Mechanische knoppen en schakelaars voldoen aan kritieke ontwerpvereisten

Touchscreens en membraanschakelaars zijn nuttig voor visuele en laagprofiel bedieningspanelen. Bij sommige toepassingen moeten ontwerpers echter de nadruk leggen op veiligheid, gemakkelijke toegang, het schakelen van hoge spanningen of stromen, een bekende configuratie bij het inschakelen, of robuustheid. Voor dergelijke situaties zijn mechanische schakelaars en knoppen vaak ideaal, maar ontwerpers moeten zorgvuldig kiezen.

Er zijn talloze soorten mechanische schakelaars, met variaties in vorm, stijl, grootte, functie, beheerd vermogen en mechanisch gedrag. Dit artikel zal ontwerpers helpen de selectieparameters te sorteren en te bepalen hoe zij enkele van de nieuwste apparaten het best kunnen toepassen.

Welke schakelaar of knop?

Om te beslissen welke schakelaar geschikt is, moeten eerst de vereisten voor het systeem worden bepaald. Om een mechanische schakelaar voor een toepassing te vinden, moet u eerst de schakelaarvormfactor vinden die past bij de ergonomische en fysieke behoeften, en vervolgens een schakelaar kiezen met de juiste elektrische en omgevingsspecificaties die past bij de vormfactor.

Noodstop

Een duidelijk voorbeeld van veiligheid is de noodstopknop. Veel industriële systemen moeten absoluut een grote rode of oranje knop hebben met de woorden "Noodstop" in grote, leesvriendelijke letters. Deze knop moet op een duidelijke en gemakkelijk bereikbare plaats zitten, moet gemakkelijk in te drukken zijn en er moet een duidelijke tactiele feedback zijn om aan te geven dat de schakelfunctie is voltooid. Het niet voldoen aan deze criteria kan in sommige industriële omgevingen gevaarlijk zijn.

Een uitstekende oplossing voor deze toepassing is de Lumotast 16 noodstopdrukknop van RAFI USA. Deze NO (normally open) knop heeft de bekende grote, conische paddestoelvormige knop (Afbeelding 1). Wanneer een operator zijn hand op deze knop drukt, worden de twee zilveren contacten met elkaar verbonden, vergrendeld en blijven ze in contact, zelfs wanneer de operator zijn hand weghaalt. Om de knop weer in de open stand te zetten, wordt de paddestoelkop in beide richtingen gedraaid.

Afbeelding 1: De RAFI USA Lumotast 16 noodstopknop is eenvoudig te installeren en past gemakkelijk in een standaard 16,2 mm montagegat. (Bron afbeelding: RAFI)

De Lumotast 16 kan tot 6 ampère en 250 watt aan, en is ontworpen voor een zeer betrouwbare werking. Het ontwerp van de binnenschakelaar heeft drie redundante contacten in parallel, dus als één stel contacten geen verbinding maakt, zorgen de andere twee voor een betrouwbare stop. Voor een visuele bevestiging van een verbinding is de schakelaar zo bedraad dat hij bij activering helder rood oplicht. De voorzijde is IP67, waardoor hij geschikt is voor de meeste zware industriële omgevingen.

Met een knopdiameter van 30 millimeter (mm) is de Lumotast 16 groot genoeg voor gebruik in industriële bedieningspanelen, en toch klein genoeg om te worden toegepast in handbediende bedieningskastjes.

Om de Lumotast 16 te installeren, moet u eerst zorgen voor een inbouwdiepte van 18 mm onder de plaats waar de schakelaar komt te staan. Boor een montagegat van 16,2 mm. Plaats de gele montagegatkraag met "Noodstop" in zwarte letters bovenop het montagegat. Plaats vervolgens de Lumotast 16 schakelaar in het montagegat en zet hem vast met de meegeleverde montageringmoer. De draden worden aangesloten op de twee standaard mannelijke snelkoppelingen aan de onderkant.

Weerstand tegen vandalisme

Een andere belangrijke toepassing van mechanische drukknoppen is bescherming tegen vandalisme. Antivandaalschakelaars moeten bestand zijn tegen opzettelijke pogingen om de schakelaarconstructie te doorbreken, zoals herhaalde slagen met een hamer of pogingen om de schakelaar los te wrikken.

Voor vandaalbestendige toepassingen maakt E-Switch de PVA3H2B0SS3R1 SPDT vandaalbestendige verlichte drukknopschakelaar. Dit is een 2 ampère, 36 volt DC schakelaar met IP65-classificatie. Het heeft een RGB-verlichtingsring, en het lage profiel maakt het beter bestand tegen vandalisme (Afbeelding 2).

Afbeelding 2: De E-Switch PVA3 met een rood verlichte rand. Hij is bijna vlak op het paneel gemonteerd, waardoor hij beter bestand is tegen vandalisme dan schakelaars met een hoger profiel. (Bron afbeelding: E-Switch)

Deze schakelaar wordt vrijwel vlak gemonteerd op elk paneel met een gat van 16 mm. Zorg ervoor dat de installatiepositie voldoende ruimte biedt om verbinding te maken met de contacten eronder. Dit is een SPDT-schakelaar met vier contacten, met nog eens drie LED-contacten voor RGB-verlichting met een gemeenschappelijke massa. In totaal moeten er dus acht verbindingen onder het paneel worden gemaakt. Plan de lay-out van het paneel zodanig dat alle verbindingen gemakkelijk kunnen worden gemaakt zonder de aansluitdraden te verkrampen of te buigen.

Het montagepaneel kan 1 tot 8 mm dik zijn. Dikkere panelen bieden echter een robuustere bescherming tegen vandalisme.

