch 
nichts über Ursache und Wirkung aus.

Beim Einschalten ist keine Energie in der Spule, der ganze Vorgang wird 
also durch die von außen angelegte Spannung in Gang gesetzt (Ursache), 
das u an der Spule ist also genau so groß, das di/dt ergibt sich 
entsprechend (Wirkung).

Beim Ausschalten trennst du die Spule ja vor der Spannungsquelle. Jetzt 
ist die gespeicherte magnetische Energie die treibende Kraft. Durch das 
Ausschalten zwingst du der Diode ein (negatives) di/dt auf (Ursache), 
das (mitunter hohe) u ist die Wirkung.

Somit kann beim Einschalten keine Spannungsspitze entstehen, beim 
Ausschalten dagegen sehr wohl.

@Sonic:

> in den Steuergeräten (ab Werk) auch

hätte mich auch gewundert, wenns nicht so ist. Für den Schutz der 
Bauelemente dürften das auch die wichtigeren sein. Da jeder Meter 
Zuleitung bereits ca. 1 µH ist, kann man auch mit den 
Leitungsinduktivitäten die Bauelemente ganz gut abschießen. (Natürlich 
sind EMV-Probleme auch keine ganz unwichtigen Details...)

Autor: Michael U. (Gast)
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Hallo,

Ganz ganz früher (TM) hat man da viel mehr vereinfacht. ;)

Eine Spule wirkt einer Stromänderung entgegen, ein Kondensator einer 
Spannungsänderung.

Was passiert, wenn man die Spule über einen Schalter an eine 
Spannungsquelle legt?

Bei offenem Schalter ist der Strom 0, die Spannung über der Spule ist 
auch 0. Wird der Schalter geschlossen, liegt Spannung an der Spule an, 
es müßte also sofort ein Strom nach I=U/R fließen. R ist der ohmsche 
Widerstand der Spule, also der Drahtwiderstand bei Gleichstrom.
Das mag aber die Induktivität der Spule garnicht und die will das 
verhindern. Klappt nicht so ganz, der Anstieg von 0 auf obigen Strom 
wird nur verlangsamt.

Wenn jetzt nach erreichen des maximalen Stromes der Schalter geöffnet 
wird, findet die Induktivität das genauso blöd und will genau diesen 
Strom weiterfließen lassen. Da der Widerstand des offenen Schalters aber 
gegen unendlich geht, steigt die Spannung über der Spule an.
Wie weit die steigt, hängt von der in der Induktivität gespeicherten 
Energie und dern Umgebungsbedingungen ab.
Wenn es wirklich ein Schalter ist, funkt es eben, weil die Spannung 
soweit steigt, bis es einen Überschlag gibt.
Wenn es ein Transistor ist, steigt sie bis zur Druchbruchspannung der CE 
oder CB-Strecke, dann leitet der Transistor wieder. Meist danach für 
immer...

Die Freilaufdiode läßt den Strom beim Ausschalten einfach weiter 
fließen, bis die gespeicherte Energie in Wärme umgewandelt wurde.
Ein Kondensator über einem mechanischen Schalter (Funkenlöschung) macht 
es genauso. Wenn der Schalter geöffnet wird, kann der weiter fließende 
Strom den Kondensator aufladen. Gibt dann eine gedämpfte Schwingung, die 
die Energie auch in Wärme umwandelt.

In den uralten Bücjern waren da dann immernoch nette kleine Bilder von 
rennenden Strom-Tierchen drin. :-))

Gruß aus Berlin
Michael

Autor: der mechatroniker (Gast)
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> In den uralten Bücjern waren da dann immernoch nette kleine Bilder von
> rennenden Strom-Tierchen drin. :-))

Rennende Strom-Tierchen? Ziemlich blöd. Will meine Elektronik eigentlich 
behalten. Aber was mach ich, wenn mein Vermieter keine Haustiere zuläßt?

Autor: Stefan Gemmel (steg13)
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> Aber was mach ich, wenn mein Vermieter keine Haustiere zuläßt?

Hast du abgeklärt, ob du in der Wohnung Elektronen halten darfst?

Autor: Michael U. (Gast)
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Hallo,

wahre Begebenheit:

irgendwann Ende der 40er Jahre bekamen etliche ehemalige Bauernhöhe in 
Ahrensfelde bei Berlin endlich Strom in die Häuser.

Damals wurden Eisen(?)ummantelte Leitungen (Kuno-Rohr?) verlegt.
Verbürgte Aussage eines der Bewohner:

Nee, nee, das kommt mir nicht ins Haus.
Nachher geht so ein Rohr kaputt und mir läuft die ganze elektrische 
Jauche in die Stube...

Gruß aus Berlin
Michael

Autor: der mechatroniker (Gast)
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Von Elektronen steht nix im Mietvertrag, ebensowenig übrigens von 
Protonen oder Neutronen. Da laut Michael U. die Elektronen aka. 
Stromtierchen zur Gattung der Tiere gehören, liegt es nahe, daß es für 
die beiden anderen genannten Dinge auch gilt. Ist evtl. meine gesamte 
Wohnungseinrichtung schwebend illegal? Bzw. gibt es vielleicht so etwas 
wie pflanzlichen Strom, mit dem ich entsprechende Beschränkungen umgehen 
könnte?

Autor: xyz (Gast)
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Angehängte Dateien:

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@ bernd rüter

da ist dieser spannungsverlauf nach dem ich mich gerichtet habe. und da 
ist ja ersichtlich dass auch beim einschalten wenn sich das magnetische 
feld aufbaut und der strom langsam steigt auch eine spannungsspitze in 
positiver richtig entsteht obwohl angeblich noch keine energie besteht.
nach dieser skizze ist ja die spannung nicht entgegengerichtet somit 
müßte ja eigentlich gleich der ganze strom fließen.

@ mechatroniker

was bedeutet analog betrachten.
brauch ich eigentlich freilaufdioden nur bei relais oder verwendet man 
die sobald eine spule vorkommt.

durch diese freilaufdiode entsteht da nicht ein kurzschluß in der 
schaltung. denn man sagt ja der strom sucht sich den weg mit dem 
geringsten widerstand. somit wäre das ja durch die diode, wäre dann 
nicht die folge dass der strom nicht in die restliche schaltung fließen 
würde.


Autor: Bernd Rüter (Firma: Promaxx.net) (bigwumpus)
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@ XY ungelöst

In dem Diagramm siehst Du die Spannung über die Spule. Wenn Du noch die 
Spannung addierst (Masche!), die Du anlegst, dann hebt sich die Spannung 
auf.

Zündfunken werden auch immer im Moment der Unterbrechung des Stromes 
durch die Primärwicklung erzeugt...
Alte Kreidler-Fahrer wußten sowas noch...


Die Diode wird parallel zur Spule geschaltet - ABER SO, daß im normalen 
eingeschalteten Zustand kein STrom durch die Diode fließt, sie muß da 
natürlich sperren. Beim Ausschalten fließt der Strom weiter durch die 
Spule raus - rein in die Diode - durch die Diode - rein in die Spule...

Mensch in flüssigen Wasserstoff wäre daß ja ein Perpetuum mobile - äh - 
Superleiter.

BTW: Superleiter werden nur alle paar Jahre mal "geladen"

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