Schaltungswissen

Definition eines Mikroschalters

Mikroschalter allgemein

Ein Mikroschalter ist ein kompakter elektromechanischer Schalter, der schon bei einer kleinen mechanischen Betätigung einen elektrischen Kontakt zuverlässig öffnet oder schließt.

Der MS007 ist ein kompakter Mikroschalter, der speziell für präzise und zuverlässige Schaltvorgänge entwickelt wurde. Sein Schaltsystem basiert auf einer integrierten Blattfeder ohne zusätzliche Rückstellfeder. Dadurch erreicht der Schalter ein definiertes Umsprungverhalten, eine hohe Schaltgenauigkeit und gleichzeitig einen vergleichsweise großen Nachlaufweg.

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Schnittdarstellung des Mikroschalters MS007

Schaltstellungen eines Mikroschalters

Benennung	Funktion	Schaltbild
1 – Wechsler changeover (CO)	In der Ruhestellung ist der Anker mit dem Oberkontakt verbunden. Wird der Betätiger gedrückt, wird der Kontakt zwischen Anker und Oberkontakt getrennt und zwischen Anker und Unterkontakt geschlossen.
2 – Öffner normally closed (NC)	In Ruhestellung ist der Schaltkreis durch den Anker und Oberkontakt geschlossen. Bei Betätigung des Schalters öffnet der Oberkontakt den Schaltkreis.
4 – Schließer normally open (NO)	In Ruhestellung ist der Schaltkreis durch den Anker und Oberkontakt geöffnet. Bei Betätigung des Schalters schließt der Unterkontakt den Schaltkreis.

Werkstoffe der Schalterkomponenten

Werkstoffangaben

Kontaktanschlüsse – CuSn oder optional CuZn verzinntGute elektrische Leitfähigkeit bei hoher mechanischer Belastbarkeit

Dichtung – Silikon vulkanisiert und getempert (IP6K7)Elastisch, temperaturbeständig und zuverlässig abdichtend

Flapper – Edelstahl plattiertHohe Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit bei guten Kontakteigenschaften

Stößel – POMFormstabil, verschleißfest und reibungsarm

Gehäuse / Deckel – PBT GF oder optional PA 6.6 GFHohe Steifigkeit, Festigkeit und Temperaturbeständigkeit

Federhebel – Edelstahl X10CrNi18-8Korrosionsbeständig, belastbar und mit guten Federeigenschaften

Kontakt	Lebensdauer	Stromstärke	Spannung	Übergangswiderstand
Ag	min. 100.000 Zyklen	10 – 20 mA	12 V DC	MS007 Ratio I: max. 50 mΩ (Neuzustand) MS007 Ratio II: max. 150 mΩ (Neuzustand)
AgNi	min. 50.000 Zyklen	10 mA – 1 A	12 V DC	MS007 Ratio I: max. 50 mΩ (Neuzustand) MS007 Ratio II: max. 150 mΩ (Neuzustand)
Au	min. 100.000 Zyklen	10 mA (MS007 Ratio I) 20 mA (MS007 Ratio II)	12 V DC	MS007 Ratio I: max. 50 mΩ (Neuzustand) MS007 Ratio II: max. 150 mΩ (Neuzustand)
AgPd	min. 50.000 Zyklen	5 mA – 2 A	12 V DC	MS007 Ratio I: max. 50 mΩ (Neuzustand) MS007 Ratio II: max. 150 mΩ (Neuzustand)

* Angaben in Bezug auf den MS007

Kraft-Weg-Diagramm

Positionen
FP	Ruhestellung	free position
OP	Schaltpunkt	operating position
TTP	Zulässige Endstellung	total travel position
RP	Rückschaltpunkt	release position

Wege
PT	Vorlaufweg	pretravel
OT	Nachlaufweg	overtravel
MD	Differenzweg	movement differential

Kräfte
OF	Schaltkraft	operating force
RF	Rückschaltkraft	release force
TF	Max. Kraft in Endstellung	total force

Kraft-Weg-Diagramm mit Betätigungskraft über Betätigungsweg und den Punkten FP, OP, RP und TTP

Definition der Umschaltzeit

Begriff	Definition
Umschaltzeit	Zeitspanne, die der Schalter für den Wechsel von einem Schaltzustand in den anderen benötigt.
Prellzeit	Zeitspanne nach dem Schalten, in der die Kontakte kurzzeitig mehrfach öffnen und schließen können, bevor ein stabiler Kontakt erreicht ist.
Kontaktöffnungsstrecke	Abstand zwischen den geöffneten Kontakten im geschalteten Zustand.

Schematische Darstellung von Umschaltzeit und Prellzeit: Spannung in Volt über der Zeit in Millisekunden

Definition der Lebensdauer

Die Lebensdauer beschreibt die Anzahl an Schaltzyklen, die der Schalter unter definierten Einsatzbedingungen zuverlässig erreicht. Sie wird unter anderem durch elektrische Belastung, Betätigungsart, Geschwindigkeit, Temperatur und Umgebungsbedingungen beeinflusst.

