Ratgeber
In Steuerungssystemen der Gebäudeautomatisierung sind sie nicht mehr wegzudenken: elektrische Zeitschaltuhren. Montiert auf einer Hutschiene im Schaltschrank, sorgen sie für das zeitgesteuerte Ein- und Ausschalten, zum Beispiel von Beleuchtungen. Sie lassen sich aber ebenso im Bereich der Heizungs-, Lüftungs- und Klimatechnik einsetzen.
In diesem Ratgeber stellen wir Ihnen gängige Typen und Bauformen vor und erklären deren Funktion.
Zeitschaltuhren dienen dazu, elektrische Lasten wie Leuchten, Heizungen, Pumpen oder Lüfter nach einem vordefinierten Zeitplan ein- und auszuschalten. Sie können sowohl mechanisch als auch digital funktionieren.
Die meisten Zeitschaltuhren sind Tages-Zeitschaltuhren und erlauben die Festlegung mehrerer Schaltzeiten pro Tag. Fortschrittliche digitale Modelle lassen sich auch auf verschiedene Tage der Woche oder spezielle Szenarien einrichten. Sie helfen, Energie zu sparen und den Komfort zu erhöhen. In der Industrie und im Gewerbe werden sie vor allem zur Kontrolle von Beleuchtungsanlagen oder Lüftungssystemen eingesetzt.
Alle hier gezeigten Zeitschaltuhren sind speziell für die Montage auf 35-Millimeter-DIN-Schienen ausgelegt, den sogenannten Hutschienen. Diese Schienen repräsentieren den Standard in der schnellen und sicheren Elektroinstallation innerhalb von Schaltkästen und Schaltschränken, genormt in der DIN EN 60715 beziehungsweise VDE 0660-520:2018-07.
Der Einbau einer Schaltuhr ist recht einfach: Üblicherweise existiert am unteren Ende des Geräts eine federbelastete Zunge. Wird sie etwas herausgezogen, lässt sich die Komponente auf die Schiene aufsetzen. Beim Loslassen rastet die Uhr auf der Schiene ein. Die Verdrahtung erfolgt im Allgemeinen über Schraubklemmen, wobei sich die Eingänge am oberen Ende, die Ausgänge am unteren Ende befinden.
Analoge Zeitschaltuhren sind typischerweise mit einer 24-Stunden- oder 7-Tage-Uhr ausgestattet und verwenden physische Komponenten für die Zeiteinstellung und Schaltfunktion. Das Uhrwerk ist mit einer Zeitscheibe oder einem Zifferblatt verbunden. Diese Scheibe dreht sich im Laufe der Zeit, meist innerhalb von 24 Stunden einmal komplett. Auf der Scheibe oder am Rand des Zifferblatts befinden sich verstellbare Schaltsegmente oder Stifte, die sich manuell auf die gewünschten Ein- und Ausschaltzeiten einstellen lassen. Jeder Stift oder Schieber entspricht einem Schaltvorgang, wobei unterschieden wird zwischen Einschalt- und Ausschaltzeit.
Wenn die Zeitscheibe sich dreht und ein eingestellter Schaltstift oder -schieber eine mechanische Schaltvorrichtung erreicht, wird ein Schaltkontakt betätigt. Dieser Kontakt schließt oder öffnet den Stromkreis, wodurch die angeschlossen elektrische Last ein- oder ausgeschaltet wird. Die mechanische Aktion ist direkt abhängig von der Position der Stifte oder Schieber. Die Uhr selbst wird entweder durch das Stromnetz oder durch eine interne Batterie angetrieben.
Digitale Hutschienen-Zeitschaltuhren nutzen elektronische Bauteile und Mikrocontroller zum Schalten elektrischer Geräte. Im Vergleich zu analogen Zeitschaltuhren bieten sie eine höhere Präzision, Flexibilität und oft zusätzliche Funktionen.
