Dahlander-Schaltung – Mechatronik Lernportal

Dahlander-Schaltung

Ein Drehstrommotor – zwei Drehzahlen: Die Dahlander-Schaltung ermöglicht durch eine clevere Umschaltung der Wicklungsenden die Polpaarzahlumschaltung und damit eine diskrete Drehzahlstufe. Du lernst das physikalische Prinzip, den Schützschaltkreis und die SPS-Realisierung – praxisnah und normgerecht nach ÖVE/ÖNORM.

Kapitel 01

Was ist die Dahlander-Schaltung und wofür wird sie eingesetzt?

Die Dahlander-Schaltung – benannt nach dem schwedischen Ingenieur Robert Dahlander (1870–1935) – ist eine Methode zur Polumschaltung bei Drehstrommotoren mit speziell ausgelegten Wicklungen. Durch Umschalten der Wicklungsanschlüsse ändert sich die effektive Polpaarzahl des Motors und damit seine Drehzahl.

Erfindung: Robert Dahlander und Arvid Lindström meldeten das Prinzip 1897 zum Patent an. Bis heute ist es eine der elegantesten Lösungen für eine einfache, robuste Zweistufenregelung ohne Frequenzumrichter.

Ein Dahlander-Motor besitzt eine einzige Wicklung pro Strang, die je nach Schaltung als Δ-Wicklung (Dreieck → niedrige Drehzahl, viele Pole) oder als YY-Wicklung (Doppelstern → hohe Drehzahl, wenige Pole) betrieben wird. Das Drehzahlverhältnis ist dabei immer 1 : 2.

Typisches Beispiel: Ein 4/8-pol-Motor an 50 Hz läuft mit 8 Polen auf ca. 750 min⁻¹ (langsam) und mit 4 Polen auf ca. 1.500 min⁻¹ (schnell). Das Verhältnis ist genau 1 : 2.

Typische Anwendungsfelder

AnwendungLangsame StufeSchnelle Stufe
LüftungsanlagenTeillast, NachtVolllast, Tag
WerkzeugmaschinenSchruppenSchlichten
Aufzüge (alt)Einfahren, StoppFahren
PumpenMindestfördermengeNennfördermenge
KraneFeinpositionierungSchnellfahrt
Einschränkung: Die Dahlander-Schaltung erlaubt ausschließlich ein Drehzahlverhältnis von 1:2. Für andere Verhältnisse (z. B. 1:1,5 oder 1:3) oder stufenlose Regelung ist ein Frequenzumrichter (FU) erforderlich.
Dahlander-Wicklung: Δ (langsam) vs. YY (schnell)
Δ-Schaltung (Langsam, 8-polig) U1 V1 W1 U2V2W2 kurzgeschlossen L1 L2 L3 p = 4 → 8 Pole n ≈ 750 min⁻¹ YY-Schaltung (Schnell, 4-polig) Sternpkt. U1 V1 W1 U2 V2 W2 p = 2 → 4 Pole n ≈ 1.500 min⁻¹
? Verständnisfrage: Welches Drehzahlverhältnis erzeugt die Dahlander-Schaltung? ›
1 : 3
1 : 2
1 : 1,5
2 : 3
Kapitel 02

Wie funktioniert die Polumschaltung physikalisch?

Die Drehzahl eines Asynchronmotors ist direkt von der Polpaarzahl p und der Netzfrequenz f abhängig. Die Synchrondrehzahl (theoretische Leerlaufdrehzahl) lautet:

ns = (60 · f) / p
ns
Synchrondrehzahl [min⁻¹]
f
Netzfrequenz [Hz] – in Österreich 50 Hz
p
Polpaarzahl [–]

Durch die Dahlander-Umschaltung wird die Polpaarzahl halbiert (z. B. von p = 4 auf p = 2). Damit verdoppelt sich die Synchrondrehzahl. Die tatsächliche Drehzahl liegt durch den Schlupf s etwas darunter:

n = ns · (1 − s)
n
Läuferdrehzahl [min⁻¹]
s
Schlupf [–], typisch 0,02 … 0,08 (2 % … 8 %)
Merksatz: Halbiere die Polpaarzahl → verdopple die Drehzahl. Die Dahlander-Schaltung nutzt genau diesen Zusammenhang.

