Basisinformatie tactiele schakelaars

De tactiele schakelaar is een welbekend type elektrische schakelaar waarbij, net als bij mechanische schakelaars, een stroomkring wordt gesloten of onderbroken door met de hand op de schakelaar te drukken. Dit type schakelaar ontstond in het begin van de jaren tachtig als membraan- of zeefdrukschakelaars voor toetsenborden en toetsenblokken, maar ze stuitten aanvankelijk op weerstand vanwege hun slechte prestaties en gebrek aan tactiele feedback. Aan het eind van de jaren tachtig verschenen echter steeds meer versies met metalen koepeltjes, die, dankzij hun verbeterde feedback, robuuste bediening en langere levensduur, breed werd geaccepteerd. Deze veranderingen hebben tot de tactiele schakelaars geleid die vandaag de dag worden gebruikt en in een groot aantal consumenten- en commerciële toepassingen voorkomen.

Zoals hierboven vermeld, is een belangrijk verschil bij tactiele schakelaars dat wanneer druk op de actuator wordt uitgeoefend, deze een hoorbare of voelbare klik als reactie geeft om aan te geven dat de schakelaar met succes is bediend. Zodra de gebruiker geen druk meer uitoefent, wordt de schakelaar losgelaten en wordt de stroomkring verbroken. Hoewel tactiele schakelaars gewoonlijk worden gebruikt als normaal open contact, zijn er ook normaal gesloten versies verkrijgbaar, waarbij de stroomkring wordt verbroken wanneer de actuator wordt ingedrukt en weer wordt gesloten wanneer hij wordt losgelaten.

Afbeelding 1: Voorbeeld van veel voorkomende tactiele schakelaars (Bron afbeelding: Same Sky)

Tactiel of drukknop?

Twee soorten schakelaars die vaak door elkaar worden gehaald of waarvan de namen door elkaar worden gebruikt, zijn tactiele schakelaars en drukknopschakelaars. Ze lijken qua aard en functie op elkaar, maar drukknopschakelaars werken door een actuator een bepaalde afstand in te drukken om de stroomkring te sluiten en de actuator opnieuw in te drukken om de stroomkring te verbreken. Tactiele schakelaars daarentegen sluiten of verbreken de stroomkring wanneer de actuator met een minimale beweging wordt ingedrukt en in die stand wordt gehouden.

Hoewel sommige drukknoppen als pulsdrukschakelaars kunnen werken, zijn alle tactiele schakelaars pulsdrukschakelaars. Tactiele schakelaars hebben meestal een kleinere omvang dan drukknopschakelaars, en zijn doorgaans geschikt voor lagere spannings- en stroomwaarden. De auditieve of tactiele feedback is ook een belangrijke onderscheidende factor ten opzichte van drukknoppen en terwijl drukknoppen op panelen of printplaten kunnen worden gemonteerd, zijn tactiele schakelaars alleen ontworpen voor rechtstreekse montage op printplaten. Lees voor meer informatie over drukknopschakelaars lees de blog Pushbutton Switches 101 van Same Sky.

Basisconstructie en werking

Een van de belangrijkste redenen waarom tactiele schakelaars zo eenvoudig en robuust zijn in vergelijking met andere mechanische schakelaars, is het beperkte aantal interne onderdelen dat nodig is om de beoogde functie te vervullen. Een typisch ontwerp van een tactiele schakelaar bevat meestal de volgende vier onderdelen:

1. Afdekking: deze beschermt het interne mechanisme van de schakelaar en kan bestaan uit metaal of andere materialen, afhankelijk van de beoogde functie. Afdekkingen kunnen verder een massa-aansluiting hebben om de schakelaar tegen statische ontlading te beschermen.
2. Plunjer: de plunjer, die onder de afdekking en bovenop de contactkoepel zit, is het onderdeel dat door de gebruiker wordt ingedrukt om de koepel te buigen en zo de schakelaar te activeren. De plunjers kunnen plat of verhoogd zijn.
3. Contactkoepel: dit halve bolletje zit in de basis en wordt ingedrukt of herkrijgt zijn bolvorm wanneer het door de plunjer wordt geraakt. Dit buigen veroorzaakt de hoorbare en voelbare klik terwijl twee vaste contacten in de basis worden doorverbonden om de stroomkring te sluiten. Zodra de kracht wordt opgeheven, neemt de contactkoepel zijn oorspronkelijke vorm weer aan en wordt de stroomkring verbroken. Het voor de contactkoepel en de plunjer gebruikte materiaal (metaal, rubber, enz.) bepaalt mede het gevoel en het geluid van de schakelaar.
4. Basis van gegoten hars: het laatste onderdeel van de schakelaar bevat de aansluitklemmen en contacten om de schakelaar met de printplaat te verbinden.

