Mikroschalter

<H2>Übersicht Mikroschalter</H2>


Mikroschalter sind im Wesentlichen elektrische Schalter die per Übertotpunkt oder Kipppunkt durch minimalen Druck betätigt werden. Aufgrund der niedrigen Herstellungskosten und der langen Lebensdauer sind sie eine überaus beliebte Wahl für Techniker und Entwickler. Ein Schalter kann bis zu einer Million Zyklen, industrielle Ausführungen sogar bis zu zehn Millionen Zyklen, ausführen.

 

Im Gegensatz zu Schaltern mit einfachen binären Ein/Aus Zuständen, bietet der Mikroschalter mehr 

Flexibilität, da er auf vielfältige und zuverlässige Weise zwischen bestimmten Positionen des Aktuators hin und her schalten kann.

 

Der Mikroschalter zeichnet sich hauptsächlich dadurch aus, dass er das Auslösesignal verstärken kann: eine kleine Senkung der Schaltkontaktfläche erzeugt eine relativ große (und außergewöhnlich schnelle) Bewegung an den elektrischen Kontakten.

Auch wenn das Auslösesignal verhältnismäßig klein ist, fällt die Bewegung an den elektrischen Kontakten immer sehr schnell aus.

 

Eine Eigenart der Mikroschalter ist es, dass sie in einem definierten Zustand verharren, bis eine signifikante Umkehrung des Aktuators stattgefunden hat. Dank dieser Funktion, die auch unter dem Namen „Hysterese“ bekannt ist, rufen geringfügige Umkehrsignale keine Aktion hervor. Dies ermöglicht geschaltete Stromkreise, die schnell und zuverlässig unterbrochen werden können, wenn am Aktuator das erforderliche Umkehrsignal einwirkt.

 

 

<H2>Technische Aspekte</H2>

 

Eine weit verbreitete Mikroschalter-Ausführung ist jene, mit zwei leitfähigen Federn im Inneren. Die erste davon, ein gerader metallischer Streifen, ist durch ein Scharnier in einer Ecke des Schalters horizontal fixiert, in der anderen Ecke ist eine Reihe von elektrischen Kontakten angebracht. Eine kleinere, gewölbte Feder, in der Regel aus Berylliumkupfer (CuBe), wird unter Druckeinwirkung während des Montageprozesses vorgespannt in das Schaltergehäuse eingesetzt. Sie ist in der Nähe der elektrischen Kontakte mit der langen, flachen Feder verbunden. In der Mitte der flachen Feder befindet sich ein Hebelpunkt, während ein Aktuator-Knopf die flache Feder in der Nähe des Scharniers berührt. Die gekrümmte Feder ist bestrebt, die flache Feder von ihrem Scharnier-Ankerpunkt seitwärts wegzuziehen, die Verankerung verhindert jedoch diese Bewegung. Sie übt zudem eine Kraft aus, die den flachen Schalter nach oben aus dem Ankerpunkt zieht, obwohl geometrische Parameter dafür sorgen, dass diese Kraft proportional zur abnehmenden Verschiebung der flachen Feder wirkt, sobald diese nach unten gezogen wird.

 

Wenn eine Kraft außerhalb des Schalters den Aktuator betätigt, wird die flache Feder erst mal gekrümmt, während die Kontakte geschlossen gehalten werden. Irgendwann ist der Punkt erreicht, an dem die Flexion der flachen Feder die zweite Feder zum umspringen zwingt, woraufhin die elektrischen Kontakte sich voneinander weg bewegen.

 

Auch wenn der Aktuator-Knopf nicht weiter betätigt wird, mindert die aufwärtsgerichtete Kraft der gekrümmten Feder proportional die Abwärtsbewegung der flachen Feder. Dies wirkt sich auf die Bewegung der flachen Feder und die normalerweise offenen Kontakte aus. Die flache Feder verliert Spannung, während sie sich nach unten bewegt. Der Schalter ist allerdings so konstruiert, dass die Beschleunigung den Schalteffekt verursacht, der sich durch ein deutlich hörbares Klicken bemerkbar macht.

