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Auch raumgreifende Vorbauten, die weit größer als die Displayfläche selbst sind, bieten bei ungünstigem Sonnenstand viel zu wenig Schatten.
Die Anzeige bisher üblicher HMI-Systeme wird bei starkem Sonneneinfall deutlich überstrahlt.
Die neuen Displays bleiben besser lesbar.
Mit mehreren Polarisationsfiltern übereinander lenken die Displays auch stark strahlendes Sonnenlicht ab – ohne zu starke Abdunkelung des LED-Backlights.
Intern sind die Panel-PCs mit den neuen Displays aus separat explosionsgeschützten Modulen aufgebaut.

Auch bei überdurchschnittlich leuchtstarken Anzeigen empfindet ein Betrachter an einem sonnigen Tag den reflektierten Anteil an Umgebungslicht noch immer als mindestens doppelt so hell wie die auf einem TFT-Display erzeugten Bilder. In der physiologisch relevanten Einheit ausgedrückt steht etwa der Leuchtdichte eines High Brightness LED-Displays, die typischerweise um 1.000 cd/m² beträgt, einfallendes Sonnenlicht mit einer Helligkeit von häufig etwa 400.000 cd/m² gegenüber. Auch Displays mit Antireflex-Beschichtung reflektieren davon noch Strahlen mit einer Leuchtkraft von rund 2.000 bis 3.000 cd/m² zum Betrachter. Mit einer üblicheren, im Verbrauch günstigeren und auch thermisch unproblematischeren Standard-Hinterleuchtung, die unter 500 cd/m² erreicht, ergibt sich eine noch ungünstigere Konstellation. Bei bedecktem Himmel fällt der Blendeffekt zwar schwächer aus, macht sich jedoch trotzdem zu oft störend bemerkbar.

Zu wenig Schatten oder helle, aber heiße Backlights

Gleißende Reflexionen auf HMI-Displays erschweren nicht nur das Bedienen von Maschinen oder Anlagen. Bei Systemen, die für kritische Beobachtungsaufgaben zum Einsatz kommen, können sie auch ein zusätzliches Sicherheitsrisiko mit sich bringen. Maßnahmen, um Spiegelungen und Blendungen zu verhindern beziehungsweise trotz dieser eine gute Lesbarkeit der Anzeige zu erreichen, setzten bisher vor allem an zwei Punkten an. Einerseits wurden die Bildschirme überbaut, um sie ausreichend zu beschatten. In der Praxis erwies sich dies in vielen Fällen als unzulängliche Lösung. Bei ungünstigem Sonnenstand blieb der Schattenwurf auch trotz sperriger, reichlich unpraktischer Vorbauten oder großer hochgeklappter Deckel unzureichend.

Andererseits oder ergänzend dazu kamen leuchtstarke Backlights zum Einsatz, mit denen dem hellen einfallenden Licht eine ebenso hell oder noch heller hinterleuchtete Anzeige entgegengesetzt werden sollte. Diese Lösung hat den Nachteil, dass sich der Energieverbrauch der Leuchten schnell verdoppelt oder noch weiter erhöht, was auch bei prinzipiell sparsamen LEDs problematisch ist. Obwohl sie deutlich weniger Verlustleistung abführen als Glühlampen, setzen auch Leuchtdioden über 85 % der aufgenommenen Energie nicht in Licht, sondern in Abwärme um. Bei einer typischen Verbrauchssteigerung von 7 W – für eine normale LED-Hinterleuchtung – auf mindestens 16 W – für ein High Brightness Display mit einer Leuchtdichte von 1.000 cd/m² – steigen allein für die Beleuchtung die Temperaturen im Inneren eines HMI-Systems enorm an. Dies beeinträchtigt die Funktionstüchtigkeit und die Lebensdauer aller verbauten Komponenten dementsprechend stark. Bei Bedien- und Beobachtungstechnik für explosionsgefährdete Bereiche kommt erschwerend hinzu, dass bestimmte Energielimitierungen und maximale Oberflächentemperaturen einzuhalten sind. Bei der Temperaturbelastung muss in Ex-Systemen außerdem berücksichtigt werden, dass alle Komponenten der Geräte lüfterlos und üblicherweise komplett eingeschlossen ausgelegt werden müssen, da Eigensicherheit bei HMIs technisch nicht realisierbar ist. Zu guter Letzt ist auch dann, wenn diese Umstände beherrscht werden können, in der Praxis auch mit einer helleren Hinterleuchtung eine überzeugende Bilddarstellung mit nur wenigen störenden Reflexen bei konventionellen Displays kaum zu erreichen.

