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Auf einen Blick

Die Bediensysteme des Glasscape-Programms eignen sich für raue Industrieumgebungen. Zwar sind Staub- und Nässeschutz, die Verschleißfreiheit und robuste Gehäuseausführungen obligatorische, aber nicht die einzigen Bedingungen für die Sicherheit von Anlagen und Prozessen. Die intelligente Eingabe-Auswertung minimiert das Risiko von unbeabsichtigten Fehleingaben und erhöht damit die Bediensicherheit deutlich. Sehr gute Ergebnisse werden durch eine individuelle, speziell an die Anforderungen des jeweiligen Verwendungszwecks ausgerichtete Abstimmung der Sensorik erzielt. Dazu gehört, dass die Arten möglicher Fehlbedienungen sowie die Medien, die am Einsatzort mit der Eingabeoberfläche in Kontakt kommen könnten, gemeinsam mit dem Kunden definiert und die Sensorik beziehungsweise der Touchcontroller entsprechend parametriert werden.

In Zeiten der Smartphones und Tablet-PCs wird der Begriff Touch-Bedienung meist nur mit Touchscreens assoziiert. Das Konzept der Glasscape-Systeme, die nach kundenspezifischen Anforderungen gefertigt werden, umfasst neben robusten Touchscreens auch Bedienlösungen, die je nach Bedarf nur über kapazitive Tasterfelder verfügen oder kapazitive Betätigungsfelder und Displays kombinieren. Dabei können die Betätigungselemente als Tasterfelder, Slider, Wheels oder Touchpads ausgeführt sein. Seit kurzem werden auch sehr große Touchscreens angeboten mit bis zu 24-Zoll-Bildschirmdiagonalen und hoher Auflösung, die bis zu 16 Eingaben beziehungsweise Berührungen gleichzeitig auswerten können und Fehleingaben durch versehentliche Berührung oder Kontakt mit flüssigen Medien erkennen und verwerfen.

Vorteile kapazitiver Touch-Bedienungen in rauen Umgebungen

Speziell im industriellen Einsatz bieten Touchsysteme durch den Verzicht auf elektromechanische Betätiger Vorteile bei der Verschleißfreiheit und Lebensdauer. Da sich mit der Verwendung kapazitiver Sensoren außerdem vollständig geschlossene Gehäusefronten gestalten lassen, ist die Elektronik im Inneren vollständig gegen das Eindringen von Staub und Flüssigkeiten geschützt. Von besonderem Nutzen ist dies im Pharma- und Lebensmittelbereich, da sich die durchgehenden und völlig glatten Oberflächen aus Glas ideal reinigen und desinfizieren lassen. Weil Beschriftungen und Symbole auf der Rückseite des transparenten Materials aufgedruckt werden, führt auch häufige Reinigung mit aggressiven Putzmitteln zu keinem Verblassen von Schrift oder grafischen Applikationen. Doch obwohl sich heute bei Smartphones und Tablet-PCs die kapazitive Sensorik durchgesetzt hat, ist immer noch der überwiegende Großteil aller Touch-Eingabesysteme im industriellen Einsatz mit resistiven Sensoren ausgestattet. Bei dieser deutlich billigeren Sensorik werden berührungsempfindliche Indiumzinnoxid-Folien (ITO-Folien) auf der Frontseite des Displays aufgebracht. Zur Betätigung muss Druck auf die Folie ausgeübt werden. Zwar lässt sich mit resistiven Touchsystemen eine hohe Auflösung erreichen, und sie sind unempfindlich gegen Schmutz und Wasser, jedoch können die Folien durch ihre ungeschützte Lage beschädigt werden und sie absorbieren bis zu einem Drittel der Display-Helligkeit. Zudem ist der Bedienkomfort durch die Notwendigkeit, einen bestimmten Druck auf die Oberfläche auszuüben, niedrig: Das Sensorprinzip ermöglicht keine Gestensteuerung oder echte Multitouch-Funktionalität.

Bauprinzip kapazitiver Sensoren

Bei kapazitiven Sensoren, wie sie auch für die Glasscape-Systeme verwendet, wird die sensitive Beschichtung auf der Rückseite der Eingabeoberfläche aufgebracht und ist dadurch vollständig vor Verschleiß oder mechanischen Einwirkungen geschützt. Das Prinzip kapazitiver Sensoren beruht auf einer Änderung des elektrischen Feldes zwischen einzelnen Sektoren des Sensors, sobald von außen eine Kapazität, also ein Finger oder ein Stift, angelegt wird. Es gibt drei unterschiedliche Bauarten. Für die Applikation von Tasterfeldern auf nicht transparenten Oberflächen werden Ausführungen in Kupfer verwendet mit klassischem Leiterplattenaufbau. Bei transparenten Trägerscheiben werden auf der Rückseite entweder ITO-Folien auflaminiert oder es wird per Sputterverfahren eine leitende TCO-Beschichtung aufgebracht, die danach per Laserverfahren strukturiert wird. Die so entstandenen Leiterbahnen auf den Folien beziehungsweise Beschichtungen bilden ein Raster. An den Kreuzungspunkten entsteht beim Anlegen einer Spannung ein elektrisches Feld, das sich durch die Berührung mit einem Finger verändert. Eine Auswerteelektronik errechnet aus den Veränderungen des Feldes die Koordinaten des Berührungspunkts. Da die Sensoren statt auf Druck nur auf das Anlegen einer Kapazität reagieren und dafür kein leitender Kontakt nötig ist, kann Sicherheits- oder Plexiglas für die Frontscheibe verwendet werden. Die Sensoren aus Folie oder Glas absorbieren nur rund zehn Prozent des Lichts und beeinträchtigen die Qualität der Bildwiedergabe nur unwesentlich. Ebenso eignet sich die Technik für Gestensteuerung und Multitouch, wobei die Bedienqualität maßgeblich von der Güte des verwendeten Touchcontrollers abhängt.

