Die Grundlagen zu Tastschaltern

Der Tastschalter ist eine bekannte Art von elektrischem Schalter, der wie seine mechanischen Gegenstücke einen Stromkreis durch manuelle Betätigung schließt oder unterbricht. Ursprünglich kamen die Schalter Anfang der 1980er Jahre als Membran- oder Siebdruck-Schalter für Tastaturen und Tastenfelder auf den Markt und stießen aufgrund ihrer schlechten Leistung und der fehlenden taktilen Rückmeldung zunächst auf Widerstand. In den späten 1980er Jahren setzten sich jedoch Versionen mit in das Design integrierten Metallkuppeln dank ihrer verbesserten Rückmeldung, ihrer robusten Betätigung und ihrer längeren Lebensdauer immer mehr durch. Diese Änderungen führten zu den Tastschaltern, die heute in einer breiten Palette von Verbraucher- und kommerziellen Anwendungen zum Einsatz kommen.

Wie bereits erwähnt, besteht ein wesentliches Unterscheidungsmerkmal von Tastschaltern darin, dass sie bei Druck auf den Betätiger mit einem spürbaren Klicken oder einem haptischen Stoß reagieren, der anzeigt, dass der Schalter erfolgreich betätigt wurde. Da es sich um tastende Schalter handelt, wird der Schalter geöffnet, sobald der Benutzer keinen Druck mehr ausübt, und der Stromfluss wird unterbrochen. Obwohl sie in der Regel als Schließer zu finden sind, sind Tastschalter auch als in Versionen als Öffner erhältlich, bei denen der Strom abgeschaltet wird, wenn der Betätiger gedrückt wird, und zu fließen beginnt, sobald er freigegeben wird.

Abbildung 1: Beispiel gängiger Tastschalter (Bildquelle: Same Sky)

Tastschalter oder Druckknopf?

Zwei Arten von Schaltern, die oft verwechselt werden oder deren Namen austauschbar sind, sind Tastschalter und Druckknopf. Obwohl sie in ihrer Art und Funktion ähnlich sind, funktionieren Druckknöpfe, indem ein Betätiger über einen bestimmten Weg gedrückt wird, um den Stromfluss zu starten und den Stromfluss durch erneutes Drücken zu stoppen (rastender Schalter). Im Gegensatz dazu starten und stoppen Tastschalter den Stromfluss, wenn der Betätiger gedrückt und gehalten wird (tastender Schalter), wobei der Betätigungsweg minimal ist.

Obwohl einige Druckknöpfe auch als tastende Schalter funktionieren können, sind alle Tastschalter tastende Schalter. Tastschalter haben in der Regel kleinere Gehäusegrößen als Druckknöpfe und weisen im Allgemeinen geringere Spannungs- und Stromnennwerte auf. Ihre akustische oder haptische Rückmeldung ist ebenfalls ein wesentliches Unterscheidungsmerkmal gegenüber Druckknöpfen: Während Druckknöpfe sowohl für die Montage in einer Schalttafel als auch auf einer Leiterplatte geeignet sind, sind Tastschalter nur für die direkte Montage auf der Leiterplatte vorgesehen. Wenn Sie mehr über Druckknöpfe erfahren möchten, lesen Sie den Blog Pushbutton Switches 101 (Einführung zu Druckknöpfen) von Same Sky.

Grundlegende Struktur und Funktionsweise

Ein Schlüsselelement für die Einfachheit und Robustheit eines Tastschalters im Vergleich zu anderen mechanischen Schaltern ist die begrenzte Anzahl interner Komponenten, um die beabsichtigte Funktion zu erreichen. Ein typischer Tastschalter besteht in der Regel aus vier Teilen, die im Folgenden aufgeführt sind:

1. Obere Abdeckung: Sie schützt den internen Mechanismus des Schalters und kann je nach Funktion aus Metall oder anderen Materialien bestehen. Die Abdeckungen können außerdem einen Erdungsanschluss bieten, um den Schalter vor statischer Entladung zu schützen.
2. Stößel: Der Stößel sitzt unter der Abdeckung und auf der Kontaktkuppel und ist das Bauteil, das vom Benutzer gedrückt wird, um die Kuppel zu biegen und so den Schalter zu aktivieren. Stößel können entweder flach oder erhöht sein.
3. Kontaktkuppel: Dieses Bauteil mit seiner gewölbten Form passt in den Sockel und biegt sich aus seiner Form oder in diese zurück, wenn es vom Stößel berührt wird. Dieser Biegevorgang erzeugt das hör- und fühlbare Klicken, bei dem zwei feste Kontakte in der Basis verbunden werden, um den Stromkreis zu schließen. Sobald keine Kraft mehr einwirkt, kehrt die Kontaktkuppel in ihre ursprüngliche Form zurück und unterbricht den Stromkreis. Das für die Kontaktkuppel und den Stößel verwendete Material (Metall, Gummi usw.) bestimmt die Haptik und den Klang des Schalters.
4. Formharz-Sockel: Das letzte Teil des Schalters enthält die Anschlüsse und Kontakte, um den Schalter mit der Platine zu verbinden.

