Der Controller sorgt  für zuverlässiges Bedienen, auch wenn sich Wasser auf der Eingabeoberfläche befindet.

Der Controller sorgt für zuverlässiges Bedienen, auch wenn sich Wasser auf der Eingabeoberfläche befindet.Rafi

Anders als Bediensysteme mit elektromechanischen Komponenten – und auch anders als resistive Systeme, bei denen zur Bedienung Druck nötig ist – besteht bei kapazitiven Systemen prinzipbedingt ein Risiko für Fehleingaben, beispielsweise durch Feuchtigkeit oder Flüssigkeiten, die auf die Eingabeoberfläche gelangen. Eine weitere Fehlerquelle sind versehentlich getätigte Eingaben, beispielsweise, wenn sich der Bediener auf der Oberfläche abstützt, diese mit dem Handballen streift oder bei ungezielten Bewegungen Tastenfelder unbeabsichtigt berührt.

Solche ungewollten Berührungen dürfen speziell im industriellen Einsatz keine Betätigung auslösen. Trotzdem müssen die Sensoren aber empfindlich genug reagieren, damit ein Bediener auch mit Arbeits- oder hygienischen Latexhandschuhen mit den Eingabesystemen arbeiten kann. Aus diesen Gründen muss jedes kapazitive System auf die Anforderungen des jeweiligen Verwendungszwecks abgestimmt werden. Dafür ist es notwendig, dass die Arten möglicher Fehlbedienungen sowie die Medien, die am Einsatzort mit der Eingabeoberfläche in Kontakt kommen könnten, zuvor definiert und die Sensorik oder der Touchcontroller entsprechend parametriert werden. Die Güte der Feinabstimmung hängt dabei von der Erfahrung der Entwickler und maßgeblich von den Parametrierungsmöglichkeiten ab, die der verwendete Touchcontroller bereitstellt. Somit ist für das erfolgreiche Realisieren eines industrietauglichen kapazitiven Touchscreens sowohl die Auswahl des richtigen Controllers als auch eine Zusammenarbeit mit Integrationsexperten notwendig.

Technik im Detail

Resistive Touchsysteme

Während heute beim überwiegenden Teil der IT- und Verbrauchergeräte mit Touch-Funktionalität kapazitive Sensoren zum Standard gehören, verfügen noch immer rund 90 % aller Touch-Eingabesysteme in industriellen Anwendungen über resistive Sensoren. Dieses kostengünstige Verfahren basiert auf dem Spannungsteiler-Prinzip zwischen zwei leitenden, transparenten Folien auf der Display-Oberseite. Wird mit dem Finger oder Stift Druck ausgeübt, berühren sich die Schichten und an der Kontaktstelle fällt ein Teil der anliegenden Spannung über die gegenüberliegende Folie ab. Durch eine kreuzweise Anordnung der aufgedampften Leiterbahnen lassen sich die Berührungskoordinaten ermitteln. Scharfkantige Gegenstände können die resistiven Touchsysteme aber leicht beschädigen. So kann beispielsweise ein häufiges Bedienen mit dem Kugelschreiber das Touch-Feld zerstören. Zudem verfügen resistive Touchscreens nur über eine Lebensdauer von rund 500.000 Betätigungen. Außerdem absorbieren die Folien bis zu 30 % der Display-Helligkeit, das Prinzip gestattet keine Multitouch-Funktionalität und nur eingeschränkte Gestensteuerung. In Zeiten, in denen sich die meisten Anwender durch aktuelle Smartphone- und Tablet-Modelle an leichtgängige Eingabe und Mehrfingerbedienung gewöhnt haben, ist der geringe Bedienkomfort ein handfestes Gegenargument.

Mit entsprechender Parametrierung führt auch die Reinigung der Oberfläche im laufenden Betrieb zu keinen Fehlbedienungen.

Mit entsprechender Parametrierung führt auch die Reinigung der Oberfläche im laufenden Betrieb zu keinen Fehlbedienungen. Rafi

Der richtige Controller macht den Unterschied

Rafi, ein Hersteller von elektromechanischen Bauelementen und Bediensystemen für die Mensch-Maschine-Kommunikation, setzt für seine Touchsysteme der Glasscape-Serie seit zwei Jahren auf die Controller Maxtouch von Atmel. Die Touchcontroller sind in kostenoptimierten Versionen mit abgestuftem Leistungsumfang verfügbar. Mit den leistungsfähigsten Modellen, die Rafi für seine neuen 24″-Touchscreens verwendet, lassen sich aufgrund der hohen Knotendichte präzise Eingaben inklusive Multitouch-Fähigkeit für bis zu 16 Finger realisieren. Zusätzlich lassen sich mit dem Controller bis zu 16 separate Tasten einbinden.

