Artikel N&H Technology GmbH

Die Steuerung des Krans erfolgt mit verschmutzten Arbeitshandschuhen, die Tastatur ist in der Montagehalle permanenten Vibrationen und Schleifstaub ausgesetzt – keine Frage, industrielle Anwendungsbereiche verlangen Eingabeeinheiten einiges ab. Eine robuste Bauweise, einfache Bedienung und zuverlässige Funktion sind hier die ausschlaggebenden Parameter. Die Eingabeeinheit muss optimal gegen Vibration und Stöße geschützt oder sogar explosionsresistent konstruiert werden. Sie sollte resistent gegen Wasser, Staub, Schmutz, Öle und Chemikalien sein, sowie Temperaturschwankungen aushalten können. Trotz der hohen Anforderungen, kommen je nach Einsatzgebiet verschiedene Tastatur- und Tastenlösungen als Industrietastatur in Frage.

Edelstahltastauren

Der erste Gedanke bei der Forderung nach einer robusten Eingabelösung ist naheliegend bei Edelstahltastaturen. Besonders im öffentlichen Raum bzw. Nahverkehr, sowie in der industriellen Maschinensteuerungen finden vandalismusgeschützte Tastaturen Anwendung. Optisch gehen sie in der Standardausführung analog zu jeder herkömmlichen PC-Tastatur und profitieren somit von einer großen Akzeptanz. Vorteil für Kunden ist zudem, dass es eine sehr breite Produktpalette an Edelstahltastauren gibt und somit keine Initialkosten, wie für kundenspezifische Eingabetastaturen, entstehen. Eine Individualisierung ist trotz Standard auch hier durch das Tastenlayout, Bedruckung und Hinterleuchtung in kleineren Rahmen möglich. Die Beschriftung der Tasten erfolgt durch Lasergravur oder Ätzung, wodurch die Tastensymbole verschleißfrei sind. Dabei sind auch farbige Grafiken oder erhabene Symbole, wie z. B. Blindenschrift oder andere kundenspezifische Beschriftungen möglich.

Hohe Schutzklasse

Das Gehäuse und die Tasten sind komplett aus Edelstahl gefertigt und kommen in der Regel mit einer vollständig abgedichteten Schaltmatten-Technologie einher. Sowohl in der Fronteinbau-, als auch in der Rückeinbauvariante ist eine Schutzklasse bis IP67 und Schlagklasse bis IK10 möglich. Vollummantelte Desktop-Tastaturen erreichen sogar eine IP-Klasse von 68 und sind somit gegen dauerhaftes untertauchen geschützt. Die Integration von Touchpads und Trackballs ist ebenfalls ohne Einbuße der Schutzklasse möglich. Eingabelösungen aus Edelstahl werden häufig als Industrietastaturen in Bereichen eingesetzt, in denen mit Vandalismusschäden gerechnet werden muss oder in denen sie starken Belastungen durch Umwelteinflüsse und Benutzerinteraktion ausgesetzt sind.

Verschiedene Einbauvarianten

Durch verschiedene Einbauvarianten und gängige Schnittstellen können Edelstahltastaturen sehr gut in vorhandene Arbeitsumgebungen integriert werden. Auch trotzen sie mit einem Arbeitsbereich von durchschnittlich -20°C – +60°C schwankenden Temperaturen. Ergänzend bieten viele Anbieter auch reine Nummernblöcke und Funktionstasten in verschiedenen Größen aus Edelstahl an.

Drucktaster

Wenn nur einzelne Tasten benötigt werden, sind Drucktaster aus Edelstahl oder aus robustem Kunststoff eine Option. Die Taster nehmen dabei oft die Funktionen eines reinen Befehlsgebers an, so dass Signale wie Start und Stopp oder Vorwärts- und Rückwärtslauf oder Not-Aus, klar kommuniziert werden. Mit gravierten oder bedruckten Druckhauben, farbigen Satus-LEDs und diversen Gehäusefarben erhalten diese ein individuelles Aussehen. Durch Multicolor-Beleuchtung ist sogar die Darstellung mehrfarbiger Statusindikationen möglich.

