Schaltplan mit Relais – Symbole & Grundlagen für Einsteiger (Teil 2)

Im ersten Teil haben wir die grundlegenden Bauteile und ihre Schaltzeichen vorgestellt: Widerstand, Kondensator, Diode und Transistor. Damit stößt man beim Entwurf jedoch schnell an Grenzen. In diesem zweiten Teil kommen daher weitere wichtige Bauteile hinzu, von der Spule über Schalter und Logikgatter bis zum Relais. So lassen sich sowohl analoge als auch digitale Schaltungen lesen und entwerfen. Beginnen wir mit einem klassischen Bauteil der Analogtechnik, der Spule.

Schaltzeichen für Relais & Co. auf einen Blick

Dieser Abschnitt ergänzt die Grundbauteile aus Teil 1 um weitere wichtige Schaltzeichen. Die wichtigsten Punkte sind:

• Relais: Ein Relais ist ein elektromagnetischer Schalter. Sein Schaltzeichen kombiniert eine Spule mit einem Schaltkontakt und zeigt die Anschlüsse für Schließer (NO), Öffner (NC) sowie den gemeinsamen Kontakt (COM).
• Spule (Induktivität): Dargestellt durch schleifenförmige Bögen (international auch durch ein ausgefülltes Rechteck), bezeichnet mit L, Einheit Henry (H).
• Schalter: Es gibt vier Grundtypen – SPST, SPDT, DPST und DPDT –, die sich durch die Anzahl der Pole und Schaltwege im Symbol unterscheiden.
• Weitere Bauteile: Transformator (zwei gekoppelte Spulen), Batterie (abwechselnd lange und kurze Linien), Motor (eingekreistes „M") sowie Sicherung und Logikgatter.

Schaltzeichen für weitere Bauteile im Schaltplan

Die folgenden Schaltzeichen ergänzen die Grundbauteile aus Teil 1 um Spulen, Schalter, Quellen und das Relais. Sie alle folgen einer genormten Darstellung nach DIN EN 60617.

Induktivität (Spule)

Die Induktivität – häufig einfach als Spule oder Drossel bezeichnet – ist ungepolt und besitzt zwei Anschlüsse. Ihr Schaltzeichen zeigt mehrere schleifenförmige Bögen zwischen den Anschlüssen; international wird stattdessen ein ausgefülltes Rechteck verwendet. Die Induktivität wird mit L bezeichnet, ihre Einheit ist das Henry (H). Grundsätzlich speichert eine Spule Energie in einem Magnetfeld und wird unter anderem in Filtern, Übertragern und Schwingkreisen eingesetzt.

Digitale Logikgatter

Logikgatter sind die grundlegenden Bausteine jedes digitalen Systems. Sie verfügen in der Regel über zwei Eingänge und einen Ausgang; die Anzahl der Eingänge kann je nach Anforderung erweitert werden, während es beim einzelnen Ausgang bleibt.

Zu den wichtigsten Grundgattern zählen AND, OR, XOR und NOT. Wird am Ausgang eine kleine Kreisscheibe, die sogenannte Negation, hinzugefügt, kehrt sich die Funktion um – so entstehen NAND, NOR und XNOR. Jedes Logikgatter besitzt ein eindeutiges Schaltzeichen, wie unten dargestellt.

Schalter

Schalter dienen dazu, den Fluss von Strom oder Signalen in einem Stromkreis zu unterbrechen oder umzuleiten. Der einfachste Schalter ist der einpolige Einschalter (SPST, Single Pole Single Throw). Er besteht aus zwei Anschlüssen und einem beweglichen Kontakt, der die Verbindung herstellt oder trennt.

In der Elektronik unterscheidet man vier Grundtypen: den einpoligen Einschalter (SPST), den einpoligen Umschalter (SPDT), den zweipoligen Einschalter (DPST) und den zweipoligen Umschalter (DPDT). Ihre Schaltzeichen unterscheiden sich durch die Anzahl der Pole (Schaltkontakte) und Schaltwege – ein Prinzip, das auch bei Relais wiederkehrt.

Spannungsquelle (DC und AC)

Die Stromversorgung ist ein wesentlicher Bestandteil jedes elektrischen oder elektronischen Systems. Je nach Art der gelieferten Spannung gibt es unterschiedliche Schaltzeichen für die Quelle. In der Elektronik werden meist Konstantspannungsquellen verwendet. Zwei gängige Symbole geben an, ob die Quelle Gleichspannung (DC) oder Wechselspannung (AC) liefert: Gleichspannung wird üblicherweise durch zwei waagerechte Striche (lang/kurz) dargestellt, Wechselspannung durch eine Sinuslinie (≈).

Batterien

Statt einer Konstantspannungsquelle werden häufig auch Batterien verwendet. Das Schaltzeichen einer Batterie besteht aus einem Paar paralleler Linien unterschiedlicher Länge: Die lange Linie symbolisiert den Pluspol, die kurze den Minuspol (Einzelzelle). Mehrere aneinandergereihte Linienpaare stehen für mehrere in Reihe geschaltete Zellen (Mehrzellen-Batterie).

Spannungsknoten

Spannungsknoten sind Symbole mit einem einzelnen Anschluss, die einen bestimmten Spannungspegel im Schaltplan kennzeichnen. Sie werden direkt an den Anschluss eines Bauteils gesetzt und bezeichnen zum Beispiel 5 V, 3,3 V, VCC oder GND (Masse). Knoten mit positiver Spannung werden meist durch einen nach oben zeigenden Pfeil dargestellt, während Masseknoten in der Regel eine bis drei waagerechte Linien oder seltener ein nach unten zeigendes Dreieck zeigen.

