Schalter, Taster und Dekoder

Kontakte lassen sich als elektrisch leitfähige Verbindungen beschreiben, die beliebig oft getrennt und wieder geschlossen werden können, wobei das Trennen beziehungsweise Zusammenfügen keine besonderen Werkzeuge oder Verfahren erfordert. Kontakte kommen als Steckverbindungen, elektromagnetische Relais und am gängigsten direkt (von Hand oder mechanisch) als Taster, Dekoder und Schalter vor. In der Vergangenheit behandelten Designingenieure elektromechanische Elemente aufgrund ihrer rein mechanischen Natur eher stiefmütterlich. Das hat sich inzwischen geändert. Heutzutage spielen sie als HMI (Human Machine Interface) und damit als physische Schnittstelle zwischen Anwendung und Anwender, eine zunehmend bedeutendere Rolle in der Designfrage um Haptik und taktile Wahrnehmung.

Taster und Dekoder – eine Begriffsbestimmung

Panasonic hat eine breite elektromechanische Produktpalette. Panasonic

Taster sind Bauelemente die, solange sie betätigt werden, einen Stromkreis schließen oder öffnen. Nach Ende der Betätigung kehren sie in ihren Ausgangszustand zurück. Sie sind auf winzigen elektrischen Strom konzipiert, der im Pulsbetrieb eingeschaltet ist. Verschiedene elektronische Geräte verwenden ihn als Schalter für den Betriebssignaleingang. Die meisten Taster sind als „Schließer“ gebaut, das heißt sie sind im Normalzustand geöffnet („normally open“ oder kurz „no“) und schließen den Stromkreis bei Betätigung. Panasonic Automotive & Industrial Systems (PAISEU) bezeichnet seine breite Palette an Tastern als Light Touch Switches. Sie bieten folgende Vorteile:

• Die kleinsten Taster des zunehmend miniaturisierten Portfolios haben eine Abmessung von lediglich 2,9 mm × 2,6 mm × 1,4 mm (L × W × H). Es gibt sie auch mit seitlicher Bedienung.
• Push Feeling und Sound: Die hohe Betätigungskraft (high push force) verhindert Fehlbedienungen. Angeboten werden sie als Long-stroke- oder Short-stroke-Optionen in unterschiedlicher Akustik.
• Langlebigkeit: Dank Dust-proof und langjähriger Erfahrung im Bereich der Schnappscheibentechnologie bieten die Taster eine hohe Lebenserwartung.

Detektor-Schalter sind in den meisten 3C-Produkten und schnurlosen Anwendungen als Erkennungskomponente beliebt. Sie erfassen interne mechanische Bewegungen oder manuelle Operationen, wie das Schließen eines Flip-Telefons, und wandeln diese in ein elektronisches Signal um.

In einigen Anwendungen wurden Detektor-Schalter verwendet, um Encoder als kostengünstigere Lösung zu ersetzen. Das Detektor-Sortiment von PAISEU zeichnet sich durch folgende Produktstärken aus:

• Sie sind als THT oder SMD, mit ein oder zwei Richtungen, als Öffner oder Schließer und in verschiedenen Ausführungen und Größen erhältlich. Im Gegensatz zu Schaltern werden Detektorschalter vor allem dann eingesetzt, wenn Veränderungen oder Manipulationen beweglicher oder abnehmbarer Teile erkannt werden sollen. Das können Klappen sowie Deckel, Steckverbindungen oder auch beispielsweise Sensoren bei Druckern sein, die melden, wenn das Papier aus ist.
• Detektoren haben eine geringe Baugröße. Sie sind in Maßen ab 2,2 mm × 3,35 mm × 0,9 mm (L × W × H) erhältlich.
• Ihre Zuverlässigkeit ist sehr hoch. Das mechanische Gleitfederdesign gewährt eine hohe Flexibilität im Design-in, bezüglich der „on-off position“, eine sehr hohe Kontaktsicherheit dank des Selbstreinigungeffekts und eine gleichmäßige Signalausgabe über eine lange Lebensdauer.

