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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Relais Freilaufdiode


Autor: Oli (Gast)
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Hallo!
Ich beschäftige mich gerade mit der Verkabelung eines Kfz.
Da bin ich auch zum Schutz vor Komponenten über das Thema Freilaufdioden 
bei Relais gestolpert.
Ist es für die Funktion der Freilaufdiode unerheblich ob der 
Spulenstromkreis des Relais auf der Plus- oder Minusseite getrennt wird?
Die Beispielbilder von Relais mit Freilaufdioden zeigen die Trennung auf 
der Minusseite.
Im KFZ sind die Schalter aber im überwiegenden Fall auf der Plusseite 
angebracht.
Ich kenne mich zwar grundlegend mit den Flussrichtungen im Stromkreis 
und Durchlassrichtungen von Dioden aus, aber im Ausschaltzustand kommt 
ja Induktion dazu und die soll ja lt. Schulwissen irgendwie auch noch 
ihrer Ursache entgegenwirken...und ab dem Punkt bin ich verwirrt.

Danke & Gruß
Oli

Autor: Nomis (Gast)
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Hallo Oli,

ja es ist egal, auf welcher Seite der Stromkreis getrennt wird. Wichtig 
für den Schutz ist, dass die Freilaufdiode parallel zur Spule des Relais 
und in Sperrrichtung angebracht wird, damit der Strom in der 
Induktivität nach dem ausschalten weiter fließen kann.

Grüße
Nomis

Autor: Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)
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Oli schrieb:
> Ist es für die Funktion der Freilaufdiode unerheblich ob der
> Spulenstromkreis des Relais auf der Plus- oder Minusseite getrennt wird?

Ja, ist es. Da die Freilaufdiode direkt über die Relaiswicklung 
geschaltet wird, ist es ihr völlig wurscht, auf welcher Seite das Relais 
bestromt wird.

Autor: Der Andere (Gast)
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Oli schrieb:
> Ist es für die Funktion der Freilaufdiode unerheblich ob der
> Spulenstromkreis des Relais auf der Plus- oder Minusseite getrennt wird?

Ja, die Freilaufdiode wird parallel zur Relaisspule in Sperrichtung 
geschaltet.
Ob das Relais jetzt über plus oder Masse geschaltet wird ist dafür 
völlig unerheblich.

Autor: Simon B. (zmon)
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Auf welcher Seite die Spule getrennt wird ist egal, solange die 
Freilaufdiode an der Spule verbleibt.

Zur Funktion: Die Diode wird in Sperrrichtung zur Spule geschalten, das 
klingt für den Betriebsfall (Spule von Strom durchflossen, erregt) 
erstmal sinnlos. Beim Wegschalten der Spulenspannung, möchte der Strom 
aber in der Spule weiterfließen. Wenn er das nicht kann, entstehen so 
hohe Spannungen dass es dann doch möglich wird (z.B. Funkenüberschlag im 
Kontakt, siehe auch Unterbrecherzündung). Ist die Diode Parallel zur 
Spule, kann der Spulenstrom sich durch die Diode zu Tode laufen.

Schöne Grüße!

Autor: Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)
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Simon B. schrieb:
> Beim Wegschalten der Spulenspannung, möchte der Strom
> aber in der Spule weiterfließen.

Das ist nicht richtig. Wenn man eine Spule bestromt, wird ein Magnetfeld 
aufgebaut. Wenn man den Strom abschaltet, bricht das Magnetfeld 
zusammen, es findet also eine Änderung des Magnetfeldes statt, die in 
der Spule eine Spannung, die sogen. Gegen-EMK erzeugt.
Da das Magnetfeld zusammen bricht, erzeugt es die gegenteilige Polung 
dessen, was beim Aufbauen stattfand (Lenzsche Regel).
Genau diese Induktionsspannung wird von der Freilaufdiode aufgenommen.
http://et-tutorials.de/721/wozu-benotigt-man-eine-freilaufdiode/

