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Schütz – Aufbau & Funktion

Ein Schütz ist das „elektromagnetische Herz“ jeder modernen Motorsteuerung. Er schaltet große Ströme und Spannungen präzise, sicher und oft tausende Male täglich – gesteuert durch eine kleine Steuerspannung. Dieser Kurs erklärt dir, wie ein Schütz aufgebaut ist, warum er so konstruiert ist wie er ist, und wie du ihn richtig dimensionierst.

Kapitel 01

Was ist ein Schütz und wo wird er eingesetzt?

Ein Schütz (englisch: contactor) ist ein elektromagnetisch betätigter Schalter, der dazu dient, elektrische Verbraucher – vor allem Elektromotoren, Heizelemente und Transformatoren – ferngesteuert ein- und auszuschalten. Der entscheidende Unterschied zu einem einfachen Schalter: Der Schütz wird nicht von Hand bedient, sondern durch eine Steuerspannung an seiner Spule. Damit lassen sich große Lastströme im Hauptstromkreis durch einen kleinen Steuerstromkreis sicher schalten.

Analogie – Der Schütz als „elektrischer Türsteher“: Stell dir vor, du willst eine schwere Stahltür öffnen, die du mit bloßer Hand kaum bewegen kannst. Du drückst einen kleinen Knopf, und ein hydraulischer Antrieb öffnet die Tür für dich. Genau so funktioniert ein Schütz: Der kleine Steuerstrom „drückt den Knopf“, und der Elektromagnet erledigt die schwere Arbeit im Lastkreis.

Schütze unterscheiden sich von gewöhnlichen Relais vor allem durch ihre Auslegung für hohe Ströme (ab ca. 6 A bis zu mehreren tausend Ampere), ihre robuste Bauweise mit Lichtbogenlöschkammern und ihre Eignung für häufige Schaltspiele. Während ein kleines Steuerrelais vielleicht 10.000 Schaltspiele übersteht, ist ein Schütz für 1 bis 10 Millionen Schaltspiele ausgelegt.

Typische Einsatzgebiete

Anwendung	Typische Leistung	Besonderheit
Drehstrom-Asynchronmotor	0,37 kW – 500 kW	Häufiges Schalten, hohe Anzugsströme
Wendeschützschaltung	0,37 kW – 200 kW	Zwei Schütze wechselweise, mechanische Verriegelung
Stern-Dreieck-Anlauf	ab 4 kW	3 Schütze koordiniert (Haupt-, Stern-, Dreieckschütz)
Heizungssteuerung	bis 100 kW	Gleichmäßige Last, geringe Stoßströme
Kondensatorbatterien	bis 500 kvar	Spezialschütz mit Einschaltstrombegrenzung nötig
Beleuchtungsanlagen	bis 40 kW	Hohe Einschaltströme durch Lampenkaltwiderstände

ÖVE/ÖNORM EN 60947-4-1: Diese Norm definiert die Anforderungen an Schütze und Motorstarter für Niederspannungsanwendungen (bis 1.000 V AC / 1.500 V DC). Sie legt Prüfbedingungen, Nennbetriebsströme, Auslöseklassen und Schaltvermögen fest.

? Verständnisfrage: Was ist der wesentliche Unterschied zwischen einem Schütz und einem einfachen Schalter? ›

Ein Schütz kann nur Gleichstrom schalten, ein Schalter nur Wechselstrom.

Ein Schütz hat eine Lichtbogenlöschkammer, ein Schalter nicht.

Ein Schütz wird elektromagnetisch (ferngesteuert) betätigt, ein Schalter von Hand.

Ein Schütz ist für seltenes Schalten ausgelegt, ein Schalter für häufiges.

Kapitel 02

Wie ist ein Schütz mechanisch aufgebaut?

Ein Schütz besteht aus zwei funktionalen Hauptbaugruppen: dem Elektromagnetsystem (Spule + Eisenkern) und dem Kontaktsystem (Hauptkontakte + Hilfskontakte). Beide sind durch ein mechanisches Gestänge – den sogenannten Anker – miteinander verbunden. Verstehen wir zunächst die einzelnen Bauteile im Detail.

Prinzipaufbau eines Schützes (Schnittdarstellung)

Die wichtigsten Bauteile im Detail

1. Die Magnetspule

Das Herzstück des Schützes ist die Magnetspule, auch Betriebsspule oder Erregerspule genannt. Sie besteht aus vielen Windungen eines Kupferdrahtes (isoliert mit Emaillack), der auf einem Spulenkörper aus Kunststoff gewickelt ist. Wenn Steuerstrom durch diese Spule fließt, erzeugt sie ein Magnetfeld, das den Anker anzieht.

Wichtige Kenngrößen der Spule sind die Nennsteuerspannung U_s (z.B. 24 V DC, 110 V AC, 230 V AC, 400 V AC) und der Steuerstromverbrauch. Schützspulen sind oft für Wechselspannung ausgelegt, es gibt aber auch Gleichspannungsversionen.

Achtung – Überspannung an der Spule: Eine Dauerüberspannung von mehr als 10 % der Nennspannung führt zur Überhitzung der Spule und kann diese zerstören. Umgekehrt führt eine Unterspannung unter ca. 85 % dazu, dass der Schütz nicht sicher anzieht oder im Betrieb ungewollt abfällt.

2. Der Eisenkern (E-Kern und I-Kern / E-E-Kern)

Der Eisenkern dient dazu, den magnetischen Fluss der Spule zu konzentrieren und zu leiten. Bei Wechselstromschützen besteht der Kern aus geblätterten Elektroblechen (dünne, voneinander isolierte Stahlbleche), um Wirbelströme und damit Verluste zu minimieren. Der Kern hat meist eine E-Form: Ein feststehender E-Kern trägt die Spule, ein beweglicher Teil (Anker, oft als I- oder E-Kern) wird angezogen.

3. Der Anker

Der Anker ist der bewegliche Teil des Magnetkreises. Er wird bei angezogener Spule an den feststehenden Kern herangezogen und dabei mechanisch mit den Kontaktbrücken verbunden. Lässt die Spannung an der Spule nach, drückt eine Rückstellfeder den Anker – und damit die Kontakte – wieder in die Ausgangsstellung zurück.

4. Die Kontaktbrücken (Hauptkontakte)

Die Kontaktbrücken sind die eigentlichen Schaltorgane des Schützes. Sie bestehen aus einem Träger aus isolierendem Kunststoff, in den die Kontaktstücke aus Silberlegierungen (z.B. AgSnO₂ – Silber-Zinnoxid) eingesetzt sind. Silber ist ideal: Es hat die höchste elektrische Leitfähigkeit aller Metalle und bildet kein isolierendes Oxid. Die Zinnoxid-Beimischung erhöht die Lichtbogenbeständigkeit und Härte.

Jede Kontaktbrücke berührt beim Schließen zwei feste Gegenkontaktstücke. Die Kraft mit der die Brücke auf die Gegenkontakte drückt, heißt Kontaktkraft. Diese ist entscheidend für den Übergangswiderstand und damit für die Verlustleistung im geschlossenen Zustand.

5. Die Lichtbogenkammer

Jeder Hauptkontakt ist von einer Lichtbogenkammer (auch: Lichtbogenlöschkammer) umgeben. Sie besteht aus speziellen keramischen oder Deionit-Platten, die den beim Schalten entstehenden Lichtbogen kühlen, strecken und löschen. Ohne Lichtbogenkammer würde der Schütz sehr schnell abbrennen. (Details: Kapitel 06)

6. Die Hilfskontakte

Neben den Hauptkontakten hat jeder Schütz auch Hilfskontakte. Diese sind für kleine Ströme (max. 10 A) ausgelegt und dienen der Steuerungslogik: Signalisierung, Selbsthaltung, Verriegelung. Sie können als Öffner (NC) oder Schließer (NO) integriert oder als Hilfsschalterblock aufgesteckt werden.