Viele Ingenieure halten Schalter, Taster und Dekoder für eine reine Massenware, die sich aus dem Katalog bestellen lässt. Die Wahl eines langlebigen elektromechanischen Bauteils ist aber abhängig von einer Reihe von Faktoren. Lesen Sie dazu die nächste Seite.

Das richtige Verhältnis von Kraft und Weg

Bild 1: Jeder Tactile Switch besitzt eine individuelle Charakteristik, die sich unter anderem in der Klick-Ratio ausdrücken lässt. Die Klick-Ratio beschreibt den spürbaren Widerstand, der bei der Anwendung wirkt. Panasonic

Eine wichtige Rolle im Bereich Bedienelemente spielt die Haptik, die sich ganz nach Kundenwunsch gestalten lässt. Von großer Bedeutung für die Haptik, beispielsweise bei Tactile Switches, ist die Betätigungskraft, die auf den Taster wirken soll. Jeder Tactile Switch besitzt eine individuelle Charakteristik, die sich unter anderem in der Klick-Ratio ausdrücken lässt (Bild 1). Dieser Wert beschreibt den spürbaren Widerstand, der bei der Anwendung wirkt. Je höher die Klick-Ratio ist, desto kraftvoller und dynamischer fühlt sich der Taster an. Tragbare Unterhaltungselektronik erfordert meist eine relativ hohe Klick-Ratio und kürzere Weg-Verhältnisse (short stroke). Anwendungen aus dem Bereich Automotive benötigen hingegen öfters längere Weg-Strecken (long stroke), um versehentliches Auslösen zu vermeiden. Zusammengefasst gilt: Schalter ist nicht gleich Schalter – stattdessen muss jede Input-Applikation ein ausgewogenes, individuelles Kraft-Weg-Erlebnis schaffen.

Schutz durch patentiertes Laserschweiß-Verfahren

Bild 2: Panasonic benutzt für die Produktion seiner IP67-Tactile-Switches ein patentiertes Laserschweiß-Verfahren. Panasonic

Tactile Switches für Consumer Electronics und medizinische Anwendungen müssen auch unter erschwerten Umweltbedingungen über viele Jahre hinweg sicher arbeiten. Schutz vor ungewolltem Eindringen von Wasser, Dämpfen, Feuchtigkeit, Staub und anderen Verschmutzungen ist hier unabdinglich (Bild 2). Spezifiziert werden diese Anforderungen durch die Schutzart IP67 für das Gehäuse der Taster. Üblicherweise wird dazu eine adhäsiv befestigte Silikon-Membran verwendet. Silikon altert jedoch relativ schnell und verliert im Laufe der Zeit auch an Elastizität. Panasonic benutzt für die Produktion seiner IP67-Tactile-Switches ein patentiertes Laserschweiß-Verfahren. Hierbei wird der Schalter mit einem über dem Schaltaktor angebrachten dünnen Nylon-Film versiegelt.

Diese Methode bietet gegenüber einer Silikonmembran folgende Vorteile:

• Bewahrung der Haptik: das Laserschweiß-Verfahren hat einen vernachlässigbar geringen Effekt auf die Betätigungskraft und damit die Klick-Ratio. Um ein Beispiel zu nennen: Die Klick-Ratio von 70,15 Prozent ändert sich nach dem Laserschweiß-Verfahren um weniger als zwei Prozent auf 68,28 Prozent.
• Das Anbringen des Nylon-Films über dem Schaltaktor beugt auch gegenüber Querkräften vor. Dies schützt den Schalter vor zu frühzeitigem Verschleiß.

Die Haptik ist jedoch nicht alles. Der Schalter muss sicher und einwandfrei für die Dauer seiner Anwendung funktionieren. Hochwertige Taster garantieren in der Regel, abhängig von der Druckkraft, eine Lebensdauer von 100.000 bis eine Million Schaltzyklen. Genau wie die Kraft-Weg-Ratio ist auch die durchschnittliche Lebensdauer für jeden Taster auf dem Datenblatt festgehalten.

(ah)