Ratgeber
Kodierschalter – oder Codierschalter – sind ein einfaches Schaltelement der Elektrotechnik zum schnellen Umschalten von Strom- und Signalkreisen. Mit ihnen lassen sich bis zu 16 Adressierungen realisieren, beispielsweise im Rahmen der Programmierung einer speicherprogrammierbaren Steuerung, kurz SPS. In diesem Ratgeber stellen wir Ihnen die wichtigsten Typen und Bauformen dieser Schalter vor und geben Tipps für die Beschaffung
Kodierschalter basieren auf dem sogenannten BCD-Code. BCD steht für binary-coded decimal, also für eine binär kodierte Dezimalzahl. Er ist eine Art von Binärdarstellung für Dezimalwerte, bei der jede Ziffer durch eine feste Anzahl von Binärbits dargestellt wird, normalerweise zwischen vier und acht. Experten sprechen deshalb auch vom 8421-Code.
Die Norm sind vier Bits, die effektiv die Dezimalwerte 0 bis 9 darstellen. Dieses Schreibformatsystem wird verwendet, weil es keine Begrenzung für die Größe einer Zahl gibt. Vier Bits können einfach als weitere Dezimalziffer hinzugefügt werden, im Gegensatz zur echten binären Darstellung, die auf die üblichen Zweierpotenzen wie 16, 32 oder 64 Bits beschränkt ist.
Binär kodierte Dezimalzahlen sind eine einfache Möglichkeit, Dezimalwerte darzustellen, da jede Ziffer durch eine eigene 4-Bit-Binärsequenz repräsentiert wird, die nur 10 verschiedene Kombinationen aufweist. Im Vergleich dazu erfordert die Umwandlung einer echten Binärdarstellung in Dezimalzahlen arithmetische Operationen wie Multiplikation und Addition.
Die Umwandlung in Dezimalziffern für die Anzeige ist einfach, aber die für die Implementierung dieses Systems erforderliche Schaltung ist relativ komplex. So bedeutet beispielsweise die binär codierte Dezimalzahl 0011 1001 0101 0110 mit vier Gruppen von 4 Bits, dass es vier Dezimalziffern gibt. In der Reihenfolge von links nach rechts ist der resultierende Dezimalwert 3956.
Zur praktischen Umsetzung von 3956 wären vier nebeneinander positionierte Kodierschalter mit jeweils 10 Schaltpositionen notwendig. Der Schalter ganz links wird auf 3 eingestellt, die nächsten auf 9 und 5, der letzte auf 6.
Auflistung der 8421-Schaltpositionen mit ihren Dezimalwerten:
| Dezimal | 8421-Code | Hexadezimal |
|---|---|---|
| 0 | 0000 | 0 |
| 1 | 0001 | 1 |
| 2 | 0010 | 2 |
| 3 | 0011 | 3 |
| 4 | 0100 | 4 |
| 5 | 0101 | 5 |
| 6 | 0110 | 6 |
| 7 | 0111 | 7 |
| 8 | 1000 | 8 |
| 9 | 1001 | 9 |
Zu unterscheiden sind zunächst BCD-Kodierschalter nach 8421 und solche mit erweitertem Code, dem Hexadezimalcode. Er ermöglicht Schaltstellungen mit insgesamt 16 Werten. Dem Dezimalcode mit den Tetraden 0 bis 9 werden dazu sechs weitere – sogenannte Pseudotetraden – hinzugefügt, sie umfassen die Buchstaben A, B, C, D, E und F. In der Praxis sind die Pseudotetraden allerdings nur selten relevant. So kommt die populäre SPS-Software Step7 vollkommen ohne sie aus. Das Einstellen beispielsweise von Zeiten oder Zählwerten erfolgt nur mit Dezimalwerten. In der Programmierung würde die Eingabe W#16#3956 in Step7 dazu führen, dass die vier Kodierschalter auf 3956 einzustellen sind, was binär 0011 1001 0101 0110 ergibt.
