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Druckschalter werden durch pneumatische oder hydraulische Drücke betätigt und kommen zum Einsatz, um Pumpen, Kompressoren und vergleichbare Anwendungen zu überwachen und zu steuern. Wie Druckschalter genau funktionieren, welche Typen es gibt und worauf Sie beim Kauf achten sollten, erfahren Sie in unserem Ratgeber.
Druckschalter sind aus den Bereichen der Pneumatik und Hydraulik kaum wegzudenken. Mit ihrer Hilfe lässt sich der Druck oder Füllstand eines Mediums, beispielsweise Luft oder Öl, in einem pneumatischen oder hydraulischen System überwachen. Sie reagieren, wenn sich der Druck des Mediums ändert beziehungsweise ein definierter Oberdruck sowie Unterdruck erreicht wird und geben ein entsprechendes Signal an die Steuereinheit weiter. Der Oberdruck markiert die obere Grenze des Druckbereichs, der Unterdruck stellt demgegenüber die untere Grenze dar. Ein Druckschalter dient dazu, zu kontrollieren, dass beide Werte nicht über- beziehungsweise unterschritten werden. Auf diese Weise ist es möglich, einen konstanten Druckbereich im System sicherzustellen.
Hydraulische und pneumatische Druckschalter werden vor allem in industriellen Anwendungen und verfahrenstechnischen Prozessen verwendet. Im Geräte- und Apparatebau sind sie genauso zu finden wie im Anlagen- und Maschinenbau. Druckschalter kommen zur Steuerung von Pumpen oder Hauswasserwerken zum Einsatz, sind in Ventilen, Verdichtungen und Kompressoren integriert und dienen der Öldrucküberwachung, die insbesondere bei Verbrennungsmotoren von grosser Bedeutung ist.
In der Pneumatik und Hydraulik sind Druckschalter in mechanischer und elektronischer Ausführung erhältlich. Mechanische Druckschalter sind an der Druckeingangsseite mit einer Membran (für kleinere Drücke) oder mit einem Kolben (für grössere Drücke) ausgestattet. Hierin ähneln sie dem Aufbau von Druckreglern. Auf der anderen Seite befindet sich eine vorgespannte Feder, deren Spannung mithilfe einer Schraube eingestellt werden kann. Ein mechanischer Druckschalter funktioniert nun wie folgt: Während der Betriebsdruck auf der Druckeingangsseite gegen die Membran (oder den Kolben) drückt, wirkt die Federkraft auf der anderen Seite der Druckkraft entgegen. Ist der Betriebsdruck höher als die Federkraft, gerät die Membran in Bewegung und betätigt einen Mikroschalter, der den Stromkreis öffnet oder schliesst. Bei sinkendem Betriebsdruck rücken Membran und Mikroschalter wieder in ihre Ausgangslage zurück und das elektrische Signal fällt ab.
Die im Druckschalter befindlichen Kontakte können hinsichtlich ihrer Funktion in Öffner, Schliesser und Wechsler unterschieden werden. Wie der Name schon andeutet, ist ein Öffner dazu konzipiert, den Schaltkreis zu öffnen, sobald der vorgegebene Schaltdruck erreicht ist. Das bedeutet, dass der Kontakt unterbrochen beziehungsweise getrennt wird. Ein Schliesser hingegen schliesst den Stromkreis, indem er den Kontakt herstellt. Ein Wechsler kann sowohl als Öffner als auch als Wechsler agieren und somit beide Funktionen übernehmen.
Elektronische Druckschalter stehen mechanischen Druckschaltern gegenüber. Bei mechanischen Druckschaltern erfolgen Druckerfassung und Signalschaltung auf mechanischem Weg, bei elektronischen Druckschaltern hingegen auf elektrische Weise. Zu diesem Zweck sind sie mit einem elektronischen Taster (Sensor) ausgestattet, der den Druck beziehungsweise die Druckänderung erfasst und ein entsprechendes Signal generiert, das wiederum vom elektronischen Mikrocontroller verarbeitet und in ein elektrisches Schaltsignal umgewandelt wird. In seltenen Fällen werden elektronische Druckschalter mit einem mechanischen Schaltelement, beispielsweise einem Relais, ausgestattet. Solche Ausführungen können als elektromechanische Druckschalter bezeichnet werden.
