Integration von projiziert kapazitiven Touchscreens Einfach anschließen geht nicht

Kapazitive PCT-Panel und ihre Integration
Kapazitive PCT-Panel und ihre Integration

Im professionellen Umfeld sind verschiedene Touch-Verfahren gebräuchlich und die meisten haben ihre Berechtigung. Das modernste Verfahren ist die projiziert kapazitive Touch-Technik. Wann ist ein PCT-Panel die beste Lösung und was muss bei der PCT-Integration beachtet werden?

In modernen Visualisierungssystemen der Industrie sind einfach zu bedienende Touch Panels schon lange Standard. Abhängig von den Anforderungen der einzelnen Anwendungen kommen unterschiedliche Technologien wie zum Beispiel infrarote, akustische, kamerabasierte, resistive oder kapazitive Lösungen zum Einsatz.

Die projiziert kapazitive Touch-Technologie (projected capacitive touch, PCT) erzielte ihren Durchbruch zuerst im Konsumgütermarkt mit Tablets und Mobiltelefon. Dank der zur Verfügung stehenden Software treten PCT-Anwendungen inzwischen in vielen Bereichen der Industrie ihren Siegeszug an. PCT ist jedoch nicht immer die beste Wahl; es gibt durchaus Einsatzgebiete, wo der früher sehr populäre resistive Touchscreen immer noch die beste Lösung darstellt. Beispiele dafür sind Anwendungen, die eine Bedienung sowohl mit dicken textilen Handschuhen als auch mit bloßen Fingern fordern. In den Systemen, wo PCT verwendet werden kann, ist die Technologie jedoch unschlagbar. So sind PCT-Systeme robust und wartungsarm, arbeiten kontaktlos, ihr Design ist optisch ansprechend und hochwertig und der Sensor funktioniert abnutzungsfrei. Außerdem können als Front verschiedene und sogar bedruckbare Glasarten verwendet werden.

Welche Technologie passt?

Zahlreiche Anwendungen in der Industrie setzen nach wie vor auf ein bewährtes und kosteneffektives Bedienkonzept mit resistivem Touchscreen. Der Bildschirm ist, vereinfacht gesehen, ein mechanischer Schalter, der die Berührposition erkennt. Der resistive Touchscreen reagiert auf Druck und lässt sich einfach auf ein passendes Display aufkleben. Auf der Frontseite befindet sich in der Regel eine Plastikfolie, die mechanisch leicht zerkratzbar ist. Daher dürfen zum Auslösen keine spitzen oder scharfen Dinge verwendet werden. Angeboten werden Sonderbauarten mit frontseitigem Glas, das kratzfest, allerdings leicht zerstoßbar ist. Die Auswertung der Daten erfolgt über einen Controller.

