Schalten

In der Elektrotechnik ist ein Schalter ein elektrisches Bauteil , das den Stromkreis in einem Stromkreis unterbrechen oder schließen kann , indem es den Stromfluss unterbricht oder von einem Leiter auf einen anderen umleitet. ^{[ 1 ] [ 2 ]} Der gebräuchlichste Schaltertyp ist ein elektromechanisches Gerät, das aus einem oder mehreren Sätzen beweglicher elektrischer Kontakte besteht , die mit externen Stromkreisen verbunden sind. Berühren sich zwei Kontakte, fließt Strom; sind sie getrennt, fließt kein Strom.

Schalter gibt es in vielen verschiedenen Ausführungen. Sie können mehrere Kontaktsätze besitzen, die von demselben Drehknopf oder Betätigungselement gesteuert werden, und die Kontakte können gleichzeitig, nacheinander oder abwechselnd betätigt werden. Ein Schalter kann manuell betätigt werden, beispielsweise ein Lichtschalter oder eine Tastaturtaste, oder als Sensorelement dienen , um die Position eines Maschinenteils, einen Flüssigkeitsstand, Druck oder eine Temperatur zu erfassen, wie beispielsweise ein Thermostat . Es existieren viele spezielle Formen, wie Kippschalter , Drehschalter , Quecksilberschalter , Drucktaster , Wendeschalter , Relais und Leitungsschutzschalter . Ein häufiges Anwendungsgebiet ist die Beleuchtungssteuerung, bei der mehrere Schalter in einem Stromkreis zusammengeschaltet werden können, um die Leuchten bequem zu steuern. Schalter in Hochspannungsstromkreisen müssen speziell konstruiert sein, um beim Öffnen zerstörerische Lichtbögen zu verhindern.

Die bekannteste Form eines Schalters ist ein manuell betätigtes elektromechanisches Gerät mit einem oder mehreren Sätzen elektrischer Kontakte , die mit externen Stromkreisen verbunden sind. Jeder Kontaktsatz kann sich in einem von zwei Zuständen befinden: entweder „geschlossen“, d. h. die Kontakte berühren sich und Strom kann zwischen ihnen fließen, oder „offen“, d. h. die Kontakte sind getrennt und der Schalter leitet keinen Strom. Der Mechanismus, der den Übergang zwischen diesen beiden Zuständen (offen oder geschlossen) bewirkt, ist üblicherweise (es gibt auch andere Arten) entweder ein Wechselschalter (Schalter umlegen für dauerhaftes „Ein“ oder „Aus“) oder ein Momentschalter (drücken zum „Ein“ und loslassen zum „Aus“).

Ein Schalter kann direkt von einem Menschen betätigt werden, beispielsweise als Steuersignal an ein System wie eine Computertastaturtaste oder zur Steuerung des Stromflusses in einem Stromkreis, wie etwa bei einem Lichtschalter . Automatisch betätigte Schalter können zur Steuerung von Maschinenbewegungen eingesetzt werden, beispielsweise um anzuzeigen, dass ein Garagentor vollständig geöffnet ist oder eine Werkzeugmaschine bereit ist, ein weiteres Werkstück aufzunehmen. Schalter können durch Prozessvariablen wie Druck, Temperatur, Durchfluss, Stromstärke, Spannung und Kraft betätigt werden und fungieren so als Sensoren in einem Prozess. Sie werden zur automatischen Steuerung eines Systems verwendet. Ein Thermostat ist beispielsweise ein temperaturgesteuerter Schalter zur Steuerung eines Heizprozesses. Ein Schalter, der von einem anderen Stromkreis betätigt wird, heißt Relais . Große Schalter können ferngesteuert über einen Motorantrieb betätigt werden. Manche Schalter dienen der Trennung der Stromversorgung eines Systems und bilden so einen sichtbaren Trennpunkt, der bei Bedarf mit einem Vorhängeschloss gesichert werden kann, um ein versehentliches Einschalten einer Maschine während der Wartung oder einen Stromschlag zu verhindern.

Ein idealer Schalter hätte im geschlossenen Zustand keinen Spannungsabfall und keine Begrenzungen hinsichtlich Spannung oder Stromstärke. Er hätte keine Anstiegs- und Abfallzeiten beim Schalten und würde ohne Prellen zwischen den Positionen „Ein“ und „Aus“ wechseln.

