Wie man den Kraftabfall einer Metallkuppel über 1 Million Zyklen vorhersagt

Ein Kunde, der ein Point--Terminal entwarf, kam letztes Jahr mit einem Problem zu uns. Sie hatten für ihre Kassentastatur eine 6-mm-Kuppel mit einer Betätigungskraft von 250 g spezifiziert. Nach 500.000 Zyklentests in ihrem Labor war die Kraft auf 210 g gesunken. Der Kunde dachte, die Kuppeln seien defekt. Das waren sie nicht. Dieser Abfall von 16 % ist für eine Edelstahlkuppel nach einer halben Million Zyklen normal. Der eigentliche Fehler bestand darin, dass der Kunde eine enge Toleranz von +/- 10g für eine 250-g-Kuppel angegeben hatte, was bedeutet, dass die untere Spezifikationsgrenze bei 240 g lag. Bei 500.000 Zyklen lag die Kuppel bereits außerhalb der Spezifikation.

Metallkuppeln verlieren im Laufe ihrer Lebensdauer an Kraft. Dies ist kein Mangel. Es ist die Physik einer Edelstahlfeder, die millionenfach gebogen wird. Die Frage ist nicht, ob die Kraft abnimmt, sondern um wie viel und ob Ihr Toleranzband sie absorbieren kann.

Kraftabfalltest an einer 6-mm-Kuppel - Die Betätigungskraft nimmt allmählich ab, während das SUS301-Werkstück aushärtet und sich entspannt.

Was verursacht den Kraftabfall?

Eine Metallkuppel ist eine geformte Edelstahlfeder. Jedes Mal, wenn es durchbricht, biegt sich das Material. Über Millionen von Zyklen passieren zwei Dinge:

Kaltverfestigung.Der Edelstahl SUS301 wird beim Biegen härter, wodurch sich seine Federkonstante ändert. Dies führt normalerweise zu einem geringen anfänglichen Kraftanstieg in den ersten 10.000 Zyklen und dann zu einem allmählichen Abfall.

Stressentspannung.Das geformte Kuppelprofil entspannt sich im Laufe der Zeit und in Zyklen langsam zu einer flacheren Form. Dies ist die Hauptursache für den langfristigen Kraftabfall. Bei Raumtemperatur erfolgt die Stressentspannung langsam. Bei erhöhter Temperatur beschleunigt es sich.

Typische Kraftabfallzahlen

Basierend auf unseren Produktionstestdaten zu 6-mm-SUS301-Kalotten bei 250 g können Sie Folgendes erwarten:

Diese Zahlen gelten für Raumtemperatur (23 °C). Bei 85 °C beschleunigt sich der Zerfall auf etwa 30 % bei 1 Million Zyklen. Bei 125 °C ist ein Zerfall von 40 % zu beobachten. Aus diesem Grund benötigen Automobil- und Industrieprodukte, die heißlaufen, ein größeres Toleranzband bzw. eine höhere Vorspannkraft.

Vier-Kuppeln auf einer Produktionsrolle - Die Beine verankern die Kuppel und tragen dazu bei, über Millionen von Zyklen hinweg eine konstante Kraft aufrechtzuerhalten.

So spezifizieren Sie eine Kuppel, die innerhalb der Toleranz bleibt

Wenn Ihr Produkt 1 Million Zyklen benötigt und der Benutzer ein gleichmäßiges Klicken spüren muss, geben Sie die Anfangskraft nicht am unteren Ende Ihres Toleranzbandes an. Geben Sie es am oberen Ende an, damit der Ausklang in der Mitte Ihres Bandes landet.

Beispiel: Ihr Produkt benötigt nach 1 Million Zyklen eine Kraft von mindestens 200 g. Geben Sie keine 200-g-Kuppel an. Geben Sie eine 250-g-Kuppel an. Nach einem Abfall von 20 % bei 1 Million Zyklen beträgt die Kraft etwa 200 g, was Ihr Minimum ist. Wenn Sie eine 220-g-Kuppel angeben, liegen Sie nach 20 % Zerfall bei 176 g, was unter Ihrem Minimum liegt.

Wir nennen dies den Kraftspielraum. Wir empfehlen einen Kraftspielraum von 15 % bis 20 % für jede Kuppel, die 1 Million Zyklen überstehen muss. Bei Automobilprodukten, die erhöhten Temperaturen ausgesetzt sind, empfehlen wir eine Marge von 25 %.

