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Wechselschaltung

Man verwendet für eine Lampe häufig zwei verschiedene Schalter. Z.B. bei einer Flur-Lampe: Man kommt von der Wohnungstür rein – macht mit einem Schalter gleich rechts von der Tür das Licht an – und geht anschließend weiter in ein Zimmer und macht (irgendwann) das Flurlicht wieder aus – mit dem zweiten Schalter in der Nähe der Zimmertür. Für diese Art der Schalter-Installation benötigt man die sog. Wechselschaltung – und demenstprechend zwei Wechselschalter statt zweier einfacher Schalter: man müsste bei zwei einfachen Schaltern jedes Mal wieder zurückgehen, um bei dem ursprünglichen Schalter auszuschalten.

 

Die Wechselschaltung ist ein schönes kleines Mathematikproblem, das ich im Folgenden aufzeigen werde.

Zunächst muß man - als Voraussetzung - das Grundschema kennen:

Der stromführende Leiter L geht (aus dem Verteiler kommend) erst zu einem (und nur zu einem) der beiden Schalter, der dann in der Zeichnung 1. Schalter genannt wird. Anschließend (irgendwie) zum 2. Schalter, schließlich zur Lampe X, die selber wiederum mit dem Nulleiter N (aus dem Verteiler kommend) verbunden sein muß, damit der Strom überhaupt fließen kann:

 

Der Trick der Sache ist, dass die beiden Schalter untereinander mit genau 2 Adern verknüpft sind. Somit ergeben sich insgesamt 8 Möglichkeiten, wie die beiden Schalter mit den beiden Kabeln wechselwirken. 4 Möglichkeiten, wenn die zwei Leitungen parallel verlaufen und weitere 4 Möglichkeiten, wenn die zwei Leitungen zwischen den Schaltern über Kreuz laufen (oder verwurschtelt sind). In allen 8 überhaupt möglichen Fällen löst eine Änderung der Position eines der beiden Schalter die entgegengesetzte Funktion von der vorhandenen aus: wenn das Licht an war, geht es aus und umgekehrt. Das Licht ist an, wenn eine durchgehende Drahtverbindung L bis X  hergestellt wird und aus, wenn die Drahtverbindung L bis X irgendwo unterbrochen ist.

Als Beweis durch Augenschein dient das untere Schema

In der linken dieser zwei Spalten hat der untere Knotenpunkt rechts immer die gleiche Funktion: er ist mit dem Leiter zur Lampe X hin verbunden. In der rechten Spalte hat diese Funktion der obere Knoten rechts. Es sind dann in der linken Spalte alle 4 Möglichkeiten für den unteren (bzw. oberen) Knoten links aufgezeigt: 2 mal verbunden mit Stromzuführung L und zweimal nicht verbunden. Analog verhält es sich bei der rechten Spalte. Hier ist der untere (bzw. obere) Knoten links, ebenfalls 2 mal mit L verbunden und zweimal nicht. Damit sind offenbar alle Möglichkeiten an Verknüpfung der beiden Drähte mit L und X erschöpft, sofern die beiden Schalter (die kleinen Kreise) so angeordnet sind, wie in dem Schema.

Auf jedem einzelnen der 8 Schema-Bilder erkennt man, daß die Bewegung eines der beiden Schalter vom oberen zum unteren Knoten (oder umkehrt) das Gegenteil des gegebenen Zustands hervorruft: war das Licht aus, geht es jetzt an (und umgekehrt). q.e.d.

                                          linke Spalte                                                                     rechte Spalte

                

                                   

                                  

                                                                

Daß die Leitungen über Kreuz laufen (oder sogar mehrmals über Kreuz laufen), kann ja ohne weiteres passieren, wenn sie in einem Rohr vom einen zum anderen Schalter verlaufen und farblich nicht zu unterscheiden sind: man hat beispielsweise zwei schwarze Adern. Aber wie man sieht, funktioniert auch dabei die Wechselschalter-Logik.

