Kreuzschaltung in der Installationstechnik
Die Kreuzschaltung ist eine Erweiterung der Wechselschaltung und wird eingesetzt, wenn eine Leuchte von drei oder mehr Schaltstellen aus bedient werden soll. Typische Beispiele sind lange Flure, Treppenhäuser mit mehreren Podesten oder große Räume mit mehreren Zugängen. Sie erhöht den Komfort, weil sich das Licht an vielen Stellen ein- und ausschalten lässt.
Technisch gesehen besteht eine Kreuzschaltung immer aus zwei Wechselschaltern und einem oder mehreren dazwischen angeordneten Kreuzschaltern. Die Wechselschalter sitzen dabei an den Enden der Schaltstrecke, die Kreuzschalter in der Mitte. Über korrespondierende Leiter und die Kreuzkontakte wird der Weg der Phase zur Leuchte je nach Schalterstellung verändert.
Wichtig ist die begriffliche Abgrenzung: Die Kreuzschaltung ist keine „Kreuzung“ von Stromkreisen im Sinn mehrerer Spannungsquellen, sondern eine besondere Anordnung von Umschaltkontakten. Die Leuchte bleibt ein einzelner Verbraucher, der nur eine Phase, einen Neutralleiter und einen Schutzleiter besitzt.
In der Praxis erfordert die Kreuzschaltung eine sorgfältige Planung der Leitungswege und Aderanzahl, da zusätzliche korrespondierende Leiter zwischen den Schaltern erforderlich sind. Fehler bei der Verdrahtung führen häufig zu „unlogischem“ Schaltverhalten oder dazu, dass die Leuchte in bestimmten Schalterstellungen nicht schaltbar ist.
Für angehende Elektrofachkräfte ist die Kreuzschaltung ein wichtiger Baustein der Installationstechnik. Wer Wechselschaltung und Kreuzschaltung sicher beherrscht, versteht das Prinzip mehrerer Schaltstellen und kann später problemlos Kreuzschaltungen erweitern oder durch moderne Steuerungen ersetzen.
Einordnung und typische Einsatzgebiete
Die Kreuzschaltung kommt überall dort zum Einsatz, wo eine Leuchte von drei oder mehr Stellen aus geschaltet werden soll. Ein klassisches Beispiel ist ein langer Flur mit drei Türen, an denen jeweils ein Schalter sitzt. Ein weiteres Beispiel sind Treppenhäuser mit mehreren Etagen oder Zwischenpodesten, bei denen an jedem Podest ein Schalter für das gleiche Licht vorhanden ist.
Eine einfache Wechselschaltung erlaubt nur zwei Schaltstellen. Soll eine dritte Schaltstelle hinzukommen, wird zwischen die beiden Wechselschalter ein Kreuzschalter gesetzt. Jede weitere Schaltstelle erfordert einen weiteren Kreuzschalter in der Kette. Die beiden Enden bleiben immer Wechselschalter.
Durch diese Anordnung kann die Leuchte von jeder Schaltstelle aus in den jeweils anderen Zustand versetzt werden (Licht an → Licht aus, Licht aus → Licht an). Die Kreuzschaltung arbeitet also wie eine erweiterte „Toggle“-Schaltung mit mehr Bedienpunkten.
In Wohngebäuden sind Kreuzschaltungen seltener geworden, weil moderne Steuerungen häufig mit Tastern und Stromstoßschaltern oder Bussystemen arbeiten. Trotzdem sind Kreuzschaltungen in Altanlagen weit verbreitet und werden auch heute noch in klassischen Installationen verwendet.
In der Ausbildung ist es wichtig, Kreuzschaltungen sowohl im Schaltbild als auch in der Installationsdarstellung zu verstehen. Nur so können Verdrahtungsfehler sicher erkannt und bei Altanlagen sinnvolle Anpassungen vorgenommen werden.
Anzahl der Schalterstellungen: Bei n Schaltern mit je 2 Stellungen gibt es 2n mögliche Kombinationen der Schalterstellungen. Für 3 Schalter sind das 2³ = 8 Kombinationen.