: Bearbeitet durch User
Autor: Teddy (Gast)
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Matthias S. schrieb:
> Simon B. schrieb:
>> Beim Wegschalten der Spulenspannung, möchte der Strom
>> aber in der Spule weiterfließen.
>
> Das ist nicht richtig. Wenn man eine Spule bestromt, wird ein Magnetfeld
> aufgebaut. Wenn man den Strom abschaltet, bricht das Magnetfeld
> zusammen, es findet also eine Änderung des Magnetfeldes statt, die in
> der Spule eine Spannung, die sogen. Gegen-EMK erzeugt.
> Da das Magnetfeld zusammen bricht, erzeugt es die gegenteilige Polung
> dessen, was beim Aufbauen stattfand (Lenzsche Regel).
> Genau diese Induktionsspannung wird von der Freilaufdiode aufgenommen.
> http://et-tutorials.de/721/wozu-benotigt-man-eine-...

Danke sehr!
Wieder was gelernt.

Autor: Simon B. (zmon)
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@TO: Hab dir noch eine Zeichnung gemacht.

@Matthias: Zugegeben: "Strom möchte weiterfließen" ist eine sehr 
vereinfachte Beschreibung für das was tatsächlich passiert, was ich zu 
Gunsten der Vereinfachung aber absichtlich gemacht habe.

Schöne Grüße!

: Bearbeitet durch User
Autor: Markus H. (haniham) Benutzerseite
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Aber ich werfe nur mal so in den Raum, dass eine Freilaufdiode im KFZ 
auch so seine Tücken haben kann - Stichwort Verpolfall (-;

Beitrag #5027178 wurde von einem Moderator gelöscht.
Autor: Lothar M. (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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Matthias S. schrieb:
> Das ist nicht richtig.
Es ist eine "umgedrehte Abkürzung" deiner Beschreibung (etwa wie die 
zweite Seite der Medaille) und vereinfacht den Umgang mit Spulen 
ungemein:

Nach dem Abschalten eine Spule fließt der Strom einfach weiter "aus der 
Spule heraus". Und er sucht sich einen Weg. Am einfachsten ist es, ihm 
diesen Weg mit der Freilaufdiode zur Verfügung zu stellen. Dann fließt 
der Strom aus der Spule heraus, durch die Diode und wieder in die Spule 
hinein: der Stromkreis ist geschlossen, das Ziel ist erreicht.

Wenn die Diode nicht da ist, dann fließt der Strom trotzdem weiter aus 
der Spule heraus, muss aber einen "umständlichen" Weg über irgendwelche 
Widerstände suchen und "deshalb" steigt die Spannung so hoch an, dass 
ein Transistor durchschlägt oder gar ein Funke entsteht.

Das mag technisch nicht ursächlich korrekt sein, aber wir lassen in 
Gedanken den Strom ja auch von + nach - fließen, obwohl die Elektronen 
von - nach + fließen...

Besonders das Verhalten von Schaltreglern wird mit dem "Weiterfließen 
des Stromes" völlig einfach darstellbar.

Ich kann auf jeden Fall mit diesem (abklingenden) Weiterfließen bisher 
sämtliche Schaltungen erklären und analysieren. Und muss dabei nicht auf 
die Polarität irgendwelcher Spannungen schauen.

BTW: evtl. ist auch einfach das Modell des Herrn Lenz umständlich...

: Bearbeitet durch Moderator
Autor: Peter II (Gast)
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Baldrian schrieb im Beitrag #5027178:
> Das war keine Vereinfachung, das war falsch.

für so falsch halte ich das nicht. Eine Induktivität versucht generell 
eine Stromänderung zu verhindern. Wie das "intern" abläuft ist dabei 
egal.

Genau wie ein Kondensator zur Spannungsstabilisierung eingesetzt wird, 
wird eine Spule zur Glättung vom Strom eingesetzt.

Autor: batman (Gast)
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Daß der Strom aus seinem eigenem Willen heraus handelt, wird auch keiner 
ernsthaft geglaubt haben. Äähm naja vielleicht.. hust

Autor: Thomas E. (picalic)
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Matthias S. schrieb:
>> Beim Wegschalten der Spulenspannung, möchte der Strom
>> aber in der Spule weiterfließen.
>
> Das ist nicht richtig.

