Wendeschützschaltung

Eine Wendeschützschaltung kehrt die Drehrichtung eines Drehstrommotors um. Dafür sind zwei Schütze nötig: eines für die eine Drehrichtung, eines für die andere. Beide schalten denselben Motor – aber jedes verdrahtet die Phasen unterschiedlich zum Motor durch.

In der Praxis findet sich diese Schaltung überall dort, wo ein Antrieb in beide Richtungen laufen muss: Hubtore, Aufzüge, Hebezeuge, Förderbänder mit Wendebetrieb, Drehbänke und Bohrmaschinen. Im Gegensatz zur einfachen Direkteinschaltung (eigener Beitrag), bei der nur ein Schütz den Motor in einer Richtung anlaufen lässt, kann mit der Wendeschützschaltung die Drehrichtung auch im laufenden Betrieb gewechselt werden.

Damit der Motor in die andere Richtung dreht, muss das Drehfeld im Stator umgekehrt werden. Das Drehfeld (eigener Beitrag) ist das magnetische Feld im Innern des Motors, das umläuft und den Rotor mitnimmt. Seine Drehrichtung hängt direkt davon ab, in welcher Reihenfolge die drei Außenleiter die Statorwicklungen versorgen.

Das Praktische daran: Es genügt, zwei beliebige Außenleiter zu vertauschen. Welche zwei – physikalisch egal. Jedes Vertauschen kehrt die Drehrichtung um. In der Praxis hat sich aber eine Konvention durchgesetzt:

Rechtslauf: L1 → U L2 → V L3 → W
Linkslauf: L1 → W L2 → V L3 → U

L2 bleibt stehen, L1 und L3 tauschen. Diese Konvention findet sich in fast allen Schaltplänen so. Tauscht man stattdessen L1 mit L2 oder L2 mit L3, funktioniert die Umkehr genauso – der Plan sieht nur ungewohnt aus.

Im Hauptstromkreis fließt der Motorstrom. Hier sitzen die beiden Schütze, durch die der Strom vom Netz zum Motor läuft. Beide Schütze sind eingangsseitig parallel an L1, L2 und L3 angeschlossen. Ausgangsseitig landen sie aber unterschiedlich am Motor:

Schütz -Q1 (Rechtslauf): Anschluss 1→U, 3→V, 5→W
Schütz -Q2 (Linkslauf): Anschluss 1→W, 3→V, 5→U

Die Hauptkontakte tragen feste Anschlussbezeichnungen nach ÖNORM EN 60947: Eingangsseite 1, 3, 5, Ausgangsseite 2, 4, 6. Diese Nummerierung ist auf jedem Schütz aufgedruckt und gilt unabhängig vom Hersteller. Die Klemmen am Motor heißen U1, V1, W1 (am Klemmenbrett ebenfalls so beschriftet).

Die Betriebsmittelkennzeichnung folgt der ÖNORM EN 81346. Übliche Buchstaben:

Das vorangestellte Minuszeichen ist nach ÖNORM EN 81346 for das Produkt-Kennzeichen vorgesehen. In älteren Plänen findet sich auch „K“ statt „Q“ für Schütze und Verzicht auf das Minuszeichen – die Logik dahinter bleibt aber dieselbe.

Vor den Schützen sitzt eine gemeinsame Vorsicherung -F1 (Schmelzsicherung oder Leitungsschutzschalter), die die Zuleitung gegen Kurzschluss schützt. Direkt nach den Schützen, vor dem Motor, sitzt das thermische Überlastrelais -F3 (oder ein kombinierter Motorschutzschalter, eigener Beitrag), das den Motorstrom überwacht und vor langsamer thermischer Überlastung schützt.

Im Steuerstromkreis fließen die kleinen Steuerströme, die die Schützspulen versorgen. Dieser Stromkreis liegt entweder direkt an einer Phase (z.B. L1 gegen N) oder hinter einem Steuertransformator, der die Steuerspannung von 400 V auf 230 V oder 24 V herunterbringt.

Die Bauteile im Steuerkreis sind:

• -S0: Aus-Taster (Öffner). Trennt beide Spulen.
• -S1: Ein-Taster für Rechtslauf (Schließer).
• -S2: Ein-Taster für Linkslauf (Schließer).
• -Q1, -Q2: die Schützspulen mit Hilfskontakten.
• -F3: thermisches Überlastrelais mit Auslösekontakt.

Drei Punkte sind hier besonders wichtig:

Selbsthaltung. Nach Loslassen des Ein-Tasters bleibt der Schütz angezogen, weil sein eigener Hilfsschließer 13-14 parallel zum Taster liegt. Das Prinzip Selbsthaltung wird in einem eigenen Beitrag ausführlich behandelt – hier gilt es nur als Voraussetzung.

Gegenseitige elektrische Verriegelung. In Reihe vor der Spule von -Q1 liegt der Hilfsöffner 21-22 von -Q2. Umgekehrt sitzt vor -Q2 der Hilfsöffner 21-22 von -Q1. Ist ein Schütz angezogen, ist sein Hilfsöffner offen und der Stromweg zur anderen Spule unterbrochen. Verriegelungen im Allgemeinen werden in einem eigenen Beitrag behandelt – konkret zeigt sich hier, warum diese Verriegelung sicherheitskritisch ist: ohne sie kann ein gleichzeitiger Anzug auftreten, und das ergibt einen zweipoligen Kurzschluss zwischen L1 und L3 direkt im Schaltschrank.