Selecteer de juiste PVA3-configuratie voor de toepassing, hetzij momentaan contact of vergrendelend contact. Activeer de schakelaar door de actuator in het huis van de schakelaar te drukken. Een platte actuator gelijk met de schouder van de schakelaar geeft aan dat de knop actief is, een hoge actuator geeft aan dat de knop inactief is.

Voor visuele feedback over de schakeltoestand gebruikt u signalen van de microcontroller of programmeerbare logische controller (PLC) om de rode, groene en blauwe LED's in de indicatorring te laten oplichten. Om aangepaste kleuren te genereren, sluit u de LED's aan op pulsbreedtemodulerende uitgangen van een microcontroller of PLC.

Voor extra vandalismebestendigheid is de schakelaar verkrijgbaar in nikkel of roestvrij staal voor het schakelaarhuis en de actuator.

Configuratie lezen bij opstarten

Soms zijn schakelaars niet nodig voor gebruikerscontrole, maar voor ontwikkeling of configuratie achter de schermen. Hoewel EEPROM of flash een niet-vluchtig geheugen kan bieden dat bij het opstarten kan worden gelezen, moet de configuratie soms visueel worden bevestigd voordat het systeem van stroom wordt voorzien. Voor deze situaties hebben ontwikkelaars jarenlang vertrouwd op de altijd populaire 8-standen DIP-schakelaar, zoals de A6FR-8101 van Omron Electronics (Afbeelding 3).

Afbeelding 3: De Omron A6FR-serie DIP-schakelaars met korte actuators, ook wel pianoschakelaars genoemd, worden door middel van gaten in een socket of printplaat gemonteerd. (Bron afbeelding: Omron)

Deze DIP-schakelaars worden gebruikt wanneer systeemconfiguratie of opstartparameters moeten worden ingesteld voordat het systeem van stroom wordt voorzien. Hoewel de DIP-schakelaars met de vingers kunnen worden verplaatst, is de punt van een pen gemakkelijker te bedienen. Deze schakelaars zijn verkrijgbaar met korte of lange actuators, en kunnen worden gemonteerd in een 16-polige DIP-aansluiting of rechtstreeks in een printplaat worden gesoldeerd. In tegenstelling tot oudere DIP-schakelaars maakt de A6FR gebruik van dubbele schuifcontacten om zeer betrouwbare make/break-verbindingen te garanderen. Deze DIP-schakelaars zijn berekend op 25 mA bij 24 volt DC, waardoor ze geschikt zijn voor digitale schakelingen.

Controle van hoogspanning en stroom

Soms is een eenvoudige, harde regeling van spanning en stroom nodig. Voor een softmembraanschakelaar die een hoge vermogensregeling kan uitvoeren, is een interfacecircuit nodig dat de werking onnodig ingewikkeld kan maken, vooral als de regeling niet afhankelijk is van andere systemen. Voor deze situaties kan een tuimelschakelaar een veilige regeling van spanningen en stroom met hoge betrouwbaarheid bieden.

E-Switch maakt bijvoorbeeld de robuuste RA811C1121 verlichte stroomtuimelschakelaar (Afbeelding 4). Hij kan 16 ampère @ 125 volt AC aan.

Afbeelding 4: De tuimelschakelaars van de E-Switch RA8-serie zijn voorzien van een plastic scheiding om de twee klemmen te beschermen tegen een toevallige kortsluiting. De serie heeft een groot aantal opties, waaronder kleuren, rechte of haakse aansluitingen en schakelaarconfiguraties. (Bron afbeelding: E-Switch)

De E-Switch RA8-serie wordt gemonteerd in een rechthoekig gat van 19 x 13 mm. Hoewel tuimelschakelaars gemakkelijk te gebruiken zijn, kan het moeilijkste deel van het prototype het maken van een rechthoekig gat zijn waar de tuimelschakelaar in klikt. Een gebruikelijke techniek is het gebruik van een boor die iets kleiner is dan de breedte van het rechthoekige gat, in dit geval 13 mm. Teken eerst het rechthoekige gat met een potlood, en boor dan twee aangrenzende gaten in het paneel, waarbij u erop let dat u niet buiten de potloodlijnen komt. Gebruik vervolgens een metaalvijl om het rechthoekige gat te maken en scherpe randen te verwijderen.

De RA8 kan worden gebruikt in vijandige industriële omgevingen. Het operationele temperatuurbereik is -20 tot +85 °C, en met de PVC-kap is hij IP54. De contactweerstand van 30 mΩ minimaliseert warmte bij hoge spanningen.

Wanneer u met hoogspanningsschakelaars werkt, zorg er dan voor dat u elke aansluiting gescheiden houdt om onbedoelde kortsluiting te voorkomen. De RA8 maakt dit gemakkelijker door een plastic scheiding aan te brengen om de klemmen fysiek uit elkaar te houden.

Hoewel het bedraden van hete terminals sterk wordt afgeraden, is het in een productieomgeving soms niet te vermijden. Hoewel de RA8 de kans op een ongeval tijdens hete bedrading kan verkleinen, moet u alle veiligheidsmaatregelen nemen, waaronder het dragen van geïsoleerde handschoenen.

Conclusie

Mechanische schakelaars zijn geschikt voor bepaalde situaties, zoals de regeling van hoge spanningen, beveiliging, veiligheid, gemakkelijke toegang, of een combinatie daarvan. Er zijn veel opties voor mechanische schakelaars, en de juiste keuze kan zowel de ontwerper als de eindklant gemoedsrust bieden.