Was den Verfall beschleunigt

Erhöhte Temperatur.Das ist der größte Faktor. Eine Kuppel, die bei Raumtemperatur 20 % verliert, verliert bei 85 °C 35 %. Wenn Ihr Produkt heiß läuft, legen Sie eine höhere Anfangskraft fest.

Über-Reise.Wenn der Benutzer die Kuppel über ihren Einrastpunkt hinaus drückt und auf der Leiterplatte aufliegt, ist die Belastung des Materials höher. Verwenden Sie eine Kuppel mit höherem Profil oder einen Abstandshalter, um den Hub zu begrenzen.

Chemische Belastung.Reinigungsmittel und Öle können die Edelstahloberfläche angreifen und die Ermüdung beschleunigen. Geben Sie für Produkte, die regelmäßig abgewischt werden, eine ENIG-Beschichtung und eine rostfreie Qualität an, die chemikalienbeständig ist.

Kuppelgeometrie.Kreuzkuppeln zerfallen schneller als runde oder vierbeinige Kuppeln, da sich die Arme stärker beugen. Wenn eine lange Lebensdauer entscheidend ist, verwenden Sie eine runde oder vierbeinige Geometrie.

Wie wir den Verfall testen

Jedes Produktionslos durchläuft stichprobenartig einen Zyklentest. Wir lassen auf unseren Zyklustestern 10 Kuppeln von jeder Rolle mit 60 Zyklen pro Minute laufen und prüfen die Kraft bei 10.000, 100.000, 500.000 und 1 Million Zyklen. Wenn die Kraft stärker abfällt als unsere Spezifikation (normalerweise 20 % bei 1 Mio. Zyklen), ziehen wir die Charge heraus und überprüfen die Materialcharge.

Wenn jaKauf von Kuppelplatten-ArraysFür ein Produkt, das Millionen von Zyklen überstehen muss, fragen Sie uns nach einem Kraftabfallbericht für die genaue Kuppel, die Sie in Betracht ziehen. Wir führen den Test durch und senden Ihnen die Kurve zu. FürKuppeln für Unterhaltungselektronik, SilikonknopfVersammlungen, bzwFPC-basierte Dome-Arrays, Kontaktieren Sie Shanyo Engineeringfür Kraftspielraumberechnungen.

- John Smith, leitender Anwendungsingenieur, Shanyo

Ein Kunde, der ein Point--Terminal entwarf, kam letztes Jahr mit einem Problem zu uns. Sie hatten für ihre Kassentastatur eine 6-mm-Kuppel mit einer Betätigungskraft von 250 g spezifiziert. Nach 500.000 Zyklentests in ihrem Labor war die Kraft auf 210 g gesunken. Der Kunde dachte, die Kuppeln seien defekt. Das waren sie nicht. Dieser Abfall von 16 % ist für eine Edelstahlkuppel nach einer halben Million Zyklen normal. Der eigentliche Fehler bestand darin, dass der Kunde eine enge Toleranz von +/- 10g für eine 250-g-Kuppel angegeben hatte, was bedeutet, dass die untere Spezifikationsgrenze bei 240 g lag. Bei 500.000 Zyklen lag die Kuppel bereits außerhalb der Spezifikation.

Metallkuppeln verlieren im Laufe ihrer Lebensdauer an Kraft. Dies ist kein Mangel. Es ist die Physik einer Edelstahlfeder, die millionenfach gebogen wird. Die Frage ist nicht, ob die Kraft abnimmt, sondern um wie viel und ob Ihr Toleranzband sie absorbieren kann.

Kraftabfalltest an einer 6-mm-Kuppel - Die Betätigungskraft nimmt allmählich ab, während das SUS301-Werkstück aushärtet und sich entspannt.

Was verursacht den Kraftabfall?

Eine Metallkuppel ist eine geformte Edelstahlfeder. Jedes Mal, wenn es durchbricht, biegt sich das Material. Über Millionen von Zyklen passieren zwei Dinge:

Kaltverfestigung.Der Edelstahl SUS301 wird beim Biegen härter, wodurch sich seine Federkonstante ändert. Dies führt normalerweise zu einem geringen anfänglichen Kraftanstieg in den ersten 10.000 Zyklen und dann zu einem allmählichen Abfall.

Stressentspannung.Das geformte Kuppelprofil entspannt sich im Laufe der Zeit und in Zyklen langsam zu einer flacheren Form. Dies ist die Hauptursache für den langfristigen Kraftabfall. Bei Raumtemperatur erfolgt die Stressentspannung langsam. Bei erhöhter Temperatur beschleunigt es sich.

