Ein PCB-gebauntes Mikroschalter ist keine gängige dreipolige Bauteil mit einem universellen Anschlussanschluss. Bevor man Kupfer verlegt, muss die genaue Anschlussvariante ermittelt werden, das Bauzeichnung der Hersteller feststellen, die COM-/NO-/NC-Anschlüsse kartieren und genügend Platz für den Aktuator und dessen volle Bewegung lassen. Bei einer OEM-Konstruktion müssen die Board-Abmessungen, die mechanische Unterstützung, der Lötprozess und die elektrische Leistung gemeinsam geprüft werden.
In diesem Handbuch wird das Produkt LEMA KW10-0P als Beispiel für ein bestimmtes Produkt verwendet. Es handelt sich um einen kleinen Schnappschalter mit geraden PCB-Anschlüssen; die Familie verdeutlicht außerdem, warum die Endanschlusssuffixe wichtig sind. Kopieren Sie keine Abbildungen oder Lötprofile von einer anderen KW10-Variante, ohne die genaue Zeichnung und die kontrollierten Spezifikationen zu berücksichtigen.
Was macht ein Mikro-Schalter PCB-montierbar?
Ein Schalter mit PCB-Anschluss hat eine Anschlussgeometrie, die darauf abzielt, in eine Leiterplatte einzustecken oder diese zu verbinden. Diese Beschreibung allein sagt Ihnen nicht, ob der Bauteil eine Durchkontaktierung hat, wie viel der Anschluss für die Löten ausgelegt ist, ob der Schaltteller eine separate Halterung benötigt oder welche Bordurchmessereinheiten verwendet werden müssen. Produktfamilien bieten möglicherweise gerade PCB-Pins, selbstklebende Pins, Lötstifte, Schnellanschluss-Steckverbindungen und Kabelanschlüsse. Dies sind unterschiedliche Schnittstellen, die nicht als gleichwertige Bezeichnungen für denselben Platz auf dem Leiterplattenkörper verwendet werden können.
Beispielsweise unterscheidet das Referenzbild des Terminals KW10 eine gerade PCB-Buchse von einer selbstfixierenden PCB-Buchse und einer Lötbuchse. Der Zusatz und die genaue Zeichnung bestimmen, welche der beiden geliefert wird. Eine gerade Buchse kann sich auf das PCB und die Halterung verlassen, um die Ausrichtung während der Montage zu gewährleisten; eine selbstfixierende Form kann eine andere Buchsenform verwenden. Es sollte von einem Foto des Schalterdeckels allein ausgegangen werden.
Beginnen Sie mit dem Entwurf, nicht mit einer kopierten Fußabdruckzeichnung
Laden Sie das Maßzeichnung für den genauen Bestellcode herunter und notieren Sie die Änderungsnummern des Zeichnendesigns neben dem Bauteil der Leiterplattenbibliothek. Identifizieren Sie die Montageangaben des Schalters, die Endpunktkoordinaten, die Endpunktbreite und -dicke, die Gehäusekontur, die Position des Aktuators sowie die Lage der Hebel- oder Kolbenabdeckung. Produktseite für LEMA KW10-0P Liefert produktspezifische Referenzen, einschließlich Ansichten für Anschlüsse und Montageöffnungen. Verwenden Sie diese Abmessungen anstatt, ein Bild in einem Browser zu skalieren.
Verwenden Sie die Abmessungen des Produktes nicht als Grundlage für die Pin-Abstände. Bilder können verkleinert, bearbeitet oder lediglich zur Darstellung der Erscheinung verwendet werden. Wenn die Zeichnung unklar ist, fordern Sie eine dimensionierte Zeichnung oder ein Muster an, bevor Sie die Leiterplatte freigeben. Eine nützliche interne Bibliothek enthält die Herstellerangabe, den vollständigen Modellcode, die Quellzeichnung, die Revision/Datum, den Anschlusstyp, das Lochmuster und den Ingenieur, der die Abmessungen überprüft hat.