Drehzahltabelle: typische Polzahlen bei 50 Hz

Polzahl (2p)Polpaarzahl (p)Synchrondrehzahl [min⁻¹]Nenndrehzahl ca. [min⁻¹]
213.0002.850
421.5001.450
631.000960
84750720
126500480
Dahlander-Kombination: Nur Polpaarzahlen, die sich im Verhältnis 1 : 2 befinden, sind mit einer Dahlander-Wicklung realisierbar: z. B. 4/8-polig, 6/12-polig, 2/4-polig.

Was passiert beim Umschalten?

Beim Umschalten von der Δ- in die YY-Wicklung werden die sechs Wicklungsenden des Motors so neu verschaltet, dass jede Strangwicklung in zwei gleich große Hälften aufgeteilt wird – jede Hälfte wird zu einer eigenen Spule. Damit entsteht die doppelte Anzahl von Spulengruppen bei gleichem geometrischen Raum, was die Polpaarzahl halbiert.

⚡ Drehzahlrechner – Dahlander-Motor
50 Hz
p = 4
4 %
Langsam (Δ)
ns = – min⁻¹
n ≈ – min⁻¹
Schnell (YY)
ns = – min⁻¹
n ≈ – min⁻¹
✏️
Beispiele & Rechenaufgaben 2 Beispiele · 5 Aufgaben ›
Beispiel 1

Ein Dahlander-Motor ist 4/8-polig und wird an 50 Hz betrieben. Berechne die Synchrondrehzahlen beider Stufen.

Lösung

Schritt 1: Langsame Stufe – 8 Pole → p = 4

ns,langsam = (60 · 50) / 4 = 3.000 / 4 = 750 min⁻¹

Schritt 2: Schnelle Stufe – 4 Pole → p = 2

ns,schnell = (60 · 50) / 2 = 3.000 / 2 = 1.500 min⁻¹

Ergebnis: 750 min⁻¹ (langsam) / 1.500 min⁻¹ (schnell)
Beispiel 2

Ein 4/8-pol-Motor hat in der schnellen Stufe einen Schlupf von s = 5 %. Wie groß ist die tatsächliche Nenndrehzahl?

Lösung

Schritt 1: Synchrondrehzahl schnelle Stufe (p = 2, f = 50 Hz)

ns = (60 · 50) / 2 = 1.500 min⁻¹

Schritt 2: Nenndrehzahl mit Schlupf

n = 1.500 · (1 − 0,05) = 1.500 · 0,95 = 1.425 min⁻¹

Ergebnis: n ≈ 1.425 min⁻¹
Aufgabe 1

Ein Dahlander-Motor ist 6/12-polig. Berechne die Synchrondrehzahlen beider Stufen bei f = 50 Hz.

Hinweis: Polpaarzahl = Polzahl / 2

Lösung

Langsam: 12 Pole → p = 6 → ns = (60·50)/6 = 500 min⁻¹

Schnell: 6 Pole → p = 3 → ns = (60·50)/3 = 1.000 min⁻¹

Ergebnis: 500 min⁻¹ / 1.000 min⁻¹
Aufgabe 2

Ein 2/4-pol-Dahlander-Motor (f = 50 Hz) hat in der langsamen Stufe einen Schlupf von 6 %. Berechne die Nenndrehzahl der langsamen Stufe.

Hinweis: n = ns · (1 − s)

Lösung

Langsam: 4 Pole → p = 2 → ns = (60·50)/2 = 1.500 min⁻¹

n = 1.500 · (1 − 0,06) = 1.500 · 0,94 = 1.410 min⁻¹

Ergebnis: n ≈ 1.410 min⁻¹
Aufgabe 3

Ein 4/8-pol-Dahlander-Motor (f = 50 Hz) hat in der langsamen Stufe eine gemessene Nenndrehzahl von 720 min⁻¹. Berechne den Schlupf der langsamen Stufe und die Nenndrehzahl der schnellen Stufe (gleicher Schlupf).

