Elektromechanische Eingabesysteme: Ja! Aber welche?

Touchscreens bieten gegenüber elektromechanischen Eingabesystemen den Vorteil, dass ihre Lebensdauer nicht vom Verschleiß elektromechanischer Kontakte abhängt. Auch unter Gesichtspunkten wie Design und Hygiene ist es hochinteressant, wenn das Eingabesystem nach außen, zum Beispiel vollflächig durch Glas, abgeschlossen ist. Doch nicht jede Applikation benötigt eine echte Touch-Bedienung. Je nach Anwendungsfall ist diese auch gar nicht erwünscht, da ein echtes taktiles Schaltgefühl in Form von Druckpunkt und Hub nicht darstellbar ist. Gerade wenn keine kognitive Bedienung möglich ist, sind herkömmliche elektromechanische Lösungen die erste Wahl.

Aber was ist eigentlich herkömmlich? Unter diesem Begriff fasst man in erster Näherung Tastaturen aus Einzelkomponenten (diskreten Tasten) und Flacheingabesysteme (Folientastaturen, Silikonschaltmatten) zusammen.

Tastatur aus Einzelkomponenten

Spricht man von einer Tastatur, denkt man in aller Regel zuerst an einen Computer oder ein Laptop. Solche Tastaturen sind dadurch charakterisiert, dass die Vielfalt der Tasten eher gering ist, aber bestimmte Anforderungen an den Tastenhub oder der Betätigungskraft erfüllt sein müssen. Diese lassen sich am einfachsten durch Verwendung von Einzeltasten verwirklichen.

Der Aufbau mit diskreten Tastern hat jedoch einen wesentlichen Nachteil in der Handhabung. Auf eine Leiterplatte muss eine Vielzahl von Einzelkomponenten aufgelötet werden und jede Lötstelle bildet einen kritischen Punkt hinsichtlich der Zuverlässigkeit der Tastatur. Jeder Tastenkopf benötigt einen individuellen Aufdruck, was Kosten bei der Materialverwaltung und Lagerhaltung verursacht. Und schließlich muss die Konstruktion Lösungen finden, das vergleichsweise wuchtige Gebilde sicher im oder am Gerät zu befestigen.

Folientastatur

Folientastaturen finden sich häufig an Sportgeräten – wie Ergometern, Cross-Trainern oder Laufbändern, Verkaufsautomaten – aber auch in robusten und tragbaren Geräten – etwa in mobilen Messgeräten, Roboter-Rasenmähern oder ähnlichen. Für den Bediener sichtbar ist eine Kunststofffolie – gegebenenfalls mit Fenstern, hinter denen sich Displays, Ziffernanzeigen oder Leuchtdioden befinden. Diese Frontfolie (auch Grafikfolie genannt) wird häufig geprägt, um dem bedienenden Finger im Bereich der Tasten eine gewisse Führung zu geben. Üblich sind für Tasten die umlaufenden Randprägungen, flächig erhabene Prägungen auf der gesamten Taste und blasenförmige Prägungen. Auch wenn eine Tastenbeschriftung im Braille-Code gewünscht ist – etwa, wenn die Anwendung im öffentlichen Raum zum Einsatz kommt – bietet sich die Prägung der Frontfolie an.

Folientastaturen bieten nahezu zahllose Ausführungs- und Designmöglichkeiten. Knitter-Switch

Das Synonym „Grafikfolie“ weist unmissverständlich auf einen bedeutenden Vorteil hin: Die grafischen Gestaltungsmöglichkeiten sind nahezu unbegrenzt. Im Gegensatz zu Tastaturen aus Einzelkomponenten, die lediglich runde oder rechteckige Tasten erlauben, sind hier beliebige Tastenkonturen ohne Mehrpreis realisierbar. Farben lassen sich nach Herzenslust für Firmenzeichen, Corporate Designs oder die optische Gliederung der Fläche einsetzen. Die Bedruckung erfolgt dabei stets von der Rückseite, sodass man sich über Abriebfestigkeit wenig Gedanken machen muss.

Meterial der Folien

Als Ausgangsmaterial für Frontfolien wird Polyester- oder Polykarbonat-Film verwendet – Materialien also, die temperaturfest und widerstandsfähig gegen allerlei Einflüsse sind.  Sie machen die Tastatur beispielsweise ölresistent für Anwendungen in der Produktion oder Werkstatt beziehungsweise sorgen im Outdoor-Einsatz für die UV-Beständigkeit der Farben. Zusätzlich zu den verschiedenen Prägungs- und Bedruckungsvarianten kann der Designer auch aus verschiedenen Strukturen wählen: Glänzend, matt oder texturiert  – sogar eine Kombination, wie aus einer matten Folie mit hochglänzendem Tastenknopf, ist möglich. Finessen wie elektrische Schirmung, auswechselbare Beschriftung, diverse Illuminationen und so weiter erweitern die Einsatzmöglichkeiten.

