Winden-Steuerkreise instand setzen: Störungen und Lichtbogen an den Kontakten
Wird ein induktiver Kreis unterbrochen, treibt die gespeicherte Energie der Last in den öffnenden Kontaktspalt. Der entstehende Lichtbogen trägt die Kontakte ab und strahlt Störungen in alles ein, was sich den Kabelbaum teilt — weshalb ein verbranntes Schütz und eine unzuverlässige Instrumentenanzeige meist derselbe Fehler sind.
Der Strom fällt nicht in dem Augenblick auf null, in dem ein Kontakt öffnet. Wird ein induktiver Kreis unterbrochen — die Spule eines Windenschützes, ein Magnetventil, eine Bremslüftung —, treibt die gespeicherte Energie der Last in den sich öffnenden Spalt, und der entstehende Lichtbogen trägt sowohl den Kontakt ab als auch Störungen in alles ein, was daneben verlegt ist. Beide Fehler treten gemeinsam auf, weshalb der bloße Austausch eines verbrannten Schützes meist eine Saison hält.
Auf einer elektrischen Schotwinde am Süllrand ist das Problem dasselbe wie auf einer Festmacherwinde an Deck eines Handelsschiffs. Nur Ströme und Einschaltdauer unterscheiden sich.
Der Lichtbogen ist die gespeicherte Energie der Last, die über die Kontakte abfließt
Eine induktive Last widersetzt sich einer Stromänderung. Trennen sich die Kontakte, hält das zusammenbrechende Feld den Strom über den wachsenden Spalt aufrecht und trägt den Lichtbogen, bis der Spalt groß genug ist, ihn zu löschen. Die dort umgesetzte Energie verlässt die Kontaktflächen als verdampftes Metall und schlägt sich ungleichmäßig wieder nieder — als Pittings und Materialwanderung, wie sie sich auf jedem unbeschalteten Kontaktsatz finden.
Dasselbe Ereignis ist eine breitbandige Störquelle und koppelt auf zwei Wegen: leitungsgebunden auf Versorgungs- und Rückleiter, die mit anderen Verbrauchern geteilt werden, und gestrahlt über die Schleife, die Hin- und Rückleiter einschließen. Schleifenfläche und Länge der Parallelverlegung bestimmen, wie viel des zweiten Mechanismus die Nachbarn erreicht — deshalb beginnt ein Kreis, der jahrelang funktioniert hat, nach einem Refit zu stören, das elektrisch nichts verändert hat.
Die Symptome wiederholen sich über Schiffe hinweg:
- aussetzende Reaktion, meist beim Richtungswechsel und im Übergang von Stopp auf Heben
- Neustarts oder Fehlanzeigen an Elektronik, die denselben DC-Bezug nutzt
- Pittings auf den Kontaktflächen, Verfärbungen an Klemmen, geschwärzte Leiterbahnflächen um den Treiber
- ein Verhalten, das sich ändert, sobald in der Nähe ein Handfunkgerät getastet wird
Die Windensteuerung auf Yachten hat ihr eigenes Fehlerbild
Eine elektrische Schot- oder Fallwinde wird über kleine, exponierte Bedienelemente kommandiert — Wippschalter am Süllrand, Fußschalter an Deck, mitunter eine Handbedienung —, die eine anderswo untergebrachte Schützeinheit schalten, oft in einer Backskiste in einiger Entfernung. Aus dieser Anordnung folgen drei Dinge.
Die Steuerleitung ist lang und dünn im Verhältnis zur Motorzuleitung und damit der Kreis, der der Einkopplung aus der parallel geführten Zuleitung am stärksten ausgesetzt ist. Die Schalter selbst stehen im Salzwasser und sind die häufigste Quelle eines falschen oder aussetzenden Befehls, was sich zu prüfen lohnt, bevor über das Schütz entschieden wird. Und weil die Winde reversiert, enthält die Einheit zwei gegeneinander verriegelte Schütze; eine durch einen verschweißten Kontakt aufgehobene Verriegelung ist der Fehler, auf den es ankommt, denn er legt beide Richtungen gleichzeitig an die Versorgung.
Kontaktverschweißung statt allmählichem Abbrand ist der charakteristische Endzustand einer Wendeschützeinheit, weil der Einschaltstrom eines blockierten oder stark belasteten Motors über Kontakte fließt, die möglicherweise noch prellen. Eine Winde, die auf Befehl läuft, aber nicht stoppt, ist genau dieser Fehler — und er wird nicht durch einen neuen Schalter behoben.
Die Entstörung richtet sich nach der Schaltart, sie wird nicht pauschal eingebaut
Es werden zwei verschiedene Probleme gelöst, und das falsche Bauteil löst keines von beiden.
| Eingebaut | Schaltart | Beschaltung | Wirkung |
|---|---|---|---|
| Über einer DC-Spule | DC | Diode, oder Diode mit Zenerdiode in Serie | Gibt dem zusammenbrechenden Feld einen Weg, sodass es nicht an den Kontakten auftritt |
| Über den Kontakten | AC oder DC | RC-Glied | Bremst den Spannungsanstieg über dem öffnenden Spalt, sodass der Lichtbogen nicht neu zündet |
| Über einer AC-Spule | AC | RC-Glied | Eine Diode ist nicht verwendbar; das RC-Glied begrenzt stattdessen die Transiente |
Eine einfache Diode über einer DC-Spule ist die günstigste Abhilfe und hat einen Preis, den man kennen sollte: Sie verlängert die Abfallzeit, weil der Strom weiterfließt, bis der Wicklungswiderstand ihn abbaut. An einem Schütz unter Last bedeutet späteres Abfallen, dass die Hauptkontakte langsamer trennen und der Lichtbogen, den sie ziehen, länger steht. Eine Zenerdiode in Serie hebt die Klemmspannung an und verkürzt das Abfallen — eine höhere Transiente gegen eine schnellere, sauberere Trennung. An einer Wendeschützeinheit, wo die Abfallzeit bestimmt, wie lange die Verriegelung unbestimmt ist, ist genau das der Punkt.