Hinweis: s = (n_s − n) / n_s; dann n_schnell = n_s,schnell · (1 − s)

Lösung

Schritt 1: Synchrondrehzahl langsam (p = 4, f = 50 Hz)

ns,langsam = (60 · 50) / 4 = 750 min⁻¹

Schritt 2: Schlupf langsam

s = (750 − 720) / 750 = 30 / 750 = 0,04 = 4 %

Schritt 3: Synchrondrehzahl schnell (p = 2)

ns,schnell = (60 · 50) / 2 = 1.500 min⁻¹

Schritt 4: Nenndrehzahl schnell mit gleichem Schlupf

nschnell = 1.500 · (1 − 0,04) = 1.500 · 0,96 = 1.440 min⁻¹

Ergebnis: s = 4 %; nschnell ≈ 1.440 min⁻¹
Aufgabe 4

Berechne für einen 4/8-pol-Motor die Synchrondrehzahl beider Stufen bei f = 60 Hz (z. B. US-Export).

Hinweis: Formel ns = (60·f)/p – f ändern!

Lösung

Langsam (p=4): ns = (60·60)/4 = 3.600/4 = 900 min⁻¹

Schnell (p=2): ns = (60·60)/2 = 3.600/2 = 1.800 min⁻¹

Ergebnis: 900 min⁻¹ / 1.800 min⁻¹ bei 60 Hz
Aufgabe 5

Ein Lüftungsmotor (Dahlander 4/8-polig, 50 Hz) hat in der schnellen Stufe einen Schlupf von 3 %. In der langsamen Stufe beträgt der Schlupf 7 %. Berechne beide Nenndrehzahlen.

Hinweis: Für jede Stufe separat berechnen.

Lösung

Schnell (p=2): ns = 1.500 min⁻¹ → n = 1.500·0,97 = 1.455 min⁻¹

Langsam (p=4): ns = 750 min⁻¹ → n = 750·0,93 = 697,5 ≈ 698 min⁻¹

Ergebnis: 1.455 min⁻¹ (schnell) / 698 min⁻¹ (langsam)
? Verständnisfrage: Was passiert mit der Drehzahl, wenn die Polpaarzahl halbiert wird? ›
Die Drehzahl halbiert sich.
Die Drehzahl verdoppelt sich.
Die Drehzahl bleibt konstant.
Die Drehzahl steigt um den Schlupfbetrag.
Kapitel 03

Wie ist die Schützschaltung (Stromlaufplan) aufgebaut?

Für die Dahlander-Schaltung werden drei Schütze benötigt:

SchützBezeichnungFunktion
K1NetzschützSchaltet den Motor ans Netz (immer aktiv)
K2Dreieckschütz (Δ)Langsame Stufe – verbindet U2,V2,W2 zu einem Dreieck
K3Sternschütz (YY)Schnelle Stufe – verbindet U2,V2,W2 zum Sternpunkt + Netzanschluss auf U1,V1,W1
Wichtig – Verriegelung: K2 und K3 dürfen niemals gleichzeitig einschalten! Ein gleichzeitiges Einschalten würde einen Kurzschluss verursachen. Die Verriegelung erfolgt durch:
  • Elektromechanische Verriegelung: Öffner von K2 im Steuerkreis von K3 (und umgekehrt)
  • Zeitverzögerung: Beim Umschalten muss K2 zuerst abfallen, bevor K3 einschaltet (und umgekehrt). Typische Verzögerungszeit: 0,1 … 0,5 s

Schaltfolge – Langsame Stufe (Δ)

Schritt 1: Taster S1 (Langsam) betätigen
Schritt 2: K1 (Netzschütz) zieht an → Motor ans Netz
Schritt 3: K2 (Δ-Schütz) zieht an → Wicklung als Dreieck geschaltet
Ergebnis: Motor läuft in langsamer Stufe (z. B. 750 min⁻¹)

Schaltfolge – Schnelle Stufe (YY)

