Botões mecânicos e interruptores atendem a requisitos críticos de projeto

As telas de toque e interruptores de membrana são úteis para painéis de controle visuais e de baixo perfil. Entretanto, algumas aplicações exigem que os projetistas enfatizem a segurança, a facilidade de acesso, o chaveamento de altas tensões ou correntes, uma configuração conhecida na energização, ou na robustez. Para tais situações, interruptores mecânicos e botões são muitas vezes ideais, mas os projetistas precisam escolher cuidadosamente.

Há numerosos tipos de interruptores mecânicos com variações na forma, estilo, tamanho, função, capacidade de potência e comportamento mecânico. Este artigo ajudará os projetistas a classificar através dos parâmetros de seleção e a melhor forma de utilizar alguns dos dispositivos mais recentes.

Qual interruptor ou botão?

Para decidir qual interruptor é apropriado, primeiro determine os requisitos para o sistema. Para encontrar um interruptor mecânico para uma aplicação, primeiro encontre o fator de forma do interruptor que se adapte às necessidades ergonômicas e físicas, depois escolha um interruptor com as especificações elétricas e ambientais adequadas que se ajustem ao fator de forma.

Parada de emergência

Um exemplo óbvio de segurança é o botão de parada de emergência. Muitos sistemas industriais devem ter com certeza um grande botão vermelho ou laranja com as palavras "Parada de Emergência" em letras grandes e de fácil leitura. Este botão deve estar em uma posição óbvia e facilmente alcançável, deve ser fácil de pressionar e deve haver uma resposta tátil clara para indicar que a função de comutação foi concluída. Não atender a este critério pode ser perigoso em alguns ambientes industriais.

Uma excelente solução para esta aplicação é o botão de pressão de parada de emergência Lumotast 16 da RAFI USA. Este botão NA (normalmente aberto) tem o familiar botão grande em forma de cogumelo cônico (Figura 1). Quando um operador apertar este botão, os dois contatos prateados se conectam, travam e permanecem em contato, mesmo quando a mão do operador for retirada. Para rearmar o botão para a posição aberta, a cabeça do cogumelo é girada em qualquer direção.

Figura 1: O botão de parada de emergência RAFI USA Lumotast 16 é simples de instalar e cabe facilmente em um furo de montagem padrão de 16,2 mm. (Fonte da imagem: RAFI)

O Lumotast 16 pode suportar até 6 amperes e 250 watts, e é projetado para operação de alta confiabilidade. O projeto do interruptor interior tem três contatos redundantes em paralelo, portanto, se um conjunto de contatos não se conectar, os outros dois garantem um evento de parada confiável. Para fornecer confirmação visual de uma conexão, o interruptor é ligado para iluminar em vermelho brilhante quando ativado. O lado frontal é classificado como IP67, o que o torna adequado para a maioria dos ambientes industriais severos.

Com um botão de 30 milímetros (mm) de diâmetro, o Lumotast 16 é suficientemente grande para ser usado em painéis de controle industrial, e ainda é suficientemente pequeno para ser implementado em caixas de controle portáteis.

Para instalar o Lumotast 16, primeiro certifique-se de que haja uma folga de montagem na profundidade de 18 mm abaixo de onde o interruptor estará localizado. Faça um furo de montagem de 16,2 mm. Coloque o colarinho amarelo do furo de montagem com "Parada de emergência" em letras pretas no topo do furo de montagem. Em seguida, coloque o interruptor Lumotast 16 no furo de montagem e fixe-o usando a porca com anel de montagem incluído. As conexões de fio são feitas nos dois terminais de garfo macho com conexão de engate rápido padrão na parte inferior.

Resistência ao vandalismo

Outra aplicação importante para botões de pressão mecânicos é a proteção contra o vandalismo. Os interruptores antivandalismo precisam resistir a tentativas deliberadas de violar a construção do interruptor, como golpes repetidos de um martelo ou tentativas de forçar com pé de cabra para liberar o interruptor.

Para aplicações antivandalismo, o E-Switch torna o interruptor do botão de pressão iluminado PVA3H2B0SS3R1 SPDT resistente a vandalismo. Este é um interruptor CC de 2 ampères, 36 volts, classificado para IP65. Possui um anel de iluminação RGB, e seu baixo perfil o torna mais resistente ao vandalismo (Figura 2).

Figura 2: O E-Switch PVA3 com um engaste vermelho iluminado. É montado quase nivelado ao painel, tornando-o mais resistente ao vandalismo do que interruptores com perfis mais altos. (Fonte da imagem: E-Switch)

Este interruptor é montado quase nivelado em qualquer painel com um furo de 16 mm. Certifique-se de que a posição de instalação tenha folga suficiente para se conectar aos contatos abaixo. Este é um interruptor SPDT com quatro contatos, com três contatos LED adicionais para iluminação RGB com um terra comum. Isso perfaz um total de oito conexões que precisam ser feitas sob o painel. Planeje o layout do painel de modo que todas as conexões possam ser feitas facilmente sem cravar ou dobrar os fios de conexão.