Auflistung der Pseudotetraden:
| Dezimal | 8421-Code | Hexadezimal |
|---|---|---|
| 10 | 1010 | A |
| 11 | 1011 | B |
| 12 | 1100 | C |
| 13 | 1101 | D |
| 14 | 1110 | E |
| 15 | 1111 | F |
Neben der Wahl der Kodierung spielt die Bauform des Kodierschalters eine wesentliche Rolle. Im Allgemeinen ähneln Kodierschalter den DIP-Schaltern. DIP steht für dual in-line package, ein Gehäuse mit zwei Schaltebenen. Mit dem Unterschied, dass Codierschalter keine Schiebeschalter, sondern Dreh- oder Druckschalter verwenden.
Die preisgünstigsten Typen von Kodierschaltern sind die Drehcodierschalter. Auf der Oberseite des Gehäuses befindet sich eine runde Skala mit aufgedruckten Schaltpositionen von 0 bis 9 beziehungsweise 0 bis F. Mit dem axial angeordnete Drehknopf lässt sich die gewünschte Position und damit der Wert einstellen. Üblicherweise ist dazu ein Schlitzschraubendreher erforderlich, im Handel sind aber auch Typen mit einem herausgeführten Drehknopf mit Riffelung verfügbar, der die Einstellung ohne Werkzeug ermöglicht.
Aufwendiger von der Konstruktion her sind Codierschalter mit Druckknöpfen. Diese Zweitast-Codierschalter besitzen ein kleines Fenster, in dem sich der eingestellte Wert ablesen lässt. Das Herauf- und Herunterschalten erfolgt über die beiden Druckknöpfe, die mit Plus und Minus beschriftet sind. Größter Vorteil dieser Bauform: Mehrere Schalter sind beliebig anreihbar, es lassen sich somit schnell und einfach komplette Bedienblöcke zusammenstellen.
Wie DIP-Schalter auch lassen sich Drehkodierschalter sowohl mit der Durchstecktechnik THT als auch über Oberflächenmontierung SMT auf der Leiterplatte platzieren. Zur einfachen Identifikation sind einige Gehäuse mit der Kodierfunktion bedruckt, also mit 0-9 oder mit 0-9/A-F. Kodierschalter mit Druckknöpfen besitzen dagegen Lötösen auf der Rückseite, der Anschluss erfolgt über Drähte.
Je nach geplanter Anwendung ist zunächst zwischen dezimalen und hexadezimalen Kodierschaltern zu unterscheiden. Muss eine laufende Anpassung der Einstellung erfolgen, eigenen sich Schalter mit Druckknöpfen besser als Drehcodierschalter, was sich beispielsweise bei einer SPS anbietet. Allerdings erhöhen die Tast-Schalter den Konstruktionsaufwand, da sie als wesentliche Komponenten der Steuerung mit eigenem Gehäuse oder Rahmen gelten. Drehcodierschalter sind erheblich einfacher zu integrieren, sie finden ihren Platz direkt auf der Leiterplatte. Das gängige Rastermaß der Pins liegt bei 2,54 Millimeter.
Im Bereich der elektrischen Werte sind beide Schaltertypen unkritisch. So liegt die Schaltspannung zum Beispiel bei Tast-Schaltern meist bei 40 Volt Gleich- oder Wechselstrom. Drehschalter sind im Allgemeinen für 24 Volt ausgelegt. Wie jedes elektrische Schaltelement besitzen auch Codierschalter einen Kontaktwiderstand, der liegt in der Regel bei maximal 100 Milliohm. Die Last beziehungsweise die dynamische Kontaktbelastung beträgt etwa 100 Milliampere.
Welche Lebensdauer ist bei Kodierschaltern zu erwarten?
Ja nach mechanischer Ausführung halten die meisten Schalter mehreren Zehntausend Schaltvorgängen stand, einige sind sogar für mehrere Hunderttausend Schaltungen ausgelegt.
Gibt es auch Kodierschalter für das Wellenlöten?
Einige Typen eignen sich sehr gut für das Wellenlöten, zu beachten ist dabei allerdings die Temperatur, die nicht mehr als etwa 260 Grad Celsius betragen sollte. Der Lötvorgang als solcher darf zudem nur einige Sekunden in Anspruch nehmen.
Wie sind die Kontaktflächen vergütet?
Bei hochwertigen Kodierschaltern bestehen die Schleifkontakte aus vernickelter und mit Gold überzogener Bronze.