Resistive Touchscreens lassen sich auch mit Handschuhen bedienen und sind unempflindlich gegenüber Verschmutzungen.

Resistive Touchscreens lassen sich auch mit Handschuhen bedienen und sind unempflindlich gegenüber Verschmutzungen.Penta

Hinsichtlich der Vorteile von Industrie-PCs mit Touchscreen herrscht weitestgehend Einigkeit. Aber bei der Wahl der Technologie sieht es anders aus: Derzeit sind hauptsächlich zwei Varianten relevant: resistiv und kapazitiv. Resistive Touchscreens machen dabei im industriellen Umfeld den Löwenanteil aus; kapazitive sind in diesem Einsatzfeld derzeit eher noch eine Nischenlösung. Doch mit dem Erfolg von Smartphones und Tablets sowie wegen der hohen Verfügbarkeit kapazitiver Displays bieten immer mehr Anbieter von Industrie-PCs ihre Systeme auch mit dieser Touch-Technologie an. Hier scheinen sich allerdings einige Anbieter von den Entwicklungen im Consumer-Bereich mitreißen zu lassen und berücksichtigen bei der Produktentwicklung nicht die tatsächlichen Einsatzbedingungen in der Industrie. Sie lassen gerne außer Acht, dass kapazitive Displays daheim auf der Couch, wo ideale Bedingungen herrschen, zwar sehr gut funktionieren und vielfältige Anwendungsmöglichkeiten bieten. Doch in der Produktionshalle gelten andere Bedingungen, die es bei der Wahl der Touch-Technologie zu berücksichtigen gilt.

Handschuhe, ja oder nein?

Letztlich kann bereits eine einzige Frage darüber entscheiden, welche Technologie sich eignet: Tragen die Anwender im Unternehmen bei ihrer Arbeit Handschuhe? Wird diese Frage bejaht, fällt die Entscheidung leicht: Nur resistive Touchscreens lassen sich mit jeder Art von Handschuhen bedienen, ob aus dünnem Gummi oder dickem Leder. Und da es wenig effizient ist, ständig die Handschuhe auszuziehen, um den PC zu bedienen, fallen kapazitive Touchscreens als Option weg. Für präzise Eingaben, etwa Stück­listeneinträge bei geringer Zeilenhöhe, kann bei resistiven Bildschirmen zudem jedwede Eingabehilfe verwendet werden, zum Beispiel ein Kugelschreiber. Kapazitive Touchscreens erfordern hingegen spezielle Stifte.

Doch auch in Anwendungsbereichen, in denen die Nutzer keine Schutzhandschuhe tragen müssen, spielen resistive Touchscreens ihre Vorzüge aus. Denn im industriellen Arbeitsumfeld sind Staub, Dreck und mitunter auch hohe (Luft-)Feuchtigkeit die Regel. Unter diesen Bedingungen arbeitet die kapazitive Technologie nicht verlässlich. Resistive Touchscreens hingegen funktionieren auch dann noch zuverlässig, wenn Schmutz oder Flüssigkeit das Display bedecken. Und letzteres ist gerade in Bereichen der Lebensmittelproduktion oder im Logistik-Outdoor-Einsatz häufig der Fall.

Technik im Detail

Kapazitive Touchscreens

Bei kapazitiven Touch-Oberflächen wird durch Anlegen einer Spannung an Elektroden ein elektrisches Feld erzeugt. Bei Berührung mit dem Finger entsteht ein Ladungstransport und Sensoren an den Ecken registrieren die resultierenden Änderungen des elektrischen Feldes. Eine Weiterentwicklung ist der projiziert-kapazitive Touchscreen (PCT). Dieser erzeugt zahlreiche kleinere elektrische Felder, die nicht nur auf die Oberfläche, sondern auch leicht darüber projiziert werden. Da das elektrische Feld nur auf leitende Objekte reagiert, müssen kapazitive Touchscreen mit dem nackten Finger oder speziellen Handschuhen beziehungsweise Eingabestiften bedient werden.

Beschädigt heißt nicht kaputt

Im Produktionsalltag geht es häufig ruppig zu. Eine hohe Widerstandsfähigkeit ist somit notwendig. Resistive Touchscreens sind robust gegenüber Stößen, Vibrationen und stumpfer Gewalteinwirkung. Aber auch wenn die Oberfläche beschädigt sein sollte, funktionieren die Displays immer noch einwandfrei und lassen sich bedenkenlos weiter benutzen. Bei kapazitiven Touchscreens sieht das anders aus: Deren Glasoberfläche kann splittern oder komplett zerspringen, was sie besonders für sensible Industrien wie der Lebensmittel- oder Pharmaproduk­tion ungeeignet macht. Penta, einem Hersteller von IPCs, sind Fälle bekannt, bei denen die Glasoberfläche gebrochen ist und der durch Splitter kontaminierte Produktlauf komplett entsorgt werden musste. Dies ist mit ein Grund, warum sich Penta bei der Entwicklung von IPCs gegen kapazitive Glas-Touch-Lösungen entschieden hat und auf die resistive Technik mit gehärteter Acryl-Oberfläche setzt.

Bei industriellen Anwendungen spielen nicht zuletzt auch die Kosten des Systems eine Rolle. Resistive Systeme sind derzeit noch deutlich kostengünstiger als vergleichbare kapazitive Lösungen und somit für preissensitive Anwendungen die richtige Wahl.

Resistive Systeme sind derzeit noch deutlich kostengünstiger als vergleichbare kapazitive Lösungen.

