Schalter richtig auswählen: Konstruktionsanforderungen sicher erfüllen

Bei der Entwicklung elektrischer und elektronischer Geräte müssen zahlreiche Konstruktionsanforderungen für elektromechanische Schalter berücksichtigt werden. Neben der Bauform spielen die elektrischen Nennwerte, die Einbausituation und die Umgebungsbedingungen eine wichtige Rolle. Je nach Anwendung müssen die Schalter außerdem Feuchtigkeit, Staub, hohen Temperaturen oder starker mechanischer Beanspruchung standhalten.

Ein Schalter in einer geschützten Bedienoberfläche erfüllt andere Anforderungen als ein Bedienelement in einer öffentlich zugänglichen Anlage. Manche Anwendungen benötigen eine versiegelte und manipulationssichere Bauweise. Andere müssen hohe Spannungen und Ströme zuverlässig schalten. Bei kompakten Geräten kann dagegen eine Miniaturausführung mit einem besonders flachen Profil erforderlich sein.

Der Auswahlprozess beginnt deshalb meist mit der Suche nach dem geeigneten Formfaktor. Dieser muss sowohl zu den räumlichen Vorgaben als auch zur gewünschten Bedienung passen. Anschließend werden die elektrischen, mechanischen und umgebungsbezogenen Eigenschaften geprüft. Dazu zählen unter anderem Spannung, Stromstärke, Temperaturbereich, Anschlussart und Schutzklasse. Nur wenn diese Faktoren gemeinsam betrachtet werden, lässt sich ein geeigneter Schalter für Industrieanwendungen auswählen.

Welche Schaltertypen passen zur Konstruktion?

Elektromechanische Schalter unterscheiden sich in Form, Größe, Funktion, Nennleistung und mechanischem Verhalten. Drucktaster eignen sich für kurze, bewusste Schaltimpulse. Je nach Ausführung kehren sie nach der Betätigung in ihre Ausgangsposition zurück oder behalten den gewählten Schaltzustand bei.

Kippschalter werden über einen Hebel betätigt und können zwei oder drei Schaltpositionen besitzen. Der aktuelle Zustand ist meist deutlich erkennbar. Wippschalter bieten eine ähnliche Funktion, werden jedoch über eine flächige Wippe bedient. Miniaturschalter kommen zum Einsatz, wenn innerhalb einer Konstruktion nur wenig Platz verfügbar ist.

Für öffentlich zugängliche Anlagen eignen sich häufig vandalismussichere Drucktaster. Ihre flache Bauweise ermöglicht einen bündigen Einbau in die Schalttafel. Dadurch bieten sie weniger Angriffsfläche als Taster mit einem hohen Profil. Das erschwert Manipulationen sowie das Aufbrechen oder Heraushebeln des Schalters.

Bei der Auswahl sollten Sie folgende Kriterien berücksichtigen:

• Baugröße, Einbaudurchmesser und Stärke der Montageplatte
• elektrische Nennwerte für Strom und Spannung
• benötigte Schaltfunktion und Anzahl der Positionen
• erwartete mechanische Lebensdauer und Schalthäufigkeit
• Schutz der Schalter vor Staub, Feuchtigkeit und Fremdkörpern
• zulässiger Temperaturbereich
• gewünschte Anschlussart
• mechanische Belastung und Schutz vor Manipulationen

Die Ausschnittgrößen vandalismussicherer Taster reichen je nach Ausführung von etwa 6 bis 40 Millimetern. Häufig verwendet werden Durchmesser von 16, 19 und 22 Millimetern. Typische Montageplatten sind zwischen einem und acht Millimetern stark. Eine dickere Platte kann die Stabilität der gesamten Konstruktion erhöhen.

Auch die Oberfläche kann an die Anwendung angepasst werden. Zur Verfügung stehen beispielsweise polierter oder gebürsteter Edelstahl, schwarz eloxierte Ausführungen sowie Nickel- oder Goldoberflächen.

Ein Beispiel ist die PV1-Serie. Sie bietet einen vandalismussicheren Drucktaster mit einem Einbaudurchmesser von 19 Millimetern und der Schutzart IP65. Die elektrischen Nennwerte betragen 2 Ampere bei 36 Volt Gleichspannung. Der Betriebstemperaturbereich reicht von −40 bis +85 Grad Celsius. Außerdem sind Lötanschlüsse, Schraubanschlüsse oder 300 Millimeter lange Anschlusskabel erhältlich. Dadurch eignet sich der Industrie-Taster für unterschiedliche Einbausituationen und hohe mechanische Beanspruchungen.

IP-Code: Schutz vor Staub und Wasser

Versiegelte Schalter schützen die internen Kontakte und mechanischen Bauteile vor Staub, Feuchtigkeit, Chemikalien und weiteren Verunreinigungen. Dieser Schutz ist besonders in Industrieanlagen, Außenbereichen, medizinischen Geräten oder maritimen Anwendungen wichtig.

