Kleine Schalterkunde, Teil 2: So ist ein mechanischer Switch aufgebaut

Kleine Schalterkunde, Teil 2: So ist ein mechanischer Switch aufgebaut

Kevin Hofer
Kevin Hofer
Zürich, am 16.05.2022

In diesem Beitrag erkläre ich dir, wie ein mechanischer Schalter aufgebaut ist.

Linear, taktil oder clicky – die drei primären Switch-Typen bieten unterschiedliche Tipperfahrungen. Aber auch innerhalb eines Typs gibt es Unterschiede. Das liegt an den verwendeten Komponenten.

Aufbau eines Switches

Ein mechanischer Switch, wie er in den meisten Tastaturen verbaut ist, basiert auf fünf Komponenten: Stem, Feder, oberer und unterer Gehäuseteil sowie Kontaktblatt. Der Stem ist jenes Teil, das sich im Inneren des Switches auf und ab bewegt. Er steckt auf einer Feder, die ihn wieder in die Ursprungsposition bringt. Der Stem bewegt sich zwischen dem oberen und unteren Gehäuseteil. Der obere Teil wird auf den unteren gesteckt. Der untere Teil beherbergt das Kontaktblatt. Das ist jenes metallene Teil, das den elektrischen Kreislauf schliesst und den Tastendruck registriert.

Auf der Unterseite des unteren Gehäuseteils befinden sich zudem die Pins, welche mit der Platine der Tastatur Kontakt haben. Hier eine Animation, die das Ganze anhand der drei Switch-Typen illustriert:

So sieht es in einem Switch aus, wenn er gedrückt wird (v.l.n.r: Cherry MX Red, Cherry MX Brown, Cherry MX Blue).
So sieht es in einem Switch aus, wenn er gedrückt wird (v.l.n.r: Cherry MX Red, Cherry MX Brown, Cherry MX Blue).

Der Stem

Der Stem ist das wichtigste Element eines Switches. Denn er macht ihn linear, taktil oder clicky. In folgendem Bild siehst du die wichtigsten Elemente des Stems.

Der Stem
Der Stem

Wiederum das wichtigste Element des Stems sind die Füsse. Dabei handelt es sich um zwei symmetrische Ausbuchtungen vorne. Sie lösen einen Tastendruck aus, wenn sie in Kontakt mit dem metallenen Blatt kommen. Bei einem linearen Schalter sind die Füsse gerade und glatt. Ein taktiler Switch hat eine Erhebung. Daher kommt auch der englische Ausdruck tactile bump. Je grösser die Erhebung, desto stärker der tactile bump. Der kann beim Drücken langgezogen oder kurz und knackig sein.

Ein linearer Stem des Tangerine Switches und ein taktiler Stem des Neapolitan Switches.
Ein linearer Stem des Tangerine Switches und ein taktiler Stem des Neapolitan Switches.

Die Füsse von clicky Switches unterscheiden deutlich von jenen der linearen oder taktilen Schalter. Sie lassen sich in die Typen Click-Jacket und Click-Bar einteilen. Hier ein Bild eines Click-Jacket-Stems:

So sieht der Click-Jacket-Stem des Cherry MX Blue Switches aus.
So sieht der Click-Jacket-Stem des Cherry MX Blue Switches aus.

Dieser ist in zwei Teile geteilt. Der blaue Teil besteht aus dem Befestigungsmechanismus und dem Pfahl. Der weisse Teil, das eigentliche Click-Jacket, besteht aus den Füssen. Diese haben wie die taktilen Füsse ein Erhebung. Wenn du den Switch drückst, springt das Click-Jacket nach dem Kontakt mit dem Blatt nach unten, was das Klickgeräusch erzeugt. Hier die Animation eines Cherry MX Blues:

So funktioniert der Click-Jacket-Mechanismums beim Cherry MX Blue Switch.
So funktioniert der Click-Jacket-Mechanismums beim Cherry MX Blue Switch.
Bild: Cherry

Beim Click-Bar-Switch besteht der Stem aus einem Teil. Im Beispiel des Kailh Box Pink befindet sich auf der Rückseite des unteren Gehäuseteils die Click-Bar. Diese wird von einem Fuss auf der Rückseite heruntergedrückt und erzeugt beim Zurückspringen das Klickgeräusch.

Die Click-Bar eines Kailh Box Pink Switches. Wenn sie nach oben springt, erzeugt sie das Klickgeräusch.
Die Click-Bar eines Kailh Box Pink Switches. Wenn sie nach oben springt, erzeugt sie das Klickgeräusch.

Seitlich des Stems befinden sich die Gleitführungen. Die führen den Stem vertikal gegen unten. Hier besteht am meisten Kontakt mit den anderen Switch-Komponenten und dadurch auch das grösste Potenzial für Reibung. Fühlt sich ein Switch beim Drücken kratzig an, liegt das hauptsächlich daran.

Die seitlichen Gleitführungen. Hier entsteht am meisten Reibung beim Herunterdrücken.
Die seitlichen Gleitführungen. Hier entsteht am meisten Reibung beim Herunterdrücken.

Oben befindet sich der Befestigungsmechanismus. Bei einem MX-Stil-Switch ist dieser durch die Form eines Plus (+) gekennzeichnet. Bei BOX-Switches von Kailh- oder staubgeschützten MX-Switches wird das Plus ganz oder beinahe von Wänden umringt. Dennoch sind diese Switches mit MX-Keycaps kompatibel. Es gibt aber noch andere Befestigungsmechanismen, beispielsweise bei Low-Profile- oder Alps-Switches.

Der Befestigungsmechanismus eines Switches im Cherry-MX-Stil.
Der Befestigungsmechanismus eines Switches im Cherry-MX-Stil.

