Grundlagen zu Schiebeschaltern: Typen, Spezifikationen und Anwendungen

Es gibt zahlreiche Techniken zur Regulierung des Stromflusses in einem Stromkreis, und Schiebeschalter gehören zu den am häufigsten eingesetzten Lösungen. Diese Schalter bieten ein kompaktes und zuverlässiges Mittel zur Steuerung von Stromkreisen und ermöglichen das Verbinden oder Trennen durch eine einfache lineare Gleitbewegung. In diesem kurzen technischen Überblick werden die Funktionsprinzipien von Schiebeschaltern untersucht, ihre wichtigsten Konfigurationen vorgestellt und die wichtigsten elektrischen und mechanischen Überlegungen für eine optimale Auswahl dargelegt.

Grundlagen der Schiebeschalter

Ein Schiebeschalter ist ein elektromechanisches Bauteil, das für die Steuerung von Stromkreisen durch einen linearen Schiebemechanismus konzipiert ist. Er funktioniert durch das Verschieben von leitenden Elementen, um einen Stromkreis herzustellen oder zu unterbrechen, wobei zwischen offenen (nicht leitenden) und geschlossenen (leitenden) Zuständen gewechselt wird. Als Schalter mit gehaltenem Kontakt behält er seine letzte Position bei, bis eine absichtliche Betätigungskraft aufgebracht wird, um ihn in einen anderen Zustand zu versetzen, was ihn zu einer zuverlässigen und stabilen Lösung für verschiedene Anwendungen mit geringem Stromverbrauch und Platzmangel macht.

Abbildung 1: Einfacher Schiebeschalter. (Bildquelle: Same Sky)

Schiebeschalter sind in der Regel einpolige Wechselschalter (SPDT) und ermöglichen die Umleitung von elektrischem Strom zwischen zwei verschiedenen Stromkreisen, was oft als Ein/Ein-Betrieb bezeichnet wird. Diese Konstruktion ermöglicht nahtloses Schalten zwischen Stromquellen oder Schaltkreisen durch Verschieben des Aktuators.

Abbildung 2: Schematisches Beispiel eines SPDT-Ein/Ein-Schalters. (Bildquelle: Same Sky)

Eine weitere weit verbreitete Konfiguration ist der einpolige Ein/Aus-Schalter (SPST), der eine einfache Ein-Aus-Steuerung ermöglicht, indem er den Stromkreis entweder schließt oder unterbricht. Bei Anwendungen, die komplexere Schaltfunktionen erfordern, kann eine DPDT-Konfiguration (Double Pole, Double Throw = zweipoliger Wechselschalter) verwendet werden, die den Ein-Aus-Ein-Betrieb durch die gleichzeitige Steuerung von zwei unabhängigen Schaltkreisen ermöglicht.

Für spezielle Anwendungsfälle können Schiebeschalter mit mehreren Wechselstufen ausgestattet werden, um einen Multi-Ein-Ein-Betrieb zu ermöglichen. Dies kann jedoch praktische Herausforderungen mit sich bringen, wie z. B. erhöhte Schwierigkeiten bei der genauen Positionsbestimmung des Aktuators zur gewünschten Einstellung. Same Sky bietet Schiebeschalter mit einer Vielzahl von Schaltungstypen, einschließlich SPDT, SP3T, SP4T, DPDT, DP3T, und DP4T. Für eine tiefere Untersuchung der Schaltfunktionen kann der Blog Fundamentals of Switches von Same Sky herangezogen werden.

Wichtige Spezifikationen für Schiebeschalter

Die im Datenblatt eines Schiebeschalters angegebenen elektrischen Spezifikationen definieren wichtige Leistungsparameter, einschließlich Nennspannung und -strom, die die maximale elektrische Belastung angeben, die der Schalter zuverlässig bewältigen kann. Darüber hinaus werden wichtige Eigenschaften wie die Spannungsfestigkeit (die maximale Spannung, die der Schalter aushalten kann, ohne beschädigt zu werden) und der Isolationswiderstand (der elektrische Widerstand zwischen isolierten leitenden Teilen) aufgeführt, um eine ordnungsgemäße Stromkreisisolierung zu gewährleisten.

Neben den elektrischen Werten werden auch mechanische Spezifikationen wie der Betätigungsweg (der Weg, der zum Umschalten des Schalters erforderlich ist) und die Betätigungskraft (die zur Betätigung erforderliche Kraft) angegeben. Die Kenntnis dieser Werte ist entscheidend für die Auswahl eines Schalters, der sowohl den elektrischen als auch den mechanischen Konstruktionsanforderungen gerecht wird.