Merksatz – Aufbau: Ein Schütz hat immer zwei Systeme: Das Steuersystem (Spule A1/A2 + Eisenkern + Anker) und das Lastsystem (Hauptkontakte L1/T1, L2/T2, L3/T3 + Lichtbogenkammern). Beide sind mechanisch gekoppelt, aber galvanisch vollständig voneinander getrennt.

? Verständnisfrage: Warum bestehen Schützkontakte aus Silberlegierung und nicht aus reinem Kupfer? ›

Weil Kupfer eine schlechte elektrische Leitfähigkeit hat.

Weil Silber keine isolierende Oxidschicht bildet und die beste Leitfähigkeit aller Metalle hat.

Weil Silber billiger als Kupfer ist.

Weil Silber den höchsten Schmelzpunkt aller Metalle hat.

Kapitel 03

Wie funktioniert das Elektromagnetsystem eines Schützes?

Das Elektromagnetsystem ist der „Motor“ des Schützes – er wandelt elektrische Energie in mechanische Bewegung um. Das Prinzip basiert auf dem Elektromagnetismus: Ein stromdurchflossener Leiter erzeugt ein Magnetfeld. Wickelt man viele Windungen zu einer Spule, verstärken sich die Felder aller Windungen und es entsteht ein kräftiges Magnetfeld.

Die Anzugskraft des Magneten

Die Kraft, mit der ein Elektromagnet einen Anker anzieht, hängt von mehreren Faktoren ab. Die magnetische Anzugskraft F steigt mit dem Quadrat der magnetischen Flussdichte B und der Fläche A des Luftspalts:

F = (B² · A) / (2 · µ₀)

F: Anzugskraft in Newton [N]
B: Magnetische Flussdichte im Luftspalt [T]
A: Querschnittsfläche des Luftspalts [m²]
µ₀: Magnetische Feldkonstante (4π · 10⁻⁷ T·m/A)

Da die Flussdichte B bei konstantem Strom mit kleiner werdendem Luftspalt zunimmt (der magnetische Widerstand sinkt), steigt die Anzugskraft beim Schließen des Ankers stark an. Das erklärt das typische „Klacken“ beim Anziehen des Schützes: Die letzten Millimeter werden mit viel größerer Kraft überbrückt als der Beginn der Bewegung.

Anzugsstrom vs. Haltestrom bei AC-Schützen

Beim Einschalten eines AC-Schützes ist der Luftspalt zwischen Anker und Kern noch groß. Ein großer Luftspalt bedeutet einen hohen magnetischen Widerstand (Reluktanz) – der Spulenstrom muss sehr hoch sein, um dennoch genug Fluss für die Anzugskraft zu erzeugen. Der Anzugsstrom beträgt daher typisch das 5- bis 10-fache des späteren Haltestroms.

Sobald der Anker angezogen ist und der Luftspalt geschlossen ist, sinkt der magnetische Widerstand des Kreises stark ab. Der magnetische Fluss steigt – und damit auch die Impedanz der Spule (die Induktivität L steigt stark). Der Steuerstrom sinkt auf den deutlich niedrigeren Haltestrom. Dieser Effekt ist normal und gewollt – die Spule ist für den Dauerbetrieb mit dem Haltestrom ausgelegt, nicht mit dem kurzen Anzugsstromstoß.

Achtung – Spule dauerhaft bei geöffnetem Anker: Wenn ein AC-Schütz durch mechanische Blockierung nicht vollständig anzieht (Anker klemmt offen), fließt dauerhaft der hohe Anzugsstrom durch die Spule. Da die Spule für diesen Strom nicht auf Dauerbetrieb ausgelegt ist, überhitzt sie und brennt innerhalb von Sekunden bis Minuten durch. Ein Schütz der „brummt aber nicht anzieht“ muss sofort spannungslos geschaltet werden!

Merkmal	AC-Schütz (Wechselspannung)	DC-Schütz (Gleichspannung)
Eisenkern	Geblättert (Elektrobleche, gegen Wirbelströme)	Massiv (kein Wechselfeld, keine Wirbelströme)
Kurzschlussring	Notwendig! (siehe unten)	Nicht notwendig
Brummen	Vorhanden (100 Hz bei 50 Hz Netz)	Kein Brummen
Anzugsstrom	Hoch beim Einschalten (5–10× Haltestrom)	Gleichmäßiger, kein Einschaltstoß
Lichtbogenlöschung	Einfacher (Nulldurchgang des AC hilft)	Schwieriger (kein Nulldurchgang)

Der Kurzschlussring – warum ist er so wichtig?

Bei Wechselstromschützen durchläuft der Spulenstrom jeden Halbzyklus den Nulldurchgang (bei 50 Hz: 100 Mal pro Sekunde). Da die magnetische Anzugskraft proportional zum Quadrat des Flusses ist (F ~ Φ² ~ i²), geht auch die Kraft jeden Halbzyklus durch null – und zwar zwei Mal pro Periode, also mit 100 Hz. In diesen Kraftnullpunkten würde die Rückstellfeder den Anker kurz vom Kern abheben – das ergibt ein lautes 100-Hz-Rattern und führt zu extremem Verschleiß der Kontakte und Polflächen.

Die Lösung: Ein Kurzschlussring (auch Spaltring) aus Kupfer oder Aluminium, der in eine Nut der Polfläche des feststehenden Kerns eingelassen ist. Der Kurzschlussring überdeckt dabei einen Teil der Polfläche (typisch ⅓ bis ½). Durch elektromagnetische Induktion entsteht in diesem Ring ein Strom, dessen erzeugter Teilfluss Φ₂ gegenüber dem Hauptfluss Φ₁ phasenverschoben ist (ca. 60–90°). Da die beiden Teilflächen nun von zwei zeitlich versetzten Flüssen durchdrungen werden, haben ihre Teilkräfte F₁ und F₂ keinen gemeinsamen Nullpunkt. Die resultierende Gesamtkraft (F₁ + F₂) ist zu jedem Zeitpunkt größer null – der Anker bleibt ruhig angezogen.

Kurzschlussring: Phasenversetzung der Teilkräfte verhindert Rattern

Kritischer Hinweis – Defekter Kurzschlussring: Bricht der Kurzschlussring, fängt der Schütz an zu rattern (100 Hz-Brummen, hörbar als Summen). Dies führt innerhalb kurzer Zeit zum mechanischen Totalverschleiß aller Kontakte und Teile. Ein rattender Schütz muss sofort ausgetauscht werden!

? Verständnisfrage: Warum brummt ein Wechselstromschütz mit 100 Hz, obwohl das Netz 50 Hz hat? ›

Weil der Schütz die 50-Hz-Spannung verdoppelt und Oberwellen erzeugt.

Weil die Anzugskraft proportional zum Quadrat des Flusses ist (F ~ i²) – das Quadrat einer 50-Hz-Kurve schwingt mit 100 Hz und hat 100 Mal pro Sekunde den Wert null.

Weil der Kurzschlussring eine Schwingung von 100 Hz erzeugt.

Weil das Stromnetz in Österreich tatsächlich 100 Hz hat.

Kapitel 04

Was sind Anzugs- und Abfallverzögerung, und warum sind sie wichtig?

Wenn du die Steuerspannung an einem Schütz einschaltest, reagieren die Kontakte nicht sofort – es vergeht eine kurze Zeit, die sogenannte Anzugsverzögerung (auch: Einschaltverzögerung). Ebenso bleiben die Kontakte beim Abschalten der Steuerspannung noch kurze Zeit geschlossen – das ist die Abfallverzögerung (Ausschaltverzögerung). Diese Zeiten sind bei der Projektierung von Schützsteuerungen unbedingt zu berücksichtigen.

