Was ist ein Membranschalter und wie funktioniert er?

Was ist ein Membranschalter?

Membranschalter sind einfache Ein/Aus-Schaltungen, die mit leitfähiger Tinte auf eine Kunststofffolie gedruckt werden. Eine Silikonschicht mit leitfähigen Pads bedeckt die Schaltungsschicht und fungiert als Auslöser. Wenn Sie das Silikon gegen die Schaltungsschicht drücken, tritt eine vorübergehende elektrische Verbindung auf, die den Schalter ein- oder ausschaltet.

Die gedruckte Schaltung ist der eigentliche Membranschalter, und der Benutzer ist durch die obere Siliziumschicht mit dem Membranschalter verbunden. Schriftzüge und Designelemente werden typischerweise auf die Silikonschicht gedruckt. Es kann jedoch nach Kundenwunsch weiter angepasst werden. Und Sie können in diesem Blog nachsehen, wie das geht Design-Folienschalter.

Konstruktion von Membranschaltern

Der Kern von Membranschaltern besteht aus Silikon und Schaltungsschichten. Die Schaltung und das Silikon können angepasst werden, um mehrere verschiedene Membranschalter zu erstellen. Aber die grundlegende Membranschaltertechnologie ist die gleiche geblieben.

Um diesen Abschnitt einfach und leicht verständlich zu halten, konzentrieren wir uns auf die Grundlagen der Membranschalterkonstruktion.

Schaltungsschichtaufbau

Die Membranschalterschaltung hat zwei Elemente, leitfähige Tinten und nicht leitfähige Basen. Die Tinte wird in einem einzigartigen Muster auf die Schaltungsbasis gedruckt. Es gibt kleine Brüche im gedruckten Design. Jede Unterbrechung wirkt wie ein offener Stromkreis; es fließt kein Strom durch sie. Durch Drücken des leitfähigen Pads (Taste/Taster) wird der Stromkreis geschlossen und der Stromfluss ermöglicht.

Winzige Partikel aus leitfähigem Material sind in der Tinte verteilt. Die am häufigsten verwendete Füllung für leitfähige Tinten ist wie folgt.

• Kupfer
• Silber
• Graphite

Kupferleittinte wird in kommerziellen Membranschaltern selten verwendet, während Graphit- oder Silberleittinte in fast allen Membranschaltern vorhanden ist.

Schaltungsträger können je nach Anwendung aus flexiblen oder starren Materialien bestehen. Hier sind die beliebtesten Materialien, die für Siebdruckschaltungen verwendet werden.

Flexible Materialien

• PET (Polyethylenterephthalat)
• ITO (Indiumzinnoxid)

Starre Materialien

• PCB (Leiterplatte)
• FPCs (Flexible Elektronik)

Sowohl flexible als auch starre Schaltungen können aus mehreren übereinander gestapelten Schichten bestehen. Je komplizierter eine Schaltung ist, desto mehr Schichten werden benötigt. Die meisten Schichten von Membranschaltern sind unter der obersten Schaltungsschicht verborgen, um versehentliche Beschädigungen zu minimieren.

Aufbau der Grenzschicht

Die Zwischenschicht kann auch unter Verwendung von Materialien, die der Schaltungskonstruktion ähnlich sind, angepasst werden. Typischerweise besteht diese Schicht aus Silikon, einem nicht leitenden Soft-Touch-Material.

Die Schnittstelle ist eine dünne nichtleitende Schicht mit leitfähigen Pads auf der Unterseite, die für das Ein- und Ausschalten des Stromkreises verantwortlich sind. Die Kuppelhalteschicht ist ein alternativer Name für diese Schicht, da einige Folientastaturen ein kuppelförmiges leitfähiges Pad verwenden.

Kuppeln sind für die taktile Rückmeldung eines Folienschalters verantwortlich. Taktiles Feedback ist das kleine Klickgefühl, das Sie bekommen, wenn Sie eine Taste auf einem Membranschalter drücken.

Taktile Schalter

Taktile Schalter verwenden Kuppeln, um einem Membranschalter ein besseres Feedback zu geben. Kronen sind für den Betrieb eines Membranschalters nicht unbedingt erforderlich, werden jedoch normalerweise bevorzugt, da sie eine taktile Rückmeldung für ein hervorragendes Gefühl bieten.