Bei dem ältesten und einfachsten Vier-Draht-Touchscreen besteht über die Betriebsdauer die Gefahr eines Temperatur-Drift. Darüber hinaus können in der ITO-Folie (Indiumzinnoxid) durch die mechanische Beanspruchung Mikrorisse entstehen. Da diese Fehlfunktionen technologiebedingt und nicht behebbar sind, altert der Touchscreen. Dadurch wird in vielen Fällen eine Rekalibration nötig. Der heute gängige Fünf-Draht-Touchscreen erlaubt eine höhere Anzahl an Bedienzyklen im Vergleich zu Vier-Draht-Modellen und muss nur einmal kalibriert werden. Die Technologie wird gerne aufgrund ihrer hohen Genauigkeit bei Diagonalen über 38,1 cm (15 Zoll) oder in Medizin- und Industriesystemen mit hohen Anforderungen verwendet. Zu den ältesten Touch-Technologien zählt das Infrarot-Verfahren. Die Basis ist ein Lichtgitter, das mit einem Finger oder lichtundurchlässigem Stift unterbrochen wird. Das Bedienkonzept ist nicht geeignet für Bereiche, in denen Ablagerungen entstehen, welche das Lichtgitter ungewollt unterbrechen könnten wie beispielsweise Staub in einer Holzschleiferei oder Schneeflocken im Winter. Aufgrund der Verwendung von Infrarotlicht ist der Touch anfällig für Fremdlicht, zum Beispiel für stark variierendes Sonnenlicht bei einem Anzeigesystem im Zugwaggon in der Nähe eines Türfensters. Die Montage des Touchscreen muss mechanisch sehr genau und plan erfolgen. Mit Hilfe entsprechender Maßnahmen ist der IR-Touchscreen für vandalensichere Anwendungen geeignet. Die Akustik-Touch-Technologie basiert auf einer Ultraschallwelle, deren Laufzeit im Glasträger gemessen wird. Aufgrund der Dämpfung durch einen kontaktierenden Finger und der anschließenden Messung der Laufzeit lässt sich die Position des Berührungspunktes bestimmen. Der Touchscreen kann nur mit einem elastischen Material wie Finger oder Radiergummi, aber nicht mit einem harten Gegenstand wie einer Metallspitze bedient werden. Der Akustik-Touchscreen ist ebenfalls für vandalensichere Applikationen geeignet, da hohe Glasdicken möglich sind. Anwendungen im Außenbereich mit Einwirkung von Wasser oder durch Insekten scheiden aus. Beim kamerabasierten Touchscreen prüfen zwei oder mehr Kameras die Touchfläche. Durch geeignete Maßnahmen wird das bedienende Objekt (Finger oder Stift) entweder durch seinen Schattenwurf oder durch seine Reflexion trianguliert. Die Technologie wird meist für größere Display-Diagonalen verwendet. Mögliche Fehler treten durch eine Verschmutzung der Lichtquelle oder der Kamera auf. Ein Oberflächen-kapazitiver Touchscreen misst die kapazitive Änderung einer gleichmäßig elektrisch geladenen Oberfläche bei Kontaktierung durch einen Finger. Die Technologie ist für den Einsatz bei Systemen mit größeren Diagonalen geeignet, erlaubt jedoch keine Multitouch-Bedienung. Zur korrekten Auswertung muss jegliche kapazitive Ankopplung, etwa ein Wassersaum gegen den metallischen Gehäuse­rand, verhindert werden.

Der Siegeszug des PCT

In modernen HMI-Systemen wird zunehmend ein projiziert kapazitiver Touchscreen (PCT) eingesetzt. Ein Finger oder ein geeigneter Stift beeinflusst das elektrische Feld eines Kondensators (Bild 1). Die Kondensator-Matrix der Touchfläche und deren Interpolation ermöglichen eine präzise Positionserkennung.

Die PCT-Sensoren durchdringen unterschiedliche Materialien und erlauben die Bedienung des Bildschirms sogar durch geschlossene Glas- oder Kunststoffoberflächen (Bild 2). Die Glasfront kann vandalensicher ausgelegt sein. In Anwendungen, bei denen Glas aufgrund der Splittergefahr nicht geeignet ist, kann auf Polycarbonat oder PMMA (Plexiglas oder Acrylglas) zurückgegriffen werden. Die Bedienung ist ohne direkten Kontakt mit dem eigentlichen Sensor verschleißfrei möglich.

PCT-Systeme sind als Single- und als Multitouch-Lösungen verfügbar. Das Erkennen und Ausblenden von definierten Bereichen wie etwa Handballen ist möglich. Darüber hinaus kann der Einfluss von ablaufendem oder stehendem Wasser zumindest teilweise unterdrückt werden. Da für Anzeigesysteme heute nicht nur eine zuverlässige Funktionsweise gefordert wird, sondern diese auch eine hohe künstlerische Kreativität im Gerätedesign zulassen müssen, spielt die hohe Durchdringungsfähigkeit des PCT eine große Rolle. Die Glasfront lässt sich durch Glasart und Bedruckung individuell gestalten. Durchbrüche für Schalter und Ähnliches sind in heutiger Glastechnik ohne Weiteres möglich. Eine anwenderseitig fugenfreie Front wie sie unter anderem zur einfacheren Desinfektion in der Medizintechnik gewünscht ist, lässt sich ebenfalls realisieren.