Kleine Schönheiten groß in Fahrt

Das Automobil stellt nicht geringe Anforderungen an die Schalter und Taster, die mit an Bord sein dürfen. Sie müssen extremen Temperaturschwankungen und Vibrationen widerstehen sowie eine stabile Kontaktierung und Ausfallsicherheit aufweisen. Ebenso gefragt sind schlanke Abmessungen, hohe Kontaktstabilität, eine lange Lebensdauer sowie Robustheit.

Der steigende Ausrüstungsgrad moderner Autos mit Komfortelektronik leistet einen nicht zu unterschätzenden Beitrag zur Sicherheit im Straßenverkehr: von der bequemen Einstellung der ergonomischen Sitzposition über den intuitiv zu betätigenden Schalter bis zum intelligenten Bedienkonzept für Multimedia-Anwendungen ist der Bogen recht weit. Gerade bei den Schaltern und Bedienelementen im Fahrzeuginnenraum sind das Design und die Optik von wesentlicher Bedeutung. Daneben dürfen aber Funktion, Ergonomie und Sicherheit nicht zurückstehen, auch nicht bei extremen Temperaturschwankungen und starken Vibrationen.

Fortschritte beim Einsatz von Elektronik in Automobilen haben zum Beispiel dazu geführt, dass immer mehr Fahrzeuge mit elektrischen Feststellbremsen (Electrical Parking Brakes, EPB) ausgestattet sind. Solche Vorrichtungen müssen ein hohes Maß an Sicherheit aufweisen. Deshalb verwenden sie in der Regel Fail-Safe-Maßnahmen wie redundante Schaltungen. Diese realisierte man bisher meist mit zwei Mikroschaltern. Bei dieser Art des Aufbaus traten jedoch Fehler auf: etwa wenn beim langsamen Schalten das Timing der Ein-/Aus-Synchronisation der beiden Schalter nicht übereinstimmte. Zudem kam es bei der Verwendung von Druckkontakten, wie es oft bei schwachen Strömen der Fall ist, zu Kontaktfehlern durch das Eindringen von Staubpartikeln oder anderen Materialien.

Bild 1: Die  zuverlässigen wasserdichten SMD-Mikroschalter eignen sich für sicherheitskritische Applikationen.

Bild 1: Die zuverlässigen wasserdichten SMD-Mikroschalter eignen sich für sicherheitskritische Applikationen.Alps

Mikroschalter

Mit der SPVQC-Serie (Bild 1) der Mikroschalter mit Doppelschleifkontakt stellt sich Alps der Herausforderung. Diese Schalter haben einen zweiseitigen Schleifkontakt, bei dem die variablen Kontaktpunkte die feststehenden Kontakte von beiden Seiten umklammern und einen gleichmäßigen Druck auf die Kontakte ausüben, vom ersten Betätigen über das Ein-/Ausschalten bis zur vollständig gedrückten Position. In Verbindung mit der Schnappfunktion ist so permanent eine stabile Kontaktierung gesichert, unabhängig von Schaltposition und -geschwindigkeit. Die Schaltzeit zwischen den beiden Kontakten liegt bei jeder Schaltgeschwindigkeit unter 15 ms. Dies gestattet die Entwicklung von ausfallsicheren Systemen mit nur einem Schalter, was zur Kostenreduktion und Platzeinsparung führt.

Die gemäß Schutzklasse IP67 staub- und wasserdichten SMD-Mikroschalter der SPVQC-Serie haben Abmessungen von 15,4 x 7,4 x 7,5 mm (B x T x H) und eine Lebensdauer von 300.000 Schaltzyklen. Sie sind für Ströme von minimal 50 µA bei 5 VDC oder maximal 50 mA bei 18 VDC ausgelegt. Die Betätigungskräfte liegen bei 1 ±0,5 N. Der Kontaktwiderstand ist mit maximal 75 oder 200 mΩ am Lebensende spezifiziert.

Alps’ erste Schalterfamilie mit Doppelschleifkontakt war die SPVQ9-Serie. Die Schalter kamen gut an und erzielen laut Hersteller in Europa einen Marktanteil von 50 Prozent. Unter Beibehaltung des gleichen Aufbaus sichern die SMD-Schalter der SPVQC-Serie hohe Kontaktstabilität mit großem Widerstand gegen Partikel, Vibrationen und Stöße. Alps hat den Aufbau des internen Mechanismus mit seiner Mechanical-Engineering- und Präzisionsprozesstechnik überarbeitet und die Baubreite der SPVQC-Serie, verglichen mit den bestehenden Produkten, um 1 mm reduziert. Damit eignet sich die SPVQC-Serie für Notfalltaster und Sicherheitsvorrichtungen in industriellen Anwendungen oder zum Erfassen beweglicher Mechanismen im Kfz und in Konsumelektronikgeräten.

Kleiner wasserdichter Detektorschalter

In Automobilen müssen Elektronikkomponenten auf engem Raum Platz finden. Deshalb kann es sein, dass sich ein Schalter aus Platzmangel oder aufgrund seines Einsatzzweckes nicht direkt auf der Hauptplatine montieren lässt, sondern der Entwickler ihn über Anschlussdrähte damit verbindet. Bisher waren in solchen Fällen selbst bei einem wasserdichten Detektorschalter die Anschlussklemmen oft ungeschützt. Deshalb musste nach dem Anschließen in einem weiteren Arbeitsschritt eine Abdichtung erfolgen, zum Beispiel mit Harzklebstoff.

Bild 2: Der laut Hersteller industrieweit kleinste Detektorschalter mit Anschlussdrähten ist für Anwendungen im Kfz und in Haushaltsgeräten konzipiert.

