Handeinsteller: Auf die Qualität und Komponenten kommt es an

Handeinsteller werden wegen des direkten hap­tischen Feedbacks und der intuitiven Bedienung überall dort eingesetzt, wo Sollwerte mit hoher Präzision zügig eingestellt werden müssen. Das ist häufig dann der Fall, wenn das Bedienpersonal zur Sicherheit Handschuhe trägt oder mit schmutzigen beziehungsweise ölverschmierten Händen arbeitet. Dabei kann ein Anwender zwei Funktionen von einem Handeinsteller erwarten: das Drehen und Drücken der Drehgeberwelle. Das klingt an sich banal, ist jedoch keineswegs trivial für die Entwicklung des optimalen Bedienkonzepts in Hinblick auf haptische und sicherheitsrelevante Aspekte sowie beständige Güte.

Alleine das Drehen mit den Möglichkeiten der Anpassung einer Drehhemmung, der Wahl von mechanischen Rastungen mit Rastmoment oder von Endanschlägen zur Begrenzung der Drehbewegung gibt einen großen gestalterischen Freiraum für das haptische Empfinden. Ähnlich verhält es sich mit dem integrierten Taster zum Quittieren der Eingabe. Es kann entscheidend sein, wie weit (Tastweg) und wie fest (Tastkraft) gedrückt werden kann oder soll. Das Zusammenspiel all dieser Eigenschaften richtet sich nach dem Bedienkonzept und rechtfertigt den Einsatz von Handeinstellern. Insbesondere dann, wenn eine unbeabsichtigte Soll-wertänderung verhindert werden soll, sind Handeinsteller mit erhöhter Drehhemmung und optimiertem Tastweg das bevorzugte Eingabemedium in Anwendungen. Neben Potenziometern werden häufig auch kompakte optoelektronische Impulsgeber als Handeinsteller eingesetzt. Der Hersteller Megatron führt in seinem Portfolio darüber hinaus auch Drehencoder mit magnetischer Sensorik auf Hall-Basis als Handeinsteller mit Analog- oder Inkrementalausgang.

Inkrementale Handeinsteller stellen für eine Drehrichtungsdetektion zwei um 90 ° zueinander versetzte Rechtecksignale A/B zur Verfügung und werden meist in Verbindung mit einem applikationsseitigen Mikro-Controller eingesetzt, um die steigenden und fallenden Flanken der Rechtecksignale als Zustandsänderung auszuwerten. Bei Absolutwertgebern ist die Signalausgangsfunktion in Bezug zur Drehung der Welle linear steigend oder fallend. Diese Handeinsteller werden vornehmlich für eine möglichst stufenlose/kontinuierliche Änderung von Sollwerten genutzt. Neben stabilen elektrischen Signalen spielen die Verarbeitungsqualität und die Auswahl der Komponenten eine wichtige Rolle. Eine hochwertige Anzeige und ein präzises Tastenfeld trösten nicht über einen ungenau operierenden Handeinsteller hinweg – zumal oft nur wenige Euro Preisdifferenz den Unterschied zwischen einem Top- und einem Flop-Produkt ausmachen.

Die haptische Güte, die ein Handeinsteller während seiner Betätigung vermittelt, trägt wesentlich dazu bei, wie der Anwender die Qualität der gesamten Applikation empfindet. Ein entscheidendes Qualitätskriterium ist eine möglichst unveränderte Haptik von Handeinstellern über die gesamte Lebensdauer der Applikation. Hochwertige Handeinsteller sind darüber hinaus für unterschiedlichste Ausführungen von Betätigungsknöpfen und Krafteinleitungsrichtungen auf die Drehgeberwelle ausgelegt. Die Basis hierfür sind ein hochvergütetes Gleitlager und eine Welle aus gehärtetem Metall in Kombination mit einem Dämpfungsfett.