Taktile Membranschalter verwenden typischerweise nichtmetallische Kuppeln, um die Kosten zu senken. Metallkuppeln haben eine bessere taktile Reaktion und Haltbarkeit, sind jedoch mit zusätzlichen Kosten verbunden. Ein taktiler Membranschalter hat ein etwas dickeres Profil als ein nicht taktiler Schalter.

Nicht taktile Membranschalter

Nicht taktile Schalter verwenden anstelle einer Kuppel einen einfachen Abstandshalter zwischen der Schaltung und der Schnittstelle. Ein nicht taktiler Schalter ist etwas billiger und kaum dünner als ein taktiler. Ein nicht taktiler Schalter hat einen minimalen Vorteil und wird allgemein als minderwertiger Membranschalter angesehen.

Zusätzliche Schichten

Grafische Overlays

Das grafische Overlay besteht aus dünnen Polycarbonat- oder PET-Schichten, auf denen ein Schriftzug aufgedruckt ist. Die Verwendung von Grafik-Overlay ist eine Alternative zum Silikon-Siebdruck.

Einige Mikrowellenöfen verwenden Membranschalter mit einer grafischen Überlagerung. Die meisten Produkte überspringen jedoch die visuelle Ebene zugunsten des Silikonsiebdrucks oder des Digitaldrucks.

Abstandsschicht

Die Abstandsschicht ist eine Trägerschicht, die hauptsächlich in Verbindung mit Kuppelschaltern verwendet wird. Wenn der Dome-Schalter gedrückt wird, wird die Luft im Inneren durch die in die Abstandsschicht geschnittenen Belüftungslöcher herausgedrückt.

Klebeschicht

Klebeschichten sind zwischen jeweils zwei Schichten eines Membranschalters vorhanden. Eine Klebeschicht hält die grafische Auflage, die Kuppelhalterungen und die Schaltung fest verbunden.

Montagekleber bezieht sich auf die Verwendung einer Klebeschicht, um den Membranschalter fest an einem elektrischen Gerät zu befestigen.

LED-Anzeigen

LED (Licht emittierende Diode) ist eine kleine Leuchte, die hinter dem Membranschalter hinzugefügt werden kann. Dieses Licht kann als passive Hintergrundbeleuchtung verwendet werden, um die Bedienelemente in dunklen Umgebungen zu beleuchten. LEDs fungieren auch als Bestätigungsanzeigen für Tasten-/Tastendrücke.

Wie funktionieren Membranschalter?

Das Hauptziel eines Membranschalters ist die Schaffung einer Mensch-Maschine-Schnittstelle. Membranschalter verwenden einen offenen Schaltkreis, der auf eine flexible PET-Folie gedruckt ist. Beim Anschluss an eine Batterie fließt Strom durch die Leiterbahnen, stoppt jedoch an bestimmten Unterbrechungspunkten. Diese Haltepunkte sind offene Stromkreise; kein Strom fließt, bis der Kurs abgeschlossen ist.

Für Betätiger werden Tasten mit leitfähigem Boden verwendet. Durch Drücken einer Taste wird der leitfähige Boden gegen den offenen Stromkreis gedrückt, wodurch der leitfähige Pfad vervollständigt wird. Nun kann also Strom durch den Kurs fließen.

Ein Mikrocontroller ist für die Dekodierung der Tastendrücke verantwortlich. Sobald der Strom durch die Schaltung zu fließen beginnt, wird er durch den Mikroprozessor geleitet. Der Mikroprozessor teilt dem Primärgerät mit, welche Taste auf dem Membranschalter gedrückt wurde.

Beispiel

Stellen Sie sich einen Fernseher mit Membranschaltern vor, die an der Vorderseite angebracht sind. Es verfügt über fünf Tasten, eine für die Ein-/Aus-Funktion, zwei für die Lautstärkeregelung und zwei zum Wechseln der Kanäle. Die Schaltung hinter den Membranschaltern ist auf eine PET-Folie gedruckt und mit dem Mikroprozessor des Fernsehers verbunden.

Hier ist ein vereinfachtes Schaltbild der Membranschalter.

