elektronisch Products bringt in Zusammenarbeit mit EDN seine Back-to-Basics-Serie elektronischer Komponenten mit einer Einführung in elektromechanische Schalter auf den Markt. Verpassen Sie nicht unsere Diskussion mit Roger Bohannan, globaler Segmentleiter für das Produktportfolio im medizinischen Segment von C&K.
Die Auswahl des richtigen elektromechanischen Schalters für eine Anwendung kann eine Herausforderung darstellen. Von Stoß-/Vibrations- und Größenanforderungen bis hin zu Haptik und Leistungsanforderungen kann die Integration des richtigen Schalters in ein Produkt ein Design entscheidend machen oder zerstören. Nachfolgend finden Sie eine Übersicht über elektromechanische Schalter, die die wichtigsten Informationen zum Verständnis typischer Schaltertypen, häufiger Anwendungen und häufig verwendeter Begriffe im Zusammenhang mit Schaltern enthält.
Elektromechanische Schalter, die oft als elektronische oder elektrische Schalter bezeichnet werden, sind in vielen verschiedenen Typen (z. B. Schieber, Kippschalter, Druckknopf usw.), einer Vielzahl von Stromschaltfähigkeiten und physikalischen Größen erhältlich, um eine Reihe von Funktionen zu unterstützen. Elektromechanische Schalter bieten einen zuverlässigen und dauerhaften Betrieb für einfache und komplexe Aufgaben und verwenden eine mechanische Wirkung, um den Zustand eines elektrischen Geräts zu ändern, indem sie den elektrischen Fluss durch verschiedene Schaltung Übertragungswege.
Elektromechanische Schalter, die häufig in Mensch-Maschine-Schnittstellen (HMI) verwendet werden, sind im Vergleich zu anderen Formen von HMI eine relativ kostengünstige und einfache Lösung und werden daher von vielen Konstrukteuren bevorzugt. Die Auswahl eines elektromechanischen Schalters für Ihre Anwendung ist einfach, aber bei der Optimierung Ihrer Schalterauswahl zur Maximierung Ihrer Designfunktionalität und der Erfahrung Ihrer Kunden mit Ihrem Produkt kann Ihnen das Know-how des Schalterherstellers helfen.
Die elektromechanische Schalterfamilie von C&K. (Quelle: C&K)
Hier ist eine Liste der beliebtesten Arten von elektromechanischen Schaltern. Diese Schalter werden typischerweise durch mehrere Parameter spezifiziert: Betätigertyp, Anzahl der Pole und Ausschläge, Dichtungsgrad, Betätigungskraft, haptisches Feedback und erforderliche Nennleistung.
Taktile Schalter
Ein „Takt“-Schalter ist ein elektromechanisches Gerät, aber im Wesentlichen eine Maschinenschnittstelle. Durch seine kurzzeitige Betätigung ist der Schalter nur für die Dauer des Drückens eingeschaltet und geht aus, sobald er losgelassen wird. Wenn das Gerät betätigt wird, kollabiert die als beweglicher Kontakt fungierende Metallkuppel zwischen den beiden stationären Kontakten und erzeugt die elektrische Schaltung, die ein Signal von der Schaltung an die elektronische Steuereinheit (ECU) oder den Mikrocontroller (MCU) des Geräts liefert.
Die taktile Schalterfamilie KSC von C&K. Klicken Sie für ein größeres Bild. (Quelle: C&K)
Wie der Name schon sagt, bieten „Takt“-Schalter unterschiedliche Haptiken. Vier Hauptkriterien werden vom Benutzer wahrgenommen: Tastgefühl, Betätigungsweg, Betätigungskraft und Betätigungsgeräusch. Die Kombination und die Kontrolle dieser Parameter bestimmen die idealen Anwendungen, in denen ein Schalter eingesetzt werden kann. Um eine individuelle Haptik zu erreichen, können Aktuatoren, Domes und Gehäuse kombiniert werden, um das richtige Aussehen, Gefühl und die richtige Leistung zu erhalten.
