Een relais vervangen: kies de juiste!!

In de tijd dat er nog geen computers in auto’s zaten werden er gewone relais toegepast om dingen aan te sturen zoals een brandstofpomp of ruitenwissermotor.

Toen de constructeurs computers gingen toepassen werd er niet altijd goed nagedacht om deze adequaat te beveiligen tegen piekspanningen. Gevolg was dat er vele ECU’s na verloop van tijd de geest gaven. Zelf weet ik dat Opel hier wel last van had.

Maar ook tegenwoordig sneuvelen er nog ECU’s door piekspanningen. Soms doordat er een verkeerd relais werd gemonteerd.

Werking relais

Een relais is eigenlijk een elektrische schakelaar. Er zit een spoeltje in die op het moment dat daar een stroom doorheen gaat een magneetveld creeërt. Dit magneetveld trekt een metalen lipje aan die een andere stroomkring bedient. Ik denk dat iedereen dit wel weet.

Maar wat minder bekent is, is dat dit magneetveld, Electro-Magnetisch Veld, voor problemen zorgt als we daar geen maatregelen tegen treffen.

Eerst een stukje theorie

Wat verstaan wij onder stroom? Met stroom bedoelen we eigenlijk elektronen stroom. Elektronen stromen door een circuit en het zijn de elektronen die het werk doen.

In de autobranche leert men altijd dat de stroomrichting van Positief naar Negatief is, echter in werkelijkheid stromen elektronen net andersom. Elektronen zijn namelijk negatief geladen.

Een opeenhoping van negatief geladen elektronen, zoals in een accu, maakt de minpool negatief. Als de accu wordt ontladen, gaan de elektronen dus vanaf de minpool dóór het circuit naar de pluspool. Dit gaat door tot er een evenwicht is ontstaan. (De accu is dan leeg= spanningloos).

Persoonlijk vind ik dat duidelijker en hou dat dan ook altijd aan, al maakt het voor de werking niet uit welke stromingsrichting we hanteren.

Door de elektronenstroom worden er dingen in beweging gebracht zoals een startmotor, ruitenwissermotor, maar ook injectoren. 

Fig 1: Stroomrichting van B-min naar B-plus

Hoe ontstaan piekspanningen?

In een spoel wordt een Elektro-Magnetisch Veld (EMV) gecreeërd op het moment dat de schakelaar wordt gesloten, zoals zichtbaar gemaakt middels de pijlen die naar buiten zijn gericht. 

Fig.2 Opbouw EMV-veld en polariteit spoel

Volgens ons uitgangspunt stromen er elektronen vanaf de B-Min van de accu, door de schakelaar naar de min kant van de spoel, door de spoel naar de plus kant van de spoel en dan naar de B-Plus van de accu. De polariteit van de spoel is dus onderaan Min en bovenaan Plus. Heel belangrijk om te onthouden!

Wat gebeurt er nu als de schakelaar wordt geopend? Dan stopt de elektronenstroom en zal het Elektro-Magnetische-Veld ook stoppen.

Echter, als het elektromagnetische veld stopt moet de energie nog wel even afgevoerd worden. Dat is te zien door een vonk over de schakelaar. De polariteit van de spoel draait namelijk om en de Pluskant van de spoel wordt Min en de Minkant wordt Plus.

Elektronen stromen van Min naar Plus en dan komt het cruciale punt: je zou zeggen ze stromen dan vanaf de bovenkant wat nu Min is geworden door de spoel naar de Pluskant van de spoel. Toch?

Neen!!!

Het zit anders want de elektronen stromen nog steeds van Min naar Plus en de energie van het Elektro-Magnetisch Veld die moet worden afgevoerd. zorgt ervoor dat de elektronen vanaf de Minkant van de spoel door het hele circuit, over de geopende schakelaar, naar de Pluskant van de spoel gaan. Met de bekende vonkvorming over de schakelaar.

Fig 2. EMV "klapt" in en veroorzaakt vonkvorming over de schakelaar

Deze vonk was in de tijd dat er geen computers in auto’s zaten geen probleem als er met de constructie van de schakelaar tenminste een beetje rekening werd gehouden. Maar in de huidige tijd zijn er computers die de mechanische schakelaars zijn gaan vervangen. Dat zijn transistor schakelaars geworden en die kunnen slecht tegen een grote elektronenstroom.

Daarom worden er tegenwoordig relais gemonteerd voorzien van een diode. Dit is te zien op de behuizing.

Fig 4: Relais met diode

Werking relais met diode

De richting van de elektronenstroom hebben we eerder uitgelegd. Als het relais wordt ingeschakeld is er geen probleem. Hoewel de weerstand van de spoel van het relais heel erg klein is en dus de initiële stroom zeer groot, zie de wet van Ohm (U=IxR), is er direct een tegenwerking vanwege het EMV die de stroom beperkt. Dit heet de Contra EMV , zie de Column over de startmotor waarin we dit uitleggen.

Het probleem ontstaat dus bij het uitschakelen. Door het "inklappen" van het EMV verandert de polariteit van de spoel en door middel van een diode voorkomt men de vonkvorming over de transistorschakeling. Een diode laat elektronen door vanaf 1 kant en blokkeert ze vanaf de andere kant. De diode laat elektronen door vanaf de pijlpunt.

Omdat elektronen altijd de weg van de minste weerstand kiezen zullen ze bij het openen van de schakelaar vanaf de nieuwe Minkant van de spoel niet door het hele circuit lopen, maar de kortste weg nemen door de diode en zo terug naar de Pluskant van de spoel. Daarmee wordt ervoor gezorgd dat de elektronen niet door het hele circuit en de transistorschakeling in de computer gaan.

Fig 5: Diode voorkomt vonkvorming


Conclusie

Als er door de fabrikant een relais wordt voorgeschreven met een overstroom beveiliging, het diode relais, dan kun je de boordcomputer onherstelbaar beschadigen als je deze vervangt door een gewoon relais.

Mocht je een auto binnen krijgen met een defecte computer, vraag je dan ook altijd af wat de oorzaak zou kunnen zijn. Een verkeerd relais kan zo'n oorzaak zijn.

Siem Bijman