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Auch bekannt als "Miniatur-Sprungschalter", Mikroschalter sind kleine Schaltelemente, die in zahlreichen elektrischen Geräten und Anbauteilen Platz finden. Sie werden verwendet, um durch eine mechanische Belastung Strom zwischen zwei Flusszweige zu schalten oder elektrische Verbraucher hinter dem Schalter an- oder auszuschalten...

           

           

Mikroschalter

Was sind Mikroschalter?

Mikroschalter, auch bekannt als "Miniatur-Sprungschalter", sind kleine Schaltelemente, die in zahlreichen elektrischen Geräten und Anbauteilen Platz finden. Sie werden verwendet, um durch eine mechanische Belastung Strom zwischen zwei Flusszweige zu schalten oder elektrische Verbraucher hinter dem Schalter an- oder auszuschalten. So befinden sich Mikroschalter beispielsweise unterhalb der Tasten einer Computermaus, in Türschlössern oder in einem mobilen Türöffner eines PKW. Häufig werden sie genutzt, um sicherzustellen, dass eine Tür geschlossen oder ein Bolzen eingerastet ist. Das Objekt drückt gegen das Bedienelement des Schalters und schließt oder öffnet damit einen Kontakt in einem Stromkreis.

Das Hauptmerkmal von Mikroschaltern ist ihre Fähigkeit, mit minimaler physischer Krafteinwirkung Strom zu schalten. Daher eignen sich Mikroschalter perfekt für Schaltvorgänge, die mit einem Finger ausgelöst werden sollen. Aber auch für das Messen geringer Drücke können sie eingesetzt werden. So kann mit einem Mikroschalter beispielsweise gemessen werden, ob ein System ordnungsgemäß mit einem Luft- oder Gasstrom versorgt wird.

Wechselt ein Mikroschalter seinen Schaltzustand, wird das durch ein haptisches Feedback sowie durch ein charakteristisches Klicken deutlich. Mikroschalter können an allen erdenklichen Oberflächen befestigt werden. Sie können sowohl auf Platinen eingelötet oder mit Hilfe eines Schraubmechanismus befestigt werden.

Mikroschalter sind eine kostengünstige Lösung zur Schaltung elektrischer Bauteile und überdauern bis zu 20 Millionen Schaltzyklen. Das macht Mikroschalter geeignet für industrielle Anwendungen und in Automobilen, da in diesen Bereichen eine lange Lebensdauer gefordert ist.

Die Funktion eines Mikroschalters testen

Die meisten Mikroschalter sind federnde Schalter. Das heißt, nach der Betätigung des Bedienelementes holt ein Federmechanismus es wieder in seine ursprüngliche Position zurück. Solange der Schalter betätigt wird, bewegt eine Flachfeder die Kontakte in dem Schalter, so dass der Schalter während dieser Zeit den ruhelosen Schaltzustand einnimmt. Ein Mikroschalter hat hierzu drei Verbindungspunkte, die durch eine Kombination von Großbuchstaben bezeichnet werden.

  • C steht für Common
  • N/O für Normally Open
  • N/C für Normally Closed

Am Common Terminal (C-Terminal) liegt der Strom an. Ob ein alter Mikroschalter ausgedient hat, können Sie ganz einfach mit einem Multimeter testen. Vorausgesetzt, Sie haben den Mikroschalter hierzu fachmännisch und sicher aus seinem eigentlichen Stromkreis entfernt, legen Sie das Multimeter an den Terminals C und N/C an, während sich der Hebelarm in Ruhestellung verbindet. Liegt hier ein Strom an, bewegen Sie den Hebelarm und testen auf die gleiche Weise die Terminals C und N/O.

Eigenschaften eines Mikroschalters und Kaufkriterien

Das Betätigungselement

Mikroschalter können mit verschiedenen Bedienelementen ausgestattet werden. Am häufigsten findet man Modelle mit einem Druckknopf oder mit einem Handhebel vor. Doch gibt es auch beispielsweise sogenannte Rollen-Betätiger, die ab dem Moment schalten, wenn die aufgebrauchte Rolle eine vordefinierte Wegstrecke abgespult hat.

Art der Anschlussklemmen

Mikroschalter können auf sehr unterschiedliche Art und Weise montiert werden. So gibt es Modelle zum Einlöten auf einer Leiterplatine, zur Anbringung über einen Schraubmechanismus oder zum Stecken auf einem Breadboard.

Spannung und Strombelastung

Ein wichtiges Kaufkriterium für einen Mikroschalter ist der maximale Schaltstrom sowie die Schaltspannung. Die Angabe 250 V/AC 10(4)A sagt aus, dass Schalter bei einer Betriebsspannung von maximal 250 VAC eine ohmsche Last von maximal 10 Ampere und eine induktive Last von maximal 4 Ampere bedienen können. Sie müssen also sicherstellen, dass die Verbraucher nach dem Schalter diese Lastgrenzen nicht überschreiten.

Schaltfunktion

Bezeichnungen wie Ein/(Aus) oder Ein/(Ein) kennzeichnen das Schaltverhalten eines vorverdrahteten Mikroschalters. Die erste Angabe bestimmt das Verhalten in Ruhestellung, die zweite Angabe in Klammern das Verhalten bei betätigtem Schalter.