Dringen Wasser oder Fremdkörper in das Gehäuse ein, können Korrosion, Kurzschlüsse und mechanische Ausfälle entstehen. Eine geeignete Abdichtung erhöht deshalb die Zuverlässigkeit und Lebensdauer. Gleichzeitig sinkt der Wartungsaufwand, da die Bauteile auch unter anspruchsvollen Bedingungen konstant arbeiten können.

Der IP-Code ist ein standardisiertes System zur Bewertung des Schutzes gegen feste Fremdkörper und Wasser. Die erste Ziffer beschreibt den Schutz gegen Berührung und eindringende Feststoffe. Die zweite Ziffer gibt an, wie gut das Gehäuse gegen Wasser geschützt ist.

Eine vereinfachte IP-Code-Tabelle zeigt wichtige Schutzklassen für Schalter:

• IP40: Schutz gegen feste Fremdkörper mit mehr als einem Millimeter Größe
• IP54: Schutz gegen Staub in schädigender Menge und gegen Spritzwasser
• IP65: staubdicht und gegen Wasserstrahlen geschützt
• IP66: staubdicht und gegen starke Wasserstrahlen geschützt
• IP67: staubdicht und gegen zeitweiliges Untertauchen geschützt
• IP68: staubdicht und gegen längeres Untertauchen unter festgelegten Bedingungen geschützt

Ein IP54-Schalter kann für eine geschützte Montage ausreichen, bei der lediglich Spritzwasser oder leichter Regen auftreten. Ein IP65-Schalter bietet zusätzlichen Schutz gegen Wasserstrahlen. IP66-Schalter sind auch gegen starke Wasserstrahlen geschützt. Wenn ein Schalter vorübergehend untergetaucht werden kann, sollte mindestens ein IP67-Schalter gewählt werden. Für längeres Untertauchen kommen IP68-Schalter infrage. Die genaue Tiefe und Dauer müssen jedoch immer anhand der Herstellerangaben geprüft werden.

Ein Beispiel für einen versiegelten Kippschalter ist die ST4-Serie. Sie erfüllt die Schutzart IP68 gegen Feuchtigkeit und Staub. Der benötigte Ausschnitt in der Schalttafel besitzt einen Durchmesser von 12 Millimetern. Zur Auswahl stehen Schnellanschlüsse, Lötanschlüsse, Schraubanschlüsse oder Anschlusskabel. Darüber hinaus sind ein- oder zweipolige Varianten mit zwei oder drei Positionen verfügbar. Die Nennleistung reicht bis zu 20 Ampere bei 125 Volt Wechselspannung beziehungsweise 30 Volt Gleichspannung.

Hohe Schaltleistung sicher beherrschen

Bei Anwendungen mit hohen Spannungen und Strömen müssen die elektrischen Nennwerte des Schalters genau zur angeschlossenen Last passen. Die Nennleistung definiert, welche maximale Spannung und welchen maximalen Strom ein Schalter sicher verarbeiten kann.

Werden diese Werte überschritten, kann sich der Schalter stark erwärmen. Außerdem können Lichtbögen entstehen, die Kontakte beschädigen und die Lebensdauer verkürzen. Deshalb dürfen elektromechanische Schalter nicht dauerhaft oberhalb ihrer angegebenen Nennwerte betrieben werden.

Neben Spannung und Strom sollte auch der Kontaktwiderstand berücksichtigt werden. Ein niedriger Kontaktwiderstand reduziert die Wärmeentwicklung und unterstützt eine zuverlässige Stromübertragung. In rauen Industrieumgebungen ist zudem ein ausreichend großer Betriebstemperaturbereich erforderlich.

Die PVHC4-Serie ist ein Beispiel für einen vandalismussicheren Schalter mit hoher Nennleistung. Sie ist für 20 Ampere bei 250 Volt Wechselspannung sowie für 25 Ampere bei 30 Volt Gleichspannung ausgelegt. Der maximale Kontaktwiderstand beträgt 100 Milliohm. Optional ist eine LED-Anzeige mit Leuchtring oder einer Kombination aus Leuchtring und Stromsymbol erhältlich. Der erforderliche Einbaudurchmesser beträgt 19 Millimeter.

Die richtige Auswahl hängt somit nicht von einem einzelnen Merkmal ab. Bauform, Einbaudurchmesser, Schutzart, Nennleistung, Temperaturbereich, Anschlussart und Schalter-Beanspruchung müssen aufeinander abgestimmt sein. So lässt sich sicherstellen, dass der gewählte Schalter zuverlässig arbeitet und die Anforderungen der jeweiligen Konstruktion langfristig erfüllt.

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