Eingabesysteme in der Industrie Vergleich: Folientastaturen und Touchscreen

Autor / Redakteur: Stefan Glaubitz / Dipl.-Ing. (FH) Hendrik Härter

Folientastatur oder ein Touchscreen? Dank besserer Prozessoren und günstigen Displays hat sich der Touchscreen in vielen Industriebranchen durchgesetzt. Doch die Folientastatur ist nicht tot. Ein Vergleich der beiden Eingabesysteme.

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Eine Folientastatur mit geprägten Tasten. Folientastaturen haben nach wie vor im industriellen Einsatz ihre Daseinsberechtigung.
Eine Folientastatur mit geprägten Tasten. Folientastaturen haben nach wie vor im industriellen Einsatz ihre Daseinsberechtigung.
(Bild: ATEG)

Die Industrie 4.0 und die damit verbundene Digitalisierung hat die Anforderungen an Bediensysteme radikal gewandelt. Konventionelle Eingebetechniken geraten in die Defensive. An der Schnittstelle Mensch-Maschine haben sich seit einigen Jahren berührempfindliche Bedienroutinen (Toucheingabe) nach dem kapazitivem Wirkprinzip etabliert. Welche Rollen spielen dabei die Folientastaturen, die im industriell-gewerblichen Umfeld einst als Standard bei der Eingabe und bei der Dateneingabe galten?

Die vierte industrielle Digital-Revolution hat seit ihrem Aufkommen die Schnittstelle Mensch-Maschine grundlegend verändert. Verschmolzen sind Dateneingabe mit der Visualisierung (Bedienen und Beobachten). Vor allem die Möglichkeit, mit Software die Bedienoberfläche zu gestalten, hat die Möglichkeiten einer HMI stark verändert. Die Dateneingabe am Bildschirm per Touch ist mittlerweile Standard bei öffentlichen und Industrie-Computern. Eine leistungsstarke Generation Mikrocontroller zusammen mit digitalen Systemen und Subsystemen beschleunigen die Entwicklung weiter. Damit sind neue Bediensysteme möglich: Sprachsteuerung und erste holografische Displays mit Gestenerkennung.

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Folientastatur versus Touchscreen

 

Für einige Anwendungen haben sich allerdings traditionelle tastenbasierte Eingabeschnittstellen gehalten. Das zeigt sich unter anderem am Beispiel einer klassischen PC-Tastatur. Die physische Ausformung und Beweglichkeit der Tasten sind nach wie vor das Optimum für das taktile Empfinden des Bedieners; vor allem bei der hochfrequenten Dateneingabe. Ähnlich ist es bei der Dateneingabe im industriell-gewerblichen Umfeld. Obwohl hier Touchscreen-Systeme flächendeckend Einzug gehalten, sind sie nicht überall geeignet. Schließlich sind es Umgebungsbedingungen, System- und Gerätespezifika, individuelle Nutzerpräferenzen oder Sicherheitsanforderungen, warum eine mechanische Tastatur und Eingabekomponente notwendig ist. Allen voran Folientastaturen, die als Standard für die Bedienung in anspruchsvollen Umfeldern gelten.

Die Tabelle zeigt den direkten Vergleich zwischen Folientastatur und Toucheingabe. Ein Touchscreen-System besteht stets aus einer komplexen Baugruppe aus Display, Touchsensor, Frontglas und einer Software, um die Bedienelemente darzustellen.

Eigenschaft Folientastatur Touchscreen
Robustheit gegen Umwelteinflüsse + -
Benutzeroberfläche flexibel gestalten - +
Verschieden gestaltbare Bedienelemente - +
Hardwareebene individuell umsetzen (Geometrie, Einbaumaße) + -
Wasser- und Staubschutz + +
Anschaffungskosten + -
Lebensdauer + -
Einsatz bei extremen Temperaturen + -
Stromverbrauch + -

Folientastatur: Ein Begriff für viele Varianten

Der Begriff Folientastatur bezeichnet grundlegend eine biegbare, flexible Folienlage, die Tastaturen- und Schaltfunktion ermöglicht. In der Basisform handelt es sich um zwei Folien, die mit leitfähigem Lack beschichtet sind. Abstandhalter trennen die Folien voneinander. Die Bereiche, über die per Druck der Schaltkontakt ausgelöst werden kann, repräsentieren eine Taste. Die Tasten auf der Frontfolie sind in der Regel geprägt und ermöglichen haptische Fühlbarkeit.