| Fußabdruckprüfung | Was zu überprüfen ist | Warum es wichtig ist |
|---|---|---|
| Terminalmuster | Nippelzentren, Zählung, Endanschlusstiefe und -stärke | Verhindert das Zwangseingreifen, gebogene Pins oder offene Verbindungen |
| Hohlraum und Auflagefläche | Fertiggelegte Lochung, Kupferschleierring, Lötmaske, Abstandsflächen | Stützt die Verbindung ohne Reduzierung der elektrischen Abstände |
| Kontur des Körpers | Gehäuseabmessungen, Toleranzen, Abstandsflächen der nahegelegenen Bauteile | Verhindert Kollisionen und ermöglicht eine wiederholte Montage |
| Aktuator-Umgebung | Kolben-/Hebelposition, Bewegungsweg, Zugang zum Zielobjekt | Verhindert, dass ein Brettkomponent oder die Gehäuseabdeckung die Betätigung blockieren |
| Orientierung | Ansicht von oben und von unten | Ein spiegelbildliches Layout kann die Schaltplan-Darstellung umkehren |
Karte COM, NO und NC vor dem Routing
Viele Miniatur-Snap-Action-Schalter enthalten gemeinsame (COM), normaloffene (NO) und normalgeschlossene (NC)-Kontakte. “Normal” bezeichnet den unbetätigten Zustand des Schalters. In einer gängigen SPDT-Anordnung verbindet COM den Kontakt NC, während der Aktuator freigegeben wird; bei Betrieb des Schalters wird der bewegliche Kontakt auf NO umgelenkt. Die genaue Kontaktform und die Pin-Anordnung müssen im Modellentwurf noch bestätigt werden.
Erstellen Sie das Schaltplan-Symbol und die PCB-Fläche als Paar. Eine Pin-Nummerierung ist nur dann sinnvoll, wenn sie der Ansicht des Herstellers entspricht. Kennzeichnen Sie, ob die Zeichnung von der Aktuatorseite, der Anschlussseite oder der Platzebene aus betrachtet wird. Anschließend führen Sie vor dem Einschalten eine Kontinuitätsprüfung mit einem Messgerät durch: Prüfen Sie Ruhestand der COM-zu-NC-Verbindung, den Schalter betreiben und die COM-zu-NO-Verbindung prüfen. Nehmen Sie nicht an, dass ein bekannt aussehendes Dreipinschema die gleiche link-rechts-Reihenfolge aufweist wie ein Teil anderer Anbieter.
Bei einem Steuerungseingang muss entschieden werden, ob der Schaltkreis im sicheren oder Ruhezustand ein offenes oder geschlossenes Schaltnetzwerk benötigt. Die angestrebte Ansteuereinrichtung (Pull-up oder Pull-down), die Debug-Strategie sowie das Kabelfehlerverhalten sind in der Schaltplanüberprüfung zu berücksichtigen. Die Kontaktlogik eines Schalters bietet selbstverständlich keine sicherheitsgerichtete Funktion oder die Diagnose eines defekten Kabels.
Lassen Sie die Bewegung des Schaltkörpers und des Aktors zu.
Die Abmessungen sind nur ein Teil des mechanischen Interfaces. Ein Ziel, eine Kurbel, eine Tür oder ein Hebel müssen den Aktuator weit genug bewegen, um den Zustand zu ändern, ohne den Schalter über seine zulässige Bewegung hinauszubringen. Die Toleranzanforderungen für die Baugruppe umfassen die Position der Platine, die Variation des Schalterkörpers, die Gehäuseeigenschaften, die Position des Ziels und alle Bewegungen der Halterung oder Befestigungsmittel. Prüfen Sie sowohl die frühesten als auch die spätesten möglichen Betätigungsstellen – nicht nur ein nominales CAD-Modell.
Verlassen Sie den Bereich um die Taste oder das Hebelglied, um die volle Bewegungsfreiheit zu gewährleisten, und vermeiden Sie es, eine hohe Bauteil zu platzieren, an der sie unbeabsichtigt anhalten könnte. Falls das Board in einer Vibrationsoberfläche montiert ist, sollten Sie keine Lötfühler als einzige mechanische Abstützung für wiederholte seitliche Belastungen verwenden. Anbringen Sie einen Halter oder Gehäuseträger, wo dies im Design erforderlich ist, wobei sichergestellt ist, dass der Träger den Aktuator nicht festhält oder den Schaltergehäuse verzerren kann.
Überprüfen Sie die Reisevorbereitungen, die Betriebslage, die Überfahrt, die Freigabestellung und die Differenzfahrt anhand der genauen Produktdaten. Diese Werte dürfen nicht zwischen den Aktuatorenarten übertragen werden. Eine Rollenhebel, eine Scharnierhebel- und eine Stiftkolben-Verriegelung können unterschiedliche wirksame Kontaktpositionen erzeugen, selbst wenn die interne Schalterfamilie kompatibel ist. Wenn ein Mechanismus einen festen Anschlag verwendet, stellen Sie sicher, dass die Anwendungskraft den Schalter nicht über seine zulässige mechanische Grenze drückt.