Für die Glasscape-Touchscreens wurden bis vor zwei Jahren in erster Linie Foliensensoren verwendet. Das Sensordesign dafür entwickelte der baden-württembergische Elektronikspezialist selbst und führte den komplexen Laminiervorgang im eigenen Hause durch. Die ITO-Folien fertigten Zulieferer aus dem asiatischen Raum. Doch der Smartphone- und Touchpad-Boom und die damit einhergehende große Nachfrage nach kapazitiven Sensoren führten zu Lieferengpässen. Die Hersteller konzentrierten sich angesichts der starken Nachfrage durch Smartphone-Anbieter häufig auf die Fertigung kleinerer Foliengrößen. Unerfreuliche Begleiteffekte waren zudem sinkende Qualität und steigende Lieferfristen. In der Folge entschied sich das Unternehmen, der Lieferunsicherheit mit der Eigenfertigung von Glassensoren zu begegnen.

Folien- oder Glassensor?

Glassensoren und Foliensensoren bieten jeweils spezifische Vor- beziehungsweise Nachteile. Welche Sensorausführungen für die Touchscreens verwendet werden, hängt von den angestrebten Bildschirmdiagonalen ab. Für die Herstellung kleinerer Touch-Displays sind Foliensensoren die kostengünstigere Lösung. Neben den geringeren Kosten zeichnen sie sich gegenüber Glassensoren zudem durch ein geringeres Gewicht aus. Bei großen Diagonalen verändert sich das Kostenverhältnis eindeutig zugunsten der Glassensoren. Hinzu kommt, dass Glassensoren einen niedrigeren Flächenwiderstand als ITO-Sensoren haben und die Umsetzung großer Touchscreens vereinfachen. Einen weiteren Vorteil hinsichtlich der Industrietauglichkeit bieten die Glassensoren durch den erweiterten Temperaturbereich von -40 bis +85 °C gegenüber Foliensensoren mit einem Temperaturbereich zwischen -20 bis +65 °C.

Hohe Medienbeständigkeit

Fast zeitgleich mit dem Beginn der Eigenproduktion von Glassensoren führte Rafi mit der Verwendung von maXTouch-Controllern von Atmel eine weitere entscheidende Innovation ein, die die Bedienqualität erhöhte und eine Grundlage zur Realisierung der 24-Zoll-Touchscreens bildete. MaXTouch-Controller sind derzeit die modernsten und stabilsten auf dem Markt erhältlichen Touchcontroller. Da die Integration umfangreiches Expertenwissen erfordert, arbeitet der Hersteller Atmel nur mit festen, eigens geschulten Systempartnern zusammen. Rafi ist einer von insgesamt sechs Partnern in Europa. Durch die Möglichkeiten der Feinabstimmung, die die maXTouch-Controller bieten, steigert sich die Bediensicherheit und damit die Industrietauglichkeit der Glasscape-Systeme beträchtlich. Die hohe Sensibilität der kapazitiven Sensoren, die hinsichtlich der komfortablen Bedienung ein großer Vorteil ist, kann zum Nachteil werden, wenn versehentliche Berührungen oder der Kontakt mit Wasser oder anderen Medien Fehleingaben auslösen. Hier gestatten maXTouch-Controller mit ihren vielfältigen Parametrierungsmöglichkeiten die Einrichtung effektiver Filtermechanismen. Bei passender Einstellung können die Touchcontroller an der Kontaktfläche und auch am Bewegungsmuster der Eingabe erkennen, ob die Eingabe versehentlich oder vorsätzlich ausgelöst wurde. Beispielsweise lässt sich der Controller so parametrieren, dass er ungewöhnlich großflächige Eingaben, wie sie typischerweise nur durch Handballenauflage oder verlaufende Flüssigkeiten hervorgerufen werden, als Fehleingabe ignoriert. Darüber hinaus lassen sich die Filter so präzise auf Flüssigkeiten abstimmen, dass die touchsensiblen Eingabeoberflächen auch in nassem Zustand problemlos zu bedienen sind. Reinigungsmittel werden so „herausgefiltert“, dass sich die Eingabeoberflächen während des Betriebs reinigen lassen. Die Kriterien für uneingeschränkte Industrietauglichkeit erfüllen sie auch bei der elektromagnetischen Verträglichkeit, die die Anforderungen der Industrienorm sogar übertrifft. Die Controller verfügen über eine ESD-Festigkeit bis 20 kV. Mit den leistungsfähigsten Modellen sind aufgrund der hohen Knotendichte hochpräzise Eingaben inklusive Multitouch-Fähigkeit für bis zu 16 Finger realisierbar. Zusätzlich lassen sich mit dem Controller auch bis zu 16 separate Tasten einbinden.

Carmen Hanser

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ist Glasscape-Produktmanagerin bei Rafi.

(ah)

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