Schutzpapier abziehen, Kabel verlegen, aufkleben – die Montage einer Folientastatur ist denkbar einfach und schnell. Knitter-Switch

Auf der Rückseite schließt eine selbstklebende Schicht die Folientastatur ab. Die Montage der Tastatur ist damit ganz simpel: Schutzpapier abziehen, Kabel verlegen und aufkleben. Nebenbei lässt sich ein Effekt wie er sonst nur bei Sensortasten oder „Touch-Panels“ zu erreichen ist, auch mit Folientastaturen erzielen: Wenn der Tastenhub recht klein ist, gibt es keinen spürbaren Hub oder Druckpunkt. Die Auswertung bleibt dennoch denkbar einfach: Da es sich um „richtige“ elektromechanische Kontakte handelt, sind weder Hilfsenergie noch Controller nötig. Das bedeutet im Umkehrschluss geringere Kosten, ein einfacheres Design und eine höhere Energieeffizienz.

Einen Nachteil gibt es allerdings doch – die dritte Dimension: Wenn die Tastatur nicht nur lang und breit sein soll, sondern auch noch „hoch“ hinsichtlich Tasten-Form und/oder -Hub, dann sind einer Folie physische Grenzen gesetzt. Silikontasten hingegen können auch in die Höhe gehen, bis zu mehreren Zentimetern.

Silikonschaltmatte

Silikonschaltmatten werden zum Beispiel für Fernbedienungen im Multimedia-Bereich eingesetzt.
Genau wie man das von Silikongummi erwartet, lassen sich damit größere Hübe und damit eine charakteristische taktile Rückmeldung erzielen. Betätigungswege bis zu 4 mm sind problemlos realisierbar.

Folientastaturen bieten nahezu zahllose Ausführungs- und Designmöglichkeiten. Knitter-Switch

Damit das Ganze nicht nur mechanisch, sondern auch elektrisch funktioniert, befindet sich an der Unterseite jeder Taste eine leitfähige Scheibe (oder deren mehrere), klassisch aus Kohlenstoff (Carbonpille), alternativ aus verschiedenen leitfähigen Materialmischungen oder sogar mit Goldoberfläche. Letztere hat einen niedrigeren Widerstand, was den Stromverbrauch reduziert und damit die Laufzeit der Anwendung erhöht – ein Plus vor allem für batteriebetriebene Geräte. Das Gegenstück dazu ist auf einer unter der Matte befindlichen Platine angebracht: Eine Struktur, meist in Form zweier ineinandergesteckter Kämme, deren Leiterzüge bei Tastendruck durch die Scheibe kurzgeschlossen werden.

Materialinhärente Eigenschaften von Silikongummi, wie ein breiter Einsatztemperaturbereich und eine einfache – und damit preisgünstige – Formbarkeit, schlagen ebenfalls positiv zu Buche. Für Silikon spricht oft die lange Lebensdauer der daraus angefertigten Tastaturen. Umso wichtiger ist es auch für die Tastenbeschriftung eine dauerhafte Lösung zu haben – denn was nützt die langlebigste Tastatur, wenn keiner mehr weiß, was da mal draufstand? Abriebfeste Siebdruckfarben, verschiedene Beschichtungen (etwa von Lackierung bis hin zu PU-Beschichtung) sowie Laserbeschriftungen sind passende Lösungen. Im Zusammenspiel mit verschiedenen Gummifarben (auch mehrere pro Tastatur sind möglich) und Beleuchtung ergibt sich somit eine attraktive Möglichkeit, die Silikonschaltmatten zu gestalten.

Elektromechanische Eingabesysteme: Kombinationen aus mehreren Technologien

Und wenn es mal was ganz anderes sein soll: Eine Tastatur mit Frontplatte und Tastenknöpfen aus Edelstahl wirkt nach außen robust, der Unterbau ist eine kostensparende Flachtastatur.

Nicht ganz, aber doch ein wenig anders sind Tastaturen, die die Merkmale beider zuletzt beschriebener oder weiterer Technologien kombinieren. Denkbare Anwendungen finden sich beispielsweise in der Medizintechnik und im Pflegebereich, wo ausgeprägte Haptik bei gleichzeitig guten Reinigungsmöglichkeiten erforderlich ist. So lässt sich eine Silikonschaltmatte mit Ausschnitten für zum Beispiel ein Display versehen und die Oberfläche, Tasten ausgenommen,  mit einer PE-Folie verkleiden.

Elektromechanische Eingabesysteme nach dem Touch-Prinzip erschließen völlig neue Anwendungsgebiete und bieten auch handfeste Vorteile.  Das Gros der Applikationen kann jedoch ebenso sicher mit den hier beschriebenen kontaktgebenden Verfahren preisgünstig bedient werden.

Entscheidend bei jeder Lösung ist die individuelle Anpassung auf die jeweilige Anwendung. Dies betrifft sowohl die Abmessungen als auch Umgebungsanforderungen oder Designwünsche. Um dabei das Optimum aus Anforderung und Kosten zu erzielen, unterstützen die Applikationsingenieure und Produktmanager beim Distributor Rutronik in enger Zusammenarbeit mit dem Spezialisten für Folientastaturen und Silikonschaltmatten Knitter-Switch die Kunden weltweit.

(jck)