Endlagenschalter: was ist das, Kennzeichnung und Anschlussregeln
Nahezu alle automatisierten Systeme enthalten ein Gerät wie den Grenztaster, der für deren Abschaltung verantwortlich ist, wenn der bewegliche Teil einen bestimmten Punkt erreicht. In Beleuchtungssteuerungssystemen werden Endschalter als Sensoren eingesetzt. Bei Eintreten programmierter Umstände erzeugen sie ein Signal.
Wir erläutern alles über die funktionale Bestimmung und die Varianten von Endabschaltgeräten. In dem von uns vorgestellten Artikel werden praxiserprobte Montageschemata beschrieben und die Anschlussregeln aufgeführt. Es werden die Besonderheiten der Kennzeichnung genannt und Tipps zur Auswahl gegeben.
Inhalt des Artikels:
Was stellen Grenztaster dar?
Endschalter sind elektrotechnische Geräte, die zum Öffnen und Schließen des Arbeitsstromkreises bestimmt sind. Sie werden an beweglichen Mechanismen montiert, um deren Bewegung innerhalb festgelegter Grenzen zu begrenzen. Die Funktionen dieser Geräte sind identisch mit denen eines Standard-Schalters.
Der Innenaufbau von Grenztastern ist in einem robusten, meist metallischen Gehäuse untergebracht. Alle seine Elemente sind für eine einfache Befestigung und leichte räumliche Orientierung optimiert.
Helle, verschiedenfarbige Leuchtdioden ermöglichen die Überwachung der Stromversorgung und des Sensoransprechens. Die zwei Kontaktpaare, die meist in einem Endschalter vorhanden sind, ermöglichen die Überwachung des Anschlusszustands.
Wenn bei einem geschlossenen Paar nach der Signalübertragung keine Rückkehr erfolgt, deutet dies auf einen Defekt des zum Schalter führenden Kabels hin. Nach dem Ansprechen des Sensors kann für den Signaldurchgang ein offenes Kontaktpaar verwendet werden.
Empfindliche Sensoren sind die Grundlage in Leckageschutzsystemen. Wenn sie Wasser erkennen, zu dessen Erkennung sie bestimmt sind, signalisieren die Geräte nicht nur im akustischen und optischen Modus eine bevorstehende Notsituation, sondern blockieren auch den Betrieb der Systeme, durch die Wasser transportiert wird.
Klassifikation nach dem Funktionsprinzip
Man unterscheidet drei Hauptgruppen von Endschaltern: mechanische, berührungslose und magnetische. Die Hauptfunktion all dieser Geräte besteht darin, den arbeitenden Mechanismus automatisch abzutrennen, sobald sein beweglicher Teil eine eingestellte Position erreicht. Diese Schalter dienen nicht nur zum Öffnen, sondern auch zum Schließen des Stromkreises.
Die Arbeit der Kette in den Endschaltern wird auf zwei Arten koordiniert: durch direkte Einwirkung auf die beweglichen Kontakte und durch Positionssteuerung. Im ersten Fall spricht man von Kontaktgebern, im zweiten von berührungslosen Gebern. Ein Beispiel für Kontakt-Endschalter sind Sensoren, die für das Schließen von Autotüren zuständig sind.