Die Anzugsverzögerung (t_an)

Nach dem Anlegen der Steuerspannung U_s muss zunächst der Strom in der Spule auf den Anzugsstrom I_an ansteigen. Da die Spule eine Induktivität L hat, steigt der Strom nicht sofort, sondern nach einer Exponentialfunktion:

i(t) = I_max · (1 − e^(−t/τ))

i(t): Momentanwert des Spulenstroms [A]
I_max: Maximalstrom (= U_s / R_Spule) [A]
τ: Zeitkonstante τ = L / R [s]
e: Eulersche Zahl (≈ 2,718)

Erst wenn der Strom den Anzugsstrom I_an erreicht, ist das Magnetfeld stark genug, um den Anker gegen die Federkraft anzuziehen. Dazu kommt noch die mechanische Laufzeit des Ankers. Typische Anzugsverzögerungen bei modernen Schützen: 10 ms bis 40 ms.

Strom- und Kontaktzustandsverlauf beim Anziehen und Abfallen

Die Abfallverzögerung (t_ab)

Beim Abschalten der Steuerspannung baut sich das Magnetfeld nicht sofort ab. Die gespeicherte Energie im Magnetfeld der Spule (E = ½·L·I²) muss zunächst abgebaut werden. Der Strom sinkt exponentiell. Erst wenn er den Abfallstrom I_ab unterschreitet, ist das Magnetfeld nicht mehr stark genug, um den Anker gegen die Rückstellfeder zu halten – der Schütz öffnet.

Wichtig – Freilaufdiode bei DC-Schützen: Beim schnellen Abschalten einer DC-Spule entsteht durch die Selbstinduktion eine sehr hohe Spannungsspitze (U = −L · dI/dt), die angeschlossene Steuergeräte (SPS, Relais) zerstören kann. Deshalb schaltet man parallel zur DC-Spule immer eine Freilaufdiode. Bei AC-Spulen ist dies nicht nötig, da das Magnetfeld durch den Nulldurchgang natürlich abgebaut wird.

Praktische Bedeutung der Schaltzeiten

In der Praxis – z.B. bei einer Stern-Dreieck-Umschaltung – müssen die Schaltzeiten der beteiligten Schütze genau koordiniert werden. Zwischen dem Abschalten des Stern-Schützes und dem Einschalten des Dreieck-Schützes muss eine ausreichende Pause liegen (typisch 50 ms bis 100 ms), damit der Stern-Schütz sicher geöffnet hat, bevor der Dreieck-Schütz zuschaltet. Sonst entsteht ein Kurzschluss zwischen den Schützen!

Praxistipp – Zeitrelais: Für die Koordination von Schaltzeiten werden in der Praxis Zeitrelais (auch: Zeitglieder) eingesetzt. Sie verzögern das Einschaltsignal um eine einstellbare Zeit. In modernen SPS-Steuerungen übernimmt diese Aufgabe ein Timer-Baustein im Programm.

? Verständnisfrage: Was passiert, wenn bei einer Stern-Dreieck-Schaltung zwischen Stern- und Dreieck-Schütz keine Pausenzeit eingehalten wird? ›

Der Motor läuft ruhiger an, weil die Umschaltung weicher ist.

Es entsteht ein Kurzschluss zwischen den Phasen, der Schütze und Sicherungen zerstören kann.

Der Anlauf wird langsamer, weil die Schaltvorgänge nicht synchronisiert sind.

Der Motorschutzschalter löst kontrolliert aus und schützt den Motor.

Kapitel 05

Welche Kontaktarten gibt es bei einem Schütz, und wie werden sie eingesetzt?

Ein Schütz besitzt zwei grundlegend verschiedene Kontaktarten: Hauptkontakte für den Lastkreis und Hilfskontakte für den Steuerkreis. Beide können als Öffner oder Schließer ausgeführt sein.

Hauptkontakte

Hauptkontakte sind für hohe Ströme ausgelegt und tragen die volle Last des zu schaltenden Verbrauchers. Ein Standard-Drehstromschütz hat drei Hauptkontakte (für L1, L2, L3), die alle gleichzeitig öffnen und schließen. Sie sind ausschließlich als Schließer (NO – Normally Open) ausgeführt, d.h. im stromlosen Zustand der Spule sind sie offen.

Warum immer NO bei Hauptkontakten? Im abgeschalteten Zustand (Spule stromlos) sollen Verbraucher sicher von der Spannung getrennt sein. Ein Schließer stellt sicher, dass ohne aktives Einschaltsignal kein Strom fließt – das ist das sicherere Prinzip. Ein Öffner als Hauptkontakt würde bedeuten, dass der Verbraucher nur läuft, solange die Spule stromlos ist – das wäre in der Praxis gefährlich und unpraktisch.

Hilfskontakte

Hilfskontakte sind für kleine Ströme ausgelegt (Nutzungskategorie AC-15: induktive Last, 10 A / 250 V AC; DC-13: induktive DC-Last, 6 A / 24 V DC) und dienen ausschließlich Steuerungsaufgaben. Sie gibt es in zwei Ausführungen:

Bezeichnung	IEC-Kürzel	Ruhezustand (Spule aus)	Arbeitszustand (Spule ein)	Typischer Einsatz
Schließer Normally Open	NO	Offen (kein Strom)	Geschlossen (Strom fließt)	Selbsthaltung, Signalmeldung „Schütz angezogen“
Öffner Normally Closed	NC	Geschlossen (Strom fließt)	Offen (kein Strom)	Verriegelung, Meldesignal „Schütz abgefallen“, Schutzkreis

Wichtige Schaltungskonzepte mit Hilfskontakten

Selbsthaltung

Einer der häufigsten Einsätze eines NO-Hilfskontakts ist die Selbsthaltung: Nachdem der Schütz durch einen kurzen Impuls (z.B. Taster) angezogen hat, hält er sich über seinen eigenen Hilfskontakt selbst in der eingeschalteten Stellung. Erst ein Öffner (z.B. Ausschalttaster) oder ein Schutzauslöser unterbricht die Selbsthaltung.

Selbsthalteschaltung mit Schütz (Stromlaufplan vereinfacht)

Elektrische Verriegelung

Bei einer Wendeschützschaltung (Motor vorwärts / rückwärts) dürfen die beiden Schütze K1 und K2 nie gleichzeitig anziehen – das würde einen Kurzschluss erzeugen. Dazu schaltet man je einen NC-Hilfskontakt des anderen Schützes in den Steuerkreis: K1-NC in den K2-Steuerkreis und K2-NC in den K1-Steuerkreis. Wenn K1 angezogen ist, öffnet sein NC-Kontakt den K2-Steuerkreis – K2 kann nicht mehr anziehen, solange K1 anzieht. Diese Maßnahme nennt man elektrische Verriegelung.

Wichtig – Mechanische Verriegelung zusätzlich: Die elektrische Verriegelung allein genügt nicht, da Schütze mechanisch hängen bleiben können. Bei Wendeschützschaltungen fordert die ÖVE/ÖNORM EN 60947-4-1 zusätzlich eine mechanische Verriegelung (Sperrstange oder Schieberanordnung), die physisch verhindert, dass beide Schütze gleichzeitig schließen.

🔧 Interaktiv: Schütz-Zustandsanzeige

Steuerspannung AUS

Hauptkontakt (NO): OFFEN

Hilfskontakt NC: GESCHLOSSEN

Hilfskontakt NO: OFFEN

? Verständnisfrage: Ein Öffner (NC) eines Schützes ist im angezogenen Zustand des Schützes… ›

Geschlossen – weil NC bedeutet ‚immer geschlossen‘.

Offen – weil der Schütz angezogen hat und der Öffner seinen Zustand geändert hat.

Unbestimmt – es kommt auf den Typ des Schützes an.

Geschlossen und offen gleichzeitig – je nach Hersteller unterschiedlich.

Kapitel 06

Wie wird ein Lichtbogen beim Schalten gelöscht?

Wenn Kontakte unter Last geöffnet werden, trennen sie nicht sofort – zwischen den sich entfernenden Kontaktstücken bildet sich ein Lichtbogen (elektrische Entladung durch ionisiertes Gas). Dieser Lichtbogen kann Temperaturen von 5.000 bis 15.000 °C erreichen – heißer als die Sonnenoberfläche! Ungelöscht würde er die Kontakte, die Löschkammer und letztlich den gesamten Schütz zerstören.

