Signalrelais

Ein Signalrelais ist ein Relais, das den Anforderungen im Bereich der Zugsicherung genügen muss, damit es für sicherheitsrelevante Schaltungen im Bereich der Eisenbahnsicherungstechnik verwendet werden darf. Der Begriff „Signal-“ ist hier nicht im informationstechnischen Sinne zu verstehen, sondern leitet sich aus dem hauptsächlichen Einsatzgebiet von Signalrelais ab: Der Eisenbahnsicherungstechnik (auch: Signaltechnik, Zugsicherungstechnik).

Hauptsächliches Einsatzgebiet sind das Relaisstellwerk, aber auch in den anderen Stellwerkstechniken kommen Signalrelais zum Einsatz.

Anforderungen

Signalrelais „K50“ von Siemens (Typ C)

Allgemeine Sicherheitsanforderungen

Grundsätzlich sind Relais für sicherheitsrelevante Schaltungen sehr gut geeignet, da sie – im Gegensatz zur Elektronik – nur wenige Ausfallarten besitzen und deshalb der Sicherheitsnachweis auf Bauteil- und Schaltungsebene vollständig geführt werden kann. Damit dies jedoch möglich ist, benötigen Signalrelais spezielle Eigenschaften, die über die Eigenschaften herkömmlicher Relais hinausgehen.

Sicherheitsrelevante Eigenschaften herkömmlicher Relais:

• Hohe Ansprechschwelle
• Vorzugsausfallrichtung (monostabile Relais)
• Selbstreinigende Kontakte

Zusätzliche Eigenschaften von Signalrelais:

• Große Kontaktabstände
• Doppelte Kontaktunterbrechung
• Sicheres Öffnen, auch bei Verschweißen anderer Kontakte
• Zwangsführung der Kontakte

Das wichtigste Merkmal von Signalrelais ist die Zwangsführung der Kontakte. Dies bedeutet, dass alle Kontakte mechanisch starr miteinander verbunden sein müssen. Nur so kann schaltungstechnisch durch die Prüfung eines Kontakts auf die Stellung aller anderen Kontakte geschlossen werden.

Spezielle Sicherheitsanforderungen nach Klassifizierung

Vergleich zwischen Signalrelais Typ C (vorn) und Typ N (hinten)

Grundsätzlich kommen bei der Gestaltung sicherer Relaisschaltungen zwei unterschiedliche Typen von Signalrelais zum Einsatz, die nach UIC-Definition in zwei Klassen eingeteilt werden: Typ N (not controlled) und Typ C (controlled).

Bei Typ N-Relais, umgangssprachlich auch als „Schwerkraftrelais“ bezeichnet, ist der Abfall des Relaisankers bei Abschaltung der Spannung an der Spule immer gewährleistet. Außerdem wird für die Kontakte eine Materialkombination (z. B. Kohle/Silber) verwendet, die ein Verschweißen unmöglich macht. Typ N-Relais sind – bedingt durch die konstruktiven Anforderungen – größer und schwerer, durch die ausgeschlossenen Ausfälle ist jedoch die Schaltung einfach.

Bei Typ C-Relais ist der Abfall des Relaisankers nicht sichergestellt. Dieser kann z. B. durch Restmagnetismus und Brechen einer Feder auch bei Abschaltung der Spannung angezogen bleiben. Damit hierdurch keine gefährlichen Zustände entstehen, muss schaltungstechnisch der Abfall des Relais geprüft werden, wozu die Zwangsführung der Kontakte unverzichtbar ist. Außerdem ist es möglich, dass Kontakte verschweißen. Typ C-Relais sind kleiner und leichter, durch die notwendigen schaltungstechnischen Prüfungen jedoch wird die Schaltung komplexer.

Arten

Monostabiles Signalrelais Bauform II (»Normalrelais«) vom WSSB

Monostabil

Monostabile Signalrelais haben nur eine stabile – die abgefallene – Stellung. Da dies der energieärmere Zustand ist, wird die abgefallene Stellung bei der Schaltungsgestaltung als Vorzugsausfallrichtung genutzt, da es wesentlich wahrscheinlicher ist, dass ein Relais fehlerhaft abgefallen als fehlerhaft angezogen ist.