Schiebeschalter sind in der Regel für die Oberflächenmontage, die Durchkontaktierung oder die Schalttafelmontage erhältlich. Die geeignete Montageart hängt von den Herstellungsverfahren, dem verfügbaren Platz und den mechanischen Belastungen innerhalb der Anwendung ab, insbesondere hinsichtlich der Befestigung der Schalter auf der Leiterplatte oder dem Gehäuse. Nachfolgend finden Sie weitere zu berücksichtigende Spezifikationen:

• Art des Anschlusses: Bietet Flexibilität für die verschiedenen Montageoptionen und kann abgewinkelte Anschlüsse, Pins, Drahtleitungen, Schraubklemmen und mehr umfassen.
• Nennspannung: Gibt die maximal zulässige Spannung am Schalter an, ohne dass ein Ausfall droht. Bei Schiebeschaltern kann dieser Bereich von 5 V bis zu 125 V reichen.
• Nennstrom: Gibt den maximalen Strom an, den der Schalter ohne Beeinträchtigung verarbeiten kann. Bei Schiebeschaltern kann dieser Bereich von 1 mA bis zu 25 A reichen.
• Höhe des Aktuators: Höhere Aktuatoren erleichtern den Zugang, während flache Betätigungselemente ein bündiges, flaches Design in Gerätegehäusen ermöglichen.
• Pitch (Rastermaß): Der Mitte-zu-Mitte-Abstand zwischen Schalteranschlüssen, entscheidend für Platinenlayout und Kompatibilität. Übliche Rastermaße liegen in der Regel im Bereich von 2 mm bis zu 6,9 mm.
• IP-Bewertung: Gibt den Grad des Schutzes gegen das Eindringen von Staub und Feuchtigkeit an, wichtig für raue Umgebungen oder Außenanwendungen.

Abbildung 3: Erhöhte gegenüber flachen Schiebeschaltern. (Bildquelle: Same Sky)

Schiebeschalter werden auch nach ihrer physischen Größe eingeteilt, wobei die gängigsten Klassifizierungen Subminiatur, Miniatur und Standard sind. Die Auswahl der Größe ist entscheidend für Anwendungen, bei denen Platzbeschränkungen, Stromstärke und mechanische Integration sorgfältig berücksichtigt werden müssen.

Da Schiebeschalter als kontakthaltende Schalter arbeiten, bleibt der Schaltkreis in seinem letzten Umschalt-Zustand, bis der Benutzer den Schalter wieder manuell betätigt. Dies steht im Gegensatz zu Drucktastenschaltern, die je nach den Erfordernissen der Anwendung entweder in einer tastenden (Momentan-) oder einer Dauerkonfiguration funktionieren können.

Abschließende Überlegungen und Anwendungen

Schiebeschalter werden im Haushalt, im Büro und in der Industrie in einer Vielzahl von elektronischen und elektromechanischen Systemen eingesetzt. Häufige Anwendungsfälle sind Computerperipheriegeräte, Haushaltsgeräte, Unterhaltungselektronik, intelligente Hausautomatisierung, Prüf- und Messgeräte, Kommunikationshardware und verschiedene industrielle Steuerungssysteme.

Bei der Integration eines Schiebeschalters in ein Systemdesign müssen Ingenieure wichtige anwendungsspezifische Faktoren bewerten, um optimale Performance und Langlebigkeit zu gewährleisten. Zu den kritischen Überlegungen gehören:

• Wie häufig soll der Schalter betätigt werden?
• Die zu erwartende Anzahl von Schaltzyklen wirkt sich direkt auf die Lebensdauer aus und kann einen Schalter mit hoher Lebensdauer und geringem Kontaktverschleiß erfordern.
• Wird der Schalter mechanischen Beanspruchungen oder extremen Temperaturen ausgesetzt?
• Raue mechanische Bedingungen, Vibrationen oder Temperaturschwankungen können die strukturelle Integrität und elektrische Zuverlässigkeit des Schalters beeinträchtigen.
• Besteht die Gefahr des Eindringens von Flüssigkeiten oder Staub?
• Wenn die Umweltbelastung ein Problem darstellt, sollte ein Schalter mit der entsprechenden IP-Schutzart gewählt werden, um Schutz vor Feuchtigkeit und Partikeln zu gewährleisten.
• Was sind die elektrischen Anforderungen?
• Der Schalter muss für die Betriebsspannung und den Betriebsstrom des Stromkreises ausgelegt sein, um eine Verschlechterung der Kontakte, übermäßige Wärmeentwicklung oder elektrische Ausfälle zu vermeiden.

Fazit

Schiebeschalter sind weit verbreitete, grundlegende mechanische Schalter, die eine einfache und zuverlässige Funktionalität bieten, vor allem für Anwendungen, die einen klaren und stabilen Übergang zwischen zwei Zuständen erfordern. Ihr intuitiver Schiebemechanismus bietet einen entscheidenden Vorteil: Der Benutzer kann den Betriebszustand des Schalters auf einen Blick erkennen, wodurch eine präzise und kontinuierliche Kontrolle der Schaltungskonnektivität gewährleistet wird.

Durch die Kenntnis gängiger Konfigurationen, wesentlicher elektrischer und mechanischer Spezifikationen und kritischer Konstruktionsfaktoren können Ingenieure den am besten geeigneten Schiebeschalter für ihre Anwendung auswählen. Ganz gleich, ob kompakte Formfaktoren, Langlebigkeit oder spezifische elektrische Nennwerte im Vordergrund stehen, die Wahl des richtigen Schalters gewährleistet eine optimale Systemleistung.

Same Sky bietet eine breite Palette von Schiebeschaltern mit kompaktem Design, verschiedenen Montageoptionen und unterschiedlichen elektrischen und mechanischen Spezifikationen, um den Anforderungen verschiedener Anwendungen gerecht zu werden.