O painel de montagem pode ter de 1 a 8 mm de espessura. Entretanto, painéis mais espessos proporcionam uma proteção mais robusta contra o vandalismo.

Selecione a configuração PVA3 apropriada para a aplicação, seja contato momentâneo ou contato de travamento. Ative o interruptor pressionando o atuador no corpo do interruptor. Um atuador plano nivelado com o ombro do interruptor indica que o botão está ativo, um atuador alto indica que o botão está inativo.

Para fornecer resposta visual da condição do interruptor, use sinais de microcontrolador ou controlador lógico programável (CLP) para iluminar os LEDs vermelho, verde e azul no anel indicador. Para gerar cores personalizadas, conecte os LEDs às saídas moduladas por largura de pulso de um microcontrolador ou CLP.

Para resistência adicional ao vandalismo, o interruptor vem em uma opção de níquel ou aço inoxidável para o corpo e atuador do interruptor.

Configuração de leitura na partida

Às vezes não são necessários interruptores para o controle do usuário, mas sim para o desenvolvimento ou configuração nos bastidores. Embora a EEPROM ou flash pode fornecer armazenamento não volátil que pode ser lido na partida, às vezes a configuração deve ser confirmada visualmente antes que a energia seja aplicada ao sistema. Para estas situações, os desenvolvedores têm confiado durante anos no sempre popular interruptor DIP de 8 posições, como o A6FR-8101 da Omron Electronics (Figura 3).

Figura 3: Os interruptores DIP Omron da série A6FR com atuadores curtos, também chamados de interruptores piano, são montados por furo passante em um soquete ou placa de circuito impresso. (Fonte da imagem: Omron)

Estes interruptores DIP são usados quando a configuração do sistema ou parâmetros de inicialização devem ser ajustados antes de aplicar energia ao sistema. Embora os interruptores DIP podem ser reposicionados usando os dedos, a ponta de uma caneta permite um controle mais fácil. Estes interruptores estão disponíveis com atuadores curtos ou longos, e podem ser montados em um soquete DIP de 16 pinos ou soldados diretamente em uma placa de circuito impresso. Ao contrário dos projetos mais antigos de interruptores DIP, o A6FR usa contatos deslizantes duplos para garantir a alta confiabilidade das conexões de abrir/fechar. Estes interruptores DIP são dimensionados para 25 mA a 24 volts CC, o que os torna adequados para circuitos digitais.

Controle de alta tensão e corrente

Às vezes é necessário um controle simples e rígido de tensão e corrente. Para que um interruptor de membrana suave execute um controle de alta potência, é necessário um circuito de interface que pode complicar desnecessariamente a operação, especialmente se o controle não for dependente de outros sistemas. Para estas situações, um interruptor de balancim pode proporcionar um controle seguro de tensões e correntes com alta confiabilidade.

Por exemplo, o E-Switch torna o robusto interruptor de balancim RA811C1121 iluminado (Figura 4). Pode suportar 16 ampères a 125 volts CA.

Figura 4: A série E-Switch RA8 de interruptores de balancim apresenta um separador plástico para proteger os dois terminais de um curto-circuito acidental. A série tem uma grande variedade de opções, incluindo cores, terminais retos ou angulares e configurações de interruptores. (Fonte da imagem: E-Switch)

A série E-Switch RA8 é montada em um furo retangular de 19 x 13 mm. Embora os interruptores de balancim podem ser fáceis de usar, a parte mais difícil da prototipagem pode ser criar um furo retangular para que o interruptor de balancim se encaixe. Uma técnica comum é usar uma broca ligeiramente menor que a largura do furo retangular, neste caso 13 mm. Primeiro desenhe o furo retangular com um lápis, e depois faça dois furos adjacentes no painel, tomando cuidado para não sair das linhas do lápis. Em seguida, use uma lima de metal para fazer o furo retangular enquanto remove qualquer aresta afiada.

O RA8 pode ser usado em ambientes industriais hostis. Sua faixa de temperatura operacional é de -20 a +85°C, e com a capa de PVC é classificado como IP54. A resistência de contato de 30 mΩ minimiza o calor em altas tensões.

Ao lidar com interruptores de alta tensão, certifique-se de manter cada conexão separada para evitar curto-circuitos acidentais. O RA8 facilita isso ao fornecer um separador plástico para manter os terminais fisicamente separados.

Embora a fiação de terminais quentes seja fortemente desencorajada, às vezes em um ambiente de produção não pode ser evitada. Embora o RA8 possa diminuir a chance de ocorrência de um acidente quando a fiação estiver quente, tome todas as precauções de segurança, incluindo o uso de luvas isolantes.

Conclusão

Os interruptores mecânicos são apropriados para certas situações, incluindo o controle de altas tensões, segurança, facilidade de acesso, ou uma combinação destas. Há muitas opções de interruptores mecânicos, e a escolha certa pode proporcionar tranquilidade tanto para o projetista quanto para o cliente final.