Stromlauf- und Schaltpläne lesen

Stell dir vor, du sollst eine Maschine reparieren, die du noch nie gesehen hast. Im Schaltschrank hängen Dutzende Drähte, alle in derselben Farbe. Ohne Unterlagen ist das ein Ratespiel. Der Schaltplan löst dieses Problem: Er beschreibt eindeutig, welches Bauteil mit welchem verbunden ist und welche Funktion die Schaltung hat — unabhängig davon, wie die Drähte real verlegt sind.

Genau hier liegt der erste wichtige Punkt: Ein Schaltplan bildet nicht die räumliche Lage der Bauteile ab, sondern ihre logische und elektrische Zusammengehörigkeit. Zwei Kontakte, die im Plan dicht beieinander stehen, können in der realen Maschine meterweit auseinander liegen.

Je nachdem, was man wissen will, gibt es verschiedene Plan-Arten:

Übersichtsschaltplan (auch einpolige Darstellung genannt): Das grobe Bild. Mehrere Leiter werden zu einer Linie zusammengefasst und mit einem Querstrich plus Zahl gekennzeichnet. Man sieht auf einen Blick, welche Hauptkomponenten es gibt und wie der Energiefluss läuft — vom Netzanschluss über Sicherung und Schütz zum Motor. Details fehlen bewusst.

Stromlaufplan (allpolige, aufgelöste Darstellung): Der Arbeitsplan für die Praxis. Hier wird jeder Leiter einzeln gezeichnet, und zusammengehörige Bauteile werden auseinandergezogen — die Spule eines Schützes steht an einer anderen Stelle als seine Kontakte. Das wirkt anfangs verwirrend, macht aber die Funktion der Steuerung lesbar. Dieser Plan ist die Grundlage für Fehlersuche und Inbetriebnahme.

Anschluss- bzw. Klemmenplan: Die Verdrahtungsanleitung. Er zeigt, welcher Draht auf welche Klemme kommt. Damit verdrahtet man den Schaltschrank und verbindet ihn mit den Bauteilen außerhalb.

Damit ein Plan in ganz Europa gleich verstanden wird, sind die Schaltsymbole genormt. In Österreich gilt die internationale Normenreihe IEC 60617, in der die grafischen Symbole für die Elektrotechnik festgelegt sind. Diese Symbole sind verbindlich — ein Schließer sieht in jedem normgerechten Plan gleich aus. Die in den USA übliche ANSI-Darstellung weicht ab und kommt in österreichischen Plänen nicht vor.

Ein Schaltsymbol ist ein vereinfachtes Zeichen, das ein Bauteil und seine Funktion darstellt, ohne sein Aussehen abzubilden. Wichtig ist, ein paar Grundprinzipien zu verstehen, dann erschließt sich der Rest:

Eine Verbindung zweier Leiter wird durch einen ausgefüllten Punkt gekennzeichnet. Kreuzen sich zwei Leiter ohne Punkt, sind sie nicht verbunden — sie laufen nur optisch übereinander. Dieser kleine Punkt entscheidet über die gesamte Funktion einer Schaltung.

Bei den Schaltgliedern unterscheidet man drei Grundtypen. Ein Schließer (Öffner-Gegenstück) ist im Ruhezustand offen und schließt beim Betätigen. Ein Öffner ist im Ruhezustand geschlossen und öffnet beim Betätigen. Ein Wechsler vereint beides: Er schaltet von einem kontakt auf den anderen um.

Die folgende Tafel zeigt die Symbole, die in fast jedem Steuerungsplan vorkommen:

Mit diesen Symbolen lassen sich bereits die allermeisten Steuerungspläne lesen. Spezialsymbole für Sensoren, Ventile oder elektronische Bauteile baut man sich nach und nach dazu — das Prinzip bleibt gleich.

Der Stromlaufplan folgt einer klaren Leserichtung. Gezeichnet wird zwischen einer oberen und einer unteren waagrechten Leitung — oben liegt typischerweise das Potential der Versorgung (im Steuerstromkreis etwa der Außenleiter L), unten der Rückleiter (Neutralleiter N). Dazwischen verlaufen senkrechte Linien, die Strompfade (auch Strombahnen genannt). Jeder Strompfad ist ein eigenere Stromweg von oben nach unten.

Gelesen wird von links nach rechts und innerhalb jedes Pfades von oben nach unten. Um sich im Plan zurechtzufinden, sind die Strompfade durchnummeriert — meist am unteren Rand. So kann man sagen: „Das Schütz K1 liegt in Strompfad 3″ und jeder findet die Stelle sofort.

Ein wichtiger Unterschied im Plan ist der zwischen zwei Stromkreisen:

Der Hauptstromkreis (Leistungsteil) führt den großen Strom, der den Motor antreibt. Hier liegen die Hauptkontakte des Schützes, der Motorschutz und der Motor selbst. Die Leiter sind dick gezeichnet und führen die volle Last.

Der Steuerstromkreis führt nur den kleinen Strom, der die Schützspule schalten lässt. Hier sitzen die Taster, die Hilfskontakte und die Spulen. Mit wenig Strom wird hier viel Leistung gesteuert.

Diese Trennung ist der Kern der Schütztechnik: Ein schwacher Steuerstrom schaltet über die Spule einen starken Hauptstrom. Im Plan stehen Haupt- und Steuerstromkreis oft nebeneinander oder untereinander, klar voneinander getrennt.