Die Taster werden direkt in eine Frontplatten oder ein Gehäuse eingebaut und erreichen durch entsprechende Dichtungen eine Schutzklasse von bis zu IP68 / IP69K. Die Lebensdauer von mehreren Millionen Zyklen machen die Taster ebenfalls sehr zuverlässig. Nahezu wartungsfrei sind aus Metall gefertigten Piezo-Taster. Durch den Wegfall eines mechanischen Hubs, werden Abnutzung und Verschmutzung nahezu eliminiert. Lebensdauern von über 50 Mio. Zyklen sind mittlerweile der Standard.

Kundenspezifische Lösung

Wenn das Standardprodukt nicht reicht, muss eine kundenspezifische HMI-Schnittstelle als Industrietastatur her. Gerade Steuereinheiten von Bau- und Landmaschinen, sowie mobile Eingabegeräte im Außeneinsatz werden überwiegend kundenspezifisch gefertigt. Die Geräte brauchen oft eine geringere Anzahl an Funktionen, jedoch eine gute Sichtbarkeit, ausreichend große Tasten mit haptischem und teilweise auch akustischem Feedback und eine hohe mechanische Lebensdauer. Das Arbeitsumfeld fordert hier eine zuverlässige Bedienung, auch mit schweren Arbeitshandschuhen, hoher Geräuschkulisse und teilweise auch extremen Wetterbedingungen. Daher finden gegenwärtig Folientastaturen und Silikonschaltmatten aufgrund ihrer Designfreiheit, geschlossenen Oberfläche, Resistenz gegen Chemikalien und ihrer Dichtheit gegenüber Flüssigkeiten und Staub, im industriellen Umfeld ihren Einsatz.

Silikonschaltmatten mit Dichtung als Industrietastatur

Die Silikonschaltmatte passt sie sich ihrer Konstruktion an und ist äußerst flexibel und platzsparend. Tastenkappen aus Metall und Kunststoff, verschiedene Tastenformen und individuelle Tastenfarben sind problemlos in einer Matte realisierbar. Durch spezielle Lackierungen können die einzelnen Tasten abriebfest gestaltet werden. Sie löst eine direkte Schaltfunktion auf der darunter liegenden Leiterplatte aus und bestimmt die Haptik, den optischen sowie taktilen Eindruck und über die integrierten Kontaktelemente das elektrische Verhalten. Zudem übernimmt die Schaltmatte vielfach eine Dichtfunktion auf der Leiterplatte.

Integrierte Dichtungen

Tastendesigns mit integrierten Dichtungen sorgen für eine staub- und feuchtigkeitsgeschützte Gehäuseintegration bis IP67. Eine höhere Schutzklasse kann durch das vollständige Umspritzen eines Gehäuses mit integriertem Tastaturlayout erreicht werden. Die mechanische Lebensdauer mit bis zu 10 Mio. Schaltzyklen macht die Silikonschaltmatte zu einer langlebigen und nahezu wartungsfreien Eingabelösung. Die Beleuchtung von einzelnen Tasten oder der gesamten Matte ist durch LEDs in Verbindung mit transparentem Silikon oder integrierten Lichtleitern realisierbar. Auch die Darstellung von Statusanzeigen in einzelnen Tasten ist durch ein sehr präzises 2K-Spritzgussverfahren möglich. Ohne LEDs erhalten Silikonschaltmatten aus phosphoreszierendem Silikon leuchtende Eigenschaften. Eine Beleuchtung bietet Anwendern bei den oft diffusen Lichtverhältnissen in Industriehallen einen Vorteil zur Vermeidung von Fehleingaben.

Das Kraft-Weg-Verhalten einer Silikonschaltmatte kann kundenspezifisch an die Anforderungen der jeweiligen Applikation angepasst werden. So sind auch die für die Industrie typischen hohen Betätigungskräfte von 200g – 500g und Betätigungswege von 0,3 bis 5,0 mm möglich. Die Silikonschaltmatte kann vor allem dann ihre Vorteile ausspielen, wenn große Stückzahlen gefragt sind. Die hohen Einmalkosten für die Werkzeuge machen Kleinserien sehr kostenintensiv. Im Vergleich zu einer Ausstattung mit Einzeltastern sind sie jedoch auch in mittleren Serien deutlich günstiger.

