Elektrotechnik Elektroinstallation Stromstoßschaltung
Stromstoßschaltung
Autor: Helmut Räuchle

Inhalt:

Zum Inhalt Lernziele
Zum Inhalt Einleitung
Zum Inhalt Stückliste
Zum Inhalt Vorbereitungen für den Aufbau
Zum Inhalt Schaltungsaufbau Steuerstromkreis
Zum Inhalt Funktionsbeschreibung Steuerstromkreis
Zum Inhalt Berechnung des Spulen-Vorwiderstandes
Zum Inhalt Schaltungsaufbau Hauptstromkreis (Steuerstromkreis erweitern)
Zum Inhalt Funktionsbeschreibung der Gesamtschaltung
Sollte es nicht Funktionieren
Zum Inhalt Lernzielkontrolle

 


Lernziele

  • Aufbauen von einfachen Relaisschaltungen nach Schaltplan.
  • Berechnen von Vorwiderständen
  • Funktion von Relais kennenlernen.
  • Funktion und Einsatzgebiet von Stromstoßrelais kennen.
  • Schaltungen anhand von Wahrheitstabellen prüfen.
  • Aufteilen von Schaltungen in Funktionseinheiten.
  • Unterscheiden zwischen Steuer- und Hauptstromkreis.
  • Die Funktion einer ODER-Schaltung beschreiben können.

 

Mehr nfos
Tabellen:
Info zeigen Schaltzeichen der Installation
Info Zeigen Installationsschaltungen
Info zeigen Kennzeichnung elektrischer Betriebsmittel

 

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Einleitung

Die Stromstoßschaltung wird in der elektrischen Hausinstallation verwendet, wenn eine Brennstelle von zwei oder mehr Schaltstellen aus wahlweise ein- oder ausgeschaltet werden soll (z.B. in Treppenhäusern, Hausfluren und Schlafzimmern). InfoWechselschaltung oder Kreuzschaltung könnten also durch eine Stromstoßschaltung ersetzt werden. Um dies mit einem relativ geringen Verdrahtungsaufwand zu verwirklichen wird zur Realisierung ein Relais verwendet, das sogenannte Stromstoßrelais. Bei der Stromstoßschaltung werden anders als bei anderen Installationsschaltungen keine Schalter sondern Taster als Betätigungselemente verwendet.

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Stückliste

Bezeichnung

Anzahl

Artikel

Bemerkungen

S1-S3

2

Miniatur-Taster

Schließer

E1

1

Skalenlampe 9V/40mA

 

 

2

Zwergfassungen mit Lötstiften

für Skalenlampen

K1
1 Stromstoßrelais 6 V =  
R1
1 Widerstand 390 Ohm Vorwiderstand für LED
R2
1 Widerstand 47 Ohm / 0,33 W Vorwiderstand für 6V-Spule
LED 1
1 Leuchtdiode 3 mm  

 

1

9V Blockbatterie

 

 

1

Batterieclip

für Blockbatterie

 
1 Steckboard für den Aufbau der Schaltung
 
0,8m Schaltdraht d = 0,5mm  

 

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Vorbereitungen für den Aufbau

Wenn Schaltungen komplexer werden, sollten sie in kleine, überschaubare, für sich funktionierende Einheiten aufgeteilt werden. Diese Einheiten werden dann möglichst unabhängig voneinander aufgebaut und getestet. Obwohl die Stromstoßschaltung keinen allzu komplizierten Aufbau darstellt soll diese Vorgehensweise angewendet werden. Der Aufbau wird am Besten mit einem InfoExperimentierboard durchgeführt.

Schaltungen mit elektromagnetisch betätigten Schaltern (InfoRelais) wie sie die Stromstoßschaltung darstellt, werden aufgeteilt in InfoHauptstromkreis und Steuerstromkreis. Diese Aufteilung bietet sich an um die Schaltung in zwei Schritten aufzubauen und auf Funktion zu prüfen. Zuerst werden wir den Steuerstromkreis aufbauen den wir dann mit dem Hauptstromkreis ergänzen.
Vor dem eigentlichen Aufbau auf dem Experimentierboard sind ein par Vorbereitungen nötig. Um die Taster S1, S2 und S3 (siehe Stückliste) mit dem Board verbinden zu können löten Sie an ihre Anschlußfahnen je einen abisolierten Draht von ca. 10 mm Länge und 0,5 mm Durchmesser. Das Selbe machen Sie mit den Lötstiften der Lampenfassung.

