Microswitch e microinterruttori per tutte le applicazioni

I microswitch sono interruttori elettromeccanici che richiedono l’applicazione di una leggerissima forza fisica per essere azionati. La caratteristica saliente di questi dispositivi meccanici è rappresentata dall’alta affidabilità e dalle commutazioni nette e stabili nei due stati di funzionamento. Esaminiamo, in questo articolo, i microswitch prodotti da Zippy Technology e commercializzati da Elstore, un ampio ventaglio di dispositivi, per illimitate applicazioni di tutte le tipologie.

Come funziona un microswitch

I microinterruttori sono molto diffusi e utilizzati in moltissime applicazioni. Sono concepiti per trasportare una piccola corrente, in particolar modo nei circuiti di controllo, tuttavia alcuni microswitch possono essere utilizzati anche per il controllo di piccoli motori, solenoidi, lampade o altri dispositivi più robusti.

Il microswitch è un piccolo dispositivo elettromeccanico (vedi in figura 1), di concezione non proprio recente, utilizzato in elettronica per interrompere o deviare correnti di bassa entità. La distanza dei contatti interni è molto ridotta e per tale motivo un microswitch non può gestire tensioni e correnti troppo elevate. Inoltre azionamento e attivazione avvengono applicando forze alquanto esigue con un movimento dell’attuatore minimo. Nonostante il costo medio di un microswitch sia molto basso, la loro durata di vita utile è estremamente alta, tanto che alcuni modelli sopportano anche 10 milioni di cicli.

Figura 1: l’interno di un microswitch generico

Nei microinterruttori potrebbe esserci un lieve tasso di isteresi che, per alcune applicazioni, potrebbe rivelarsi addirittura un fattore positivo. Con tale isteresi, una breve inversione dell’attuatore non è sufficiente per invertire i contatti. In altre parole occorre un movimento significativo nella direzione opposta. In questo modo la commutazione dello switch è molto pulita e sicura.

La maggior parte dei microswitch utilizza barre di attuazione in metallo rigido supportate da molle o da altri supporti elastici. Il meccanismo del microinterruttore è molto semplice e il suo funzionamento è possibile anche grazie al movimento rapido dei contatti, che riduce al minimo il verificarsi dell’eventuale arco elettrico di contatto. Il movimento dell’attuatore (vedi in figura 2) permette il collegamento elettrico del contatto comune con uno dei due terminali di carico, centrale e destro.

Figura 2: il movimento di un microswitch

Un’altra caratteristica dei microinterruttori è che un movimento relativamente piccolo sull’attuatore produce un movimento relativamente ampio sui contatti elettrici, che avviene ad alta velocità. Alcuni microswitch implementano una protezione da sovraccarico, resa possibile con l’utilizzo di un elemento bimetallico, che sfruttando il coefficiente di dilatazione termica, provoca una espansione e, quindi, l’apertura del circuito quando viene raggiunta la corrente di sovraccarico. Altre tipologie di micro interruttori prevedono, attraverso una piccola bobina interna, anche la protezione da cortocircuito.

Alcuni modelli di microswitch Zippy

I prodotti Zippy commercializzati da Elstore coprono un ventaglio di modelli molto ampio, destinati a soddisfare qualsiasi esigenza in moltissime applicazioni. I modelli prodotti attualmente comprendono le seguenti serie:

• serie DW51;
• serie DS;
• serie DA;
• serie DF-M;
• serie DF;
• serie DF3;
• serie DM;
• serie SM;
• serie SM1;
• serie SM1-N;
• serie SW2;
• serie V3;
• serie VA1;
• serie VA2;
• serie VK;
• serie VM;
• serie VMN.

Ognuna di esse è pensata per un preciso bacino di applicazioni, con caratteristiche elettriche e fisiche diverse a seconda dei casi. In figura 3 possiamo osservare alcuni esempi di microswitch prodotti da Zippy. La serie DW51(IP50) presenta le seguenti caratteristiche:

• frequenza meccanica operativa: 120 operazioni al minuto;
• frequenza elettrica operativa: 10-30 operazioni al minuto;
• resistenza di contatto (stato di ON): 0.1 Ohm;
• resistenza a circuito aperto (stato di OFF): 100 MegaOhm;
• ciclo di vita: minimo 500.000 operazioni.