Ein RC-Glied über den Kontakten wird auf die Last ausgelegt und nicht aus der Schublade gegriffen. Ohne Bezug zum Kreis eingebaut, bremst es entweder die wiederkehrende Spannung nicht ausreichend oder führt im Ruhezustand genug Strom, um eine empfindliche Last teilweise erregt zu halten. Ableitstrom durch das Glied und seine Temperatur im Betrieb werden nach dem Einbau beide geprüft.
Der Lichtbogen hat meist eine Ursache vor den Kontakten
Kontaktschäden sind ein Symptom. Bevor ein Satz getauscht wird, werden die Bedingungen gemessen, die seine Lebensdauer verkürzt haben, denn ein neuer Satz in unveränderten Bedingungen verschleißt nach demselben Fahrplan:
- Spulenspannung im Befehl. An der Spule im Betrieb gemessen, nicht im Ruhezustand. Eine Spule unter ihrer Nennspannung zieht langsam an, die Kontakte prellen, und aus einem Befehl werden mehrere Schließ- und Öffnungsvorgänge.
- Spannungsfall über dem Steuerkreis. Ein zu großer Fall macht den Betrieb instabil und verlängert die Unterbrechung — und auf Yacht-Deckausrüstung ist die Steuerleitung meist der längste dünne Leiter an Bord.
- Zustand und Anzugsmoment der Klemmen. Lose Schrauben, oxidierte Kabelschuhe und Wärmeverfärbungen werden festgehalten, die Anschlüsse mit kalibriertem Werkzeug auf das vorgegebene Moment angezogen.
- Verlegung der Lastverkabelung. Lange Strecken parallel zu Motor- und Bremszuleitungen erhöhen die Einkopplung und verändern, was die Kontakte im Moment der Unterbrechung sehen.
- Vorhandene Beschaltung. Oft vorhanden, oft falsch — ein für eine Schaltart gedachtes Glied auf eine andere übernommen, oder ein gerissenes Bauteil, das nichts mehr tut.
Die Verlegegeometrie leistet, was die Entstörung nicht kann
Die Entstörung verringert die Quelle. Die Verlegung entscheidet, wie viel vom Rest überhaupt irgendwo ankommt, und kein Snubber gleicht einen Steuerkabelbaum aus, der über sechs Meter mit Kabelbindern an einer Motorzuleitung hängt.
- Steuerleitungen werden von Motor- und Bremszuleitungen getrennt; wo Trennung nicht möglich ist, wird der Abstand vergrößert und die parallele Strecke verkürzt
- Hin- und Rückleiter werden zusammengeführt, um die eingeschlossene Schleifenfläche klein zu halten
- wo geschirmte Leitung verwendet wird, werden die Schirme an dem Bezugspunkt aufgelegt, den die Anlagenplanung vorsieht, statt an einem Ende offen zu bleiben
- Steuerrückleiter und Elektronikbezüge werden an geplanten Punkten aufgelegt, nicht über dünne Spleiße aus einer früheren Reparatur geführt
Die Instandsetzung wird dokumentiert, damit die nächste Anfahrt mit Daten beginnt
Fehler an Deckausrüstung sind ihrer Natur nach sporadisch, und ein sporadischer Fehler ist nur gegen eine Ausgangsbasis fassbar. Der Vorzustand wird aufgenommen, bevor etwas angefasst wird — Schütz- und Relaistypen, Spulendaten, Klemmenzustand, Leitungskennzeichnungen —, und die Werte nach der Arbeit dagegen gesetzt: Isolationswiderstand je Kreis, Spannungsfall im Befehl, Spulenspannung beim Anziehen und das an jeder Klemme aufgebrachte Moment.
Diese Aufzeichnung macht die Arbeit bei der Besichtigung nachvollziehbar und trennt langsame Alterung von einem neuen Fehler in der Folgesaison. ISO 13297 und ABYC E-11 werden für AC- beziehungsweise DC-Verkabelung und Anschlussdisziplin herangezogen, und es wird nichts über das hinaus behauptet, was diese Dokumente abdecken.
Schiffe in der nördlichen Adria fahren eine gedrängte Saison und liegen den Winter über still, sodass Steuerkreise monatelang in feuchter Luft stehen und dann binnen Wochen in den täglichen Betrieb gehen. Kontaktsätze, die beim Auflegen grenzwertig waren, fallen früh in der ersten Phase echter Nutzung aus — was diese Arbeit vor die Saison legt statt mitten hinein.
Instandsetzungen dieser Art am Steuergerät stehen neben Arbeiten an Passarellen- und Gangway-Steuerungen auf Yachten und dem Deckmaschinen-Umfang in der gewerblichen Seefahrt. Diese Arbeit erfolgt am Liegeplatz in ganz Istrien und im Golf von Triest.