Jetzt kommt der Punkt, an dem die aufgelöste Darstellung verständlich wird: Eine Schützspule sitzt im Steuerstromkreis, ihre Hauptkontakte aber im Hauptstromkreis und ihre Hilfskontakte irgendwo im Steuerteil. Damit man trotzdem alle Kontakte eines Schützes findet, gibt es den Kontaktspiegel — eine kleine Tabelle direkt unter oder neben der Spule, die auflistet, in welchem Strompfad jeder zugehörige kontakt liegt. Der Kontaktspiegel ist der Faden, an dem man sich durch den ganzen Plan hangelt.

Das folgende vereinfachte Beispiel zeigt einen Steuerstromkreis mit drei nummerierten Strompfaden:

Jedes Bauteil im Plan trägt eine eindeutige Kennzeichnung — das Betriebsmittel-Kennzeichen (BMK). Es besteht aus einem Kennbuchstaben für die Art des Bauteils und einer Zählnummer. So steht „K1″ für das erste Schütz, „K2″ für das zweite. Diese Systematik folgt der Normenreihe ÖNORM EN IEC 81346, die festlegt, wie Systeme und Betriebsmittel strukturiert und gekennzeichnet werden.

Die wichtigsten Kennbuchstaben für die Steuerungstechnik:

Neben dem BMK trägt jedes Bauteil Anschlussbezeichnungen, damit jeder Anschluss eindeutig ist. Hier gibt es eine durchdachte Systematik:

Die Hauptkontakte eines Schützes werden mit einstelligen Zahlen paarweise bezeichnet: 1-2, 3-4, 5-6. Sie führen den großen Strom zum Motor.

Die Hilfskontakte tragen zweistellige Zahlen. Die erste Ziffer ist die laufende Nummer des Kontakts, die zweite Ziffer kennzeichnet die Funktion: Ein Schließer endet auf 3 und 4 (z. B. 13-14, 23-24), ein Öffner endet auf 1 und 2 (z. B. 11-12, 21-22). An der Endziffer erkennt man also sofort, ob es ein Schließer oder Öffner ist.

Die Spulenanschlüsse eines Schützes heißen A1 und A2. Legt man an A1 und A2 die Steuerspannung, zieht das Schütz an.

Am Motor schließlich werden die drei Wicklungsstränge mit U, V, W bezeichnet (bei sechs Klemmen ergänzt um U1/U2, V1/V2, W1/W2 für Stern- oder Dreieckschaltung).

Diese Bezeichnungen sind kein Selbstzweck: Mit ihnen kann man im Klemmenplan, am realen Bauteil und im Stromlaufplan denselben Anschluss eindeutig wiederfinden. Steht im Plan „K1:13-14″, greift man am Schütz K1 zum Hilsschließer mit den Klemmen 13 und 14.

Jetzt fügt sich alles zusammen. Wir nehmen eine der häufigsten Steuerschaltungen überhaupt und lesen sie Schritt für Schritt: das Ein- und Ausschalten eines Motors mit Selbsthaltung. Die Schaltung selbst ist ein eigenes Thema — hier geht es nur darum, den Plan zu lesen und seine Funktion abzuleiten.

Die Bauteile im Steuerstromkreis:

• F1 — Sicherung
• S1 — Aus-Taster (Öffner)
• S2 — Ein-Taster (Schließer)
• K1 — Schützspule, dazu ein Hilfsschließer K1 (13-14) als Selbsthaltekontakt

So liest man den Plan:

Ruhezustand. Spannung liegt an der oberen Sammelleitung. Der Strom kann durch F1 fließen. Im Pfad mit der Spule liegt aber der Ein-Taster S2 als Schließer offen — der Stromweg zur Spule K1 ist unterbrochen. Das Schütz ist abgefallen, der Motor steht.

Einschalten. Man drückt S2. Der Schließer schließt, und der Strom fließt nun von oben durch den geschlossenen Aus-Taster S1, über den jetzt geschlossenen S2, durch die Spule K1 nach unten zu N. Die Spule zieht an. Damit schließen alle Kontakte von K1 — die Hauptkontakte im Leistungsteil (Motor läuft an) und der Hilfsschließer K1 im Steuerteil.

Selbsthaltung. Der Hilfsschließer K1 liegt parallel zum Ein-Taster S2. In dem Moment, in dem er schließt, gibt es einen zweiten Stromweg zur Spule — über K1 statt über S2. Lässt man S2 jetzt los, bleibt die Spule trotzdem versorgt: Der Strom hält sich über den eigenen Hilfskontakt selbst. Daher der Name.

Ausschalten. Man drückt S1, den Aus-Taster. Als Öffner unterbricht er den Stromweg. Die Spule fällt ab, alle K1-Kontakte öffnen — auch der Selbsthaltekontakt. Der Motor steht, und beim Loslassen von S1 bleibt er aus, weil S2 ja offen ist. Die Schaltung ist wieder im Ruhezustand.

Wer den Kontaktspiegel nutzt, sieht sofort: Spule K1 in Pfad 2, Hilfsschließer K1 in Pfad 3, Hauptkontakte im Leistungsplan. So verfolgt man auch in einem unübersichtlichen Plan jeden Kontakt zurück zu seiner Spule.

Auf dieser Lesetechnik bauen alle weiteren Schaltungen auf — Wendeschaltung, Stern-Dreieck-Anlauf oder Verriegelungen sind jeweils eigene Themen, folgen aber genau demselben Lesemuster: Strompfad verfolgen, Kontakte über den Kontaktspiegel zuordnen, Funktion ableiten.