Un diseño más inteligente de Microswitch equilibra con elegancia las ventajas y desventajas tradicionales

En esencia, la ingeniería combina el arte y la habilidad de equilibrar atributos como el tamaño, el peso, la potencia, el costo, el rendimiento y la capacidad de fabricación. Los diseñadores de componentes pequeños y de sistemas grandes se enfrentan a este desafío. Una mirada de cerca al rediseño de una familia de pequeños interruptores para satisfacer los requisitos automotrices ilustra el enfoque en la innovación y las sutilezas del diseño y la fabricación.

El dilema del interruptor de límite automotriz

Los interruptores de contacto momentáneo y de enclavamiento son dispositivos básicos de función única que, aparentemente, han existido desde siempre y pueden parecer fáciles de diseñar y construir. Sin embargo, desarrollar un interruptor que cumpla con los numerosos requisitos eléctricos y mecánicos, sea confiable y pueda fabricarse en grandes volúmenes es sorprendentemente complicado. Estos interruptores deben cumplir una lista de requisitos con respecto a tamaño, clasificación de contacto, fuerza de activación, ángulo de actuación y más.

Tales fueron los desafíos que enfrentaron los diseñadores de Omron Corp cuando se trató de desarrollar un pequeño interruptor para indicar si la puerta de un automóvil estaba abierta o cerrada. La puerta de un automóvil moderno es más delgada que nunca y está repleta de otras funciones, por lo que un factor de forma compacto era fundamental.

Como resultado, el recorrido del pulsador es de solo unos milímetros, lo que garantiza que la estructura del interruptor impida que el actuador haga contacto con él; de lo contrario, un portazo podría dañar el interruptor. Los problemas de confiabilidad y una clasificación IP67 de resistencia al agua y al polvo en un entorno operativo hostil complican aún más las cosas.

Los tipos de interruptores necesarios aquí se denominan interruptores de límite de acción rápida. Tienen un rango de recorrido interno restringido, son sensibles y se ofrecen en muchos estilos, incluidos émbolo o varilla ajustable, palanca, palanca de brazo, rodillo, cono, hoja, actuador giratorio, resorte, bigote o cable. Los interruptores ultrasubminiatura sellados actuales, como los de la familia D2SW de Omron (Figura 1), son descendientes del microinterruptor clásico desarrollado en la década de 1930 y todavía de uso generalizado. Su diseño interno y funcionamiento difieren de los interruptores de encendido y apagado utilizados en un electrodoméstico o un instrumento de sobremesa.

Figura 1: La familia D2SW ejemplifica el clásico interruptor de límite de acción rápida que ha sido útil para los diseñadores durante décadas. (Fuente de la imagen: Omron Corp.)

El equipo de Omron revisó los sistemas de activación por interruptor existentes, como la acción horizontal con palanca, sin palanca y con leva en ángulo. Cada uno tenía sus ventajas, pero también desventajas inaceptables relacionadas con el desplazamiento angular al presionar el botón del interruptor, el volumen físico, los puntos de desgaste a largo plazo y más.

Nuevas ideas muestran el camino

Para superar los desafíos de diseñar un interruptor de límite más pequeño y confiable que satisfaga las necesidades de las puertas de los automóviles (y otras), los diseñadores de Omron adoptaron un enfoque innovador para su familia D2EW de interruptores normalmente abiertos (NO) y normalmente cerrados (NC) (Figura 2), como el NO D2EW-B03H y el NC complementario D2EW-B02L. Estos interruptores compactos y sellados se pueden operar en múltiples direcciones y ángulos.

Figura 2: Un diseño innovador permite operar la familia D2EW de interruptores sellados ultraminiatura desde múltiples ángulos de actuación. (Fuente de la imagen: Omron Corp.)

El equipo de Omron se dio cuenta de que un botón triangular permitiría el funcionamiento horizontal sin una palanca que ocupara espacio. Luego determinaron el ángulo óptimo de la pendiente del botón para implementar una forma que pueda presionarse de forma segura desde arriba. Esto permite abrirlo y cerrarlo con un movimiento mínimo de carrera y sin necesidad de una leva horizontal inclinada y el espacio y complejidad asociados.

Este diseño de botón permite operar el interruptor desde múltiples ángulos sin necesidad de una palanca. Puede abrir y cerrar contactos horizontalmente con una carrera de solo unos pocos milímetros (Figura 3, arriba), y también puede operarse cuando se presiona desde la dirección vertical (Figura 3, abajo).

Figura 3: El botón del interruptor D2EW está diseñado para minimizar el tamaño y la distancia de carrera (arriba) y puede operarse desde arriba, en ángulo y desde la izquierda o la derecha (abajo). (Fuente de la imagen: Omron Corp.)

Cumplimiento de los estándares IP67

No es de sorprender que esta nueva forma de botón trajera nuevos problemas. El pulsador inusual con forma triangular era extremadamente difícil de sellar herméticamente. Los pulsadores circulares convencionales utilizan calafateo térmico, en el cual la nervadura de resina se inclina hacia el botón y muerde la tapa de goma para apretarlo. Sin embargo, el pulsador D2EW tiene aproximadamente cuatro veces el volumen del pulsador circular, lo que aumenta el tamaño de la tapa de goma, sin dejar espacio para una pared de resina.

La solución combinó el análisis con el ensayo y error. Los diseñadores optaron por sellar la carcasa y la tapa de goma mediante un ajuste a presión, en el que la tapa de goma se intercala entre la carcasa y la tapa con la presión suficiente para satisfacer los requisitos IP67. Sin embargo, a diferencia de una tapa circular, en donde la presión se puede aplicar de manera uniforme en todas las direcciones, la base ovalada de esta tapa provocaba variaciones de ajuste. Para superarlo, el equipo ideó una forma que hace que el eje del botón sea lo más parecido posible a un círculo. También ajustó la forma de la tapa de goma y el grosor de la goma para compensar las variaciones de carga. Después de varios meses de prueba y error, se logró la forma óptima.

También hay cambios internos. Los dispositivos D2EW tienen un pulsador con un deslizador en la parte inferior que se desliza lateralmente cuando se presiona el botón. Es diferente a un pulsador y un deslizador convencionales, que se mueven al unísono. La integración de las superficies de contacto en una superficie única dio como resultado una estructura fácil de ensamblar que puede abrir y cerrar los puntos de contacto con el menor número posible de elementos componentes.

Conclusión

La exclusiva e innovadora tapa de botón y el diseño interno de la familia D2EW permiten que se active mediante presiones directas, así como desde cualquier ángulo a pesar de que el actuador tenga solo unos milímetros de recorrido. El diseño hace que sea una excelente opción para las puertas de automóviles más delgadas y abarrotadas actuales, mientras que le permite soportar portazos y condiciones adversas.