Wie entsteht ein Lichtbogen?

Kurz bevor die Kontakte vollständig trennen, wird der Strom durch einen immer dünner werdenden Metallquerschnitt geführt. Die hohe Stromdichte erhitzt diesen Querschnitt auf Verdampfungstemperatur – der Kontaktwerkstoff verdampft. Das entstehende Metalldampfplasma ist leitfähig und hält den Strom aufrecht, auch wenn die Kontakte schon einige Millimeter auseinanderliegen.

Maßnahmen zur Lichtbogenlöschung

1. Deionplatten (Löschbleche)

In der Lichtbogenkammer befinden sich parallele Stahlbleche (sogenannte Deionplatten oder Löschbleche). Der Lichtbogen wird durch magnetische Kräfte (Strombahn + eigenes Magnetfeld) in diese Platten hineingezogen. Dabei wird er in viele kurze Teillichtbögen aufgespalten. Jeder Teillichtbogen hat eine eigene Mindestbogenspannung (ca. 20 V bei AC). Wenn die Summe der Mindestbogenspannungen aller Teile die Netzspannung übersteigt, erlischt der Bogen.

Lichtbogenlöschung: Aufspaltung durch Deionplatten

2. Magnetische Beblasung

Zusätzlich zu den Deionplatten kann durch eine Blasspule (oder durch das Magnetfeld der Spule selbst) ein senkrecht zum Lichtbogen stehendes Magnetfeld erzeugt werden. Nach dem Prinzip der Lorentzkraft (F = I · l × B) wird der Lichtbogen in die Löschkammer hineingedrückt und gestreckt. Je länger der Lichtbogen, desto höher seine Brennspannung, desto schneller erlischt er.

3. Schnelles Öffnen der Kontakte

Je schneller die Kontakte auseinanderfahren, desto schneller steigt die Brennspannung des Lichtbogens. Deshalb sind Schütze so konstruiert, dass die Kontakttrennung sehr rasch erfolgt – durch eine steif ausgelegte Rückstellfeder und optimierte Ankergeometrie.

Unterschied AC- und DC-Lichtbogen

Bei Wechselstrom durchläuft der Strom jeden Halbzyklus den Nulldurchgang (bei 50 Hz: 100 Mal pro Sekunde). Im Nulldurchgang ist die Energie des Bogens kurz minimal – das erleichtert das Löschen erheblich. Bei Gleichstrom gibt es keinen Nulldurchgang. Der Bogen muss ausschließlich durch mechanische und magnetische Maßnahmen gelöscht werden. DC-Schütze sind deshalb konstruktiv aufwändiger und in ihrer Schaltkategorie (z.B. DC-13) strenger genormt.

ÖVE/ÖNORM EN 60947-4-1, Abschnitt Schaltvermögen: Der Schütz muss das in seiner Schaltkategorie festgelegte Schaltvermögen ohne Beschädigung beherrschen. Für AC-3 (Normalbetrieb Käfigläufermotoren) muss der Schütz 10 × I_e bei 1,05 × U_e sicher abschalten. Dieses Schaltvermögen wird in Typenprüfungen nachgewiesen.

? Verständnisfrage: Warum ist das Löschen eines DC-Lichtbogens schwieriger als das eines AC-Lichtbogens? ›

Weil DC-Ströme immer höher sind als AC-Ströme.

Weil DC-Lichtbögen heißer brennen als AC-Lichtbögen.

Weil es bei Gleichstrom keinen Stromnnullsdurchgang gibt, der das Erlöschen natürlich begünstigt.

Weil Deionplatten nur bei Wechselstrom wirksam sind.

Kapitel 07

Wie verschleißt ein Schütz, und wie lange hält er?

Schütze sind Verschleißteile. Ihre Lebensdauer ist begrenzt – aber planbar. Man unterscheidet zwei Arten von Verschleiß: den elektrischen Verschleiß der Kontakte und den mechanischen Verschleiß des Schaltmechanismus.

Elektrischer Verschleiß

Bei jedem Schaltspiel wird durch den Lichtbogen ein kleines Stück Kontaktmaterial verdampft und abgetragen. Die Kontaktstücke werden mit der Zeit dünner. Die Hersteller geben die elektrische Lebensdauer in Millionen Schaltspielen an – abhängig von der Schaltkategorie und dem geschalteten Strom.

Als Faustformel: Je höher der geschaltete Strom im Verhältnis zum Nennstrom, desto kürzer die elektrische Lebensdauer. Schalten bei AC-3 (normaler Motoranlauf): die Lebensdauer beträgt typisch 1 bis 3 Millionen Schaltspiele. Schalten bei AC-4 (Gegenstrombremsungen, Tipp-Betrieb): die Lebensdauer sinkt auf nur noch 0,1 bis 0,3 Millionen Schaltspiele – weil beim Tippen der Motor im Stillstand und damit im Kurzschlussfall geschaltet wird.

Mechanischer Verschleiß

Unabhängig vom elektrischen Verschleiß unterliegen alle mechanischen Teile – Federn, Anker, Führungen, Kunststoffteile – einem mechanischen Verschleiß durch die Schaltstöße. Die mechanische Lebensdauer ist typisch 10 bis 30 Millionen Schaltspiele – also deutlich höher als die elektrische Lebensdauer.

Maßgebend ist immer der niedrigere Wert: Wenn die elektrische Lebensdauer 2 Millionen Schaltspiele beträgt und die mechanische 20 Millionen, dann bestimmt die elektrische Lebensdauer den Austauschzeitpunkt. Das ist fast immer der Fall.

Schalthäufigkeit und Betriebsarten

Die Schalthäufigkeit ist die Anzahl der Schaltspiele pro Stunde (oder pro Tag). Je häufiger ein Schütz schaltet, desto früher ist er verschlissen. Typische Werte:

Anwendung	Schaltspiele/h	Lebensdauer (Jahre, geschätzt)
Pumpenanlage (selten)	2–10	20–50 Jahre
Förderband (regelmäßig)	20–60	5–15 Jahre
Aufzug	100–300	2–5 Jahre
Tipp-Betrieb (Werkzeugmaschine)	500–1200	0,3–1 Jahr

Erkennungsmerkmale von Verschleiß

Phase 1 – Einlaufphase: Kontaktflächen glätten sich, Übergangswiderstand sinkt minimal. Kein Problem.

Phase 2 – Normalbetrieb: Gleichmäßiger langsamer Abtrag der Kontaktstücke. Schütz arbeitet zuverlässig.

Phase 3 – Warnsymptome: Kontakte sind deutlich abgebrannt, Kontaktkraft sinkt, Übergangswiderstand steigt. Schütz wird warm. Prüfung empfohlen!

Phase 4 – Gefährlicher Verschleiß: Kontaktstücke aufgebraucht, Kontakte verschweißen oder klemmen. Totalausfall droht. Sofortiger Austausch notwendig!

Häufiger Fehler – Verschweißte Kontakte: Bei extrem hohen Einschaltströmen (z.B. beim Direktstart großer Motoren oder bei Kondensatorbatterien) können die Kontakte nach dem Einschalten miteinander verschweißen. Der Schütz lässt sich dann nicht mehr öffnen – auch bei Abschalten der Steuerspannung bleibt die Last eingeschaltet. Ein verschweißter Schütz ist ein sicherheitskritischer Defekt!

Wartung und Inspektion

Im Rahmen der wiederkehrenden Prüfungen nach ÖVE/ÖNORM EN 50110 sollten Schütze visuell auf Kontaktverschleiß, Verfärbungen (Überhitzung), Lichtbogenspuren und mechanische Beschädigungen geprüft werden. Viele Hersteller geben Mindest-Kontaktstärken an, unter denen ein Austausch erforderlich ist.