Eine Folientastatur kann auch in einer PC-Tastatur zum Einsatz kommen. Unter den eigentlichen PC-Tasten positioniert übernimmt sie den Part des kontaktgebenden Elements. Die PC-Tasten treffen bei Betätigung auf das Folienschaltpaket und lösen so den Kontakt aus. Eine weitere inhaltliche Variante des Begriffs Folientastaturen bezieht sich auf starre, robuste Industrietastaturen. Hierbei handelt es sich um eine mit mechanischen Tastern bestückte Leiterplatte. Das können Mikroswitches oder Metalldome sein. Über die Oberfläche wird eine Folienlage appliziert. Sie besitzt meist geprägte Tasten. Dank des flexiblen Materials lassen sich die mechanischen Taster leicht betätigen.

Die Typen einer Folientastatur und ihr Einsatz

Flexible Folientastaturen mit und ohne mechanische Schaltelemente: Diese Tastaturvariante ist ein langjähriger und bewährter Standard im Maschinen- und Gerätebau. Mit einer Dekor-/Frontfolie bietet sie eine wasser- und staubdichte sowie abriebfeste Oberfläche. Als Tastenelement kommen flache Schaltpakete aus Polyester zum Einsatz, die leitfähig bedruckt sind und durch Abstandshalter Tastenfunktionalität besitzen. Möglich ist auch der Einsatz mechanischer Schaltelemente wie flache Metalldome.

Das klassische Einsatzgebiet sind klein- und mittelformatige elektrische Geräte, die einige wenige Tasten zur Funktionssteuerung benötigen. Das reicht von Geräten der Haushaltselektronik über die Medizintechnik bis hin zu Messgeräten in der Industrie. Flexible Folientastaturen spielen hier ihre Stärke einer kompakten, platzsparenden Bauform aus. So lassen sich die benötigten Tasten auf einer geringen Fläche positionieren.

Folientastaturen mit Schnappscheiben auf solider Leiterplatte: Bei dieser Technik handelt es sich um eine mit mechanischen Schnappscheiben bestückte Leiterplatte, deren oberer Abschluss eine Polyesterfolie ist. Im Gegensatz zu flexiblen Folientastaturen besitzen sie Eigensteifigkeit. Das Hauptcharakteristikum ist die flache Bauhöhe trotz hoher mechanischer Festigkeit, welche durch die Leiterplatte sichergestellt wird. Als Schaltelemente kommen Schnappscheiben aus Metall zum Einsatz.

Tastaturen dieser Art werden meistens dort eingesetzt, wo ein volles Tastaturlayout bei geringer Einbautiefe und relativ hoher Widerstandsfähigkeit gefordert ist. Schaltpulte und Bedientafeln in Leitwarten, Heizungs- und Versorgungsanlagen oder Messgeräte sind typische Applikationsfelder.

Folientastaturen mit Mikrotastern: Diese Tastaturen bestehen aus einer mit Mikrotastern bestückten Leiterplatte und einer Aluminiumfrontplatte als Trägerelement. Eine Dekorfolie bildet den oberen Abschluss. Durch den Einsatz der Metallfrontplatte erreichen die Tastaturen einen hohen Schlagfestigkeitsgrad. Die Mikrotaster mit kurzem Schaltweg ermöglichen ein angenehmes, präzises Tastgefühl trotz geschlossener Folienoberfläche.