Bild 2: Der laut Hersteller industrieweit kleinste Detektorschalter mit Anschlussdrähten ist für Anwendungen im Kfz und in Haushaltsgeräten konzipiert.Alps

Mit der SPVQ8-Serie (Bild 2) gibt es Detektorschalter mit Anschlussdrähten, die gemäß Schutzklasse IP67 staub- und wasserdicht sind. Sie haben Abmessungen von 8,3 x 5,3 x 11,4 mm (B x T x H) und weisen Kontaktstabilität auf. In zwei Versionen mit horizontalem oder vertikalem Anschluss erhältlich, sind sie für Ströme von minimal 50 µA bei 5 VDC oder maximal 0,1 A bei 12 VDC ausgelegt. Die Betätigungskräfte liegen bei 1 ±0,5 N. Der Kontaktwiderstand beträgt maximal 500 mΩ oder 1 Ω am Lebensende. Die Lebensdauer beträgt 300.000 oder 1.000.000 Schaltzyklen. Der Arbeitstemperaturbereich reicht von -40 bis +85 °C.

Zu den Anwendungen der SPVQ8-Serie zählen Autotüren, Gurtschlösser und Gangschaltungen, Motorradlenker oder Haushalts- und industrielle Geräte, die unter Wasser operieren. Die Beständigkeit gegen Staub und Wasser sowie die hohe Kontaktstabilität selbst bei Erschütterungen und Vibrationen erreicht Alps mit einem Schleifkontakt mit doppelseitiger Kontaktfläche, der die feststehenden Kontakte von beiden Seiten umklammert. Es gibt horizontale und vertikale Anschlussdrähte; standardmäßig sind sie 250 mm lang und in roter und schwarzer Farbe erhältlich. Individuelle Ausführungen sind möglich.

Exaktes Schaltgefühl und Robustheit

Kfz-Navigationssysteme sind heute eine wichtige Komponente in Fahrzeugen und ihre Anzahl wächst. Gab es im März 2012 über 50 Millionen Einheiten auf dem Markt, ein Anstieg von rund zwölf Prozent gegenüber dem gleichen Zeitpunkt des Vorjahres, so waren es im September 2012 bereits 53 Millionen Einheiten, Tendenz steigend. Neben Verbesserungen bei der Navigationsgenauigkeit, steigt die Popularität durch erweiterte Funktionen, etwa durch automatische Aktualisierung von Kartendaten, Fernsehen, Musikwiedergabe, Rückfahrkameras und Interoperabilität mit Smartphones. Obwohl dies den Komfort im Fahrzeuginnenraum erhöht, benötigt eine höhere Funktionalität mehr Tasten und Einstellknöpfe zum Bedienen dieser Funktionen. Kommen weitere Steuerelemente wie eine Klimaanlage hinzu, gestaltet es sich noch komplizierter.

Ein weiteres Problem ergibt sich durch größere Displays, die die Sicht verbessern und das Fernsehen oder DVD-Betrachten erleichtern sollen. Da die Automobildesigner die Systeme immer öfter auf dem Armaturenbrett anstatt in der Mittelkonsole positionieren, ist die Steuerung über ein Touch-Panel im Display schwierig. Außerdem erfordert es die Verkehrssicherheit, dass der Fahrer die Bedienelemente sicher betätigen kann und er den Blick nicht zu lange von der Straße abwendet. Das Bauelement muss also eine klare Rückmeldung geben und robust sein.

Bild 3: Der kompakte Achtwegeschalter mit zentralem Druckschalter und Encoder positioniert sich für Kfz-Navigationssysteme, Autoradios und Klimaanlagen.

Bild 3: Der kompakte Achtwegeschalter mit zentralem Druckschalter und Encoder positioniert sich für Kfz-Navigationssysteme, Autoradios und Klimaanlagen.Alps

Achtwegeschalter

Hier kommt die RKJXW2-Serie (Bild 3) ins Spiel. Die Achtwegeschalter mit zentralem Druck-Multifunktionsschalter weisen ein gutes Schaltgefühl auf und sind robust. Durch Kombination eines Stick-Controllers mit Achtwegebetrieb und zentralem Druckschalter mit dem EC40A-Ring-Encoder als Drehknopf ermöglichen die Multifunktionsschalter ein breites Einsatzspektrum. Die RKJXW2-Schalter entwickelte Alps mit der Mechanik-Designtechnik. Sie erzeugt ein gewichtetes aber sanftes Schaltgefühl und gibt dem Bediener somit ein Feedback. Wie sich die Kraft während des Bedienens überträgt, berücksichtigten die Entwickler beim Robustheitsgrad. Ebenso optimiert man die Schaftdicke für den Einsatz im Automobilequipment.

Die Multifunktionsschalter haben Abmessungen von 67 x 61 x 53 mm (B x T x H), sie weisen eine Lebensdauer bis 100.000 Schaltzyklen am zentralen Druckschalter und bis 30.000 Schaltzyklen pro Richtung sowie bis 30.000 Umdrehungszyklen auf. Die RKJXW2-Serie ist für Ströme bis 10 mA bei maximal 5 VDC ausgelegt. Ihre Betätigungskräfte betragen 3 N beim zentralen Druck- und 3,5 N beim Achtwegeschalter.

Der Schaltweg des zentralen Druckschalters misst 1,4 mm, der des Achtwegeschalters am oberen Schaftende 3 mm. Auf der Encoder-Seite erfolgt eine Auflösung von 30 Rastungen pro Umdrehung. Das erforderliche Drehmoment liegt bei 0,04 Nm. Der Arbeitstemperaturbereich der Multifunktionsschalter reicht von -40 bis +85 °C.

(Der Text basiert auf Unterlagen von Alps).