Ratgeber
Die Bezeichnung lässt es schon vermuten: Ein Hilfsschütz übernimmt in bestimmten elektrotechnischen Installationen unterstützende Maßnahmen. Wie diese aussehen, das lesen Sie in unserem Ratgeber ebenso wie Beschreibungen des Aufbaus und der Funktion dieser Schütze. Wir geben Ihnen außerdem Hinweise für die Beschaffung.
Ein Hilfsschütz ist ein elektrischer Schalter, zu finden überwiegend in der Automatisierungs- und Steuerungstechnik, zum Beispiel zur Ansteuerung von Motoren. Vom Prinzip her mit einem elektromechanischen Relais zu vergleichen, schaltet er Lasten oder Stromkreise mit einem kleinen Steuersignal.
Im Gegensatz zu Leistungsschützen, die Lasten mit Stromstärken von mehreren Hundert Ampere schalten können, sind Hilfsschütze im Allgemeinen für Schaltströme bis maximal 10 Ampere ausgelegt. Diese Leistung ist für ihre spezifischen Zwecke vollkommen ausreichend: Hilfsschütze steuern keine Lasten, sondern in der Regel andere Schütze, zumeist Leistungsschütze. Prädestiniert sind sie für Steuerkreise, in denen sie Signale für weitere Schütze verstärken oder isolieren. Damit helfen sie Hauptsteuerelementen wie programmierbare Logikcontroller oder speicherprogrammierbare Steuerungen.
Da sie keine großen Lasten bewältigen müssen, besitzen Hilfsschütze in der Regel nur Hilfskontakte und keine Hauptkontakte. Es gibt bei ihnen daher auch keine Löscheinrichtungen für einen beim Schaltvorgang entstehenden Lichtbogen – ein Faktor, der beim Einsatz unter grenzwertigen Lasten unbedingt zu berücksichtigen ist.
Wie jedes Relais besitzt auch ein Hilfsschütz einen Steuer- und einen Lastkreis. Der Steuerkreis besteht aus einer Spule mit Eisenkern, mithin aus einem Elektromagneten. Wird die Spule von einem elektrischen Strom durchflossen, erzeugt sie ein Magnetfeld. Dieses Stromsignal kann aus einer Gleichspannung oder Wechselspannung bestehen, üblich sind Gleichspannungen von 24 bis 42 Volt und Wechselspannungen von 230 Volt.
Das Magnetfeld zieht den metallischen Anker an. Er ist beweglich gelagert, mit einer Rückholfeder versehen und mechanisch mit den Hilfskontakten verbunden. Die Bewegung des Ankers zum Magnetfeld schließt oder öffnet die Kontakte im Lastkreis, je nach Konfiguration des Geräts. Ein Hilfsschütz verfügt fast immer über mehrere Kontakte, zum Beispiel über 2 Öffner und 8 Schließer, die häufig gleich mehrere Lastkreise gleichzeitig steuern können.
Damit sich die Hilfskontakte bei Schaltvorgängen buchstäblich nicht in die Quere kommen und einen Kurzschluss verursachen, sind viele Hilfsschütze mit sogenannten zwangsgeführten Hilfskontakten ausgestattet. Bei ihnen ist die mechanische Bewegung der Öffner- und Schließerkontakte miteinander verknüpft. Wenn also ein Schließer geschlossen ist, muss der Öffner offen sein und umgekehrt.
Diese Art von Kontakt wird häufig in Sicherheits- und Not-Aus-Schaltkreisen verwendet, da sie hilft, Fehler wie verschweißte Kontakte oder defekte Antriebe zu erkennen. Wenn ein Kontakt aufgrund eines Fehlers nicht richtig schaltet, können die anderen Kontakte nicht in den erwarteten Zustand wechseln. Zwangsgeführte Kontakte sind oft auch erforderlich, um bestimmte Sicherheitsnormen und -vorschriften zu erfüllen, insbesondere in kritischen Anwendungen wie Notstopp-Schaltungen, Sicherheitsrelais und in der Maschinensicherheit. In einigen Fällen bieten sie zudem eine Form der Redundanz, da der Zustand eines Kontakts den Zustand eines anderen bestätigt. Das erhöht die Zuverlässigkeit der Schaltung.
Zunächst kommt es auf die maximale Stromstärke und Spannung an. Das betrifft sowohl die Steuerspannung als auch die Lastspannung. Die Stromstärke ist für den Steuerkreis in der Regel unkritisch. Sie hängt von der Anzugs- beziehungsweise Halteleistung und dem Widerstand der Magnetspule ab und liegt im Allgemeinen bei wenigen Hundert Milliampere. Die Laststromstärke sollte dagegen deutlich über der zu erwartenden Höchstbelastung liegen.
Wichtig ist die Anzahl der Kontakte, üblicherweise also der Öffner und Schließer. Die meisten Hilfsschütze besitzen gleich viele oder mehr Schließer als Öffner. Sollten sich die Anforderungen später erhöhen, bieten viele Schütze den Anbau eines Hilfsschalterblocks an. Die Kontakte im Hilfsschalterblock lassen sich nicht nur für den Anschluss weiterer Schütze nutzen, sie können auch Signale für Steuerungs- und Überwachungsfunktionen liefern. Bei Hilfsschützen mit Öffner- und Schließerfunktionen in sicherheitskritischen Anwendungen ist zudem ein Gerät mit zwangsgeführten Kontakten zu empfehlen.
Zu beachten ist weiterhin die zu erwartende Schaltfrequenz in der Anwendung. Einige Hilfsschütze sind für häufiges Schalten ausgelegt, während andere für Anwendungen mit geringerer Schaltfrequenz besser geeignet sind. Eine wichtige Rolle spielen auch die Umgebungsbedingungen. Faktoren wie Temperatur, Feuchtigkeit, Staub und mögliche chemische Exposition können die Funktion des Hilfsschützes beeinflussen.
Wie lassen sich Hilfsschütze montieren?
Die schnellste und einfachste Montage erfolgt auf DIN-Schienen. Die meisten im Handel verfügbaren Geräte sind für die Schnappbefestigung auf 35er-Hutschienen ausgerüstet. Möglich ist aber auch die Befestigung mit Schrauben.
Wie hoch ist die mechanische Lebensdauer der Lastkontakte?
Die Anzahl der Schaltspiele bis zum Versagen der Kontakte hängt einerseits von der Materialqualität und andererseits von der Frequenz der Schaltvorgänge sowie der Stärke der Ströme ab. Sie liegt aber im Allgemeinen bei mehreren Millionen.
Gibt es auch Hilfsschütze auf Halbleiterbasis?
Halbleiter-Hilfsschütze unterscheiden sich zwar funktional nicht von herkömmlichen elektromechanischen Relais. Sie enthalten aber keine beweglichen Teile und nutzen stattdessen Halbleiter-Bauelemente für die Schaltfunktionen. Üblich sind Thyristoren, TRIACs und Transistoren. Da sie über keine beweglichen Teile verfügen, sind sie widerstandsfähiger gegen Erschütterungen und Vibrationen. Entsprechend länger ist die Lebensdauer im Vergleich zu elektromechanischen Relais. Halbleiter schalten zudem geräuschlos und können schneller reagieren als mechanische Relais. Dies macht sie ideal für Anwendungen, die eine hohe Schaltfrequenz erfordern.
Allerdings erzeugen diese Schütze während des Betriebs Wärme und benötigen oft Kühlkörper, um eine Überhitzung zu vermeiden. Sie können auch empfindlicher gegenüber Spannungsspitzen und transienten Überspannungen sein, was den Einsatz von Überspannungsschutz notwendig macht.