Ratgeber
Wenn von elektrischen Schutzeinrichtungen die Rede ist, denken viele an automatische Sicherungen, die bei zu hohen Spannungen oder Strömen den Stromkreis unterbrechen. Doch auch zu niedrige Spannungen können Schäden anrichten – zum Beispiel im Rahmen von maschinellen Fertigungs- oder Bearbeitungsprozessen in der Industrie. Um das zu verhindern, gibt es Unterspannungsauslöser. Wie diese funktionieren und worauf bei der Beschaffung zu achten ist, das erfahren Sie in diesem Ratgeber.
Wie der Name schon verrät, löst der Schalter immer dann aus, wenn die Spannung unterhalb eines definierten Niveaus fällt. Üblicherweise handelt es sich dabei um die Versorgungsspannung von Maschinen, in erster Linie von Elektromotoren. Die finden sich beispielsweise in CNC-gesteuerten Dreh- und Fräsmaschinen, in Pumpen oder Förderbändern. Jeder dieser Elektromotoren stellt für seine Aufgabe eine axial wirkende Kraft zur Verfügung, das Drehmoment.
Zur Aufrechterhaltung dieser Kraft und der Motorgeschwindigkeit sind herstellerspezifische Nennspannungen nötig, die sich im Allgemeinen nur um plusminus 10 Pozent ändern dürfen. Fällt die Spannung zum Beispiel auf die Hälfte, muss der Motor den Verlust durch nahezu die doppelte Stromstärke ausgleichen. Wird dabei der Volllast-Wert überschritten, können sich die Spulen so stark erhitzen, dass der Motor in Extremfällen durchbrennt oder zumindest bleibende Schäden davonträgt.
Eine Unterspannungsauslösung ist zwar sehr sinnvoll, aber gesetzlich nicht vorgeschrieben. Vielmehr dient der Unterspannungsauslöser als technische Ergänzung zu anderen Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen wie Motorschutzschalter, Leistungsschutzschalter und FI-Schutzschalter. Kombiniert wird er häufig auch mit Lasttrennschaltern, Brandschutzschaltern und Hauptschaltern. Vielfach lässt er sich direkt an Motorschutzschalter anflanschen, entsprechende Kompatibilität vorausgesetzt.
Das Besondere an dieser Art Schutzeinrichtung: Die niedrigste tolerierbare Spannung lässt sich vorab einstellen, zum Beispiel 65 Prozent der Bemessungsspannung. Fällt die Spannung unter diesen Wert, öffnet der Schalter den Stromkreis und schützt die Maschine. Die Abschaltung erfolgt unmittelbar oder – durch Erweiterung um ein Verzögerungsmodul – etwas später, um die höhere Last beim Anfahren des Motors auszugleichen. Aus Sicherheitsgründen bleibt die Trennung bestehen, auch wenn die Nennspannung wieder ihren ursprünglichen Wert erreicht hat. Damit wird verhindert, dass der Elektromotor wieder anspringt. Der Schalter verhält sich somit wie eine normale elektronische Sicherung, die nach einem Fehler in der Stromversorgung per Hand wieder aktiviert werden muss.
Konstruktiv besteht ein Unterspannungsauslöser aus einem Magneten mit beweglichem Anker, der an einer federbelasteten Verriegelung befestigt ist. Diese Klinke hält einen ebenfalls federbelasteten Stößel zurück, der bei Freigabe mit der Auslösestange des Unterbrechers in Kontakt kommt und die Stromzufuhr unterbricht.
Solange die an den Magneten angeschlossene Spannung normal bleibt, ist die Magnetkraft stark genug, um die Federkraft des Auslösers zu überwinden. Sobald jedoch die Spannung unter den voreingestellten Wert fällt, überwindet die Federkraft die Magnetkraft. Diese Kraft entriegelt den Stößel, der dann den Stromfluss unterbricht.
