Glossar

Das Produktportfolio von Kraus & Naimer beinhaltet zahlreiche Schaltgeräte und Zusatzeinrichtungen für den Niederspannungsbereich und bietet Schaltlösungen für verschiedenste sowie individuelle Anforderungen. Dieses Glossar dient zur Erläuterung der gängigsten Begriffe, die mit Schalttechnik und Schaltgeräten von Kraus & Naimer in Verbindung stehen.

1. Allgemeine und technische Begriffe

1.1 Niederspannung

In der elektrischen Energietechnik werden Stromnetze und -kreise je nach Höhe der maximalauftretenden elektrischen Spannung in unterschiedliche Bereiche eingeteilt. Der Niederspannungsbereich umfasst Wechselspannungen bis 1000 V und Gleichspannungen bis 1500 V.

1.2 Wechselspannung/-strom

Bei Wechselspannung bzw. Wechselstrom (AC, alternating current) ändern sich die jeweiligen Spannungs- und Stromwerte mit der Zeit und wiederholen sich periodisch. In der Elektrotechnik kommen hauptsächlich sinusförmige Wechselspannungen und –ströme zur Anwendung, wobei pro Periode zwei Nulldurchgänge stattfinden und sich neben der Stromstärke auch die Stromrichtung ändert. Für das gebräuchliche 50 Hz Niederspannungsnetz bedeutet das, dass sich pro Sekunde 50 Perioden wiederholen und somit 100 Nulldurchgänge stattfinden, in denen augenblicklich kein Strom fließt. Diese Charakteristik ist für Schaltvorgänge in Wechselstromkreisen vorteilhaft.

1.3 Gleichspannung/-strom

Bei Gleichspannung bzw. Gleichstrom (DC, direct current) bleibt die Spannungspolarität und Stromrichtung mit der Zeit gleich. Anders als bei Wechselstrom finden in einem geschlossenen Stromkreis somit keine Nulldurchgänge, sondern ein kontinuierlicher Stromfluss statt. Dadurch sind Schaltvorgänge in DC-Stromkreisen anspruchsvoller als in AC-Stromkreisen, denn die Schaltkontakte werden für längere Zeit mit einem auftretenden Schaltlichtbogen belastet, wodurch diese schneller verschleißen.

1.4 Schalter

in Schalter ist jene Baugruppe innerhalb eines elektrischen Stromkreises, das den Stromfluss entweder herstellt oder unterbricht und den jeweiligen Schaltzustand beibehält. Schalter werden in zahlreichen Bauarten mit bestimmten Funktionen für unterschiedlichste Zwecke hergestellt. Einige der wesentlichen Komponenten eines mechanischen Schaltgerätes sind die Schaltkontakte, die wie die anderen Elemente eines elektrischen Stromkreises aus leitfähigen Materialien bzw. geeigneten Metallen und Legierungen bestehen. Die Schaltkontakte werden durch spezielle mechanische Konstruktionen bewegt und in der jeweiligen Position bzw. Schaltstellung gehalten.

1.5 Schaltkontakt

Ein Schaltkontakt stellt unmittelbar die physische Verbindung zwischen Kontakten zur Schließung eines Stromkreises her, indem sich die Kontakte mit einer gewissen Kraft berühren. Eine ausreichend große Kontaktkraft ist notwendig, um den auftretenden elektrodynamischen Kräften entgegenzuwirken, da sich die Kontakte ansonsten abstoßen würden, insbesondere im Falle von Überströmen. Schaltkontakte werden sowohl mechanisch, elektrisch als auch thermisch stark beansprucht und müssen ihre Funktion für eine große Anzahl an Schaltspielen aufrechterhalten. Besonders der beim Trennen eines elektrischen Stromkreises entstehende Schaltlichtbogen gilt als herausfordernd und ist maßgeblich für den Verschleiß eines Schaltgerätes verantwortlich.

1.6 Schaltlichtbogen

Ein Schaltlichtbogen ist ein Phänomen, das unter bestimmten Voraussetzungen bei der Trennung von stromdurchflossenen elektrischen Kontakten entsteht. Besonders ausgeprägt ist der Schaltlichtbogen beim Abschalten von induktiven Lasten, wie beispielsweise Elektromotoren. Eine induktive Last weist die Eigenschaft auf, dass Energie in Form eines Magnetfeldes gespeichert wird. Diese im Magnetfeld gespeicherte Energie bewirkt, dass der Strom beim Ausschalten in Form eines Lichtbogens weiterfließt, und zwar so lange, bis eine ausreichende Trennstrecke zustande kommt bzw. bis die im Magnetfeld gespeicherte Energie durch den Lichtbogen und dessen Temperatur abgebaut ist. Die Temperatur des Lichtbogens beträgt mehrere tausend °C und wirkt somit zerstörerisch und verursacht Verschleiß. Kontaktmaterialien werden punktuell an der Oberfläche durch die hohe Temperatur verflüssigt und können unter Umständen auch miteinander versschweißen.

