Direkteinschaltung (DOL)

Bei der Direkteinschaltung wird der Motor über ein Schütz mit den drei Außenleitern L1, L2, L3 verbunden und liegt damit ab dem Einschaltmoment an voller Bemessungsspannung. Es gibt keine Anlaufhilfe, keine Strombegrenzung, keine Vorstufe — Schütz schaltet, Motor läuft an, fertig.

Der Vorteil: minimaler Aufwand. Ein Schütz, ein Motorschutz, ein paar Taster — mehr ist nicht nötig. Auch in der Wartung ist die Schaltung übersichtlich.

Im Gegensatz dazu stehen Anlaufverfahren, die den Anlaufstrom oder das Anlaufmoment gezielt begrenzen — die Stern-Dreieck-Schaltung, der Sanftanlauf über ein elektronisches Anlaufgerät oder der Frequenzumrichter. Diese sind aufwendiger, aber bei größeren Motoren oder empfindlichen Anwendungen notwendig. Jedes dieser Verfahren wird in einem eigenen Beitrag behandelt.

DOL kommt überall dort zum Einsatz, wo der hohe Einschaltstrom verkraftbar ist und das volle Anlaufdrehmoment vom ersten Augenblick an erwünscht ist: kleine Pumpen, Lüfter, Förderbänder mit leichten Anläufen, kleine Kompressoren.

Der Hauptstromkreis ist the Pfad, über den der Motorstrom fließt. Bei DOL ist dieser Pfad denkbar einfach: vom Netz über ein Schaltorgan und einen Schutz direkt zum Motor.

Die Komponenten in der Reihenfolge des Stromflusses:

• Leitungs- und Kurzschlussschutz -F1: drei Schmelzsicherungen oder ein Leitungsschutzschalter mit Kurzschluss-Schnellauslösung. Schützt die Leitung gegen Kurzschluss.
• Hauptschütz -K1: drei Hauptkontakte für L1, L2, L3, gemeinsam vom Schützanker betätigt. Schaltet den Motor ein und aus. Bemessen nach Gebrauchskategorie AC-3 (Schalten und Ausschalten unter Last bei Käfigläufermotoren).
• Motorschutzorgan -F2: thermisches Motorschutzrelais oder Motorschutzschalter. Schützt den Motor gegen thermische Überlast. Auslegung und Einstellung sind in einem eigenen Beitrag detailliert behandelt — hier nur der Grundsatz: Einstellwert entspricht dem Bemessungsstrom vom Motortypenschild.
• Motor -M: Drehstrom-Asynchronmotor, angeschlossen an den Klemmen U1/V1/W1.

Bemerkenswert ist die Aufgabenteilung. Der Kurzschlussschutz reagiert auf sehr hohe Ströme im Millisekunden-Bereich, der Motorschutz auf Ströme knapp über dem Bemessungsstrom über Sekunden bis Minuten. Beide arbeiten zusammen — dieses Zusammenspiel heißt Typkoordination nach ÖNORM EN 60947-4-1 und wird in Kapitel 5 noch ausführlicher behandelt.

Die Bauteilkennzeichen folgen ÖNORM EN 81346 (früher ÖNORM EN 61346): Schütze beginnen mit -K, Sicherungen und Schutzorgane mit -F, Motoren mit -M.

Während der Hauptstromkreis den Motorstrom führt, schaltet der Steuerstromkreis das Schütz aus der Ferne — typisch mit 230 V AC oder 24 V DC, je nach Schützspule.

Der Ablauf:

1. EIN-Taster -S1 drücken: Strom fließt über den Hilfskontakt des Motorschutzes, den Ruhekontakt -S0 und den Schließer -S1 in die Schützspule -K1. Die Spule zieht an, alle -K1-Kontakte schließen.
2. Selbsthaltung greift: Der Hilfskontakt -K1 parallel zu -S1 überbrückt den EIN-Taster. Beim Loslassen von -S1 bleibt der Stromkreis geschlossen. Die Schaltungstechnik dahinter ist im eigenen Beitrag zur Selbsthaltung ausführlich behandelt — hier reicht es zu wissen, dass dieser kontakt für das Halten zuständig ist.
3. AUS-Taster -S0 drücken: der Stromkreis wird unterbrochen, die Spule fällt ab, alle -K1-Kontakte öffnen, der Motor steht.
4. Spannungsausfall: ohne Spulenspannung fällt das Schütz sofort ab. Beim Wiederkehren der Spannung läuft der Motor nicht von selbst wieder an — das ist der gewünschte Schutz gegen Wiederanlauf.
5. Motorschutz löst aus: der Hilfskontakt -F2 im Steuerstromkreis öffnet, die Spule fällt ab, der Motor wird abgeschaltet.

Ein detail ist wichtig: Der Hilfskontakt des Motorschutzes liegt im Steuerstromkreis, nicht im Hauptstromkreis. Das thermische Element selbst sitzt im Hauptstromkreis und misst den Motorstrom — fliegt es heraus, gibt es diese Information über den potentialfreien Hilfskontakt an den Steuerkreis weiter.

Im Stillstand wirkt ein Asynchronmotor elektrisch wie ein Transformator mit kurzgeschlossener Sekundärseite. Der Rotor steht, die Drehzahl ist null, the Schlupf ist 100 %. Die Folge: ein deutlich höherer Strom als im Betrieb.

Den exakten Wert von k findet man auf dem Motortypenschild als Anlaufstromverhältnis I_A/I_N. Ein 7,5-kW-Motor mit I_N = 15,2 A und k = 7 zieht im Anlauf rund 106 A. Die Stromspitze dauert nur ein bis drei Sekunden, bis der Motor seine Drehzahl erreicht — sie ist aber sowohl an der Netzbelastung als auch am Drehmomentstoß deutlich messbar.