I modelli della serie DW51 prevedono caratteristiche elettriche di 0.1A/3A a 125V e 0.1A/3A a 12VDC. Le applicazioni riguardano generalmente l’ambito industriale e automobilistico, ad esempio per il rilevamento dell’apertura e della chiusura delle porte o della posizione della leva del cambio. Possono essere impiegati anche negli elettrodomestici, nelle stufe a propano, negli aspirapolvere, lavatrici e condizionatori d’aria. La serie VA1 presenta le seguenti caratteristiche:

• frequenza meccanica operativa: 120 operazioni al minuto;
• frequenza elettrica operativa: 10-30 operazioni al minuto;
• resistenza di contatto (stato di ON): 0.3 Ohm;
• resistenza circuito aperto (stato di OFF): 100 MegaOhm (a 500 VDC);
• ciclo di vita: ben 10.000.000 operazioni.

I modelli della serie VA1 hanno le seguenti caratteristiche elettriche: 0.1A/3A/6A/10A/16A/20A/26A a 125/250VAC. Le applicazioni vanno dai distributori automatici alle fotocopiatrici, dagli scaldabagni agli utensili elettrici, fino alle macchine da gioco.

Figura 3: alcuni modelli di microswitch prodotti da Zippy Technology e commercializzati da Elstore

Microswitch: il catalogo di Zippy

Il catalogo di Zippy è estremamente vasto e contiene diverse tipologie di microswitch, ognuno dei quali con caratteristiche idonee per soddisfare tutte le esigenze dei progettisti. L’elenco di figura 4 mostra le varie serie con foto dei modelli, le relative misure fisiche e le condizioni elettriche massime di funzionamento, sia per quanto riguarda la tensione sia la corrente. L’ultima colonna dell’elenco è particolarmente significativa e riporta il numero di operazioni medie certificate per ciascuna serie. Ad esempio la serie SM è certificata per almeno 10 milioni di operazioni di commutazione, il che si traduce in una vita media di molti anni.

Figura 4: i modelli di microswitch del catalogo Zippy

Semplice schema applicativo di un microswitch

In figura 5 è mostrato una semplice applicazione pratica di un microswitch, con il relativo schema elettrico di principio. Si tratta di un sistema molto generico di gestione delle monete per un distributore di bibite. Non appena la moneta attraversa la fessura d’inserimento attiva, tramite un opportuno sistema di guide, attiva il microswitch. La caduta della moneta attiva per pochi secondi il contatto “N.C” dello switch, facendo transitare la corrente verso la porta 3 di un microcontrollore generico. Quando la moneta abbandona l’interruttore e cade nel relativo raccoglitore, il microswitch ritorna in posizione stabile e la corrente fluisce alla porta 2 del micro (N.A.) che prenderà le decisioni di funzionamento del caso. Il microswitch, in questo caso, assume la funzione di deviatore. Il microswitch possiede di suo un ottimo anti-rimbalzo ma una implementazione software del “debounce” migliora ulteriormente la situazione.

Figura 5: lo schema elettrico di un esempio generico di utilizzo dei microswitch

Applicazioni pratiche dei microswitch

Elencare tutte le applicazioni dei microswitch sarebbe letteralmente impossibile, in quanto il loro numero è pressoché infinito (vedi in figura 6). A ogni modo essi, come detto in precedenza, sono utilizzati quando è necessaria una forza operativa bassa con un’azione definita con chiarezza. Inoltre essi vengono usati quando è necessaria un’alta affidabilità a lungo termine. I microinterruttori si trovano spesso nei pulsanti e nei joystick dei videogames, ma risultano anche molto utili in tutti i tipi di progettazione di meccatronica. Il loro funzionamento è sempre “momentaneo”, ossia essi si chiudono quando sono premuti e si aprono non appena vengono rilasciati.

Altri utilizzi prevedono la loro applicazione nei telefoni, nei condizionatori, negli allarmi, nei fax e nei contabanconote, nei robot da cucina e nei giocattoli. Ulteriori applicazioni prevedono l’implementazione nei sistemi di controllo, negli interruttori di sicurezza degli ascensori, per rilevare uno stato “aperto” o “chiuso”, nei distributori automatici, per rilevare la caduta di monete, nelle stampanti, per rilevare gli inceppamenti della carta o altri guasti, e fotocopiatrici. Insomma, è davvero estremamente difficile trovare una casa o un ufficio senza microswitch.

Figura 6: alcune delle infinite applicazioni con i microswitch

Un microswitch può svolgere, senza problemi, anche decine di milioni di cicli di commutazione. La particolarità dei microinterruttori è quella di essere azionati da un macchinario o da un attuatore mobile e non da una persona. Solitamente essi si trovano nei sistemi di rilevamento degli oggetti o negli interruttori di finecorsa. Esaminiamo adesso, di seguito, alcuni esempi di applicazioni nei quali i microswitch Zippy riescono a fornire delle soluzioni professionali, nel rispetto della totale affidabilità e della sicurezza.

La figura 7 mostra una tipica applicazione di un attuatore elettrico motorizzato per valvole. Si notano i due microinterruttori Zippy con contatto da 10 A e 250 Vac. L’attuatore elettrico motorizzato è costituito da un motore sincrono reversibile a corrente alternata monofase a magnete permanente a due sensi di marcia, con due bobine. Il senso di rotazione è garantito da un condensatore che produce uno sfasamento elettrico di 90° tra i due induttori. Le tensioni di alimentazione disponibili sono di 24 V a 50-60 Hz e 230 V a 50-60 Hz. Per quanto riguarda il riduttore, tutti i suoi ingranaggi sono in metallo, le bronzine sono sinterizzate e l’albero è trattato termicamente per garantirne l’affidabilità nel tempo. La lubrificazione è a vita e tutte le viti di fissaggio sono in acciaio inox. Il posizionamento del motore è garantito da una scheda elettronica, completa dei due finecorsa. Il segnale in ingresso è SPST a due punti, ON-OFF con microinterruttori Zippy serie SM1 da 10 A. Di seguito alcune specifiche fondamentali della serie SM1:

• frequenza delle operazioni (meccanico): 120 operazioni al minuto;
• frequenza delle operazioni (elettrico): 10-30 operazioni al minuto;
• resistenza dei contatti: 300 milliOhm (al massimo);
• resistenza di isolamento (a 500 VDC): 100 MegaOhm.

Figura 7: un esempio di attuatore elettrico motorizzato per valvole che utilizza due microinterruttori Zippy della serie SM1

Un altra possibile applicazione, visibile in figura 8, è quella che prevede l’implementazione dei microinterruttori per gli automatismi di cancelli e portoni. L’esempio di utilizzo riguarda un comando a chiave per l’apertura di un cancello. Il microinterruttore utilizzato è una versione dotata di contatto dorato per segnali con bassa corrente e a 5V. Si tratta del modello Zippy SM1N06S00C0GZ, di produzione molto recente.

Figura 8: un comando a chiave con microswitch SM1N06S00C0GZ

Un’ulteriore applicazione di utilizzo è quella relativa a un motoriduttore per un sistema basculante per garage, osservabile in figura 9. Nelle illustrazioni è possibile notare il microswitch nelle due posizioni: aperto e chiuso. Il sistema utilizza il microinterruttore della serie Zippy VA2, in particolare il codice VA2-16H1-02C2-1-Z, con un contatto da ben 16 A.

Figura 9: microinterruttore della serie VA2, utilizzato in un sistema per motoriduttore

Microswitch impermeabili

Le serie DW33 e DW33(IP67), visibili in figura 10, prevedono microinterruttori a prova d’acqua ed ermeticamente sigillati. Le applicazioni principali riguardano il loro utilizzo nel settore automobilistico (per il rilevamento dell’apertura e della chiusura delle portiere, della posizione della leva del cambio, eccetera) e nel settore degli elettrodomestici (per le stufe a propano, aspirapolveri, lavatrici, condizionatori d’aria, eccetera). Le relative specifiche principali sono le seguenti:

• frequenza di commutazione: 120 operazioni al minuto;
• resistenza del contatto: 500 milliOhm massimo;
• resistenza di isolamento (a 500 VDC): 100 MegaOhm (minimo);
• solidità del dielettrico (a 50 – 60 Hz): 500 VAC RMS (minimo);
• vita elettrica operativa: 150000-300000 operazioni;
• grado di protezione IP67 per i modelli che lo prevedono.

Figura 10: la serie Zippy DW33 di microinterruttori impermeabili

Conclusioni

L’affidabilità di un microswitch è in gran parte una questione di forza di contatto interno. Una forza decisa e adeguata, ma mai eccessiva, favorisce una lunga durata. I modelli prodotti da Zippy e commercializzati da Elstore offrono sicuramente tale caratteristica, assieme ad altre particolarità che ne decretano un’alta affidabilità. Per maggiori informazioni sulle varie serie di microswitch rivolgersi a Elstore