Viele elektronische Druckschalter verfügen über praktische Zusatzfeatures, beispielsweise Tasten zum einfachen Einstellen von Funktionen oder Displays, die den gemessenen Druck anzeigen. Konfigurationen lassen sich oft auch mithilfe spezieller Software oder Konfigurationsmodule vornehmen. Die Bedienung gestaltet sich daher sehr komfortabel. Da elektronische Schalter ohne bewegliche, mechanische Teile auskommen, sind sie nahezu verschleissfrei und erfordern kaum Wartungsaufwand. Sie arbeiten zuverlässig, sind robust und für eine sehr hohe Anzahl an Schaltspielen ausgelegt. Trotz ihrer Vorzüge haben elektronische Druckschalter ihre mechanischen Äquivalente noch nicht verdrängt. Mechanische Druckschalter sind kostengünstiger, benötigen keine Versorgungsspannung und sind für Gleich- und Wechselstrom sowie für hohe Ströme schaltbar, deshalb werden sie insbesondere für einfache Sicherheitsanwendungen nach wie vor gerne genutzt. Im Bereich der Automatisierung gewinnen elektronische Druckschalter jedoch immer mehr an Bedeutung.
Der Schaltdruckbereich eines Druckschalters sollte zunächst einmal auf die jeweilige Anwendung abgestimmt sein. Es gibt Druckschalter, die für einen Druckbereich von -0,15 bis 1 bar ausgelegt sind, aber auch solche, die in einem Druckbereich von 0 bis 20 bar arbeiten. Darüber hinaus ist es wichtig, dass der Druckschalter für das Betriebsmedium geeignet ist. Manche Schalter sind ausschliesslich für Luft beziehungsweise Druckluft konzipiert, andere für flüssige und gasförmige Fluide. Je nachdem, welche Funktion der Schalter übernehmen soll, ist ausserdem auf die Kontaktart (Öffner, Schliesser, Wechsler) zu achten.
Bei anspruchsvollen Anwendungen können Gehäuse- und Membranmaterial sowie der maximal zulässige Gehäusedruck relevant sein. Druckschalter sollten idealerweise schock- und vibrationsresistent sein, um auch bei eventuellen Störungen einwandfrei funktionieren zu können. Im Zusammenhang mit der Betriebsumgebung sollte auch die Schutzart nicht ausser Acht gelassen werden. Zur Orientierung: In der Industrie werden oftmals Druckschalter der Schutzart IP65 (staubdicht und vor Strahlwasser aus beliebigem Winkel geschützt) und IP67 (staubdicht und gegen zeitweiliges Untertauchen geschützt) verwendet.
Es ist sehr empfehlenswert, einen Druckschalter nicht dauerhaft bei maximaler Schaltleistung arbeiten zu lassen, da sich das negativ auf seine Lebenserwartung auswirken kann. Stattdessen sollte die Schaltleistung immer so klein wie möglich gehalten werden. So tragen Sie dazu bei, dass der Schalter lange Zeit seinen Dienst verrichtet.
Was bedeutet Hysterese?
Hysterese, auch Hysteresis („Nachwirkung“; griech. hysteros (ὕστερος) „hinterher, später“) ist eine verzögerte Wirkungsänderung nach Änderung der Ursache (Bei der thermostatgesteuerten Heizung etwa die Differenz von Ein- und Ausschalttemperatur). Sie tritt bei vielen natürlichen und technischen Vorgängen auf, insbesondere bei der Magnetisierung eines Magneten, in der Regelungstechnik und der Kybernetik. Sie charakterisiert ein – bezogen auf die Eingangsgrösse (bei der Heizung die Soll-Temperatur) – variant verzögertes Verhalten der bewirkten Ausgangsgrösse (bei der Heizung die Ist-Temperatur), welche ihr Maximum bzw. ihr Minimum erreicht hat. Genau genommen bezeichnet die Hysterese den Bereich, in dem der Ist-Wert vom Soll-Wert abweichen darf. Sie ist nach oben durch einen Maximalwert und nach unten durch einen Minimalwert begrenzt. Bei grosser Hysterese darf der Ist-Wert stärker vom Soll-Wert abweichen, wodurch weniger Ein-/Aus-Schaltungen erforderlich sind. Bei kleiner Hysterese hingegen muss der Schalter häufiger schalten, da der Istwert nur in einem kleinen Bereich schwanken darf.
Was versteht man eigentlich unter Pneumatik und Hydraulik?
Der Begriff Pneumatik leitet sich vom griechischen pneuma „Luft“ ab und bezeichnet die Lehre aller technischen Anwendungen, die auf Luft beziehungsweise Druckluft basieren. Die Hydraulik (abgeleitet von griechisch hýdor „Wasser“) ist von der Pneumatik zu unterscheiden. Hierbei handelt es sich um die Lehre vom Strömungsverhalten von Flüssigkeiten. Hydraulik und Pneumatik sind Teil der sogenannten Fluidtechnik, die alle Verfahren umfasst, in denen Kräfte und Bewegungen mithilfe von Fluiden (Gasen oder Flüssigkeiten) erzeugt werden.