Technische Definition
In Eingangs-/Ausgangsmodulen (I/O-Modulen) dient ein Optokoppler/Relais als kritisches Schnittstellenbauteil. Es isoliert elektrisch die niederspannungs- und empfindliche Steuerschaltung (z. B. von einer SPS oder einem Mikrocontroller) von der höherspannungs- oder verrauschten Last-/Stromversorgungsschaltung. Es empfängt ein Steuersignal mit geringer Leistung und nutzt es, um ein Signal sicher zu schalten oder an das angeschlossene Feldgerät (wie Motor, Ventil oder Sensor) zu übertragen, wodurch das Steuerungssystem vor Spannungsspitzen, Erdschleifen und elektrischem Rauschen geschützt wird. Das Bauteil ist in zwei Haupttechnologien erhältlich: Optokoppler verwenden eine Leuchtdiode (LED) und ein lichtempfindliches Halbleiterbauelement, um Signale ohne physische Verbindung zu übertragen, während Relais eine elektromagnetische Spule verwenden, um mechanische Kontakte zu betätigen. Beide bieten galvanische Trennung, unterscheiden sich jedoch in Schaltgeschwindigkeit, Kontaktlebensdauer und Lastfähigkeit. Typische Parameter umfassen: Isolationsspannung (3750–5000 Vrms gemäß IEC 60747-5-5), Eingangsstrom (5–20 mA), Ausgangsstrom (50–500 mA), Kollektor-Emitter-Spannung (30–80 V), Stromübertragungsverhältnis (50–600% gemäß IEC 60747-5-5), Schaltgeschwindigkeit (1–10 µs), Betriebstemperatur (-40 bis 85 °C gemäß IEC 60068-2-1/2), Lagertemperatur (-55 bis 125 °C), Luftfeuchtigkeit (5–95% relative Luftfeuchtigkeit, nicht kondensierend, gemäß IEC 60068-2-78), Gehäusetyp (DIP-4 bis DIP-8) und Gewicht (0,5–2,0 g). Diese Werte sind Verzeichnis-Referenzbereiche und müssen für das spezifische Modell und die Anwendung bestätigt werden. Das Bauteil wird in industriellen I/O-Modulen zur Signalisolierung, Pegelumsetzung und zum Schutz verwendet. Bei der Auswahl sind die erforderliche Isolationsspannung, der Eingangs-/Ausgangsstrom, die Schaltgeschwindigkeit und die Umgebungsbedingungen zu berücksichtigen. Überprüfen Sie stets die Konformität mit relevanten Normen und fordern Sie modellspezifische Datenblätter vom Hersteller oder Lieferanten an.
Funktionsprinzip
Bei einem Optokoppler: Eine Leuchtdiode (LED) wird durch das Eingangssteuersignal eingeschaltet. Das Licht dieser LED trifft auf ein lichtempfindliches Bauelement (wie einen Fototransistor oder Fototriac) auf der isolierten Ausgangsseite, wodurch dieses leitend wird und den Ausgangskreis schließt. Es besteht keine elektrische Verbindung zwischen Eingang und Ausgang. Bei einem Relais: Das Steuersignal erregt eine elektromagnetische Spule, die ein Magnetfeld erzeugt, das einen mechanischen Schalter (Kontakte) physisch bewegt, um den Ausgangskreis zu öffnen oder zu schließen.
