Schakelaars zijn basisonderdelen van elk elektrisch en elektronisch systeem en werken in twee standen: AAN (gesloten) of UIT (open). Ze regelen stroom, signalen en veiligheid, van kleine drukknoppen tot grote industriële stroomonderbrekers. Met veel typen, contacten en beoordelingen geeft dit artikel duidelijke, gedetailleerde informatie over hun categorieën, werking, materialen en juiste installatie.
C
Switch overzicht
Een schakelaar is een van de meest fundamentele componenten in elektronica en elektrische systemen. Het werkt als een binair apparaat, wat betekent dat het slechts twee hoofdtoestanden heeft: Gesloten (AAN): het circuit is voltooid, waardoor er stroom kan vloeien. Open (UIT): Het circuit wordt onderbroken, waardoor de stroom wordt onderbroken.
Deze basiswerking maakt schakelaars essentieel voor het regelen van stroom, signalen en veiligheid in zowel laagspanningselektronica als hoogspanningsdistributiesystemen. Of het nu gaat om een kleine drukknop op een printplaat of een grote stroomonderbreker in een industrieel paneel, het principe is hetzelfde.
Belangrijkste categorieën schakelaars
• Handmatige schakelaars - Rechtstreeks bediend door een persoon. Zoals lichtschakelaars, tuimelschakelaars, drukknoppen.
• Automatische schakelaars - Geactiveerd door externe omstandigheden zoals beweging, druk of temperatuur. Zoals vlotterschakelaars, eindschakelaars en thermostaten.
• Elektronische (solid-state) schakelaars - Gebruik halfgeleiders om de stroom te regelen zonder onderdelen te verplaatsen. Zoals MOSFET's, relais en optocouplers.
Soorten handschakelaars
• Tuimelschakelaars
Tuimelschakelaars zijn met een hendel bediende apparaten die kunnen worden gehandhaafd door in de AAN- of UIT-stand te blijven totdat ze worden gewijzigd, of kortstondig, waarbij de hendel terugveert na het loslaten. Ze worden gebruikt in verlichtingssystemen, autodashboards en bedieningspanelen voor machines. Hun grootste voordeel ligt in hun duurzaamheid en de duidelijke AAN/UIT-feedback die ze geven, waardoor ze een van de meest herkenbare en betrouwbare schakelaartypes zijn.
• Drukknop schakelaars
Drukknopschakelaars worden geactiveerd door op te drukken en zijn verkrijgbaar in zowel kortstondige als onderhouden versies. Een deurbel is een eenvoudig voorbeeld van een kortstondige drukknop, terwijl sommige elektronische apparaten onderhouden drukknoppen gebruiken waarbij de ene druk het apparaat AAN en de andere UIT zet. In veiligheidstoepassingen dienen drukknoppen met paddenstoelenkop als noodstopschakelaars. Door hun compacte formaat, intuïtieve bediening en geschiktheid voor veelvuldig gebruik worden ze veel gebruikt in liften, elektronica en bedieningsstations.
• Keuzeschakelaars
Keuzeschakelaars zijn draai- of hendelbediend en hebben meerdere vaste standen, zodat de gebruiker kan kiezen tussen verschillende modi of bewerkingen. Ze worden vaak gezien in industriële bedieningspanelen, HVAC-systemen en machines die meerdere operationele instellingen vereisen. Het belangrijkste voordeel van keuzeschakelaars is hun vermogen om meerdere keuzes te bieden binnen één besturingseenheid, terwijl ze duidelijke visuele en tactiele feedback geven voor elke positie.
• Joystick schakelaars
Joystickschakelaars zijn meerassige bedieningsapparaten waarbij beweging in verschillende richtingen afzonderlijke contacten activeert. Ze zijn vereist in toepassingen zoals kranen, robotica en industriële machines, waar nauwkeurige multidirectionele besturing vereist is. Joysticks worden ook gebruikt bij het gamen en bieden intuïtieve bediening voor complexe bewegingen. Hun belangrijkste voordeel is de mogelijkheid om meerdere functies met één schakelaar te bedienen, waardoor ze zowel efficiënt als veelzijdig zijn.
Soorten bewegingsbediende schakelaars
• Eindschakelaars
Eindschakelaars zijn mechanische apparaten die worden geactiveerd door direct contact met een bewegend machineonderdeel, zoals een transportband die zijn eindpunt bereikt. Ze zijn robuust, betrouwbaar en worden veel gebruikt in CNC-machines, liften en veiligheidssystemen.