? Verständnisfrage: Warum hat ein Schütz in AC-4-Betrieb (Tipp-Betrieb) eine deutlich kürzere Lebensdauer als in AC-3-Betrieb? ›

Weil die Schaltfrequenz im Tipp-Betrieb immer doppelt so hoch ist.

Weil im Tipp-Betrieb beim Einschalten (Motor im Stillstand) und Ausschalten sehr hohe Ströme geschaltet werden, die intensivere Lichtbögen erzeugen.

Weil bei AC-4 immer eine höhere Spannung geschaltet wird.

Weil die Spule im Tipp-Betrieb überhitzt und sich schneller verbraucht.

Kapitel 08

Wie dimensioniert man einen Schütz korrekt, und was sind Auslöseklassen?

Die Auswahl des richtigen Schützes ist eine der wichtigsten Aufgaben bei der Projektierung einer elektrischen Anlage. Ein zu klein gewählter Schütz überhitzt und versagt frühzeitig; ein zu groß gewählter ist unnötig teuer und groß. Die Dimensionierung erfolgt nach mehreren Kriterien.

Schritt 1: Nennbetriebsstrom I_e bestimmen

Der Schütz muss für den Nennbetriebsstrom des Verbrauchers ausgelegt sein. Beim Drehstrommotor berechnet sich der Nennstrom aus der Motorleistung:

I_N = P / (√3 · U_N · cos φ · η)

I_N: Nennstrom des Motors [A]
P: Nennleistung des Motors [W]
U_N: Nennspannung (verkettete Spannung, z.B. 400 V)
cos φ: Leistungsfaktor (typisch 0,8 bei Volllast)
η: Wirkungsgrad (typisch 0,85–0,96)

Schritt 2: Schaltkategorie festlegen

Die Schaltkategorie beschreibt die Art der Schaltaufgabe und bestimmt die Beanspruchung des Schützes:

Kategorie	Anwendung	Einschalt- / Ausschaltstrom
AC-1	Ohmsche Last (Heizung, Beleuchtung)	≤ 1,5 × I_e / ≤ 1,5 × I_e
AC-2	Schleifringläufermotoren	≤ 2,5 × I_e / ≤ 2,5 × I_e
AC-3	Käfigläufermotoren, Normal-Betrieb	≤ 6 × I_e / ≤ 1 × I_e
AC-4	Tipp-Betrieb, Gegenstrom, Reversierung	≤ 6 × I_e / ≤ 6 × I_e
DC-13	DC-Elektromagneten, DC-Motoren	≤ 1 × I_e / ≤ 1 × I_e

Wichtig: Ein Schütz der Kategorie AC-3 darf NICHT für AC-4-Betrieb (Tipp-Betrieb) eingesetzt werden! Beim AC-4-Betrieb muss ein größerer Schütz gewählt werden – weil beim Abschalten der Abschaltstrom bis zu 6 × I_e beträgt, was für einen AC-3-Schütz zu hoch ist.

Schritt 3: Auslöseklasse des Motorschutzrelais wählen

Der Schütz allein schützt den Motor nicht vor Überlast – dafür ist ein Motorschutzrelais (thermisches Überstromrelais oder elektronisches Schutzrelais) zuständig. Die Auslöseklasse (auch: Auslösecharakteristik, TRIP-Klasse) gibt an, wie lange das Relais einen bestimmten Überstrom toleriert, bevor es auslöst.

Sie ist nach ÖVE/ÖNORM EN 60947-4-1 in vier Klassen eingeteilt. Die bei weitem häufigste Klasse im Normalbetrieb ist Klasse 10:

Auslöseklasse	Auslösezeit bei 7,2 × I_e (Kaltstart)	Typischer Einsatz
Klasse 10A	2 s … 10 s	Sehr leicht anlaufende Motoren, kurze Anlaufzeit (< 3 s); wenig verbreitet
Klasse 10 ★	4 s … 10 s	Standard – Normalmotoren, Pumpen, Lüfter (Anlaufzeit bis ~8 s)
Klasse 20	6 s … 20 s	Schwer anlaufende Motoren (Kompressoren, Mühlen, Anlaufzeit bis ~16 s)
Klasse 30	9 s … 30 s	Sehr schwer anlaufende Lasten (Zentrifugen, Kühltürme, Anlaufzeit bis ~25 s)

★ Klasse 10 ist die mit Abstand am häufigsten eingesetzte Auslöseklasse in der Praxis.

Warum gibt es verschiedene Klassen? Ein Kompressor hat beim Anlauf eine sehr lange Hochlaufzeit – er zieht 5–7 × I_N für 15–20 Sekunden. Ein Motorschutzrelais der Klasse 10 würde in dieser Zeit auslösen, obwohl der Motor noch gar nicht im Fehlerfall ist, sondern einfach normal anläuft. Die Klasse 20 oder 30 toleriert längere Anlaufzeiten, ohne unnötig auszulösen.

🔧 Schütz-Dimensionierungsrechner

Motorleistung P [kW] 7,5 kW

Netzspannung (verkettet) 400 V (Drehstrom)

Leistungsfaktor cos φ 0,80

Wirkungsgrad η 0,88

Nennstrom I_N: –

Empfohlene Schützgröße: –

Empfohlene Auslöseklasse: –

✏️

Beispiele & Rechenaufgaben 2 Beispiele · 5 Aufgaben ›

Beispiel 1

Ein Drehstrom-Käfigläufermotor hat folgende Daten: P = 11 kW, U_N = 400 V, cos φ = 0,82, η = 0,90. Berechne den Nennstrom und wähle den passenden Schütz für AC-3-Betrieb.

Lösung

Schritt 1: Formel für den Nennstrom anschreiben:

I_N = P / (√3 · U_N · cos φ · η)

Schritt 2: Werte einsetzen:

I_N = 11.000 W / (1,732 · 400 V · 0,82 · 0,90)

I_N = 11.000 / (1,732 · 400 · 0,738)

I_N = 11.000 / 511,5 = 21,5 A

Schritt 3: Schütz wählen – der Nennbetriebsstrom I_e des Schützes muss ≥ 21,5 A sein. In der AC-3-Kategorie wählt man einen Schütz mit I_e = 25 A (nächsthöhere Standardgröße).

Ergebnis: I_N ≈ 21,5 A → Schütz AC-3, 25 A

Beispiel 2

Für einen Kompressor mit P = 22 kW, U = 400 V, cos φ = 0,83, η = 0,91 und einer Anlaufzeit von ca. 18 Sekunden: Welche Auslöseklasse ist zu wählen?

Lösung

Schritt 1: Nennstrom berechnen:

I_N = 22.000 / (1,732 · 400 · 0,83 · 0,91) = 22.000 / 523,1 ≈ 42,1 A

Schritt 2: Anlaufzeit beurteilen – 18 Sekunden ist eine sehr lange Anlaufzeit. Klasse 10 (max. 10 s) und Klasse 20 (max. 20 s, aber i.d.R. für Anläufe bis ~16 s) wären kritisch.

Schritt 3: Auslöseklasse wählen – Da die Anlaufzeit 18 Sekunden beträgt und damit nahe an der Grenze von Klasse 20 liegt, wählt man sicherheitshalber Klasse 30.

Ergebnis: I_N ≈ 42 A, Auslöseklasse 30

Aufgabe 1

Ein Motor mit P = 4 kW, U_N = 400 V, cos φ = 0,80, η = 0,86 soll über einen Schütz (AC-3) betrieben werden. Berechne den Nennstrom und gib die Mindestgröße des Schützes in Ampere an.

Hinweis: Formel I_N = P / (√3 · U_N · cos φ · η) verwenden.