Die Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) der Controller liegt über den durch die aktuelle Industrienorm vorgegeben Werten. Die Controller haben außerdem ihre ESD-Festigkeit (Elektrostatische Entladung) bis 20 kV bewiesen. Daneben verfügen sie über viele Parametrierungs- und Filtereinstellungen, mit denen sich die Sensibilität an die Kundenanforderungen anpassen lässt und Fehlbedienungen ausgeschlossen werden können. Die Wasserempfindlichkeit oder -unempfindlichkeit der Controller lässt sich beispielsweise so einstellen, dass die Oberflächen mit einigen Hygieneprodukten auch während des Betriebs gereinigt werden können. Letztlich müssen aber alle Medien vorab getestet und die Controller darauf abgestimmt werden. Auch Fehleingaben durch versehentliche Berührungen oder unbeabsichtigte Auflage des Handballens lassen sich ausfiltern. Der Controller kann über das Bewegungsmuster einer Eingabe erkennen, ob eine Betätigung beabsichtigt war oder ob eine seitlich abgleitende Bewegung darauf schließen lässt, dass die Eingabe nicht beabsichtigt war. Ebenso werden großflächige Eingaben, wie sie typischerweise nur durch Handballenablage hervorgerufen werden, ausgefiltert.

Technik im Detail

Kapazitive Touch-Systeme

Beim kapazitiven Eingabeverfahren werden entweder ITO-Folien (Indium-Zinn-Oxid-Folien) auf die Rückseite einer transparenten Trägerscheibe laminiert oder es wird per Sputter-Verfahren eine Beschichtung aus transparentem, elektrisch leitfähigem Oxid aufgebracht, die sich anschließend per Laser- oder Lithografie-Prozess strukturieren lässt. Wie auch beim resistiven Verfahren bilden die Leiter auf den gegenüberliegenden Folien oder Beschichtungen ein Raster, an dessen Kreuzungspunkten ein elektrisches Feld entsteht. Wenn eine Kapazität angelegt wird – sprich: ein Finger die Scheibe berührt – ändert sich das Feld. Eine Auswerteelektronik misst die Ströme und errechnet daraus die Koordinaten des Berührungspunkts. Da kapazitive Sensoren, anders als resistive, nicht mit Druck betätigt werden, lässt sich für die Frontscheibe beliebiges nicht leitendes Material verwenden. Und da für die kapazitive Kopplung kein leitender Kontakt nötig ist, können robuste Systeme mit Scheiben aus Sicherheits- oder Plexiglas gebaut werden. Außerdem sind vollständig geschlossene Gehäusefronten möglich, die das Innere vor Staub und Flüssigkeiten schützen. Solche Systeme eignen sich für den Pharma- und Lebensmittelbereich, da die glatten Oberflächen einfach zu reinigen sind Die Lichtdurchlässigkeit der kapazitiven Sensorik liegt mit annähernd 90 % höher als bei resistiven Systemen und gestattet eine brillante Farbwiedergabe.

Auch unbeabsichtigte Eingaben, zum Beispiel durch Abstützen mit dem Handballen, werden ausgefiltert.

Auch unbeabsichtigte Eingaben, zum Beispiel durch Abstützen mit dem Handballen, werden ausgefiltert.Rafi

Für den Einsatz in der Medizin prädestiniert

Die mit dem Touchconoller sensibilisierten Bediensysteme sind bereits im Einsatz – auch im kritischen Bereich. So fertigt der Hersteller für einen international tätigen Hersteller von Medizingeräten kapazitive Bedienpanels für stationäre und mobile Ultraschallgeräte, die zum Beispiel in der Notfallambulanz eingesetzt werden. Hierfür ist das Gerät vollständig EM-verträglich. Den zentralen Vorteil bietet das Panel durch seine hygienischen Eigenschaften: Die glatte und geschlossene Eingabeoberfläche, die komplett auf Tasten und andere elektromechanische Komponenten verzichtet, ist schnell und gründlich mit scharfen Reinigungsmitteln entkeimbar. Auch hier spielt die funktionale Medienbeständigkeit eine wichtige Rolle, da es die behandelnden Ärzte kaum vermeiden können, mit ihren Händen Ultraschall-Gel oder auch Körperflüssigkeiten der verletzten Patienten auf dem Panel zu hinterlassen.

Das Unternehmen stellte die industrietaugliche Bedieneinheit, bei der ein Touchscreen und ein kapazitives Tastenfeld unter einer gebogenen, durchgängigen Glasplatte angeordnet sind, erstmalig auf der letzten Electronica vor.

Das Unternehmen stellte die industrietaugliche Bedieneinheit, bei der ein Touchscreen und ein kapazitives Tastenfeld unter einer gebogenen, durchgängigen Glasplatte angeordnet sind, erstmalig auf der letzten Electronica vor.Rafi

Dass sich mit der kapazitiven Technik auch neue Möglichkeiten für die Ergonomie ergeben, zeigt die Möglichkeit, das Panel in einen ‚Simplicity-Mode‘ zu schalten. Für die vereinfachte, intuitive Bedienung bei medizinischen Indikationen, für die nur eine bestimmte Auswahl der Gerätefunktionen erforderlich ist, lassen sich die nicht benötigten Bedienfelder einfach deaktivieren. Neben ihrer Funktion wird auch die Hinterleuchtung abgeschaltet, wodurch diese Bedienfelder gänzlich verschwinden und sich die gesamte Eingabeoberfläche auf wenige zentrale Funktionen verringert.