Typische Kraftabfallzahlen

Basierend auf unseren Produktionstestdaten zu 6-mm-SUS301-Kalotten bei 250 g können Sie Folgendes erwarten:

Diese Zahlen gelten für Raumtemperatur (23 °C). Bei 85 °C beschleunigt sich der Zerfall auf etwa 30 % bei 1 Million Zyklen. Bei 125 °C ist ein Zerfall von 40 % zu beobachten. Aus diesem Grund benötigen Automobil- und Industrieprodukte, die heißlaufen, ein größeres Toleranzband bzw. eine höhere Vorspannkraft.

Vier-Kuppeln auf einer Produktionsrolle - Die Beine verankern die Kuppel und tragen dazu bei, über Millionen von Zyklen hinweg eine konstante Kraft aufrechtzuerhalten.

So spezifizieren Sie eine Kuppel, die innerhalb der Toleranz bleibt

Wenn Ihr Produkt 1 Million Zyklen benötigt und der Benutzer ein gleichmäßiges Klicken spüren muss, geben Sie die Anfangskraft nicht am unteren Ende Ihres Toleranzbandes an. Geben Sie es am oberen Ende an, damit der Ausklang in der Mitte Ihres Bandes landet.

Beispiel: Ihr Produkt benötigt nach 1 Million Zyklen eine Kraft von mindestens 200 g. Geben Sie keine 200-g-Kuppel an. Geben Sie eine 250-g-Kuppel an. Nach einem Abfall von 20 % bei 1 Million Zyklen beträgt die Kraft etwa 200 g, was Ihr Minimum ist. Wenn Sie eine 220-g-Kuppel angeben, liegen Sie nach 20 % Zerfall bei 176 g, was unter Ihrem Minimum liegt.

Wir nennen dies den Kraftspielraum. Wir empfehlen einen Kraftspielraum von 15 % bis 20 % für jede Kuppel, die 1 Million Zyklen überstehen muss. Bei Automobilprodukten, die erhöhten Temperaturen ausgesetzt sind, empfehlen wir eine Marge von 25 %.

Was den Verfall beschleunigt

Erhöhte Temperatur.Das ist der größte Faktor. Eine Kuppel, die bei Raumtemperatur 20 % verliert, verliert bei 85 °C 35 %. Wenn Ihr Produkt heiß läuft, legen Sie eine höhere Anfangskraft fest.

Über-Reise.Wenn der Benutzer die Kuppel über ihren Einrastpunkt hinaus drückt und auf der Leiterplatte aufliegt, ist die Belastung des Materials höher. Verwenden Sie eine Kuppel mit höherem Profil oder einen Abstandshalter, um den Hub zu begrenzen.

Chemische Belastung.Reinigungsmittel und Öle können die Edelstahloberfläche angreifen und die Ermüdung beschleunigen. Geben Sie für Produkte, die regelmäßig abgewischt werden, eine ENIG-Beschichtung und eine rostfreie Qualität an, die chemikalienbeständig ist.

Kuppelgeometrie.Kreuzkuppeln zerfallen schneller als runde oder vierbeinige Kuppeln, da sich die Arme stärker beugen. Wenn eine lange Lebensdauer entscheidend ist, verwenden Sie eine runde oder vierbeinige Geometrie.

Wie wir den Verfall testen

Jedes Produktionslos durchläuft stichprobenartig einen Zyklentest. Wir lassen auf unseren Zyklustestern 10 Kuppeln von jeder Rolle mit 60 Zyklen pro Minute laufen und prüfen die Kraft bei 10.000, 100.000, 500.000 und 1 Million Zyklen. Wenn die Kraft stärker abfällt als unsere Spezifikation (normalerweise 20 % bei 1 Mio. Zyklen), ziehen wir die Charge heraus und überprüfen die Materialcharge.

Wenn jaKauf von Kuppelplatten-ArraysFür ein Produkt, das Millionen von Zyklen überstehen muss, fragen Sie uns nach einem Kraftabfallbericht für die genaue Kuppel, die Sie in Betracht ziehen. Wir führen den Test durch und senden Ihnen die Kurve zu. FürKuppeln für Unterhaltungselektronik, SilikonknopfVersammlungen, bzwFPC-basierte Dome-Arrays, Kontaktieren Sie Shanyo Engineeringfür Kraftspielraumberechnungen.

- John Smith, leitender Anwendungsingenieur, Shanyo