Schritt 1: Taster S2 (Schnell) betätigen
Schritt 2: K2 fällt ab → Verzögerungszeit abwarten (z. B. 200 ms)
Schritt 3: K3 (YY-Schütz) zieht an → Wicklung als Doppelstern
Ergebnis: Motor läuft in schneller Stufe (z. B. 1.500 min⁻¹)
Prinzipschema: Dahlander-Schützschaltung (Steuerstromkreis)
+24V / L 0V / N S0 (Stopp) S1 (Langsam) K1 K1 (SH) K1 S1 K3 ✗ Verr. K2 Δ – Langsam K1 S2 (Schnell) K2 ✗ Verr. K3 YY – Schnell Legende Öffner (Verriegelung) Schließer (Hilfskontakt) Schützspule
ÖVE/ÖNORM EN 60947-4-1: Schütze und Motorstarter – Anforderungen an Schütze für Wechselstrom-Motorstarter. Die Verriegelung von K2 und K3 ist eine konstruktive Sicherheitsforderung.
Häufiger Fehler: Fehlende oder falsch verdrahtete Verriegelung zwischen K2 und K3! Wenn beide Schütze gleichzeitig anziehen, entsteht ein Kurzschluss in der Motorwicklung. Immer doppelte Verriegelung verwenden: mechanisch (Koppel am Schütz) UND elektrisch (Öffner im Steuerkreis).
? Verständnisfrage: Warum müssen K2 und K3 gegeneinander verriegelt werden? ›
Sonst überhitzt der Motor.
Bei gleichzeitigem Einschalten entsteht ein Kurzschluss in der Motorwicklung.
Sonst wird das Netz kurzgeschlossen.
Die Schütze würden sonst gleichzeitig abfallen.
Kapitel 04

Wie wird die Dahlander-Schaltung mit einer SPS realisiert?

Moderne Anlagen setzen anstelle der klassischen Relaistechnik eine Speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) ein. Die SPS übernimmt die Steuerlogik (Verriegelung, Zeitverzögerung, Selbsthaltung), während die Schütze K1, K2 und K3 weiterhin als Leistungsschalter im Hauptstromkreis verbleiben.

Norm: SPS-Programme für Motorsteuerungen folgen der ÖNORM EN 61131-3 (Programmiersprachen für SPS). Für Sicherheitsfunktionen gilt zusätzlich die ÖNORM EN ISO 13849.

E/A-Belegung (typisches Beispiel)

AdresseTypBezeichnungFunktion
%I0.0EingangS0Stopp-Taster (Öffner)
%I0.1EingangS1Langsam-Taster (Schließer)
%I0.2EingangS2Schnell-Taster (Schließer)
%I0.3EingangF1Motorschutzschalter (Öffner, NC)
%Q0.0AusgangK1Netzschütz (Motorfreigabe)
%Q0.1AusgangK2Δ-Schütz (Langsam)
%Q0.2AusgangK3YY-Schütz (Schnell)

Ablaufbeschreibung (Funktionsbeschreibung)

S1 betätigt → Langsam: SPS setzt K1 = 1, K2 = 1, K3 = 0. Motor läuft langsam.
S2 betätigt → Umschalten auf Schnell: SPS setzt zuerst K2 = 0, wartet T1 = 200 ms (Abfallzeit + Sicherheit), dann K3 = 1.
Schnellstufe aktiv: K1 = 1, K2 = 0, K3 = 1. Motor läuft schnell.
Zurück auf Langsam: K3 = 0, Verzögerung T2 = 200 ms, dann K2 = 1.
S0 betätigt oder Störung (F1): K1 = 0, K2 = 0, K3 = 0. Motor trudelt aus.

AWL-Programm (Anweisungsliste, ÖNORM EN 61131-3)

// Netzschütz K1
LD   %I0.1     // S1 Langsam
OR   %I0.2     // oder S2 Schnell
OR   %Q0.0     // Selbsthaltung K1
ANDN %I0.0     // Stopp
ANDN %I0.3     // Schutz F1
ST   %Q0.0     // → K1 setzen

// Δ-Schütz K2 (mit Verriegelung K3)
LD   %I0.1
OR   %Q0.1     // Selbsthaltung K2
ANDN %I0.2     // kein S2
ANDN %Q0.2     // Verriegelung K3
AND  %Q0.0     // nur wenn K1 aktiv
ST   %Q0.1

// YY-Schütz K3 (mit Verriegelung K2 + Zeitverzögerung)
LD   %I0.2
ANDN %Q0.1     // Verriegelung K2
AND  %Q0.0
ST   %Q0.2
Zeitverzögerung in der SPS: Die Umschaltverzögerung wird über einen SPS-Timer (z. B. TON-Baustein) realisiert. Typisch: T1 = T2 = 0,2 s. Dies stellt sicher, dass K2 (oder K3) vollständig abgefallen ist, bevor K3 (oder K2) einschaltet.

