Ein Schütz ist im Prinzip nichts anderes als ein elektromagnetisch betriebener Schalter für Verbraucher, die sehr hohe elektrische Leistungen (Last) für ihren Betrieb benötigen. Im Grunde ist ein Schütz ein Relais, bei dem ein Steuerstrom den elektromagnetischen Kontakt öffnet oder schließt, nur mit wesentlich höherer Schaltleistung. Typische Lasten beginnen bei etwa 500 Watt bis hin zu mehreren hundert Kilowatt.
Schütze wurden entwickelt, um schnellere und sicherere Schaltvorgange zu ermöglichen, als dies mit rein mechanischen oder handbetätigten Schaltkonstruktionen möglich war. Außerdem konnten die Leitungslängen von Laststromkreisen mit großem Leitungsquerschnitt zu einem Verbraucher mit großer Leistungsaufnahme, wie Motoren oder Maschinen, verringert werden. Denn das Schütz erlaubt solche Maschinen aus der Ferne mit einem Schalter zu bedienen, der durch eine geringe Steuerspannung mit einem deutlich geringeren Leiterquerschnitt auskommt.
Zu den typischen Anwendungsbereichen des Schützes gehören heute die Steuerungs- und Automatisierungstechnik. Beispiele sind das Schalten von Motoren, große Beleuchtungsanlagen sowie die Sicherheitsabschaltung von Maschinen.
Funktionsweise
Wird ein leistungsstarker Verbraucher eingeschaltet, fließt ein Steuerstrom durch die Magnetspule des Schützes. Das Magnetfeld zieht die mechanischen Kontakte für den Laststrom in den aktiven Zustand. Der Zustand dieser Kontakte können sich je nach Ausführung des Schützes unterscheiden. Dabei handelt es sich in der Regel um Schließer, Öffner oder einen Umschaltkontakt (Wechsler). Wird der Steuerstrom unterbrochen, stellt eine Feder den Ruhezustand des Schützes wieder her und alle Kontakte kehren in ihre Ausgangslage zurück.
Die Anschlüsse für den Steuerstrom, der die Magnetspule aktiviert, und die zu schaltenden Lastströme sind im Schütz gegeneinander isoliert. Es gibt keine leitende Verbindung zwischen Steuer- und Schaltkontakten.
Die Steuerkontakte für den Spulenanschluss werden in der Regel mit A1 und A2 gekennzeichnet. Die Laststromkontakte werden mit einstelligen Ziffern bezeichnet. Dabei werden die ungeraden Ziffern (im Beispielschaltplan 1, 3 und 5) für den Anschluss ans Stromnetz verwendet. Die geraden Ziffern (im Beispielschaltplan 2, 4 und 6) führen zum Verbraucher.
Um die Drehrichtung eines Motors oder einer Maschine richtig zuordnen zu können, stehen auf dem Schütz selbst oft noch die Bezeichnungen 1L1, 3L2, 5L3, beziehungsweise 2T1, 4T2, 6T3. Dabei steht die erste Ziffer für den entsprechenden Laststromkontakt. L1, L2 und L3 bezeichnen den ankommenden stromführenden Leiter. T1, T2 und T3 den ausgehenden Leiter zum Verbraucher. Beinhaltet das Schütz Öffner als Laststromkontakte, wird bei den Klemmenbezeichnungen bei manchen Herstellern statt ein R vorangestellt.
Sehr oft besitzt ein Schütz neben den Laststromkontakten zusätzliche Hilfskontakte. Sie haben in der Regel zweistellige Ziffern. Die erste Ziffer ist eine Ordnungszahl, mit der die Hilfskontakte fortlaufend nummeriert sind. An der zweiten Stelle steht eine Funktionsziffer, die die Aufgabe des jeweiligen Hilfskontaktes angibt (im Beispielschaltplan 1 und 2 für Öffner sowie 3 und 4 für Schließer. Manche Hersteller verwenden zusätzlich die Kurzzeichen NC oder NO für Öffner und Schließer oder haben den Schaltplan aufgedruckt. Besondere Funktionen eines Schützes, wie beispielsweise ein zeitverzögertes Öffnen oder Schließen der Laststromkontakte, werden in der Regel mit den Ziffern 5 und 6 oder 7 und 8 angegeben.
