Übersicht über einen SPDT-Schalter

In elektronischen Schaltungen spielen Schalter eine wichtige Rolle, da sie den Signal- oder Stromfluss steuern. Ein SPDT-Schalter (Single Pole Double Throw) ist ein Schaltertyp mit einem Eingang (Single Pole) und zwei Ausgängen (Double Throw). Wie der Name schon sagt, kann ein SPDT das Eingangssignal zwischen zwei Ausgängen umschalten. 

Die Funktionsweise von SPDT lässt sich am Beispiel von Licht und Lüfter erklären. Bei eingeschaltetem Eingang wird Strom an einen der Ausgänge geleitet, um zwischen Licht und Lüfter umzuschalten. Mit einem SPDT-Schalter lässt sich die Drehrichtung des Gleichstrommotors durch Umpolen der Stromquelle (im oder gegen den Uhrzeigersinn) steuern. SPDT-Schalter gehören aufgrund ihrer Vielseitigkeit und ihres breiten Einsatzes in Haushalt und Industrie zu den gängigsten Schaltertypen in elektronischen Schaltungen.

Was ist ein SPDT-Schalter?

Abbildung 1: SPDT-Schaltersymbol und industrieller SPDT-Schalter

SPDT steht für Single Pole Double Throw Switch (einpoliger Doppelschalter). Ein SPDT-Schalter ist ein elektrischer Schalter, der häufig in elektronischen Schaltungen zur Steuerung des Signalflusses oder zum Umschalten des Signals verwendet wird. Der SPDT-Schalter verfügt über einen Eingangsanschluss und zwei Ausgangsanschlüsse. Der Hauptzweck dieses Schaltertyps besteht darin, den Eingang zwischen zwei Ausgangsanschlüssen umzuschalten. In empfindlichen elektronischen Schaltungen werden SPDT-Schalter als Sicherheitsschalter eingesetzt. Wenn der Stromkreis den angegebenen Grenzwert überschreitet, unterbricht der SPDT-Schalter die Stromquelle durch Umschalten des Ausgangsanschlusses.

Der SPDT-Schalter ist im Vergleich zum SPST-Schalter (Single Pole Single Throw) vielseitiger einsetzbar, da er den Eingang zwischen zwei Ausgangsanschlüssen verbindet. Im Gegensatz zu einem SPST-Schalter kann dieser immer nur einen Stromkreis gleichzeitig verbinden oder trennen. Um den Eingang zwischen zwei Ausgangsanschlüssen umzuschalten, verfügt der SPDT-Schalter über einen gemeinsamen Anschluss (Eingang), einen Schließer (an die Stromversorgung angeschlossen) und einen Schließer (an die Last angeschlossen). Das Grundsymbol des SPDT- und Industriestandard-SPDT-Schalters ist in der folgenden Abbildung dargestellt.

Die Komponenten des SPDT-Schalters verstehen

Das Verständnis der Schaltkreiskomponenten von SPDT-Schaltern ist für Ingenieure wichtig, um diese in verschiedenen elektronischen Schaltungsanwendungen richtig einsetzen zu können. Der interne Schaltkreis eines SPDT-Schalters besteht aus einem Metallhebel, einem Aktuator, einem Eingangsanschluss und zwei Ausgangsanschlüssen.

1.     Metallhebel: Der bewegliche Kontakt eines Hebels ist mit dem Betätiger verbunden.

2.     Aktor: Der Aktuator fungiert als Knopf, der die elektrische Verbindung zwischen zwei Ausgangsklemmen des SPDT-Schalters verschiebt. Die beiden Klemmen werden als NO und NC bezeichnet.

3.     Gemeinsamer Anschluss: Der Eingang des SPDT-Schalters wird als gemeinsamer Anschluss bezeichnet. An diesem Anschluss des SPDT-Schalters wird die Stromquelle angelegt, z. B. die Datenleitung oder die Spannung. Dieser Anschluss des SPDT-Schalters ist immer entweder mit dem NO- oder NC-Anschluss des Schalters verbunden. Er fungiert als Hauptregler, der den Stromfluss zwischen zwei Ausgangsanschlüssen des SPDT-Schalters, d. h. NO und NC, steuert.