Lötarbeiten: befolgen Sie die Vorgaben des Herstellers
Für jeden PCB-Mikro-Schalter gibt es keine sichere universelle Löttemperatur oder Lötzeit. Befolgen Sie die Anweisungen für das genaue Modell und die Anschlusskonstruktion. Die Temperatur- und Belichtungsgrenzen in den Handbüchern anderer Mikro-Schalter gelten nicht für einen KW10-Schalter. OMRON’s Technische Anleitung für Mikroschalter Veranschaulicht, warum Grenzwerte modellabhängig sind: Sie stellen separate Bedingungen für verschiedene Endvarianten bereit und warnen vor dem Eindringen von Lötmittel oder Flussmittel in den Gehäuseinneren. Verwenden Sie die von LEMA kontrollierte Spezifikation für LEMA-Produkte.
Bei der manuellen Durchkontaktverklebung befestigen Sie das Board und den Schalter, damit die Anschlüsse während der Formgebung nicht verrutschen. Heizen Sie die Platine und den Anschluss zusammen, geben Sie eine entsprechende Menge Lötzinn in den erhitzten Anschluss ein und entfernen Sie den Lötzinn und den Eisenbrenner ohne die Anschlüsse zu ziehen. Vermeiden Sie es, die Hitze an der Anschlußkontakthälfte länger zu halten als in der Genehmigungsvorgabe vorgesehen. Verwenden Sie den Schalterkörper nicht als Halterung oder drücken Sie ihn nicht in die richtige Position, während die Fügestellen noch heiß sind. Lassen Sie das Baugut ohne mechanischen Druck abkühlen.
Bei der Wellen- oder selektiven Löten sollten die Board-Ausrichtung, die Vorwärmung, die Flussanwendung, die Kontaktzeit und der Lötstand auf einer repräsentativen Bauteilmontage überprüft werden. Leckage von Flussmittel und Reinigungsflüssigkeit in eine offene Schaltung ist zu vermeiden. Ein Verfahren, das von der Unterseite aus als akzeptabel erscheint, kann dennoch dazu führen, dass Rückstände von der Anschlussseite in den Mechanismus gelangen. Wählen Sie ein kompatibles Flussmittel und Reinigungsprozess und prüfen Sie, ob der Schalter versiegelt und waschbar ist, bevor Sie Tauch- oder aggressive Reinigung genehmigen.
Nach dem Löten sollten Sie nach unzureichender Feuchtigkeit, Brücken zwischen benachbarten Anschlüssen, verunreinigten Kontakten, gebogenen Kontakten und Restflüssigkeit suchen. Wenn die Platine eine konforme Beschichtung erhalten soll, sollten Sie die Maske aufbringen oder den Schalter so schützen, wie Ihr Hersteller es vorschreibt. Eine Beschichtung, die auf bewegliche Teile oder Kontaktöffnungen auftrifft, kann die Funktion oder das elektrische Verhalten verändern.
Die elektrische Leistungsfähigkeit sollte getrennt von der Passform des Fußabdrucks geprüft werden.
Ein Teil, der in das Board passt, ist nicht automatisch für die Belastung geeignet. Bestätigen Sie die AC- und DC-Nennwerte separat und prüfen Sie dann, ob die tatsächliche Last resistiv, kapazitiv, induktiv, eine Lampe oder ein Motor ist. Der Startstrom, die Schaltfrequenz, die Spannung, die Umgebungstemperatur und die erforderliche Lebensdauer des Stromkreises beeinflussen die Auswahl. Ein Steuereingang, der ein niedriges Signal überträgt, erfordert ebenfalls andere Anforderungen an die Kontaktfestigkeit als ein Stromkreis.
Die Seite LEMA KW10-0P stellt mehrere elektrische Varianten vor; verwenden Sie die entsprechende Leistungsart entsprechend der genauen bestellten Konfiguration und den Testbedingungen. Kombinieren Sie nicht den höchsten Strom aus einer Reihe mit dem Spannungssignal einer anderen Reihe und schätzen Sie eine Gleichstrom-Leistung aus einem Wechselstromwert nicht. Für induktive Lasten berechnen Sie die bei Öffnung des Stromkreises freigegebene Energie und verwenden Sie eine geeignete Unterdrückungsmethode oder Relaisanordnung, sofern der Schaltplan dies vorsieht. Siehe den separaten Abschnitt „Induktive Lasten“. Induktionslast-Anweisungsheft für Mikroschalter für dieses Thema.