Um das Stromstoßrelais für das Aufstecken vorbereiten zu könne stellen Sie zuerst seine Anschlußbelegung fest. Ist die Beschriftung A1 und A2 sowie 1 und 2 erkennbar zugeordnet ist alles klar, A1 und A2 sind die Spulenanschlüsse 1 und 2 die Anschlüsse des Schaltkontaktes. Sollte die Zuordnung nicht erkennbar sein muß eine Widerstandsmessung durchgeführt werden.

Zum Ermitteln der Anschlußbelegung verbinden Sie die eine Meßleitung des auf einen kleinen Widerstandswert geschalteten Multimeters mit irgendeinem Anschluß des Relais und tasten mit der anderen Meßleitung die übrigen Relaisanschlüsse ab. Zeigt das Meßgerät bei einem Abtastvorgang einen Wert von ca. 40 Ohm an, ist das Anschlußpaar für die Spule gefunden. Welches sind die Anschlüsse für den Schaltkontakt? Hat das Relais einen InfoWechselkontakt , also drei Anschlüsse für den Schaltkontakt, werden die zwei Anschlüsse verwendet die 0 Ohm haben. Hat das Relais keinen Wechselkontakt sind die übrigen zwei Anschlüsse die für den Schaltkontakt.
Führen Sie zur Sicherheit einen Test durch. Dazu verbinden Sie den einen Anschlußdraht des auf der Batterie steckenden Batterieclips mit einem der ermittelten Spulenanschlüsse und tippen mit dem anderen Draht den zweiten Spulenanschluß kurz an. Durch ein deutliches klickgeräusch bekommen Sie bestätigt, daß die richtigen Anschlüsse gefunden wurden, das Stromstoßrelais hat geschaltet.
Kennzeichnen Sie nun die Anschlüsse für Spule und Kontakt wie in der Abbildung gezeigt und löten Sie ca. 3 cm lange Drähte als Steckverbinder zum Board an.

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Schaltungsaufbau Steuerstromkreis

Wie oben erwähnt soll der Aufbau in zwei Schritten erfolgen. Warum in zwei Schritten? Da bei dieser Vorgehensweise die Anzahl der Bauteile, Kontakte und Verbindungsleitungen klein bleibt, wird die Übersichtlichkeit des Aufbaus erhöht, dies führt zu einem besseren Verständnis der Schaltung und zu einer leichteren Fehlersuche.

Testschaltung für 9 V Gleichspannung

Für den aus LED1 und R1 bestehende Schaltungsteil bauen Sie sich eine kleine Testschaltung die auch zum 9 V Spannungstest in anderen Schaltungen verwendet werden kann. Löten Sie einen flexiblen Draht an den einen Anschluß eines 390 Ohm Widerstandes an den anderen Anschluß löten Sie den + (plus) Pol einer Leuchtdiode. Fertig ist die 9 V-Testschaltung

Im Bild ist der schon fertige Schaltungsaufbau für für den Steuerstromkreis dargestellt. Bitte bauen Sie die Schaltung soweit wie gezeigt auf. Für den Schaltungsteil aus R1 und LED1 verwenden Sie die zuvor gelötete Testschaltung welche an Stelle der Spule eingesetzt wird. Der Schaltplan für den Steuerteil ist in der Abbildung unten dargestellt. Die Taster S1 bis S3 sind Schließer und werden parallel verbunden, ihr gemeinsamer Zugang geht zum +Pol der Spannungsversorgung. Der gemeinsame Abgang der Schalter führt über den Widerstand R1 und die LED 1 (eigentlich die Relaisspule) zum -Pol.

 

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Funktionsbeschreibung Steuerstromkreis

Bevor die Schaltung an Spannung gelegt wird kontrollieren Sie alle Verbindungen auf Richtigkeit und guten Kontakt. Ist alles in Ordnung? Dann legen Sie den Steuerstromkreis an Spannung in dem Sie die Batterie mit dem Batterieclip verbinden.

