Ratgeber
So erstaunlich es auch klingen mag: Mit einem Endschalter hat jeder von uns tagtäglich zu tun. Er findet sich in einem der wichtigsten Küchengeräte, dem Kühlschrank. Denn sobald die Kühlschranktür geöffnet wird, aktiviert ein solches Schaltelement die Innenbeleuchtung. Beim Schließen der Tür erlischt sie wieder. Trotz – oder gerade wegen – ihrer technischen Einfachheit gehören Endschalter zu den wichtigsten elektromechanischen Bauteilen. Erfahren Sie hier, wie sie funktionieren und welche Typen und Bauarten es gibt.
In der Elektrotechnik ist ein Endschalter ein Schaltelement, der durch die Bewegung eines Maschinenteils oder die Anwesenheit eines Gegenstands betätigt wird. Es handelt sich somit um einen Sensor. Bei einem konventionellen Kühlschrank ist dieser „Maschinenteil“ die Tür. Wird sie geöffnet, springt der unter Federspannung stehende Stößel des Schalters in seine Neutrallage zurück und schließt dabei mechanisch den Stromkreis zur Innenbeleuchtung, die Lampe geht an. Beim Schließen der Tür wiederum drückt ein Teil des Türrahmens auf den Stößel, der daraufhin die Stromzuführung zur Innenbeleuchtung unterbricht.
Funktional gesehen bieten Endschalter die klassischen Schaltvorgänge Schließen, Öffnen und Wechseln. Letzteres bedeutet, dass der Schalter beim Betätigen des Stößels einen Stromkreis schließt und einen anderen öffnet. Der umgekehrte Fall ist ebenso möglich. Neben der gängigen Bezeichnung Endschalter werden diese Schalter vielfach auch unter den Begriffen Positionsschalter, Endlagenschalter oder Grenztaster verkauft.
Aufgrund ihrer physischen Robustheit, einfachen Installation und zuverlässigen Funktionsweise finden sich Endschalter in einer Vielzahl von Anwendungen und Umgebungen. Sie können die An- oder Abwesenheit, das Passieren, die Positionierung und das Ende der Bewegung eines Objekts bestimmen. Sie wurden zuerst verwendet, um die Verfahrgrenze eines Objekts zu definieren, daher auch die Bezeichnung "Endschalter".
Miniatur-Endschalter beziehungsweise Mikroschalter lassen sich beispielsweise in Fotokopierern, Computerdruckern, Cabrioverdecken oder Mikrowellenöfen als Grenztaster verwenden. Sie stellen sicher, dass sich die internen Komponenten in der richtigen Betriebsposition befinden. Außerdem verhindern sie den Betrieb, wenn Zugangstüren geöffnet werden.
Ein Satz einstellbarer Endschalter wird beispielsweise an einem Garagentoröffner installiert, um den Motor abzuschalten, wenn das Tor die vollständig angehobene oder vollständig abgesenkte Position erreicht hat. Eine numerisch gesteuerte Maschine verfügt über Endschalter, um die Höchstgrenzen für Maschinenteile zu identifizieren oder einen bekannten Referenzpunkt für inkrementelle Bewegungen bereitzustellen.
In der DIN EN 50041 sind End- beziehungsweise Positionsschalter genormt. Wichtig ist diese Norm nicht nur hinsichtlich der beschriebenen Maße und der erforderlichen Kennwerte, sie enthält auch Beschreibungen der unterschiedlichen Bedienteile bei Positionsschaltern. Dazu gehören:
Schwenkhebel (Form A)
gerundeter Kuppenstößel (Form B)
Rollenstößel (Form C)
Stangenhebel und Rollenhebel (Form D)
Seitenschalterkopf mit Kuppenstößel (Form F)
Seitenschalterkopf mit Rollenstößel (Form G)
In nur wenigen Fällen – bei einem Kühlschrank zum Beispiel – wird ein Endgerät wie eine Lampe oder ein Magnetventil direkt durch die Kontakte eines Endschalters gesteuert. Typischerweise erfolgt die Verdrahtung über ein Steuerrelais, eine Motorschütz-Steuerschaltung oder als Eingang zu einer speicherprogrammierbaren Steuerung. Genutzt wird dabei die so genannte galvanische Trennung der Stromkreise. Eine solche Entkopplung ist essentiell für sehr viele elektromechanische Anwendungen, nachfolgend deshalb eine kurze Erklärung dieser Technik.