• Naderingsschakelaars
Nabijheidsschakelaars detecteren objecten zonder contact. Inductieve typen detecteren metalen, capacitieve typen detecteren kunststoffen of vloeistoffen en optische sensoren gebruiken lichtstralen. Deze zijn fundamenteel in robotica en geautomatiseerde lijnen, waar contactloze detectie de snelheid en duurzaamheid verhoogt.
Soorten processchakelaars
• Snelheidsschakelaars
Snelheidsschakelaars bewaken de rotatie of beweging van machines. Centrifugaal- of toerentellerschakelaars kunnen oversnelheid detecteren en uitschakelingen activeren om motoren, turbines of transportbanden te beschermen tegen schade.
• Drukschakelaars
Drukschakelaars gebruiken membranen, zuigers of balgen om veranderingen in de lucht-, vloeistof- of gasdruk te detecteren. Een bekend voorbeeld is een luchtcompressor die uitschakelt wanneer de maximale druk is bereikt. Ze zijn ook van cruciaal belang in hydraulische en pneumatische systemen.
• Temperatuur schakelaars
Temperatuurschakelaars zijn afhankelijk van bimetalen strips, lamp- en capillaire mechanismen of elektronische sensoren om circuits bij specifieke temperaturen te openen of te sluiten. HVAC-thermostaten zijn het meest bekende voorbeeld, maar ze worden ook gebruikt in industriële kachels en koelsystemen.
• Niveau-schakelaars
Niveauschakelaars detecteren de aan- of afwezigheid van vloeistoffen of vaste stoffen in tanks en silo's. Technologieën omvatten drijvers, geleidende sondes, peddels en zelfs nucleaire sensoren voor extreme omstandigheden. Ze bevinden zich in waterbehandeling, chemische verwerking en opslag van bulkmateriaal.
• Stroming schakelaars
Stromingsschakelaars meten de beweging van vloeistoffen of gassen in pijpleidingen. Peddel- of schoepschakelaars reageren op stroomonderbrekingen, terwijl drukverschilsensoren veranderingen over een beperking bewaken. Deze schakelaars helpen pompen, ketels en procesleidingen te beschermen tegen schade.
Wissel contacttypes: NEE versus NC
Normaal Open (NEE)
Een normaal open contact blijft in niet-bediende toestand open, wat betekent dat er geen stroom vloeit totdat de schakelaar wordt geactiveerd. Wanneer ze worden bediend, sluiten de contacten en laten ze stroom door. Een eenvoudig voorbeeld is een deurbelknop, waarbij het indrukken van de knop het circuit voltooit en de gong activeert. Er worden GEEN contacten gebruikt in startknoppen, momentbedieningen en signaalgevers.
Normaal gesloten (NC)
Een normaal gesloten contact is het tegenovergestelde. Het blijft gesloten in zijn niet-geactiveerde toestand, waardoor stroom onder normale omstandigheden kan vloeien. Wanneer ze worden bediend, openen de contacten zich en onderbreken ze het circuit. Een bekend voorbeeld is een veiligheidsvergrendelingsschakelaar op een machinedeur. Wanneer de deur wordt geopend, onderbreekt het NC-contact het circuit om de machine uit te schakelen voor de veiligheid van de operator. NC-contacten worden vaak gebruikt in noodstops, alarmen en fail-safe systemen.
Wissel configuraties
| Looptijd | Betekenis | Voorbeelden & Toepassingen |
|---|---|---|
| Pool | Een onafhankelijk circuitpad dat een schakelaar kan aansturen. | SP (Single Pole): Bestuurt één circuit. DP (Double Pole): Bestuurt twee circuits tegelijkertijd. |
| Werpen | Aantal beschikbare uitgangspaden per pool. | ST (Single Throw): Verbindt of ontkoppelt slechts één uitgang. DT (Double Throw): Maakt het mogelijk om tussen twee uitgangen te schakelen. |
| SPST | Enkelvoudige worp, enkelvoudige worp. | Eenvoudige AAN/UIT-regeling, zoals wandlampschakelaars. |
| SPDT | Enkelpolige, dubbele worp. | Gebruikt als omschakelschakelaar, die een circuit tussen twee paden stuurt. |
| DPDT | Dubbele paal, dubbele worp. | Vaak gebruikt om de polariteit in DC-motoren om te keren. |
| Make-voor-pauze | Er wordt een nieuwe verbinding gemaakt voordat de oude wordt verbroken. | Te vinden in draaikeuzeschakelaars, die zorgen voor een continue verbinding. |
| Break-voor-maken | De oude verbinding wordt verbroken voordat er een nieuwe wordt gemaakt. | Gebruikt in veiligere ontwerpen om kortsluiting of overlappingen te voorkomen. |
Verwissel contactmaterialen en afgedichte typen
Contacten met zilver en cadmium
Sterk tegen oxidatie en het beste voor stroomcircuits. Komt vaak voor in relais, stroomonderbrekers en zware schakelaars.