Sensoren dieser Art können nicht nur Mechanismen ein- und ausschalten, sondern auch die Position des zu überwachenden Objekts festlegen. Dazu gehören Schwimmschalter sowie Sensoren, die den Kraftstoffstand ermitteln. Auslöser für ihr Ansprechen ist eine Widerstandsänderung, die einem bestimmten Flüssigkeitsstand entspricht.
Der Nachteil von Kontaktsensoren liegt in den mechanischen beweglichen Teilen, einer vergleichsweise kurzen Lebensdauer aufgrund eines unzureichenden Schutzes gegen Feuchtigkeit und Staub. Der Vorteil ist die einfache Konstruktion, Installation und Bedienung. Berührungslose Schalter sind deutlich besser gegen äußere Einflüsse geschützt. Auch ihre Lebensdauer ist länger.
Endschalter mechanischer Bauart
Die Betätigung von Endschaltern dieser Art erfolgt über Rollen oder Hebel. Sie werden ausgelöst, sobald der Betätigungsmechanismus in Form eines Rades, einer Taste oder eines Hebels einer mechanischen Einwirkung ausgesetzt ist.
Dabei ändert sich die Position der Kontakte – sie können schließen oder öffnen. Der Vorgang wird von einem Signal begleitet – einem Steuer- oder Warnsignal.
Am häufigsten haben Endschalter zwei Kontakte – einen geöffneten und einen geschlossenen. Es gibt auch einfache Endschalter, aber sie sind selten. In jedem Fall befinden sich Kontakte im Gehäuse jedes Schalters, und der Schaltplan mit ihren Nummern ist auf der Frontplatte abgebildet.
Die Konstruktion von Rollen-Endschaltern sieht das Ausschalten durch Drücken des Betätigungsmechanismus auf eine Taste in Form einer kleinen Stange vor. Da diese mit dynamischen Kontakten verbunden ist, erfolgt im Moment des Kontakts das Öffnen des Stromkreises.
Der Unterschied von Hebel-Endschaltern besteht darin, dass ihre beweglichen Kontakte über ein Gestänge oder eine Stange mit einem kleinen Hebel verbunden sind. Die Betätigung erfolgt, wenn der Betätigungsmechanismus auf diesen Hebel drückt.

Neben den standardmäßigen Endschaltern gibt es Mikroschalter. Sie arbeiten nach dem gleichen Prinzip, aber ihre Justierung bei der Montage erfordert aufgrund des geringen Hubs eine höhere Genauigkeit. Um den Arbeitshub zu vergrößern, greift man zu einem Trick: der Einbindung eines Zwischenelements – eines Hebels mit Rolle.
Dieser Schaltertyp wird sowohl in der Produktion als auch zu Hause eingesetzt. In der Aufzugskonstruktion wird eine große Anzahl von Endschaltern verwendet.
Darunter befinden sich Schalter in Form von Sensoren, die die minimale und maximale Fahrhöhe des Aufzugs begrenzen, einen Seilbruch melden, ein Signal beim Öffnen der Tür geben und viele weitere Funktionen ausführen. An den Türen vieler Wohnungen gibt es Mikroschalter, die beim Öffnen das Licht im Raum einschalten.
In Fahrzeugen werden solche mechanischen Endschalter in Alarmanlagen- und Beleuchtungssysteme integriert. Ihre Besonderheit ist das Vorhandensein eines einzigen Eingangs mit angelegtem positivem Potenzial. Das Gehäuse ist die Minusklemme, die an ein lackfreies Metallteil der Fahrzeugkarosserie gedrückt wird.
Dieses Element ist mit einem Kabel mit der Fahrzeugmasse verbunden. Die Hauptbedingung ist, dass der Schalter keinen Kontakt mit nassen Oberflächen haben darf. Die Endschalter werden bei der Installation der Fahrzeugalarmanlage gemäß einem Schaltplan angeschlossen. Ihre Ausgänge können sowohl an den Türen als auch im Innenraum an Leuchten installiert werden.
Damit das Einschalten beim Öffnen der Tür und das Ausschalten beim Schließen erfolgt, wird eine Plus-Schließung vorgenommen. Bei Vorhandensein einer Innenraum- und Türbeleuchtung wird ein Endschalterblock verwendet, der verschiedene Funktionen ausführt. Durch die Auslösung des Blocks werden wichtige Sensoren bei einem Öffnungsversuch der Schlösser blockiert.
Besonderheiten berührungsloser Endschalter
Eine der Varianten von Endschaltern ist die berührungslose Modifikation (BES). Die Kommunikation der Geräte ist so eingestellt, dass sie auslöst, wenn ein bestimmtes Objekt in den Empfindlichkeitsbereich gelangt.