Zustands-Wahrheitstabelle

BetriebszustandK1K2 (Δ)K3 (YY)
Aus000
Langsam (Δ)110
Schnell (YY)101
⚠ VERBOTEN–11
Zustandsdiagramm – Dahlander SPS-Steuerung
AUS K1=K2=K3=0 LANGSAM (Δ) K1=1, K2=1, K3=0 ~750 min⁻¹ SCHNELL (YY) K1=1, K2=0, K3=1 ~1.500 min⁻¹ S1 S2 S2 + T S1 + T S0/F1 S0/F1
? Verständnisfrage: Warum braucht man bei der SPS-Steuerung noch immer Schütze? ›
Die SPS schaltet zu langsam für Motoren.
Die SPS-Ausgänge können keine großen Motorströme schalten – dafür sind Leistungsschütze nötig.
Die Norm schreibt Schütze vor FU vor.
Schütze übernehmen den Überstromschutz.
Kapitel 05

Welche Schutzmaßnahmen und Normen sind zu beachten?

Relevante österreichische Normen:
  • ÖVE/ÖNORM EN 60947-4-1: Schütze und Motorstarter
  • ÖVE/ÖNORM EN 60034-1: Drehende elektrische Maschinen – Nenndaten
  • ÖVE/ÖNORM EN 61131-3: SPS – Programmiersprachen
  • ÖVE/ÖNORM EN 50110-1 (ESV 2012): Betrieb von elektrischen Anlagen
  • Maschinen-Sicherheitsverordnung (MSV): Sicherheit von Maschinen
  • ArbeitnehmerInnenschutzgesetz (ASchG): Arbeitnehmerschutz

Schutzeinrichtungen im Hauptstromkreis

SchutzeinrichtungZweckAnforderung
Motorschutzschalter (F1)Thermischer + magnetischer ÜberstromschutzAuf Motornennstrom einstellen
Sicherungen / NH-SicherungenKurzschlussschutzSelektiv zu F1 wählen
Thermistorschutz (PTC)WicklungstemperaturschutzBei Dahlander empfohlen – Überwachung in beiden Stufen
Schützverriegelung (mechan.)Verhindert gleichzeitiges Anziehen K2/K3Pflicht – elektr. Verriegelung allein reicht nicht
Thermistorschutz (PTC) bei Dahlander: Da der Motor in zwei sehr unterschiedlichen Betriebspunkten läuft, ist die Wicklungserwärmung schwer vorauszusagen. Ein PTC-Thermistorschutz in der Wicklung, der vom Motorschutzrelais ausgewertet wird, schützt zuverlässig gegen Überhitzung in beiden Stufen.

Sicherheitsregeln beim Arbeiten (ESV 2012)

Die 5 Sicherheitsregeln nach ESV 2012 / ÖVE/ÖNORM EN 50110 – immer in dieser Reihenfolge:
  1. Freischalten – Alle Zuleitungen spannungslos schalten
  2. Gegen Wiedereinschalten sichern – Schloss, Warnschild, SPS sperren
  3. Spannungsfreiheit feststellen – Mit geprüftem Spannungsprüfer an allen Leitern
  4. Erden und Kurzschließen – Entladung gespeicherter Energie (Kondensatoren!)
  5. Benachbarte, unter Spannung stehende Teile abdecken

Anlaufstrom und mechanische Belastung

Beim Umschalten von Langsam auf Schnell (oder umgekehrt) entsteht kurzfristig ein erhöhter Strom (ähnlich wie beim Direktstart), da der Motor kurzzeitig wie ein abgebremster Motor wirkt. Für mechanisch empfindliche Anwendungen (z. B. Werkzeugmaschinen) empfiehlt sich eine ausreichend lange Verzögerungszeit beim Umschalten oder ein sanftes Abbremsen vor dem Stufenwechsel.

Verzögerungszeit T ≥ 0,1 s
3 Schütze: K1, K2, K3
Doppelte Verriegelung
Nie K2 + K3 gleichzeitig!
? Verständnisfrage: Was schützt der Motorschutzschalter (F1)? ›
Spannungsüberhöhungen im Netz.
Phasenausfall im Netz.
Überlast (thermisch) und Kurzschluss (magnetisch) am Motor.
Wicklungstemperatur direkt.

