Alle Fragen & Antworten rund um das Schütz verständlich erklärt
Widerstand, Transistor, Relais und jetzt auch noch ein Schütz?! Bei den vielen Bauteilen kann man schnell den Überblick verlieren. Was genau hat es mit diesem Schütz auf sich? Wie ist es aufgebaut und was hat ein Schütz mit einem Relais zu tun? Erfahren Sie alles rund um das Schütz und seine Funktionsweise. Auch kompliziert klingende Schaltungen wie die Schützverriegelung und die Wendeschützschaltung erklären wir verständlich – versprochen!
Was genau ist ein Schütz?
Ein Schütz oder auch Schaltschütz ist ein elektro-mechanischer Schalter. Er ähnelt in seiner Funktionsweise einem Relais, ist jedoch besonders als Schalter für hohe Leistungen ausgelegt.
Im Schütz gibt es einen Steuerstromkreis und einen Laststromkreis. Fließt Strom durch den Steuerstromkreis, schaltet das Schütz und auch der Laststromkreis wird stromdurchflossen.
Das Schütz kennt also zwei Schaltzustände: Ein und Aus. Es schaltet in der Regel monostabil, was bedeutet, dass das Schütz nur in der Aus-Stellung von alleine stehen bleibt. Es geht nur so lange in den Ein-Zustand wie Strom im Steuerstromkreis fließt, danach fällt es wieder in den Ruhezustand und damit in die Aus-Stellung zurück.
Bildlich vorstellen kann man sich die monostabile Arbeitsweise mit einem unendlich müden und schläfrigen Menschen im Bett. Klingelt ein außer Reichweite des Schlafenden platzierter Wecker, wird der Mensch schlagartig wach und richtet sich kerzengerade im Bett auf. Sobald der Wecker nicht mehr klingelt, lässt die Müdigkeit den Schläfrigen wieder zurück in die Kissen fallen und er schlummert weiter.
Wie ist ein Schütz aufgebaut?
Wie ein Schütz funktioniert, versteht man am besten, indem man sich zuerst mit seinem Aufbau befasst. Die für die Funktionsweise eines Schützes wesentlichen Bestandteile sind:
- Gehäuse
- Magnetspule
- Spulenkern
- Metallischer Anker
- Schaltkontakte
- Ankerrückstellfeder
Die Schaltkontakte des Schützes sind auf einem sogenannten Kontaktschlitten angeordnet. Im Aus-Zustand berühren sich die Kontakte im Schütz nicht. Der Kontaktschlitten wird im Ein-Zustand durch einen Hebel bewegt, sodass sich die Kontakte berühren und aktiv verbunden sind.
Dieser Hebel ist an einem metallischen Anker befestigt. Der metallische Anker im Schütz ist beweglich und so positioniert, dass er sich bei einem durch die Spule erzeugten Magnetfeld bewegen kann.
Eine Ankerrückstellfeder sorgt dafür, dass der Anker stets in die Aus-Stellung gedrückt wird. Es bedarf also einer gewissen Kraft, um den metallischen Anker zu bewegen. Damit die magnetische Wirkung ausreichend stark ist, um den metallischen Anker tatsächlich bewegen zu können, befindet sich in der Spule ein Eisenkern. Der Eisenkern verstärkt das von der Spule erzeugte Magnetfeld.
Wann zieht ein Schütz an?
Wird Spannung an das Schütz angelegt, fließt ein Steuerstrom durch die Spule. Diese erzeugt im Eisenkern ein Magnetfeld. Durch die magnetische Wirkung zieht das Schütz an: Der Anker wird entgegen der Federkraft zur Spule hingezogen und sorgt dafür, dass die Schaltkontakte in den aktiven Zustand versetzt werden. Das Schütz befindet sich im Ein-Zustand.
Hier wird auch ersichtlich, warum bei einem Schütz von einem elektro-mechanischen Schalter die Rede ist. Die Anschlüsse für die Spule und die Schaltkontakte für die zu schaltenden Ströme sind gegeneinander isoliert. Es gibt einen Steuerstromkreis und einen Laststromkreis, jedoch keine leitende Verbindung zwischen den beiden Stromkreisen.
Die Anschlüsse für die Spule, der Spulenkern und die Magnetspule sind Teil des Steuerstromkreises, der metallische Anker ermöglicht die Verbindung zwischen dem Steuerstromkreis und dem Laststromkreis mit den Schaltkontakten für den zu schaltenden Verbraucher.