1.7 Lichtbogenlöschung

Um die Lichtbogenzeit während eines Ausschaltvorganges zu minimieren, werden zusätzliche konstruktive Maßnahmen getroffen, um den Lichtbogen effektiv zu löschen. Eine Variante ist beispielsweise mit sogenannten Funkenlöschkammern, die den Lichtbogen durch Metallbleche kühlen und ihm damit Energie entziehen. Eine andere Möglichkeit ist der Einsatz von speziellen ausgasenden Kunststoffen. Hierbei wird durch die Temperatur des Lichtbogens Hartgas aus den Kunststoffwänden der Schaltkammer freigesetzt, wodurch schließlich ein intensiver Kühleffekt entsteht und dem Lichtbogen wiederum Energie entzogen wird.

Um den Lichtbogen – vor allem in DC-Stromkreisen – gezielt in die Löschvorrichtung zu treiben, werden Permanentmagnete eingesetzt. Da auch ein Lichtbogen ein stromdurchflossener Leiter mit einem Magnetfeld ist, wird dieser durch die Permanentmagnete abgelenkt.

Neben den oben genannten Maßnahmen zur Lichtbogenlöschung ist bei Gleichstrom generell eine Verlängerung der Trennstrecke und eine kurze Ausschaltdauer erstrebenswert. Eine Verlängerung der Trennstrecke kann beispielsweise durch das serielle Verschalten von mehreren Kontakten realisiert werden, die gleichzeitig betätigt werden. Die notwendige Trennstrecke teilt sich dabei auf mehrere Kontaktunterbrechungen auf. Um die Trennstrecke möglichst schnell zu erreichen, werden auch Schnapprastenwerke eingesetzt, wobei der Schaltvorgang hierbei praktisch schlagartig stattfindet.

1.8 Brückenkontakt

Ein Brückenkontakt besteht aus einer beweglichen Kontaktbrücke und zwei feststehenden Kontaktstücken. Die Kontaktbrücke stellt dabei namensgebend die Verbindung zwischen den Kontaktstücken her, indem sie durch die Schaltmechanik bis zur Berührung mit einer bestimmten Kontaktkraft auf die feststehenden Kontaktstücke geführt wird. Durch die starre Kontaktbrücke erfolgt eine zweifache Unterbrechung des elektrischen Stromkreises. Dadurch wird mit einem gewissen Kontakthub eine doppelte Trennstrecke erreicht.

1.9 Messerkontakt

Ein Messerkontakt besteht grundsätzlich aus Kontaktfedern und einem Schaltmesser, wobei zur Kontaktherstellung das Schaltmesser zwischen mehrere Kontaktfedern eingeführt wird. Durch die gleitende Scherbewegung zwischen Schaltmesser und Kontaktfedern findet mit jeder Betätigung eine Selbstreinigung statt, wodurch Ablagerungen und korrodierte Schichten entfernt werden. Neben den selbstreinigenden Kontakten ist dieses Kontaktsystem gegen Vibrationen und elektrodynamische Abhebekräfte unempfindlich im Vergleich zu konventionellen Kontaktsystemen.

2. Schalter- und Produktarten

2.1 Trennschalter

Als Trennschalter werden mechanische Schaltgeräte bezeichnet, die Betriebsmittel oder Anlagenteile von einem Stromnetz trennen. Trennschalter müssen über ausreichend große Trennstrecken bzw. Luft- und Kriechstrecken verfügen, damit ungewollte Inbetriebnahmen verhindert werden, beispielsweise bei Überspannungswellen oder verschmutzten Kriechwegen. Trennschalter sind nicht zum Schalten von Strömen vorgesehen, sondern werden erst betätigt, wenn Stromkreise bereits durch andere Vorrichtungen unterbrochen wurden, etwa durch Leistungs-, Lastschalter oder Sicherungen.

Ein Trennschalter kann einen Stromkreis öffnen und schließen, wenn entweder nur ein vernachlässigbarer Strom aus- oder eingeschaltet wird oder wenn keine wesentliche Spannungsänderung zwischen den Anschlüssen jedes Trennschalterpols auftritt. Er kann Ströme unter Betriebsbedingungen dauernd und unter außergewöhnlichen Bedingungen wie Kurzschluss während einer festgelegten Zeit führen.

2.2 Lastschalter

Lastschalter eignen sich – anders als reine Trennschalter – zum Schalten von stromdurchflossenen Betriebsmitteln und Anlagenteilen im ungestörten Zustand, wenn diese ihren Betriebsstrom führen. Da diese Schalter namensgebend unter Last geschaltet werden und Schaltlichtbogen auftreten können, verfügen diese über diverse Vorkehrungen zur Lichtbogenlöschung.