Jede Wechsel-Schalter-Box muß einerseits die zwei Leitungen zwischen den Schaltern aufnehmen als auch eine weitere Zu-Leitung bzw. Ableitung, die ich jetzt mal “Außenleiter” nenne. Es müssen also insgesamt 3 Ader-Anschlüsse (siehe Foto unten, die drei Schrauben) vorhanden sein - und insgesamt 3 Adern führen in die Schalterbox rein.

Um die Sache auf eine praktische Formel zu bringen:

In den ersten Schalter geht der Strom rein mit einer üblicherweise schwarzen Leitung (‘Außenleiter’). Aus dem zweiten Schalter geht der Strom (über den ‘Außenleiter’) raus zur Lampe ebenfalls mit üblicherweise schwarzer Leitung. Von der Lampe geht der Nulleiter ab (der üblicherweise blaue Draht zur Verteilerdose), damit der Stromkreis geschlossen ist. Zwischen den beiden Schaltern gibt es noch zwei vom jeweiligen ‘Außenleiter’ (d.h. dem nach Außen gehenden oder von Außen kommenden Strom-Draht) gesonderte Leitungen (L1 und L2, siehe oben in dem Schema die zwei Hampel-Drähte zwischen L und X).

Den von mir hier aus didaktischen Gründen so genannten ‘Außenleiter’ nennt man übrigens von Rechts wegen ‘Phase’.

Bei diesem alten Wechselschalter aus den 50er Jahren sieht man in der Mitte den entscheidenden Porzellan-Einsatz. mit den drei silberfarbenen Schrauben für die 3 zu befestigenden Adern. Der Metallstift, der oben rausschaut, wird durch den Drehknopf gedreht. Der innere, runde Porzellaneinsatz dreht sich dann mit. Derselbe ist so aufgebaut, daß er mit jeder Drehung einen Kontakt zu einem von den beiden Verbindungsleitern L1 bzw. L2 zum anderen Schalter herstellt und gleichzeitig den andern Kontakt unterbricht. Das entspricht durchaus den obigen Voraussetzungen (siehe Schema oben). 

 

 

Hier habe ich nun ein weiteres Schema aufgezeichnet, nämlich eines, nach welchem dieser Bakelit-Drehschalter mit seinem Porzellan-Einsatz funktioniert. Die Idee dazu habe ich von Frank, einem Leser dieser Website, der mir diesbezüglich einen instruktiven Email-Tipp samt Zeichnung zukommen ließ, die ich unten (auf etwas veränderte Weise, d.h. dem Thema des obigen Schalters entsprechend) zusätzlich noch auf 5 Schritte didaktischerweise erweitert habe.

Der Schalter kann wahlweise nach links oder nach rechts gedreht werden. In den Zeichnungen unten wird er jeweils 90° nach rechts gedreht. (Dabei rastet er realiter hörbar ein.) Der grün umrandete Kreis symbolisiert das drehbare Innenteil. L1, Phase und L2 sind die drei Leiter-Anschlüsse am fixierten Außenteil. Offenbar müssen im unsichtbaren Inneren des Innenteils 2 leitende Metallbrücken existieren, die hier als blaue und rote Linie markiert sind. Sie sind dazu gedacht, daß sie einen Kontakt zu den Leiter-Anschlüssen herstellen können (an ihnen schleifen). Die kleinen grauen gezackten Wolken symbolisieren die Kontaktstellen.

Ausgangsstellung 1                                                                                Stellung 2

Schalter-1c                          Schalter-2a

                            Stellung 3                                                                              Stellung 4

Schalter-3b                         Schalter-4a

                                                      Stellung 5 = Ausgangsstellung 1

                                                Schalter-5c

Wie man an dem Schema erkennt, hat die ‘Phase’ bei jeder Drehung mit einem anderen der beiden Leiter L1 oder L2 Kontakt. Außerdem wird hieraus klar, an welcher der drei obigen silberfabenen Schrauben die Phase angeschlossen werden muß: Es ist die mittlere von den dreien. - L1 und L2 andererseits, können ihre Plätze problemlos vertauschen - d.h. die anderen beiden Adern kann man nach Belieben anschließen.

 

 

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