Es gibt keine beweglichen Teile im Gerät selbst, ebenso wenig wie einen mechanischen Kontakt zwischen dem Betätigungsobjekt und dem darauf eingestellten Schaltelement.
Das BES besteht aus folgenden Teilen:
- einem empfindlichen Element;
- einem Leistungsschalter;
- einer Signalanalysekomponente.
Der Abstand, bei dem das Gerät zu wirken beginnt, wird je nach Sensormodifikation und Prozessanforderungen festgelegt. Das Fehlen sowohl beweglicher als auch reibender Teile erhöht die Zuverlässigkeit dieser Geräte erheblich.
Berührungslose Sensoren oder, wie sie auch genannt werden, Näherungssensoren verfügen über umfangreiche Funktionsmöglichkeiten. Es gibt zwei Kategorien – Schalter und Positionssensoren.
Die erste Aufgabe eines berührungslosen Schalters (BKS) besteht darin, die Position eines Objekts zu erkennen. Darüber hinaus führt der Sensor Zählung, Positionierung, Trennung und Sortierung von Objekten durch. Er kann Geschwindigkeit und Bewegung überwachen, den Drehwinkel berechnen, Schräglagen korrigieren und viele weitere Aktionen ausführen.
Im Haushalt werden berührungslose Schalter derzeit hauptsächlich für die Lichtsteuerung eingesetzt. Im Bereich der Einrichtung von “Smart Home”-Systemen haben sie jedoch ein deutlich breiteres Anwendungsspektrum und weitaus größere Perspektiven.
Sensoren werden in der Industrie, im Verkehrswesen, als Automatisierungselement und in der Erdölverarbeitung eingesetzt. Nach dem Prinzip der Erkennung sich nähernder Objekte unterscheidet man induktive, kapazitive, optische und Ultraschall-Berührungsschalter.
Induktive berührungslose Schalter
Sie sind auf metallische sowie amorphe Materialien abgestimmt. Zu den auf Metall reagierenden Varianten gehören magnetische und ferromagnetische. Im Inneren des Sensors befindet sich ein Kern – aus Metall oder magnetisiert.

Wenn man die Konstruktion eines solchen Sensors genauer beschreibt, besteht sie aus einem Wandler, der eine Kupferspule umfasst, die in einer Ferritschale angeordnet ist. Zu seinen Funktionen gehört die Umleitung des Vektors der elektromagnetischen Linien auf die Frontseite des Schalters.
Der Oszillator in der Schaltung kann sowohl mit einem festen negativen Widerstand als auch mit einem beliebigen anderen Typ ausgestattet sein. Die Magnetfeldlinien sind senkrecht zur Richtung des Stroms ausgerichtet, der durch die Windungen des magnetisierten Kerns fließt.
Das wechselnde Kraftfeld wird durch die Wechselspannung an den Anschlüssen des Kerns verursacht. Die nächste wichtige Komponente ist der Signalformer, der eine Hysterese und den Wirkbereich des Steuersignals erzeugt. Er enthält einen Detektor, der von einem Trigger gesteuert wird.

Der entscheidende Punkt der Funktion eines induktiven Endschalters sind die Veränderungen, die bei Annäherung oder Entfernung eines Objekts auftreten. Sobald die Spannungsschwelle den zulässigen Wert überschreitet, spricht der Sensor an, indem ein Trigger aktiviert wird, der den Schalter öffnet.
Kapazitive berührungslose Schalter
Nach dem Erscheinen eines Objekts wird der Schwingkreis des kapazitiven Geräts gestartet und die Zeitparameter werden eingestellt. Mit der Annäherung des Objekts an den Sensor steigt dessen Kapazität, während die vom Multivibrator erzeugte Frequenz abnimmt.
Sobald der Frequenzschwellenwert überschritten wird, schaltet sich das Gerät ab. Nach diesem Prinzip arbeiten viele Modelle von Bewegungsmeldern, die Lampen ein- und ausschalten, wenn ein Objekt im Erfassungsbereich erkannt wird.
Das Blockschaltbild eines kapazitiven Sensors ähnelt dem eines induktiven Geräts: Beide Modelle enthalten einen Generator und einen Detektor.