Wenn die Kontakte des Schutzschalters geöffnet sind, hält ein mechanischer Rückstellhebel, der von einem zentralen Kontaktarm angetrieben wird, den Magneten in einer geschlossenen Position. Sobald die Stromversorgung wiederhergestellt ist, hält der Magnet den Stößel in seiner Position, so dass der Schutzschalter zurückgesetzt und wieder eingeschaltet werden kann. Wenn die Stromzufuhr zur Magnetspule nicht wiederhergestellt wurde und jemand versucht, den Unterbrecher zurückzusetzen, erfolgt nur wieder eine Auslösung.
Unterspannungsauslöser sind in verschiedenen Ausführungen im Handel verfügbar, zumeist abgestimmt auf spezielle Motorschutzschalter, Leistungsschalter und ähnliche Schutzeinrichtungen. Bei einigen Typen ist bereits ein Verzögerungsmodul integriert oder extern anschließbar, übliche Wartezeiten bis zum endgültigen Abschalten liegen zwischen 0,5 und 3 Sekunden.
Wichtig neben der Kompatibilität ist die Schaltspannung, oft auch mit Bemessungsspannung beziehungsweise Betätigungsspannung bezeichnet. Sie reicht von 24 Volt bis zu 600 Volt, wahlweise in Wechselstrom, Drehstrom oder Gleichstrom in den Frequenzen 50 und 60 Hz. Die Anzugsspannung definiert den Zustand, in dem die Sicherung nicht auslöst, sie liegt im Allgemeinen bei 85 bis 110 Prozent der Bemessungsspannung. Eine Unterspannung liegt dagegen bei 35 bis 70 Prozent der Bemessungsspannung vor, hier trennt der Schalter den Stromkreis
Die Montage des Schutzschalters erfolgt in der Regel auf DIN-Tragschienen, möglichst unmittelbar neben dem Motorschutzschalter oder je nach Typ direkt mit diesem verbunden. Für die Anschlusstechnik sind überwiegend Klemmen im Push-in- oder Schraubformat vorhanden.
Welche Firmen stellen Unterspannungsauslöser her?
Da diese Schaltelemente einerseits hohen Sicherheitsanforderungen entsprechen müssen und andererseits nur im Zusammenspiel mit bereits vorhanden Komponenten einwandfrei funktionieren, ist die Auswahl begrenzt. Zu empfehlen sind Hersteller wie ABB, ABL, Eaton, Hager, Hensel, Legrand, Schneider Electric und Siemens.
Unterliegen diese Auslöser bestimmten Temperaturbedingungen?
Wie die meisten Schutzeinrichtungen arbeiten auch Unterspannungsauslöser in einem breiten Temperaturbereich einwandfrei. Zu vermeiden sind nur Umgebungstemperaturen von weniger als minus 20 Grad und mehr als plus 60 Grad.
Spielt die IP-Schutzklasse eine Rolle?
Normalerweise befinden sich Elektromotor-, Fi- und Leistungsschutzschalter in dafür vorgesehenen Schaltschränken. Sie sind daher weitgehend gegen Staub und Feuchtigkeit geschützt. Die IP-Schutzklasse bezieht sich meist nur auf den Berührungsschutz, das heißt, bei der oft anzutreffenden Klasse IP20 ist das Gerät gegen feste Fremdkörper mit einem Durchmesser größer als 12,5 Millimeter sowie gegen den Zugang mit einem Finger geschützt.
Warum enthalten einige Typen auch einen thermischen Schutz?
Der thermische Schutzeffekt ist eine zusätzliche Maßnahme, die in der Regel gegen Überstrom eingesetzt wird. Oft wird dafür ein Bimetallstreifen verwendet, der sich bei zu hohen Strömen verbiegt und damit den Stromkreis öffnet. Da eine Unterspannung zu einem Überstrom und damit zu möglichen Hitzeschäden an den Motorwicklungen führen kann, macht ein zusätzlich thermisch reagierendes Schutzelement durchaus Sinn.