Lösung

I_N = 4.000 / (1,732 · 400 · 0,80 · 0,86)

I_N = 4.000 / 476,4 ≈ 8,4 A

Schützgröße: Nächste Standardgröße über 8,4 A → Schütz mit I_e = 9 A oder 12 A (AC-3)

Ergebnis: I_N ≈ 8,4 A → Schütz AC-3, ≥ 9 A

Aufgabe 2

Ein Schütz für AC-4-Betrieb (Tipp-Betrieb) schaltet einen Motor mit I_N = 15 A. Der Einschaltstrom beträgt 6 × I_N. Welcher Strom muss der Schütz beim Ausschalten unterbrechen, und was unterscheidet das von AC-3?

Hinweis: Bei AC-3 wird im Betrieb bei ~1 × I_N abgeschaltet (Motor läuft), bei AC-4 wird bei 6 × I_N abgeschaltet.

Lösung

Abschaltstrom bei AC-4: 6 × 15 A = 90 A

Bei AC-3 würde der Motor im laufenden Betrieb abgeschaltet: Abschaltstrom ≈ 15 A (1 × I_N)

Unterschied: AC-4 belastet die Kontakte beim Ausschalten mit 90 A statt 15 A – also 6× mehr Lichtbogenenergie pro Schaltspiel.

Abschaltstrom AC-4: 90 A. Kontakte werden 6× stärker belastet als bei AC-3.

Aufgabe 3

Ein Motor mit P = 37 kW, U_N = 400 V, cos φ = 0,85, η = 0,93 wird über eine Stern-Dreieck-Schaltung gestartet. Berechne den Nennstrom im Dreieck-Betrieb und den Anlaufstrom, den der Hauptschütz beim Stern-Anlauf führt.

Hinweis: Im Stern-Dreieck-Anlauf beträgt der Motorstrom im Netz auf 1/3 des Dreieck-Kurzschlussstroms begrenzt. Der Kurzschlussstrom bei Direktanlauf: I_K = 6 × I_N. Im Stern-Betrieb: I_Stern-Netz = I_K / 3.

Lösung

Schritt 1: Nennstrom im Dreieck-Betrieb (= Betriebsstrom bei Nennlast):

I_N = 37.000 / (1,732 · 400 · 0,85 · 0,93) = 37.000 / 547,1 ≈ 67,6 A

Schritt 2: Kurzschlussstrom bei Direktanlauf (Δ-Anlauf):

I_K(Δ) = 6 × I_N = 6 × 67,6 A = 405,6 A

Schritt 3: Anlaufstrom im Stern-Betrieb (am Netz). Durch die Sternschaltung wird die Motorspannung auf U_N/√3 reduziert → der Strom sinkt auf 1/3 des Dreieck-Kurzschlussstroms:

I_Anlauf(Y) = I_K(Δ) / 3 = 405,6 / 3 ≈ 135 A

Schritt 4: Schütz-Dimensionierung. Alle drei Schütze (Haupt-, Stern-, Dreieck-Schütz) müssen den Nennbetriebsstrom im Dauerbetrieb führen (67,6 A). Der Hauptschütz und der Stern-Schütz führen während des Anlaufs 135 A – sie müssen den Nennstrom trotzdem als Bemessungsgröße haben, da der Hersteller das Anlaufschaltvermögen bereits in der AC-3-Kategorie berücksichtigt.

I_N ≈ 67,6 A | Anlaufstrom (Y) ≈ 135 A | Alle drei Schütze: AC-3, I_e ≥ 80 A

Aufgabe 4

Eine Maschine hat einen Motor P = 15 kW mit sehr schwerer Last und einer gemessenen Anlaufzeit von 22 Sekunden. Welche Auslöseklasse ist zu wählen? Begründe deine Wahl.

Hinweis: Die Auslösezeit der Klasse bezieht sich auf einen Anlaufstrom von 7,2 × I_N (Kaltstart).

Lösung

Anlaufzeit = 22 Sekunden. Klasse 20 löst nach max. 20 s aus – zu kurz! Die Maschine würde beim normalen Anlauf bereits ausgelöst werden.

Klasse 30 löst erst nach 9–30 s aus und deckt damit die 22 Sekunden Anlaufzeit ab.

Wahl: Auslöseklasse 30

Auslöseklasse 30, weil nur diese die 22 s Anlaufzeit ohne Fehlauslösung toleriert.

Aufgabe 5

Ein Schütz wird mit einem falschen Motorschutzrelais der Klasse 10 für einen Kompressor mit 18 Sekunden Anlaufzeit betrieben. Der Anlaufstrom beträgt 7,2 × I_N. Erkläre, was passiert, und wie das Problem zu lösen ist.

Hinweis: Klasse 10 löst bei 7,2 × I_N nach spätestens 10 Sekunden aus.

Lösung

Problem: Das Motorschutzrelais (Klasse 10) löst nach max. 10 Sekunden aus – der Kompressor hat aber noch 18 Sekunden Anlaufzeit. Das Relais interpretiert den normalen Anlaufstrom als Überlast und schaltet aus.

Folge: Der Motor startet wiederholt, löst wiederholt aus, überhitzt und kann durch den Thermostress beschädigt werden.

Lösung: Motorschutzrelais gegen eines mit Auslöseklasse 20 oder 30 tauschen.

Das Relais löst bei normalem Anlauf aus (Fehlauslösung). Lösung: Klasse 20 oder 30 einsetzen.

? Verständnisfrage: Darf ein für AC-3 dimensionierter Schütz für AC-4-Betrieb (Tipp-Betrieb) verwendet werden? ›

Ja, wenn das Motorschutzrelais entsprechend angepasst wird.

Ja, kurzfristig ist das kein Problem.

Nein – bei AC-4 muss ein für diese Kategorie ausgelegter (oder entsprechend größerer) Schütz gewählt werden.

Ja, weil der Einschaltstrom bei AC-3 und AC-4 gleich ist.

ÖVE/ÖNORM EN 60947-4-1 – Schaltkategorien und Auslöseklassen: Diese Norm legt die Prüfbedingungen für Schütze und Motorschutzrelais fest. Sie definiert die Schaltkategorien AC-1 bis AC-4 und DC-1 bis DC-5 sowie die Auslöseklassen 10A, 10, 20 und 30. Die Wahl der richtigen Kategorie und Klasse ist Pflicht bei der Projektierung gemäß ESV 2012 (Elektroschutzverordnung 2012).

Fragen bei mündlicher Prüfung

Typische Prüfungsfragen mit vollständigen Musterantworten.

01 Erklären Sie den grundlegenden Aufbau und das Funktionsprinzip eines Schützes! ›

Ein Schütz ist ein elektromagnetisch betätigter Schalter bestehend aus zwei Hauptsystemen:

Elektromagnetsystem: Spule (A1/A2), feststehender Eisenkern (E-Form), beweglicher Anker
Kontaktsystem: Drei Hauptkontakte (NO, L1/T1, L2/T2, L3/T3) + Hilfskontakte

Funktionsprinzip: Wird die Steuerspannung U_s an A1/A2 angelegt, fließt ein Strom durch die Spule. Das entstehende Magnetfeld zieht den Anker gegen die Rückstellfeder an. Der Anker schließt mechanisch die Hauptkontakte. Beim Abschalten der Steuerspannung drückt die Rückstellfeder den Anker zurück – die Kontakte öffnen.

Steuerstromkreis und Lastkreis sind galvanisch vollständig voneinander getrennt.

02 Was ist ein Kurzschlussring, und warum ist er bei Wechselstromschützen unverzichtbar? ›

Der Kurzschlussring ist ein Ring aus Kupfer oder Aluminium, der in eine Nut der Polfläche des feststehenden Eisenkerns eingelassen ist und einen Teil der Polfläche überdeckt (typisch ⅓ bis ½).

Notwendigkeit bei AC: Die magnetische Anzugskraft ist proportional zum Quadrat des Flusses (F ~ Φ² ~ i²). Bei 50 Hz Wechselstrom ergibt das eine Kraft mit 100 Hz, die zweimal pro Periode den Wert null annimmt. Ohne Kurzschlussring hebt der Anker bei jedem dieser Kraftnullpunkte kurz ab und schlägt wieder an – lautes 100-Hz-Rattern und extremer Verschleiß sind die Folge.