Neben dem Generator, der ein elektrisches Feld erzeugt, umfasst ihre Konstruktion grundlegende Teile wie einen Demodulator. Dieser dient als Wandler der Amplitude hochfrequenter Schwingungen bei gleichzeitiger Spannungsänderung. Ein weiteres wichtiges Bauteil ist der Trigger, der für einen bestimmten Signalpegel, Schaltvorgänge und das Hystereseverhalten zuständig ist.
Um das Eingangssignal auf den eingestellten Wert zu erhöhen, wird in die Schaltung des kapazitiven Schalters ein Verstärker eingebaut. Für die Überwachung der Einstellung und des Betriebs des Geräts ist eine LED-Anzeige zuständig.
Vor Feuchtigkeit und dem Eindringen von Feststoffpartikeln schützt den Schalter ein Element wie die Vergussmasse. Ein Kunststoff- oder Messinggehäuse schützt alles darin enthaltene vor mechanischen Beschädigungen. Zum Lieferumfang gehören auch Befestigungsteile.
Das Schaltelement in diesem Gerät befindet sich am Kondensator und besteht aus einer Platte, die mit einem Oszillator zusammenwirkt. Die Rolle des Schwellwertelements übernimmt ein mit dem Oszillator verbundener Komparator. Dieser wiederum ist mit einem Frequenz-Spannungs-Wandler verbunden.

Der Unterschied zwischen kapazitiven und induktiven Modellen besteht darin, dass erstere auf Luftfeuchtigkeit und Dichteänderungen reagieren. Letztere sind gegenüber solchen Einflüssen unempfindlich.
Aufbau von Ultraschallschaltern
Die Konstruktion von Ultraschall-Endschaltern sieht die Verwendung von Quarz-Schallstrahlern vor, die Impulswellen mit einer Länge von 100 – 500 kHz erzeugen, sowie eines Empfängers, dessen Einstellungen einer bestimmten Frequenz entsprechen.
Bei einer Änderung der Amplitude der Schallwellen infolge von Bewegungen eines Objekts erfasst der Mikroschalter BWK die neuen Werte und steuert auf dieser Grundlage die Ausgangssignale.
Das Funktionsprinzip von Ultraschallsensoren basiert auf der Änderung der Zeit, die eine Schallwelle vom Sensor zum kontrollierten Objekt benötigt. Die Erfassungsreichweite dieser Geräte ist recht groß – bis zu 10 m. Ein großer Vorteil besteht darin, dass sie jedes Objekt unabhängig von Form und Farbe erkennen können, sofern es Schall reflektiert.

Derartige Sensoren werden verwendet, um Objekte mit einer ebenen Oberfläche zu erkennen, die senkrecht zur Mittellinie der Erfassung ausgerichtet ist.
Ungenauigkeiten in ihrer Funktion können verursacht werden durch:
- Plötzlich auftretende starke Luftströmungen, die die Welle verstärken oder abschwächen.
- Starke Temperaturänderungen. Bei großer Wärmeabstrahlung eines Objekts ändert sich die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Wellen.
- Abweichung von der Senkrechten des Winkels zwischen der horizontalen Ebene des Objekts und der Sensorachse. Überschreitet diese Abweichung 10°, spricht der Sensor nicht an.
- Eckige Konturen des Objekts. In diesem Fall ist seine Erkennung stark erschwert.
Schwingungen breiten sich in festen, gasförmigen und flüssigen Medien aus, wobei die Geschwindigkeit von den entsprechenden Parametern abhängt. Ultraschallsensoren haben keine beweglichen Teile, daher gibt es keine Abhängigkeit zwischen der Anzahl der Zyklen und der Lebensdauer des Geräts. Sie zeichnen sich durch eine hohe Beständigkeit gegen äußere Einflüsse aller Art aus.
Optische berührungslose Geräte
Endschalter dieses Typs überwachen Objekte, die entweder die Strahlung unterbrechen oder reflektieren. Wenn ein Objekt in den Raum zwischen Schalter und Lichtquelle gelangt, unterbricht der Sensor den Lichtstrahl. Das für diese Aktion zuständige Element kann ein Relais oder ein Halbleiter sein. Der Reaktionsradius erstreckt sich bis zu 150 m.