Motorschutz im Steuerstromkreis. Das thermische Überlastrelais -F3 hat zwei Anschlüsse auf der Steuerseite: einen Auslöse-Öffner 95-96 und einen Schließer 97-98. Der Öffner 95-96 wird in Reihe vor den gesamten Steuerstromkreis geschaltet – vor -S0, vor allen anderen Bauteilen. Löst das Überlastrelais aus, öffnet 95-96, beide Spulen verlieren die Spannung und beide Schütze fallen ab. Der Motor steht. Ohne diese Verdrahtung läuft der Motor trotz Überlast weiter, bis er thermisch zerstört ist – einer der schwersten Planungsfehler in einer Motorsteuerung.

Stromweg von oben nach unten (Beispiel Rechtslauf):

1. L1 (oder Steuerspannungsphase)
2. Steuersicherung -F2
3. -F3 Öffner 95-96 (Motorschutz)
4. -S0 Öffner (Aus)
5. Parallel: -S1 Schließer oder -Q1 Hilfsschließer 13-14 (Selbsthaltung)
6. -Q2 Hilfsöffner 21-22 (Verriegelung)
7. -Q1 Spule A1-A2
8. N

Die bisher beschriebene Standardschaltung verlangt, dass vor jedem Drehrichtungswechsel der Aus-Taster -S0 betätigt wird. Sicher, aber langsam. Wer im laufenden Betrieb sofort umschalten will – etwa bei einem Tor, das man kurz heben und gleich wieder absenken möchte –, erweitert die Schaltung um eine Tasterverriegelung.

Tasterverriegelung. Statt eines einfachen Schließers wird jeder Ein-Taster als Wechseltaster ausgeführt: ein Schließer für den eigenen Schütz, dazu ein Öffner für den gegenüberliegenden. Drückt man -S2 (Linkslauf), öffnet zuerst der Öffnerkontakt im Zweig von -Q1, -Q1 fällt ab. Erst danach schließt der Schließer für -Q2. Die Tasterverriegelung erzwingt also das Aus-Schalten des alten Schützes im Moment des Umschaltens – ohne separates Drücken von -S0.

Mit Tasterverriegelung sind drei Verriegelungsebenen wirksam:

1. Tasterverriegelung – greift mechanisch im Tastergehäuse, schon vor dem eigentlichen Schaltvorgang.
2. Elektrische Verriegelung über die Hilfsöffner – greift, sobald das gegenüberliegende Schütz angezogen ist.
3. Mechanische Verriegelung – greift direkt am Schütz-Anker.

Mechanische Verriegelung. Auf der Schütz-Hardware sitzt zwischen den beiden Schützen eine Verriegelungswippe. Das ist ein einfaches Kunststoffteil zwischen den Ankern beider Schütze. Zieht ein Schütz an, drückt der Anker die Wippe zur Seite und blockiert den Anker des anderen Schützes mechanisch. Selbst wenn elektrisch beide Spulen Spannung bekämen – die Mechanik lässt nicht beide gleichzeitig durchziehen.

Im Katalog gängiger Hersteller gibt es Wendeschützkombinationen als fertige Baugruppen: zwei Schütze samt Verriegelungswippe, Verkabelung der getauschten Phasen und vormontierte Hilfskontakte. Spart Verdrahtungszeit und reduziert Fehlerquellen.

Eine Wendeschützschaltung ist auf den ersten Blick einfach. Die typischen Probleme stecken im Detail – in der Schaltspielzahl, in der Umschaltpause und in der mechanischen Belastung.

Schaltkategorie AC-3 oder AC-4. Schütze werden nach Gebrauchskategorien nach ÖNORM EN 60947 dimensioniert. AC-3 ist die Standardkategorie für das Schalten von Käfigläufermotoren beim normalen Anlauf und Betrieb. Ein direktes Reversieren unter Last fällt aber unter AC-4: hier wird das Schütz deutlich stärker beansprucht, weil der Motor durch das umgekehrte Drehfeld noch dreht, während die Schütz-Kontakte schon öffnen und schließen. Der Schaltstrom beim Reversieren liegt typischerweise beim 5- bis 6-fachen Motornennstrom. Wer mit häufigem Direktreversieren arbeitet, muss das Schütz nach AC-4 auswählen oder eine Nummer größer als nach AC-3.

Auslaufzeit und Umschaltpause. Beim Umschalten von Rechts- auf Linkslauf dreht der Rotor noch in der alten Richtung, während im Stator schon das neue, gegenläufige Drehfeld aufgebaut wird. Die mechanische Belastung von Welle, Kupplung und Getriebe ist erheblich – vergleichbar mit einer plötzlichen Bremsung samt Reversierdrehmoment. Bei größeren Antrieben gibt der Anwender deshalb eine Umschaltpause vor: eine kurze Zeit (oft mit Zeitrelais realisiert, eigener Beitrag), in der nach dem Abfall des einen Schützes der andere noch nicht anziehen darf. Übliche Werte je nach Antrieb sind 0,2 s bis mehrere Sekunden.

Motorschutz. Wie in Kapitel 4 gezeigt, sitzt das thermische Überlastrelais im Hauptstromkreis und bindet seinen Auslöse-Öffner 95-96 in den Steuerstromkreis ein. Im Wendebetrieb ist der Motor durch die Reversier-Stromspitzen stärker belastet als bei reiner Direkteinschaltung – das thermische Modell des Relais bildet das in der Regel ab, sofern es korrekt auf den Motornennstrom eingestellt ist. Hintergründe zu Motorschutzschaltern und Motorschutzrelais behandelt ein eigener Beitrag.

Erdung und Schutzleiter. Der Schutzleiter PE geht direkt vom Netz zum Motorgehäuse, ohne durch Schütze, Sicherungen oder das Überlastrelais zu führen. Das gilt grundsätzlich für jede Motorschaltung. Die Schaltschrankerdung selbst ist über die Tragschiene mit dem Hauptpotentialausgleich verbunden.