Folientastatur als Industrietastatur

Auch die Folientastatur kann durch den Einsatz von Werkzeugen jede beliebige Form annehmen und ist im Vergleich zur Silikonschaltmatte in kleineren Stückzahlen die günstigere Variante. Den Designoptionen sind durch Sieb- und Digitaldruckverfahren, sowie speziell geprägte Folien und Oberflächenbeschichtungen kaum Grenzen gesetzt. Auch die Beleuchtung einer Folientastatur ist durch die Integration von LEDs leicht realisierbar, dabei bleibt ihr flacher Aufbau erhalten. Die Dekorfolie als oberste Lage der Tastatur besteht aus Polyester oder Polycarbonat und wird, um einen höchstmöglichen Schutz vor Abrieb zu gewährleisten, auf der Rückseite bedruckt. Im Vergleich mit anderen flexiblen Materialien überzeugt dabei gerade Polyester mit einem hohen Lebenszyklus von über 1 Mio. Schaltzyklen, einer sehr hohen Abriebfestigkeit und Beständigkeit gegen Chemikalien.

Folienprägung für Fingerführung

Um eine prägnante Fingerführung zu gewährleisten kann die Dekorfolie geprägt werden. Dabei gibt es die Möglichkeit der Tasten-, Dome-, und Randprägung mit denen sehr ergonomische Tastenformen realisierbar sind. Ein dreidimensionales Erscheinungsbild bekommen die Tasten durch eine hochwertige Epoxybeschichtung. Für eine taktile Rückmeldung sorgen integrierte Schnappscheiben, die bei Betätigung für ein spürbar tastendes Gefühl und je nach Ausführung für ein hörbares „Knack“- Geräusch erzeugen. Durch dieses direkte Feedback werden Dateieingabefehler reduziert. Die Kombination von Metallschnappscheiben mit einer hohen Betätigungskraft und Tastenprägung ist im industriellen Umfeld gängig.

Hybride-Form

Zusätzlich bietet sich die Möglichkeit, die obere Polyesterfolie durch eine Silikonoberfläche zu ersetzen. Diese Silikonabdeckung mit Tasten lässt sich als reine Betätigungsschicht auf das Schaltungspaket einer normalen Folientastatur auflaminieren. Der daraus entstehende Hybrid aus klassischer Folientastatur und Silikonschaltmatte gibt Spielraum die Vorteile der einzelnen Eingabelösungen in einer Tastatur zu vereinen. Mit der Silikonoberfläche kann ein dreidimensionales Design realisiert werden, ein Punkt an dem die Folientastatur naturgemäß stark eingeschränkt ist. Möglich werden damit aufragende Tasten mit freier Formgebung, Führungselemente, wie abgesetzte Ringe um eine Taste, Braillebeschriftungen oder Cursortasten. Gleichzeitig wird die Oberfläche optisch und haptisch aufgewertet.

Zur Verstärkung kann die Folientastatur Folientastaturen und Dekorfolienauf maßgeschneiderte Trägerplatten mit Einpressbolzen montiert werden. Standardmäßig verwendet man Aluminiumplatten, aber auch andere Metalle oder auch Kunststoffplatten sind möglich. Die Folientastatur wird dabei vollflächig auf die Trägerplatte aufgeklebt. Dabei ist auch eine komplette Baugruppe mit Display und Leiterplatte möglich. Durch die Integration von Dichtungen kann eine Folientastatur die Schutzklasse IP67 erreichen, was sie als Lösung für eine Industrietastatur interessant macht.

Multi-Touch- Displaylösungen

Kapazitive Multi-Touch Displaylösungen sind ebenfalls, zumindest von ihren Schutzklassen und technischen Parametern, für den Einsatz im industriellen Umfeld geeignet. Jedoch passt die Einschränkung der handschuhlosen Bedienung nicht in jedes Arbeitsumfeld. Wenn jedoch zur Vereinfachung von einer komplexen Maschinensteuerung, Displays gewünscht sind, kann ein resistives Single Touch Display eine Option sein. In Kombination mit Drucktastern, einer Folientastatur oder Silikonschaltmatte als zusätzliches Eingabeelement kann eine benutzerfreundliche Menüführung zudem gefördert werden. Wiederkehrende Eingabebefehle oder voreingestellte Parameter können durch die mechanischen Tasten schnell, einfach und übersichtlich abgerufen werden. Durch das haptische Feedback der mechanischen Befehlsgeber können benutzerbedingte Eingabefehler vermieden werden, was die Sicherheit der Bedienung erhöht. Zur einfacheren Handhabung können die Displays mit Antireflexions- und Anti-Fingerprint-Beschichtungen ausgestattet werden.

