Interruptores y botones mecánicos que abordan requisitos críticos de diseño

Las pantallas táctiles y los interruptores de membrana son útiles para paneles de control visuales y de bajo perfil. Sin embargo, algunas aplicaciones requieren que los diseñadores pongan más énfasis en la seguridad, la facilidad de acceso, el cambio de alta tensión o potencia, una configuración conocida durante el encendido o la resistencia. En estas situaciones, los interruptores y botones mecánicos suelen ser ideales, pero los diseñadores deben elegir con cuidado.

Existen numerosos tipos de interruptores mecánicos con variaciones de forma, estilo, tamaño, función, capacidades de potencia y comportamiento mecánico. Este artículo ayudará a los diseñadores a clasificar los parámetros de selección y a encontrar la mejor manera de aplicar algunos de los dispositivos más recientes.

¿Qué interruptor o botón elegir?

Para decidir qué interruptor es el más apropiado, primero determine los requisitos para el sistema. Elegir un interruptor mecánico para una aplicación requiere primero reconocer el factor de forma del interruptor que mejor se ajuste a las necesidades físicas y ergonómicas, para luego elegir un interruptor con las especificaciones eléctricas y ambientales adecuadas que se ajusten a ese factor de forma.

Botón de parada de emergencia

Un ejemplo obvio de seguridad es el botón de parada de emergencia. Muchos sistemas industriales deben tener un gran botón rojo o naranja con las palabras "Parada de emergencia" en letras grandes y fáciles de leer. Este botón debe estar en una posición evidente y fácilmente accesible, debe ser fácil de presionar y debe haber una reacción táctil clara para indicar que la función de conmutación se ha completado. El incumplimiento de este criterio puede ser peligroso en algunos entornos industriales.

Una excelente solución para esta aplicación es el botón de parada de emergencia Lumotast 16 de RAFI USA. Este botón con la palabra NO (normalmente abierto) tiene la ya conocida forma de hongo grande y cónica (Figura 1). Cuando un operador presiona con la mano este botón, los dos contactos plateados se conectan, se enganchan y permanecen en contacto incluso cuando el operador retira la mano del botón. Para restablecer el botón a la posición abierta, se debe girar la cabeza del hongo en cualquier dirección.

Figura 1: El botón de parada de emergencia RAFI USA Lumotast 16 es fácil de instalar y encaja fácilmente en un orificio de montaje estándar de 16.2 mm. (Fuente de la imagen: RAFI)

El Lumotast 16 puede soportar hasta 6 amperios y 250 vatios, y está diseñado para un funcionamiento de alta confiabilidad. El diseño del interruptor interior tiene tres contactos redundantes en paralelo, por lo que si un grupo de contactos no se puede conectar, los otros dos aseguran un acto de detención confiable. Para proporcionar una confirmación visual de una conexión, el interruptor está cableado para iluminarse en rojo brillante cuando está activado. La parte frontal tiene una clasificación IP67, lo que la hace adecuada para los entornos industriales más extremos.

Con un diámetro de botón de 30 milímetros (mm), el Lumotast 16 es lo suficientemente grande como para ser utilizado en paneles de control industrial, y aún es lo suficientemente pequeño como para implementarlo en cajas de control manuales.

Para instalar el Lumotast 16, primero asegúrese de que haya una distancia de profundidad de montaje de 18 mm debajo de donde se ubicará el interruptor. Perfore un orificio de montaje de 16.2 mm. Coloque el aro amarillo del orificio de montaje con la frase "Parada de emergencia" en letras negras en la parte superior del orificio de montaje. Luego, coloque el interruptor Lumotast 16 en el orificio de montaje y asegúrelo con la tuerca de montaje incluida. Las conexiones de cableado se realizan a los dos terminales de pala macho de conexión rápida estándar en la parte inferior.

Resistencia al vandalismo

Otra aplicación importante para los pulsadores mecánicos es la protección contra el vandalismo. Los interruptores antivandalismo deben resistir los intentos deliberados de romper la estructura del interruptor, como los golpes repetidos de un martillo o los intentos de quitar el interruptor.

Para aplicaciones antivandalismo, E-Switch creó el interruptor de botón iluminado a prueba de vandalismo PVA3H2B0SS3R1 SPDT. Este es un interruptor de 2 amperios y 36 voltios de CC clasificado como IP65. Tiene un anillo de iluminación RGB y su perfil bajo lo hace más resistente al vandalismo (Figura 2).

Figura 2: El E-Switch PVA3 con un marco rojo iluminado. Se monta casi al ras del panel, lo que lo hace más resistente al vandalismo que los interruptores con perfiles más altos. (Fuente de la imagen: E-Switch)

Este interruptor se monta casi al ras de cualquier panel con un orificio de 16 mm. Asegúrese de que la posición de instalación tenga suficiente espacio para conectarse a los contactos que se encuentran debajo. Este es un interruptor SPDT con cuatro contactos, y tres contactos LED adicionales para iluminación RGB con una conexión a tierra común. Es un total de ocho conexiones que deben realizarse debajo del panel. Planifique la disposición del panel de modo que todas las conexiones se puedan hacer fácilmente sin presionar o doblar los cables de conexión.