Abschlusstest – Dahlander-Schaltung

12 Fragen zu allen Kapiteln. Wähle jeweils die beste Antwort.

Frage 01 Welches Drehzahlverhältnis erzeugt eine Dahlander-Schaltung?
Frage 02 Wie groß ist die Synchrondrehzahl eines 8-poligen Motors bei f = 50 Hz?
Frage 03 Welche Wicklungsschaltung verwendet die Dahlander-Schaltung für die LANGSAME Stufe?
Frage 04 Warum müssen K2 und K3 gegeneinander verriegelt werden?
Frage 05 Wie viele Schütze werden für eine Dahlander-Schaltung mindestens benötigt?
Frage 06 Was beschreibt der Begriff „Schlupf“ beim Asynchronmotor?
Frage 07 Welche Norm regelt Schütze und Motorstarter in Österreich?
Frage 08 Warum braucht man beim Umschalten zwischen den Stufen eine Zeitverzögerung?
Frage 09 Ein Dahlander-Motor ist 4/8-polig. In der schnellen Stufe (4-polig, f=50 Hz) beträgt der Schlupf 5 %. Wie groß ist die Nenndrehzahl?
Frage 10 Welche Schutzeinrichtung überwacht die Wicklungstemperatur direkt?
Frage 11 In welcher Reihenfolge werden die 5 Sicherheitsregeln der ESV 2012 angewendet?
Frage 12 Welche SPS-Programmiersprache ist in der ÖNORM EN 61131-3 für Motorsteuerungen häufig verwendet?

Fragen bei mündlicher Prüfung

Typische Prüfungsfragen mit vollständigen Musterantworten – zum Aufklappen.

01 Was ist das Grundprinzip der Dahlander-Schaltung? ›

Die Dahlander-Schaltung ermöglicht die Polumschaltung eines Drehstrommotors durch Umschalten der Wicklungsanschlüsse. Dabei wird die Polpaarzahl halbiert, was die Drehzahl verdoppelt.

  • Δ-Schaltung (Dreieck): Langsame Stufe – hohe Polpaarzahl
  • YY-Schaltung (Doppelstern): Schnelle Stufe – halbe Polpaarzahl
ns = (60 · f) / p

Das erreichbare Drehzahlverhältnis ist immer 1 : 2.

02 Berechne die Synchrondrehzahlen eines 4/8-poligen Motors bei 50 Hz. ›

Die Synchrondrehzahl berechnet sich nach der Formel:

ns = (60 · f) / p
  • Langsam (8 Pole, p = 4): ns = (60 · 50) / 4 = 750 min⁻¹
  • Schnell (4 Pole, p = 2): ns = (60 · 50) / 2 = 1.500 min⁻¹

Das Verhältnis beträgt genau 1 : 2.

03 Wozu dient der Netzschütz K1 und wann darf er abschalten? ›

Der Netzschütz K1 verbindet den Motor generell mit dem Netz und ist in beiden Betriebsstufen (Δ und YY) geschlossen.

  • K1 schaltet ab bei: Stopp-Befehl (S0), Motorschutzschalter-Auslösung (F1) oder Spannungsausfall
  • K1 darf nicht abschalten, während zwischen K2 und K3 umgeschaltet wird (nur K2 oder K3 wechseln, K1 bleibt)

Ausnahme: Bei einem Notaus oder Fehler schalten alle Schütze (K1, K2, K3) gleichzeitig ab.

04 Erkläre die doppelte Verriegelung zwischen K2 und K3. ›

Die doppelte Verriegelung verhindert, dass K2 und K3 gleichzeitig einschalten (Kurzschluss-Gefahr):

  • Elektrische Verriegelung: Ein Öffner von K2 liegt im Steuerkreis von K3 (und umgekehrt). Wenn K2 angezogen ist, unterbricht sein Öffner den Stromkreis von K3.
  • Mechanische Verriegelung: Beide Schütze sind über einen mechanischen Kopplungsbügel verbunden – ein Schütz kann physisch nicht einschalten, wenn das andere angezogen ist.

Die elektrische Verriegelung allein reicht nicht, da bei einem Kontaktkleber (festgeklebter Kontakt) die elektrische Verriegelung versagen kann.

