Der mit drei Schützen konstruierter Stromstoßschalter (Impulsschalter) gehört zu den Klassikern der „Klick-Klack“ –
Steuerungstechnik. In der Zeit, als SPS-Steuerungen noch nicht so intensiv verbreitet waren, wie es heute der Fall ist, war
diese Schaltung stark verbreitet. Darüber hinaus eignet sich diese Troika-Komposition sehr gut für Lernzwecke. Wer dahinter
kommt, wie diese Schaltung funktioniert, hat Schütze und Relais voll im Griff. Hier wird nämlich nicht nur einfach geschaltet,
hier wird auch ein wenig getrickst. Wer diese Schaltung nachbaut, wird schnell feststellen, dass sie äußerst eigenwillig ist
und funktioniert nur dann, wenn sie es für richtig hält. Eine Schaltung mit Charakter.
Für die Schaltung werden drei Relais benötigt, die jeweils über Schließer- und Öffner-Kontakte verfügen:
K1 – 2 x Schließer / 1 x Öffner
K2 – 1 x Schließer / 2 x Öffner
K3 – 3 x Schließer / 1 x Öffner
Hinzu kommen ein Taster und eine Leuchte, die geschaltet werden soll. In dem Test übernimmt die Rolle eine einfache
Leuchtdiode. Der Verdrahtungsaufwand ist überschaubar. Da die Schaltung mit unterschiedlichen Relais / Schützen getestet
wird, werden die Kontakte auf dem Schaltplan einfach mit a, b usw. bezeichnet. Auf dem Schaltplan entspricht ein geöffneter Kontakt einem
Schließer, ein geschlossener Kontakt einem Öffner. Drei weitere Leuchtdioden werden bei einem Test an die Spulen der Schütze,
um die Schaltvorgänge besser zu visualisieren, angeschlossen. Sie werden auf dem Schaltplan nicht
berücksichtigt.
Grundschaltplan
Test 1
Die erste Testschaltung bauen wir mit drei industriellen Steuerungsschützen von Siemens auf. Alle
Tests werden mit 24VDC durchgeführt.
Testschaltung mit Schützen
Und so funktioniert es:
Nachdem die Spannung eingeschaltet wurde, bleiben alle drei Schütze zunächst aus. Folglich leuchtet auch unsere
Leuchtdiode nicht.
Sobald der Taster S1 betätigt wird, zieht der Schütz K1 an. Das ist möglich, da die Schütze K2 und K3 aus sind und
ihre Kontakte K2a und K3a zu diesem Zeitpunkt geschlossen bleiben. Der Kontakt K1b öffnet und hindert K2 weiterhin am
Anziehen. Der Kontakt K1c schließt, das Relais K3 zieht an und geht über den Kontakt K3c in Selbsthaltung. Der Kontakt K3d
schließt ebenfalls und bringt unsere Leuchtdiode LED1 zum Leuchten.
Nachdem wir den Taster losgelassen haben, fällt der Schütz K1, der sich bis dato über seinen Schließer K1a selbsthalten
konnte, ab. Es bleibt nur der Schütz K3 an.
Beim erneuten Betätigen des Tasters S1 kann der Schütz K1 diesmal nicht anziehen. Der Schütz K3 ist immer noch an und
sein Kontakt K3a geöffnet. Dagegen kann diesmal der Schütz K2 anziehen. Das ist möglich, da die Kontakte K1b und K3b
geschlossen sind. Gleich nachdem er angezogen hat, hält er sich über seinen Schließer-Kontakt K2b selbst. Gleichzeitig
verursacht der Schütz K2, dass der Schütz K3, da der Kontakt K2c geöffnet wird, abfällt. Die Leuchtdiode geht aus. Zwar
ist K3 jetzt aus und sein Öffner-Kontakt K3a wieder geschlossen, doch K1 kann trotzdem nicht anziehen. Der Kontakt K2a
ist jetzt geöffnet. In dieser Runde bleibt der Schütz K1 außen vor. Erst dann, wenn der Taster S1 losgelassen wird, fällt
der Schütz K2 ab und der Vorgang kann wiederholt werden.