Fazit über Industrietastaturen

Gerade im industriellen Umfeld bleiben die herkömmlichen Eingabetastaturen und Taster stark vertreten. Der Trend zur Miniaturisierung, wie in anderen Anwendungsbereichen, spielt hier weniger eine Rolle. Dafür steigen die Anforderungen an Lebensdauer, Schutzklasse und technischer Ausstattung.

Tastaturlösungen und Industrietastaturen gehören seit jeher zu unseren Kernkompetenzen und wir unterstützen und beraten Sie ausführlich bei der Ausstattung und der Materialauswahl. Auch die komplette Entwicklung und Konstruktion der passenden Tastatur für Ihre Anwendung können wir für Sie übernehmen. Wir freuen uns auf Ihre Anfrage!

Effiziente Eingabe im Kleinformat

Die Vielseitigkeit von Folientastaturen und Silikonschaltmatten

Smart Home Anwendungen und deren Steuerung über Smartphones bieten eine Vielzahl von Funktionen und ermöglichen die Steuerung verschiedener Geräte über eine einzige Plattform. Diese Vielseitigkeit ist zweifellos praktisch und eröffnet zahlreiche Anwendungsmöglichkeiten. Dennoch stoßen Smartphones und die smarten Anwendungen in bestimmten Situationen an ihre Grenzen, wie zum Beispiel bei Verlust des Geräts oder fehlender Internetverbindung. In solchen Fällen erweist sich seit jeher ein bewährter Handsender als ideale Eingabelösung.

Handsender sind in der Regel einfach und intuitiv zu bedienen. Sie verfügen über dedizierte Tasten für spezifische Funktionen, die leicht zu finden und zu drücken sind. Dank ihrer direkten drahtlosen Verbindung zum Empfänger bieten sie eine sofortige Reaktion und ermöglichen eine nahezu verzögerungsfreie Steuerung. Darüber hinaus werden Handsender anwendungsspezifisch konstruiert, um den täglichen Gebrauch und raue Umgebungen zu bewältigen. Im Vergleich zu Smartphones sind Handsender robuster und stoßfester, was sie weniger anfällig für Beschädigungen durch Stürze oder andere Einwirkungen macht. Zudem wird keine aufwendige Software programmiert.

Die Anwendungsbereiche herkömmlicher Handsender sind äußerst vielfältig. Sie reichen von Autoschlüsseln über Fernbedienungen in der Gebäudeautomation bis hin zu Beleuchtungssteuerungen und Alarm- oder Paniktasten. In den letzten Jahren gewinnt auch das Design der Handsender an Bedeutung, da Hersteller vermehrt Wert auf schlankere, leichtere und elegantere Modelle legen. Schwere und klobige Handsender findet man heutzutage nur noch selten auf dem Markt.

Als Eingabetastatur eignen sich besonders Folientastaturen oder auch Silikonschaltmatten. Beide Varianten erlauben eine Anpassung an die kundenspezifischen Bedürfnisse und überzeugen durch eine hohe Design- und Ausstattungsvielfalt. Durch das Vorhandensein von physischen Tasten steuern Benutzer den Handsender schnell und präzise. Da jede Taste eine spezifische Funktion hat, reduziert sich das Risiko von Fehlbedienungen signifikant.

Folientastatur

Die Folientastatur ist sehr flach und wird zumeist auf das Gehäuse geklebt. Im Aufbau besteht eine Folientastatur aus mehreren Schichten flexibler Materialien mit bedruckten Schaltkreisen und Kontakten.

Die Konstruktion dieses Folienverbundes ermöglicht die Gestaltung einer dünnen und flexiblen Tastatur, was ideal für die Integration in tragbare, kleine Geräte ist. Die Dekorfolie als oberste Lage der Tastatur besteht aus Polyester oder Polycarbonat und wird, um einen höchstmöglichen Schutz vor Abrieb zu gewährleisten, auf der Rückseite bedruckt. Im Vergleich mit anderen flexiblen Materialien überzeugt dabei gerade Polyester mit einem hohen Lebenszyklus von über 1 Millionen Schaltzyklen, einer sehr hohen Abriebfestigkeit und Beständigkeit gegen Chemikalien.

Die Folientastaturen sind im Allgemeinen sehr robust und widerstandsfähig gegenüber Staub, Feuchtigkeit und anderen Umwelteinflüssen, was sie beispielsweise für Anwendungen in Industrieanlagen oder im Outdoorbereich ideal macht. Auch für medizinische Geräte, die häufig gereinigt und desinfiziert werden, können Folientastaturen durch ihre geschlossene Oberfläche punkten.

