Wyłączniki krańcowe to proste, ale bardzo skuteczne zabezpieczenie mechanizmów przed przekroczeniem zakresu roboczego. Jak działają i w jaki sposób należy je stosować?
Pośród tysięcy rodzajów elementów stykowych szczególną grupę stanowią wyłączniki krańcowe, które – w odróżnieniu od większości komponentów tego typu – są przeznaczone do pracy z innymi elementami mechanizmu, nie zaś do współpracy z użytkownikiem. Innymi słowy – za uruchamianie wyłączników krańcowych odpowiada nie człowiek, lecz ruchomy element maszyny bądź precyzyjnego mechanizmu ze sterowaniem elektronicznym. Zakres zastosowań wyłączników krańcowych okazuje się bardzo rozległy, a one same, jako grupa elementów, zaskakują zróżnicowaniem. Warto poświęcić trochę uwagi, by spokojnie zgłębić temat – jakie oferowane są rodzaje wyłączników krańcowych, także poznać ich parametry.
Wyłączniki krańcowe służą – jak sama nazwa wskazuje – do wyłączania pewnych elementów maszyny lub mechanizmu po dojściu elementu ruchomego do krańca dopuszczalnego zakresu ruchu. Za przykład może tu posłużyć choćby głowica drukarki 3D, która ma przemieszczać się wyłącznie w zakresie określonym przez wymiary stołu roboczego oraz samą konstrukcję maszyny. Urządzenie powinno automatycznie zatrzymać napęd, gdy głowica dojedzie do końca ścieżki, gdyż jej dalszy ruch mógłby spowodować uszkodzenia mechaniczne (przegrzanie lub uszkodzenie silnika bądź końcówki mocy sterownika, np. przepalenie tranzystorów mostka H). Oczywiście wyłączniki krańcowe mogą wykorzystywać zarówno styki normalnie zwarte (NC), jak i normalnie otwarte (NO), a zastosowanie określonego z tych wariantów jest podyktowane wyłącznie wymogami urządzenia. W prostych przypadkach zasilanie napędu może zostać odcięte bezpośrednio – wówczas poprzez rozwarcie styków odcina się dopływ zasilania do danego elementu sterującego, jak choćby silnika. Takie rozwiązanie ma jednak szereg wad, a najprostszą i najbardziej oczywistą z nich jest fakt, że odłączenie silnika od zasilania przez wyłącznik krańcowy typu NC spowodowałoby brak możliwości późniejszego poruszenia mechanizmu w przeciwnym kierunku. Dlatego zdecydowanie częściej wyłączników krańcowych używa się jako swego rodzaju czujników, o bardzo prostej konstrukcji, a ich sygnały wykorzystywane są przez elektroniczny sterownik (np. mikrokontroler kontrolujący pracę mostka H).
Wyłączniki krańcowe, z uwagi na bardzo szeroki zakres zastosowań, znacznie różnią się parametrami mechanicznymi – w tym zarówno wymiarami oraz sposobem mocowania, jak i konstrukcją. Niektóre miniaturowe wykonania zbliżają się do elementów wykorzystywanych m.in. w myszkach komputerowych, jednak wyposażone są dodatkowo w cienką blaszkę uformowaną w postaci dźwigni. Dźwignia ta ułatwia naciskanie popychacza przycisku przez ruchomy element mechanizmu. Niektóre przełączniki posiadają również specjalną rolkę na końcu dźwigni – umożliwia ona płynną współpracę z ruchomym elementem maszyny, bez ryzyka zablokowania tego elementu, czy też uszkodzenia samego przełącznika. Rolka ta ślizga się po ww. elemencie sprawiając, że przełącznik łatwiej poddaje się naciskowi. „Krańcówki” mogą występować w wersjach przeznaczonych do przykręcania do obudowy (widoczne są w nich wówczas np. parzyste otwory montażowe), ale w wersjach miniaturowych zdecydowanie najczęściej wyposażane są w końcówki przeznaczone do lutowania na płytce drukowanej. Elementy o takiej konstrukcji znajdują zastosowanie w drukarkach komputerowych czy też drukarkach 3D, gdzie przełączniki umieszcza się bądź to na płycie głównej urządzenia, bądź też na niewielkiej płytce drukowanej wyposażonej w złącze, a czasami także dodatkowe elementy układu elektronicznego. Na tej zasadzie działają cyfrowe czujniki zderzeniowe DFRobot Gravity dostępne w ofercie sklepu Botland.
Opisane wcześniej wyłączniki krańcowe należą do klasycznych elementów stykowych. Warto pamiętać również o tym, że w roli wyłącznika krańcowego może pracować czujnik optyczny. Takie rozwiązanie jest szeroko stosowane zarówno w niewielkich urządzeniach (drukarkach laserowych i atramentowych, skanerach do dokumentów, drukarkach 3D), ale też w większych maszynach przemysłowych. Ogromną zaletą wyłączników krańcowych w postaci czujników optycznych jest niezawodność. O ile nie zostaną one zabrudzone substancją (np. pyłem) uniemożliwiającą właściwą transmisję wiązki światła, ich trwałość okazuje się praktycznie nieograniczona, podczas gdy przełączniki mechaniczne z natury po pewnym ulegają zużyciu, a to w konsekwencji może prowadzić do awarii. W roli wyłączników krańcowych występują często transoptory odbiciowe (refleksyjne), które oświetlają wiązką podczerwieni z wbudowanej diody LED powierzchnię detalu ruchomego i są w stanie wykryć znajdujący się na tym elemencie znacznik o kontrastowej barwie (biały znacznik na czarnym tle lub odwrotnie). Natomiast zdecydowanie częściej wykorzystywane są w tej roli transoptory transmisyjne (szczelinowe). W ich obudowie znajduje się szczelina otoczona nadajnikiem (diodą LED) i odbiornikiem (fototranzystorem). Przerwanie wiązki przez element mechanizmu, który wsunie się do szczeliny, powoduje powstanie sygnału elektrycznego. Następnie sygnał ten zostaje zinterpretowany przez sterownik i odpowiednio wykorzystany do zatrzymania mechanizmu lub np. kalibracji położenia zerowego.
