Lichtschalter

Lichtschalter mit Schnappschaltertechnologie (siehe unten) werden auf der ganzen Welt zur Steuerung von Lichtkreisen eingesetzt. Sie können so konfiguriert werden, dass sie mehrere unterschiedliche Beleuchtungsbereiche von einem einzigen Standort aus steuern und für eine automatische Beleuchtung mit Bewegungssensoren verknüpft werden können. Dies ist besonders bei Sicherheitsanwendungen und der Einbruchserkennung sowie in großen Räumen wie Produktionsanlagen, Krankenhäusern, Hotels, Wohnkomplexen und Firmengebäuden nützlich.

 

Lichtschalter gibt es in unterschiedlichen Ausführungen, wie unter anderem als Kipp-, Wipp-, Dimmer- und Druckknopfschalter.

 

Geschichte
 

Die früheren elektrischen Schalter vor 1884 wiesen einen großen Nachteil auf: Die Kontakte der Schalter öffneten oder schlossen sich nicht schnell genug und konnten somit eine zerstörende elektrische Lichtbogenbildung nicht verhindern. Dadurch verkürzte sich die Lebensdauer der Schalter. Denn die Oberfläche eines Kontakts verzeichnete einen starken Lochfraß, während die Oberfläche eines anderen Kontakts mit einer nicht leitenden Schicht überzogen wurde.

 

Der Elektroingenieur John Henry Holmes, der ein Elektrotechnikunternehmen im Shieldfield-Distrikt im englischen Newcastle upon Tyne besaß, hatte Ende der 1880er Jahre mit elektrischen Lichtkreisen experimentiert und 1883 den ersten häuslichen elektrischen Lichtkreis Newcastles im Hause seines Vaters installiert. Im folgenden Jahr wandte er einen Teil vom dem an, was er gelernt hatte, um die Kontaktprobleme anzugehen, und entwickelte eine einfache, geradezu revolutionäre Lösung: die Schnappschaltertechnologie. Dieser neue Schalter verfügte über eine Ein-/Ausschnapp-Funktion. Das bedeutete, dass die Kontakte sofort auseinandersprangen oder extrem schnell zusammenschnappten, wenn der Schalter umgelegt wurde. Die Lichtbogenbildung verschwand praktisch. Noch heute im 21. Jahrhundert wird die Technologie von Holmes breitflächig in Milliarden von Lichtschaltern auf der ganzen Welt eingesetzt.

 

Im Jahr 1917 war Holmes‘ Schnappschaltertechnologie in einem neuen Design für einen Lichtschalter integriert: dem Kippschalter. Diese Idee der US-amerikanischen Erfinder William J. Newton und Morris Goldberg ist bis zum heutigen Tag ein allgegenwärtiges Design geblieben.

 

Einige moderne Lichtschalter werden einfach durch Berührung aktiviert, andere durch leichten physischen Kontakt zu einem Glas-Touchscreen oder einer berührungsempfindlichen Metallplatte. (Diese Technologie ist auch in zahlreiche freistehende Tischlampen integriert.)

 

Aufgrund der Haltbarkeit des Originaldesigns von Holmes werden Lichtschalter tendenziell seltener ausgetauscht. Normalerweise ist ein Austausch nur dann erforderlich, wenn ein älteres Gebäude neu verkabelt werden muss, um mit moderner elektrischer Ausstattung und Beleuchtung Schritt zu halten.

 

Eine neue Generation berührungsempfindlicher Schalter und Lampen ist nun erhältlich, die nicht mehr von der Durchführung irgendeiner mechanischen Tätigkeit abhängt. Anstelle einer Aktivierung durch Betätigung eines Kippschalters oder durch Knopfdruck funktionieren diese Schalter durch Nutzung elektrischer Entladung des menschlichen Körpers (Körperkapazität). Eine weitere Art von Berührungsschalter ist die Widerstandsversion, die auf Unterschiede im elektrischen Widerstand zwischen den beiden leitenden Platten bei menschlicher Berührung reagiert. Die dritte Art von Berührungsschaltern – die Piezoschalter – aktivieren die Beleuchtung in Reaktion auf leichtes Biegen eines dünnen Stücks Piezokeramik bei Berührung. Dieses befindet sich in der Regel hinter einer dekorativen Platte, die aus vielen unterschiedlichen Materialien hergestellt werden kann. Normalerweise reicht eine Kraft von nur 1,5 N bereits aus, um einen Piezoschalter zu aktivieren – sogar dann, wenn die Keramikschicht hinter einem relativ festen Material wie Edelstahl platziert ist.