Unten am Stem befindet sich der Pfahl. Dieser hilft dem Stem, beim Auf- und Abbewegen zentriert zu bleiben. Die Länge des Pfahls entscheidet, wie gross der gesamte Tastenhub eines Switches ist. Bei einem längeren Pfahl ist der Tastenhub verkürzt, du drückst den Switch also schneller durch.

Der Pfahl eines GX Brown Switches.
Der Pfahl eines GX Brown Switches.

Die Feder

Die Feder ist nach dem Stem das zweitwichtigste Element für das Schreibgefühl. Sie bestimmt nämlich Betriebs- und Auslösekraft eines Switches. Und damit, wie hart die Tasten zu drücken sind.

Dabei entscheidet unter anderem das Material, dessen Beschichtung, der Abstand zwischen den Windungen, der Abstand ihrer Endwindungen oder die Länge darüber, wie sich eine Feder auf das Tippgefühl auswirkt.

Grundsätzlich wird zwischen zwei Arten von Federn unterschieden: linear und progressiv. Bei linearen Federn erhöht sich die benötigte Kraft linear, je weiter du sie zusammendrückst. Bei progressiven Federn erhöht sich die benötigte Kraft stärker. Im Vergleich zu linearen Federn kann sich die benötigte Kraft bei gleicher Federlänge also 100 statt 75 Grammkraft betragen.

Heute gibt es auch Federn, welche die beiden Arten kombinieren. Also beispielsweise linear beginnen, aber dann zu progressiv wechseln. Auch sogenannte Two Stage Springs, mit denen das Herunterdrücken gleichmässiger und Heraufspringen kraftvoller sein soll, sind derzeit im Trend.

Eine Two Stage Spring.
Eine Two Stage Spring.

Oberer Gehäuseteil

Der obere Gehäuseteil sowie der untere Gehäuseteil halten den Switch zusammen. Der obere wird hauptsächlich durch vier Elemente charakterisiert. In der Mitte befindet sich das Loch für den Stem. Dieses Loch sieht bei den meisten Herstellern gleich aus. Beinahe bei allen ist es rechteckig. Hersteller Kailh setzt bei seinen Box Switches jedoch auf quadratische Löcher.

Der obere Gehäuseteil eines Tangerine Switches auf einen Blick.
Der obere Gehäuseteil eines Tangerine Switches auf einen Blick.

Ein weiteres Loch befindet sich vorne. Durch dieses scheint die LED, wenn die Platine deiner Tastatur über RGB pro Taste verfügt.

Auf der gegenüberliegenden Seite des LED-Lochs verewigen sich meist die Hersteller mit ihrem Namen. Das kann einer der grossen Switch-Hersteller wie Cherry, Gateron, Kailh oder Outemu sein. Bei Auftragsfertigungen kann auch der Name des Auftraggebers darauf stehen. Manchmal steht auch gar kein Name dort.

Das vierte Element sind die Füsse. Die ragen unten aus dem oberen Gehäuseteil heraus und halten diesen mit dem unteren Teil zusammen. Es gibt zwei verschiedene Fusstypen: solche mit vier schmalen und solche mit zwei breiten Füssen. Deren Funktion ist jedoch dieselbe.

Unterer Gehäuseteil

Der untere Gehäuseteil beherbergt hinten das Kontaktblatt. Vorne befindet sich wie beim oberen Gehäuseteil ein Loch für die LEDs. In der Mitte ist das Loch für den Pfahl des Stems. Auf der Seite befinden sich die Gleitführungen für den Stem.

Der Unterteil eines Neapolitan Switches.
Der Unterteil eines Neapolitan Switches.

Wie beim oberen Gehäuseteil gibt es je nach Hersteller leichte Unterschiede bei diesen Elementen. Am unteren Gehäuseteil unterscheidet sich, ob ein Switch für PCB Mount oder Plate Mount ist. Ein PCB-Mount-Switch hat fünf Pins, welche die Leiterplatte kontaktieren, ein Plate-Mount-Switch nur drei. Wobei jeweils nur die zwei metallenen Pins für die Kommunikation mit der Platte zuständig sind, die anderen helfen den Switch zu fixieren. Die PCB-Mount-Switches lassen sich direkt auf der Platte befestigen. Plate-Mount-Switches benötigen in jedem Fall eine Switch-Platte.

Kontaktblatt

Das metallene Kontaktblatt besteht aus zwei Teilen. Wenn der Stem nach unten gleitet, drücken die Füsse des Stems die beiden Metallteile zusammen. So wird der Stromkreis geschlossen und ein einzelner Tastendruck ausgelöst.

Die beiden Metallteile werden durch den unteren Gehäuseteil des Schalters gesteckt und ragen unten heraus. Diese Stifte kontaktieren die Leiterplatte der Tastatur und bilden den elektrischen Schaltkreis, wenn der Schalter gedrückt wird.

Die zwei Teile eines Kontaktblatts ausserhalb eines Switches.
Die zwei Teile eines Kontaktblatts ausserhalb eines Switches.

Der grössere Teil des Kontaktblatts wird weiter weg vom Stem platziert. Der kleinere Teil davor.

Eigentlich wollte ich dir bereits in diesem Teil der kleinen Schalterkunde erklären, wie sich unterschiedliche Materialien auf den Switch auswirken. Da der Artikel aber etwas gar lang geraten ist, erkläre ich dir das in einem nächsten Teil.

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Kevin Hofer

Technologie und Gesellschaft faszinieren mich. Die beiden zu kombinieren und aus unterschiedlichen Blickwinkeln zu betrachten, ist meine Leidenschaft.


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