Kippschalter

Symbol eines Schaltkontakts

Ein Schalter ist eine Baugruppe, die mit einem Schaltkontakt eine elektrisch leitende Verbindung herstellt oder trennt. Idealerweise arbeitet er nach dem Alles-oder-nichts-Prinzip, das heißt eine Betätigung führt immer eindeutig zu einem Schaltzustand „offen“ oder „geschlossen“.

Grundlagen

Schalter verbleiben nach Betätigung stabil in ihrem Schaltzustand (bistabile Kippschalter, Stufenschalter); Taster oder monostabile Kippschalter kehren dagegen bei Wegnahme der Betätigungskraft in den Ausgangszustand zurück. Tastenschalter führen bei jeder Betätigung einen Schaltzustandswechsel aus und behalten diesen bis zur nächsten Betätigung bei.
Der Begriff Schalter oder Schaltgerät hat sich als Oberbegriff für alle diese Geräteklassen etabliert.

Bauarten

zerlegter Mikroschalter

Wippschalter

Polwender in Kippschalterausführung

Mechanische Schalter werden manuell oder mechanisch betätigt. Sie besitzen einen oder mehrere Schaltkontakte bzw. Kontaktwege. Stromstoßschalter sind elektrisch betätigte Schalter, sie sind daher exakterweise bistabile Relais.

Bei Betätigung der Schalter stellen sogenannte Schließer Kontaktverbindungen her, während Öffner Verbindungen trennen. Wechsler (Umschalter) trennen eine Verbindung und stellen anschließend eine andere Verbindung (nicht unbedingt vom gleichen gemeinsamen Anschluss) her („break before make“). Drehschalter gibt es auch in Ausführungen, bei denen die Verbindung hergestellt wird, bevor eine andere öffnet („make before break“).

Zu Kontaktwegen und Polzahlen siehe auch Einschalter und Wechselschalter.

Beim Öffnen eines Kontakts entsteht zwischen den Kontaktflächen möglicherweise ein Schaltlichtbogen, der bei kleinen Strömen und Spannungen jedoch von selbst verlöscht. Schalter für Wechselstrom über 25 A oder für Gleichstrom haben meist hornförmige Kontakte und Löschkammern, die dazu dienen, den Lichtbogen zu verlängern, zu kühlen und so zum Verlöschen zu bringen.

Erheblich mehr Aufwand erfordern die elektromechanisch angetriebenen Mittel- und Hochspannungsschalter, die hierzu z. B. unter Öl oder Vakuum arbeiten. Sie besitzen einen Federspeicher, um die Kontakte schnell zu trennen und zu schließen.

Elektronische Schalter werden elektrisch (Analogschalter, Halbleiterrelais, Optokoppler), magnetisch (Hallschalter) oder optisch (Dämmerungsschalter) betätigt. Als elektronische Schalter eingesetzte Transistoren ermöglichen keine galvanische Trennung. Die Weiterentwicklung sind sogenannte low side switches, das sind leistungselektronische integrierte Schaltkreise mit zusätzlichen Schutz- und Überwachungsfunktionen. Sogenannte high side switches schalten die positive Betriebsspannung, können jedoch dennoch mit einem massebezogenen Signal gesteuert werden.

Ebenfalls ohne galvanische Trennung arbeitet ein Kryotron.

Analogschalter haben nur eine eingeschränkte Potentialtrennung und dienen zum elektronischen Schalten von Analogsignalen. Im Gegensatz dazu sind bei den elektronischen Halbleiterrelais (solid state relais) Steuer- und Laststromkreis durch optische Übertragung des Schaltsignales galvanisch getrennt (siehe Optokoppler), diese werden jedoch nicht als Schalter bezeichnet. Auch die elektromagnetisch betätigten Relais und Schaltschütze besitzen eine Potentialtrennung zwischen Last- und Steuerkreis, sie werden jedoch ebenfalls nicht als Schalter bezeichnet.