Falsch aber auch nicht - was soll die Klugscheißerei?
Es ist lediglich die etwas bildhaft formulierte Auswirkung der 
Selbstinduktion und damit viel leichter zu verstehen, als wenn man sich 
erst wie im Physikunterricht mit Daumenregel, Magnetfeld um Leiter, 
Lenzscher Regel usw... irgendwas herleiten muss. Was bei Stromänderung 
an der Spule passiert ist erstmal relevant, nicht warum. Da hilft einem 
die bildhafte Vorstellung, daß sich die Spule einer Stromänderung 
"widersetzt" viel mehr, als physikalische Grundlagen.

Autor: batman (Gast)
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Oli schrieb:
> Die Beispielbilder von Relais mit Freilaufdioden zeigen die Trennung auf
> der Minusseite.
> Im KFZ sind die Schalter aber im überwiegenden Fall auf der Plusseite
> angebracht.

Ich glaube, das täuscht. Es geht nicht um den Arbeitsstromkreis, sondern 
um den Steuerkreis des Relais und da schaltet die Motorsteuerung auch 
meist die Relais gegen Masse an. Es wird meistens so gemacht. Ein 
Masseschluß an Leitungen der Motorsteuerung führt so nicht zur 
Zerstörung derselben. Mit PLUS muß man dagegen aufpassen.

Autor: Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)
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Thomas E. schrieb:
> Falsch aber auch nicht - was soll die Klugscheißerei?

Doch, es ist eben nicht richtig. Wenn ich die Spannung an der Spule 
wegnehme, will der Strom nicht weiterfliessen. Es fliesst ein anderer, 
durch Induktion erzeugter Strom, der auch nicht 'weiter', sondern in die 
entgegengesetzte Richtung fliesst. Das ist keine Klugscheisserei, 
sondern physikalisches Grundwissen, das sicher nicht schadet.

Autor: Peter II (Gast)
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Matthias S. schrieb:
> Es fliesst ein anderer,
> durch Induktion erzeugter Strom, der auch nicht 'weiter', sondern in die
> entgegengesetzte Richtung fliesst. Das ist keine Klugscheisserei,
> sondern physikalisches Grundwissen, das sicher nicht schadet.

falsch, der Strom fließt in die gleiche Richtung weiter.

Autor: Ralf (Gast)
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Peter II schrieb:
> der Strom fließt in die gleiche Richtung weiter.

Wo soll der denn herkommen?

Autor: Peter II (Gast)
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Ralf schrieb:
> Wo soll der denn herkommen?

aus der Induktionsspannung

Autor: Dietrich L. (dietrichl)
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Ralf schrieb:
> Peter II schrieb:
>> der Strom fließt in die gleiche Richtung weiter.
>
> Wo soll der denn herkommen?

Aus der Induktivität.
Sie war vorher Senke und wird jetzt zur Quelle. Und da die Stromrichtung 
sich nicht ändert, muss die Spannung ihre Polarität ändern.

Autor: Thomas E. (picalic)
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Matthias S. schrieb:
> der auch nicht 'weiter', sondern in die
> entgegengesetzte Richtung

Uuuups - Du musst bei der Daumenregel die RECHTE Hand nehmen! ;)

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Autor: Ralf (Gast)
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Dietrich L. schrieb:

> muss die Spannung ihre Polarität ändern.

Dann ändert sich zwangsläufig auch die Stromrichtung!

Autor: Peter II (Gast)
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Ralf schrieb:
> Dann ändert sich zwangsläufig auch die Stromrichtung!

nein, muss sie nicht. Zeichne es dir doch mal auf.

Autor: Ralf (Gast)
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Peter II schrieb:
> Zeichne es dir doch mal auf

Jetzt reicht's mir aber langsam! Jetzt mach ich mir mal eine Zeichnung!

Autor: Achim S. (Gast)
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Ralf schrieb:
> Dann ändert sich zwangsläufig auch die Stromrichtung!

Nein. Nicht die Stromrichtung ändert sich sondern di/dt ändert sich. 
D.h. der Strom wird kleiner, aber er fließt natürlich erst mal in die 
gleiche Richtung weiter.

Autor: Dietrich L. (dietrichl)
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Achim S. schrieb:
> D.h. der Strom wird kleiner, aber er fließt natürlich erst mal in die
> gleiche Richtung weiter.