Mechanische Lebensdauer

Die mechanische Lebensdauer beschreibt die Anzahl der Betätigungen, die ein Schalter ohne elektrische Belastung zuverlässig ausführen kann. Sie wird insbesondere durch die Einbausituation, die Art der Betätigung und die mechanische Belastung beeinflusst.

Elektrische Lebensdauer

Die elektrische Lebensdauer beschreibt die Anzahl der Schaltzyklen unter elektrischer Last. Sie hängt unter anderem von Schaltstrom, Schaltspannung, Lastart und Kontaktmaterial ab.

Elektrische Schaltleistung

Die elektrische Schaltleistung beschreibt, welche elektrischen Lasten ein Schalter zuverlässig schalten kann. Die zulässige Belastung ist von Spannung, Stromstärke, Lastart und Kontaktmaterial abhängig.

Temperaturverhalten

Das Temperaturverhalten beschreibt den zulässigen Einsatzbereich des Schalters unter unterschiedlichen thermischen Bedingungen. Je nach Anwendung können Werkstoffe, Schaltverhalten und Lebensdauer durch hohe oder niedrige Temperaturen beeinflusst werden.

Schutz gegen Umwelteinflüsse

Die Schutzart beschreibt, wie gut der Schalter gegen äußere Einflüsse wie Staub und Feuchtigkeit geschützt ist. Je nach Anwendung können unterschiedliche Abdichtungs- und Schutzkonzepte eingesetzt werden.

Schwingungs- und Schockbelastung

Vibrationen und mechanische Stöße können das Schaltverhalten und die Lebensdauer beeinflussen. Bei Anwendungen mit entsprechenden Belastungen müssen diese bereits bei der Auslegung und Einbausituation berücksichtigt werden.

Unsere Schalter im Vergleich

Mechanische Lebensdauer

MS001

1 Mio.

MS003

2 Mio.

MS007

1 Mio.

MF007

1,5 Mio.

Elektrische Lebensdauer (bei 3 A Nennlast)

MS001

100.000

MS003

100.000

MS007

100.000

MF007

100.000

Temperaturbereich

MS001

−40 bis +85 °C+ 120 °C bis 1 h

MS003

−40 bis +85 °C+ 120 °C bis 1 h

MS007

−40 bis +85 °C+ 120 °C bis 1 h

MF007

−40 bis +90 °C+ 120 °C bis 1 h

Diagnosefähige Mikroschalter

Unsere Mikroschalter können je nach Ausführung mit einer integrierten Diagnosefunktion ausgestattet werden. Durch die Integration von Widerständen und optional Dioden können neben dem eigentlichen Schaltzustand zusätzliche Informationen an das Steuergerät übertragen werden. Dadurch lässt sich nicht nur erkennen, ob der Schalter betätigt oder unbetätigt ist, sondern auch die elektrische Verbindung überwachen.

Diagnose mit einem Widerstand

Durch einen definierten Widerstandswert kann das Steuergerät den Zustand des Schalters überwachen. Gleichzeitig lässt sich erkennen, ob die elektrische Verbindung zum Schalter unterbrochen ist.

Schaltbild Öffner mit einem Widerstand R1

Diagnose mit zwei Widerständen

Durch zwei definierte Widerstände können verschiedene elektrische Zustände eindeutig unterschieden werden. Neben dem Schaltzustand können dadurch unter anderem ein Drahtbruch oder ein Kurzschluss erkannt werden.

Schaltbild Öffner mit zwei Widerständen R1 und R2

Diagnose mit Diode

Durch den Einsatz einer Diode können zusätzliche Informationen zur Stromrichtung beziehungsweise Polarität ausgewertet werden. Die elektrische Auslegung kann entsprechend der jeweiligen Anwendung und Kundenanforderung angepasst werden.

Schaltsysteme im Überblick

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Schraubenzugfedersystem

Eine Zugfeder erzeugt die für den Sprungmechanismus erforderliche Federkraft und sorgt für ein definiertes Umschaltverhalten.

MD007 MS001 MS003

Schaltbild Schraubenzugfedersystem mit zweimal NC und zweimal NO

Blattfedersystem

Der Schaltvorgang wird durch eine integrierte Blattfeder ausgelöst, die beim Erreichen des Schaltpunktes definiert umschnappt.

MS007

Schaltbild Blattfedersystem mit COM und NO

Federschaltsystem

Ein federbasierter Schaltmechanismus ermöglicht eine schnelle und definierte Kontaktumschaltung.