Praktische Schalter entsprechen nicht diesem Ideal. Aufgrund von Oberflächenrauheit und Oxidschichten weisen sie Kontaktwiderstand , begrenzte Strom- und Spannungsbelastbarkeit, endliche Schaltzeiten usw. auf. Der ideale Schalter wird häufig in der Schaltungsanalyse verwendet, da er das zu lösende Gleichungssystem erheblich vereinfacht. Dies kann jedoch zu ungenaueren Lösungen führen. Die theoretische Berücksichtigung der Auswirkungen nicht-idealer Eigenschaften ist daher für die Auslegung großer Schalternetzwerke, wie sie beispielsweise in Telefonzentralen eingesetzt werden, erforderlich.

Im einfachsten Fall besteht ein Schalter aus zwei leitfähigen Teilen, oft aus Metall , den sogenannten Kontakten , die mit einem externen Stromkreis verbunden sind. Die Kontakte schließen den Stromkreis, indem sie sich berühren, und öffnen ihn, indem sie sich trennen. Das Kontaktmaterial wird aufgrund seiner Korrosionsbeständigkeit ausgewählt, da die meisten Metalle isolierende Oxide bilden, die die Funktion des Schalters beeinträchtigen würden. Weitere Auswahlkriterien für Kontaktmaterialien sind elektrische Leitfähigkeit , Härte (Widerstandsfähigkeit gegen Abrieb), mechanische Festigkeit, niedrige Kosten und geringe Toxizität. Die Bildung von Oxidschichten an der Kontaktoberfläche sowie die Oberflächenrauheit und der Kontaktdruck bestimmen den Kontaktwiderstand und den Benetzungsstrom eines mechanischen Schalters. Manchmal werden die Kontakte aufgrund ihrer hervorragenden Leitfähigkeit und Korrosionsbeständigkeit mit Edelmetallen beschichtet . Sie können so konstruiert sein, dass sie aneinander reiben, um Verunreinigungen zu entfernen. Gelegentlich werden auch nichtmetallische Leiter wie leitfähige Kunststoffe verwendet. Um die Bildung isolierender Oxide zu verhindern, kann für eine bestimmte Schalterkonstruktion ein minimaler Benetzungsstrom festgelegt werden.

In der Elektronik werden Schalter nach der Anordnung ihrer Kontakte klassifiziert. Ein Kontaktpaar gilt als „ geschlossen “, wenn Strom zwischen den Kontakten fließen kann. Sind die Kontakte durch einen isolierenden Luftspalt getrennt , gelten sie als „ offen “, und bei normalen Spannungen kann kein Strom zwischen ihnen fließen. ^{[ 3 ]} Die Begriffe „ schließen“ ( make ) und „öffnen“ (break ) sind ebenfalls weit verbreitet.

Die Begriffe Pol und Schaltstellung werden auch zur Beschreibung von Schalterkontaktvarianten verwendet. Die Anzahl der Pole gibt die Anzahl der elektrisch getrennten Schalter an, die von einem einzigen physischen Aktor betätigt werden. Beispielsweise besitzt ein zweipoliger Schalter zwei separate, parallele Kontaktsätze, die sich über denselben Mechanismus gleichzeitig öffnen und schließen. Die Anzahl der Schaltstellungen gibt die Anzahl der verschiedenen Schaltzustände an, die der Schalter neben „offen“ für jeden Pol einnehmen kann. Ein Umschalter hat ein Kontaktpaar, das entweder geschlossen oder geöffnet sein kann. Ein Umschalter hat einen Kontakt, der mit einem von zwei anderen Kontakten verbunden werden kann, ein Umschalter hat einen Kontakt, der mit einem von drei anderen Kontakten verbunden werden kann usw. ^{[ 4 ]}

Bei einem Schalter, dessen Kontakte im Ruhezustand verharren, wie beispielsweise einem Drucktaster , können die Kontakte entweder normalerweise geöffnet (abgekürzt „ NO “ ) sein , bis sie durch Betätigung des Schalters geschlossen werden, oder normalerweise geschlossen ( „ NC “) ^{[ Anm. 1 ]} und durch die Betätigung des Schalters geöffnet werden. Ein Schalter mit beiden Kontakttypen wird als Umschalter oder Umschalter bezeichnet . Diese können „ Schließer-vor-Öffner “-Schalter („ MBB “ oder Kurzschlussschalter), die beide Stromkreise kurzzeitig verbinden, oder „ Unterbrechungs-vor-Schließer “-Schalter („ BBM “ oder Nicht- Kurzschlussschalter ), die einen Stromkreis unterbrechen, bevor der andere geschlossen wird, sein.

