Touchscreens

Konstruktionsaspekte für industrietaugliches Design

04.02.2009 | Redakteur: Andreas Mühlbauer

In Industrieanwendungen kommen zunehmend Touchscreens als Eingabe- und Bedienelemente zum Einsatz. Bei der Konzeption und Konstruktion dieser Systeme sind die speziellen Anforderung im industriellen Umfeld zu berücksichtigen. Dies sind unter anderem die verwendete Technologie, das Format, die Schutzart, optische Aspekte sowie Zuverlässigkeit und Lebensdauer und natürlich der Preis.

Für industrielle Anwendungen ist der analog-resistive Touchscreen auf Grund seiner Funktionalität und Flexibilität das führende Eingabemedium. Analog-resistive Touchscreens haben im industriellen Umfeld einen Marktanteil von etwa 85%. Kapazitive Touchsysteme sind mit 10% vertreten, die restlichen 5% teilen sich die Oberflächenwellen-Touchscreens und Infrarotsysteme.

Aktuell sind weltweit über 50 Hersteller von analog-resistiven Touchscreens auf dem Markt vertreten, neue Hersteller in China sind hierbei nicht berücksichtigt. Die Anforderungen an den anspruchsvollen Einsatz im industriellen Umfeld werden jedoch nicht von allen Touchscreen-Herstellern im gleichen Umfang erfüllt. Es gibt erhebliche Unterschiede in der Qualität, das heißt der Konstruktion und der Materialauswahl sowie der damit verbundenen Langzeitstabilität der Touchscreens.

Analog-resistive Touchscreens finden Ihren Einsatz in der Automatisierungs- und Steuerungstechnik, in der Medizintechnik, in mobilen Geräten sowie in Analysesystemen. Weitere Anwendungsgebiete sind Industrie-PCs, die Fahrzeugdiagnose, Kassensysteme, der Fitnessbereich sowie Verkaufsautomaten und Informationsterminals. Diese breitgestreuten Anwendungen mit ihren spezifischen Anforderungen erfordern unterschiedliche Technologien und Konstruktionen im Aufbau der resistiven Touchscreens. Zu beachten sind auch die speziellen Einbauarten, die dem anspruchsvollen Umfeld der Anwendung gerecht werden.

Unterschiedliche Arten resistiver Touchscreens

Die gängigsten Ausführungen der analog-resistiven Touchscreens sind die 4- und 8- sowie die 5-Draht-Technologie. Die Funktion der analog-resistiven Touchscreens basiert prinzipiell auf zwei sich gegenüberliegenden, mit leitfähigem ITO-Material beschichteten Flächen. Dabei wird eine ITO-Folie auf ein ITO-Glas über einen Spacer laminiert. Das untere ITO-Glas wird mit Mikro Dots bedruckt, um den Abstand zur oberen ITO-Folie sicherzustellen.

Bei der 4- und 8-Draht-Ausführung erfolgt die Positionsbestimmung in x- und y-Richtung geteilt auf die beiden Flächen des Touchscreens. Bei Berührung des Touchscreens wird ein Kontakt der beiden Flächen hergestellt. Die Positionsparameter werden hier mit dem Touchcontroller alternierend über die obere und untere ITO-Fläche ermittelt.

Bild 1: Die 5-Draht-Technologie ermöglicht die Positionsermittlung allein auf der Glasseite. Die obere Folie, der so genannte fünfte Draht, dient als Messleitung.
Bild 1: Die 5-Draht-Technologie ermöglicht die Positionsermittlung allein auf der Glasseite. Die obere Folie, der so genannte fünfte Draht, dient als Messleitung.

Die 5-Draht-Technologie (Bild 1) ermöglicht die Positionsermittlung der Berührung allein auf der Glasseite. Die obere Folie, der so genannte fünfte Draht, dient nur als Messleitung. Dadurch wirkt sich eine mögliche Änderung in den Eigenschaften der oberen ITO-Folie nicht auf die Funktionalität und Linearität der 5-Draht-Touchscreens aus.

Die 5-Draht-Konstruktion erfordert die Spannungseinleitung über ein spezielles Leiterbahndesign an den Eckpunkten des ITO-Glases. Beim 4- und 8-Draht-Touchscreen erfolgt dies über einfache Busbars, die ITO-Fläche ist hier geteilt und linear. Die Positionsermittlung nur auf einer Fläche erfordert eine Bedruckung mit einem speziellen Design um den maximalen Linearitätsausgleich zu erzielen. Ein mathematisch ermitteltes Rasterfeld mit einer Mehrlagen-Bedruckung ermöglicht erstmalig eine garantierte Linearität ≥99% des 5-Draht-Touchscreens.

Industrietaugliches Design

Entsprechend der Displaygröße, den geforderten Spezifikationen und dem Einsatzgebiet werden industrietaugliche Touchscreens konzipiert. Die zur Herstellung der Touchscreens verwendbaren ITO-Materialien sind bereits im Vorfeld für breite Temperaturbereiche und für extreme Klimaanforderungen qualifiziert.

Für den sicheren Einsatz im industriellen Umfeld ist ein Design ohne Vent, also ohne Luftausgleich zwischen den Lagen erforderlich. Nur ein dichter Aufbau kann die spezifizierte Linearität der Touchscreens im Alterungsprozess auch bei hoher Luftfeuchtigkeit und Temperaturen über die gesamte Lebensdauer garantieren. Das Touchscreen-Design ohne Luftausgleich erfordert eine spezielle Bedruckung der Mikrodots mit speziellen UV-härtenden Materialien. Diese idealen Dots sind nicht mehr sichtbar, deren geringe Höhe reduziert den Raum auf geringste Luftmengen zwischen den Lagen. Dies erlaubt den Einsatz dieser Touchscreens selbst bei hohen Temperaturen von bis zu 80 °C, ohne dass ein Pillowing, das heißt ein vollflächiges Aufwölben der ITO-Folie durch eine wärmebedingte Luftausdehnung im Inneren des Aufbaus entstehen kann.

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