Die meisten Benutzer assoziieren Schalter mit dem Ein- und Ausschalten von Licht, aber diese einfachen Bauelemente sind in fast jeder Elektronikanwendung zu finden. So können mit elektromechanischen Schaltern Verbindungen in Stromkreisen unterbrochen oder hergestellt werden. Nachstehend werden die gängigsten Schalter und ihre Anwendungsmöglichkeiten in Schaltungsdesigns beschrieben.
Arten elektrischer Schalter
Am häufigsten kommen die vier folgenden Schalter in Schaltungen vor:
- Einpoliger Einschalter (Single Pole Single Throw, SPST)
- Einpoliger Wechselschalter (Single Pole Double Throw, SPDT)
- Zweipoliger Einschalter (Double Pole Single Throw, DPST)
- Zweipoliger Wechselschalter (Double Pole Double Throw, DPDT)
Manuelle Schalter sind im täglichen Leben häufiger anzutreffen, dieselben Konzepte lassen sich aber auch auf Relais anwenden. Relais sind elektrisch betätigte elektromechanische Schalter. Jeder Schaltertyp besitzt zwei Hauptkomponenten, die den Stromkreis steuern: einen Pol und einen Umschalter.
- Pol: Ein Schalterpol bezeichnet die Anzahl separater Stromkreise, die der Schalter oder das Relais steuert. Wie wir später sehen werden, steuert ein SPST(Single Pole Single Throw)-Schalter einen Stromkreis.
- Umschalter: Ein Umschalter beschreibt die Anzahl an Ausgangsverbindungen jedes Pols des betreffenden Schalters. Ein SPDT(Single Pole Double Throw)-Schalter hat beispielsweise einen Pol und zwei Schalterausgangsoptionen.
Was ist ein SPST-Schalter?
Die einfachste Form eines Schalters ist ein SPST-Schalter. Ein SPST-Schalter ermöglicht eine grundlegende „EIN/AUS“-Steuerung für einen einzelnen Stromkreis und besteht aus zwei Klemmen, die als elektrische Verbindungspunkte dienen. In der Position „EIN“ stellt der Schalter eine Verbindung zwischen den beiden Klemmen her. Zum Unterbrechen der Verbindung zwischen den Klemmen wird der Schalter in die Stellung „AUS“ gebracht.
Der Lichtschalter in dem Raum, in dem Sie sich gerade befinden, funktioniert wahrscheinlich mit einem SPST-Schalter. In der Position „AUS“ wird der Stromkreis unterbrochen und das Licht ausgeschaltet. Wenn der Schalter auf „EIN“ steht, schließen die beiden verbundenen Klemmen den Stromkreis und das Licht geht an.
Was ist ein SPDT-Schalter?
Ein SPDT-Schalter besteht aus drei Klemmen und verbindet die Quellenklemme mit einer von zwei Ausgangsklemmen. Mit einem SPDT-Schalter ist eine „EIN/EIN“-Konfiguration möglich. Das bedeutet, dass die Eingangsklemme des Schalters immer einen der beiden Stromkreise schließt, die der Schalter steuert.
- Wenn sich der Schalter in der Position „EIN-1“ befindet, wird die Verbindung zwischen der Eingangsklemme und der ersten Ausgangsklemme hergestellt. Dadurch wird der erste Stromkreis geschlossen.
- In der Schalterposition „EIN-2“ stellt die zweite Ausgangsklemme eine Verbindung mit der Eingangsklemme her, wodurch der zweite Stromkreis geschlossen wird.
Da beide Schaltungsoptionen auf die Eingangsklemme angewiesen sind, ist dieser Schalter einpolig ausgeführt, da jeweils nur ein Stromkreis geschlossen sein darf. Verwirrenderweise gibt es für einige SPDT-Schalter noch eine dritte Konfiguration. Bei diesem dritten Schalter ist ein „AUS“-Zustand möglich, in dem weder Stromkreis 1 noch Stromkreis 2 geschlossen ist. Diese SPDT-Schalterkonfiguration wird als „EIN/AUS/EIN“ bezeichnet.
Was ist ein DPST-Schalter?
Ein DPST(Double Pole Single Throw)-Schalter besitzt vier Klemmen und wird oft verwendet, um zwei Quellenklemmen mit ihren jeweiligen Ausgangsklemmen zu verbinden (jedoch niemals miteinander). In der Konfiguration „EIN/AUS“ sind die Klemmenpaare eines DPST-Schalters entweder verbunden („EIN“) oder nicht verbunden („AUS“).