Leistung der Leuchte: P = U · I Die Leuchte bleibt eine ohmsche oder elektronische Last. Die Leistung P (Watt, W) ergibt sich aus Spannung U (Volt, V) und Strom I (Ampere, A).
In größeren Gebäuden werden Kreuzschaltungen häufig durch Tasterschaltungen mit Stromstoßschaltern ersetzt. Diese benötigen weniger Adern pro Schaltstelle, sind flexibler erweiterbar und lassen sich besser mit Automatisierungssystemen kombinieren. Das Grundprinzip „Licht von vielen Stellen aus schalten“ bleibt aber gleich.
Auch in Kreuzschaltungen liegen an allen Schaltern Netzspannungen an. Schon Spannungen ab etwa 50 V AC sind gefährlich, Ströme ab etwa 30 mA potenziell lebensgefährlich. Arbeiten dürfen nur im spannungsfreien Zustand durchgeführt werden – eine „ausgeschaltete“ Leuchte bedeutet nicht automatisch, dass die gesamte Schaltung spannungsfrei ist.
Nenne ein typisches Einsatzgebiet für eine Kreuzschaltung und erkläre, warum dort eine Wechselschaltung nicht ausreicht.
Ein typisches Einsatzgebiet ist ein langer Flur mit drei Türen, an denen jeweils ein Schalter sitzt. Eine Wechselschaltung erlaubt nur zwei Schaltstellen. Um eine dritte Schaltstelle zu realisieren, wird ein Kreuzschalter zwischen die beiden Wechselschalter gesetzt, sodass die Leuchte von allen drei Stellen aus geschaltet werden kann.
Bauteile und Leitungsführung in der Kreuzschaltung
Eine Kreuzschaltung besteht grundsätzlich aus zwei Wechselschaltern und mindestens einem Kreuzschalter. Die Wechselschalter bilden die beiden Enden der Schaltstrecke, der Kreuzschalter sitzt in der Mitte. Jede zusätzliche Schaltstelle erfordert einen weiteren Kreuzschalter.
Der Wechselschalter verfügt über einen gemeinsamen Anschluss (COM) und zwei Wechslerkontakte. Der Kreuzschalter besitzt vier Anschlüsse: zwei Eingänge und zwei Ausgänge. Er schaltet die beiden korrespondierenden Leiter entweder „gerade durch“ oder „gekreuzt“, daher die Bezeichnung Kreuzschalter.
Für die Leitungen werden in der Regel Installationsleitungen mit einem Querschnitt von 1,5 mm² verwendet, wie bei anderen Lichtstromkreisen auch. Zwischen den Schaltern werden mehrere korrespondierende Adern benötigt. Zwischen Wechselschalter und Kreuzschalter sind es zwei korrespondierende Adern, zwischen zwei Kreuzschaltern ebenfalls.
Die Zuleitung mit Außenleiter (L), Neutralleiter (N) und Schutzleiter (PE) wird meist in eine Abzweigdose geführt. Von dort geht der Außenleiter zum COM-Anschluss des ersten Wechselschalters. Der COM-Anschluss des letzten Wechselschalters führt als geschaltete Phase zur Leuchte. Neutralleiter und Schutzleiter werden durchgeklemmt und direkt zur Leuchte geführt.
In der Praxis ist es wichtig, die Aderanzahl frühzeitig zu planen. Zwischen den Schaltern braucht man mindestens zwei Adern für die Korrespondierenden. Je nach Installationskonzept kommen weitere Adern hinzu, z. B. für Dauerphase, Kontrollleuchte oder Steckdosenkombinationen.
Belastbarkeit des Lichtstromkreises: I = P / U Der zu erwartende Strom ergibt sich aus der Gesamtleistung P der Leuchte(n) und der Netzspannung U (z. B. 230 V). Schalter und Leitungen müssen für diesen Strom ausgelegt sein.
Gesamtleistung: Pges = ΣPLeuchte Werden mehrere Leuchten an der gleichen Kreuzschaltung betrieben, addieren sich ihre Leistungen zur Gesamtleistung des Stromkreises.