Unter einer galvanischen Trennung wird ein Prinzip zur Entkopplung von Funktionsteilen elektrischer Systeme verstanden. Ein direkter Leitungspfad ist nicht vorhanden. Energie oder Informationen können zwischen den Teilen allerdings immer noch auf andere Weise ausgetauscht werden, zum Beispiel durch Kapazität, Induktion oder elektromagnetische Wellen, aber auch durch optische, akustische oder mechanische Mittel.
Die galvanische Trennung wird immer dort eingesetzt, wo zwei oder mehr Stromkreise miteinander kommunizieren müssen, deren Masse aber auf unterschiedlichen Potentialen liegen soll. Bei Endschaltern ist es häufig so, dass sie beim Auslösen des Schaltvorgangs relativ hohe induktive Lasten wie Motoren in Gang setzen. Die Stromversorgung der Last direkt durch den Endschalter zu leiten ist allein schon aus Sicherheitsgründen nicht zu empfehlen. Denn es kann passieren, dass Strom durch den Körper einer Person auf die Erde gelangt. In solchen Fällen greift die galvanische Trennung: Endschalter und Last befinden sich in zwei völlig voneinander getrennten Stromkreisen.
Praktisch umgesetzt wird die Trennung durch ein Relais. Nach Anlegen einer relativ niedrigen Steuerspannung an den im Relais vorhandene Elektromagneten – bereitgestellt etwa durch das Schließen oder Öffnen eines Endschalters – wird deren Anker angezogen beziehungsweise abgestoßen und die mit dem Anker verbundenen Kontakte zu einem anderen Stromkreis entweder geschlossen oder geöffnet.
FAQ – häufig gestellte Fragen
Gibt es auch Endschalter für explosionsgefährdete Umgebungen?
Endschalter für explosionsgefährdete Umgebungen sind in der Regel einpolige Mikroschalter mit robusten Aluminiumgehäusen. Diese Abdeckungen sind so konstruiert, dass sie inneren Explosionen standhalten und entstehende Gase abkühlen können. Typische Schalter verfügen überwiegend über externe Rollenhebel, die eine 360-Grad-Einstellung ermöglichten.
Mit bis zu welchen Spitzenspannungen und -strömen lassen sich Endschalter belasten?
End- oder Positionsschalter können sowohl Gleichspannungen als auch Wechselspannungen schalten, da sie lediglich auf mechanischem Weg einen elektrischen Kontakt herstellen. Die Standfestigkeit hängt von der Güte der Kontaktflächen ab, wobei hohe Spannungen und Ströme aufgrund der bei mechanischen Schaltvorgängen möglichen Funkenbildung nachteilig sind. Die weitaus meisten angebotenen Endschalter sind für 230-Volt-Haushaltsstrom ausgelegt, es gibt aber auch Typen, die bis zu 500 Volt schalten können. Hinsichtlich der maximalen Stromstärke dominieren Ausführungen bis zu 6 Ampere, einige wenige Modelle können aber auch mit bis zu 16 Ampere belastet werden.
Sind Endschalter grundsätzlich wetterfest?
Grundsätzlich nicht, aber die allermeisten angebotenen Schalter entsprechen den Schutzarten IP65, IP66 und IP67. Sie sind damit generell staubdicht und bieten einen vollständigen Schutz gegen die Berührung stromführender Teile. Während die IP-Klassen 65 und 66 auch gegen Strahlwasser geschützt sind, bietet die Schutzart 67 sogar den Schutz gegen zeitweiliges Untertauchen. Für besonders harsche Umgebungen, zum Beispiel in der Landwirtschaft oder bei Straßenfahrzeugen, sind auch Endschalter der IP-Schutzklasse 6K9K erhältlich. Diese Bauteile sind einerseits staubdicht und gegen Berührungen geschützt, andererseits widerstehen sie auch Wasser aus Hochdruck- und Dampfstrahlreinigern.
Wie viele Öffner beziehungsweise Schließer kann ein Positionsschalter enthalten?
Es gibt Endschalter, die jeweils nur einen Öffner, einen Schließer oder einen Wechsler enthalten. Die weitaus meisten der angebotenen Positionsschalter verfügen allerdings über gleich mehrere Kontaktelemente fürs Öffnen, Schließen und Wechseln und sind damit deutlich flexibler einsetzbar. Die Höchstgrenze liegt bei zwei Wechslern, drei Schließern und vier Öffnern.