Diese Schalter werden in einer breiten Palette unterschiedlicher Größen für die Leiterplattenmontage (PCB) angeboten. Erhältlich in beleuchteten, seitlich oder oben betätigten, versiegelten oder nicht versiegelten, silbernen oder goldenen Kontaktmaterialien, SMT- und Durchgangsloch-Versionen, können Taktschalter auf alle Anwendungsanforderungen abgestimmt werden.
Moderne Taktschalter halten einem Minimum von 10 Millionen Zyklen stand, was sie perfekt für Anwendungen mit hoher Beanspruchung wie Gamecontroller oder Aufzugsschnittstellensteuerungen macht. Diese Leistung ist das Ergebnis der richtigen Kombination aus einem weichen Betätiger und einer überarbeiteten Innenstruktur aus dem Gehäuse und dem Dom, dem Herzstück des Schalters. Das Produktdesign sorgt zudem für eine hohe Dichtigkeit. Die Schutzart IP67 bietet starken Schutz gegen das Eindringen von Staub und Wasser.
Miniaturversionen sind jetzt für Verbraucher- und tragbare Produkte wie Hörgeräte verfügbar. Mit einem geringen Platzbedarf sind robuste Nano-Taktschalter einfach zu integrieren und bieten Designern die Freiheit, entweder mehr Funktionalität hinzuzufügen oder die Größe des Endprodukts zu reduzieren.
Roger Bohannan, globaler Segmentleiter für das Produktportfolio des medizinischen Segments von C&K, diskutiert die wichtigsten Trends auf dem Markt für tragbare und vernetzte medizinische Geräte und wie sie sich auf das Design von elektromechanischen Schaltern auswirken – Gina Roos, Chefredakteurin von Electronic Products.
Ein Schlüsselschalter ist ein elektromechanisches Gerät, das eine Feder und eine Nocke verwendet, um das haptische Feedback des Schalters für die Benutzererfahrung zu optimieren. Als Alternative zu taktilen oder Drucktastenschaltern wird ein Schlüsselschalter normalerweise nur für Schwachstrom- oder Signalanwendungen verwendet.
Schlüsselschalter sind unter jeder Taste eines mechanischen Joysticks, Steuergriffs, elektrochirurgischen Instruments oder einer Tastatur erkennbar. Diese Schalter haben einen großen Bereich von Betätigungskraft, Stromkreis, Weg und Beleuchtung, was sie für Automobil-, Medizin-, Industrie- und Offroad-Designer attraktiv macht.
Wichtig ist, dass Keyswitches eine hervorragende Haptik aufweisen. Bei Anwendungen mit einer Reihe von Schlüsselschaltern bestimmen konstante Betätigungskraft und Haptik die Qualität des Endprodukts. Schlüsselschalter können entweder über einen eigenen, oft eingebauten Taster oder eine Kappe oder über eine kundeneigene Schnittstelle wie eine Gummimembran oder Abdeckung direkt betätigt werden.
Schlüsselschalter für moderne Anwendungen müssen für den dauerhaften Hochleistungsbetrieb in Standard- und umweltintensiven Anwendungen ausgelegt sein.
Viele Schlüsselschalter, die für raue Umgebungen entwickelt wurden, bieten eine wasserdichte Abdichtung. Schlüsselschalter mit einem einzigartigen Design, das elektrische und mechanische Funktionen trennt, sorgen für genaue Schaltpositionen und halten bis zu 100 N Überlast und 1 M Betätigungen stand. Schlüsselschalter sind in einer Vielzahl von Farbbeleuchtungsoptionen erhältlich, um den spezifischen Anwendungsanforderungen des Kunden gerecht zu werden.
Dip-Schalter
Ein DIP-Schalter wird mit Anschlüssen geliefert, die in einem standardmäßigen Dual-in-Line-Paket konfiguriert sind. Ein einfacher DIP kommt in einem rechteckigen Gehäuse mit zwei parallelen Reihen elektrischer Anschlussstifte. Das Gehäuse kann entweder durch ein Loch oder oberflächenmontiert auf der PCB montiert werden.