Durch geprägte Tasten oder durch die Integration von Metallschnappscheiben bieten Folientastaturen ein taktiles Feedback, was die Bedienung ohne visuelle Rückmeldung erleichtert. Die Schnappscheiben, auch Knackfrosch genannt, sind in verschiedenen Größen, Formen und Betätigungskräften erhältlich. Zusätzlich integrierte LEDs oder Signalgeber liefern den Benutzer ein akustisches oder optisches Feedback.

Die Designvielfalt von Folientastaturen ermöglicht individuell beschriftete oder farbcodierte Tasten und gewährleistet somit eine hohe Benutzerfreundlichkeit. Ihre Anbringung auf dem Gehäuse trägt maßgeblich zur Gestaltung des Geräts bei. Kombiniert mit ihrer wirtschaftlichen Herstellung und einfachen Integration, machen sie zu einer attraktiven Option für Hersteller und Benutzer gleichermaßen.

Silikonschaltmatte

Silikonschaltmatten sind bei der Integration in ein Gehäuse die bevorzugte Wahl. Sie zeichnen sich durch ihre hohe Anpassungsfähigkeit und Flexibilität aus. Besonders hervorzuheben ist die haptische Wahrnehmung und die Vielfalt der verfügbaren Oberflächenstrukturen. Mit Silikonschaltmatten lassen sich problemlos Tastenkappen aus Metall oder Kunststoff, verschiedene Tastenformen und individuelle Tastenfarben kombinieren. Spezielle Lackierungen ermöglichen abriebfeste Tasten.

Die Schaltmatte aktiviert eine direkte Schaltfunktion auf der darunter liegenden Leiterplatte. Dabei beeinflusst die Silikonschaltmatte nicht nur die Haptik, das optische Erscheinungsbild und den taktilen Eindruck, sondern auch das elektrische Verhalten über die integrierten Kontaktelemente. Darüber hinaus fungiert die Schaltmatte als Dichtung auf der Leiterplatte. Tastendesigns mit integrierten Dichtungen sorgen für eine staub- und feuchtigkeitsgeschützte Integration des Gehäuses bis zu IP67.

Die Silikonschaltmatte weist eine hohe mechanische Lebensdauer von bis zu 10 Millionen Schaltzyklen auf und ist daher langlebig und nahezu wartungsfrei. Die Beleuchtung einzelner Tasten oder der gesamten Matte wird mithilfe von LEDs in Verbindung mit transparentem Silikon oder integrierten Lichtleitern realisiert. Durch ein präzises 2K-Spritzgussverfahren ist es möglich, Statusanzeigen in einzelnen Tasten darzustellen.

Das Kraft-Weg-Verhalten einer Silikonschaltmatte wird an die spezifischen Anforderungen der jeweiligen Anwendung individuell angepasst. Dabei sind auch hohe Betätigungskräfte von 200g bis 500g und Betätigungswege von 0,3 bis 5,0 mm möglich, die typisch für industrielle Anwendungen sind. Die Vorteile der Silikonschaltmatte kommen insbesondere bei großen Stückzahlen zum tragen. Die hohen Werkzeugkosten machen Kleinserien zwar recht kostenintensiv, im Vergleich zu Einzeltastern sind sie jedoch auch in mittleren Serien deutlich kostengünstiger.

Mehrkomponenten-Spritzguss

Eine weitere Möglichkeit für kleine Handsender ist zudem das vollständige Umspritzen eines Gehäuses mit integriertem Tastaturlayout. Ein flaches Tastaturlayout wird dabei auf die Frontplatte des Gehäuses gespritzt. Nach Einbau der Elektronik wird diese mit der Rückschale im Ultraschallverfahren verschweißt. Resultat ist ein optimaler Verbund zwischen den einzelnen Komponenten und eine vollständig geschlossene Oberfläche mit einem Schutzgrad von bis zu IP68. Vorteil der Mehrkomponenten Spritzgusstechnik ist zudem, dass nur ein Bauteil konstruiert wird. Dies verringert die Investitionen und den Aufwand für Produktion und Qualitätssicherung erheblich.