Beständige Güte kann sich optimal entfalten, wenn die Komponenten konstruktiv bestmöglich aufeinander abgestimmt sind. Dabei ist die Konstruktion des Rastmechanismus sowie der Tastfunktion entscheidend dafür verantwortlich, wie der Anwender den Handeinsteller in der Applikation empfindet. Als sehr zuverlässiger Rastmechanismus hat sich die Konstruktion für optoelektronische Handeinsteller bewährt, in der zwei Spiralfedern der Drehgeberwelle gegenüberliegend angeordnet sind, an deren Enden jeweils eine Metallkugel sitzt. Diese Kugeln werden durch die Federkräfte gegen einen auf der Welle befestigten Zahnkranz gedrückt. Der Reibungsverschleiß zwischen Kugeln und Zahnkranz wird durch den Einsatz eines speziellen Additivs mit schmierender Wirkung minimiert. Diese Konstruktion ist herkömmlichen Rastmechanismen auf Basis einer geformten Flachfeder weit überlegen.

Für eine stabile und präzise Tastfunktion ist darauf zu achten, dass die auf den Taster ausgeübte Kraft eine mechanische Begrenzung erfährt. Der Hintergrund: Die Tastfunktion wird über die Welle getätigt, und Schaltkontakt sowie Platine befinden sich in optoelektronischen Handeinstellern unter der Welle. Die Erfahrung zeigt, dass im hektischen Arbeitsalltag nicht immer ein sanfter Druck zur Betätigung des Tasters ausgeübt wird. Zur Kraftbegrenzung verwendet Megatron daher einen in der Drehgeberwelle eingesetzten Metallring, der losgelöst von der Position des verwendeten Knopfes übergroße Kräfte begrenzt. Darüber hinaus verlangen Anwendungen im industriellen Umfeld häufig nach einem hohen wellenseitigen IP-Schutz. Um dieser Forderung nachzukommen, sind im Handeinsteller Wellendichtelemente eingebaut. Für Forderungen mit erhöhtem IP-Schutz kommen zusätzliche Dichtelemente zwischen dem Gehäuse des Sollwertgebers und dem Panel zum Einsatz, welche ein Eindringen von Schmutz und Fluiden in die Applikation unterbinden.

Alle Handeinsteller des Herstellers zeichnen sich durch eine hohe Produktlebensdauer aus und lassen sich dank zahlreicher Mechanikoptionen und einer Vielzahl elektrischer Anschlüsse an die unterschiedlichsten Applikationen anpassen. Es stehen kontaktlose Handeinsteller aus zahlreichen Produktfamilien zur Wahl, die jeweils bestimmte Anforderungen erfüllen. Folgende Serien verdeutlichen beispielhaft die Diversität von Handeinstellern.

Die MRS-Handeinsteller sind die vielseitigsten Sollwertgeber im Portfolio des Herstellers, denn sie eignen sich dank ihrer Optionsvielfalt für zahlreiche Anwendungen. Mit Abmessungen von 15 x 16 x 8,5 mm gehören sie zu den kompaktesten Handeinstellern im Produktprogramm der Putzbrunner Sensorikspezialisten. Vier unterschiedliche Rastungen sowie sechs verschiedene elektrische Anschlussvarianten stehen bei der MRS-Serie zur Wahl: Dazu gehören Stiftleisten für eine automatisierte Schwallbadlötung ebenso wie ein integrierter FPC-Connector für Folienkabel.

Die Handeinsteller sind serienmäßig mit Schutzart IP40 erhältlich, werden auf Wunsch aber auch mit einer Wellenabdichtung ausgestattet und erreichen dann sogar IP65. Auf den MRS trifft man in einem sehr breiten Anwendungsspektrum: Der Handeinsteller wird unter anderem zur Bedienung hochwertiger Messgeräte oder zur Bedienung von smarten Wasserhähnen genutzt. Die leistungsfähige Kostenstruktur dieser Serie fördert die hohe Marktdurchdringung.

Die Serie MRX50 darf sich das Alleinstellungsmerkmal auf die Fahne schreiben, 50 Rastungen/Impulse in einem möglichst kompakten und robusten Gehäuse zu bieten. Diese Drehgeberserie wurde bereits für industrielle Handbedienterminals von Marktführern in aufwendigen Prüfverfahren qualifiziert und kommt in deren Produkten zum Einsatz.