El panel de montaje puede ser de 1 a 8 mm de espesor. Sin embargo, los paneles más gruesos proporcionan una protección más resistente contra el vandalismo.

Seleccione la configuración de PVA3 adecuada para la aplicación, ya sea contacto momentáneo o contacto permanente. Active el interruptor presionando el accionador en el cuerpo del interruptor. Un accionador plano que está a desnivel con el interruptor indica que el botón está activo, un accionador elevado indica que el botón está inactivo.

Para proporcionar una reacción visual de la condición del interruptor, use señales de microcontrolador o controlador lógico programable (PLC) para iluminar los LED rojo, verde y azul en el aro indicador. Para generar colores personalizados, conecte los LED a las salidas moduladas por amplitud de pulsos de un microcontrolador o PLC.

Para una resistencia adicional al vandalismo, el interruptor viene con la opción de elegir níquel o acero inoxidable para el cuerpo del interruptor y el accionador.

Configuración de lectura al inicio

A veces, los interruptores no son necesarios para el control del usuario, sino para el desarrollo o la configuración entre bastidores. Si bien EEPROM o flash pueden proporcionar un almacenamiento no volátil que puede leerse al inicio, a veces la configuración debe confirmarse visualmente antes de aplicar energía al sistema. Para estas situaciones, los desarrolladores han confiado durante años en el siempre popular interruptor DIP de 8 posiciones, como el A6FR-8101 de Omron Electronics (Figura 3).

Figura 3: La serie Omron A6FR de interruptores DIP con accionadores cortos, también llamados interruptores de piano, se montan en un orificio pasante en un zócalo o tarjeta de PC. (Fuente de la imagen: Omron)

Estos interruptores DIP se utilizan cuando la configuración del sistema o los parámetros de inicio deben establecerse antes de que se aplique energía al sistema. Mientras que los interruptores DIP se pueden reposicionar con los dedos, la punta de un lápiz permite un control más fácil. Estos interruptores están disponibles con accionadores cortos o largos, y pueden montarse en un zócalo DIP de 16 pines o soldarse directamente en una placa de circuito impreso. A diferencia de los diseños de interruptores DIP más antiguos, el A6FR usa contactos de doble deslizamiento para garantizar conexiones de alta/baja confiabilidad. Estos interruptores DIP tienen una capacidad nominal de 25 mA a 24 voltios de CC, lo que los hace adecuados para circuitos digitales.

Control de alta tensión o potencia

A veces se necesita un control simple y fijo de voltaje y corriente. Para que un interruptor de membrana suave realice un control de alta potencia, se requiere un circuito de interfaz que podría complicar innecesariamente la operación, especialmente si el control no depende de otros sistemas. En estas situaciones, un interruptor basculante puede proporcionar un control seguro de voltajes y corrientes con alta confiabilidad.

Por ejemplo, E-Switch creó el resistente interruptor basculante de potencia iluminado RA811C1121 (Figura 4). Puede manejar 16 amperios a 125 voltios de corriente alterna.

Figura 4: La serie E-Switch RA8 de interruptores basculantes cuenta con un separador de plástico para proteger los dos terminales de un cortocircuito accidental. La serie tiene una amplia variedad de opciones que incluyen colores, terminales rectos o en ángulo recto y configuraciones de interruptores. (Fuente de la imagen: E-Switch)

El E-Switch serie RA8 está montado en un agujero rectangular de 19 x 13 mm. Si bien los interruptores basculantes pueden ser fáciles de usar, la parte más difícil de la creación de prototipos puede ser crear un orificio rectangular para que el interruptor basculante encaje. Una técnica común es usar una broca que sea un poco más pequeña que el ancho del agujero rectangular, en este caso 13 mm. Primero dibuje el agujero rectangular con un lápiz, y luego taladre dos agujeros adyacentes en el panel, teniendo cuidado de no sobrepasar las líneas del lápiz. Luego, use una lima de metal para hacer el orificio rectangular mientras remueve los bordes afilados.

El RA8 se puede utilizar en entornos industriales extremos. Su rango de temperatura operativa es de -20 a + 85 °C, y con el tapón de PVC está clasificado como IP54. La resistencia de contacto de 30 mΩ minimiza el calor a altos voltajes.

Cuando trabaje con interruptores de alto voltaje, asegúrese de mantener cada conexión separada para evitar cortocircuitos accidentales. El RA8 lo hace más fácil al proporcionar un separador de plástico para mantener los terminales separados físicamente.

Aunque no se recomienda el cableado de terminales calientes, a veces esto no se puede evitar en un entorno de producción. Si bien el RA8 puede disminuir la posibilidad de que ocurra un accidente durante el cableado en caliente, tome todas las precauciones de seguridad, incluido el uso de guantes aislantes.

Conclusión

Los interruptores mecánicos son apropiados para ciertas situaciones, incluyendo el control de altos voltajes, seguridad, facilidad de acceso o una combinación de estos. Hay muchas opciones para los interruptores mecánicos, y la elección correcta puede proporcionar tranquilidad tanto al diseñador como al cliente final.