Diese Begriffe haben zur Entstehung von Abkürzungen für Schaltertypen in der Elektronikindustrie geführt, wie z. B. „ Single-Pole, Single-Throw “ (SPST) (der einfachste Typ, „Ein/Aus“) oder „ Single-Pole, Double-Throw “ (SPDT), bei dem einer von zwei Anschlüssen mit dem gemeinsamen Anschluss verbunden wird. In der Elektroinstallation (d. h. bei der Haus- und Gebäudeinstallation durch Elektriker ) enthalten die Bezeichnungen üblicherweise die Endung „-way“ ; allerdings unterscheiden sich diese Begriffe im britischen und amerikanischen Englisch (d. h. die Begriffe „Two-Way“ und „Three-Way “ haben unterschiedliche Bedeutungen).

Elektronikspezifikation und Abkürzung	Erweiterung der Abkürzung	Britischer Name für Netzverkabelung	Amerikanische Bezeichnung für elektrische Verkabelung	Beschreibung	Schema	Symbol IEC 60617
SPST (1P1T)	Einzelstange, Einzelwurf	Ein Weg	Zwei-Wege	Ein einfacher Ein-/Ausschalter: Die beiden Anschlüsse sind entweder miteinander verbunden oder voneinander getrennt. Ein Beispiel hierfür ist ein Lichtschalter .
SPST-NO Formular A [ 5 ]	Einpolig, einfach umschaltend, normalerweise offen			Ein einfacher Ein-/Ausschalter. Die beiden Anschlüsse sind normalerweise nicht verbunden (offen) und werden geschlossen, wenn der Schalter betätigt wird. Ein Beispiel hierfür ist ein Drucktaster .
SPST-NC Formular B [ 5 ]	Einpolig, einpolig, normalerweise geschlossen			Ein einfacher Ein-/Ausschalter. Die beiden Anschlüsse sind normalerweise miteinander verbunden (geschlossen) und öffnen sich, wenn der Schalter betätigt wird. Ein Beispiel hierfür ist ein Drucktaster .
SPDT Form C [ 5 ]	Einzelstange, Doppelwurf	Zwei-Wege	Dreier	Ein einfacher Umschalter mit Unterbrechung vor Schließung: C (COM, Common) ist entweder mit L1 oder mit L2 verbunden.
SPCO SPTT, co	Einpol-Umschaltung oder Einpol-Mittelstellung oder Einpol-Dreifachumschaltung			Ähnlich wie SPDT . Einige Anbieter verwenden SPCO/SPTT für Schalter mit einer stabilen Aus-Position in der Mittelstellung und SPDT für solche ohne.
				Serienschalter oder Zweikreisschalter
DPST (2P1T)	Doppelstange, Einzelwurf	Doppelmast	Doppelmast	Entspricht zwei SPST- Schaltern, die von einem einzigen Mechanismus gesteuert werden.
DPDT (2P2T)	Doppelstange, Doppelwurf			Entspricht zwei SPDT- Schaltern, die von einem einzigen Mechanismus gesteuert werden.
DPCO	Doppelpolumschaltung oder Doppelpol, Mittelstellung			Schematisch äquivalent zu DPDT . Einige Hersteller verwenden DPCO für Schalter mit stabiler Mittelstellung und DPDT für solche ohne. Ein DPDT/DPCO-Schalter mit Mittelstellung kann in der Mittelstellung „aus“ sein, also weder mit L1 noch mit L2 verbunden, oder „ein“, also gleichzeitig mit L1 und L2 verbunden. Die Stellungen solcher Schalter werden üblicherweise als „Ein-Aus-Ein“ bzw. „Ein-Ein-Ein“ bezeichnet.
	4-Wege-Kreuzschalter	Zwischenschalter	Vierwegeschalter	DPDT- Schalter mit interner Verdrahtung für Anwendungen mit Polaritätsumkehr: Nur vier statt sechs Drähte werden aus dem Schaltergehäuse herausgeführt. Auch als Kreuzschalter, Überkreuzschalter oder Umkehrschalter bezeichnet.
2P6T	Zwei Stangen, sechs Würfe			Umschalter mit einem COM (Common), der mit L1, L2, L3, L4, L5 oder L6 verbunden werden kann; mit einem zweiten Schalter (2P, zweipolig), der von einem einzigen Mechanismus gesteuert wird.

Schalter mit einer höheren Pol- oder Schaltzahl können durch Ersetzen des „S“ oder „D“ durch eine Zahl (z. B. 3PST, SP4T usw.) oder in manchen Fällen durch den Buchstaben „T“ (für „dreifach“) oder „Q“ (für „vierfach“) gekennzeichnet werden. Im Folgenden werden die Bezeichnungen SPST , SPDT und „intermediär“ verwendet, um Verwechslungen zu vermeiden.

