Anwendung von Relais in Signalanlagen

Was ist ein Relais?

Ein Relais ist ein elektrischer Schalter, der elektromagnetische Kraft verwendet, um die Öffnung und Schließung eines oder mehrerer elektrischer Schaltkreise zu steuern. Es besteht in der Regel aus Kernkomponenten wie einem Elektromagneten, Kontakten und Federn. Wenn die Spule des Elektromagneten energisiert wird, erzeugt sie ein Magnetfeld, das einen Armaturen anzieht oder freigibt, wodurch die Kontakte aktiviert werden und eine Schaltungsschaltung oder -trennung erreicht wird.

Klassifizierung von Relais

Relais werden hauptsächlich in zwei große Kategorien unterteilt: DC-Relais und AC-Relais.

• DC-Relais:

  • Stromversorgung: Von einer Gleichstromquelle betrieben.
  • Klassifizierung: Basierend auf der Polarität des Stroms können sie als unpolarierte Relais, polarisierte Relais und verzerrte Relais eingeteilt werden.
  • Funktionsprinzip: Alle sind elektromagnetische Relais, die durch das von der energisierten Spule erzeugte Magnetfeld arbeiten, das einen Armaturen anzieht, was wiederum das Kontakt-System zum Aktivieren treibt.

• AC-Relais:

  • Stromversorgung: Von einer Wechselstromquelle betrieben.
  • Klassifizierung: Basierend auf dem Funktionsprinzip umfassen sie sowohl elektromagnetische Relais als auch Induktionsrelais.
    • Elektromagnetisches Relais: Funktioniert ähnlich wie ein DC-elektromagnetisches Relais, aber sein Kern enthält in der Regel eine Abschattungsspule oder Abschattungsring, um das Vibrationen des Armaturens durch den Nullübergang des Wechselstroms zu verhindern.
    • Induktionsrelais: Nutzt die Wechselwirkung zwischen einem durch die Spule erzeugten wechselnden Magnetfeld und Wirbelströmen, die in einem beweglichen Teil (wie einem Flügel) durch ein anderes wechselndes Magnetfeld induziert werden, um eine elektromagnetische Kraft zu erzeugen, die den Flügel zum Drehen und Aktivieren des Relais bringt.

Anwendung von Relais in Eisenbahnsignalanlagen

Relais werden in Eisenbahnsignalanlagen weit verbreitet eingesetzt. Die Haupttypen umfassen: DC-unpolarierte Relais, polarisierte Relais, polarisierte Halterelais, AC-Relais usw.

• DC-unpolarisierter Relais:

  • Ein DC-elektromagnetisches Relais, dessen Spule keine Polarisierung hat und mit einer Gleichstromquelle jeder Polarität zuverlässig bei Energiezufuhr aktiviert werden kann.

• Polarisiertes Relais:

  • Ein DC-polarisiertes Relais mit fester positiver und negativer Polarität für seine Spule, das eine Verbindung zu einer Gleichstromquelle mit spezifischer Polarität erfordert.
  • Wenn Vorwärtsstrom durch die Spule fließt, schließen sich der vordere Kontakt und der gemeinsame Kontakt; wenn Rückwärtsstrom fließt, schließen sich der hintere Kontakt und der gemeinsame Kontakt; wenn die Spule nicht energisiert ist, aktiviert sich das Relais nicht.

• Polarisiertes Halterelais:

  • Ein spezieller Typ von polarisiertem Relais, das sowohl Polaritäts- als auch Haltfunktionen besitzt.
  • Beim Energiieren schließt es die entsprechenden Kontakte basierend auf der Polarität des Spulenstroms; nach dem Entenergieren bleiben die Kontakte in ihrem vorherigen Zustand, bis ein Strom der entgegengesetzten Polarität zugeführt wird. Diese "Speicher"-Eigenschaft macht es in Logikschaltungen weit verbreitet.

• AC-Relais:

  • Von Wechselstrom betrieben, einschließlich verschiedener Arten wie Signallichtglühfadenübertragungsrelais, FD-Typ-Elektronencodierer, JRJC-Typ-Zweielement-Zwei-Stellung-Relais und Gleichrichterrelais.

• Gleichrichterrelais:

  • Eine verbesserte Version basierend auf einem DC-unpolarierten Relais. Es enthält einen Gleichrichter und Spannungsstabilisator an seiner Eingangsstelle, der Wechselstrom in Gleichstrom umwandelt, bevor er an die Relaisspule geliefert wird.
  • Das DJ (Glühfadenrelais), das in Signallichtern verwendet wird, setzt in der Regel diesen Relais-Typ ein.

• Zweielement-Zwei-Stellung-Relais:

  • Ein typisches Induktionsrelais. Es nutzt die Wechselwirkung von Wirbelströmen, die in einem Flügel durch zwei wechselnde Magnetfelder (in der Regel von Gleisstrom und Ortsstrom) induziert werden, um eine elektromagnetische Kraft zu erzeugen, die den Flügel zum Drehen bringt und damit das Relais aktiviert.
  • Das GJ (Gleisrelais) in einem 25-Hz-phasensensitiven Gleisschutzkreis ist dieser Art von Relais.

• Zeitrelais:

  • Ein Relais mit Zeitverzögerungsfunktion. Wenn ein Eingangssignal angelegt oder entfernt wird, schließen oder öffnen seine Ausgangskontakte erst nach einer vordefinierten Verzögerungszeit.
  • Zeitrelais werden häufig in Weichenstartschaltungen eingesetzt, um während der Weichenumstellung eine Zeitsteuerung zu erreichen.

Gründe für die Verwendung von Relais in Eisenbahnsignalanlagen

• Hohe Zuverlässigkeit:Als reifes Schaltelement haben Relais eine einfache Struktur, stabile Leistung und können über lange Zeiträume hinweg in harten Eisenbahn-Umgebungen (wie Temperaturänderungen, Vibrationen, Feuchtigkeit und Staub) zuverlässig arbeiten. Dies ist entscheidend, um die sichere Betriebsführung von Schlüsselausrüstungen wie Signalen, Weichen und Gleisschutzkreisen sicherzustellen.
• Hohe Sicherheit:Das "Fail-Safe"-Designprinzip von Relais ist grundlegend für ihre Anwendung in Eisenbahnsignalanlagen. Wenn ein Relais versagt (z.B. Spulenbruch, Stromausfall), öffnen sich die Kontakte automatisch aufgrund der Schwerkraft oder Federkraft, was die Signalanlage in den sichersten Zustand (z.B. ein rotes Signal) versetzt und das Risiko von Unfällen minimiert.
• Hohe Präzision und Determiniertheit:Relais haben kurze und vorhersagbare Reaktionszeiten, was eine präzise Schaltsteuerung ermöglicht. In komplexer Verschlusslogik sind die Relaisoperationen hoch determiniert, was die Genauigkeit der Signalsteuerung gewährleistet.
• Flexibilität und Skalierbarkeit:Relaislogikschaltungen (Relaisverschlüsse) können durch verschiedene Verkabelungsmethoden komplexe Steuerlogiken implementieren. Das System ist einfach zu entwerfen, zu modifizieren und zu erweitern, abhängig von der Bahnhofsanlage und den Betriebsanforderungen.
• Gute elektrische Isolation:Die Steuerschaltung (Spulenseite) und die gesteuerte Schaltung (Kontaktseite) eines Relais sind vollständig elektrisch isoliert, was die Störfestigkeit und Sicherheit des Systems erhöht.