Abbildung 2: Typischer Aufbau eines Tastschalters (Bildquelle: Same Sky)

Hauptvorteile und technische Daten

Die richtige Auswahl eines Tastschalters ist mehr als nur die Auswertung der technischen Daten auf einem Produktdatenblatt. Abgesehen von einigen allgemeinen Merkmalen und Vorteilen, wie z. B. tastende Schaltfunktion, geringere Leistungs- und Stromnennwerte, Robustheit aufgrund einer geringeren Anzahl von beweglichen Teile und geringere Kosten, können die Haptik und der Klang eines Tastschalters einen großen Einfluss auf die Komponentenauswahl haben. Diese Eigenschaften lassen sich nur schwer quantifizieren, da die zur Betätigung des Schalters erforderliche Kraft und die haptische Rückmeldung je nach Verwendungszweck und Funktion variieren. Ein Tastschalter, der in einem Kraftfahrzeug eingesetzt wird, benötigt beispielsweise eine höhere Betätigungskraft, um eine versehentliche Betätigung durch Vibrationen zu vermeiden, als ein Schalter, der in einer Heim- oder Büroumgebung zum Einsatz kommt. Der beste Weg, die richtigen Eigenschaften eines Schalters zu bestimmen, ist oft die Entwicklung von Prototypen und Tests.

Nachfolgend finden Sie einige wichtige technische Daten, die Sie während des Auswahlprozesses beachten sollten:

• Nennspannung: maximale Spannung, mit der der Schalter beim Öffnen oder Schließen belastet werden kann.
• Stromstärke: maximaler Strom in Ampere, den ein Schalter übertragen kann, ohne Schaden zu nehmen.
• Aktivierungskraft (oder Betätigungskraft): Betrag der Kraft oder des Drucks (ausgedrückt in Gramm Kraft oder gf), der erforderlich ist, um ein Betätigungselement eines Schalters zu bewegen.
• Ausschlag (oder Betätigungsweg): Gesamtweg, den der Betätiger beim Drücken zurücklegt.
• Kontaktkraft: Betrag der Kraft oder des Drucks (ausgedrückt in Gramm), der erforderlich ist, damit der Schalter die Klemmen verbindet.
• Betätigerhöhe: die Höhe des Betätigers über dem Schaltergehäuse. (Siehe Abbildung 3)
• Lebensdauerbereich: erwartete Lebensdauer eines Schalters unter normalen Betriebsbedingungen.
• Temperaturbereich: Betriebstemperaturen, innerhalb derer der Schalter die technischen Daten erfüllt.
• Montageart: die Methode, mit der der Schalter auf der Leiterplatte montiert wird, entweder per Durchsteck- oder per Oberflächenmontage.
• IP-Eindringschutzart: eine internationale Norm, die die Schutzart eines Schalters (oder eines anderen Produkts) gegen das Eindringen von Staub und Flüssigkeiten klassifiziert. Siehe die Tastschalter von Same Sky mit Schutzart IP67.

Abbildung 3: Gängige Betätigerhöhen von Tastschaltern (Bildquelle: Same Sky)

Verdrahtung von Tastschaltern

Die meisten Tastschalter besitzen vier Stifte, um die Stabilität bei der Leiterplattenmontage zu gewährleisten. Diese vier Stifte sind intern in zwei Gruppen verbunden. Obwohl technisch gesehen nur zwei der Leitungen für die Verdrahtung benötigt werden, ist es am besten, alle möglichen Stifte zu verwenden. Es gibt auch Tastschaltermodelle mit nur zwei verfügbaren Stiften sowie 5-polige Versionen, die eine joystickähnliche Steuerung in einem sehr minimalen Gehäuse ermöglichen.

Abbildung4: Gängige 4-polige Tastschalterkonfiguration (Bildquelle: Same Sky)

Fazit

Aufgrund ihrer geringen Größe, niedrigen Höhe und langen Lebensdauer eignen sich Tastschalter für eine Vielzahl von Verbraucher- und Industrieprodukten, einschließlich neuerer Anwendungen wie in der Wearable Technology. Wenn es auf eine stromsparende, kurzzeitige Betätigung ankommt, werden Tastschalter auch in Zukunft die erste Wahl sein - mit dem zusätzlichen Vorteil einer taktilen und akustischen Rückmeldung. Für eine leichtere Auswahl bietet Same Sky eine Reihe von Tastschaltern mit kompakten Gehäusen, verschiedenen Betätigerhöhen und mehreren Konfigurationsoptionen an.