Kontaktprellen (auch als „Chatter“ bezeichnet ) ist ein häufiges Problem bei mechanischen Schaltern, Relais und Batteriekontakten . Es entsteht durch elektrische Kontaktwiderstände (ECR) an den Kontaktflächen. Schalter- und Relaiskontakte bestehen üblicherweise aus elastischen Metallen. Beim Zusammentreffen der Kontakte bewirken deren Impuls und Elastizität ein oder mehrere Prellvorgänge, bevor ein stabiler Kontakt hergestellt wird. Dies führt zu einem schnell gepulsten Stromfluss anstelle eines sauberen Übergangs von Null auf Vollstrom. In Niedrigstromkreisen ist dieser Effekt meist vernachlässigbar, wird aber in Leistungsschaltungen kritisch, da hohe Einschaltströme während der Prellintervalle lokale Erwärmung, Lichtbogenerosion und Kontaktverschweißung verursachen. Auch in einigen analogen und logischen Schaltungen , die schnell genug reagieren, um die Ein-/Ausschaltimpulse fälschlicherweise als Datenstrom zu interpretieren, verursacht Kontaktprellen Probleme. ^{[ 6 ]} Bei der Entwicklung von Mikrokontakten ist die Kontrolle der Oberflächenstruktur ( Oberflächenrauheit ) und die Minimierung der Bildung passivierter Schichten auf metallischen Oberflächen entscheidend, um das Kontaktprellen zu verhindern.

In Hochstromkreisen hat Kontaktprellen gravierendere Folgen als Signalfehler. Beim Schließen von Kontakten unter Hochspannung erzeugt das Prellen wiederholte Lichtbogenentladungen zwischen den Kontaktflächen. Während jedes Prellintervalls steigt der Kontaktwiderstand sprunghaft an, und der Einschaltstrom kann mehrere tausend Ampere erreichen. Die daraus resultierende momentane Verlustleistung (P = I²R), die sich am Kontaktpunkt konzentriert, kann innerhalb von Millisekunden Hunderte von Kilowatt erreichen und lokales Schmelzen sowie Kontaktverschweißen verursachen. Dieser Mechanismus ist besonders kritisch in Batteriespeichersystemen (BESS) und Schützen von Elektrofahrzeugen, die mit 400 V und darüber betrieben werden, wo Vorladeschaltungen eingesetzt werden, um den Einschaltstrom als Notlösung für unzureichende Kontakteigenschaften zu begrenzen.

Bei der Hammond-Orgel werden unter den Tasten der Manuale mehrere Drähte zusammengedrückt. Das dadurch entstehende Prellen und das nicht-synchrone Schließen der Schalter wird als Hammond-Click bezeichnet . Es gibt Kompositionen, die dieses Merkmal nutzen und hervorheben. Einige elektronische Orgeln verfügen über eine zuschaltbare Nachbildung dieses Klangeffekts. ^{[ 7 ]}

Die Auswirkungen des Ballabpralls können beseitigt werden durch:

• Quecksilberbenetzte Kontakte werden zwar verwendet , aufgrund der Gefahren von Quecksilber jedoch heutzutage nur noch selten. Flüssigmetall-Verbundkontakte auf Galinstanbasis (CLMC) wurden als ungiftige Alternative vorgeschlagen, die das Prellen mechanisch eliminieren. ^{[ 8 ]}
• Alternativ können die Spannungen im Kontaktkreis mit einem Tiefpassfilter behandelt werden , um das Auftreten von Mehrfachimpulsen zu reduzieren oder zu eliminieren.
• In digitalen Systemen können mehrere Abtastungen des Kontaktzustands mit niedriger Frequenz durchgeführt und auf eine stabile Sequenz geprüft werden, sodass sich die Kontakte stabilisieren können, bevor der Kontaktpegel als zuverlässig gilt und entsprechende Maßnahmen ergriffen werden. Siehe Tastaturtechnik § Entprellung .
• Prellsignale in SPDT- Schaltkontakten („Single-Pole, Double-Throw“) können mit Hilfe eines SR-Flipflops (Latch) oder eines Schmitt-Triggers herausgefiltert werden .

Alle diese Methoden werden als „Entprellung“ bezeichnet.

Mechanische Schaltkontakte versagen durch mehrere kumulative Mechanismen, die während der Nutzungsdauer zusammenwirken:

Lichtbogenerosion tritt auf, wenn der beim Trennen des Kontakts entstehende Lichtbogen das Kontaktmaterial verdampft und abträgt. Über Tausende von Schaltvorgängen führt dies zu Lochfraß, Materialverlust und erhöhtem Kontaktwiderstand.