Kunststoffgehäuse mit Tastaturlayout

Fazit

Um die ideale Eingabetastatur auszuwählen, ist es entscheidend, die spezifischen Anforderungen des Produkts sorgfältig zu berücksichtigen. Das gewünschte Design, die geforderte Benutzerfreundlichkeit und die taktile Erfahrung spielen hierbei eine entscheidende Rolle. Letztendlich sollte das Ziel darin bestehen, eine optimale Interaktion zwischen Benutzer und Produkt zu ermöglichen.

Wir realisieren Ihre Eingabelösung

Tastaturlösungen gehören seit jeher zu unseren Kernkompetenzen und wir unterstützen und beraten Sie ausführlich bei der Ausstattung und der Materialauswahl. Auch die komplette Entwicklung und Konstruktion der passenden Tastatur für Ihre Anwendung können wir für Sie übernehmen. Wir freuen uns auf Ihre Anfrage!

Ob der Mensch in fünf oder zehn Jahren überhaupt noch eine haptische Eingabeschnittstelle im jetzigen Verständnis brauchen wird, ist abzuwarten. Schon lange brauchen wir keine Play-Taste mehr betätigen, um Musik zu hören oder dank moderner Smart Home Integration den Lichtschalter zu betätigen. Eine kleine Anfrage an Google, Siri oder Alexa reicht aus. Mehr KI-gesteuerte Technologien werden in Zukunft den Trend angeben. Während die Generation Y und Älter mit einer Vielzahl an Hardwaresystemen aufgewachsen ist, die die heutigen Generationen nur vom Hören-Sagen kennt und die Benutzung einer Tastatur als alltägliche Gegebenheit ansieht, könnten zukünftige Generationen dies als nostalgische Verwendung belächeln. Man denke nur an die Weiterentwicklung der Rechenmaschinen in den letzten 50 Jahren oder die Entwicklung der ersten mobilen Telefone – alles noch gar nicht allzu lange her.

Im Status Quo haben Eingabetastaturen jedoch ihre absolute Berechtigung und sollten je nach Einsatzgebiet als Alternative bzw. Ergänzung zu Touchsystemen und Co. angesehen werden. Vor allem in Geräten mit einer geringen Anzahl an Funktionen, die zugleich eine gute Sichtbarkeit erfordern und in einer konstanten Benutzerinteraktion sind, bleiben bewährte Eingabekomponenten, wie Folientastaturen, Silikonschaltmatten und Drucktaster, die bevorzugte Wahl - auch in Hinblick auf die Kosten.  Denn der finanzielle Aufwand für die Programmierung einer graphischen Benutzeroberfläche zwischen Mensch und Maschine ist  ein nicht unerheblicher Faktor. Es gilt: Oft ist nicht alles, was technisch möglich ist, auch wirtschaftlich.

Folientastaturen und Silikonschaltmatten kommen aufgrund Ihrer geschlossenen Oberfläche, Resistenz gegen Chemikalien und Ihrer Dichtheit gegenüber Flüssigkeiten und Staub, auch gegenwärtig in nahezu allen Branchen zum Einsatz.

Im medizinischen Bereich finde man Folientastaturen zum Beispiel in Schwesternotrufsysteme, Steuerungen von Krankenbetten, Eingabetastaturen für Diagnosegeräte und Defibrillatoren, sowie weitere Schnittstellen zur Patientenversorgung. Viele dieser Eingabegeräte werden dabei auch von ungeübten Anwendern, wie älteren Patienten bedient, so dass eine komplexe Touch-Eingabelösung eher nachteilig ist.

Aufgrund der ständigen Weiterentwicklung ist die Folientastatur jedoch nicht als reine Schaltlösung zu sehen. Vielmehr ist sie eine Kombination von anspruchsvollem Design, speziellen Coatings und Ausstattungs-Extras wie integrierten LEDs oder integriertem Touchpanel. So können Folientastaturen durch ihre vielfältigen Gestaltungsmöglichkeiten mit einer benutzerfreundlichen und intuitiven Oberfläche dienen. Durch den Einsatz von Werkzeugen kann sie jede beliebige Form annehmen. Ergänzend zum gängigen Siebdruckverfahren bietet sich gerade in der Realisierung von Farbverläufen und bei Prototypen und Kleinserien der Digitaldruck an. Durch speziell geprägte Folien können sogar Metalloptik Effekte, wie zum Beispiel gebürstetes Edelstahl oder eloxiertes Aluminium erzielt werden. Weiterer Vorteil gegenüber Display Lösungen ist, dass die bedruckte Oberfläche, sowie optional integrierte LED Statusanzeigen, auch von einem 180° gedrehten Betrachtungswinkel gesehen werden kann.