Auf dem Kurzvideo kann man sehen, dass die mit Steuerchützen aufgebaute Schaltung sich stabil verhält und
einwandfrei funktioniert.
Test 2
Testschaltung mit Finder Relais
Der zweite Test wird mit Relais von Finder durchgeführt. Es werden abwechselnd unterschiedliche Relais gleicher
Baureihe (Finder Type 55.34, 24VDC) eingesetzt. Die Verdrahtung ist identisch. Hier kann man sehen, dass einwandfreie
Funktionalität der Schaltung nicht immer gegeben ist. Die Relais sind nummeriert, damit man sehen kann, dass manche
Relais-Kombinationen machen, was man von ihnen erwartet, andere dagegen nicht. Es nehmen insgesamt acht Relais an dem
Test teil.
Auch in diesem Fall müsste die Leuchtdiode LED1 bei jedem Tastendruck an- und ausgehen. Auf dem Kurzvideo kann man
jedoch erkennen, dass es diesmal nicht immer klappt. Man kann zwar die Leuchtionen jedes Mal zum Leuchten bringen. Die
Abschaltung klappt dagegen nur gelegentlich.
Die Tests im Einzelnen:
1. 1-4-8 und 1-6-8 funktionieren einwandfrei
2. 1-4-7 und 3-2-7 funktionieren nicht
3. 5-7-8 und 5-4-3 abwechselnd
Test 3
Testschaltung mit FRT5 Relais
Beim Test mit Miniaturrelais FRT5 konnte sich kein Erfolg einstellen. Die Relais, da sie zu wenig Kontakte
haben, wurden paarweise verschaltet. Die Schaltung funktioniert nicht.
Warum funktioniert die Schaltung nicht immer?
Die meisten Probleme tauchten bei Abschaltung auf. Was muss passieren, damit es einwandfrei funktioniert? Das Relais
K3 ist angezogen, Leuchtdiode LED1 ist an. Es wird der Taster S1 betätigt. Das Relais K2 beginnt anzuziehen. Zuerst werden
seine Öffner-Kontakte K2a und K2c geöffnet. Das passiert noch bevor sein für die Selbsthaltung verantwortliche
Schließer-Kontakt K2b geschlossen hat. Da der Kontakt K2c geöffnet hat, fällt automatisch das Relais K3 ab. Jetzt kommt
es zur Entscheidung. Da K3 abfällt, macht folglich sein Schließer Kontakt K3b auf. Die Frage, die sich jetzt stellt, lautet:
Schafft das Relais K2 komplett anzuziehen, inklusive seinen Kontakt K2b zu schließen, noch bevor K3b öffnet und es daran
hindert? Schaft es nämlich nicht, kann es nicht in Selbsthaltung gehen und fällt, bevor es richtig angezogen hat, wieder ab.
Darauf wartet nur das Relais K1. Es zieht an, K3 wird folglich ebenfalls angezogen und die Leuchtdiode, die gerade kurz
abgeschaltet wurde, geht wieder an.
Hier sehen wir, dass die Schaltung nur unter bestimmten Voraussetzungen funktionieren kann. Es muss sichergestellt werden,
dass bei den teilnehmenden Schützen bzw. Relais das Schließen der Kontakte bei einem Relais schneller erfolgt als das Öffnen
bei anderen. Hat gerade der Kontakt K2c geöffnet, muss das Relais K3 noch ein „Weilchen“ die Stellung halten, bis K2 sicher
in Selbsthaltung gekommen ist.
Wie der praktische Test zeigt, tritt das gewünschte Verhalten nicht immer auf.
Abhilfe
Schaltung angereicht mit einem Kondensator
Schaltung mit Freilaufdioden
Die gewünschte Schaltreihenfolge kann man z.B. mit einem kleinen Kondensator, der parallel zur Spule K3
angeschlossen wird, erzwingen. Dadurch verzögert man das Abfallen des Relais. Jetzt funktioniert die Schaltung.
Eine weitere Möglichkeit ist, die störenden Induktionsspannungen mit Freilaufdioden zu unterdrücken. Auch jetzt
funktioniert die Schaltung.
Ein kompletter Schaltplan mit Freilaufdioden würde wie folgt aussehen:
