Przełączniki, klawiatury czy moduły dotykowe to podstawowe elementy interfejsów człowiek – maszyna. Artykuł prezentuje poszczególne typy i tendencje rozwoju tych urządzeń, na podstawie rozwiązań oferowanych przez dystrybutora komponentów elektrotechnicznych i automatyki – firmę TME.

W obliczu silnej konkurencji producenci przełączników, przycisków, klawiatur czy modułów dotykowych stale dbają o poprawę jakości, trwałości i funkcjonalności swoich wyrobów. Prowadzą badania i pracują nad udoskonalaniem konstrukcji mechanicznej, wykorzystują nowe materiały do produkcji styków, rozszerzają wzornictwo. Takie działania korzystnie wpływają na dostępność wykonań – praktycznie każdy może znaleźć i dobrać przełącznik czy klawiaturę o parametrach i wyglądzie odpowiednim do danego urządzenia czy aplikacji. Firmy realizują także wykonania specjalne „pod klienta”. Zarówno polscy i europejscy, jak i dalekowschodni producenci są obecnie w stanie wyprodukować dość krótkie partie produktu według określonej specyfikacji i na życzenie odbiorcy.

Klawiatura uniwersalna KB207-MAS-WP

Rozwój i tendencje rynkowe

Najwięcej najbardziej widocznych zmian w budowie, wyglądzie i funkcjonalności można zaobserwować w przypadku klawiatur. Większość producentów posiada w ofercie klawiatury foliowe i gumowe, czyli typy najbardziej popularne i uniwersalne. Wynika to z faktu, że te modele są stosunkowo tanie, trwałe, posiadają małą głębokość i można je dość szybko wykonać na zamówienie klienta indywidualnego. Ważny aspekt ich popularności stanowią także walory użytkowe: kształt klawisza, skok przycisku przy przełączaniu czy rodzaj podświetlenia. Dostępne są wersje z podświetleniem całości klawiatury lub poszczególnych przycisków. Nowością jest podświetlanie za pomocą mat światłowodowych lub płytek dyfuzyjnych. Znaczenie ma również uszczelnienie i materiał, z którego są wykonane przyciski. Coraz częściej wykorzystywane są wykonania medyczne (z dodatkową powłoką antybakteryjną) czy wersje wandaloodporne lub militarne (ze wzmocnioną i uszczelnioną obudową). Coraz popularniejsze jest także ekranowanie elektromagnetyczne oraz zabezpieczenia przed wpływem czynników środowiskowych. Tu najpopularniejsze są specjalne lakiery i warstwy ochronne.
Oprócz podstawowych wykonań dostępne są także wersje pośrednie, w których np. standardowe klawisze gumowe współpracują ze stykami foliowymi lub mikroprzełącznikami. Daje to dość dużą elastyczność i swobodę konfiguracji oraz umożliwia dopasowanie się do mniej typowych aplikacji czy wymagań klienta.
Obecnie na polskim rynku dostępne są klawiatury wykonywane w wielu popularnych technologiach. Większość z nich jest zbudowana z wykorzystaniem nowości technologicznych, głównie w zakresie podświetlenia, zapewnienia kompatybilności elektromagnetycznej, a nawet możliwości łączenia w panelu czołowym standardowych elementów stykowych z różnymi przełącznikami do nawigacji, jak joysticki czy trackballe.

Joystick OM400A-M4

Moduły dotykowe
Największą konkurencję dla rynku klawiatur stanowią obecnie coraz popularniejsze moduły dotykowe. Pojawiają się głównie w elektronice powszechnego użytku czy sprzęcie mobilnym, ale także we wszelkiego typu automatach sprzedażowych, kioskach informacyjnych czy panelach operatorskich w przemyśle, a nawet elektronice medycznej. Zapewniają duży komfort obsługi przy coraz mniejszych wymiarach zewnętrznych. Ich podstawową zaletą jest możliwość swobodnego tworzenia indywidualnego interfejsu przez producenta czy użytkownika urządzenia, według własnych założeń i oczekiwań, także już w trakcie eksploatacji. Jest to możliwe poprzez zmianę oprogramowania.
Obecnie ceny paneli dotykowych są jeszcze stosunkowo wysokie, ale liczne inwestycje dużych, światowych producentów w budowę fabryk na Dalekim Wschodzie oraz postępująca integracja wyświetlaczy LCD-TFT z ekranami dotykowymi i elektroniką sterującą w jeden uniwersalny produkt pozwalają zakładać, że ten rodzaj urządzeń w dość niedługim czasie może znacząco zmienić światowy rynek elementów przełączających. Inną niedoskonałością modułów dotykowych jest ich wrażliwość na temperaturę otoczenia, przez co praca w warunkach zewnętrznych bywa utrudniona. Ale i tu można już dostrzec rozwiązania w postaci wszelkiego rodzaju folii czy modułów grzewczych, umieszczanych w pobliżu modułu dotykowego lub wewnątrz obudowy urządzenia czy szafy.