4.     Normalerweise offener Anschluss (NO): Dieses Terminal wird als „Normalerweise offen‘ Schalter. Standardmäßig ist dieser Anschluss nicht mit dem gemeinsamen Anschluss des SPDT-Schalters verbunden. Wird der Schalter oder die Taste gedrückt, wird eine Verbindung zum gemeinsamen Anschluss hergestellt, sodass das Signal fließen kann.

5.     Normalerweise geschlossener Anschluss (NC): Dieses Terminal ist bekannt als „Normalerweise geschlossen‘ Standardmäßig ist der NC-Anschluss mit dem gemeinsamen Anschluss des SPDT-Schalters verbunden. Durch Drücken des Schalters oder der Taste wird der NC-Anschluss vom gemeinsamen Anschluss getrennt. Beispielsweise ist in Feuermelde- und Sicherheitskreisen der Stromkreis dauerhaft aktiv, bis der Sensor Rauch erkennt und die Stromquelle auf Alarm umschaltet.

Wie funktioniert der SPDT-Schalter?

Die Funktionsweise eines SPDT-Schalters ist recht einfach. Die Funktionsweise eines SPDT-Schalters lässt sich anhand seiner unten gezeigten Grundschaltung verstehen.

Abbildung 2: Grundlegende Schaltungsstruktur eines SPDT-Schalters

In der Standardsituation ist der gemeinsame Anschluss mit dem NC-Anschluss verbunden, sodass der Strom durch Last 1 fließen kann. Wenn der SPDT-Schalter gedrückt oder umgeschaltet wird, wird der gemeinsame Anschluss mit dem NO-Anschluss verbunden, sodass der Strom durch Last 2 fließen kann.

Das Schaltdiagramm für Single Pole Double Throw (SPDT)-Schalter

 
Kippschalter sind wichtige Komponenten in vielen elektronischen Schaltungen. Abbildung 3 zeigt eine einfache Darstellung eines einpoligen Umschalters. Der SPDT-Schalter fungiert als Brücke zwischen zwei Ausgangslasten, nämlich Lampe und Motor. Je nach Zustand des SPDT-Schalters leuchtet entweder die Lampe oder der Motor läuft. Im Diagramm ist zu sehen, dass der SPDT-Schalter zwei Ausgangsanschlüsse und einen Eingangsanschluss hat. Die Lampe ist mit dem NC-Ausgangsanschluss und der Motor mit dem NO-Ausgangsanschluss verbunden.

Im Standardzustand leuchtet die Lampe, wenn 12 V am gemeinsamen Anschluss des SPDT-Schalters anliegen, da sie mit dem NC-Anschluss verbunden ist. Beim Drücken des Kippschalters wird der NO-Anschluss mit dem gemeinsamen Anschluss des SPDT-Schalters verbunden und der Motor eingeschaltet.

Häufige Verwendungszwecke von SPDT-Schaltern

SPDT-Schalter sind die am häufigsten verwendeten elektronischen Schalter in vielen Anwendungen, darunter Haushaltsgeräte, Unterhaltungselektronik und Industrieanlagen. Einige der häufigsten Anwendungen von SPDT-Schaltern sind:

1.     Sicherheits- und Leistungssteuerungskreise: SPDT-Schalter werden häufig zur Steuerung von Stromversorgungen in vielen Anwendungen eingesetzt. Diese Schalter funktionieren durch Umschalten der verschiedenen Spannungspegel. SPDT-Schalter werden häufig in Feuermeldern und Not-Aus-Schaltungen eingesetzt. In der Elektroindustrie wird der SPDT-Schalter meist als Not-Aus-Schalter verwendet, um in Gefahrensituationen die Stromzufuhr zu unterbrechen.

2.     Relais- und Logikschaltungen: In der Digitalelektronik werden SPDT-Schalter zur Implementierung binärer Logikschaltungen verwendet.

3.     Motorsteuerung:  Eine bekannte Anwendung des SPDT-Schalters ist die Steuerung der Motorrichtung. In einer H-Brückenschaltung wird er so implementiert, dass er die Polarität der dem Motor zugeführten Spannung ändert. Wird die Polarität der Stromversorgung mithilfe des SPDT-Schalters geändert, läuft der Motor vorwärts und rückwärts. Wird ein SPDT-Schalter zusammen mit einem Potentiometer verwendet, kann er zur Steuerung der Motordrehzahl verwendet werden.