Die Programmierung erfolgt über ein integriertes Bedienfeld mit Tasten oder Joystick und ein digitales Display. Moderne Geräte erlauben oft auch die Steuerung über Smartphone-Apps, die Nahfeldkommunikation NFC oder Webinterfaces. Einstellen lassen sich in der Regel die aktuelle Uhrzeit, das Datum sowie spezifische Schaltzeiten für verschiedene Tage oder Zeitperioden. Es können mehrere Ein- und Ausschaltzeiten pro Tag festgelegt werden, viele Modelle unterstützen auch unterschiedliche Programme für Wochentage und Wochenenden.
Neben der einfachen Zeitsteuerung bieten digitale Schaltuhren häufig Features wie die automatische Anpassung an die Sommer- und Winterzeit oder den Sonnenstand auf Basis von Geodaten. Einige Modelle können auch externe Sensoren für Temperatur oder Helligkeit integrieren, um auf Umgebungsbedingungen zu reagieren. Vielfach gibt es auch einen PIN-Schutz vor unbefugten Zugriffen.
Für die genaue Zeitmessung sorgt ein Quarzoszillator, dessen Abweichung üblicherweise höchstens eine Sekunde pro Tag beträgt. Programme und Einstellungen werden in einem nicht-flüchtigen Speicher abgelegt, das verhindert den Datenverlust auch bei einem Stromausfall. Die interne Uhr läuft normalerweise über das Stromnetz, unterstützt durch eine Backup-Batterie, die als Gangreserve dient und auch bei der Demontage der Schaltuhr die Uhrzeit weiterlaufen lässt.
Die Schaltung der angeschlossenen Geräte übernehmen elektronische Relais oder Halbleiterschalter wie der MOSFET. Wird die programmierte Schaltzeit erreicht, sendet der Mikrocontroller ein Signal an das Relais oder den Halbleiterschalter. Der Stromkreis schließt oder öffnet sich, und das Gerät wird ein- oder ausgeschaltet.
Wie viele Kanäle kann eine Zeitschaltuhr für die Hutschiene bedienen?
Die meisten einfachen Zeitschaltuhren sind Ein-Kanal-Geräte. Sie können ein einzelnes Gerät oder eine Gruppe von Geräten, die gemeinsam geschaltet werden sollen, zu vorprogrammierten Zeiten ein- und ausschalten. Es gibt aber auch Zeitschaltuhren, die über mehrere Kanäle verfügen. Solche Modelle können zwei, vier, acht oder sogar mehr unabhängige Kanäle besitzen. Jede Schaltstrecke lässt sich für unterschiedliche Schaltzeiten und -muster programmieren. Das ermöglicht eine flexible Steuerung mehrerer Geräte oder Gerätegruppen. Dieses Verfahren ist besonders nützlich in komplexen Anwendungen wie der Gebäudeautomation, bei der Beleuchtung, Heizung, Lüftung und andere Systeme unabhängig voneinander gesteuert werden müssen.
Für spezifische industrielle oder kommerzielle Anwendungen gibt es Zeitschaltuhren, die für die Steuerung von Dutzenden bis hin zu Hunderten von Kanälen ausgelegt sind. Diese Geräte sind oft Teil eines umfassenderen Gebäudemanagementsystems oder einer industriellen Steuerungsanlage.
Lassen sich mit einer solchen Uhr auch Stromstoßschalter beziehungsweise Fernschalter aktivieren?
Eine digitale Zeitschaltuhr lässt sich am besten zur Steuerung von Stromstoßschaltern verwenden, wenn sie eine sogenannte Puls-Funktion besitzt. Dafür ist sie einfach für die gewünschten Ein- und Ausschaltzeiten zu programmieren. Wird die eingegebene Schaltzeit erreicht, sendet die Uhr einen kurzen elektrischen Impuls an den Stromstoßschalter. Der empfangene Impuls schließt oder öffnet die angeschlossenen Stromkreise.
Diese Art der Steuerung ist besonders nützlich in Anwendungen, bei denen es auf präzise Zeitsteuerung ankommt, wie etwa bei der Beleuchtungssteuerung in öffentlichen Gebäuden, Schulen oder Bürogebäuden, sowie in der Steuerung von Lüftungs- oder Heizungssystemen zur Energieeinsparung.