Hinweis: Ein geschaltetes Schütz wird nicht nur als angezogenes Schütz, sondern auch als angesprochenes Schütz bezeichnet. Mit einem abgefallenen Schütz hingegen ist ein Schütz im nicht geschalteten Zustand gemeint.
Welche Arten von Schützen gibt es?
Auch wenn das Funktionsprinzip stets dasselbe ist, gibt es Schütze in zahlreichen Ausführungen. Diese lassen sich dabei in vielerlei Hinsicht und nach diversen Kriterien unterscheiden.
Die wichtigsten Unterscheidungsmerkmale von Schützen sind:
- Stromart: Wechselspannungs- und Gleichspannungsschütz
- Einbau: Für Montageplatten, Hutschienen oder in Gehäusen
- Kontakte: Haupt- und Hilfskontakte
- Varianten: Leistungs- und Hilfsschütz
Hinweis: Scharfschützen, Bogenschützen & Co. sind die weniger friedlichen Arten von Schützen. Mit Spannungen und Magnetwirkungen haben sie reichlich wenig zu tun, dafür sind sie besonders zielsicher.
Unterschied zwischen Leistungsschütz und Hilfsschütz
Der Anwendung entsprechend unterscheidet man bei Schützen folgende Varianten nach ihrer Kontaktbelastbarkeit:
- Last- bzw. Leistungsschütz
- Steuer- bzw. Hilfsschütz
Leistungsschütze sind Schütze mit hoher Schaltleistung, die den Laststromkreis von leistungsstarken Verbrauchern wie beispielsweise Drehstrommotoren schalten können. Die Kontakte sind bei Leistungsschützen unter anderem mit Lichtbogen-Löscheinrichtungen versehen, was sie zum Schalten größerer Lasten befähigt. Leistungsschütze werden in Schaltplänen mit dem Buchstaben „Q“ gekennzeichnet.
Während auch Leistungsschütze eine große Hilfe sein können, bezeichnet der Begriff Hilfsschütze jene Schütze, die überwiegend dazu dienen, Steuerspannungen zu schalten. Hilfsschütze sind für Anwendungen mit geringeren Lasten ausgelegt, wie beispielsweise die Realisierung logischer Verknüpfungen, zur Ansteuerung von Leistungsschützen und zum Schalten von kleinen Verbrauchern oder Anzeigen. Hilfsschütze werden in Schaltplänen mit dem Buchstaben „K“ gekennzeichnet.
Hinweis: Es gibt auch gewisse Leistungsschütze, die mit zusätzlichen Hilfskontakten versehen sind und dadurch ebenfalls über „Hilfsbausteine“ verfügen.
Kontaktarten
Schütze sind in der Regel mit unterschiedlichen Kontaktarten versehen. Dabei unterscheidet man Hauptkontakte und Hilfskontakte.
Die Hauptkontakte eines Schützes sind für die zu schaltende Leistung ausgelegt und eignen sich damit zum Anschluss großer Verbraucher. Die Hilfskontakte dienen lediglich als Meldeleitung zur Schützsteuerung und Signalanzeige.
Hauptkontakte und Hilfskontakte gibt es als:
- Öffner: unterbrechen den Stromkreis bei Betätigung (Ruhekontakte, NC für Normally Closed)
- Schließer: schließen den Stromkreis bei Betätigung (Arbeitskontakte, NO für Normally Open)
- Umschaltkontakte/Wechsler: Kombination von Schließer und Öffner
Außerdem gibt es bei Hilfskontakten auch voreilende Schließer und verzögerte Öffner.
Hinweis: Die Kontaktbezeichnung bei Schützen ist einfach zu verstehen: Hauptkontakte werden mit einstelligen und Hilfskontakte mit zweistelligen Ziffern bezeichnet. Die zweistelligen Ziffern von Hilfskontakten setzen sich aus einer Ordnungsziffer zur fortlaufenden Nummerierung und einer Funktionsziffer wie 1-2 für Öffner (NC) und 3-4 für Schließer (NO) zusammen.
Was kann ich mit dem Schütz schalten?
Ob in der Fertigung, im Einkaufszentrum, im Bürogebäude oder im eigenen Zuhause. In den meisten elektrischen Anlagen versteckt sich ein Schütz. Der Anwendungsbereich von Schützen ist groß, denn sie können grundsätzlich überall da eingesetzt werden, wo Steuerungs- und Automatisierungstechnik gefragt ist.
