Schalter (Elektrotechnik)
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Ein Schalter ist eine Baugruppe, die eine elektrisch leitende Verbindung herstellt oder trennt. Schalter arbeiten im Gegensatz zu Tastern immer rastend.
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[Bearbeiten] Bauarten
Mechanische Schalter werden manuell, mechanisch oder elektrisch (Stromstossschalter) betätigt. Sie besitzen einen oder mehrere Schaltkontakte bzw. Kontaktwege.
Bei Betätigung der Schalter stellen sogenannte Schließer Kontaktverbindungen her, während Öffner Verbindungen trennen. Umschalter trennen eine Verbindung und stellen anschließend eine andere Verbindung vom gleichen gemeinsamen Anschluss her („break before make“). Das ist auch bei Wechselschaltern der Fall. Drehschalter gibt es auch in Ausführungen, bei denen die Verbindung hergestellt wird, bevor eine andere öffnet („make before break“).
Art und Anzahl der Kontaktwege werden bei kleinen Kippschaltern oft mit englischen Abkürzungen beschrieben (vgl. DPDT, SPDT, SPST).
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, magnetisch (Hallschalter) oder optisch (Optokoppler) 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.
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.
[Bearbeiten] Kategorien
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 oder elektronisch (Halbleiterrelais, SSR-solid state relay) betätigt sein. Sie können viele Male Ströme bis zu ihrem angegebenen Nennstrom schalten. Sie finden z.B. sich als Netzschalter an Geräten. Auch Lichtschalter gehören dazu.
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 Schaltspanungen 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. Es sind integrierte Schaltungen, sie arbeiten meist mit MOSFETs.
[Bearbeiten] Bezeichnungen
Schalter können weiter unterschieden werden:
- Nach der Art der Betätigung
- manuell betätigte Schalter wie Kippschalter, Drehschalter, Tastschalter, Fußschalter, Schlüsselschalter, Wippschalter
- mechanisch betätigte Schalter wie Nockenschalter, Endlagenschalter
- gesteuerte Schalter, wie Relais, Schütze, Analogschalter
- nach Schaltfunktion
- Öffner, Schließer, Wechsler
- nach dem Zweck
- Hauptschalter, Not-Aus-Schalter, Reparaturschalter, Schutzschalter, Selektiver Leitungsschutzschalter, Lichtschalter, usw.
[Bearbeiten] 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.
| 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 |
| 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) |