Es gibt viele verschiedene Arten von DIP-Schaltern. Am gebräuchlichsten sind die Typen Slide, Piano und Rotary. Die Slide- und Piano-Typen sind typischerweise in Single-Pole/Single-Throw-(SPST)-Kontakten angeordnet, die entweder ein- oder ausgeschaltet sein können. Die Drehtypen enthalten mehrere elektrische Kontakte, von denen einer durch Drehen des Schalters ausgewählt wird, um ihn mit einer auf der Verpackung aufgedruckten Nummer auszurichten.
In einigen Fernbedienungen werden noch DIP-Schalter verwendet, um Störungen zu vermeiden. Zum Beispiel zur Steuerung eines Deckenventilators (und seiner Leuchte), der nachträglich an einer Einkreis-Anschlussdose montiert wird. DIP-Schalter stellen für jedes Sender/Empfänger-Paar eine andere Funkfrequenz oder Adresse ein, sodass mehrere Geräte installiert werden können, ohne sich unbeabsichtigt gegenseitig zu steuern.
Schnappschalter
Ein Schnappschalter erkennt (oder erfasst) die Anwesenheit oder Abwesenheit eines Objekts sowie seine Position, indem ein Stößel aktiviert wird, wenn das Objekt physisch berührt wird. Mit einem Sprungmechanismus schalten die Kontakte unabhängig von der Geschwindigkeit sofort in eine bestimmte Betriebsposition. Der Mechanismus ermöglicht es dem Schnappschalter, mit einer bestimmten Bewegung und Kraft zu arbeiten.
Mit dem Aufkommen des Internets der Dinge (IoT) werden Schnappschalter heute weithin für Positionserkennungsanwendungen eingesetzt, einschließlich Haushaltsgeräten, Maschinen und mechanisch-elektrischen Geräten. Vom Schnappschalter ausgegebene elektrische Signale zeigen normale und anormale Zustände bei der Positionserkennung an, die über das Internet übertragen und als vorbeugende Wartung und Fernüberwachung verwendet werden können.
Snaps sind solide Produkte. Sie reichen von niedrigen bis hohen Strömen und können potenziell allen Wasserspritzern bis zur Schutzart IP67 standhalten. Sie können in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt werden, darunter Industrie, Automobil, Konsumgüter und Medizin.
Moderne Schnappschalter bieten erhebliche Individualisierungsmöglichkeiten, was insbesondere für den Automobilmarkt wichtig ist. Die nach IP67 eingestuften Automobil-Schnappschalter sind mit verschiedenen Betätiger- und Anschlussoptionen, kurzem oder langem Hub, geräuschlosem Betrieb oder mit Klick und mehr erhältlich.
Schalter erkennen
Die HDT-Serie von Mikrominiatur-Erkennungsschaltern von C&K. Klicken Sie für ein größeres Bild. (Quelle: C&K)
Erkennungsschalter funktionieren auf die gleiche Weise wie ein Schnappschalter. Aufgrund der Weiterentwicklung des Schalters ist die Größe eines Erkennungsschalters viel kleiner als die eines Schnappschalters Technologie, und es wird normalerweise nur für Anwendungen mit niedrigem Strom oder Signalen verwendet. Aufgrund ihrer geringen Größe werden Erkennungsschalter in der Regel in IoT-Geräten mit kleinem Platzbedarf verwendet, von Tabakheizsystemen und Medikamentenverabreichungsgeräten bis hin zu Rauchmeldern, Bluetooth-Audiogeräten und 4K-Kameras.
Erkennungsschalter werden normalerweise auf Leiterplatten oberflächenmontiert. Er bietet aufgrund eines kleineren Gehäuses einen kürzeren Hub als Schnappschalter. Es eignet sich jedoch gut für extrem kleine, beengte Räume, in denen Schnappschalter nicht in die Anwendung passen.
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Drucktastenschalter
Drucktastenschalter verfügen über einen Tastenbetätiger, der den Schalter schließt und öffnet und zur Steuerung einiger Aspekte einer Maschine oder eines Prozesses verwendet wird. Die Druckknöpfe sind typischerweise aus Kunststoff oder Metall hergestellt. Die Oberfläche der Kappe oder des Betätigungselements ist gewöhnlich flach oder geformt, um den menschlichen Finger oder die Hand aufzunehmen, so dass sie leicht niedergedrückt oder gedrückt werden kann.