Technik im Detail

Polarisationsfilter
Ein Polarisationsfilter (auch: Polfilter) lässt nur bestimmt ausgerichtetes (polarisiertes) Licht beziehungsweise Lichtwellen durch. Man kann sich einen Polarisationsfilter als eine Konstruktion mit vielen eng beieinanderstehenden Gitterstäben vorstellen. Steht das Gitter senkrecht, können nur die senkrecht schwingenden Partikel passieren, die waagerecht schwingenden werden zurückgehalten. Vor allem in der Fotografie kommen Polarisationsfilter zu Einsatz, um störende Reflexionen zu verringern und Farben satter erscheinen zu lassen.

Quelle: schneiderkreuznach.com, wikipedia.org

Polfilter lenken Sonnenlicht ab

Ein dritter potenzieller Lösungsweg, der Einsatz von Polarisationsfiltern, brachte zunächst ebenfalls nur unbefriedigende Ergebnisse. Typischerweise war entweder die Reflexionsunterdrückung zu gering oder die Dämpfung der eigenen Hinterleuchtung der Geräte fiel zu stark aus. Unterm Strich verbesserte sich die Ablesbarkeit für die Benutzer der Systeme in beiden Fällen eher geringfügig. Vor kurzem jedoch gelang eine erfolgreiche Umsetzung des Konzeptes, eine Kombination mehrerer Polarisationsfilter effektiv über- beziehungsweise hintereinander anzuordnen. Einfallendes Umgebungslicht lenkt dieses Filterpaket zur Seite hin ab. Zugleich werden die Helligkeit der Hinterleuchtung und die Bilddarstellung für den Betrachter kaum beeinträchtigt. Die jetzt implementierte Lösung ist nicht auf besonders helle LEDs angewiesen. Zwar können die Sunlight readable Displays, die nun als Option für die beschriebenen Anwendungsfälle angeboten werden, bis 1.000 cd/m² hell gedimmt werden, sie erreichen jedoch auch bei starkem Umgebungslicht bereits mit einer Hintergrund-Helligkeit von 700 bis 800 cd/m² eine gut lesbare Darstellung.

Ex-geschützt und gut lesbar

Angeboten wird das neue Display mit 15″-Diagonale im ersten Schritt für das Modell ET-436 aus der Open-HMI-Familie. Die Ex-geschützten Geräte dieser Serie sind mit CPUs der Intel-Atom-Baureihe ausgerüstet. Die stromsparende Architektur dieser Prozessoren verringert interne Wärmeverluste und sorgt dafür, dass im Dauerbetrieb bei bis zu 50 °C am Einsatzort durchweg die volle Systemleistung verfügbar bleibt. Kurzfristig werden Temperaturspitzen bis 55 °C toleriert. Die untere Temperaturgrenze für den Betrieb der Systeme liegt bei ­30 °C. Konstruktiv baut die für die Gas- und Staub-Ex-Zonen 1, 21, 2 und 22 zertifizierte Serie auf ein servicefreundliches Design: Im geschlossenen Gehäuse finden interne, separat explosionsgeschützte Module Platz, die sich bei Bedarf einzeln wechseln lassen. Zum Einsatz kommen unterschiedliche, effektive und praktische Zündschutzarten. So sind beispielsweise CPU und Stromversorgungsbaugruppe durch druckfeste Kapselung (Ex d) geschützt, der Inverter hingegen meist durch Verguss (Ex m). Auf Ventilatoren und andere bewegte Teile wird komplett verzichtet. Auch ein Einsatz bei Vibrationen und ähnlichen mechanischen Beanspruchungen in rauer Umgebung ist bei Panel-PCs dieser Bauart unproblematisch. Ihr Touchscreen macht sie komfortabel – auch Bedienpersonal in Schutzanzügen kann mit Handschuhen ohne Schwierigkeiten daran arbeiten. Die Geräte bieten aufgrund ihrer offenen Plattform softwareseitig hohe Flexibilität und können durch ihr vorinstalliertes Windows-Betriebssystem sofort in Betrieb genommen werden. Ihr Lebenszyklus erstreckt sich auf über 50.000 Stunden. Für die Geräte liegen zahlreiche internationale Zulassungen vor. Als optionales Zubehör stehen bei Bedarf separate Tastaturen und Zeigerinstrumente sowie spezielle Eingabegeräte wie Mifare- oder Barcode-Leser zur Verfügung.