Transformatoren

Ein Transformator überträgt elektrische Energie durch elektromagnetische Induktion von einem Stromkreis auf einen anderen. Sein Schaltzeichen zeigt zwei nebeneinander angeordnete Spulen (Primär- und Sekundärwicklung), die durch zwei parallele Linien, den Eisenkern, voneinander getrennt sind. Transformatoren werden hauptsächlich verwendet, um Spannungen zu erhöhen oder zu verringern.

Mehr zu Aufbau und Typen von Transformatoren auf Leiterplatten erfahren Sie im verlinkten Beitrag.

Motoren

Ein Motor wandelt elektrische Energie in mechanische Bewegung (kinetische Energie) um. Sein Schaltzeichen ist ein Kreis mit einem eingeschriebenen „M" und zwei Anschlussklemmen. Es gibt zahlreiche Motortypen – vom Gleichstrommotor bis zu Synchron- und Asynchronmaschinen –, auf die wir hier jedoch nicht näher eingehen.

Sicherung und PTC

Eine Sicherung ist ein Schutzelement gegen Überströme. Sie unterbricht den Stromkreis, bevor ein zu hoher Strom – zum Beispiel durch einen Kurzschluss – empfindliche Bauteile beschädigen kann. Ihr Schaltzeichen ist meist ein Rechteck mit einer durchgehenden Linie. Sicherungen unterscheiden sich in Parametern wie Auslösestrom und Reaktionszeit.

Das Schaltzeichen des PTC entspricht dem allgemeinen Symbol für einen Thermistor. Ein PTC ist ein temperaturabhängiger Widerstand mit positivem Temperaturkoeffizienten: Sein Widerstand steigt mit zunehmender Temperatur. Dadurch eignet er sich ebenfalls als Schutzelement, etwa gegen Überhitzung oder als rücksetzbare Sicherung.

Das Relais und sein Schaltzeichen

Ein Relais ist ein elektromagnetischer Schalter: Ein kleiner Steuerstrom schaltet einen zweiten, meist deutlich größeren Laststromkreis. Sein Schaltzeichen kombiniert daher zwei Elemente – die Spule (den Elektromagneten) und den Schaltkontakt, der von ihr betätigt wird.

Ein typisches Relais besitzt fünf Anschlüsse: zwei für die Spule (oft mit A1 und A2 bezeichnet) und drei für den Schaltkontakt. Der Kontakt stellt die Verbindung zwischen einem gemeinsamen Anschluss (COM) und entweder dem Schließer (NO, „normally open") oder dem Öffner (NC, „normally closed") her.

Die drei Grundtypen des Relaiskontakts sind:

• Schließer (NO): Im Ruhezustand offen – der Kontakt schließt erst, wenn die Spule anzieht.
• Öffner (NC): Im Ruhezustand geschlossen – der Kontakt öffnet, wenn die Spule anzieht.
• Wechsler (CO): Kombiniert Schließer und Öffner und schaltet zwischen beiden um (Change-over).

Die vereinfachte Funktionsweise ist nachfolgend dargestellt.

Mit diesen Bauteilen und ihren Schaltzeichen lassen sich bereits viele Schaltungen lesen und entwerfen. Der Vorrat an Schaltplansymbolen ist damit natürlich nicht erschöpft – wer tiefer einsteigen möchte, findet im ersten Teil dieser Reihe die Grundbauteile wie Widerstand, Kondensator, Diode und Transistor.

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Häufige Fragen zu Relais-Schaltzeichen

Wie sieht das Schaltzeichen eines Relais aus?

Das Schaltzeichen eines Relais besteht aus zwei Teilen: einer Spule, die meist als Rechteck oder schleifenförmiges Symbol dargestellt wird, und einem Schaltkontakt, der von der Spule betätigt wird. Die Anschlüsse der Spule werden oft mit A1 und A2 bezeichnet, der Schaltkontakt mit COM (gemeinsamer Anschluss), NO (Schließer) und NC (Öffner).

Welche drei Relais-Kontakte gibt es?

Man unterscheidet drei Grundtypen:

• Schließer (NO): im Ruhezustand offen, schließt bei angezogener Spule.  
• Öffner (NC): im Ruhezustand geschlossen, öffnet bei angezogener Spule.  
• Wechsler (CO): kombiniert beide und schaltet zwischen Schließer- und Öffner-Kontakt um.

Was bedeuten A1 und A2 beim Relais?

A1 und A2 bezeichnen die beiden Anschlüsse der Relaisspule, also des Steuerkreises. Wird an A1 und A2 die Steuerspannung angelegt, zieht die Spule an und betätigt den Schaltkontakt. Die Lastkontakte (COM, NO, NC) sind davon galvanisch getrennt.

Wie funktioniert ein Relais im Schaltplan?

Im Schaltplan sind Steuerkreis (Spule) und Lastkreis (Schaltkontakt) oft getrennt dargestellt, gehören jedoch zum selben Bauteil. Fließt Strom durch die Spule, entsteht ein Magnetfeld, das den Kontakt umlegt. Ein kleiner Steuerstrom schaltet so einen deutlich größeren Laststrom – zum Beispiel, um mit einem 12-V-Signal einen 230-V-Verbraucher zu schalten.