Beim Schließen eines Kontaktes tritt der Effekt des Prellens (Gegenmaßnahmen siehe dort) auf. Die Kontakte schlagen zusammen und federn kurz wieder auseinander, so dass zusätzliche Störimpulse entstehen können.

Schalter für seltene Betätigungen – wie für Konfigurationseinstellungen eines Geräts – können in Form von DIP-Schaltern direkt in Leiterplatten eingelötet werden. Dabei handelt es sich fast ausschließlich um einpolige Schalter. Im weitesten Sinne können die Jumper hier mit einbezogen werden.

Kategorien

Alter Drehschalter in einem Keller, darunter eine Steckdose. Beides in Feuchtraumausführung.

Trennschalter bilden eine große isolierende Luftstrecke zwischen den geöffneten Kontakten, können aber kaum Strom schalten. Sie werden vorwiegend in Schaltanlagen für Spannungen über 1000 V eingesetzt und dienen zur Trennung von Anlagenteilen für Wartungsarbeiten.

Lastschalter zum Schalten im Stromnetz können mechanisch (wie z. B. Lichtschalter) oder elektronisch (Halbleiterrelais, SSR-solid state relay) betätigt werden. Sie finden breiten Einsatz als Netzschalter an (Haushalts-)Geräten und dürfen nur bis zu ihrem angegebenen Nennstrom verwendet werden.

Lasttrennschalter (siehe Hochspannungsschalter) vereinigen die Eigenschaften von Lastschaltern und Trennschaltern.

Leistungsschalter können Kurzschlussströme abschalten (siehe Hochspannungsschalter).

Steuerschalter können keine großen Lastströme, sondern nur kleinere Steuerströme schalten, mit denen zum Beispiel Schaltschütze angesteuert werden. Beispiele sind Schlüsselschalter oder Industrietaster. Typische Schaltspannungen sind 48 V Gleich- oder Wechselspannung oder 230 V Wechselspannung.

Signalschalter haben meist Kontakte aus Edelmetallen und besonders geringe Übergangswiderstände, sie dienen speziell zum Schalten kleiner Spannungen und Ströme.

Analogschalter ist eine Bezeichnung für digital angesteuerte Halbleiterschalter, die zum Schalten von analogen Signalen (z. B. Audiosignale) geeignet sind. Sie arbeiten meist mit MOSFETs und werden als integrierte Schaltungen verbaut.

Bezeichnungen

Schalter können weiter unterschieden werden:

Nach der Art der Betätigung

• Manuell betätigte Schalter wie Kippschalter, Schiebeschalter, Drehschalter, Tastschalter, Fußschalter, Schlüsselschalter, Wippschalter, Reißleinenschalter, Lichtschalter
• Mechanisch betätigte Schalter wie Nockenschalter, Endlagenschalter, Überwachungsschalter
• durch Medien betätigte Schalter, z. B. durch pneumatische Steuersignale betätigte Schalter, Öldruckschalter, Druckschalter, Schwimmerschalter (Füllstandsüberwachung)

Zu elektrisch gesteuerten Schaltern siehe Relais, Schütz oder Analogschalter.

Siehe auch: Dämmerungsschalter, Bewegungsmelder, Funkschalter

Nach der Schaltfunktion

• Öffner, Schließer
• Wechsler, Stufenschalter
  • überlappende Schaltfunktion (engl. make before break)
  • lückende Schaltfunktion (engl. break before make)

Art und Anzahl der Kontaktwege werden bei kleinen Kippschaltern oft mit englischen Abkürzungen beschrieben (SPST und DPST sind Einschalter, SPDT und DPDT sind Wechselschalter).