Entwickelt wurden Schütze nicht nur um schnellere Schaltvorgänge zu ermöglichen, sondern vor allem für zusätzliche Sicherheit. Denn mit Schützen lassen sich Anlagen mit großer Leistungsaufnahme aus der Ferne steuern und schalten, ganz ohne eine direkte Betätigung mit der Hand oder rein mechanische Konstruktionen.
Typische Schaltaufgaben von Leistungsschützen sind die Ansteuerung von Motoren, das Schalten und Steuern von elektrischen Heizelementen, Belüftung, Pumpen, Wärmepumpen, Beleuchtungsanlagen sowie die Sicherheitsabschaltung von Maschinenanlagen.
Hilfsschütze hingegen werden nicht bei Schaltaufgaben von größeren Lasten, sondern vor allem für die Realisierung logischer Funktionen eingesetzt.
Was ist der Unterschied zwischen einem Schütz und einem Relais?
Im Zusammenhang mit Schützen werden immer wieder Relais genannt. Tatsächlich sind sich die beiden elektro-mechanischen Schalter in ihrem Funktionsprinzip recht ähnlich.
Bei beiden Schalteinrichtungen wird über ein Steuerstromkreis eine Spule angeregt, die wiederum ein Magnetfeld aufbaut. Durch dieses Magnetfeld werden die Schaltkontakte im Laststromkreis geschlossen. Sowohl beim Schütz als auch beim Relais besteht eine galvanische Trennung, es gibt keine leitende Verbindung zwischen Steuer- und Laststromkreis.
Die Unterschiede zwischen Schütz und Relais liegen hauptsächlich in den Anwendungsfeldern:
- Schaltleistung: Relais schalten Steuersignale und kleinere Leistungen, während Schütze für das Schalten von Verbrauchern mit großen Lasten ausgelegt sind. Bei Schützen können nicht nur einphasige Verbraucher, sondern auch dreiphasige Drehstromverbraucher wie Motoren geschaltet werden.
- Funkenlöschkammer: Im Gegensatz zu Relais sind Schütze in der Regel mit einer Funkenlöschkammer versehen, die den beim Schalten großer Lasten entstehenden Schaltlichtbogen löschen.
- Schaltkontakte: Bei Relais sind die Schaltkontakte einfach unterbrechend. Schütze gibt es einfach- und doppelunterbrechend. Doppelunterbrechend bedeutet, dass zwei Kontakte in Reihe angeordnet sind. Diese Eigenschaft ist für den Einsatz in Sicherheitsfunktionen wichtig.
- Anker: Relais werden mit Klapp- oder Drehankern realisiert. Bei Schützen hingegen wird ein Zuganker eingesetzt, der eine größere mechanische Schaltkraft voraussetzt und die höheren Schaltleistungen ermöglicht.
Hinweis: Die Ausnahme bestätigt die Regel und das gilt auch bei Relais und Schützen. Die genannten Unterscheidungsmerkmale gelten nicht zwingend, jedoch in den meisten Fällen.
Was versteht man unter einer Schützverriegelung?
Sie haben richtig gelesen, es geht hier nicht um eine Schutzverriegelung, sondern um eine Schützverriegelung. So sinnfremd sind die beiden Wörter sich jedoch gar nicht. Denn die Schützverriegelung dient letztendlich dem Schutz und der Sicherheit.
Eine Schützverriegelung ist nämlich dann erforderlich, wenn zwei Schütze bei anliegender Spannung nicht beide gleichzeitig anziehen dürfen. Die Schütze und Schaltungen müssen also gegeneinander verriegelt werden.
Wo man so etwas braucht? Beispielsweise bei der Ansteuerung von Motoren wie dem einer Kreissäge. Nehmen wir an, Schütz 1 versorgt den Motor im angezogenen Zustand mit Spannung für den Linkslauf und Schütz 2 versorgt den Motor im angezogenen Zustand mit Spannung für den Rechtslauf.
Liegt jetzt an Schütz 1 und 2 gleichzeitig Spannung an, bekommt der Motor gleichzeitig Spannung für den Links- und den Rechtslauf. Sie ahnen es wahrscheinlich schon: Das ist nicht der Anfang eines Zaubertricks mit einer zugleich rechts- und linksdrehenden Kreissäge. Tatsächlich kommt es in diesem Fall zu einem Kurzschluss.
Mit einer Schützverriegelung lässt sich zum einen sicherstellen, dass zwei Schütze nicht gleichzeitig anziehen und zum anderen lässt sich verhindern, dass die Schütze überhaupt anziehen können.
Eine Schützverriegelung kann auf verschiedene Art und Weise realisiert werden. Die Schaltung lässt sich über Hilfskontakte oder Taster sowie per SPS-Programmierung umsetzen.