Konsequenzen:

• Spannungseinbruch im Netz: am Übergabepunkt und besonders am Motor selbst. Lampen können flackern, andere empfindliche Verbraucher können zurücksetzen.
• Belastung des EVU-Anschlusses: der hohe Strom erzeugt einen Spannungsfall in der Versorgungsleitung, der je nach Leitungsquerschnitt und Vorimpedanz erheblich sein kann.
• Mechanischer Drehmomentstoß: das volle Anlaufdrehmoment wirkt schlagartig auf Welle, Kupplung und Antriebsstrang. Bei empfindlichen Maschinen ein Problem.
• Hohe Beanspruchung des Schützes: jedes Einschalten unter Last belastet die Hauptkontakte. Die zulässige Schalthäufigkeit ist im Datenblatt vorgegeben.

Bei einer DOL-Schaltung müssen drei Schutz- und Schaltorgane sauber aufeinander abgestimmt werden: Kurzschlussschutz, Schütz und Motorschutz. Diese Abstimmung heißt Typkoordination nach ÖNORM EN 60947-4-1.

Schütz nach AC-3 dimensionieren:

Das Schütz muss den Motorstrom in der Gebrauchskategorie AC-3 sicher schalten können. Auswahlkriterium ist der Bemessungsbetriebsstrom I_e:

In der Praxis wählt man die nächstgrößere genormte Schützgröße. Datenblätter geben den AC-3-Strom oder die zugehörige Motorleistung (etwa „bis 4 kW / 400 V AC-3″) an.

Motorschutzorgan:

Auslegung und Einstellung sind im eigenen Beitrag zum Motorschutz detailliert behandelt. Der Grundsatz für DOL: Einstellwert = Motorbemessungsstrom vom Typenschild. Wichtig ist die Wahl der Auslöseklasse, abgestimmt auf die Anlaufdauer:

• Klasse 10 A oder Klasse 10: leichte Anläufe (Pumpen, Lüfter, kurze Anlaufzeit)
• Klasse 20: mittlere Anläufe
• Klasse 30: schwere Anläufe (Mühlen, schwere Bandanläufe mit langer Hochlaufzeit)

Bei DOL is die Anlaufzeit kurz, da das volle Drehmoment vom ersten Moment wirkt — Klasse 10 reicht für die meisten Fälle.

Kurzschlussschutz:

Er muss schneller auslösen, als Schütz oder Motorschutz Schaden nehmen können. Die Auswahl erfolgt nach dem Bemessungs-Kurzschlussschaltvermögen und nach Selektivität zu vorgelagerten Schutzorganen.

Typkoordination Typ 1 vs. Typ 2:

• Typ 1: Nach einem Kurzschluss dürfen Schütz und Motorschutz beschädigt sein und müssen ausgetauscht werden. Die Personen und die Anlage selbst dürfen aber nicht gefährdet sein.
• Typ 2: Nach einem Kurzschluss bleiben Schütz und Motorschutz weiterhin gebrauchstauglich. Ein leichtes Verschweißen der Schützkontakte ist zulässig, sofern es ohne Schwierigkeit gelöst werden kann.

Typ 2 ist heute die in der Industrie übliche Anforderung. Die zulässigen Kombinationen aus Kurzschlussschutz, Schütz und Motorschutz werden vom Hersteller in Koordinationstabellen freigegeben — diese Tabellen sind für die Auswahl verbindlich.

DOL ist die erste Wahl, wenn die Randbedingungen passen. Sie ist günstig, robust, schaltet zuverlässig und liefert ab dem ersten Augenblick das volle Drehmoment. Genau das ist die Stärke — und gleichzeitig die Begrenzung.

Wo DOL gut passt:

• Kleine Pumpen und Lüfter
• Förderbänder mit leichtem Anlauf
• Kleine Kompressoren
• Werkzeugmaschinen mit kleinen Hauptantrieben
• Allgemein: Motoren bis etwa 4 kW im 400-V-Netz (TAEV-Faustregel)

Wo DOL an Grenzen stößt:

• Große Motoren: hoher Anlaufstrom belastet das Netz zu stark. Lösung: Stern-Dreieck-Schaltung, Sanftanlauf oder Frequenzumrichter — jeweils eigene Beiträge.
• Empfindliche Maschinen: der schlagartige Drehmomentstoß führt zu mechanischem Verschleiß an Kupplungen und Antriebssträngen. Lösung: Sanftanlauf oder Frequenzumrichter.
• Häufiges Schalten: bei vielen Anläufen pro Stunde wird das Schütz thermisch belastet. Die zulässige Schalthäufigkeit ist im Schütz-Datenblatt vorgegeben.
• Drehzahlsteuerung gefordert: DOL kennt nur eine Drehzahl — die durch Netzfrequenz und Polpaarzahl gegebene Synchrondrehzahl, abzüglich Schlupf. Für variable Drehzahlen ist ein Frequenzumrichter nötig.

In der Praxis: Bei einem Kompressor mit 7,5 kW und 30 Anläufen pro Stunde ist DOL technisch noch möglich, aber das Schütz muss entsprechend hoch bemessen sein und das Netz muss den Anlaufstrom verkraften. Bei einer Pumpe mit 22 kW dagegen ist DOL praktisch ausgeschlossen — sowohl wegen der TAEV als auch wegen der Netzrückwirkungen und der mechanischen Belastung beim Anlauf.