Taktiilisten painokytkinten perusteet

Taktiilinen painokytkin on tuttu sähkökytkintyyppi, joka muiden mekaanisten kytkinten tapaan kytkee tai katkaisee sähköpiirin, kun kytkin aktivoidaan manuaalisesti. Tällaiset kytkimet kehitettiin 1980-luvun alkupuolella ensin näppäimistöjen kalvokytkimiksi, joissa voi olla myös silkkipainatus. Niitä ei alkuvaiheessa otettu vastaan kovin hyvin, koska niiden suorituskyky oli heikko, eivätkä ne antaneet käyttäjälle kosketuspalautetta. Myöhemmät 1980-luvun lopun metallikuvulliset versiot otettiin kuitenkin käyttöön laajemmin. Ne antoivat käyttäjälle enemmän palautetta, toimivat luotettavasti ja olivat pitkäikäisempiä. Tämän kehityskulun myötä syntyivät taktiiliset painokytkimet, joita käytetään nykyään monissa kuluttaja- ja kaupallisissa sovelluksissa.

Kuten edellä viitattiin, taktiilisille painokytkimille on ominaista se, että kun aktuaattoria painetaan, siitä kuuluu ääni ("klik") tai sormessa tuntee haptisen vasteen, joka vahvistaa kytkimen aktivoinnin. Kytkimet ovat palautuvia eli kun käyttäjä lakkaa painamasta kytkintä, se palaa alkutilaansa ja virran kulku katkeaa. Taktiilisia painokytkimiä käytetään yleisesti normaalisti avoimina laitteina, mutta saatavana on myös normaalisti suljettuja versioita, joissa aktuaattorin painallus katkaisee virran ja painikkeen vapauttaminen päästää virran taas kulkemaan.

Kuva 1: Tavallisia taktiilisia painokytkimiä (Kuvan lähde: Same Sky)

Taktiilinen painokytkin vai painonappi?

Taktiilisen painokytkimen ja painonapin nimet sekoittuvat usein tai niitä käytetään ristikkäin. Nämä kytkimet ovat samankaltaisia ja toimivat samaan tapaan, mutta painonappikytkimet painavat aktuaattoria tietyn siirtymäetäisyyden, jolloin virta pääsee kulkemaan, ja virta katkaistaan painamalla nappia uudelleen. Taktiiliset painokytkimet puolestaan kytkevät/katkaisevat virran kulun siksi ajaksi, kun aktuaattoria pidetään painettuna. Aktuaattorin liikematka on erittäin pieni.

Vaikka joitakin painonappeja voikin käyttää palautuvina kytkiminä, taktiiliset painokytkimet ovat aina palautuvia. Taktiiliset painokytkimet ovat tyypillisesti pienempiä kuin painonapit, samoin niiden jännitteen ja virran nimellisarvot ovat myös yleensä pienempiä. Myös ääni- tai kosketuspalaute erottaa taktiiliset painokytkimet painonapeista. Painonapeista on saatavana paneeliin tai piirilevyyn kytkettäviä versioita, kun taas taktiiliset painokytkimet on aina suunniteltu asennettavaksi suoraan piirilevyyn. Katso lisätietoja painonapeista Same Sky -blogiartikkelista Pushbutton Switches 101.

Perusrakenne ja toiminta

Taktiilinen painokytkin on muita mekaanisia kytkimiä yksinkertaisempi ja kestävämpi muun muassa siksi, että sen toimintaan tarvitaan vain vähän sisäisiä komponentteja. Tyypillisessä taktiilisessa painokytkimessä on neljä osaa:

1. Yläpinta: Suojaa kytkimen sisäistä mekanismia. Pinta voi olla käyttötarkoituksesta riippuen joko metallia tai muuta materiaalia. Pintaa voidaan käyttää myös maadoitukseen ja suojata kytkintä staattiselta sähköltä.
2. Mäntä: Käyttäjä painaa yläpinnan alla ja kosketinkuvun päällä sijaitsevaa mäntää, jolloin kupu painuu kasaan ja aktivoi kytkimen. Mäntä voi olla litteä tai pyöreä.
3. Kosketinkupu: Tämä alustan päällä sijaitseva kaareva komponentti taipuu tai muuttaa muotoaan, kun mäntä painaa sitä. Taipumisesta syntyy ääni- ja kosketuspalaute. Taipuessaan kupu kytkee pohjan kaksi kiinteää kosketinta toisiinsa muodostaen virtapiirin. Kun kosketinkupuun ei enää kohdistu voimaa, se palautuu alkuperäiseen muotoonsa ja virtapiiri katkeaa. Kosketinkuvun ja männän materiaalit (metalli, kumi jne.) määrittävät osaltaan kytkimen tuottaman kosketuspalautteen ja äänen.
4. Valettu hartsipohja: Kytkimen viimeinen osa sisältää liittimet ja koskettimet, joilla kytkin yhdistetään piirilevyyn.

