Auswahl der richtigen Metallschnappscheibe für reale Anwendungen

Elektrische Schalter sind wichtige Bestandteile einer jeden Mensch-Maschine-Schnittstelle (HMI) und können überall von der Mikrowelle in Ihrer Küche bis zum Krankenhausbett in der Notaufnahme wiedergefunden werden. Viele Unternehmen verlassen sich auf die angegebene Lebensdauer dieser Metallschnappscheiben, wie sie von den Herstellern angegeben wird, aber die Tests der Produkte werden unter streng kontrollierten Bedingungen durchgeführt. In der Realität werden die Metallschnappscheiben aber in jeder Anwendung unterschiedlich stark belastet, sodass viele Faktoren die tatsächliche Lebensdauer dieser beeinflussen und so teilweise stark von der Lebensdauer unter Testbedingungen abweichen kann.

Wenn Sie also auf der Suche nach der richtigen Schnappscheibe für Ihr Projekt sind, sollten Sie sich mit folgenden Punkten auseinandersetzen:

• Wird der Schalter so lange halten, wie das Produkt?
• Wie viele Arbeitstakte kann die Schnappscheibe tatsächlich aushalten?
• Was ist die Kraft, die bei den Testverfahren angewendet wurde? Und inwiefern ist diese mit der tatsächlichen Kraft vergleichbar, die bei der Nutzung wirken wird?
• Welche Veränderungen in der Design-Phase könnten die Haptik oder den Tastbereich der Schnappscheibe beeinflussen?

So wird die Lebensdauer der Metallschnappscheiben abhängig von der Anwendung und dem Umgang variieren. Industriestandards für die Testverfahren dieser Bestandteile wurden in den 90er Jahren in Zusammenarbeit mit Experten dieser Branchen entwickelt. Momentan gibt es eine Vielfalt an notwendigen Testverfahren für die Schnappscheiben: Um bspw. die Lebensdauer zu bestimmen wird die Schnappscheibe abwechselnd heruntergedrückt und wieder losgelassen bis zu einer vorher festgelegten Anzahl an Durchgängen. Vor, während und nach den Tests müssen die Schnappscheiben genaustens auf mögliche Veränderungen untersucht werden. 

Vor der Durchführung dieser Tests muss die Kraft bestimmt werden, die nötig ist, um die Schnappscheibe herunterzudrücken. Nach Industriestandard müssen die Tests dann mit 10% mehr Kraft durchgeführt werden, als unbedingt nötig wären, um die Schnappscheibe zu aktivieren. Die Schnappscheibe wird dann auf geradem Untergrund senkrecht zu einem Prüfkopf platziert, wobei die Scheibe befestigt werden kann, um Bewegung zu vermeiden. Ein typischer Prüfkopf hat einen Diameter von ca. 50% des Diameters des Testobjekts, besteht aus einem nicht-elastischen Material (z.B. Teflon (PFTE)) und ist mit dem Mittelpunkt der Schnappscheibe in eine Linie gebracht. Dieser Prüfkopf wird dann dazu ausgerichtet, die Schnappscheibe eine bestimmt Anzahl an Malen in einem bestimmten Zeitintervalll zu betätigen, wobei das Testobjekt zwischendurch auf Schäden oder Veränderungen untersucht wird.

Die Ergebnisse dieser Tests sind für alle Arten von Schnappscheiben unterschiedlich. Je nach Anwendungsgebiet beeinflussen viele Faktoren die Lebensdauer einer Metallschnappscheibe: die Größe und Kraft des Bedieners, wie zentriert die Schnappscheibe ist, die Form der Schnappscheibe (rund, länglich, dreieckig, vierbeinig), gewarzt/nicht gewarzt, Größe der Schnappscheibe, etc.