Kontaktverschweißung entsteht durch Kontaktprellen unter hohem Einschaltstrom. Während jedes Prellintervalls steigt der Kontaktwiderstand sprunghaft an – von einem typischen Wert im geschlossenen Zustand von 0,2 mΩ auf Werte über 30 mΩ ^{[ 9 ]} –, während der Einschaltstrom mehrere tausend Ampere erreichen kann. Die daraus resultierende momentane Verlustleistung (P = I²R), die sich am Kontaktpunkt konzentriert, führt zu lokalem Schmelzen und dauerhafter Verschweißung der Kontakte. ^{[ 10 ]}

Die elektrodynamische Abstoßung unter Kurzschlussströmen führt dazu, dass Kontakte durch elektromagnetische Kräfte, die proportional zum Quadrat des Stroms sind, auseinandergedrückt werden. Bei Kontakten aus massivem Metall begrenzen diese Kräfte die Kurzschlussfestigkeit. Es wurde beobachtet, dass sich Kupferkontakte bei 10 kA trennen, was zu anhaltender Lichtbogenbildung und Verschweißung beim Wiederschließen führt. ^{[ 11 ]}

Flüssigmetall-Verbundkontakte (CLMC) auf Galinstanbasis beheben drei dieser Ausfallmechanismen gleichzeitig durch einen gekoppelten mechanisch-elektrischen Mechanismus: Das elastische, hochschmelzende Metallgerüst (Molybdän- oder Wolframdrahtgewebe) hält das Galinstan durch Kapillarkräfte und gewährleistet so eine flüssige Kontaktoberfläche während des gesamten Öffnungs- und Schließvorgangs. Dadurch werden Kontaktprellen und Verschweißen verhindert; die gleichmäßige Stromverteilung über die Flüssigkeitsoberfläche eliminiert elektrodynamische Abstoßungskräfte; und die selbstregenerierende Flüssigkeitsoberfläche verhindert die dauerhafte Lichtbogenerosion von Oberflächenrauigkeiten im Festkörperkontakt. ^{[ 12 ] [ 13 ] [ 14 ]}

Bei ausreichend hoher Schaltleistung ist der Elektronenfluss über die sich öffnenden Schaltkontakte ausreichend, um die Luftmoleküle im winzigen Spalt zwischen den Kontakten beim Öffnen des Schalters zu ionisieren . Dadurch entsteht ein Gasplasma , auch Lichtbogen genannt . Das Plasma besitzt einen niedrigen Widerstand und kann den Leistungsfluss aufrechterhalten, selbst wenn der Abstand zwischen den Schaltkontakten stetig zunimmt. Es ist zudem sehr heiß und kann die Metalloberflächen der Schaltkontakte erodieren (dasselbe gilt für Vakuumschalter). Lichtbogenbildung führt zu einer erheblichen Beschädigung der Kontakte und zu starken elektromagnetischen Störungen (EMI), weshalb Methoden zur Lichtbogenunterdrückung erforderlich sind . ^{[ 15 ]}

Bei ausreichend hoher Spannung kann sich beim Schließen des Schalters und Annähern der Kontakte ein Lichtbogen bilden. Reicht die Spannung aus, um die Durchschlagspannung der Luft zwischen den Kontakten zu überschreiten, entsteht ein Lichtbogen, der so lange bestehen bleibt, bis der Schalter vollständig schließt und die Kontaktflächen des Schalters sich berühren.

In beiden Fällen besteht die Standardmethode zur Minimierung der Lichtbogenbildung und zur Vermeidung von Kontaktschäden in der Verwendung eines schnell bewegenden Schaltmechanismus. Dieser nutzt typischerweise einen federbetätigten Kippschalter , um eine schnelle Bewegung der Schaltkontakte zu gewährleisten, unabhängig von der Betätigungsgeschwindigkeit des Schalters durch den Benutzer. Durch die Bewegung des Schalthebels wird eine Feder gespannt, bis ein Kipppunkt erreicht ist. Beim Loslassen der Federspannung öffnen oder schließen die Kontakte ruckartig.