Afbeelding 2: Veel voorkomende constructie van een tactiele schakelaar (Bron afbeelding: Same Sky)

Belangrijkste voordelen en specificaties

De juiste tactiele schakelaar selecteren is meer dan alleen de specificaties op een gegevensblad evalueren. Afgezien van een aantal algemene features en voordelen, zoals kortstondige bediening, lagere stroom- en vermogenswaardes, robuustheid door minder bewegende delen en lagere kosten, kunnen het gevoel en het geluid van een tactiele schakelaar een grote invloed hebben op de keuze van de component. Dit kan een moeilijk te kwantificeren eigenschap zijn, omdat de kracht die nodig is om de schakelaar te activeren en de tactiele feedback afhankelijk zijn van het beoogde gebruik en de functie. Bij een tactiele schakelaar voor gebruik in een automobieltoepassing kan bijvoorbeeld een grotere bedieningskracht nodig zijn om onbedoelde activering door trillingen te voorkomen dan bij een schakelaar voor gebruik in een woon- of kantooromgeving. De beste manier om de juiste karakteristieken van een schakelaar te bepalen is vaak via prototyping en testen.

Dit gezegd zijnde, volgen hier enkele belangrijke specificaties waarmee u tijdens het selectieproces rekening moet houden:

• Maximaal toegestane spanning: maximale spanning die de schakelaar kan weerstaan wanneer deze open of gesloten is.
• Maximaal toegestane stroomsterkte: maximale stroomsterkte in ampère die een schakelaar kan weerstaan voordat schade optreedt.
• Activeringskracht (of bedieningskracht): hoeveelheid kracht of druk (uitgedrukt in gramkracht of gf) die nodig is om een actuator op een schakelaar in beweging te brengen.
• Deflectie (of actuatorbeweging): totale verplaatsingsafstand van een ingedrukte schakelaar.
• Contactkracht: hoeveelheid kracht of druk (uitgedrukt in gram) de schakelaar nodig heeft om de aansluitklemmen door te verbinden.
• Actuatorhoogte: de hoogte van de actuator boven de behuizing van de schakelaar. (Zie afbeelding 3)
• Levensduur: verwachte levensduur van een schakelaar onder normale bedrijfsomstandigheden.
• Temperatuurbereik: bedrijfstemperaturen waarbinnen de schakelaar volgens de specificaties werkt.
• Montagestijl: de methode die wordt gebruikt om de schakelaar op de printplaat te monteren, in gaten of als opbouw.
• IP-klasse: een internationale norm die de mate van bescherming van een schakelaar (of ander product) tegen het binnendringen van stof en vloeistoffen classificeert. Zie de tactiele schakelaars met beschermingsgraad IP67 van Same Sky.

Afbeelding 3: Veel voorkomende actuatorhoogtes van tactiele schakelaars (Bron afbeelding: Same Sky)

Bedrading tactiele schakelaar

De meeste tactiele schakelaars hebben vier pinnen voor een stabielere montage op de printplaat. Deze vier pinnen zijn intern verbonden in twee sets. Hoewel technisch gezien slechts twee van de draden nodig zijn voor de bedrading, worden bij voorkeur alle aanwezige pinnen gebruikt. Er zijn ook modellen tactiele schakelaars die over slechts twee pinnen beschikken, evenals versies met 5 pinnen waarbij de schakelaar als een joystick kan worden bediend in een zo klein mogelijke behuizing.

Afbeelding 4: Veel voorkomende configuratie 4-pins tactiele schakelaar (Bron afbeelding: Same Sky)

Conclusie

Dankzij het kleine formaat, de geringe hoogte en de lange levensduur voldoen tactiele schakelaars aan vele behoeften in een groot aantal consumenten- en industriële producten, waaronder nieuwere toepassingen in wearables. Wanneer kortstondige activering bij een laag stroomverbruik nodig is, blijven tactiele schakelaars de oplossing bij uitstek, met als bijkomend voordeel de tactiele en auditieve feedback. Same Sky levert een reeks tactiele schakelaars met compacte verpakkingen, een reeks actuatorhoogtes en meerdere configuratieopties om u tijdens het selectieproces te helpen.