Hilfskontakte werden zur Schützsteuerung und für Signalanzeigen verwendet. Sie ermöglichen Funktionen wie die Selbsthalteschaltung oder die Stern-Dreieck-Schaltung. Bei einer Selbsthaltefunktion wird mit einem kurzen Schaltbefehl, wie beispielsweise mit einem Taster, ein andauernder Schaltzustand im Schütz ausgelöst. Eine Stern-Dreieck-Schaltung dient beispielsweise dazu, große Drehstrommotoren mit reduzierter Leistungsaufnahme anlaufen zu lassen. Sie ist allerdings durch den Einsatz von Frequenzumrichtern weitgehend hinfällig geworden.
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Aufbau
Die Laststromkontakte des Schützes sind auf einem sogenannten Kontaktschlitten angeordnet. Im Aus-Zustand berühren sich diese Kontakte im Schütz nicht. Wechselt das Schütz in den Ein-Zustand, wird der Kontaktschlitten bewegt und die Kontakte berühren sich, so, dass sie aktiv verbunden sind und den Stromkreis des Verbrauchers schließen.
Damit sich der Kontaktschlitten bewegen kann, sitzt er frei auf einem metallischen Anker, der wiederum durch ein elektrisch erzeugtes Magnetfeld einer Spule bewegt wird. Damit die magnetische Wirkung ausreicht, um den Metallanker bewegen zu können, befindet sich in der Spule ein Eisenkern. Dieser Eisenkern verstärkt das von der Spule erzeugte Magnetfeld.
Wechselt das Schütz zurück in die Aus-Stellung, sorgt eine Ankerrückstellfeder dafür, dass der Anker in seine ursprüngliche Position gedrückt wird und die Laststromkontakte wieder löst.
Leistungs- und Hilfsschütz
Auch beim Schütz gibt es unterschiedliche Varianten. Es gibt das Leistungs- oder Lastschütz sowie das Hilfs- oder Steuerschütz. Ein Leistungsschütz macht die Schaltung sehr hoher Lastströme von leistungsstarken Verbrauchern möglich. Da beim Schließen und Öffnen der Kontakte Abrissfunken oder Lichtbögen entstehen, besitzt ein Leistungsschütz eine sogenannte Lichtbogen-Löscheinrichtungen. Leistungsschütze werden in Schaltplänen mit dem Buchstaben „Q“ gekennzeichnet.
Ein Hilfsschütz dient überwiegend dazu, elektrische Verknüpfungen zu realisieren, Leistungsschütze anzusteuern oder zum Schalten von kleineren Verbrauchern bis etwa 10 Ampere. Da in diesem Bereich mit geringen Lastströmen gearbeitet wird, sind Hilfsschütze auch nur für geringere Lasten ausgelegt und verfügen daher über keine Lichtbogen-Löscheinrichtung. Hilfsschütze werden in Schaltplänen mit dem Buchstaben „K“ gekennzeichnet.
Eine der wichtigsten Aufgabenfelder von Hilfsschützen (oder durch die bereits erwähnten Hilfskontakte eines Leistungsschützes) ist die sogenannte Schützverriegelung. Sie ist dann erforderlich, wenn zwei Schütze bei anliegender Spannung nicht beide gleichzeitig eingeschaltet werden dürfen. Zum Beispiel bei der Ansteuerung von Motoren, die im Rechts- wie auch im Linkslauf betrieben werden. So versorgt beispielsweise Schütz 1 den Motor mit Spannung für den Rechtslauf und Schütz 2 den Motor mit Spannung für den Linkslauf. Damit es nicht zum Kurzschluss kommt, verhindert ein Hilfsschütz durch die Schützverriegelung ein gleichzeitiges Einschalten.
Anwendungsbereiche
Der Anwendungsbereich von Schützen ist groß. Sie werden dort eingesetzt, wo Steuerungs- und Automatisierungstechnik angewendet wird, die mit leistungsstarken Maschinen oder Motoren arbeiten. Typische Schaltaufgaben von Leistungsschützen ist die bereits erwähnte Ansteuerung von Motoren, das Schalten und Steuern von Lüftungsanlagen, Pumpen, großen Beleuchtungsanlagen sowie die Sicherheitsabschaltung von Maschinenanlagen.
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