Gouden contacten
Bestand tegen corrosie en zorgen voor schone signalen bij lage stromen. Gebruikt in elektronica en telecom, maar ongeschikt voor hoog vermogen.
Mercury kantelschakelaars
Afgedicht ontwerp met vloeibaar kwik om contacten te sluiten wanneer ze worden gekanteld. Betrouwbaar en onderhoudsarm, maar oriëntatiegevoelig en beperkt.
Reed-schakelaars
Magneetbediende contacten afgedicht in glas. Duurzaam in trillingsgevoelige opstellingen, vaak gebruikt in alarmen, sensoren en relais.
Schakelaarclassificaties en elektrische prestaties
AC- versus DC-classificaties
AC-schakelaars kunnen hogere stromen aan omdat de nuldoorgang op natuurlijke wijze bogen dooft. DC-bogen gaan langer mee, dus DC-geclassificeerde schakelaars hebben sterkere, grotere contacten nodig.
Inductieve belastingen en vonken
Motoren, relais en solenoïdes creëren spanningspieken die contactvonken veroorzaken. RC-dempers (weerstand + condensator) over de contacten verminderen slijtage en verlengen de levensduur van de schakelaar.
Nat wordende stroom
Schakelaars hebben een minimale stroom nodig om contacten te reinigen door middel van micro-arcing. Voor zeer lage signalen worden vergulde contacten gebruikt om oxidatie en weerstandsopbouw te voorkomen.
Contact stuiteren in schakelaars
| Aspect | Beschrijving |
|---|---|
| Wat het is | Snel openen en sluiten van contacten gedurende enkele milliseconden voordat ze tot rust komen. |
| Onschadelijke gevallen | Circuits met trage respons, waar extra pulsen er niet toe doen. |
| Problematische gevallen | Digitale of logische schakelingen interpreteren stuiters ten onrechte als meerdere ingangen. |
| Hardware-oplossingen | Mechanische demping, RC laagdoorlaatfilters, Schmitt triggercircuits. |
| Software-oplossingen | Software-debouncing in microcontrollers en embedded systemen. |
Tips voor het installeren van schakelaars
• Zorg ervoor dat de spanning en stroomwaarden van de schakelaar precies overeenkomen met het circuit om oververhitting of voortijdige uitval te voorkomen.
• Gebruik afgedichte of beschermde contacten in vochtige, stoffige of corrosieve omgevingen om de betrouwbaarheid op lange termijn te behouden.
• Breng RC-snubbers aan op inductieve belastingen zoals motoren, relais of solenoïdes om vonken te onderdrukken en de levensduur van het contact te verlengen.
• Kies vergulde contacten voor signalen met een zeer lage stroomsterkte of logisch niveau om oxidatie te voorkomen en een schone schakeling te garanderen.
• Voeg hardwarefiltering of software-debouncing toe in digitale circuits om valse triggers veroorzaakt door contact bounce te elimineren.
Conclusie
Schakelaars zien er misschien eenvoudig uit, maar hun ontwerp en prestaties zijn eenvoudig. Het type contact, de configuratie, het materiaal en de classificaties zijn allemaal van invloed op de veiligheid en betrouwbaarheid. Weten hoe vonkvorming kan worden voorkomen, inductieve belastingen kunnen worden verwerkt en stuiteren kunnen worden verminderd, zorgt voor een langere levensduur en een stabiele werking. Met het juiste begrip blijven schakelaars basiscomponenten die ervoor zorgen dat elektrische en elektronische systemen soepel blijven werken.
Veelgestelde Vragen/FAQ
1e kwartaal. Welke invloed heeft de omgeving op schakelaars?
Zware omstandigheden verminderen de betrouwbaarheid, dus worden verzegelde of beschermde typen gebruikt.
Vraag 2. Wat is het verschil tussen een vergrendelings- en een momentschakelaar?
De vergrendeling blijft op zijn plaats en werkt kortstondig alleen als deze wordt ingedrukt.
3e kwartaal. Waarom worden solid-state switches gebruikt?
Ze schakelen sneller, gaan langer mee en voorkomen contact bounce.
4e kwartaal. Welke veiligheidsnormen gelden voor schakelaars?
Ze volgen IEC, UL, CSA en soms ATEX of IECEx.
5e kwartaal. Kunnen schakelaars zowel stroom- als signaalcircuits aan?
Ja, maar signaalcircuits vereisen contacten met een lage stroomsterkte, zoals die met vergulding.