Nicht nur "erst mal", sondern immer - bis der Wert nach unendlicher Zeit 
0 wird ;-)

Autor: batman (Gast)
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Die Elektronen selbst sind nur ein Erklärungsmodell zur 
Veranschaulichung und keine realen Kügelchen, Leute. Es bringt nichts, 
sich das Leben schwer zu machen. Wir begreifen eh nix. :)

Autor: Simon B. (zmon)
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Ralf schrieb:
> Peter II schrieb:
>> Zeichne es dir doch mal auf
>
> Jetzt reicht's mir aber langsam! Jetzt mach ich mir mal eine Zeichnung!

Siehe oben! Ist eigentlich der TO noch da oder schon geflüchtet?

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Autor: Lothar M. (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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Matthias S. schrieb:
> Wenn ich die Spannung an der Spule wegnehme, will der Strom nicht
> weiterfliessen.
Miss mal nur den Strom, ohne irgendwelche Spannungen zu sehen. Das 
Bild, das sich dir darstellt sieht so aus: der Strom fließt ohne Rucken 
und Zucken einfach unverändert weiter. Ein paar ms oder µs später 
siehst du dann abhängig von der externen Beschaltung schon was...

Ralf schrieb:
>> muss die Spannung ihre Polarität ändern.
> Dann ändert sich zwangsläufig auch die Stromrichtung!
Nein, du musst nur "Quelle" und "Verbraucher" tauschen. Wenn die SPule 
vom "Verbraucher" zur "Quelle" wird, dann muss sich bei gleicher 
Stromrichtung die Spannung umkehren. Das macht dieses Herumgehampel mit 
den "umgekehrten" und "negativen" Spannungen ja so unheimlich 
kompliziert.
Wie gesagt: betrachtet einfach mal die Spule (kurzzeitig) als 
Stromquelle, dann wird das Thema total einfach.

Thomas E. schrieb:
> Da hilft einem die bildhafte Vorstellung, daß sich die Spule einer
> Stromänderung "widersetzt" viel mehr, als physikalische Grundlagen.
Und der eigentliche Witz ist der: sie reicht aus.

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Autor: Oli (Gast)
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Ich danke euch herzlichst für die Antworten und Erklärungen!
Ich kann so schlecht in Elektronen denken. Mein Ersatzgedankenmodell ist 
dann immer Hydraulik/Wasserspiel.

Gut, ein modernes elektronisches Steuergerät mag die Spule gegen Masse 
ziehen, aber bei dem Auto ist das Steuergerät furs Relais der Finger und 
das Relais wird mit einem Schalter auf der Plusseite geschalten.
Gruß Oli

Autor: Stefan S. (chiefeinherjar)
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Oli schrieb:
> Ich kann so schlecht in Elektronen denken. Mein Ersatzgedankenmodell ist
> dann immer Hydraulik/Wasserspiel.

Gut, eine Induktivität ist wie eine Turbine, die hat eine gewisse 
Trägheit und kann daher nicht "sofort" abschalten, sondern "will" 
erstmal weiter laufen. Wenn jetzt aber - egal ob plus oder minusseitig 
der Fluss unterbrochen wird, "treibt" die Turbine ja trotzdem weiter 
eben gegen diese Unterbrechung an - und es entsteht ein "Druck" (sprich 
eine Spannung).
Spiel es in Gedanken durch - du wirst sehen, es ist egal ob Plus oder 
Minus geschaltet wird.

Autor: Elektrofan (Gast)
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Lothar Miller schrieb:
> Das mag technisch nicht ursächlich korrekt sein, aber wir lassen in
> Gedanken den Strom ja auch von + nach - fließen, obwohl die Elektronen
> von - nach + fließen...

1.) Es gibt ja auch Ladungsträger mit positiver Ladung.
2.) Und Antimaterie, bei der funktioniert das Ganze wohl auch ...   ;-)

Autor: Markus H. (haniham) Benutzerseite
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Um mal die ganze laberei mit etwas wissenschaftlichem anzureichern:
U = L dI/dt    -->Abnehmender Strom => negative Spannung
I = C dU/dt

würde der strom mit gleichem Vorzeichen weiter fließen und sich die 
spannung nicht umgehren müsste der Kondensator gemäß der Energiebilanz 
beim Ausschalten weiter Enegrgie aufnehmen --> Wiedersprich in sich

Autor: Lothar M. (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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Markus H. schrieb:
> Um mal die ganze laberei mit etwas wissenschaftlichem anzureichern
Auf diese Art kapiert es aber trotzdem keiner, auch wenn sie 
mathematisch durchaus korrket ist. Denn auch diese mathematische 
Zahlendreherei hilft in erster Linie nichts beim Platzieren der Diode...