05 Wie realisiert man die Zeitverzögerung beim Umschalten in einer SPS? ›

In der SPS wird die Umschaltverzögerung mit einem TON-Baustein (Timer On Delay) realisiert:

  • Wenn der Umschaltbefehl kommt: aktuellen Schütz (K2 oder K3) auf 0 setzen
  • TON-Timer starten (typisch: T = 0,2 s)
  • Nach Ablauf der Zeit: neuen Schütz (K3 oder K2) auf 1 setzen
tVerzögerung ≥ tAbfallzeit Schütz + tSicherheit

Typische Schütz-Abfallzeiten liegen bei 20 … 100 ms, daher wählt man die Verzögerung zu mindestens 0,1 … 0,5 s.

06 Nenne drei typische Anwendungen der Dahlander-Schaltung. ›

Die Dahlander-Schaltung eignet sich überall dort, wo zwei diskrete Drehzahlstufen ausreichen:

  • Lüftungsanlagen: Tagbetrieb (schnell) / Nachtbetrieb (langsam)
  • Werkzeugmaschinen: Schruppen (langsam, hohes Drehmoment) / Schlichten (schnell, wenig Kraft)
  • Krane und Hebezeuge: Feinpositionierung (langsam) / Schnellfahrt
  • Pumpen: Mindestfördermenge (langsam) / Volllast (schnell)

Wo stufenlose Regelung nötig ist, wird heute ein Frequenzumrichter (FU) bevorzugt.

07 Welche österreichischen Normen sind für den Betrieb einer Dahlander-Anlage relevant? ›

Für den Betrieb einer Dahlander-Anlage gelten folgende österreichische Vorschriften:

  • ÖVE/ÖNORM EN 50110 / ESV 2012: Betrieb elektrischer Anlagen – inkl. 5 Sicherheitsregeln
  • ÖVE/ÖNORM EN 60947-4-1: Schütze und Motorstarter
  • ÖVE/ÖNORM EN 60034-1: Drehende Maschinen – Nenndaten, Schutzarten
  • ÖNORM EN 61131-3: SPS-Programmiersprachen (wenn SPS verwendet)
  • ASchG: Arbeitnehmerschutz bei Wartung und Betrieb
  • MSV: Maschinensicherheitsverordnung für Gesamtanlage
08 Was passiert mechanisch beim Umschalten von langsam auf schnell? ›

Beim Umschalten von der langsamen auf die schnelle Stufe treten mehrere physikalische Effekte auf:

  • Anlaufstrom: Die schnelle Stufe startet gegen den noch laufenden (aber jetzt verlangsamten) Läufer – es fließt kurzzeitig ein erhöhter Strom (ähnlich Direktanlauf).
  • Drehmomentsprung: Das Drehmoment ändert sich abrupt, was mechanische Belastungen (Kupplungen, Getriebe) verursacht.
  • Massenträgheit: Der Läufer muss auf die neue Synchrondrehzahl beschleunigt werden.

Abhilfe: Ausreichend lange Verzögerungszeit beim Umschalten, ggf. sanftes Abbremsen vor dem Stufenwechsel oder Einsatz eines Sanftstarters.

09 Erkläre den Unterschied zwischen Dahlander-Schaltung und Frequenzumrichter. ›

Beide Methoden ermöglichen die Drehzahlvariation, unterscheiden sich aber grundlegend:

DahlanderFrequenzumrichter
Drehzahlstufen2 diskrete Stufen (1:2)Stufenlos, 0 … nmax
MotortypSpezialwicklung nötigJeder Standardmotor
KostenGering (nur Schütze)Höher (FU-Hardware)
EnergieeffizienzMittelSehr gut (IE4)
WartungSchütze verschleißenFU wartungsarm

Fazit: Dahlander eignet sich für einfache Zweistufenaufgaben mit geringen Investitionskosten. Der FU ist die modernere, flexiblere Lösung.

10 Warum benötigt man bei der SPS-gesteuerten Dahlander-Schaltung dennoch Leistungsschütze? ›

Die SPS übernimmt die Steuerlogik (Verarbeitung der Signale, Verriegelung, Zeitverzögerung), aber ihre Ausgänge liefern nur kleine Ströme (typisch 24 V DC, 0,5 A).