Abkürzung	Englische Langform	Beschreibung	Symbol	IEC 60617
SPST	"Single pole, single throw"	Ein einpoliger Einschalter (Ein-Aus): Die Verbindung zwischen den beiden Anschlüssen kann geschlossen, oder offen sein. Beispiel Lichtschalter.
SPDT	"Single pole, double throw"	Ein einpoliger Wechselschalter (Ein-Ein): Der Anschluss C ist wahlweise mit L1 oder L2 verbunden. Die Mittelstellung ist mechanisch nicht stabil.
SPCO SPTT	"Single pole, centre off" oder "Single Pole, Triple Throw"	(Ein-Aus-Ein). Diese Schalter unterscheiden sich vom SPDT, durch eine mechanisch stabile Mittelstellung, in der kein Anschluss verbunden ist.
DPST	"Double pole, single throw"	Zweipoliger Einschalter. Ein Hebel betätigt gleichzeitig zwei Ausschalter
DPDT	"Double pole, double throw"	Zweipoliger Wechselschalter. Ein Hebel betätigt gleichzeitig zwei Umschalter.
DPCO	"Double pole, centre off"	Zweipoliger Wechselschalter mit stabiler Mittelstellung.

Bei Schaltern, die mechanisch gekoppelt drei Pole schalten, wird der erste Buchstabe der Bezeichnung durch ein "T" für triple ersetzt. Bei Schaltern mit vier Polen ist es ein "Q" für quadruple. Eine alternative Bezeichnung ersetzt den ersten Buchstaben durch die Zahl der mechanisch gekoppelten Pole (z. B. 3PDT).

Nach dem Zweck

• Hauptschalter, Not-Aus-Schalter, Reparaturschalter, Schutzschalter, Selektiver Leitungsschutzschalter, Lichtschalter, Totmannschalter, Lastschalter, Leistungsschalter usw.

Gebrauchskategorien nach EN

Zur Bemessung von Schaltgeräten sind in der Euronorm EN 60947 Gebrauchskategorien definiert. Bei Wechselspannungsbetrieb kehrt sich die Stromrichtung periodisch um, was bei kleinen Spannungen meist schon zum Verlöschen des Lichtbogens führt, bei Gleichspannung bleibt ein möglicher Lichtbogen eher bestehen. Aus diesem Grund wird zwischen Gleich- und Wechselspannungsbetrieb unterschieden.

Gebrauchskategorien für Schaltgeräte bei Wechselspannungsbetrieb

Gebrauchskategorie
häufige Betätigung	gelegentliche Betätigung	typischer Schaltfall
AC-20A	AC-20B	Schalten ohne Last
AC-21A	AC-21B	Schalten ohmscher Last, Berücksichtigung geringer Überlast
AC-22A	AC-22B	Schalten gemischter ohmscher und induktiver Last, Berücksichtigung geringer Überlast
AC-23A	AC-23B	Schalten stark induktiver Lasten, beispielsweise von Motoren

Gebrauchskategorien für Schaltgeräte bei Gleichspannungsbetrieb

Gebrauchskategorie
häufige Betätigung	gelegentliche Betätigung	typischer Schaltfall
DC-20A	DC-20B	Schalten ohne Last
DC-21A	DC-21B	Schalten ohmscher Last, Berücksichtigung geringer Überlast
DC-22A	DC-22B	Schalten gemischter ohmscher und induktiver Last, Berücksichtigung geringer Überlast (beispielsweise Schalten von Nebenschlussmotoren)
DC-23A	DC-23B	Schalten stark induktiver Lasten, beispielsweise von Motoren (beispielsweise Schalten von Reihenschlussmotoren)

Literatur

• Alfred Hösl, Roland Ayx, Hans Werner Busch: Die vorschriftsmäßige Elektroinstallation, Wohnungsbau-Gewerbe-Industrie. 18. Auflage, Hüthing Verlag, Heidelberg, 2003, ISBN 3-7785-2909-9
• Theodor Schmelcher: Handbuch der Niederspannung, Projektierungshinweise für Schaltgeräte Schaltanlagen und Verteiler. 1. Auflage, Siemens Aktiengesellschaft (Abt. Verlag), Berlin und München, 1982, ISBN 3-8009-1358-5
• Günter Springer: Fachkunde Elektrotechnik. 18.Auflage, Verlag - Europa - Lehrmittel, Wuppertal, 1989, ISBN 3-8085-3018-9

Weblinks