Kuva 2: Taktiilisen painokytkimen tyypillinen rakenne (kuvan lähde: Same Sky)

Tärkeimmät edut ja spesifikaatiot

Sopivan taktiilisen painokytkimen valinta edellyttää muutakin kuin vain tuotteen teknisiin tietoihin tutustumista. Huomioon on otettava lukuisia yleisiä ominaisuuksia ja etuja, kuten palautuva toiminta, alhainen teho- ja virtaluokitus, liikkuvien osien pienellä määrällä saavutettava hyvä kestävyys sekä edullisuus. Myös taktiilisen painokytkimen kosketustuntumalla ja äänellä on suuri vaikutus komponentin valintaan. Tuntumaa ja ääntä voi olla vaikea kvantifioida, koska kytkimen aktivointiin tarvittava voima ja sen antama haptinen palaute vaihtelevat käyttötarkoituksen ja toiminnon mukaan. Esimerkiksi autokäytössä taktiilisen painokytkimen käyttövoiman täytyy ehkä olla korkeampi kuin kotona tai toimistossa käytettävän kytkimen, jotta tärinä ei vahingossa aktivoi kytkintä. Kytkimen ominaisuudet kannattaa usein selvittää prototyyppien ja testauksen avulla.

Valintaprosessissa kannattaa kuitenkin pitää mielessä ainakin seuraavat tekniset arvot:

• Jänniteluokitus: Suurin jännite, jonka kytkin kestää avoimena tai suljettuna.
• Virtaluokitus: Suurin jännite (ampeereina), jonka kytkin kestää vaurioitumatta.
• Aktivointivoima (käyttövoima): Kytkimen aktuaattorin liikuttamiseen tarvittava voima tai paine (yksikkönä grammavoima gf).
• Taipuma (aktuaattorin liike): Painetun kytkimen kokonaisliikematka.
• Kosketinvoima: Napojen kytkemiseen tarvittava voima tai paine (yksikkönä gramma).
• Aktuaattorin korkeus: Kuinka korkealle aktuaattori nousee kytkimen rungosta. (Katso kuva 3.)
• Käyttöikäalue: Kytkimen odotettavissa oleva käyttöikä normaaleissa käyttöolosuhteissa.
• Lämpötila-alue: Käyttölämpötila-alue, jolla kytkin toimii spesifikaatioiden mukaisesti.
• Asennustapa: Tapa, jolla kytkin asennetaan piirilevyyn (läpiasennus tai pinta-asennus).
• IP-luokkaa: Kansainvälinen standardiluokitus, joka määrittää miten hyvin kytkin (tai muu tuote) on suojattu pölyltä ja kosteudelta. Katso Same Sky ‑yhtiön IP67-luokan taktiiliset painokytkimet.

Kuva 3: Taktiilisten painokytkimien yleisiä aktuaattorikorkeuksia (kuvan lähde: Same Sky).

Taktiilisen painokytkimen johdotus

Useimmissa taktiilisissa painokytkimissä on neljä jalkaa, jotka pitävät kytkimen paikoillaan piirilevyyn asennettaessa. Nämä neljä jalkaa on kytketty sisäisesti kahdeksi sarjaksi. Vaikka periaatteessa kaksi johtoa riittääkin johdotuksen toteutukseen, hyvän käytännön mukaan kannattaa käyttää kaikkia mahdollisia kosketinnastoja. Saatavana on myös taktiilisia painokytkimiä, joissa käytetään vain kahta jalkaa, sekä viisijalkaisia versioita, joiden avulla voidaan toteuttaa erittäin pieni ohjaussauvaohjausta muistuttava ratkaisu.

Kuva 4: Tavallisen nelijalkaisen taktiilisen painokytkimen rakenne (kuvan lähde: Same Sky).

Yhteenveto

Taktiiliset painokytkimet ovat pieniä, matalia ja pitkäikäisiä, joten ne sopivat monenlaisiin käyttötarkoituksiin kuluttaja- ja teollisuustuotteissa sekä esimerkiksi puettavissa laitteissa. Taktiiliset painokytkimet ovat luotettava ratkaisu tilanteisiin, joissa tarvitaan vähävirtaista palautuvaa toimintaa. Lisäksi ne antavat haptisen ja äänipalautteen. Same Sky ‑yhtiön taktiilisten painokytkimien valikoima auttaa oikean kytkimen valinnassa. Ne ovat pienikokoisia, niissä käytettävien aktuaattorien korkeus vaihtelee ja ne tarjoavat useita konfigurointivaihtoehtoja.