Przełącznik wandaloodporny 1241.6634.1124000

Przełączniki i przyciski
Istotnym czynnikiem w zakresie produktów przemysłowych jest potrzeba miniaturyzacji rozwiązań. Zgodnie z tą tendencją i pomimo trudności technologicznych i konstrukcyjnych, na rynku pojawiają się przełączniki i przyciski o coraz mniejszych wymiarach zewnętrznych. W znacznej większości przełączniki i przyciski są przykładami produktów wytwarzanych głównie na Dalekim Wschodzie. Bez względu na to, czy chodzi o markowy i znany wyrób wysokiej jakości do zastosowań czysto przemysłowych, czy też o komponent low-cost przeznaczony do tanich wyrobów, najczęściej jest on produkowany w Chinach lub na Tajwanie.
Producenci doskonalą konstrukcję mechaniczną przełączników, dzięki czemu żywotność większości markowych przełączników i przycisków dochodzi obecnie do milionów naciśnięć. W wykonaniach typowo przemysłowych kładzie się coraz większy nacisk na zapewnienie jak największej trwałości mechanicznej, wysokiej odporności na warunki zewnętrzne (duże IP) oraz ergonomię. Dla klienta końcowego istotne jest także to, aby elementy były atrakcyjne wizualnie i funkcjonalne. Większość producentów stara się ograniczać liczbę wytwarzanych typów, wersji i wykonań, wprowadzając tzw. systemy modułowe. Systemy te, na podstawie jednej bazy i pola przełączającego, umożliwiają zmianę frontu, kształtu i innych funkcji łączeniowych przełącznika. W kartach katalogowych przełączników podaje się oddzielnie wytrzymałość mechaniczną i elektryczną, co pozwala lepiej dobrać element do konkretnej aplikacji. Pomimo postępującej miniaturyzacji i coraz szerszej oferty wszelkiego typu przełączników półprzewodnikowych (klucze elektroniczne), wykonania takie jak DIP-switche, zadajniki BCD czy przełączniki suwakowe wciąż są dość istotną częścią wielu produktów i nowopowstających urządzeń. Także producenci (europejscy i dalekowschodni) mają w swoich ofertach szerokie gamy tych przełączników w różnych wykonaniach gabarytowych i funkcjonalnych i ze względu na możliwości zastosowań na pewno nie będą one wycofywane.

Przełącznik Rocker R13238B801G

Rynek przycisków i przełączników można podzielić na kilka różnych obszarów według ich aplikacji. W przemyśle stosuje się głównie najbardziej popularne wersje: sterownicze, panelowe, nożne, krańcowe, bezpieczeństwa. Elementy przełączające są także wykorzystywane w pulpitach np. samochodów, jachtów, wind, domofonów i w AGD. Używa się ich również w elektronice, gdzie trafiają przede wszystkim mikroprzełączniki (TACT, DIP, Slide, itd.) i przyciski panelowe. Produkty przełączające dzieli się również na wersje niskoprądowe przeznaczone dla aplikacji o małym poborze napięć i prądów oraz na takie, gdzie obciążalność prądowa styków jest jednym z ważniejszych parametrów technicznych.
Wersje sterownicze w przemyśle to głównie przełączniki panelowe standardu M16, M22 i M30. Występują tu różne konfiguracje: od zwykłych monostabilnych, poprzez podświetlane mono- i bistabilne, a na joystickach czy przełącznikach „piórkowych” kończąc.
Ostatnio coraz większym zainteresowaniem cieszą się przełączniki wandaloodporne, które występują w wykonaniach M16, M22 i M30 (od średnicy otworu montażowego), mono- i bistabilnych. Rosnącą popularność zyskują wersje podświetlane LED (punkt lub okrąg) o różnych barwach i na różne napięcia. Największą popularność z tej grupy produktowej zyskały przełączniki pojemnościowe, które łączą w sobie funkcjonalność przełącznika wandaloodpornego z eliminacją fizycznego styku. Wykonania pojemnościowe stosuje się obecnie głównie w aplikacjach, w których element przełączający musi być odporny na celowe uszkodzenia i akty wandalizmu. Coraz częściej z powodzeniem są wykorzystywane także w urządzeniach, w których przyciski są zintegrowane z powodu braku miejsca na płycie czołowej, oraz we wszelkiego typu aplikacjach, gdzie konieczne jest zapewnienie wysokiej trwałości i odporności na wpływ środowiska, na przykład w sprzęcie AGD lub przyciskach żądania zielonego światła na przejściu dla pieszych, współpracujących z sygnalizacją uliczną.
W nowych rozwiązaniach tego typu wykorzystuje się z powodzeniem opcję pojemnościową, gdyż tylko ona jest w stanie zapewnić trwałość działania przy pracy w środowisku narażonym na różne stany pogodowe (praca na wolnym powietrzu, deszcz, śnieg, mróz itd.) i przy podatności na dewastację.