Mit steigender Schaltleistung werden andere Methoden eingesetzt, um die Lichtbogenbildung zu minimieren oder zu verhindern. Plasma ist heiß und steigt aufgrund von Konvektionsströmungen auf . Der Lichtbogen kann mit nichtleitenden Lamellen gelöscht werden, die den Abstand zwischen den Schaltkontakten überspannen. Beim Aufstieg des Lichtbogens verlängert er sich durch die Bildung von Wülsten zwischen den Lamellen, bis er zu lang wird, um aufrechtzuerhalten, und erlischt. Alternativ kann ein Gasausstoß mit hoher Geschwindigkeit über die Schaltkontakte geleitet werden, wodurch sich der Lichtbogen rasch verlängert und schnell gelöscht wird.

Extrem große Schalter verfügen oft über Schaltkontakte, die von einem anderen Medium als Luft umgeben sind, um den Lichtbogen schneller zu löschen. Beispielsweise können die Schaltkontakte in einem Vakuum, in Mineralöl oder in Schwefelhexafluorid betrieben werden .

Im Wechselstrombetrieb durchläuft der Strom periodisch den Nulldurchgang; dies erschwert die Aufrechterhaltung eines Lichtbogens beim Öffnen. Hersteller können Schalter mit niedrigeren Spannungs- oder Strombelastbarkeiten auslegen, wenn diese in Gleichstromkreisen verwendet werden.

Wenn ein Schalter zum Schalten hoher Leistungen ausgelegt ist, müssen sowohl sein Übergangszustand als auch seine Fähigkeit, Dauerströme zu verkraften, berücksichtigt werden. Im eingeschalteten Zustand ist sein Widerstand nahezu null, und es fällt nur sehr wenig Leistung an den Kontakten ab. Im ausgeschalteten Zustand ist sein Widerstand extrem hoch, und der Leistungsabfall ist noch geringer. Beim Umschalten durchläuft der Widerstand jedoch kurzzeitig einen Zustand, in dem ein Viertel der Nennleistung der Last (oder mehr, falls die Last nicht rein ohmsch ist) abfällt.

Aus diesem Grund verfügen Leistungsschalter, die einen Laststrom unterbrechen sollen, über Federmechanismen, die dafür sorgen, dass der Übergang zwischen Ein und Aus so kurz wie möglich ist, unabhängig davon, wie schnell der Benutzer den Kippschalter betätigt.

Netzschalter gibt es üblicherweise in zwei Ausführungen. Ein Momenttaster (wie beispielsweise bei einem Laserpointer ) ist meist ein Knopf, der den Stromkreis nur beim Drücken schließt. Ein normaler Ein-/Ausschalter (wie beispielsweise bei einer Taschenlampe ) hat eine Dauerfunktion. Zweifunktionsschalter vereinen beide Eigenschaften.

Wird eine stark induktive Last wie ein Elektromotor abgeschaltet, kann der Strom nicht abrupt auf null abfallen; es entsteht ein Funke an den sich öffnenden Kontakten. Schalter für induktive Lasten müssen für solche Fälle ausgelegt sein. Der Funke verursacht elektromagnetische Störungen , wenn er nicht unterdrückt wird; eine Entstörschaltung aus einem in Reihe geschalteten Widerstand und Kondensator kann den Funken unterdrücken. ^{[ 16 ]}

Beim Einschalten zieht eine Glühlampe einen hohen Einschaltstrom, der etwa dem Zehnfachen des Dauerstroms entspricht; mit zunehmender Erwärmung des Glühfadens steigt dessen Widerstand, und der Strom sinkt auf einen Dauerstromwert. Ein für Glühlampen ausgelegter Schalter kann diesem Einschaltstrom standhalten. ^{[ 17 ]}

Der Benetzungsstrom ist der Mindeststrom, der durch einen mechanischen Schalter fließen muss, um eine eventuell vorhandene Oxidationsschicht auf den Schaltkontakten zu durchbrechen. ^{[ 18 ]} Oxidationsschichten bilden sich häufig in Umgebungen mit hoher Luftfeuchtigkeit . Die Bereitstellung eines ausreichenden Benetzungsstroms ist ein entscheidender Schritt bei der Entwicklung von Systemen , die empfindliche Schalter mit geringem Kontaktdruck als Sensoreingänge verwenden. Andernfalls können die Schalter aufgrund der Kontaktoxidation elektrisch „offen“ bleiben.

Das bewegliche Teil, das die Betätigungskraft auf die Kontakte ausübt, wird als Aktor bezeichnet und kann ein Kipphebel oder eine Kupplung , eine Wippe , ein Druckknopf oder eine beliebige Art von mechanischem Gestänge sein (siehe Foto).