Sobald der Aktuator freigegeben wird, beginnt die flache Feder sofort sich nach oben zu bewegen. Dadurch steigt die Kraft der gekrümmten Feder. Das Ergebnis ist eine erneute Beschleunigung die endet, sobald die normal geschlossenen Kontakte erreicht werden. Die gebogene Feder ist stark genug, um die Kontakte zu bewegen, selbst wenn dies zu einem Durchbiegen der flachen Feder führt.

 

Trotz der langen Lebensdauer des Mikroschalters, versagt in der Regel als erstes die gebogene Rückzugfeder gegen Ende des Schalter-Lebenszyklus.

 

<H2> Verwendung des Mikroschalters in der Produktion</H2>


Mikroschalter finden in Industrie und Haushalt umfassend Anwendung. Mikrowellenherde sind hierfür ein typisches Beispiel: der Mikroschalter sichert die Türverriegelung, sodass die Mikrowelle nicht mit geöffneter Tür in Betrieb genommen werden kann. Außerdem werden sie für die Nivellierung in Aufzügen, als Sicherheitsschalter und zur Papierstauerkennung in Kopiergeräten eingesetzt. Mikroschalter haben sich auch in Brandbekämpfungs- und Notfall-Management Technologien als äußerst hilfreich erwiesen, da sie in die Absperrventile von Sprinkleranlagen und in Rohrsysteme eingebaut werden können, wo es wichtig ist festzustellen, ob ein Ventil geschlossen oder geöffnet ist. Für diese vielfältigen Zwecke sind Mikroschalter eine ideale Lösung.

 

Ein typisches Beispiel für Mikroschalter, ist deren Einsatz häufig zur Kontrolle von Stromkreisen in Automaten und Industrie-Steuerungssystemen. Sie versehen gute Dienste auch in Steuerkreisen für Magnetspulen, Lampen, kleinen Motoren und anderen Geräten.

 

Technisch gesehen sind speziell entwickelte Niedrigkraft-Mikroschalter in der Lage den Münzeinwurf in Getränkeautomaten oder den Luftstrom über ein Flügelrad zu erkennen.

 

Da Mikroschalter auch ohne Mechanismus betätigt werden können, finden sie auch als Bestandteil von Druck-, Durchfluss- und Temperaturschaltern Einsatz. Diese werden häufig durch einen Erkennungsmechanismus wie z.B. eine Bourdon-Röhre betrieben (eine abgeflachte Röhre nimmt unter Druckeinwirkung wieder ihre kreisrunde Form ein). Bei diesen Anwendungen hängt die langfristige Einsetzbarkeit von der Wiederholgenauigkeit des Aktuators beim Schalten ab.

 

Timer-Mechanismen verfügen ebenfalls häufig über einen Mikroschalter. Diese sind jedoch in diesen Fällen mit einem vergleichsweise langsamen motorischen Steuernocken konzipiert, damit sie in dieser Anwendung funktionieren.

 

Darüber hinaus werden Mikroschalter häufig Grenzwertschalter bei elektrisch angetriebenen Maschinen oder Werkzeugmaschinen angewendet: ein Metallgehäuse umschließt den Schnapp-Schaltmechanismus, wenn er in solchen Geräten integriert ist. Der Schalter wird mit Betätigungskolben, -rollen oder -hebeln ausgestattet, um seinen Zweck zu erfüllen.

 

 

<H3>Unterscheidungsmerkmale der Mikroschalter</H3>


Mikroschalter unterscheiden sich von anderen elektrischen Schaltern hauptsächlich dadurch, dass kleine Bewegungen des Aktuators in relativ große Bewegungen der Kontakte umgewandelt werden. Dadurch beschleunigen die Federn im Inneren des Schalters das Öffnen und Schließen der elektrischen Kontakte. Sie sind auch in der Lage, außerordentlich viele Betätigungen zu gewährleisten, wodurch sie eine wesentlich höhere Lebensdauer aufweisen, als viele andere Schalter.