Moderne Schalterprogramme bieten Wechselschalter- und Kreuzschaltereinsätze, die in einheitliche Rahmen passen. So können optisch gleiche Kombinationen mit verschiedenen Funktionen realisiert werden. In Plänen werden Wechselschalter und Kreuzschalter mit unterschiedlichen Symbolen dargestellt, die eindeutig erkennbar sein müssen.
Die Fehlersuche in Kreuzschaltungen ist komplexer als in einfachen Wechselschaltungen, da mehr Adern und Klemmen beteiligt sind. Unübersichtliche oder unsauber ausgeführte Klemmdosen erhöhen die Gefahr von Verdrahtungsfehlern, lockeren Klemmen und Überhitzung. Eine sorgfältige, übersichtliche Verdrahtung ist deshalb besonders wichtig.
Welche Schaltertypen werden in einer klassischen Kreuzschaltung verwendet und wie sind sie angeordnet?
In einer klassischen Kreuzschaltung werden an den beiden Enden jeweils Wechselschalter verwendet. Zwischen den beiden Wechselschaltern sitzt mindestens ein Kreuzschalter. Bei mehr als drei Schaltstellen werden mehrere Kreuzschalter hintereinander geschaltet.
Funktionsprinzip des Kreuzschalters
Der Kreuzschalter ist das zentrale Bauteil, das die Wechselschaltung zur Kreuzschaltung erweitert. Er besitzt vier Anschlüsse: zwei auf der einen Seite und zwei auf der anderen Seite. Diese Anschlüsse werden paarweise mit den korrespondierenden Leitern der Wechselschalter verbunden.
Im Inneren des Kreuzschalters gibt es zwei Schaltstellungen. In der ersten Stellung werden die beiden Leiter „gerade durchgeschaltet“ – Eingang 1 mit Ausgang 1, Eingang 2 mit Ausgang 2. In der zweiten Stellung werden die Leiter „gekreuzt“ – Eingang 1 mit Ausgang 2, Eingang 2 mit Ausgang 1. Dadurch wird der Weg der Phase innerhalb der korrespondierenden Leitungsstrecke geändert.
Betrachtet man die gesamte Schaltung von der Phase L bis zur Leuchte, so entsteht ein geschlossener Stromkreis, wenn alle Schalterstellungen zusammen eine durchgehende Verbindung ergeben. Sobald eine der Schalterstellungen so gewählt ist, dass die Verbindung unterbrochen wird, ist der Stromkreis geöffnet und die Leuchte bleibt aus.
Durch die Kombination aus zwei Wechselschaltern und einem Kreuzschalter ergeben sich zahlreiche Schaltzustände. Entscheidend ist aber nur, ob am Ende eine durchgehende Verbindung von L bis zur Leuchte besteht oder nicht. Jede betätigte Wippe ändert diesen Zustand.
Mehrere Kreuzschalter können hintereinander geschaltet werden. Jeder zusätzliche Kreuzschalter fügt eine weitere Stelle hinzu, an der die beiden korrespondierenden Leiter entweder gerade oder gekreuzt geführt werden. Das Grundprinzip bleibt dabei immer gleich.
Kombinationen der Schalterstellungen: Bei 3 Schaltern (2 Wechselschalter + 1 Kreuzschalter) gibt es 2³ = 8 mögliche Kombinationen. Einige führen zu Licht EIN, andere zu Licht AUS. Die Kreuzschaltung arbeitet nach dem Prinzip „Zustand umkehren“ (Toggle).
In logischer Betrachtung kann man jede Schalterstellung als binäre Variable auffassen (0 = Stellung 1, 1 = Stellung 2). Ob das Licht brennt, hängt davon ab, ob die Gesamtkombination eine durchgehende Verbindung herstellt. In Steuerungstechnik und Gebäudesystemtechnik werden solche Logiken später oft durch Relais oder digitale Logik ersetzt.
