Kompetenz
Verteilen - Schalten - Schützen

Das Führen von Strom erfolgt in der Niederspannungstechnik durch eine Vielzahl von spezifischen Komponenten wie Kabeln, Stromschienen, Stromverteilungskomponenten und den entsprechenden Anschlüssen und Klemmen. Aber auch in den Strombahnen innerhalb von Geräten muss der Strom über die interne Verschienung, Verkabelung oder Leiterbahn und deren Verbindungsstellen geführt werden.

Jeder stromführende elektrische Leiter besitzt einen elektrischen Widerstand, welcher zu einer Erwärmung führt. Diese muss entsprechend der weiteren mechanischen und elektrischen Anforderungen und den Einsatzbedingungen beachtet werden und stellt ggf. zusätzliche Anforderungen an das stromführende Teil oder umgebende Materialien.

Jede Verbindung von zwei stromführenden, elektrischen Leitern ist eine Kontaktstelle mit einem zusätzlichen Kontaktwiderstand. Man unterscheidet in nicht lösbare Dauerkontakte wie Quetsch-, Löt- und Schweißverbindungen und lösbare Kontakte wie Steck- Klemm- und Schraubverbindungen. Umweltbedingungen und die Materialpaarung können zur Korrosion, Alterung und zum Ausfall der Kontaktstellen führen. Bei der Auslegung und Dimensionierung der Kontaktstellen ist dies zu beachten, bspw. ist eine Oberflächenbehandlung (verzinnen, versilbern, vergolden) notwendig.

Das Auftreten eines Lichtbogens bei einem Schaltvorgang erfordert eine Mindeststromstärke und eine Mindestspannung und ist abhängig vom Kontaktmaterial. Es wird zwischen dem Einschaltlichtbogen (vor allem kritisch bei längerem Kontaktprellen) und dem Ausschaltlichtbogen unterschieden. Schaltlichtbögen weisen neben der unerwünschten kontaktzerstörenden und lebensdauerbegrenzenden Wirkung gezielt nutzbare Effekte auf, so z. B. die Strombegrenzung im Ausschaltvorgang aber auch das Aufbrechen von parasitären Fremdschichten auf den Kontaktflächen.

Für jedes Schaltgerät müssen Schaltmechanismus, Schaltkammer, Kontaktsystem und eingesetzte Materialien entsprechend den Anwendungsbereichen und des zu erreichenden Schaltvermögens ausgelegt und optimiert werden. Hohe Abschaltleistungen führen dabei zu komplexen Lichtbogenlöschsystemen mit optimierten Löschkammergeometrien und Löschblechen, teilweise mit Blasmagneten oder Hartgaselementen bis hin zu strömungsoptimierten Ausblasgeometrien.

Beim Abschalten von Wechselströmen und Gleichströmen wird der Ausschaltlichtbogen in höheren Strom- und Spannungsbereichen also gezielt als Hilfsmittel für den Ausschaltvorgang eingesetzt. Daneben führt der Lichtbogen zu einem erheblichen Kontaktabbrand und Verschleiß der Kontakte und begrenzt damit die elektrische Lebensdauer.

Im Gegenzug muss beim Einschalten der Vorzündbogen oder durch Kontaktprellen hervorgerufene Einschaltlichtbögen mit seiner Gefahr des Kontaktverschweißens und der Materialwanderung beherrscht werden.

Ebenso müssen die Kontaktsicherheit und Kontaktzuverlässigkeit gewährleistet werden. Hier kommen bspw. selbstreinigende Kontakte in Form von Reib- und Rollkontakte oder hermetisch dichte Kammern zu Einsatz.

Neben dem kontaktbehafteten Schalten ermöglichen Halbleiterbauelemente wie Thyristoren auch ein kontaktloses Schalten. Bei sogenannten Hybridschalter wird zunächst kontaktlos abgeschaltet und anschließend zur Gewährleistung einer Trennstrecke ein Schaltkontakt stromlos geöffnet.

Die Isolationskoordinierung ist für alle elektrischen Geräte, Produkte und Betriebsmittel notwendig. Zum einen, um die korrekte Funktionsweise sicherzustellen, zum anderen, um die Sicherheit der Benutzer bzw. Anwendung zu gewährleisten. Die technischen Anforderungen werden über die Einsatzbedingungen (Verschmutzungsgrad und Überspannungskategorie) definiert. Die Einhaltung von Kriech- und Luftstrecken muss früh in einem Entwurf berücksichtigt werden, da diese einen wesentlichen Einfluss auf die technische Umsetzung von Lösungsprinzipien hat.

Temperatur-, Spannungs-, oder Stromauslöser werden zur Überwachung von Einsatzparametern eingesetzt. Arbeitsstromauslöser und Ruhestromauslöser dienen meist der Schalterfernauslösung. Auslöser sind oft Mechanismen auf Basis von Thermobimetallen, Elektromagneten, Piezoaktoren oder Formgedächtniselementen. Hinzu kommen Federn als Kraftspeicher und Hebel und Übersetzungen zur Abstimmung von Kräften und Wegen. Die Konstruktion derartiger Mechanismen erfordert ein hohes technischen Verständnis der physikalischen Grundprinzipe und Normenvorgaben - oft aber auch einfach sehr viele Versuche und Tests zur Abstimmung und Optimierung auf die jeweiligen Einsatzgrenzen.