Für die Lastauswahl bietet Panasonic Umstellung der Terminologie und Nutzung von Hilfsmitteln Erklärt, warum die tatsächliche Stromstärke und die Belastung wichtig sind. Diese Herstellerangaben beziehen sich auf die technische Umgebung und ersetzen nicht die eigene Datenblatt des ausgewählten Schalters. Für die allgemeine Durchbohrtechnik von SparkFun siehe Tutorial zum Löten mit Durchkontaktierung ist eine neutrale Lernressource.
Produktionsinspektion und -qualifizierung
- Überprüfen Sie die genaue Endung, den Endtyp, die Änderungsnummer der Zeichnung und die Komponentenorientierung anhand der Stückliste.
- Überprüfen Sie zunächst die Sitze, die Pin-Ausrichtung, die Lötfüllung, die Brücken und die Schäden am Gehäuse.
- Messen Sie die Kontinuität in den freigegebenen und betriebenen Zuständen und bestätigen Sie anschließend, dass die Firmware jeden Zustand korrekt interpretiert.
- Fahren Sie das tatsächliche Ziel mit den toleranzbedingten Grenzwerten durch und verifizieren Sie eine zuverlässige Schaltung ohne Übertragungsfehler.
- Testen Sie die zugehörige Belastung und Schaltrate unter repräsentativen Spannungs-, Strom-, Temperaturbedingungen und in einer Umgebung, die der tatsächlichen Nutzung entspricht.
- Notieren Sie die Änderungen an der Platine, die Bauteilnummern, den Lötfelüsterungsverfahren, die Prüfvorrichtungen sowie die Pass- bzw. Nichtpass-Kriterien.
Die Qualifizierung sollte das gesamte System umfassen, nicht nur den loseen Schalter auf einem Schreibtisch. Ein Beispiel kann richtig funktionieren, während der Produktionshebel seinen Betriebspunkt verfehlt oder das Gehäuse den Knopf kontinuierlich drückt. Nach der Montage und nach der Belastung durch die für das Endprodukt relevanten Umgebungsbedingungen ist die Wiederholbarkeit zu überprüfen.
Video: Grundlagen der Durchbohrlöttechnik
In diesem SparkFun-Video wird eine allgemeine Durchkontaktverbindung demonstriert. Nutzen Sie sie nur zur Erläuterung der Grundtechniken; die Zeit, die Temperatur, der Flussmittel und die Reinigungsbedingungen des jeweiligen Schaltgetriebemodells bleiben dabei unverändert.
Häufig gestellte Fragen
Sind alle dreipoligen Mikroschalter für die Montage auf einer Leiterplatte geeignet?
Nein. Bestätigen Sie, dass die genaue Terminalvariante für das Board konzipiert ist und mit einem dimensionierten Gehäuseteil übereinstimmt.
Kann ich ein Fußabdruckmuster von einem anderen KW10-Switch kopieren?
Erst nach der Bestätigung des gleichen End-Suffixes, des Pinsatzes, der Ausrichtung und der Änderung der Zeichnung.
Kann ich eine AC-Kennzeichnung als DC-Kennzeichnung verwenden?
Nein. Verwenden Sie die veröffentlichte Bewertung für die tatsächliche aktuelle Typ- und Lastkategorie; ziehen niemals eine DC-Werte aus einer AC-Zeile ab.
Kann ich die Lötbegrenzungen von OMRON für einen LEMA-Schalter verwenden?
Nein. Die Grenzwerte von OMRON gelten für die jeweiligen Modelle. Für die genauen LEMA-Teile gelten die kontrollierten Lötbedingungen.
Was sollte nach dem Löten überprüft werden?
Überprüfen Sie die Verbindungen und Rückstände, und prüfen Sie anschließend die Kontinuität der COM-/NO-/NC-Kontakte, die Betätigung, die Freigabebereitschaft und die Wiederholgenauigkeit des montierten Mechanismus.
Weitere Designthemen finden Sie unter SPDT-Ausgang KW10 und Auswahlhilfe, der Anleitung zur Kontaktfestigkeit von Mikroschaltern, und die Produktpalette der Mikroschalter.