Bei einem Mikroschalter mit der Bezeichnung Ein/(Aus) ist der Kontakt in der Ruhestellung geschlossen. Bei der Betätigung des Schalters wird der Kontakt unterbrochen. Der Schalter ist ein „Öffner“.

Bei einem Mikroschalter mit der Bezeichnung Aus/(Ein) ist der Kontakt in der Ruhestellung geöffnet. Erst bei Betätigung des Schalters wird der Kontakt geschlossen und ein Stromfluss ermöglicht. Der Schalter ist ein „Schließer“.

Ein Schalter mit der Bezeichnung Ein/(Ein) schließt in beiden Schaltzuständen einen Kontakt und wird dazu verwendet, abwechselnd zwei unterschiedliche Schaltungswege mit Strom zu versorgen. Einer der beiden Terminals N/O und N/C wird immer mit Strom versorgt. Der Schalter ist ein „Wechsler“.

Ein Mikroschalter kann mehrere Bedienungselemente kombinieren. So kann ein Mikroschalter mit der Schaltfunktion 2x Aus/(Ein) etwa zwei Bedienhebel haben, die gleichzeitig bedient werden müssen, um ein durchgängiges Schließen eines Kontaktes zu ermöglichen. Der Mikroschalter hat zwei getrennte Kontakte, die mit zwei verschiedenen Bedienelementen geschalten werden können.

Die Kontaktart

Aus der Schaltfunktion des Mikroschalters geht seine Kontaktart hervor. Grundsätzlich unterscheidet man zwischen Öffnern und Schließern. Der Öffner unterbricht den Stromkreis, wenn er geöffnet wird, verbindet also standardmäßig das C-Terminal mit dem N/O-Terminal. Solange sich der Schalter in seiner Ruhelage befindet, wird ein Kontakt hergestellt. Daher wird diese Art von Schalter auch Ruhekontakt genannt.

Ein Schließer hingegen schließt den Stromkreis erst bei Betätigung. In seiner Ruhelage verbindet er das C-Terminal mit dem N/C-Terminal. Da der Schließer erst dann das N/O-Terminal anspricht, wenn er betätigt wird, wird ein Schließer auch Arbeitskontakt genannt.

Ein Wechsler schließt je nach Schaltzustand den Kontakt mit entweder dem N/C oder dem N/O-Terminal, versorgt jedoch grundsätzlich immer eine der beiden Abzweigungen mit Strom.

Die Betätigungs- und Freigabekraft

Der Wert für die Betätigungskraft sagt aus, wie viel physischer Kraftaufwand in Newton notwendig ist, um den Schalter auszulösen und somit den Schaltzustand zu verändern.

Die Freigabekraft sagt aus, wie viel Kraft freigegeben wird, wenn der Schalter wieder losgelassen wird.

Das Kontaktmaterial

Die Art des zu wählenden Kontaktmaterials hängt im Wesentlichen von der gewünschten Lebensdauer des Mikroschalters ab. Sie haben die Wahl zwischen den Materialien Gold, Silber, Messing und Nickel sowie diversen Legierungen.

Die Lebensdauer

Die Lebensdauer gibt die Mindestzahl von Schaltzyklen innerhalb der spezifischen Werte an. Sie ist von zahlreichen Faktoren abhängig, darunter

  • Höhe von Schaltstrom und Schaltspannung
  • Lastart (etwa ohmsche, induktive, kapazitive oder Lampenlast)
  • Wahl der Werkstoffe für Betätigungselement und Betätiger
  • Betätigungsart und -geschwindigkeit
  • Schaltfrequenz (in Schaltspielen pro Minute)
  • Vorlauf- und Nachlaufweg
  • Umweltfaktoren wie Klima oder Schadgase in der Umgebung

Unterschieden werden zudem mechanische und elektrische Lebensdauer. Die mechanische Lebensdauer gibt an, wie oft ein Schalter ohne elektrische Last betätigt werden kann. Die elektrische Lebensdauer gibt die Lebensdauer des Schalters unter Nennspannung, Nennstrom und Widerstandslast bei 23 °C Umgebungstemperatur an.

Maximale Schaltfrequenz

Die maximale Schaltfrequenz gibt Auskunft darüber, wie oft in der Minute ein Schalter maximal pro Minute betätigt werden kann. Eine Betätigung umfasst hier ein gesamtes Schaltspiel, von der anfänglichen Betätigung bis zur Rückkehr in die Ruhelage des Bedienelementes. Angegeben wird dies in "Schaltspielen pro Minute".

Umgebungstemperatur

Die minimale und maximale Temperaturgrenze definiert die Ober- und Untergrenze der Umgebungstemperatur, in welcher der Schalter ordnungsgemäß in Betrieb genommen werden kann. Die meisten Mikroschalter können weit unterhalb des Gefrier- und weit oberhalb des Siedepunktes von Wasser betrieben werden.

Gehäusematerial

Zur Robustheit und somit zur Lebensdauer des Mikroschalters trägt die Wahl des Gehäusematerials bei. Die meisten Mikroschalter werden mit Fiberglasgehäusen ausgeliefert. Kautschuk etwa ist besonders stoß- und vibrationssicher und wird daher häufig in anspruchsvollen Betriebsumgebungen gewählt.

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