Näherungssensoren arbeiten in einem breiten Temperaturbereich von -60 bis +150 °C. Sie halten einem Druck von etwa 500 atm stand, können in aggressiven Umgebungen und sogar unter erhöhter Explosionsgefahr eingesetzt werden.
Magnetische Endschaltervarianten
Diese Art von Schaltern, die auch als Schwimmerschalter oder Reed-Kontakte bezeichnet werden, verdrängt allmählich mechanische Modelle. Ihre Kontakte ändern ihre Position, wenn sie sich in einem bestimmten Abstand zu einem Magneten befinden. Dabei wird ein Signal an die Steuerschaltung gesendet.
Ein Reed-Schalter enthält einen oder zwei Kontakte, die aus einem speziellen Material – einem Ferromagneten – gefertigt sind. Der Magnet-Endschalter zeichnet sich durch geringe Abmessungen aus. Er wird in einem Gehäuse aus Kunststoff oder Glas untergebracht und in den Stromkreis an dessen Unterbrechungsstelle eingebaut.
Die Kontakte in einem solchen Schalter können offen, geschlossen oder umschaltbar sein. Bei Geräten der ersten Art schließt der Kontakt bei Betätigung. Normalerweise geschlossene Kontakte öffnen sich unter ähnlichen Umständen, und umschaltbare Kontakte verhalten sich situationsabhängig.
Die Wahl des Modells hängt von den konkreten Umständen ab. Reed-Schalter werden in der Konstruktion von Schiebetoren eingesetzt. Mit ihrer Hilfe wird die Bewegung der Konstruktion gestoppt, wenn sie die Endposition beim Öffnen oder Schließen erreicht.
Einige Schwimmermodelle werden als Teil der Einbruchmeldeanlage am Hauseingang verwendet. Wenn die Tür geschlossen ist, ist der Stromkreis aufgrund der Einwirkung des Magnetfelds auf den Endschalter geschlossen. Eine sich öffnende Tür bewirkt die Bewegung des Magneten und das Öffnen des Kontakts, was das Auslösen des Alarms zur Folge hat.

Dass in dieser Konstruktion kein mechanischer Kontakt vorhanden ist, ist ein Vorteil, der die Langlebigkeit erhöht. Sie zeichnen sich durch die einfachste Struktur aus, die auf der Wechselwirkung von magnetisch gesteuerten Kontakten mit einem gewöhnlichen Magneten beruht.
Regeln und Besonderheiten des Anschlusses
Obwohl Endschalter an sich recht einfach aufgebaut sind, werden sie in Geräten mit komplexen elektrischen Schaltungen eingesetzt. Daher muss ihr Anschluss von Fachleuten und streng nach Schaltplänen unter Berücksichtigung der Besonderheiten der Technik erfolgen.
Betrachten wir ein Beispiel für den Anschluss eines einfachen mechanischen Schalters an einem 3D-Drucker. Dies ist erforderlich, um die Endkoordinaten für dessen Schlitten festzulegen. Der anzuschließende Endschalter verfügt über 3 Kontakte – COM, NO, NC. Im geöffneten Zustand des Sensors liegen der erste und der letzte Kontakt unter Spannung von +5V. Der zweite Kontakt (NO) ist geerdet.

