Mekaniska knappar och omkopplare för viktiga konstruktionskrav

Pekskärmar och membranomkopplare är användbara för grafiska kontrollpaneler med låg profil. Vissa tillämpningar kräver dock att konstruktörerna lägger vikt vid säkerhet, enkel åtkomst, omkoppling av höga spänningar eller strömmar, en känd konfiguration vid start eller robusthet. I sådana situationer är mekaniska omkopplare och knappar ofta perfekta, men konstruktörerna måste välja med omsorg.

Det finns en mängd olika typer av mekaniska omkopplare med olika varianter av form, stil, storlek, funktion, strömkapacitet och mekaniskt beteende. Artikeln hjälper konstruktörer att sortera ut urvalsparametrarna och hur de bäst kan använda några av de senaste produkterna.

Vilken omkopplare eller knapp?

För att avgöra vilken omkopplare som är lämplig måste du först fastställa systemkraven. För att hitta en mekanisk omkopplare för en tillämpning måste du först hitta det format som passar de ergonomiska och fysiska behoven, och sedan välja en omkopplare med lämpliga elektriska och miljömässiga specifikationer som passar formatet.

Nödstopp

Ett uppenbart exempel på säkerhet är knappen för nödstopp. Många industriella system måste ha en stor röd eller orange knapp med texten "Nödstopp" i stora, lättlästa bokstäver. Knappen ska vara tydligt placerad på en lättillgänglig plats, vara lätt att trycka ned och det måste finnas en tydlig taktil återkoppling för att visa att omkopplingsfunktionen har slutförts. Om dessa kriterier inte uppfylls kan den vara farlig i vissa industriella miljöer.

En utmärkt lösning för denna tillämpning är Lumotast 16 en nödstoppsknapp från RAFI USA. Denna NO-knapp (normalt bruten) har den välkända stora, koniska svampformade knappen (figur 1). När operatören slår ner handen på knappen sluts de två silverkontakterna och förblir slutna även när operatören tar bort handen. För att återställa knappen till brutet läge måste svamphuvudet vridas i någon riktning.

Figur 1: Lumotast 16 nödstoppsknapp från RAFI USA, som är enkel att installera och passar bra i ett vanligt monteringshål på 16,2 mm. (Bildkälla: RAFI)

Lumotast 16 kan hantera upp till 6 A och 250 W och är utformad för hög tillförlitlighet. Omkopplarens invändiga konstruktion innehåller tre redundanta parallella kontakter, så om en uppsättning kontakter inte sluter, garanterar de andra två en tillförlitlig stopphändelse. För att ge en visuell bekräftelse på en anslutning är omkopplaren inkopplad så att den lyser starkt rött när den aktiveras. Framsidan är klassificerad enligt IP67, vilket gör den lämplig för de flesta tuffa industriella miljöer.

Med en knappdiameter på 30 mm är Lumotast 16 tillräckligt stor för att användas i industriella kontrollpaneler och ändå tillräckligt liten för att användas i handhållna kontrollboxar.

För att installera Lumotast 16 måste du först se till att det finns ett monteringsdjup på 18 mm under den plats där strömbrytaren ska placeras. Borra ett monteringshål på 16,2 mm. Placera den gula kragen med "Nödstopp" i svarta bokstäver ovanpå monteringshålet. Placera sedan omkopplaren Lumotast 16 i monteringshålet och fäst den med den medföljande ringmuttern. Ledningarna ansluts till de två standardiserade snabbkopplingskontakterna på undersidan.

Vandalskydd

Ett annat viktigt användningsområde för mekaniska omkopplare är vandalskydd Vandalskyddade omkopplare måste tåla avsiktliga försök att bryta sig in i omkopplarens konstruktion, t.ex. upprepade slag med en hammare eller försök att bryta loss omkopplaren.

För tillämpningar som behöver vandalskydd tillverkar E-Switch den vandalskyddade, belysta tryckknappsomkopplaren PVA3H2B0SS3R1. Det här är en DC-omkopplare för 2 A, 36 V med IP65-klassificering. Den har en ring med RGB-belysning och dess låga profil gör den mer tålig mot vandalism (figur 2).

Figur 2: PVA3 från E-Switch med en röd belyst monteringsram. Den är monterad nästan plant mot panelen, vilket gör den mer tålig mot vandalism än omkopplare med högre profiler. (Bildkälla: E-Switch)

Omkopplaren monteras nästan plant på alla paneler med ett 16 mm hål. Se till att installationsplatsen har tillräckligt med utrymme för att ansluta till kontakterna under den. Det här är en SPDT-omkopplare med fyra kontakter, med ytterligare tre LED-kontakter för RGB-belysning med gemensam jord. Detta innebär att totalt åtta anslutningar måste ske under panelen. Planera panelens utformning så att alla anslutningar lätt kan utföras utan att anslutningskablarna behöver klämmas eller böjas.

Monteringspanelen kan vara mellan 1 och 8 mm tjock. Tjockare paneler ger dock ett mer robust skydd mot vandalism.