  • Motoren ziehen im Betrieb mehrere Ampere bis Hunderte Ampere
  • SPS-Ausgänge würden sofort zerstört, wenn Motorströme direkt fließen
  • Leistungsschütze K1, K2, K3 dienen als Leistungsverstärker: kleiner Steuerstrom → großer Laststrom

Die Schütze bleiben also unverzichtbar – die SPS ersetzt nur die Relaislogik im Steuerkreis, nicht die Leistungsschalter im Hauptstromkreis.

Formelsammlung

Synchrondrehzahl
ns = (60 · f) / p
ns [min⁻¹] · f [Hz] · p [–]
Nenndrehzahl (mit Schlupf)
n = ns · (1 − s)
s = Schlupf [–], typisch 0,02 … 0,08
Schlupf
s = (ns − n) / ns
Schlupf als dimensionslose Zahl oder in %
Polzahl ↔ Polpaarzahl
2p = Polzahl
p = Polpaarzahl · 2p = Polzahl
Drehzahlverhältnis Dahlander
nschnell / nlangsam = 2
Gilt für alle Dahlander-Kombinationen
Umschaltverzögerung
tV ≥ tAbfall + tSicherheit
Typisch: tV = 0,1 … 0,5 s

Glossar

  • Dahlander-Schaltung: Methode zur Polumschaltung bei Drehstrommotoren mit Spezialwicklung; erzeugt immer ein Drehzahlverhältnis von 1:2.
  • Polpaarzahl (p): Anzahl der Polpaare (Nord- und Südpol) im Magnetkreis des Motors. Bestimmt die Synchrondrehzahl.
  • Synchrondrehzahl (ns): Theoretische Drehzahl des Drehfeldes; ns = (60·f)/p. Der Läufer dreht im Asynchronbetrieb langsamer.
  • Schlupf (s): Relative Differenz zwischen Synchrondrehzahl und Läuferdrehzahl; bei Asynchronmotoren immer > 0.
  • Δ-Schaltung (Dreieck): Wicklungsschaltung, bei der die drei Stränge zu einem Dreieck verbunden sind. Ergibt bei Dahlander die langsame Stufe.
  • YY-Schaltung (Doppelstern): Zwei Sternschaltungen, die am gemeinsamen Sternpunkt zusammengefasst sind. Ergibt bei Dahlander die schnelle Stufe.
  • Netzschütz (K1): Hauptschütz, der den Motor generell ans Netz schaltet; in beiden Betriebsstufen geschlossen.
  • Verriegelung: Schaltungsmaßnahme (elektrisch und mechanisch), die verhindert, dass zwei sich ausschließende Schütze gleichzeitig einschalten.
  • TON-Baustein: SPS-Funktionsbaustein für einschaltverzögerte Zeitglieder (Timer On Delay nach ÖNORM EN 61131-3).
  • PTC-Thermistor (Kaltleiter): Temperatursensor in der Motorwicklung; sein Widerstand steigt stark bei Überschreitung der Grenztemperatur und löst das Schutzrelais aus.
  • Motorschutzschalter (F1): Kombinierter Überlast- (thermisch) und Kurzschlussschutz (magnetisch) für Motoren; einstellbar auf Motornennstrom.
  • ESV 2012: Elektroschutzverordnung 2012 – österreichische Verordnung zum Schutz der ArbeitnehmerInnen bei elektrischen Arbeiten.
  • AWL (Anweisungsliste): Textuelle SPS-Programmiersprache nach ÖNORM EN 61131-3; ähnlich Assembler.

Stand & Quellen

  • ÖVE/ÖNORM EN 50110-1: Betrieb von elektrischen Anlagen (ESV 2012)
  • ÖVE/ÖNORM EN 60947-4-1: Schütze und Motorstarter
  • ÖVE/ÖNORM EN 60034-1: Drehende elektrische Maschinen – Allgemeine Anforderungen
  • ÖNORM EN 61131-3: Speicherprogrammierbare Steuerungen – Programmiersprachen
  • Maschinen-Sicherheitsverordnung (MSV), BGBl. II Nr. 282/2008
  • ArbeitnehmerInnenschutzgesetz (ASchG), BGBl. Nr. 450/1994 idgF
  • Moeller: Handbuch Schaltungstechnik (Eaton Industries)
  • Lüttgens/Vater: Grundlagen elektrischer Antriebe, VDE Verlag
  • Erstellt: April 2025 | Mechatronik Lernportal Österreich
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