Autor: Andreas E. (Gast)
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Interessantes Thema, denn genau damit hatte ich letztens zu tun. Und 
verstehe es immer noch nicht wirklich.

Mikrocontrollerausganspin schaltet MOSFET- Transistor, dieser schaltet 
einen 5 V Kreis mit einem Reed Relais drin.
 Transistor ist ständig abgeraucht. Weil ich das Relais falsch rum 
eingebaut hatte. Ein neues und richtig rum eingebaut und alles war ok.

Aber warum? Die Diode ist doch ausserhalb des Relais und zeigt immer in 
die gleiche Richtung. Der Strom fliesst auch immer in die gleiche 
Richtung vom Pluspol zum Minuspol, nur die Spule wird "von hinten nach 
vorn" durchlaufen.
Aber was macht das für einen Unterschied?

Einen Unterschied würde es nur dann machen wenn die Diode mitsamt der 
Spule umgedreht würde. ????

Autor: Ralf (Gast)
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Andreas E. schrieb:
> Die Diode ist doch außerhalb des Relais

Reed Relais mit integrierter Diode.

Autor: Andreas E. (Gast)
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Ok, danke, das erklärts. Dann hat der Entwickler dieses Schaltplans die 
externe Diode da überflüssigerweise noch eingebaut.

Autor: Andreas E. (Gast)
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Obwohl, hmm, dann hätte doch die externe Diode trotzdem den Transistor 
retten müssen.  Viellcht funktionierte die nicht.....

Autor: Ralf L. (ladesystemtech)
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Andreas E. schrieb:
> dann hätte doch die externe Diode trotzdem den Transistor
> retten müssen.

Nein. Die interne Diode war in Durchlassrichtung eingebaut und hatte 
einen hohen Kurzschlussstrom erzeugt, den der Transistor nicht 
verkraftet hat.

Autor: Wolfgang (Gast)
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Oli schrieb:
> Ich danke euch herzlichst für die Antworten und Erklärungen!
> Ich kann so schlecht in Elektronen denken. Mein Ersatzgedankenmodell ist
> dann immer Hydraulik/Wasserspiel.

Dann nimm also eine Wasserleitung und lasse das Wasser kräftig aus dem 
Hahn fließen. Wenn du den jetzt schlagartig zudrehst, knallt es heftig 
in der Leitung (=Induktionsspitze), falls du nicht einen passenden 
Wasserschlagdämpfer (Snubber) oder ein Überdruckventil (=Freilaufdiode), 
drin hast, dass die kinetische Energie des Wasser unschädlich abbaut.

Autor: Wolfgang (Gast)
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Andreas E. schrieb:
> Obwohl, hmm, dann hätte doch die externe Diode trotzdem den Transistor
> retten müssen.  Viellcht funktionierte die nicht.....

Manchmal hilft es einfach in das Datenblatt zu gucken.

Der Tod des Transistors hatte gar nichts mit dem Strome durch 
Relaisspule zu tun oder eine Induktionsspitze beim Abschalten zu tun. 
Zum Abschalten ist der gar nicht mehr gekommen. Da war er schon tot.

Autor: oszi40 (Gast)
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> Da war er schon tot.

Ersetze ein Relais gedanklich durch eine Drahtbrücke und frage Dich dann 
warum Dein Transistor kaputt ist :-) oder lies 
https://www.mikrocontroller.net/articles/Relais_mit_Logik_ansteuern#Freilaufdiode

Autor: oszi40 (Gast)
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Wenn Du damit fertig bist, überlege welche bösen Induktivitäten noch im 
Bordnetz sein könnten! F.23 
http://dse-faq.elektronik-kompendium.de/dse-faq.htm#F.23

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