Da Schaltelemente und LED im abgebildeten Schaltplan für den Steuerstromkreis nur zwei Zustände einnehmen können, nämlich EIN oder AUS, können sie jeweils wie InfoBinärsignale betrachtet werden. Deshalb bietet es sich an die Funktionsbeschreibung und die Funktionskontrolle anhand einer InfoWahrheitstabelle wie es in der InfoDigitaltechnik üblich ist vorzunehmen. Bei 0-Einträgen in der Tabelle handelt es sich um den Zustand AUS, bei den 1-Einträgen um den Zustand Ein.

Nach dem Anlegen der Versorgungsspannung ist die LED AUS also 0.

  • Schritt 1: Kein Taster ist betätigt, die LED ist 0.

  • Schritt 2: S3 ist betätigt (1), der Stromkreis ist geschlossen und die LED leuchtet (1).

  • Schritt 3: S2 ist 1, der Stromkreis ist geschlossen, die LED ist 1.

  • Schritt 4: S3 und S2 ist 1, der Stromkreis ist geschlossen, die LED ist 1.

Die weiteren Schritte können sicher ohne Kommentar nachvollzogen werden.

Beim genaueren Betrachten der Wahrheitstabelle ist zu erkennen, daß die LED immer dann den Wert 1 hat, wenn ein Taster geschlossen ist ODER mehrere Taster geschlossen sind. Diese Aussage der Tabelle kann so zusammengefaßt werden:

LED = 1 wenn S1 = 1 ODER S2 = 1 ODER S3 = 1

In der Digitaltechnik wird eine Schaltung mit diesem Verhalten als InfoODER-Schaltung bezeichnet.

 

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Berechnung des Spulen-Vorwiderstandes

Beim Stromstoßrelais, wie es in der Stückliste angegeben ist handelt es sich um ein Relais mit den elektrischen Spulenwerten 12 V / 38 . Wenn wir unsere Schaltung mit der 9 V Blockbatterie versorgen ist unsere Versorgungsspannung zu groß, deshalb verpassen wir der Spule einen Vorwiderstand.

Spulenwiderstand der Relaisspule und der Vorwiderstand R2 bilden eine InfoReihenschaltung, der Spannungsfall am R2 muß

betragen. Der Strom durch die Reihenschaltung beträgt nach dem InfoOhmschen Gesetz :

Dadurch ergibt sich nach dem Ohmschen Gesetz ein Vorwiderstand von:

Der nächste größere Wert aus der InfoWiderstands-Normenreihe E12 ist 22 .
die am gewählten Widerstand entstehende Verlustleistung kann mit der Formel für die Infoelektrische Leistung berechnet werden:

die elektrischen Werte für den gefundenen Widerstand sind somit: 22  / 0,5 W.

Um den Strombedarf gering zu halten, und somit die Batterie zu schonen habe ich einen Vorwiderstand von 47  / 0,3 W gewählt, das Relais schaltet damit noch sicher.

 

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Schaltungsaufbau Hauptstromkreis (Steuerstromkreis erweitern)

Bitte erweitern Sie nun den Steuerstromkreis auf dem Experimentierboard mit den Komponenten für den Hauptstromkreis (Relais, Lampe und Verbindungsleitungen). im Bild ist der fertige Schaltungsaufbau für Steuerstromkreis und Hauptsromkreis dargestellt. Der Schaltungsteil aus R1 und LED1 wird weiter in der Schaltung belassen, die LED soll anzeigen wann die Spule an Spannung liegt. Der Schaltplan für die Stromstoßschaltung ist in der Abbildung unten dargestellt, der Hauptstromkreis ist gelb hinterlegt. Der +Pol führt zum Relaiskontakt K1.1 von K1.2 geht eine Verbindung weiter zum Fußkontakt der Lampe E1 und von deren Sockelkontakt zum pol der Spannungsversorgung.