Folientastaturen mit Mikrotastern sind die widerstandsfähigste Variante. Sie lassen sich in der der Produktion, in Industrie und Gewerbe einsetzen. Typische Anwendungen sind die Dateneingabe an Produktionsstrecken in der Metallverarbeitung, der Elektronikherstellung oder der Lebensmittelherstellung.

Kapazitive Folientastaturen: Kapazitive Folientastaturen besitzen keine beweglichen Teile. Vielmehr reagieren sie über eine Sensorelektrode bei Annäherung des Fingers. Die Sensorfläche des Tasters besteht dabei aus zwei voneinander isolierten Bereichen; der Sende- und Empfängerelektrode. Die Bedienoberfläche kann vollkommen flach ausgestaltet sein; jedoch sind auch Reliefprägungen oder Bedruckungen möglich. Im Gegensatz zu kapazitiven Tastaturen mit Glasoberfläche lassen sich jene haptischen Elemente weitaus einfacher und kostengünstiger auch in kleinen Stückzahlen umsetzen.

Kapazitive Folientastaturen werden in den gleichen Bereichen wie kapazitive Tastaturen mit Glasoberflächen eingesetzt.

Ein wesentlicher Faktor ist die Sicherstellung eines hohen Hygieneschutzgrades. Oft bekommen die Folienvarianten dann den Vorzug, wenn die Kostenperspektive vor dem Designwert steht. Gewerbliche Gastronomietechnik, Self-Service-Dispenser von Getränken und anderen Waren oder medizintechnische Geräte sind typische Verwendungsbereiche.

Die Click-Inox-Metallfolientastatur.
Die Click-Inox-Metallfolientastatur.
(Bild: ATEG)

Metallfolientastaturen: Eine Spezialvariante sind Tastaturen mit Metallfolien als Oberfläche. Dazu existieren zwei bedeutende Ansätze. Die patentierte Metal-Over-Cap-Technologie ermöglicht den Einsatz eines kapazitiven Touch-Sensors unter einer Metalloberfläche. Die so genannten Click-Inox-Technik hingegen verwendet eine mit Tastenformen geprägte, 0,2 mm starke Edelstahlfolie. Die geprägten Tasten sind taktil und schließen den Kontakt mechanisch.

Beide Varianten beziehen ihren Vorteil aus der äußerst robusten Metalloberfläche, die härtesten Beanspruchungen widersteht. Daher werden diese Nischentechniken im sehr anspruchsvollen Umfeld eingesetzt: öffentliche Sanitäreinrichtungen, Outdoor-Systeme oder Anlagen in lebensmittelherstellenden Betrieben.

Die verschiedenen Typen der Folientastatur im Vergleich

Die nachfolgende Tabelle vermittelt einen Überblick über die Vor- und Nachteile nach bestimmten, einsatzrelevanten Eigenschaften der Folientastatur.

Typ mechanische Robustheit Gegen Umwelteinflüsse widerstandsfähig Bedienkomfort nach Tastgefühl platzsparend, kompakte Abmessungen Kosten bei individueller Anfertigung
Flexible Folientastaturen ohne mechanische Taster + ++ + +++ +++
Flexible Folientastaturen mit mechanischen Tastern + ++ ++ +++ +++
Folientastaturen mit Schnappscheiben auf solider Leiterplatte ++ ++ ++ ++ ++
Folientastaturen mit Mikrotastern +++ ++ +++ + +
Kapazitive Folientastaturen +++ ++ ++ +++ +
Metallfolientastatur +++ +++ ++ +++ +

Folientastaturen haben im digitalen Zeitalter eine starke Position im HMI-Technologiemix. Für bestimmte Umgebungen sind sie die bessere Wahl als ein Touchscreen. Auch in der digitalen Zukunft auf Bewährtes setzen, das sich in Nuancen ebenso fortentwickelt, ist die weitere Existenzgrundlage von Folientastaturen.

* Stefan Glaubitz ist Geschäftsführer bei der ATEG in Remscheid.

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