Välj lämplig PVA3-konfiguration för tillämpningen, antingen med momentan kontakt eller låsande kontakt. Aktivera omkopplaren genom att trycka in manöverdonet i omkopplarens kropp. Ett platt manöverdon som ligger i nivå med omkopplarens kropp markerar att knappen är aktiv, ett högt manöverdon indikerar att knappen är inaktiv.

För att ge visuell återkoppling av omkopplarens tillstånd använder du signaler från en microcontroller eller programmerbar logikstyrning (PLC) för att tända de röda, gröna och blå lysdioderna i indikeringsringen. Om du vill skapa anpassade färger kan du ansluta lysdioderna till pulsbreddsmodulerade utgångar på en microcontroller eller PLC.

För ytterligare vandalskydd, finns omkopplarens hus och manöverdon i nickel eller rostfritt stål.

Läsa in konfiguration vid start

Ibland behövs omkopplare inte för användarens styrning, utan för utveckling eller konfiguration bakom kulisserna. EEPROM- eller flash-minnen kan tillhandahålla icke-flyktig lagring som kan läsas vid start, men ibland måste konfigurationen bekräftas visuellt innan man slår på strömmen till systemet. För dessa situationer har utvecklare i åratal använt sig av den populära DIP-switchen med 8 positioner, t.ex. A6FR-8101 från Omron Electronics (figur 3).

Figur 3: DIP-omkopplarserien A6FR med korta manöverdon från Omron, även kallade pianoomkopplare, är genomgående monterade i en sockel eller på ett kretskort. (Bildkälla: Omron)

DIP-omkopplarna används när systemkonfiguration eller startparametrar måste ställas in innan strömmen slås på till systemet. Även om DIP-omkopplarna kan manövreras med fingrarna är de lättare att flytta med en pennspets. Omkopplarna finns med korta eller långa manöverdon och kan monteras i en 16-stifts DIP-sockel eller lödas in direkt på ett kretskort. Till skillnad från äldre konstruktioner av DIP-omkopplare använder A6FR dubbla glidkontakter för att säkerställa hög tillförlitlighet vid anslutningar med slutning före brytning. DIP-omkopplarna är dimensionerade för 25 mA vid 24 volt DC, vilket gör dem lämpliga för digitala kretsar.

Styrning av hög spänning och ström

Ibland behövs en enkel, hård styrning av spänning och ström. För att en mjuk membranomkopplare ska kunna styra en hög ström krävs en gränssnittskrets, vilket kan komplicera driften i onödan, särskilt om styrningen inte är beroende av andra system. I dessa situationer kan en lägesomkopplare ge säker styrning av spänning och ström med hög tillförlitlighet.

E-Switch tillverkar exempelvis den robusta RA811C1121, en belyst lägesomkopplare (figur 4). Den klarar 16 A vid 125 V AC.

Figur 4: Lägesomkopplarserien RA8 från E-Switch har en skiljevägg av plast som skyddar de två anslutningarna från en oavsiktlig kortslutning. Serien finns i en stor mängd alternativ, inklusive färger, raka eller rätvinkliga anslutningar och konfigurationer av omkopplare. (Bildkälla: E-Switch)

Serien RA8 från E-Switch monteras i ett rektangulärt hål på 19 x 13 mm. Även om det kan vara lätt att använda en lägesomkopplare kan den svåraste delen av prototyptillverkningen vara att skapa ett rektangulärt hål som lägesomkopplaren kan snäppas fast i. En vanlig teknik är att använda en borr som är något mindre än bredden på det rektangulära hålet, i det här fallet 13 mm. Rita först upp det rektangulära hålet med en penna och borra sedan två angränsande hål i panelen, utan att gå utanför blyertslinjerna. Använd sedan en metallfil för att göra det rektangulära hålet och ta bort eventuella skarpa kanter.

RA8 kan användas i fientliga industriella miljöer. Driftstemperaturområdet är -20 till +85 °C, och med PVC-lock är den klassificerad enligt IP54. Kontaktresistansen på 30 mΩ minimerar värmen vid höga spänningar.

När du arbetar med omkopplare för höga spänningar måste du se till att hålla varje anslutning separerad för att undvika oavsiktliga kortslutningar. RA8 underlättar detta genom att tillhandahålla en skiljevägg av plast som håller anslutningarna fysiskt åtskilda.

Även om det avråds starkt att koppla in anslutningarna medan strömmen är på, kan det inte alltid undvikas i en produktionsmiljö. Även om RA8 kan minska risken för en olycka vid anslutning när strömmen är på, bör du vidta alla säkerhetsåtgärder, inklusive att bära isolerade handskar.

Sammanfattning

Mekaniska omkopplare är lämpliga i vissa situationer, t.ex. vid kontroll av högspänning, säkerhet, skydd, lättåtkomlighet eller en kombination av dessa. Det finns många modeller av mekaniska omkopplare, och rätt val kan ge trygghet för både konstruktören och slutkunden.