Mikroprzełącznik VAQ-9-10-12-G

Podsumowanie

Elementy przełączające, a w przypadku bardziej złożonych produktów – także klawiatury, są wykorzystywane w bardzo wielu branżach i rodzajach produktów. Największe obroty w segmencie generuje sprzedaż elementów przełączających stosowanych w automatyce przemysłowej i przemyśle. Głównie są to produkty pracujące w zakresie małych i średnich mocy, z rozbudowaną i trwałą konstrukcją mechaniczną, a także odporne na narażenia środowiskowe. W aplikacjach czysto przemysłowych wykorzystuje się różne typy przełączników, o rozmaitych funkcjach, rodzajach styków, kształtach itd. Umożliwia to wspólne funkcjonowanie na rynku kilku producentów, ponieważ każdy z nich ma w ofercie kilka nietypowych wykonań czy patentów, którymi nie dysponuje konkurencja. W elektronice powszechnego użytku elementy przełączające raczej nie są wymieniane, natomiast w automatyce i zastosowaniach typowo przemysłowych przełączniki zużywają się podczas eksploatacji i podlegają wymianie. Generuje to dodatkowe obroty tworzone przez działy utrzymania ruchu.

Dostawcy

Wśród dostawców elementów przełączających można wytypować kilka różnych grup, w zależności od profilu ich działalności i aktywności. Pierwszą z nich stanowią dostawcy przełączników dla układów automatyki i przemysłu, czyli wszelkiego typu przełączników sterowniczych, kaset, joysticków, wyłączników nożnych itp. Kolejną grupą dostawców są firmy o uniwersalnym profilu, dla których przełączniki i przyciski to jedna z pozycji w ofercie. Posiadają w swojej ofercie całe portfolio wszelkiego typu elementów przełączających, od miniaturowych przełączników Tact, po typowo przemysłowe (duże, ciężkie i masywne) przełączniki nożne czy manipulatory. Dość bogatą ofertę dla przemysłu mają krajowi producenci, tacy jak spółdzielnia Pokój, Promet czy Spamel, znani z produkcji przełączników, przycisków i lampek sterowniczych oraz kaset.
Jednym z istotnych dostawców w zakresie elementów przełączających jest na krajowym rynku firma dystrybucyjna TME. Asortyment łódzkiego przedsiębiorstwa w zakresie tej grupy produktów obejmuje:
• przełączniki tablicowe,
• przełączniki przyciskane,
• przełączniki wandaloodporne,
• mikroprzełączniki,
• przełączniki typu Rocker,
• przełączniki dźwigniowe,
• przełączniki dip-switch,
• joysticki,
• przełączniki krzywkowe,
• przełączniki obrotowe,
• przełączniki suwakowe,
• stacyjki i zamki,
• zadajniki kodu,
• przełączniki nożne.
Dystrybutor oferuje rozwiązania m.in. takich producentów jak Schurter, Eaton/Moeller, SCI czy Diptronic oraz mniej znanych, jak Canal, Ninigi czy Highly.

Piotr Szperna
Autor jest pracownikiem
firmy TME