Mit äußerlichen Einflüssen, die die Lebensdauer der Schnappscheibe beeinflussen, ist die sicherste Möglichkeit, die Produkte vor Einsatz Tests zu unterziehen, die den tatsächlichen Anwendungsbedingungen nahe kommen. Wenn eine Schnappscheibe bspw. in einem Büro-Umfeld eingesetzt werden soll und nur zum Ein- bzw. Ausschalten eines Gerätes verwendet wird, ist die Lebenszyklusanalyse nicht der wichtigste Bestandteil des Testprozesses. Wird die Schnappscheibe in rauen Umgebungen eingesetzt, wo es zu stärkeren Krafteinwirkungen kommen kann, müssen die Testkriterien angepasst werden; die Lebensdaueranalyse bei Panzerfahrzeugen muss mit mehr Kraft als den standardisierten 110% durchgeführt werden, um eine gute Funktionsweise zu gewährleisten.

Die notwendige Betätigungskraft, um die Schnappscheibe zusammenzudrücken hat einen erheblichen Einfluss auf deren Lebensdauer. Eine größere Kraft führt zu einer geringeren Lebenserwartung. Wenn also eine Schnappscheibe gewählt werden soll, die lange hält, ist es am Besten eine geringe Betätigungskraft zu wählen: Es muss ein Kompromiss zwischen ausreichendem haptischen Feedback und der gewünschten Lebenszeit gefunden werden. Während für eine Anwendung die Aktivierungskraft vielleicht gering sein soll und die Schnappscheibe empfindlich gegenüber Kontakt sein soll, wird für eine andere Anwendung eine weniger empfindliche Schnappscheibe benötigt und es soll mehr Kraft notwendig sein um den Kontakt zu aktivieren. Die Größe der Schnappscheiben muss auch je nach Anwendung berücksichtigt werden, da diese auch bei gleicher Aktivierungskraft zu unterschiedlichen Lebensdauern führen kann.

Die Stelle, an der der Benutzer versucht, die Schnappscheibe zusammenzudrücken stellt ebenfalls einen wichtigen Faktor dar. Jede Schnappscheibe hat was als 'sweet spot' bezeichnet wird, der technisch ideale Punkt um die Schnappscheibe zusammenzudrücken und den Kontakt herzustellen. Dieser variiert je nach Form, Material, Kraftaufwand, etc. Während der Labortests wird der Prüfkopf mit dem 'sweet spot' in eine Linie gebracht, sodass die Schnappscheibe ideal aktiviert wird, jedoch kann dies in der realen Anwendung nicht gewährleistet werden. Je näher der Benutzer am 'sweet spot' dran ist, desto besser die Haptik und auch die Lebenserwartung. Es können auch Tests durchgeführt werden, bei denen der Prüfkopf nicht direkt in die Mitte der Schnappscheibe drückt (sondern bspw. 0,5 mm daneben), da dies die realen Bedingungen, wo nicht immer der perfekte 'sweet spot' getroffen wird, besser imitiert.

Metallschnappscheiben gibt es verschiedenen Größenausführungen und Varianten, bspw. mit 'dimple'. Dieses 'dimple' ist eine kleine konkave Vertiefung auf der Schnappscheibe mit einer Tiefe zwischen 0,0254 und 0,17 mm. In den Lebenszyklus-Tests schneiden Schnappscheiben mit 'dimple' durchschnittlich nicht so lange wie die ohne. Da die wenigsten Anwendungen von gewarzten Schnappscheiben profitieren und die Verarbeitung einer 'dimple' zusätzliche Bruchstellen herbeiführt, empfehlen wir grundsätzlich, glatte Metallschnappscheiben zu nutzen.

Unabhängig von Ihrem Anwendungsgebiet ist es jedoch notwendig, die Metallschnappscheiben unter den Bedingungen zu testen, wie sie auch in der realen Anwendung vorzufinden sind. Die Tests sollten so u.a. in folgenden Szenarien getestet werden:

• Im tatsächlich verwendeten Schalter verbaut
• Mit den tatsächlichen Aktivationskräften
• In Betracht realistischer Erwartungen an die Lebensdauer
• Möglicherweise mit absichtlich nicht-zentrierter Betätigung (wenn dies in der Realität passieren könnte)