Wirkprinzip: Im Kurzschlussring wird durch Induktion ein Strom erzeugt, der einen Teilfluss Φ₂ erzeugt, der gegenüber dem Hauptfluss Φ₁ um ca. 60–90° phasenverschoben ist. Die Polfläche wird dadurch in zwei Bereiche aufgeteilt: einen mit Φ₁ und einen mit Φ₂. Die zugehörigen Teilkräfte F₁ und F₂ haben keinen gemeinsamen Nulldurchgang, die Summe F₁ + F₂ ist immer größer null – der Anker bleibt ruhig angezogen.

Defekter Kurzschlussring = sofortiger Schütz-Tausch! Lautes Rattern (100 Hz-Brummen) ist das typische Symptom.

03 Erklären Sie die Schaltkategorien AC-3 und AC-4. Wann ist welche anzuwenden? ›

Die Schaltkategorie beschreibt die Art der Schaltaufgabe und die damit verbundene Beanspruchung des Schützes (normiert in ÖVE/ÖNORM EN 60947-4-1):

AC-3: Normaler Betrieb von Käfigläufermotoren – Einschalten beim Anlauf (I_ein = 6 × I_e), Abschalten im laufenden Betrieb (I_aus = 1 × I_e). Typisch: Pumpen, Lüfter, Kompressoren im Dauerlauf.
AC-4: Tipp-Betrieb, Gegenstrombremsungen, Reversierungen – Einschalten im Stillstand (I_ein = 6 × I_e), Abschalten ebenfalls mit hohem Strom (I_aus = 6 × I_e). Typisch: Werkzeugmaschinen, Kräne, Förderer mit Tipp-Funktionen.

Ein für AC-3 dimensionierter Schütz darf nicht für AC-4-Betrieb eingesetzt werden, da er für die hohen Abschaltströme nicht ausgelegt ist. Es muss entweder ein speziell für AC-4 ausgelegter Schütz oder ein nach Herstellertabelle hochgerechneter größerer AC-3-Schütz gewählt werden.

04 Wie wird ein Schütz für einen Drehstrommotor dimensioniert? Welche Schritte sind notwendig? ›

Die Dimensionierung erfolgt in drei Schritten:

Schritt 1: Nennstrom berechnen

I_N = P / (√3 · U_N · cos φ · η)

Schritt 2: Schaltkategorie festlegen

Normalbetrieb → AC-3
Tipp-Betrieb, Gegenstrombremsungen → AC-4

Schritt 3: Schütz aus Katalog wählen

Nennbetriebsstrom I_e des Schützes muss ≥ I_N des Motors sein
Steuerspannung muss mit der Steuerspannungsquelle übereinstimmen (z.B. 230 V AC, 24 V DC)
Zusätzlich: Motorschutzrelais mit passender Auslöseklasse (10, 20 oder 30) wählen

05 Was sind Auslöseklassen beim Motorschutzrelais, und wie wählt man die richtige? ›

Die Auslöseklasse (nach ÖVE/ÖNORM EN 60947-4-1) gibt an, nach welcher Höchstzeit das Motorschutzrelais bei einem Strom von 7,2 × I_N (Kaltstart) auslöst:

Klasse 10A: 2–10 s → sehr leicht anlaufende Motoren (selten verwendet)
Klasse 10: 4–10 s → Standard für die meisten Normalanwendungen (Pumpen, Lüfter, Kompressoren mit kurzer Anlaufzeit)
Klasse 20: 6–20 s → schwer anlaufende Motoren (Kompressoren mit langer Anlaufzeit, Mühlen)
Klasse 30: 9–30 s → sehr schwer anlaufende Lasten (Zentrifugen, Kühltürme)

Wahl der Klasse: Die gemessene oder berechnete Anlaufzeit des Motors muss innerhalb der Auslösezeit der gewählten Klasse liegen. Klasse 10 ist die mit Abstand häufigste Wahl. Eine zu kurze Klasse führt zu Fehlauslösungen beim normalen Anlauf. Eine unnötig lange Klasse verzögert den echten Überlastschutz.

06 Erklären Sie die elektrische und mechanische Lebensdauer eines Schützes! ›

Man unterscheidet zwei Lebensdauerarten:

Elektrische Lebensdauer: Begrenzt durch Kontaktverschleiß (Lichtbogenabtrag). Typisch 1–3 Mio. Schaltspiele (AC-3). Bei AC-4 deutlich kürzer (0,1–0,3 Mio.), weil bei jedem Schaltspiel höhere Schaltströme die Kontakte stärker abtragen.
Mechanische Lebensdauer: Begrenzt durch Verschleiß der Federn, Führungen und Kunststoffteile. Typisch 10–30 Mio. Schaltspiele – deutlich höher als die elektrische.

Maßgebend für den Austausch ist immer der niedrigere Wert – in der Praxis fast immer die elektrische Lebensdauer.

Die Lebensdauer hängt stark von der Schalthäufigkeit und dem tatsächlich geschalteten Strom ab. Betrieb mit reduzierter Last (teilweise Auslastung) verlängert die elektrische Lebensdauer erheblich.

07 Warum braucht man bei einer Wendeschützschaltung sowohl elektrische als auch mechanische Verriegelung? ›

Bei einer Wendeschützschaltung (Vorwärts/Rückwärts) würde das gleichzeitige Anziehen beider Schütze einen Kurzschluss zwischen zwei Phasen erzeugen.

Elektrische Verriegelung: Ein NC-Hilfskontakt von K1 liegt im Steuerkreis von K2 – und umgekehrt. Wenn K1 anzieht, öffnet sein NC-Kontakt den K2-Steuerkreis: K2 kann nicht mehr anziehen.

Mechanische Verriegelung: Trotzdem kann es vorkommen, dass ein Schütz mechanisch hängenbleibt (klemmt). In diesem Fall würde die elektrische Verriegelung versagen. Eine mechanische Sperre (Sperrstange oder Rastmechanismus zwischen den Ankern) verhindert physisch, dass beide Schütze gleichzeitig schließen.

ÖVE/ÖNORM EN 60947-4-1 fordert für Wendeschützkombinationen explizit beide Verriegelungsmaßnahmen.

08 Was ist die Anzugsverzögerung eines Schützes, und welche Bedeutung hat sie in der Praxis? ›

Die Anzugsverzögerung (t_an) ist die Zeit zwischen dem Anlegen der Steuerspannung und dem tatsächlichen Schließen der Kontakte. Sie setzt sich zusammen aus:

Elektrischer Verzögerung: Der Spulenstrom steigt nach i(t) = I_max · (1 − e^(−t/τ)) – erst nach Erreichen des Anzugsstroms I_an zieht der Magnet an.
Mechanischer Laufzeit: Die Zeit, die der Anker zum Zurücklegen des Luftspalts benötigt.

Typische Werte: 10–40 ms

Praktische Bedeutung: Bei der Stern-Dreieck-Umschaltung muss zwischen dem Abfallen des Stern-Schützes und dem Anzug des Dreieck-Schützes eine Pausenzeit von mindestens 50–100 ms eingehalten werden. Wird die Pause zu kurz gewählt, sind die Kontakte des Stern-Schützes noch nicht geöffnet, wenn der Dreieck-Schütz anzieht – Kurzschluss!

09 Was ist eine Selbsthalteschaltung, und wie wird sie mit einem Schütz realisiert? ›

Eine Selbsthalteschaltung ermöglicht es, einen Schütz durch einen kurzen Impuls (Taster) dauerhaft einzuschalten – er hält sich selbst, ohne dass der Taster weiter gedrückt werden muss.