Drucktaster bieten die längsten Hubwege für HMI-Anwendungen, da Taster eine Feder in der inneren Struktur benötigen, um in den geöffneten Zustand zurückzukehren. Mit eingebautem Nachlauf können diese Schalter mit einer mechanischen Schnittstelle verwendet werden und verhindern, dass die Schalter überbetätigt und möglicherweise beschädigt werden.
Drucktastenschalter wurden sowohl für Leistungs- als auch für Logik-Level-Anwendungen in einem Gehäuse derselben Größe entwickelt und erfüllen das Konzept der Ingenieure der „one size fits all“-Anforderung. Außerdem können Drucktastenschalter mehrere Stromkreise mit mehreren mehreren Polen und Einwürfen in einem einzigen Körper aufnehmen, was die Funktionalität in Geräten oder Geräten erhöht. Drucktaster sind mit oder ohne LEDs als Leuchtanzeigen und verschiedenen Anschlussarten wie Schalttafel- oder Leiterplattenmontage mit vertikaler oder rechtwinkliger Konfiguration erhältlich. Um den anspruchsvollen Anforderungen unter rauen Bedingungen oder gefährlichen Umgebungen gerecht zu werden, bieten die Produkte häufig den Industriestandard Ingress Protection (IP) und Impact Protection (IK).
Drucktastenschalter werden häufig wegen ihres manipulationssicheren Designs ausgewählt. Ein IP67-zertifiziertes Design garantiert das Überleben in staubigen und nassen Umgebungen, während ein IK10-bewerteter Aktuator mit einem Gehäuse aus Edelstahl oder Aluminiumlegierung eine hohe Widerstandsfähigkeit gegen Vandalismus gewährleistet. Drucktaster bieten Vielseitigkeit mit einer Reihe von Optionen, einschließlich Moment- oder Verriegelungsversionen, LED-Anzeigen in einer Vielzahl von Farben sowie mehreren Betätigeroptionen.
Wippschalter
Ein Wippschalter ist ein elektrischer Ein-/Ausschalter, der beim Drücken von einer Seite zur anderen schwingt, um den Schaltzustand zu ändern, indem er einen Stromkreis entweder verbindet oder trennt. Wippschalter sind in einer Vielzahl von Ausführungen erhältlich, z. B. Subminiatur, Miniatur und Leistung, und bieten ein umfangreiches Sortiment für PCB-Durchgangs-, Oberflächenmontage- und Schalttafelmontage-Anwendungen. Die Modelle sind in beleuchteten (LED und Glühlampen) und versiegelten/wasserdichten Versionen mit SPST-, SPDT-, DPST-, DPDT-, 3PDT- und 4DPT-Funktionalität erhältlich.
Zu den Optionen für die Leiterplattenmontage gehören vertikale, rechtwinklige und Oberflächenmontage, während die Optionen für die Panelmontage Frontmontage, Rückseitenmontage und Snap-In-Versionen umfassen. Dank der mehrpoligen Multipositionsfunktionalität können Wippschalter in einer Vielzahl von Anwendungen verwendet werden.
Wippschalter können mit Moment- und Dauerfunktionen, optionalen Schutzvorrichtungen gegen unbeabsichtigte Betätigung und einer spritzwassergeschützten Gummimanschette nach IP54 geliefert werden.
Kippschalter
Ein Kippschalter ist ein elektrischer Schalter, der einen Stromkreis öffnet und schließt, indem er einen Hebel hin und her bewegt. Die Kippschalter sind einpolig bis vierpolig erhältlich und werden in einer Vielzahl von Versionen angeboten, darunter Niederspannungs-Miniatur-, Subminiatur- und Ultraminiatur-Modelle und bis zu 20-A-Hochleistungsgeräten. Mit PCB-, SMT- und Buchsenoptionen bieten Kippschalter vertikale, rechtwinklige und vertikale rechtwinklige Montagehalterungsversionen.