Der Sensor wird mit zwei Drähten angeschlossen – rot und schwarz. Wenn das Gerät auslöst, ist ein typisches Klicken zu hören. Ein Indikatorschalter wird nach dem gleichen Schema angeschlossen, verfügt jedoch über einen dritten Draht – grün.
Seine Auslösung wird durch leuchtende LED und ein Klicken signalisiert. Die Anschlüsse auf der Platine sind gekennzeichnet: für roten Draht V (+5V), für schwarzen Draht G (Masse), für grünen Draht S (Signal).
Mit denselben Buchstaben sind auch die Anschlüsse des optischen Schalters gekennzeichnet. Er steuert die Bewegung des Schlittens präziser, kann aber bei Staubbelastung und Sonnenlicht Störungen verursachen. Die Auslösung des Optokopplers wird durch das Einschalten einer Leuchtdiode begleitet und erfolgt völlig geräuschlos.
Endschalter werden häufig von Möbelbauern verwendet, die sie in Schiebetürenschränken installieren. Der Anschluss erfolgt gemäß der beiliegenden Anleitung jedes Modells. Das Schema gibt die Position der Befestigung der Kunststoffkonstruktion mit Taste an. Für die mittlere Tür muss sie so angebracht werden, dass sie die korrekte Bewegung der anderen Schiebetür der Sektion auf den Führungsschienen nicht behindert.

Bei der Installation eines Endschalters für eine Drehtür wird dieser mit selbstschneidenden Schrauben im Inneren des Schranks befestigt. Im geschlossenen Zustand drückt die Tür den Knopf, unterbricht den Stromkreis und die Beleuchtung ist aus. Im geöffneten Zustand gibt die Tür den Knopf frei und die Beleuchtung schaltet sich ein.
Kennzeichnung von Grenztastern
Jedes dieser Schaltgeräte trägt eine entsprechende Kennzeichnung. Durch deren Decodierung erhalten Sie alle Informationen über das jeweilige Modell des Endschalters. Wenn darauf die Aufschrift WU222M steht, bedeutet dies, dass es sich um einen Endschalter der Baureihe WU222 handelt. Das bewegliche Element ist ein modernisierter Hebel.

Im Folgenden wird beispielhaft die Kennzeichnung des Schalters WP 15M4221-54U2 erläutert. Er ist mit einem beweglichen Schaltelement der Baureihe 15 ausgestattet. Verfügt über einen Schließkontakt und einen Öffnerkontakt, der mit einem Rollenstößel versehen ist.
Die Schutzart beträgt IP54 auf der Antriebsseite, 'U' kennzeichnet die klimatische Ausführung, und die Ziffer 2 die Aufstellungskategorie. Das Produkt entspricht der TU U 31.2-25019584-005-2004.
Führende Hersteller in diesem Segment
Viele Firmen stellen solche Sensoren her. Darunter gibt es anerkannte Marktführer. Dazu gehört das deutsche Unternehmen Sick als Hauptproduzent solcher hochwertigen Produkte. Die Firma Autonics liefert berührungslose Endschalter induktiver und kapazitiver Bauart auf den Markt.
Berührungslose Sensoren hoher Qualität stellt die russische Firma „TEKO“ her. Sie zeichnen sich durch extrem hohe Dichtigkeit (IP68) aus. Diese Endschalter arbeiten in den gefährlichsten Umgebungen, einschließlich explosionsgefährdeter Bereiche; verschiedene Montagemethoden sind verfügbar.
Die Endschalter des ukrainischen Herstellers „Promfaktor“ sind sehr beliebt. Hier werden Endschalter und Endumschalter der Typen WP, PP, WU hergestellt. Die Garantie beträgt bei Einhaltung aller Betriebsvorschriften 3 Jahre.
Fazit und nützliche Videos zum Thema
Video #1. Allgemeinverständlich über den Endschalter:
Video #2. Installation eines Endschalters an einer selbstgebauten CNC-Maschine:
Die Verwendung von Endschaltern kann sehr unterschiedlich sein. Sie werden sowohl in komplexen Industrieanlagen als auch im Haushalt eingesetzt, um unseren Komfort zu erhöhen. Wichtig ist, dass der Anschluss an den Stromkreis erst nach vollständiger Spannungsfreischaltung erfolgen darf.
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