Resistive Systeme sind derzeit noch deutlich kostengünstiger als vergleichbare kapazitive Lösungen.Penta

Nicht zu viele, nicht zu wenige Drähte

Mit der Entscheidung für die resistive Technologie ist die Suche nach dem passenden Touchscreen für den Industrie-Einsatz noch nicht abgeschlossen. Auch hier gibt es maßgebliche Unterschiede. Die Standardform nutzt die sogenannte 4-Wire­-Technologie. Ihr Nachteil: Schwankende Umwelteinflüsse wie Luftfeuchtigkeit oder Temperatur können den elektrischen Widerstand der oberen Schicht beeinflussen und so zu einem Versatz bei der Berührungserkennung führen. Die sogenannte 8-Wire-Technologie verhindert diesen Effekt, ist aber dafür die kostenintensivste resistive Touchscreen-Variante. Zudem haben beide Bauweisen gemein, dass die Messung des Berührungspunktes über die obenliegende Schicht erfolgt. Deren Abnutzung kann die Toucherkennung verschlechtern. Die Lebensdauer dieser Bildschirme liegt daher häufig bei nur einer Million Kontakte, was etwa der Nutzungsdauer von einem Jahr entspricht. Anders verhält es sich bei der 5-Wire-Technologie. Hier wird die durch Berührung hervorgerufene Spannungsveränderung auf der untenliegenden Schicht gemessen, was sie unempfindlich gegenüber schwankenden Umwelteinflüssen und zudem stabiler macht: Resistive 5-Wire-Touchscreens arbeiten zuverlässig bis über 35 Millionen Berührungen. Sie funktionieren also etwa 30 Jahre lang. Somit sind 5-Wire-Touchscreens sowohl in der Anschaffung wie auch in der Total-Cost-of-Ownership die kosteneffizienteste Touch-Lösung für die Industrie. Daher setzt Penta bei seinen IPCs auf resistive Touchscreens mit 5-Wire-Technologie mit Displaygrößen von 15 bis 19″.

Für eine hohe Lebensdauer der IPCs müsen auch die übrigen Komponenten dauerhaft zuverlässig funktionieren: Der Penta Giant zum Beispiel weist eine Mean Time between Failure (MTBF) von über 50 000 Stunden auf. Möglich macht das das Metallgehäuse, welches die Anforderungen der Schutzart IP65 erfüllt und das Gerät vor Schäden durch Stöße und Vibrationen sowie vor dem Eindringen von Staub und Flüssigkeiten bewahrt. Außerdem stehen spezielle Versionen für die Lebensmittelindustrie mit Schutzart IP69k zur Verfügung, die bedenkenlos auch mit Hochdruckreinigern gesäubert werden können.

Technik im Detail

Resistive Touchscreen-Technologien im Vergleich

Grundsätzlich bestehen alle resistiven Touchscreens aus zwei Schichten, an denen Mess­leitungen angelegt werden, um die Berührung zu detektieren. Dies geschieht über die Veränderungen der elektrischen Spannungsfelder, die bei jeder Berührung der Touchscreen-Oberfläche entstehen. Hieraus wird der Berührungspunkt errechnet. Je nach Typ verfügen die Touchscreens über vier, fünf, oder acht Messleitungen.

4-Wire-Technologie: Hier sind pro Schicht je zwei Messleitungen versetzt an jeweils gegenüberliegenden Kanten angeschlossen: eine Leitung für die Spannung, die andere für die Erdung. Beim Berühren werden jeweils die Spannungsfeldveränderung an der oberen beziehungsweise unteren Schicht gemessen und so die Position des Berührungspunktes auf der x- und y-Achse ermittelt. Das Problem bei dieser Technik: Ist der Touchscreen Luftfeuchtigkeit oder schwankenden Temperaturen ausgesetzt, können sich die Spannungsverhältnisse der oberen Schicht verändern, was zu falschen Berechnungen führt. Insofern ist diese Technik eher ungeeignet für industrielle Installationen.

8-Wire-Technologie: Bei 8-Wire Screens ist an jeder Kante jeweils eine zusätzliche Messleitung angeschlossen. Diese liefern, neben der eigentlichen Spannung für die Messung des Berührungspunktes, eine Referenzspannung, mit der die Messergebnisse der Berührungskoordinaten verglichen werden. So bleiben die Ergebnisse der Berührungspunkt-Berechnung auch bei schwankenden Temperatur- und Feuchtigkeits-Verhältnissen konstant. Das System muss nicht neu kalibriert werden. Die zusätzlichen Leitungen und Elektronik verteuern die Technik allerdings gegenüber der 4- und 5-Wire-Technik.

5-Wire-Technologie: Hier sind vier Messlei­tungen an den Ecken ausschließlich der unteren Schicht angebracht. Die vier Leitungen dienen dazu, die x- und y-Koordinaten zu ermitteln. Auf der oberen Schicht wird nur eine, die fünfte Messleitung angebracht, die lediglich die Spannung von der unteren Schicht weiterleitet. Durch diesen Aufbau lassen sich beide Koordinaten des Berührungspunktes auf der festen untenliegenden Glasschicht messen. Da diese keinen direkten Umwelteinflüssen ausgesetzt und quasi verschleißfrei ist, weist die 5-Wire-Technologie eine höhere Langzeit-Präzision auf als 4-Wire- oder 8-Wire-Technologie, sodass die 5-Wire-Technologie für industrielle Applikationen am besten geeignet ist.