Realisierung:

Einschalttaster S1 (NO) liegt im Steuerkreis parallel zu einem NO-Hilfskontakt von K1
Ausschalttaster S0 (NC) liegt in Reihe im Steuerkreis
Motorschutzrelais MSR (NC) liegt ebenfalls in Reihe

Ablauf:

S1 drücken → K1 zieht an → K1-Hilfskontakt (NO) schließt → Überbrückt S1
S1 loslassen → Schütz bleibt über seinen eigenen Hilfskontakt gehalten
S0 drücken → Steuerkreis unterbrochen → K1 fällt ab → Selbsthaltung aufgehoben

Formelsammlung

Nennstrom Drehstrommotor

I_N = P / (√3 · U_N · cos φ · η)

P = Leistung [W], U_N = Spannung [V], cos φ = Leistungsfaktor, η = Wirkungsgrad

Spulenstrom (Anstieg)

i(t) = I_max · (1 − e^(−t/τ))

τ = L/R = Zeitkonstante, I_max = U_s / R_Spule

Magnetische Anzugskraft

F = (B² · A) / (2 · µ₀)

B = Flussdichte [T], A = Fläche [m²], µ₀ = 4π·10⁻⁷ T·m/A

Magnetische Feldkonstante

µ₀ = 4π · 10⁻⁷ ≈ 1,257 · 10⁻⁶ T·m/A

Konstante, unveränderlich im Vakuum

Zeitkonstante Spule

τ = L / R

L = Induktivität [H], R = ohmscher Widerstand der Spule [Ω]

Energie im Magnetfeld

W_mag = ½ · L · I²

Muss beim Abschalten abgebaut werden → Abfallverzögerung, Freilaufdiode nötig

Selbstinduktionsspannung

u_L = −L · (dI/dt)

Ursache für Abschaltspannungsspitze bei DC-Spulen → Freilaufdiode!

Lorentzkraft (Lichtbogenausblasung)

F = I · l · B · sin(α)

I = Strom [A], l = Länge [m], B = Flussdichte [T], α = Winkel zwischen I und B

Glossar

Schütz (Contactor): Elektromagnetisch betätigter Leistungsschalter für häufiges Schalten großer elektrischer Verbraucher.
Anker: Beweglicher Teil des Magnetkreises, der bei Erregung der Spule angezogen wird und die Kontakte betätigt.
Spule (A1/A2): Elektromagnetische Wicklung, die bei Anlegen der Steuerspannung das Magnetfeld erzeugt.
Hauptkontakt: Leistungskontakt für den Lastkreis (L1/T1, L2/T2, L3/T3); ausschließlich als Schließer (NO) ausgeführt.
Hilfskontakt: Kleinstromkontakt für den Steuerkreis; als NO (Schließer) oder NC (Öffner) erhältlich.
NO (Normally Open): Schließer – im Ruhezustand (Spule stromlos) offen, im angezogenen Zustand geschlossen.
NC (Normally Closed): Öffner – im Ruhezustand geschlossen, im angezogenen Zustand offen.
Kurzschlussring: Kupfer- oder Aluminiumring in der Polfläche von AC-Schützen, der durch Induktion einen phasenverschobenen Teilfluss erzeugt und das 100 Hz-Rattern verhindert.
Lichtbogenlöschkammer: Kammer mit Deionplatten und/oder Blasspule, die den beim Öffnen unter Last entstehenden Lichtbogen kühlt und löscht.
Deionplatten: Stahlblechplatten in der Löschkammer, die den Lichtbogen in Teillichtbögen aufteilen.
Schaltkategorie: Normierte Bezeichnung für die Art der Schaltaufgabe (AC-1, AC-2, AC-3, AC-4, DC-13 …) nach ÖVE/ÖNORM EN 60947-4-1.
Auslöseklasse: Kennzeichnung der Auslösecharakteristik eines Motorschutzrelais (10A, 10, 20, 30) – gibt die maximale Auslösezeit bei 7,2 × I_N an.
Anzugsverzögerung (t_an): Zeit vom Anlegen der Steuerspannung bis zum Schließen der Kontakte.
Abfallverzögerung (t_ab): Zeit vom Abschalten der Steuerspannung bis zum Öffnen der Kontakte.
Freilaufdiode: Diode parallel zur DC-Spule, die die Abschalt-Spannungsspitze durch Selbstinduktion ableitet.
Elektrische Lebensdauer: Anzahl der Schaltspiele bis zur Abnutzung der Kontaktstücke durch Lichtbogenabtrag.
Mechanische Lebensdauer: Anzahl der Schaltspiele bis zum Versagen der mechanischen Komponenten (Federn, Führungen).
Selbsthalteschaltung: Schaltung, bei der sich ein Schütz über seinen eigenen NO-Hilfskontakt selbst eingeschaltet hält.
Elektrische Verriegelung: Schaltungsmaßnahme, bei der NC-Hilfskontakte zweier Schütze gegenseitig das Einschalten verhindern.
AgSnO₂: Silber-Zinnoxid – Standard-Kontaktwerkstoff für Schütze; hohe Leitfähigkeit (Ag) kombiniert mit Lichtbogenbeständigkeit (SnO₂).

Stand & Quellen

ÖVE/ÖNORM EN 60947-4-1: Niederspannungsschaltgeräte – Schütze und Motorstarter – Teil 4-1: Wechselstromschütze und Motorstarter (aktuelle Fassung)
ÖVE/ÖNORM EN 60947-1: Niederspannungsschaltgeräte – Allgemeine Festlegungen
ÖVE/ÖNORM EN 50110-1: Betrieb von elektrischen Anlagen – Allgemeine Anforderungen
ESV 2012 – Elektroschutzverordnung 2012: BGBl. II Nr. 33/2012, österreichische Anforderungen an elektrische Anlagen
ASchG – ArbeitnehmerInnenschutzgesetz: Österreich, BGBl. Nr. 450/1994 idgF
Eberhard Rother: Schütztechnik – Grundlagen und Anwendungen
Heinz Meister: Elektrische Messtechnik (Grundlagen Elektromagnetismus)
Erstellt: April 2025 | Mechatronik Lernportal Österreich

Was ist ein Schütz und wo wird er eingesetzt?

Typische Einsatzgebiete

Wie ist ein Schütz mechanisch aufgebaut?

Die wichtigsten Bauteile im Detail

1. Die Magnetspule

2. Der Eisenkern (E-Kern und I-Kern / E-E-Kern)

3. Der Anker

4. Die Kontaktbrücken (Hauptkontakte)

5. Die Lichtbogenkammer

6. Die Hilfskontakte

Wie funktioniert das Elektromagnetsystem eines Schützes?

Die Anzugskraft des Magneten

Anzugsstrom vs. Haltestrom bei AC-Schützen

Der Kurzschlussring – warum ist er so wichtig?

Was sind Anzugs- und Abfallverzögerung, und warum sind sie wichtig?

Die Anzugsverzögerung (t_an)

Die Abfallverzögerung (t_ab)

Praktische Bedeutung der Schaltzeiten

Welche Kontaktarten gibt es bei einem Schütz, und wie werden sie eingesetzt?

Hauptkontakte

Hilfskontakte

Wichtige Schaltungskonzepte mit Hilfskontakten

Selbsthaltung

Elektrische Verriegelung

Wie wird ein Lichtbogen beim Schalten gelöscht?

Wie entsteht ein Lichtbogen?

Maßnahmen zur Lichtbogenlöschung

1. Deionplatten (Löschbleche)

2. Magnetische Beblasung

3. Schnelles Öffnen der Kontakte

Unterschied AC- und DC-Lichtbogen

Wie verschleißt ein Schütz, und wie lange hält er?

Elektrischer Verschleiß

Mechanischer Verschleiß

Schalthäufigkeit und Betriebsarten

Erkennungsmerkmale von Verschleiß

Wartung und Inspektion

Wie dimensioniert man einen Schütz korrekt, und was sind Auslöseklassen?

Schritt 1: Nennbetriebsstrom I_e bestimmen

Schritt 2: Schaltkategorie festlegen

Schritt 3: Auslöseklasse des Motorschutzrelais wählen

Abschlusstest

Fragen bei mündlicher Prüfung

Formelsammlung

Glossar

Stand & Quellen