Kippschalter bieten ein breites Spektrum an Betätigungskräften, Stromkreisen und Stellwegen, was sie für Schalttafeln, Telekommunikationsinstrumente, medizinische Geräte, schwere Geräte, Industrieinstrumente, Aufzüge und Rolltreppen, Sicherheitssysteme, LED-Beleuchtung und Erkennungsanwendungen attraktiv macht. Sie können auch für Anwendungen in rauen Umgebungen mit typischer Abdichtung nach IP68 ausgelegt werden.
Navigation
Navigationsschalter beinhalten in der Regel mehrere Bewegungsachsen mit einem langen Hebelarm in Produkten wie Thumbsticks, Vier-Wege-Richtungsschaltern und anderen ähnlichen Produkten. Diese Geräte können miniaturisiert werden, um in eine Vielzahl von Anwendungen zu passen, einschließlich Spiegelsteuerungen in Automobilen, Haushaltsgeräten, Unterhaltungselektronik, Unterhaltungssystemen und Fernbedienungen.
Beispielsweise können Thumbsticks zweiachsige Hebelsteuerungen mit integriertem Mittelwahlschalter kombinieren. Dieses einzigartige Design erfüllt die Zuverlässigkeitsanforderungen, die von Premium-Controller-Produkten wie kommerziellen High-End-Drohnen, Gaming-Peripheriegeräten und Industriecontrollern gefordert werden.
Slides
Schiebeschalter sind an ihrem horizontal verschiebbaren Betätiger zu erkennen, der den Schalter öffnet oder schließt. Diese Arten von Schaltern gibt es in allen Formen und Größen, von Ultraminiaturen bis hin zu größeren Hochleistungsmodellen. Sie können auch mehrere Schaltfunktionen beinhalten, von den grundlegenden Single Pull/Single Throw (SPST) bis hin zu SPDT, SP3T, DPST, DPDT, 3PDT, 4PDT und 4P3T Funktionen.
Sie können auch für verschiedene Installationsmethoden konstruiert werden, einschließlich Oberflächenmontage, Schalttafelmontage, Leiterplattendurchsteckmontage oder rechtwinklige Varianten. Weitere Anpassungsoptionen, je nach Anwendung, umfassen positive Rastung, Abdichtung und kurzschließende oder nicht kurzschließende Kontakte.
Schiebeschalter lassen sich einfach in ein Design integrieren und bieten Ingenieuren mehr Designflexibilität und Optionen für Größe, Montagearten, Betätigungsarten, Nennwerte und Gehäuse. Viele Miniatur-Schiebeschalter entsprechen jetzt dem neuesten Standard UL61058-1. Diese Geräte können in einer Vielzahl von Anwendungen verwendet werden, wie z. B. Unterhaltungselektronik, HLK-Steuerungen, Audiogeräte und Sicherheitssysteme.
rotierend
Drehschalter ermöglichen eine Drehbetätigung, oft mit 4, 8, 12 oder sogar 16 Positionen, die gleichmäßig um das kreisförmige Gehäuse verteilt sind. Sie können sehr klein sein, um in kleine Anwendungen zu passen, oder etwas größer gemacht werden, um höhere Stromlasten aufzunehmen. Es ist möglich, mehrere Pole basierend auf der Anzahl der Positionen, die der Drehschalter bietet, zu integrieren, einschließlich kurzschließender und nicht kurzschließender Kontakte. Drehschalter eignen sich gut für Automobilanwendungen, Haushaltsgeräte, Industrieanlagen, medizinische Geräte, Unterhaltungselektronik und überall dort, wo ein Drehknopf zur Steuerung der Funktionalität erforderlich ist.
Schalterschlösser
Switchlocks kombinieren elektrische Schaltkontakte mit Sicherheitsschlossmechanismen in Anwendungen, bei denen sicheres Schalten entscheidend ist. Schalterschlösser werden in mehrpoligen und mehrpoligen Optionen mit positiver Rastung angeboten und können mit geringer Leistung betrieben werden.