Wenn Sie das Fernsehgerät anschließen, empfängt es einen kleinen elektrischen Strom, aber es schaltet sich nicht ein. Um das Fernsehgerät einzuschalten, müssen Sie die Ein-/Aus-Taste auf dem Membranschalter drücken. Wenn die Taste gedrückt wird, kollabiert die darunter liegende Kuppel und das leitende Pad innerhalb der Kuppel kommt in Kontakt mit der Membranschalterschaltung. Das leitfähige Pad hat die Lücke zwischen den gedruckten Bahnen überbrückt und den Stromkreis geschlossen.

Der Strom fließt von der Stromquelle zur Schaltung und durch den Mikroprozessor. Der Mikroprozessor stellt fest, dass die Ein/Aus-Taste gedrückt wurde, und schaltet das Fernsehgerät entsprechend ein.

TV-Fernbedienungen enthalten im Inneren die gleiche Membranschalterschaltung. Der einzige Unterschied besteht hier darin, dass der Mikroprozessor die Anweisungen an den IR (Infrarot)-Sender auf der Fernbedienung sendet, der das Signal an den IR-Empfänger des Fernsehgeräts sendet.

Vorteile von Membranschaltern

Die Verwendung eines Membranschalters hat mehrere Vorteile. Aber die drei wichtigsten Vorteile sind wie folgt.

• Langlebigkeit
• Einfache Wartung
• Zugänglichkeit
• Wasserbeständigkeit
• Low Profile
• Kostengünstig
• einfache Anpassung

Ein Membranschalter kann mit wasserfestem Klebstoff versiegelt werden, und er kann eine Schutzbeschichtung darüber haben und trotzdem einwandfrei funktionieren. Trotz aller zusätzlichen Schichten behalten Folientastaturen immer noch ein dünnes Profil bei, wodurch sie sich hervorragend für kleine elektronische Geräte eignen. Nur durch dieses dünne Profil sind Aufputz-Folienschalter möglich.

Membranschaltertechnologien haben sich in den letzten Jahrzehnten verbessert. Folienschaltern fehlt das taktile Gefühl mechanischer Schalter. Bei Metallkuppelschaltern ist dieser Nachteil jedoch meist vernachlässigbar. Wir sehen vielseitigere Mensch-Maschine-Schnittstellen mit einem neuen Membranschalterdesign.

Mechanisch vs. Touchscreen vs. Membranschalter

Membranschalter, mechanische Schalter und Touchscreens bieten Vorteile gegenüber anderen. Alle drei Arten von Bedienelementen können druckempfindliche, haftende und taktile Elemente aufweisen. Dies bedeutet, dass Sie diese an Ihre gewünschte Anwendung anpassen können.

Hier ist eine einfache Tabelle, in der die Eigenschaften von mechanischen Schaltern, Touchscreens und Membranschaltern diskutiert werden.

Mechanische Schalter werden wegen ihres hervorragenden Tastgefühls, ihrer schnellen Reaktionszeiten und ihres besseren elektrischen Schaltungsdesigns bevorzugt. Aber mechanische Wimpern sind dicker und anfälliger für Schäden durch Staub und Wassereintritt.

Touchscreens werden aufgrund ihrer Vielseitigkeit bevorzugt, da Sie eine komplexere Benutzeroberfläche anzeigen können. Aber hochauflösende Touchscreens sind teuer und anfälliger für Stoß- und Kratzschäden.

Ein Membranschalter ist ideal für kundenspezifische Formen und Größen. Sie können Ihr vorhandenes Membranschalterdesign so ändern, dass es mit einer Leiterplatte oder einem flexiblen Membranschalter kompatibel ist. Die Membranschaltertechnologie erfordert nur sehr wenige elektrische Komponenten und ist daher zerbrechlich und kostengünstig.

Membranschalter erfordern jedoch bestimmte Anwendungen, um effektiv zu sein. Sie haben nicht das gleiche breite Potenzial wie LCD-Touchscreens.

Schlussfolgerung

Membranschalter sind ein Schaltertyp, der in vielen verschiedenen Anwendungen verwendet wird. Sie bieten mehrere Vorteile, wie z. B. Langlebigkeit und niedrige Kosten. Wenn Sie einen zuverlässigen und erschwinglichen Schalter wünschen, sind Membranschalter möglicherweise die richtige Wahl.

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