 

Technische Aspekte

 

Wenn sich die Kontakte eines Lichtschalters in geöffneter Position befinden, bietet der Schalter eine praktisch unbegrenzte Widerstandsfähigkeit gegenüber der Leitfähigkeit von Elektronen und unterbricht im Grunde den Lichtkreis. In geschlossener Position fällt die Widerstandsfähigkeit jedoch praktisch auf Null. Auch wenn es dem menschlichen Auge noch so unmittelbar erscheint, enthält der Wechsel zwischen den geöffneten und den geschlossenen Zuständen immer eine kurze Phase partiellen Kontakts, in der der Widerstand eine Zwischenstufe zwischen den beiden Absoluten Null und Unendlich erreicht.  Obwohl diese Phase nur kurz anhält, so ist sie doch lang genug, dass Wärme entstehen kann. Wenn die Kontaktdauer eine Obergrenze überschreitet, kann diese Wärme sogar so stark sein, dass die Kontakte zusammengeschweißt werden.

 

Aus diesem Grund nutzen mechanisch betätigte Lichtschalter immer noch die von Holmes 1884 entwickelte Schnappschaltertechnologie und sind so konzipiert, dass sich ihre Kontakte nur für kürzest mögliche Zeit berühren. Normalerweise wird eine Feder aus gehärteter Beryllium-Kupfer-Legierung in kleineren Schaltern verwendet, die bei Beanspruchung durch das Schalterdesign potenzielle Energie speichert. An einem bestimmten Punkt (wenn beispielsweise der Umschalter eines Schalters hinter eine bestimmte Position gelegt wird) geht die potenzielle Energie zu kinetischer Energie über und wirkt sich sehr schnell auf den Wechsel zwischen geöffneten und geschlossenen Zuständen aus. Auf diese Weise wird eine Überhitzung verhindert und die Lebensdauer des Schalters verlängert.

 

Die elektrische Leitenergie des Lichtkreises entweicht in Form eines elektrischen Bogens genau dann, wenn die Kontakte beginnen, sich zu trennen. Dieses Phänomen kann den Schalter möglicherweise beschädigen, da die Übergangsphase verlängert und die Menge der erzeugten Wärme erhöht wird. Unweigerlich weisen die Lichtschalter selbst bei einem Schnappschalterdesign, das ein extrem schnelles Öffnen und Schließen ermöglicht, eine begrenzte Lebensdauer auf und müssen irgendwann ausgetauscht werden. Ihre Funktionstüchtigkeit kann jedoch verlängert werden, wenn sichergestellt wird, dass sie an Schaltkreisen befestigt sind, für die sie auch gedacht sind: Abhängig davon, welche Stromgröße sie durchlassen oder unterbrechen sollen, und je nach Spannung und Wattleistung des Systems werden sie mit unterschiedlichen Haltbarkeiten hergestellt. Wenn Sie einen Schalter, der auf eine bestimmte Kombination an Strom, Spannung und Leistung ausgelegt ist, in einen Kreis mit höherer Bemessung integrieren, für den er nicht gedacht ist, wird der Schalter sehr schnell zerstört.

 

Zur Haltbarkeit, Zuverlässigkeit und Sicherheit werden Lichtschalter so hergestellt, dass die Kontakte ungeachtet der Handhabung durch den Nutzer beim Schließen fest zusammengehalten werden und sich beim Öffnen schnell trennen. Diese Schalter können jedoch vorsätzlich falsch verwendet und länger im Übergangszustand gehalten werden. Dadurch wird die Beryllium-Kupfer-Feder beschädigt und der Schnappschaltvorgang zerstört.

 

Produktanwendung – Einsatzgebiete von Lichtschaltern in der Produktion
 

Dank der Einführung des Lichtschalters waren leicht zu steuernde elektrische Lichtkreise für große Produktionsräume verfügbar und ersetzten potenziell gefährliches, nicht wirksames Gas- und Kerzenlicht. Große Beleuchtungsbereiche können unterschiedlich über verschiedene Schalter gesteuert werden. Überdies können Lichtschalter mit Bewegungssensoren verbunden werden, damit in Umgebungen wie öffentlichen WCs, Lagerhallen, Krankenhäusern, Schulen, Bildungseinrichtungen und Fabriken eine automatische Beleuchtung möglich ist.

 

Unterschiede zwischen Lichtschaltern und anderen Schaltern
 

Lichtschalter werden während der Konzeption und der Herstellung auf eine bestimmte Nutzung in einem Lichtkreis ausgelegt. Unter Umständen können sie nicht in Netzstromkreisen oder in Schaltkreisen mit höheren Spannungen, Stromstärken und Leistungen als die, für die sie speziell konzipiert sind, verwendet werden, ohne eine ernsthafte Beschädigung und Fehlfunktion zu riskieren.

 

Aktuelle Produktvorteile und -beschränkungen
 

Die Schnappschaltertechnologie gilt seit ihrer Erfindung im Jahr 1884 als bewährte Möglichkeit zur Erhaltung der Lebensdauer von Lichtschaltern. Der mechanische Betrieb und die Lichtbogenbildung führen jedoch unweigerlich zu einem gewissen Verschleiß, wodurch die Lebensdauer aller mechanisch betriebenen Lichtschalter begrenzt wird.

 

Geeignete Alternativen, falls erforderlich
 

Die neue Generation berührungsempfindlicher Schalter, die nicht durch mechanische Betätigung aktiviert werden, bietet unter Umständen haltbarere Alternativen zur Schnappschaltertechnologie.