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Bild 1: Hochauflösende Touchdisplays bündig und an die Gehäuseform angepasst: Das Universal-Case-System (UCS) mit 7-Zoll-Touchdisplay. (Bild: Phoenix Contact)

| von Hermann Langlitz

Eckdaten

Das Industrieumfeld ist geprägt durch vernetzte Steuerungssysteme, die stationär und mobil arbeiten. An der Schnittstelle zum menschlichen Systembediener ermöglichen zeitgemäße Gehäuse und Displays – wie sie von Phoenix Contact angeboten werden – den sicheren und zuverlässigen Betrieb smarter Geräte auch im Industrieumfeld.

Mit der fortschreitenden Entwicklung der Industrieelektronik wachsen auch die Anforderungen an die Elektronikgehäuse. Dabei treten umfassende Systemlösungen immer deutlicher in den Vordergrund. Gerätehersteller sind primär auf die anspruchsvolle Elektronik im Gerät spezialisiert – wenn dann für die „Verpackung“ ein Gehäuse benötigt wird, sind Elektromechanik-Experten gefragt.

Der Markt hält eine Vielzahl von Gehäuselösungen bereit, die für die Display-Integration vorgesehen sind. Dem Elektronikentwickler wird es oft selbst überlassen, ein passendes Display auszuwählen und sich dabei auch um die elektromechanische Integration desselben zu kümmern. Ein umfassendes Angebot an Displays macht die Auswahl und die Integration nicht einfach.

Integration muss einfacher werden

Seit Jahren lässt sich beobachten, dass sich die Bediengewohnheiten sogenannter smarter Geräte aus der Freizeit- und Unterhaltungselektronik auch in der industriellen Gerätetechnik ausbreiten. So geht zum Beispiel das Unternehmen Japan Display, ein Gemeinschaftsunternehmen der Firmen Sony, Toshiba und Hitachi, das Flüssigkristall-Bildschirme herstellt, davon aus, dass im Jahre 2022 700 Millionen Display-Einheiten in neuen Industrien abseits der sogenannten Consumer Electronics eingesetzt werden (Bild 2). Auch die Gehäuse für die zahlreichen unterschiedlichen Displays und Touchscreens rücken dabei in den Fokus.

Bild 2: Displays auf dem Vormarsch: in vielen Bereichen des Alltags sind sie nicht mehr wegzudenken – immer häufiger werden sie in professionellen und industriellen Anwendungen eingesetzt.

Bild 2: Displays auf dem Vormarsch: In vielen Bereichen des Alltags sind sie nicht mehr wegzudenken. Immer häufiger werden sie in professionellen und industriellen Anwendungen eingesetzt. Japan Display Inc

Bild 3: Plug

Bild 3: Plug & Play: Das 2,4-Zoll-TFT-LCD-Display lässt sich leicht in die Gehäuse ME und ME-IO einrasten. Farbvarianten des Rahmens dienen der Individualisierung. Phoenix Contact

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Bild 4: Ergonomisches Gerät für den Barcode: das Handheld-Case-System gibt es in T-Form mit Display und Folientastatur. Phoenix Contact

Dies ist der Markt, in dem Phoenix Contact seine neuen Gehäuselösungen für die Integration von Displays positioniert. Angeboten werden passgenaue LCDs (Liquid Crystal Display) mit einer Auflösung von bis zu 1024 × 768 Pixel, sowohl TFT-Farb-LCDs als auch andere passive LCDs. Dabei erstrecken sich die Einsatzgebiete auf Tragschienen-, Handheld- oder große Display-Träger­geräte. Anwendungsbeispiele sind hier Energiemessgeräte in Installationsverteilern, Barcode-Scanner in der Logistik oder Bedienterminals an Werkzeugmaschinen.

So bieten die modularen Elektronik-Gehäusesysteme von Phoenix Contact mit zahlreichen Funktionen, von der vielseitigen Geräteanschlusstechnik bis zum hochpoligen Tragschienen-Busverbinder, eine umfassende und flexible Gehäuse-Lösung für die Tragschiene. Ebenso lassen sich Gehäuse wie die modularen Elektronikgehäuse ME und ME-IO für den Einbau eines TFT-Displays vorbereiten. Das Display mit dem speziell konstruierten Rahmen lässt sich auf der Frontseite einrasten. Der dafür vorgesehene Ausschnitt wird passgenau gefräst an der vom Kunden gewünschten Position. Durch die abgesetzten Rasthaken des Rahmens ist der Einbau auch in verschiedenen Gehäusen mit unterschiedlichen Wandstärken problemlos möglich (Bild 3).

Die Handheld-Gehäuse der Serie HCS und die Display-Trägergehäuse der Serie DCS wurden für den mobilen und für den stationären Einsatz konzipiert. Außerdem sind die Gehäuse für den Einbau von passiven LCDs vorbereitet. Diese können mithilfe genau abgestimmter Montage-Kits, die eine Befestigungsplatte, Abstandshülsen und Schrauben umfassen, befestigt werden. Das Fenster kann mit einem Acrylglas oder mit einem Touchscreen versehen werden. An den Stirnseiten finden sich Durchbrüche, die für das Anschlusskabel sowie für andere Geräteschnittstellen vorgesehen sind.

