A tapintókapcsolók alapjai

A tapintókapcsoló egy jól ismert villamos kapcsolótípus, amely mechanikus kapcsolótársaihoz hasonlóan kézi működtetéssel zár vagy szakít meg egy villamos áramkört. Eredetileg az 1980-as évek elején billentyűzetek és billentyűblokkok membrán- vagy szitanyomású kapcsolóiként léptek színre, és kezdetben komoly ellenállásba ütköztek a gyenge teljesítményük és a tapintásos visszajelzés hiánya miatt. Az 1980-as évek végén azonban a beépített fém érintkezőmembránnal ellátott változatok a jobb visszajelzésnek, a strapabíró működésnek és a hosszabb élettartamnak köszönhetően már szélesebb körben elfogadottak lettek. Ezek a változások eredményezték azokat a tapintókapcsolókat, amelyeket ma már sokfelé láthatunk és elterjedten használunk a fogyasztói és kereskedelmi készülék széles körében.

Mint fentebb említettük, a tapintókapcsolók egyik legfontosabb megkülönböztető jellemzője, hogy amikor a működtetőelemre nyomást gyakorolnak, az hallható vagy érzékelhető kattanást ad visszajelzésképpen, jelezve, hogy a kapcsoló sikeresen működött. Mivel a tapintókapcsoló átmeneti működésű eszköz, amint a felhasználó már nem gyakorol rá nyomást, a kapcsolóelem visszaáll alaphelyzetébe, és az áram nem folyik tovább a kapcsolón keresztül. A tapintókapcsolók általában alaphelyzetben nyitott eszközök, de kaphatók alaphelyzetben zárt kivitelben is, ahol a működtetőelem megnyomásakor szakad meg az áramkör, és a működtetőelem felengedésekor folyik az áram.

1. ábra: Példa hétköznapi tapintókapcsolókra (kép: Same Sky)

Tapintókapcsoló vagy nyomógomb?

A kapcsolók két típusa, amelyeket gyakran összekevernek, illetve a nevüket is felcserélik, a tapintókapcsoló és a nyomógomb. Bár természetük és funkciójuk hasonló, a nyomógombok úgy működnek, hogy a működtetőelemet egy meghatározott úthosszon lenyomva zárják az áramkört, és csak a működtetőelem újbóli lenyomásával szakítják meg azt újra. Ezzel szemben a tapintókapcsolók akkor zárják vagy szakítják meg az áramkört, amikor a működtetőelemet minimális úton lenyomják, és addig tartják ezt az állapotot, amíg a működtetőelemet lenyomva tartják.

Bár egyes nyomógombok működhetnek átmeneti működésű kapcsolóként is, ellenben minden tapintókapcsoló átmeneti működésű. A tapintókapcsolók jellemzően kisebb méretűek, mint a nyomógombok, valamint általában kisebb feszültséget és áramerősséget kezelnek. A nyomógombokkal szemben a hang- vagy tapintásos visszajelzés is kulcsfontosságú megkülönböztető jegy, és míg a nyomógombok panelre vagy nyomtatott áramköri (nyák) lapra szerelhető változatban is kaphatóak, a tapintókapcsolók csak közvetlenül nyomtatott áramköri lapra szerelhető kivitelben készültek. Ha többet szeretne megtudni a nyomógombokról, olvassa el a Same Sky Pushbutton Switches 101 (Nyomógombok 101) blogját.

Alapfelépítés és működés

Az egyik legfontosabb jellemző, amely más mechanikus kapcsolókkal összehasonlítva a tapintókapcsolók egyszerűségét és strapabírását eredményezi, az, hogy a kapcsoló funkciójának eléréséhez korlátozott számú belső alkatrész szükséges. Egy jellegzetes tapintókapcsoló általában csak az alább felsorolt négy alkatrészből áll:

1. Felső burkolat: a kapcsoló belső mechanizmusát védi, és a tervezett funkciótól függően készülhet fémből vagy más anyagból. A burkolaton lehet emellett földelőcsatlakozó is a kapcsoló statikus kisülés elleni védelme érdekében.
2. Nyomócsap: a burkolat alatt és az érintkezőmembrán felett elhelyezkedő nyomócsap az az alkatrész, amelyet megnyomva a felhasználó meghajlítja az érintkezőmembránt, és ezzel működteti a kapcsolót. A nyomócsapok lehetnek laposak vagy megemeltek.
3. Érintkezőmembrán: ez az ívelt alakú alkatrész a házba illeszkedik, és meghajlik vagy átellenes irányú alkot vesz fel, amikor a nyomócsap megnyomja. Ez a hajlítás hozza létre a hallható és tapintással érzékelhető kattanást, miközben az érintkezőmembrán összekapcsolja a házban lévő két rögzített érintkezőt az áramkör zárásához. Ha az erő megszűnik, az érintkezőmembrán visszanyeri eredeti alakját, és megszakítja az áramkört. A kapcsoló érintkezőmembránjának és nyomócsapjának anyaga (fém, gumi stb.) határozza meg, milyen lesz a kapcsoló hangja és tapintással érzékelhető kapcsolása.
4. Öntött műgyanta ház: a kapcsoló utolsó alkatrésze a kapcsolást végző érintkezők és a nyomtatott áramköri lapra szerelésre szolgáló lábak elhelyezésére szolgál.