Ein Schalter behält normalerweise seine eingestellte Position bei, nachdem er betätigt wurde. Ein vorgespannter Schalter enthält einen Mechanismus, der ihn beim Loslassen in eine andere Position zurückfedert. Der Taster ist ein Beispiel für einen vorgespannten Schalter. Der gebräuchlichste Typ ist der Schließer (auch Öffner oder NO-Schalter genannt), der beim Drücken des Tasters Kontakt herstellt und beim Loslassen wieder öffnet. Jede Taste einer Computertastatur ist beispielsweise ein solcher Schließer. Ein Unterbrecher (auch Schließer oder NC-Schalter genannt) hingegen öffnet den Kontakt beim Drücken und stellt ihn beim Loslassen wieder her. Ein Beispiel für einen Unterbrecher ist der Taster zum Öffnen einer Tür, die von einem Elektromagneten verschlossen gehalten wird . Die Innenbeleuchtung eines Kühlschranks wird durch einen Schalter gesteuert, der bei geschlossener Tür geöffnet bleibt.

Ein Drehschalter wird durch Drehen des Betätigungsgriffs betätigt und hat mindestens zwei Positionen. Eine oder mehrere Positionen können federbelastet sein und erfordern, dass der Bediener den Schalter in der jeweiligen Position gedrückt hält. Andere Positionen können eine Rastung aufweisen, die die Position nach dem Loslassen fixiert. Ein Drehschalter kann mehrere Ebenen oder „Ebenen“ besitzen, um die Steuerung mehrerer Stromkreise zu ermöglichen.

Eine Bauart von Drehschaltern besteht aus einer Spindel oder einem Rotor mit einem Kontaktarm oder einer Kontaktspeiche, die wie eine Nocke von der Oberfläche absteht. Um den Rotor herum ist eine Reihe von Anschlüssen kreisförmig angeordnet, die jeweils als Kontakt für die Kontaktspeiche dienen. Über diese Kontakte können verschiedene Stromkreise mit dem Rotor verbunden werden. Der Schalter ist mehrschichtig aufgebaut, um die Verwendung mehrerer Pole zu ermöglichen, wobei jede Schicht einem Pol entspricht. Üblicherweise verfügt ein solcher Schalter über eine Rastfunktion, sodass er von einer aktiven Position in die nächste „klickt“, anstatt in einer Zwischenposition zu blockieren. Dadurch bietet ein Drehschalter eine größere Pol- und Schaltkapazität als einfachere Schalter.

Andere Typen verwenden einen Nockenmechanismus, um mehrere unabhängige Kontaktsätze zu betätigen.

Drehschalter wurden bis in die frühen 1970er-Jahre als Kanalwähler an Fernsehgeräten, als Bereichswähler an elektrischen Messgeräten, als Bandwähler an Mehrbandradios und für ähnliche Zwecke eingesetzt. In der Industrie dienen Drehschalter zur Steuerung von Messgeräten, Schaltanlagen oder in Steuerschaltungen. Beispielsweise kann ein funkgesteuerter Brückenkran über einen großen Mehrkreis-Drehschalter verfügen, um festverdrahtete Steuersignale von den manuellen Bedienelementen in der Kabine an die Ausgänge des Fernsteuergeräts zu übertragen.

Ein Kippschalter oder Trommelschalter ist eine Klasse von elektrischen Schaltern, die manuell durch einen mechanischen Hebel , Griff oder Kippmechanismus betätigt werden.

Kippschalter sind in vielen verschiedenen Ausführungen und Größen erhältlich und werden in zahlreichen Anwendungen eingesetzt. Viele sind so konstruiert, dass sie die gleichzeitige Betätigung mehrerer elektrischer Kontakte oder die Steuerung hoher Stromstärken oder Netzspannungen ermöglichen .

Der Begriff „Kippschalter“ bezeichnet ursprünglich einen Mechanismus oder ein Gelenk, bestehend aus zwei nahezu fluchtenden Armen, die durch ein gelenkartiges Verbindungsstück verbunden sind. Der Ausdruck „Kippschalter“ wird jedoch für Schalter mit kurzem Hebel und deutlicher Schnappwirkung verwendet, unabhängig davon, ob sie tatsächlich einen Kippmechanismus enthalten. Ein Schalter, bei dem ein deutliches Klicken zu hören ist, wird analog dazu als „Ein-Aus-Schalter“ bezeichnet. ^{[ 19 ]} Häufig werden solche Schalter zum Ein- und Ausschalten von Lampen oder anderen elektrischen Geräten verwendet. Mehrere Kippschalter können mechanisch miteinander verriegelt werden, um unzulässige Tastenkombinationen zu verhindern.