Eine Rundschnurdichtung erhöht die Schutzart auf IP54. Darüber hinaus sind zahlreiche Gehäuse für den Einbau von Folientastaturen vorgesehen. Bei der Arbeit mit handgeführten Geräten zur Datenerfassung – etwa im Logistikumfeld – ist die Belastung des Bedieners hoch. Ein Touchscreen würde den Bediener dort eher behindern, da er sich stark auf den Bildschirm konzentrieren muss. In diesem Fall ist eine physische Bedienung vorteilhaft (Bild 4).

Thema der nächsten Seite: Technologie der Liquid-Chrystal-Displays

In den Displays für Elektronikgehäuse von Phoenix Contact werden spezielle Flüssigkristalle eingesetzt, die die Polarisationsrichtung von Licht beeinflussen können, um Zeichen und Grafiken darzustellen. Dabei wird Hintergrundlicht durch eine Folie polarisiert, die dann durch eine Flüssigkristallschicht passiert. In Abhängigkeit von der gewünschten Helligkeit dreht sich das Licht in der Polarisationsrichtung und tritt durch einen zweiten Polarisationsfilter wieder aus.

Die immer noch dominierende Display-Technologie ist TFT-LCD mit den sogenannten Thin-Film-Transistoren. Diese Displays enthalten eine Matrix von Dünnschichttransistoren, die auch als Aktivmatrix bezeichnet wird. Hinter jedem Pixel wird ein Transistor angesteuert. So können auch großflächige elektronische Schaltungen hergestellt werden. Für die Farbe wird jedes Pixel einer TFT-Matrix noch einmal in drei Subpixel unterteilt, die einen Farbfilter in rot, grün oder blau besitzen. In den Displays werden als Lichtquelle LEDs eingesetzt. Sie sind meist hinter, manchmal aber auch seitlich oder über der Anzeige angebracht, und ihr Licht wird durch Reflexion gleichmäßig auf die gesamte Anzeigefläche verteilt. Vor der Hintergrundbeleuchtung befindet sich ein horizontaler Polarisationsfilter, der nur die horizontal ausgerichteten, also polarisierten Anteile des Lichtes durchlässt.

Passive LCDs werden im Gegensatz zu den TFT-LCDs lediglich mit zwei Elektroden angesteuert. Bei den Elektroden handelt es sich um Streifen aus transparentem Indiumzinnoxid (ITO), die um 90° zueinander gedreht verlaufen. Dadurch entsteht eine Kreuzmatrix, über die sich jede LC-Zelle einzeln ansteuern lässt. LCDs können in positivem und negativem Modus erzeugt werden. Im positiven Modus ist das angetriebene Segment dunkler als der Hintergrund, LCDs verwenden daher Umgebungslicht und/oder eine Hintergrundbeleuchtung. Im negativen Modus ist das angetriebene Segment hingegen heller als der Hintergrund. Es wird vor allem verwendet, wenn ein hoher Kontrast mit Hintergrundbeleuchtung benötigt wird.

Industrietauglichkeit ist ein Hauptaspekt bei der Display-Auswahl. Die Verfügbarkeit wird über mehrere Jahre gewährleistet. Weil Elektronikgeräte häufig über Jahrzehnte im Einsatz sind, sind die Ansprüche an die elektronischen und mechanischen Komponenten hoch. Bei den eingesetzten Displays sind verschiedene Zuverlässigkeitstests wie Vibration und Thermoschock nach DIN EN 60068-2 Bestandteil der Qualifizierung. Darüber hinaus werden Betriebstemperaturen von -20 bis +70 °C und Lagertemperaturen von -30 bis +80 °C gewährleistet. Vorteilhaft ist auch die Helligkeit der Hintergrundbeleuchtung von bis zu 450 cd/m² sowie ein hoher Blickwinkel durch die eingesetzten FSTN-Panels. Die Lebensdauer der LED-Hintergrund­beleuchtung bestimmt die Lebensdauer des gesamten Displays. Sie wird in Stunden angegeben und über die Helligkeit definiert. Fällt die tatsächliche Helligkeit unter 50 % der angegebenen, spricht man auch vom Versagen der Hintergrundbeleuchtung.

Gehäuse online konfigurieren

Gehäuse, Displays und Zubehör wie Folientastaturen und Dichtungssätze lassen sich über den Konfigurator für Elektronikgehäuse webbasiert zusammenstellen. Außerdem können bei der Konfiguration des mobilen oder stationären Gehäusesystems auch die Leiterplattenanforderungen berücksichtigt werden. Über die Internet-Seite des Unternehmens wird der Konfigurator aufgerufen.

Dabei erhält der Nutzer nach der Zusammenstellung die benötigten 2D- und 3D-Daten für erste Vorklärungen. Im nächsten Schritt können die zusammengestellten Teile ab Stückzahl eins bestellt, und erste Prototypen entwickelt werden.

Anzeigesysteme in variantenreichen Ausführungen

Im Rahmen seiner langjährigen Erfahrungen im Bereich der Elektronikgehäuse hat Phoenix Contact sein Know-how bei der Realisierung kundenspezifischer Projekte im HMI-Bereich erweitert:

  • einfache Integration von Displays durch abgestimmte Montage-Kits
  • kapazitive und resistive Touchdisplays auf Anfrage
  • umfassende Ausstattung und Ergänzung für Elektronikgehäuse
  • Variationsmöglichkeiten durch kundenspezifische Bedruckung und Bearbeitung des Sortiments

Hermann Langlitz

Produktmanager, Business Unit Device Connectors Solutions, Phoenix Contact, Blomberg

(ah)

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