Diese Schalter bestehen entweder aus Kunststoff- oder Metallgehäusen und verwenden vier bis sechs Zuhaltungen, um eine Vielzahl von Sicherheitsanforderungen zu erfüllen. Sie können je nach Bedarf antistatische und kurzzeitige Funktionen mit Buchsen- oder Schnappbefestigungsoptionen integrieren, um eine Vielzahl von Anwendungen abzudecken, einschließlich Kassenterminals, Registrierkassen, Computer, Netzwerkausrüstung, Verkaufsautomaten, Aufzüge, medizinische Geräte, und Sicherheitssysteme.
Fazit
Schalter prägen letztendlich das Endbenutzererlebnis. Elektromechanische Schalter sind in einer Vielzahl von Formen, Größen, Betätigern, Materialien und Anschlussoptionen erhältlich, um die Anwendungsanforderungen zu erfüllen. Jede dieser Optionen beeinflusst das Gefühl, den Klang und die Reaktion des Benutzers, wenn das Produkt betätigt wird. Durch die Auswahl des richtigen elektromechanischen Schalters kann Ihr Produktdesign verbessert und verwendet werden, um die Erfahrung Ihres Endbenutzers zu verbessern. Von beleuchteten Standardschaltern bis hin zu versiegelten Schaltern und Schaltern, die auf der Oberfläche montiert werden, oder kundenspezifischen Miniaturschaltern mit einer breiten Palette von Betätigungskräften und Hebelarten, Schalter können den Erfolg Ihres Produkts ausmachen oder zerstören.
Allgemeine Begriffe
Betätigungskraft: Die Kraft, die erforderlich ist, um einen Schaltaktor von einer Position in eine andere zu bringen. Genau gemessen, wenn ein Schalter seinen Zustand ändert.
Mechanischer Federweg: Der Hub (Bewegung des Antriebs) von der Ausgangsposition bis zum mechanischen Anschlag.
Elektrische Fahrt: Hub aus der Ausgangsstellung bis zum elektrischen Kontakt.
Taktiler Effekt: Die Differenz zwischen der Betätigungskraft und der Kraft an der mechanischen Anschlagposition.
Haptik: Eine Kombination aus Betätigungskraft, Geräusch, Hub und taktilem Effekt.
Überlast: Die maximal auf den Schalter anwendbare Kraft ohne Beschädigung.
Lebenserwartung: Die Anzahl der Betriebszyklen, die ein Schalter durchführt.
UL/ENEC: Globale Standards für Sicherheit.
Aktor: Ein beweglicher Teil eines Schalters, der eine Änderung der elektrischen Konfiguration des Schalters bewirkt.
Betätigung: Betätigen oder Loslassen eines Schalters durch Drücken oder Loslassen seines Betätigers oder Drehen seiner Welle.
Alternative Aktion: Ein Druckknopfschaltertyp, bei dem der elektrische Zustand des Schalters zwischen den Betätigungen des Kolbens aufrechterhalten wird.
Kontakt Widerstand: Der Übergangswiderstand zwischen zwei Kontakten, typischerweise an den Kontaktanschlüssen gemessen. Es ist der Gesamtwiderstand basierend auf den Konstruktions- und Filmwiderständen.
Marke: Zeigt an, dass ein Schalter einen Stromkreis geschlossen hat.
Kontakte schließen und trennen: Kontakte, die den Stromfluss schließen/unterbrechen. Sie unterscheiden sich von denen, die hauptsächlich im Gleitmodus arbeiten.
Make-be-for-break: Der bewegliche Kontakt baut einen neuen Stromkreis auf, bevor er den zuvor hergestellten Stromkreis unterbricht, während er in eine andere Position wechselt.
Nicht kurzschließende Kontakte: Break-be-for-make.
Kurzschlusskontakte: Make-befor-break. Bezogen auf Dreh- und Schiebeschalter.
Normalerweise geschlossen: Kontakte, die sich berühren und in ihrer normalen Position einen Stromkreis aufbauen.
Normalerweise geöffnet: Kontakte, die den Stromkreis nicht berühren und unterbrechen, wenn sie sich in ihrer normalen Position befinden.