Wie funktioniert eine Wendeschützschaltung?
Während es sich bei der Schützverriegelung in erster Linie um eine Sicherheitsmaßnahme handelt, hat die sogenannte Wendeschützschaltung vor allem einen praktischen Hintergrund.
Wie so oft bei Schützen, geht es um Motoren. Nämlich um Motoren, die mit Drehstrom laufen. Drehstrommotoren (3-Phasen-Motoren) haben den Vorteil, dass sich ihre Drehrichtung recht einfach ändern lässt. Vertauscht man zwei Außenleiter (Phasen), dreht der Motor plötzlich linksherum statt rechtsherum oder eben umgekehrt.
Möchte man die Außenleiter manuell vertauschen, ist das nicht nur zeitaufwändig, sondern geht auch nur bei abgeschaltetem Motor. Und hier kommt das Schütz ins Spiel: Eine Wendeschützschaltung vertauscht die Außenleiter beim Drehstrommotor und bewirkt damit eine Drehrichtungsumkehr.
Typische Anwendungsbeispiele für Wendeschützschaltungen sind Tore, Förderbänder und Kräne, die sich auf- und abwärts bewegen können müssen.
Hinweis: Aus Sicherheitsgründen wird bei Wendeschützschaltungen stets eine Schützverriegelung mit eingebaut. So wird verhindert, dass zwei Außenleiter ohne Widerstand zusammenkommen und einen Kurzschluss hervorrufen.
Warum brummt ein Schütz?
Sind Schütze bereits länger im Einsatz, entwickelt sich häufig irgendwann ein brummendes Geräusch. Das ist in der Regel ungefährlich, kann jedoch nervig sein und wirft vor allem die Frage auf: Warum brummt ein Schütz?
Das Brummen lässt sich leicht erklären, wenn man sich die Arbeitsweise eines Schützes in Erinnerung ruft: Liegt Spannung an, baut sich in dem die Spule umschließenden Eisenkern ein Magnetfeld auf. Dieses Magnetfeld zieht den anderen Eisenkern des Schützes an, um den Hauptstromkreis zu schließen. Es zieht jedoch auch alle anderen eisenhaltigen Elemente an.
Das Magnetfeld wird je nach Frequenz mehrmals in der Sekunde auf- und abgebaut. Die Frequenz unserer Netzspannung beträgt beispielsweise 50 Hertz, d. h. in der Sekunde wird das Magnetfeld 50-mal auf- und abgebaut.
Um einen optimalen Magnetfluss zu gewährleisten, handelt es sich bei dem Eisenkern eigentlich um zahlreiche dünne Bleche, die mit Nieten zusammengehalten werden. Diese Verbindungen können sich mit der Zeit lockern. Hinzu kommt, dass der Eisenkern von einem Kurzschlussring umgeben ist, der reißen kann, und dass Staub- und Schmutzpartikel zwischen die beiden Kerne geraten können.
Unter diesen Umständen entsteht durch das schwingende Magnetfeld ein Brummen. Außerdem erwärmt sich das Schütz auch etwas mehr. Die zusätzliche Wärme und das Brummgeräusch stellen keine Gefahr dar.
Hinweis: Für Anwendungen wie im Schlafzimmer, in Wohnräumen, Hotels und Krankenzimmern garantieren brummfreie Schütze einen geräuschlosen Betrieb über die gesamte Lebensdauer hinweg.
Fazit: Kleine Magnetfelder für große Lasten
Schütze gehören zu der Familie der elektro-mechanischen Schalter und sind grundlegende Elemente der Elektrotechnik. Obwohl Schütze und Relais sich sehr ähnlich sind, kommen sie in unterschiedlichen Anwendungen zum Einsatz.
Auch unter den Schützen selbst gibt es Unterschiede hinsichtlich Bauart, Einbau und Anwendung. Leistungsschütze sind vor allem für das Schalten und Steuern großer Lasten hilfreich, während mit Hilfsschützen kleinere Steuerspannungen geschaltet werden.
Mit Schützen lässt sich einiges spielen und basteln und Schaltungen wie die Wendeschützschaltung verstecken sich in zahlreichen Anlagen mit Drehstrommotoren. Auch notwendige Schutzmaßnahmen lassen sich ganz nach dem Motto „Selbst ist das Schütz“ realisieren: Durch die Schützverriegelung wird die Gefahr eines Kurzschlusses durch zwei gleichzeitig angezogene Schütze verhindert.