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Funktionsbeschreibung der Gesamtschaltung

der Hauptstromkreis besteht aus dem Relaiskontakt K1 und der Lampe E1. Schließt K1 brennt auch die Lampe. Also ist folgendes zutreffend: E1 = K1.
Eine Infogalvanische Trennung von Haupt- und Steuerstromkreis ist in dieser Schaltung nicht gegeben obwohl die Bauweise des InfoStromstoßrelais diese Schaltungsvariante zulassen würde. Dazu müßte der Hauptstromkreis vollkommen (Plus und Minus) von der Spannungsversorgung des Steuerstromkreises getrennt und von einer separaten Spannungsquelle gespeist werden.

Die Spule liegt parallel zur LED-Schaltung, deshalb hat für sie die gleiche Aussage Gültigkeit wie sie bei der 'Funktionsbeschreibung Steuerstromkreis' gemacht wurde:

K1 =  S1  ODER S2  ODER S3

die Spule des Stromstoßrelais K1 ist intern über eine Mechanik mit dem Schaltkontakt verbunden (deshalb die gleiche Bezeichnung K1). Würde es sich beim Relais K1 um ein normales Schaltrelais handeln würde folgendes zutreffen: Wird die Relaisspule an Spannung gelegt wird über die relaisinterne Mechanik der Kontakt K1 geschlossen und die Lampe E1 leuchtet, wird die elektrische Spannung von der Relaisspule entfernt öffnet K1 und E1 erlischt. Für Stromstoßrelais ist diese Aussage nicht zutreffend. Deshalb soll die Verhaltensweise eines Stromstoßrelais nachfolgend anhand einer Wahrheitstabelle nachvollzogen werden.

Wahrheitstabelle zum Stromstoßrelais

Vereinbarung:
K1 entspricht der Relaisspule, E1 entspricht der Lampe und bei Schritt 1 ist der Kontakt K1 geöffnet.

  • Schritt 1: die Relaisspule ist stromlos K1 ist geöffnet also ist E1 = 0

  • Schritt 2: die Relaisspule wird vom Strom durchflossen, K1 schließt und E1 leuchtet.

  • Schritt 3: die Relaisspule wird stromlos aber die Lampe E1 leuchtet weiter, also kann der Kontakt von K1 nicht geöffnet sein.

  • Schritt 4: die Relaisspule wird vom Strom durchflossen, die Lampe leuchtet nicht, also ist K1 geöffnet (Weite bei Schritt 1).

beim Wechsel von Schritt 2 nach Schritt 3 wird der Kontakt durch die Mechanik im Stromstoßrelais (Schaltschloß) in seiner Stellung gehalten, das selbe trifft auch beim Wechsel von Schritt 4 auf Schritt 1 zu. Der Stromstoßschalter ändert als o bei jedem Spannungsimpuls seine Schaltstellung. Dieses Verhalten des Relais macht das funktionieren der InfoStromstoßschaltung erst möglich und ist am Zeichen  des Spulensymbols im Schaltplan zu erkennen.

 

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sollte es nicht funktionieren

  • Prüfen Sie die Batterie. Dazu wird ein Lämpchen direkt an den Batterieklemmen betrieben (Lampespannung beachten).

  • Ist das Lämpchen defekt? Mit dem Ohmmeter auf Durchgang prüfen.

  • Die Verbindungsleitungen auf richtige Verdrahtung kontrollieren.

  • Kontaktstellen (auch gelötete) auf guten Kontakt überprüfen.

  • Die Taster mit dem Ohmmeter auf Funktion prüfen

Seite Weitere Tips zur Fehlersuche

 

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Lernzielkontrolle

  1. Wann wird eine Stromstoßschaltung in der Hausinstallation eingesetzt

  2. wie werden die Anschlüsse von Relaisspulen gekennzeichnet?

  3. Warum ist es vorteilhaft, Schaltungen möglichst in für sich funktionsfähige Einheiten zu unterteilen, aufzubauen und zu testen.

  4. Mit welchem Symbol wird die Spule eines Stromstoßrelais im Schaltplan dargestellt?

  5. Was versteht man unter 'Galvanischer Trennung'?

  6. Erstellen Sie die Wahrheitstabelle für eine ODER-Schaltung

  7. Berechnen Sie den Vorwiderstand für eine Leuchtdiode mit den Nennwerten 2 V / 20 mA die an 5 V betrieben werden soll.

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