2. ábra: Egy jellegzetes tapintókapcsoló felépítése (kép: Same Sky)

Főbb előnyök és műszaki jellemzők

A megfelelő tapintókapcsolók kiválasztása nem pusztán a termék adatlapján szereplő műszaki jellemzők értékelését jelenti. A számos általános jellemzőn és előnyön kívül, amilyen például az átmeneti működés, a kisebb teljesítmény és áramerősség, a kevesebb mozgó alkatrésznek köszönhető tartósság és az alacsonyabb költségek, a tapintókapcsolók tapintással érzékelhető kapcsolása és hangja is nagyban befolyásolhatja az alkatrészválasztást. Ezt a tulajdonságot nehéz számszerűsíteni, mert a tervezett felhasználási módtól és funkciótól függően változik, hogy milyen a kapcsoló működtetéséhez szükséges ideális erő, valamint az optimális tapintásos visszajelzés. Például egy gépjárműipari alkalmazásban használt tapintókapcsoló esetében a rezgések okozta véletlen működés elkerülése érdekében nagyobb működtetési erő lehet az ideális, mint egy lakásban vagy irodai környezetben használt kapcsolónál. A kapcsoló szükséges jellemzőinek meghatározására gyakran a legjobb módszer a prototípusok készítése és tesztelése.

Mindezek mellett van néhány kulcsfontosságú jellemző, amelyet a kiválasztás során mindig érdemes szem előtt tartani:

• Névleges feszültség: az a legnagyobb feszültség, amelyet a kapcsoló nyitott vagy zárt állapotban elvisel.
• Névleges áramerősség: az a legnagyobb áramerősség, amelyet a kapcsoló károsodás nélkül képes elviselni.
• Működtető erő: az az erő vagy nyomás (grammerőben (gf) kifejezve), amely a kapcsoló működtetőelemének elmozdításához szükséges.
• Elmozdulási úthossz (vagy a működtetőelem mozgási úthossza): a működtetőelem teljes lenyomásának távolsága.
• Érintkezési erő: az érintkezők összekapcsolásához szükséges erő vagy nyomás (grammban kifejezve).
• A működtetőelem magassága: a működtetőelemnek a kapcsolóház feletti magassága (lásd: 3. ábra).
• Életciklus-tartomány: a kapcsoló várható élettartama normál üzemi körülmények között.
• Hőmérséklet-tartomány: az az üzemi hőmérséklet-tartomány, amelyen belül a kapcsoló a műszaki adatoknak megfelelően működik.
• Szerelési mód: a kapcsoló nyomtatott áramköri lapra való felszerelésének módja, ez lehet furatszerelt vagy felületszerelt.
• IP-besorolás: nemzetközi szabvány, amely a kapcsolók (vagy más termékek) por és folyadékok behatolásával szembeni védelmi szintjét adja meg. Lásd a Same Sky IP67 besorolású tapintókapcsolóit.

3. ábra: a tapintókapcsolók működtetőelemeinek szokásos magasságai (kép: Same Sky)

A tapintókapcsoló bekötése

A legtöbb tapintókapcsolónak négy lába van, hogy stabilabban álljon a nyomtatott áramköri lapon. Ez a négy láb a házon belül két csoportba van kapcsolva. Bár technikailag csak két vezetékre van szükség a bekötéshez, a bevált gyakorlat az, hogy az összes lehetséges lábat használják. Léteznek olyan tapintókapcsoló-változatok is, amelyeknek csak két lábuk van, valamint 5 lábú változatok is, amelyek botkormányszerű vezérlést tesznek lehetővé nagyon kis méretű házban.

4. ábra: A szokványos 4 lábú tapintókapcsolók belső elrendezése (kép: Same Sky)

Összegzés

Kis méretüknek, kis magasságuknak és hosszú élettartamuknak köszönhetően a tapintókapcsolók számos fogyasztói és ipari termékben, valamint többek között a viselhető készülékekben való újabb felhasználási területeken is sokféle igényt kielégítenek. Ha kis teljesítményű átmeneti működésű kapcsolóra van szükség, továbbra is a tapintókapcsolók jelentik a legjobb kapcsolási megoldást, megfejelve a hallható és tapintással érzékelhető visszajelzés további előnyeivel. A kiválasztási folyamat elősegítésére a Same Sky egy kisméretű és különböző működtetőelem-magasságokkal rendelkező, többféle kialakítású tapintókapcsolót tartalmazó termékcsaládot kínál.