4.     Industrielle Steuerungssysteme: In vielen Branchen werden SPDT-Schalter verwendet, um den Betrieb mehrerer Geräte zu steuern und einen reibungslosen Betrieb zu gewährleisten. Wenn beispielsweise ein Gerät eingeschaltet ist, schaltet der SPDT-Schalter das andere Gerät aus und umgekehrt.

5.     Automatisierungsbranche: SPDT-Schalter werden auch häufig in SPS- und SCADA-Systemen für die industrielle Automatisierung eingesetzt. In vielen Anwendungen werden SPDT-Schalter als Endschalter eingesetzt. Wenn ein mechanisches Teil einen bestimmten Grenzwert erreicht, stoppt oder ändert es die Bewegung.

6.     Haushaltsanwendungen: SPDT-Schalter werden auch häufig in Haushaltsventilatoren zum Umschalten zwischen verschiedenen Geschwindigkeitsstufen verwendet. Sie werden auch in Beleuchtungssystemen zum Umschalten zwischen verschiedenen Beleuchtungsmustern verwendet.

SPST vs. SPDT vs. DPST vs. DPDT

Es gibt vier grundlegende Schaltertypen: SPST, SPDT, DPST und DPDT. Das Verständnis dieser Schalter ist für Elektroingenieure von größter Bedeutung, um sie in ihren Schaltungsentwürfen richtig einsetzen zu können. „Pole“ bezeichnet die Anzahl der Eingänge und „Throw“ die Anzahl der Ausgänge. Beispielsweise bedeutet beim SPDT-Schalter „Single Pole“ einen Eingang und „Double Throw“.

1.     SPST (Single Pole Single Throw)

Einpoliger Ein-/Ausschalter ist der einfachste Schaltertyp. Er hat nur einen Eingangs- und einen Ausgangsanschluss. Ist der Schalter eingeschaltet, stellt er eine Verbindung her, ist er ausgeschaltet, unterbricht er sie. Die Lampe oder der Ventilator im Raum verwendet einen SPST-Schalter. Schaltet man den Schalter ein, leuchtet ein Licht, schaltet man ihn aus.

2.     SPDT (Single Pole Double Throw)

Der SPDT-Schalter verfügt, wie bereits erwähnt, über einen Eingangsanschluss (gemeinsamer Anschluss) und zwei Ausgangsanschlüsse (NC und NO). Diese Schalter dienen zur Steuerung des Stromflusses zwischen zwei Ausgangsanschlüssen. Beispielsweise kann eine Stromquelle gleichzeitig zur Steuerung einer Lampe oder eines Motors verwendet werden.

3.     DPST (Double Pole Single Throw)

Mit einem DPST-Schalter können zwei Stromkreise gleichzeitig mit einem einzigen Betätigungselement, z. B. einem Kippschalter, ein- und ausgeschaltet werden. DPST-Schalter haben zwei Pole und einen Umschalter. DPST-Schalter bestehen aus zwei zusammengebauten SPST-Schaltern.

4.     DPDT (Double Pole Double Throw)

Der DPDT-Schalter verfügt über zwei Eingänge und vier Ausgänge und ist somit ein Sechspolschalter. DPDT-Schalter steuern zwei Stromkreise mit demselben Aktuator. Der Vorteil eines DPDT-Schalters besteht darin, dass er zwei separate Stromkreise unabhängig voneinander steuern kann.

5. SPST VS SPDT VS DPST VS DPDT Vergleich

Fazit

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Schalter eine wichtige Rolle bei der Steuerung elektronischer Schaltungen spielen. Sie werden in elektronischen Schaltungen verwendet, um den Stromfluss zwischen verschiedenen Ausgängen zu steuern. SPDT-Schalter werden aufgrund ihrer Flexibilität und Effizienz häufig in der Elektronik eingesetzt. Sie werden häufig in der Unterhaltungselektronik, der industriellen Automatisierung und digitalen elektronischen Anwendungen eingesetzt. Das Verständnis aller Schaltertypen ist wichtig, um sie in Ihren elektronischen Schaltungen richtig einsetzen zu können.