Angenommen, der Schalter besitzt vier Klemmen, die mit 1, 2, 3 und 4 nummeriert sind:
- Die Klemmen 1 und 3 sind das erste Klemmenpaar und von den Klemmen 2 und 4 elektrisch getrennt.
- Die Klemmen 2 und 4 bilden das zweite Paar.
- Befindet sich der Schalter in der Position „EIN“, stellt er eine Verbindung zwischen Klemme 1 und 3 her und schließt damit Stromkreis 1.
- Die Klemmen 2 und 4 werden ebenfalls verbunden, um den getrennten Stromkreis 2 zu schließen.
In seiner Funktionsweise entspricht ein DPST-Schalter zwei SPST-Schaltern, die im Tandem betätigt werden. Der Hauptvorteil eines DPST-Schalters besteht darin, dass beide Stromkreise vollständig voneinander getrennt sind. Dieser Aufbau kann bei Anwendungen mit unterschiedlichen Spannungen nützlich sein. Wenn beispielsweise ein Status-LED-Schaltkreis die Verbindung eines Laststromkreises mit höherer Spannung anzeigt, ist ein DPST-Schalter im Einsatz.
Was ist ein DPDT-Schalter?
Ein DPDT(Double Pole Double Throw)-Schalter besteht aus sechs Klemmen, von denen zwei unabhängige Eingangsklemmen sind. Jeder der Pole kann zwei verschiedene Stromkreise schließen. Mit anderen Worten: Jede Eingangsklemme ist mit zwei Ausgangsklemmen verbunden und alle vier Ausgangsklemmen sind getrennt. DPDT-Schalter sind der komplexeste Schaltertyp, der hier vorgestellt wird. Vor der Bestellung eines DPDT-Schalters sollten Sie daher unbedingt das Datenblatt lesen.
Die Abbildung unten ist dem Datenblatt von NKK Switches für den wasserdichten S7AWB-Schalter mit Zweifachdichtung der S-Serie entnommen.
Beachten Sie den Abschnitt „Throw & Schematics“ am Ende des Datenblatts. Dieser Abschnitt zeigt die beiden Eingangsklemmen (2 und 5) und ihre jeweiligen Ausgangsklemmen (1 und 3 sowie 4 und 6). Das S7AWB-Modell besitzt drei Schalterstellungen (oben, Mitte, unten). Wenn sich der Schalter in der Position „OBEN“ befindet, ist Eingangsklemme 2 mit Ausgangsklemme 3 verbunden. Eingangsklemme 5 ist elektrisch getrennt, aber mit Ausgangsklemme 6 verbunden.
Für das Design und den Kauf von Schaltern und Relais sind zwei Aspekte wichtig:
- Hersteller sparen oft Kosten, indem sie das Gehäuse eines komplexeren Schalters für ein einfacheres Modell verwenden. Zum Beispiel ist S21AWB ein einfacherer DPST-Schalter, der aber im selben wasserdichten Gehäuse mit Zweifachdichtung untergebracht ist wie die anderen Schalter der S-Serie. Bei den übrigen Modellen im Datenblatt handelt es sich um DPDT-Schalter. Für bestimmte Anwendungen können Schalterklemmen völlig ungenutzt bleiben. Ziehen Sie daher beim Verdrahten Ihres Schalters das entsprechende Datenblatt zurate.
- Schalter weisen oft eine „Momentanaktivität“ auf, die für gewisse Anwendungen ideal ist. Das Prinzip der Momentanaktivität lässt sich sehr gut anhand eines automatischen Fensterhebers, wie er in Fahrzeugen vorkommt, veranschaulichen. Die Schalterfunktion ist nur während der Betätigung des Schalters durch den Benutzer aktiv. Sobald der Benutzer den Schalter loslässt, kehrt er in seine ursprüngliche Position zurück. Im vorstehenden Datenblatt ist die Momentanaktivität in Klammern angegeben. Schalter mit Momentan-Schalterkonfiguration können als „(EIN) AUS EIN“ oder „(EIN) AUS (EIN)“ aufgeführt sein.
Fazit
Es gibt viele weitere Arten von Schaltern mit verschiedenen Pol/Umschalter-Konfigurationen, z. B. 6PDT-Kippschalter oder DP3T-Kippschalter. Drehschalter weisen eine nahezu unbegrenzte Anzahl von Pol- und Umschalterkombinationen auf. Die Kenntnis der grundlegenden Pol/Umschalter-Kombinationen ist beim Design einfacher wie auch komplexer Schaltungen von großem Vorteil.
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