Da im Kreuzschalter zwei aktive Leiter geführt werden, ist besondere Sorgfalt bei der Verdrahtung und Aderkennzeichnung nötig. Falsch angeschlossene Leiter können dazu führen, dass ungewollte Spannungen auf Leitungen auftreten oder dass mehrere Leiter gleichzeitig unter Spannung stehen, obwohl die Schaltung als „aus“ wahrgenommen wird.
Beschreibe kurz die beiden Schaltstellungen eines Kreuzschalters und ihre Wirkung auf die korrespondierenden Leiter.
Der Kreuzschalter hat zwei Schaltstellungen: In Stellung 1 werden die beiden korrespondierenden Leiter gerade durchgeschaltet (Eingang 1 → Ausgang 1, Eingang 2 → Ausgang 2). In Stellung 2 werden die Leiter gekreuzt (Eingang 1 → Ausgang 2, Eingang 2 → Ausgang 1). Dadurch ändert sich der Weg der Phase in der Wechselschaltung.
Verdrahtung der Kreuzschaltung – Schritt für Schritt
Die Verdrahtung einer Kreuzschaltung folgt einem klaren Schema. Zunächst wird der Außenleiter L aus der Zuleitung auf den COM-Anschluss des ersten Wechselschalters geführt. Die beiden korrespondierenden Anschlüsse dieses Wechselschalters werden als Korrespondierende zum Kreuzschalter weitergeführt.
Im Kreuzschalter werden diese beiden korrespondierenden Leiter an die Eingangsanschlüsse angeschlossen. Von den Ausgangsanschlüssen des Kreuzschalters gehen zwei weitere korrespondierende Leiter zum zweiten Wechselschalter. Dort werden sie an die beiden alternativen Kontakte angeschlossen.
Der COM-Anschluss des zweiten Wechselschalters wird als geschaltete Phase zur Leuchte geführt. In der Abzweig- oder Leuchtenanschlussdose wird diese Ader mit der Lampenphase verbunden. Neutralleiter (N) und Schutzleiter (PE) werden von der Zuleitung direkt zur Leuchte durchgeklemmt und nicht geschaltet.
Nach Abschluss der Verdrahtung muss eine Funktionsprüfung durchgeführt werden. Dabei wird kontrolliert, ob die Leuchte von jeder Schaltstelle aus zuverlässig ein- und ausgeschaltet werden kann – unabhängig von den Stellungen der anderen Schalter. Zusätzlich sind Sichtprüfung, Messungen der Spannungsfreiheit und – je nach Norm – weitere elektrische Prüfungen notwendig.
In Schaltplänen werden Wechselschalter und Kreuzschalter mit normgerechten Symbolen dargestellt. In Installationsplänen sind die Leitungsverläufe und Aderanzahlen vermerkt. Eine gute Dokumentation erleichtert spätere Änderungen und die Fehlersuche erheblich.
Spannungsprüfung: U ≈ 230 V zwischen L (oder geschalteter Phase) und N bei geschlossenem Stromkreis. Vor Arbeiten muss zwischen allen aktiven Leitern und Erde U = 0 V gemessen werden, wenn freigeschaltet wurde.
In der Praxis existieren verschiedene Verdrahtungsvarianten, z. B. mit zentraler Abzweigdose oder mit Verdrahtung ausschließlich in tiefen Gerätedosen. Für Lernende ist es hilfreich, zunächst das Prinzip im Schaltbild zu verstehen und anschließend reale Verdrahtungen darauf zurückzuführen.
Auch wenn die Leuchte gerade ausgeschaltet ist, können Teile der Schaltung noch unter Spannung stehen. Deshalb ist die Spannungsfreiheit immer mit einem zweipoligen Spannungsprüfer zu kontrollieren. Das bloße „Licht ist aus“ reicht als Nachweis nicht aus.
Zähle die wesentlichen Verdrahtungsschritte einer Kreuzschaltung in logischer Reihenfolge auf.