Bistabil

Bistabile Signalrelais haben zwei stabile Stellungen, die meist durch jeweils ein Spulensystem erreicht werden. Bistabile Relais werden genutzt, um Zustände – auch bei Stromausfall oder einer anderen Unterbrechung der Spulenzuleitung – zu speichern. Außerdem sind sie energiesparender, da nach dem Wechsel der Stellung in der Regel die Stromzufuhr zur zuletzt anziehenden Spule durch einen Kontakt des Relais selbst unterbrochen wird. Bistabile Relais sind konstruktiv aufwändiger.

Stützrelais

Die stabilen Stellungen beim Stützrelais werden durch mechanische Abstützungen hergestellt. Stützrelais sind die historisch ältesten bistabilen Relais. Nachteilig ist der feinmechanische Aufwand für den Stützmechanismus.

Stützrelais von VES (Vereinigte Eisenbahn-Signalwerke)

Kipprelais

Bei Kipprelais werden die stabilen Zustände durch Federkraft hergestellt. Da bei deren Brechen ein sicherer Zustand nicht garantiert werden kann, dürfen Kipprelais nur mit besonderen schaltungstechnischen Maßnahmen für sicherheitsrelevante Schaltungen verwendet werden.

Haftrelais

Das Haftrelais ist das modernste bistabile Signalrelais. Die stabilen Zustände werden auf unterschiedliche Art und Weise hergestellt: Durch Federkraft und Magnetismus. Die magnetisch angezogene Stellung gilt als Vorzugsausfallrichtung.

Spezielle Arten

Blockrelais

Das Blockrelais arbeitet nach dem Prinzip des Schrittschaltwerkes und wird für klassische Blockaufgaben verwendet. Es kann mit einem Wechselstromblockfeld korrespondieren.

Motorrelais

Das Motorrelais ist nach dem Prinzip des Asynchronmotors aufgebaut. Es arbeitet sowohl sehr frequenz- als auch phasenslektiv und ist damit weitgehend immun gegen Fremdströme. Das Motorrelais wird hauptsächlich als Gleisrelais für Gleisstromkreise verwendet.

Schaltungsdarstellung

Entgegen der in der Elektrotechnik üblichen Darstellungsweise wird für elektrische Schaltungen der Eisenbahnsicherungstechnik die „Pfeilsche Kurzschaltung“ verwendet. Diese geht auf Robert Pfeil zurück, der Ingenieur bei Siemens & Halske war, einer Firma, die sich schon sehr früh mit der Herstellung von elektrischer Eisenbahnsicherungstechnik beschäftigte. Er rationalisierte die Schaltungszeichnung durch folgende Maßnahmen der Darstellung:

• Aufschneiden der Stromkreise: Gezeichnet wird in der Regel von oben nach unten, der Stromkreis wird nicht geschlossen dargestellt.
• Räumliches Trennen von Spule und Kontakt: Die Zugehörigkeit der Kontakte zu einzelnen Relais wird durch das entsprechende Relaissymbol bzw. die Bezeichnung daneben gekennzeichnet (Verbindungslinie zwischen Spule und Kontakten entfällt)
• Energieeinspeisung: auf dem Strompfad gezeichneter Pfeil in diesen hinein
• Masse: Pfeil am Ende des Strompfades aus diesem hinaus
• geschlossener Schalter (Öffner): die Leitung berührender Querstrich
• geöffneter Schalter (Schließer): die Leitung schneidender Querstrich
• Relaisspule: Kreis

Siehe auch Schaltzeichen der Eisenbahnsicherungstechnik.

Fachliteratur

• Fischer, K.: Sicherung des Schienen- und Straßenverkehrs – Technische Grundlagen, transpress Verlag, Berlin 1983
• Fenner, W., Naumann, P., Trinckauf, J.: Bahnsicherungstechnik, Publics Corporate Publishing 2003, ISBN 3-89578-177-0
• Arnold, H.-J.: Eisenbahnsicherungstechnik, transpress Verlag, Berlin 1980
• Köhler, W.: Relais. Grundlagen, Bauformen und Schaltungstechnik, Franzis-Verlag München, ISBN 3-7723-1602-6