In manchen Kontexten, insbesondere in der Informatik , wird ein Kippschalter bzw. der Vorgang des Umschaltens im Sinne eines mechanischen oder Software-Schalters verstanden, der bei jeder Aktivierung zwischen zwei Zuständen wechselt, unabhängig von seiner mechanischen Konstruktion. ^{[ 20 ]} Beispielsweise bewirkt die Feststelltaste auf einem Computer, dass nach einmaligem Drücken alle Buchstaben in Großbuchstaben ausgegeben werden; durch erneutes Drücken werden wieder Kleinbuchstaben angezeigt. ^{[ 20 ]}

Switches can be designed to respond to any type of mechanical stimulus: for example, vibration (the trembler switch), tilt, air pressure, fluid level (a float switch), the turning of a key (key switch), linear or rotary movement (a limit switch or microswitch), or presence of a magnetic field (the reed switch). Many switches are operated automatically by changes in some environmental condition or by motion of machinery. A limit switch is used, for example, in machine tools to interlock operation with the proper position of tools. In heating or cooling systems a sail switch ensures that air flow is adequate in a duct. Pressure switches respond to fluid pressure.

The mercury switch consists of a drop of mercury inside a glass bulb with two or more contacts. The two contacts pass through the glass, and are connected by the mercury when the bulb is tilted to make the mercury roll on to them.

This type of switch performs much better than the ball tilt switch, as the liquid metal connection is unaffected by dirt, debris and oxidation, it wets the contacts ensuring a very low resistance bounce-free connection, and movement and vibration do not produce a poor contact. These types can be used for precision works.

It can also be used where arcing is dangerous (such as in the presence of explosive vapour) as the entire unit is sealed.

Knife switches consist of a flat metal blade, hinged at one end, with an insulating handle for operation, and a fixed contact. When the switch is closed, current flows through the hinged pivot and blade and through the fixed contact. Such switches are usually not enclosed. The knife and contacts are typically formed of copper, steel, or brass, depending on the application. Fixed contacts may be backed up with a spring. Several parallel blades can be operated at the same time by one handle. The parts may be mounted on an insulating base with terminals for wiring, or may be directly bolted to an insulated switch board in a large assembly. Since the electrical contacts are exposed, the switch is used only where people cannot accidentally come in contact with the switch or where the voltage is so low as to not present a hazard.

Messerschalter werden in vielen Größen hergestellt, von Miniaturschaltern bis hin zu großen Geräten, die Ströme von Tausenden von Ampere übertragen können. In der elektrischen Übertragung und Verteilung werden Gruppenschalter in Stromkreisen bis hin zu höchsten Spannungen eingesetzt.

Die Nachteile des Messerschalters liegen in der langsamen Öffnungsgeschwindigkeit und der Nähe des Bedieners zu freiliegenden, spannungsführenden Teilen. Metallgekapselte Sicherheitstrennschalter werden zur Trennung von Stromkreisen in der industriellen Energieverteilung eingesetzt. Manchmal sind federbelastete Hilfsklingen angebracht, die beim Öffnen kurzzeitig den vollen Strom führen und sich dann schnell trennen, um den Lichtbogen rasch zu löschen.

Ein DPDT-Schalter hat sechs Anschlüsse. Da die Polaritätsumkehr jedoch eine häufige Anwendung von DPDT-Schaltern ist, sind einige Varianten intern speziell für die Polaritätsumkehr verdrahtet. Diese Kreuzschalter haben nur vier statt sechs Anschlüsse: zwei Eingänge und zwei Ausgänge. Bei Anschluss an eine Batterie oder eine andere Gleichstromquelle wählt der Vierwegeschalter zwischen normaler und umgekehrter Polarität. Solche Schalter können auch als Zwischenschalter in einem Mehrwege-Schaltsystem zur Steuerung von Lampen mit mehr als zwei Schaltern verwendet werden.

Schiebeschalter sind mechanische Schalter, die einen Schieber verwenden, der sich von der offenen (Aus-)Position in die geschlossene (Ein-)Position bewegt (gleitet).

Der Begriff „Schalter“ hat sich mittlerweile auf eine Vielzahl elektronischer Bauteile ausgeweitet , die eine Schaltfunktion erfüllen, aber nicht rein mechanisch, sondern elektronisch durch aktive Bauelemente gesteuert werden . Diese werden im Artikel „Elektronischer Schalter“ kategorisiert . Elektromechanische Schalter (wie das traditionelle Relais , der elektromechanische Kreuzschalter und der Strowger-Schalter ) bilden eine Brücke zwischen diesen Kategorien.

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