2.3 Lasttrennschalter

Lasttrennschalter vereinen die Funktionen von Last- und Trennschaltern. Ein Lasttrennschalter erfüllt also die Trennfunktionen – wie etwa entsprechend dimensionierte Luft- und Kriechstrecken sowie eindeutige Schaltzustandsanzeigen – und weist darüber hinaus ein gewisses Schaltvermögen auf. Als Schaltvermögen wird allgemein die Fähigkeit bezeichnet, fließende Ströme zu schalten, wobei sich das Schaltvermögen eines Schaltgerätes je nach Lastfall unterscheidet. Die unterschiedlichen Belastungsfälle sind normativ geregelt und werden verschiedenen Gebrauchskategorien zugeordnet. Als Gebrauchskategorie ist wiederum eine Kombination aus einer Reihe von unterschiedlichen Anforderungen zu verstehen, die ein entsprechendes Schaltgerät erfüllen muss.

2.4 Direkt betätigte Schalter

Schalter können prinzipiell auf unterschiedliche Arten betätigt werden. Direkt betätigte Schalter werden manuell von einer bedienenden Person geschaltet. Auch für die Arten der direkten Betätigung bestehen zahlreiche Varianten, wie beispielsweise Dreh- und Schlüsselschalter oder Kippschalter.

2.5 Drehschalter

Drehschalter werden allgemein durch eine Drehbewegung betätigt, wobei diese Drehbewegung durch unterschiedliche Mechanismen umgewandelt und an die Schaltkontakte übertragen wird. Drehschalter können entlang des Drehwinkels mehrere Schaltstellungen aufweisen und – je nach Bauart – auch mehrere Stromkreise bzw. Kontakte schließen oder öffnen.

2.6 Nockenschalter

Nockenschalter sind Drehschalter, wobei die zur Betätigung stattfinde Drehbewegung durch Nocken an die beweglichen Teile der Schaltkontakte übertragen wird. Durch eine einzelne Nocke können auch mehrere Schaltkontakte innerhalb von geometrischen Grenzen unterschiedlich geschaltet werden. Durch die modulare Bauweise der Kraus & Naimer Nockenschalter, bei der mehrere Schaltkörper gestapelt und durch zahlreiche Zusatzeinrichtungen erweitert werden können, lassen sich mechanische Schaltgeräte für unzählige Anwendungen konfigurieren. Neben einfachen ein- und mehrpoligen Ein-/Ausschaltern sind auch Umschalter, Stufenschalter, Motorschalter oder Steuerschalter sowie viele weitere Schaltungen realisierbar.

2.7 Hauptschalter (Kompaktschalter)

Hauptschalter erfüllen die Funktion, Anlagenteile oder Betriebsmittel bzw. Maschinen mit der Stromversorgung zu verbinden oder zu trennen. Für Hauptschalter hat sich eine Bauweise etabliert, in der die drei Pole einer dreiphasigen Wechselstromversorgung innerhalb einer besonders kompakten Konstruktion zeitgleich geschaltet werden. Darüber hinaus bestehen auch vierpolige Ausführungen für Anwendungen, in denen der Neutralleiter ebenfalls geschaltet wird, wobei der Neutralleiterkontakt zeitversetzt öffnet und schließt. Hauptschalter sind Lasttrennschalter und verfügen im Verhältnis zu ihrer Größe über hohe Schaltvermögen. Die kompakten Hauptschalter von Kraus & Naimer verfügen sowohl beim Öffnen als auch beim Schließen über eine kraft- und zwangsöffnende Führung der Schaltkontakte und sind in einem umfangreichen Baukastensystem mit zahlreichen Funktionserweiterungen bzw. Zusatzeinrichtungen eingebettet.

2.8 Zusatzeinrichtungen

Die Zusatzeinrichtungen als Teil des typenübergreifenden Baukastensystems von Kraus & Naimer ermöglichen verschiedenste Funktionserweiterungen für unsere Schaltgeräte. Neben vielen Varianten von Sperrvorrichtungen, Schlüsseleinrichtungen, Türkupplungen oder Gehäusen beinhaltet der Baukasten auch viele weitere Lösungen für spezielle Anwendungen, wie beispielsweise diverse Leuchtgriffe, Verriegelungssysteme oder Sonderantriebe.

2.9 Befehls- und Meldegeräte

Befehls- und Meldegeräte sind im Grunde genommen Ein- und Ausgabegeräte, um Maschinen und Geräte zu bedienen und um Rückmeldungen über diverse Maschinenzustände zu erhalten. Als Befehlsgeräte kommen diverse Taster und Schalter mit geringen Schaltvermögen oder Potentiometer zum Einsatz und dienen als elektrische Signalgeber für Steuerungseinheiten. Als Meldegeräte kommen diverse Leuchtmittel zum Einsatz, wobei diese als optische Signalgeber für das Bedienpersonal dienen. Auch Kombinationen aus Befehls- und Meldeeinheiten innerhalb eines Gerätes sind verfügbar. Das umfangreiche Sortiment an Befehls- und Meldegeräten von Kraus & Naimer bietet  Lösungen für die verschiedensten Anwendungen.