1. Außenleiter L auf COM des ersten Wechselschalters legen. 2. Zwei korrespondierende Leiter von den Wechslerkontakten des ersten Wechselschalters zum Eingang des Kreuzschalters führen. 3. Zwei korrespondierende Leiter vom Ausgang des Kreuzschalters zu den Wechslerkontakten des zweiten Wechselschalters führen. 4. COM des zweiten Wechselschalters als geschaltete Phase zur Leuchte führen. 5. Neutralleiter N und Schutzleiter PE direkt zur Leuchte durchklemmen. 6. Funktions- und Sicherheitsprüfung durchführen.
Typische Fehler und Sicherheitsaspekte
In Kreuzschaltungen treten häufig Verdrahtungsfehler auf, weil viele Adern und Klemmen beteiligt sind. Ein häufiger Fehler ist die Verwechslung der korrespondierenden Leiter mit der Phase oder der geschalteten Phase. Dadurch arbeitet die Schaltung nicht korrekt oder es entstehen unerwartete Spannungen auf Leitern.
Ebenfalls typisch sind falsch angeschlossene Kreuzschalter, bei denen Ein- und Ausgänge vertauscht werden. In manchen Stellungen funktioniert die Schaltung dann scheinbar korrekt, in anderen nicht. Dies macht die Fehlersuche aufwändig, wenn kein klarer Plan vorliegt.
Eine besonders gefährliche Fehlerquelle ist der Umgang mit dem Neutralleiter. Wird N versehentlich geschaltet oder mit einem korrespondierenden Leiter verwechselt, kann die Leuchte in ausgeschaltetem Zustand weiterhin unter Spannung stehen. Dies verstößt gegen die Normen und stellt eine erhebliche Gefährdung dar.
Auch Planungsfehler können Probleme bereiten: Wenn zu wenig Adern eingeplant wurden (z. B. nur eine einfache Wechselschaltung vorgesehen war, später aber eine Kreuzschaltung benötigt wird), müssen nachträglich Leitungen ergänzt werden. Provisorische Lösungen oder „Sparschaltungen“ sind nicht zulässig.
Für die Sicherheit ist es entscheidend, bei Altanlagen die tatsächliche Funktion der Leitungen zu messen und sich nicht allein auf die Aderfarben zu verlassen. Ältere Farbkennzeichnungen können von heutigen Normen abweichen, und nachträgliche Änderungen wurden nicht immer sauber dokumentiert.
Überprüfung der Schalterlast: I = P / U Der durch die Kreuzschaltung geschaltete Strom darf die zulässige Schalter- und Leitungsbelastbarkeit nicht überschreiten. Bei 230 V und einer angeschlossenen Gesamtleistung von 460 W ergibt sich z. B. I = 2 A.
In Prüfungen werden häufig Schaltbilder mit bewusst eingebauten Fehlern verwendet. Wer das Prinzip der Wechselschaltung und Kreuzschaltung verstanden hat, erkennt typische Fehler wie „COM falsch angeschlossen“ oder „korrespondierende vertauscht“ deutlich schneller.
Der Neutralleiter darf niemals geschaltet werden. Der Schutzleiter darf nicht als Betriebsleiter missbraucht werden. Vor Arbeiten an Kreuzschaltungen muss immer die Spannungsfreiheit aller beteiligten Leiter und Schalter geprüft werden. Nur so können elektrische Unfälle sicher vermieden werden.
Nenne zwei typische Verdrahtungsfehler in Kreuzschaltungen und beschreibe die möglichen Folgen.
Beispiel 1: Korrespondierende Leiter werden mit L oder der geschalteten Phase verwechselt. Folge: Die Schaltung arbeitet unlogisch oder gar nicht, es können unerwartete Spannungen auftreten. Beispiel 2: Neutralleiter wird versehentlich geschaltet oder mit einem korrespondierenden Leiter vertauscht. Folge: Die Leuchte kann trotz „AUS“ unter Spannung stehen, was lebensgefährlich ist und gegen Normen verstößt.
Aufgaben zur Kreuzschaltung
Hinweis: Pro Aufgabe kann genau eine Antwort korrekt sein.