MF007

Schaltbild Federschaltsystem mit COM und NO

Metalle / Metalllegierungen

Abk.	Vollständige Bezeichnung
CuSn	Kupfer-Zinn-Legierung / Bronze
CuZn	Kupfer-Zink-Legierung / Messing
Sn	Zinn
Edelstahl X10CrNi18-8	Austenitischer nichtrostender Federstahl, Werkstoff-Nr. 1.4310
Ag	Silber
AgNi 80/20	Silber-Nickel-Legierung (80 % Silber und 20 % Nickel)
AgPd 70/30	Silber-Palladium-Legierung (70 % Silber und 30 % Palladium)
Au	Gold

Kunststoffe (Thermoplaste)

Abk.	Vollständige Bezeichnung
POM	Polyoxymethylen
PBT GF	Polybutylenterephthalat, glasfaserverstärkt
PA 6.6 GF	Polyamid 6.6, glasfaserverstärkt

Kunststoffe (Elastomere)

Abk.	Vollständige Bezeichnung
Silikon	Silikonkautschuk / Silikonelastomer

Position	Abk.	Beschreibung
Ruhestellung free position	FP	Die Ruhestellung bezeichnet die Position des Betätigers, wenn keine äußere Betätigungskraft auf ihn wirkt.
Schaltpunkt (mech.) operating position	OP	Der Schaltpunkt ist die Position, an der der Betätiger den Sprungmechanismus auslöst und der Schalter seinen Schaltzustand ändert.
Zulässige Endstellung total travel position	TTP	Die Endstellung beschreibt die Position des Betätigers am Ende des maximal zulässigen Betätigungsweges.
Rückschaltpunkt (mech.) release position	RP	Der Rückschaltpunkt ist die Position beim Loslassen des Betätigers, an der der Sprungmechanismus wieder in seine Ausgangsstellung zurückschaltet.

Kraft	Abk.	Beschreibung
Schaltkraft operating force	OF	Die Kraft, die am Betätiger erforderlich ist, um den Schaltpunkt zu erreichen und den Schaltvorgang auszulösen.
Rückschaltkraft release force	RF	Die Kraft, bei deren Unterschreiten der Sprungmechanismus beim Loslassen wieder in seine Ausgangsstellung zurückschaltet.
Max. Kraft in Endstellung total force	TF	Die maximal zulässige Kraft, die in der Endstellung auf den Betätiger wirken darf, ohne den Schalter mechanisch zu beschädigen oder seine Funktion zu beeinträchtigen.

Weg	Abk.	Beschreibung
Vorlaufweg pretravel	PT	Der Vorlaufweg ist der Weg, den der Betätiger von der Ruhestellung bis zum Schaltpunkt zurücklegt.
Nachlaufweg overtravel	OT	Der Nachlaufweg beschreibt den Weg vom Schaltpunkt bis zur Endstellung des Betätigers.
Differenzweg movement differential	MD	Der Differenzweg ist der Weg zwischen Schaltpunkt und Rückschaltpunkt und beschreibt den Unterschied zwischen dem Ein- und Rückschaltverhalten des Schalters.

Schalter	Mechanische Lebensdauer	Elektrische Lebensdauer	Temperaturverhalten	Elektrische Schaltleistung
MS001	1.000.000 Zyklen	100.000 Zyklen (bei 3 A Nennlast)	−40 °C bis +85 °C (auf Anfrage bis +120 °C)	10 mA bis 20 mA / 5 V DC bis 24 V DC 10 mA bis 1 A / 12 V DC 3 A / 12 V DC
MS003	2.000.000 Zyklen	100.000 Zyklen (bei 3 A Nennlast)	−40 °C bis +85 °C (auf Anfrage bis +120 °C)	3 A / 12 V DC (min. 10 mA) 3 A / 250 V AC (min. 10 mA) 5 A / 12 V DC auf Anfrage 5 A / 250 V AC auf Anfrage
MS007	1.000.000 Zyklen	100.000 Zyklen (bei 3 A Nennlast)	−40 °C bis +85 °C, optional 1 h bis +120 °C	max. 3 A / 12 V DC, Standardstrom 10–20 mA (Schaltströme kleiner 10 mA auf Anfrage) (max. 5 A / 12 V DC ohmsche Last auf Anfrage)
MF007	> 1.000.000 Zyklen	je nach Anwendungsfall	−40 °C bis +90 °C, +120 °C bis 1 h	max. 2 A / 12 V DC, Standardstrom 10–20 mA

Schutzart	Erläuterung	Angewendete Schalter
IP6K7	6 = staubdicht 7 = geschützt beim Eintauchen in Wasser	MS001, MS007, MF007
IP40	4 = Schutz gegen Fremdkörper > 1 mm 0 = kein Schutz gegen Feuchtigkeit	MS003

IP = International Protection Class
1. Ziffer = Schutzgrad gegen das Eindringen von Fremdkörpern
2. Ziffer = Schutzgrad gegen das Eindringen von Feuchtigkeit