Der flache Aufbau einer Folientastatur besteht aus einem Folienverbund, der sich aus mindestens vier Folien zusammensetzt: Der Dekorfolie, der oberen und unteren Schaltfolie und einer Distanzfolie.

Die Dekorfolie als oberste Lage der Tastatur besteht aus Polyester oder Polycarbonat und wird, um einen höchstmöglichen Schutz vor Abrieb zu gewährleisten, auf der Rückseite bedruckt. Im Vergleich mit anderen flexiblen Materialien überzeugt dabei gerade Polyester mit einem hohen Lebenszyklus von über 1 Mio. Schaltzyklen, einer sehr hohen Abriebfestigkeit und Beständigkeit gegen Chemikalien.

Für Anwendungen im medizinischen Bereich und Bereichen mit hohen hygienischen Anforderungen kann die Frontfolie mit einer antibakteriellen Beschichtung ausgestattet werden. Dieses antimikrobielle Polyester tötet bzw. hemmt das Bakterienwachstum und bietet einen konstanten Schutz gegen bakterielle Kontamination.

Funktionselemente der Folientastatur sind die untere Schaltfolie mit den darauf befindlichen Leiterbahnen, LED’s,  Schaltpunkten und der Anschlussfahne sowie die obere Schaltfolie mit den Kontaktflächen.  

In Abhängigkeit von den anwendungsspezifischen Anforderungen variieren die Optionen für die Hintergrundbeleuchtung. Gerade in abgedunkelten Arbeitsumgebungen sind beleuchtete Tastenfelder notwendig, um wichtige Funktionen problemlos zu finden. Eine Tastenprägung kann hier zusätzlich unterstützen. LED‘s können sehr einfach in die vorhandene Schaltfolie integriert oder bei Bedarf in eine zusätzliche LED-Schaltfolie eingebracht werden. Man verwendet spezielle Klebstoffe und Abdichtmaterialien, um die Funktion der LED auch in rauer Umgebung mit z.B. starkem Vibrationsaufkommen sicherzustellen. Die Hinterleuchtung einer Folientastatur kann durch den Einsatz von LGF (Light Guide Film) erfolgen. Dabei bleibt die typisch flache Bauform und die Flexibilität erhalten. Bei der LGF Technologie werden LED’s am Rand in eine sehr dünnen (0,1 - 0,2 mm), stark lichtbrechende Folie eingesetzt. Durch die hohe Lichtbrechung sind je nach Größe der Folientastatur nur sehr wenige LED’s für eine homogene Ausleuchtung erforderlich. Die Hinterleuchtung jeder Taste kann in verschiedenen Farben erfolgen.

Im Gegensatz zu einer EL-Hinterleuchtung kommt die LGF – Technologie ohne hochfrequente Wechselspannungsquelle aus. Eine Besonderheit sind Beschriftungen mit Verschwindeeffekt. Hierbei handelt es sich um eine Beschriftung, die im unbeleuchteten Zustand der Tastatur nicht erkennbar und erst bei Beleuchtung sichtbar ist. Damit kann ein eindeutiger ON / OFF Modus signalisiert werden.

Ein weiterer Vorteil der Folientastatur ist die taktile Rückmeldung an den Anwender. Schnappscheiben sorgen bei Betätigung für ein spürbar tastendes Gefühl und je nach Ausführung für ein hörbares „Knack“ Geräusch. Durch dieses direkte Feedback werden Dateieingabefehler reduziert. Die Metallschnappscheiben gibt es in den verschiedensten Größen, Formen und Betätigungskräften und werden bevorzugt für Anwendungen mit einer hohen Anzahl an Betätigungen eingesetzt.  Folientastaturen ohne Metallschnappscheiben können auch eine taktile Rückmeldung haben, indem eine Konstruktion mit Prägung verwendet wird. Die Prägung kann sowohl bei der Dekorfolie als auch bei der oberen Schaltfolie erfolgen. Dabei gibt es die Möglichkeit der Tasten-, Dome-, und Randprägung mit denen sehr ergonomische Tastenformen realisierbar sind. Geprägte Tasten haben zusätzlich den Effekt der Fingerführung. Einen besonders edlen Look bekommen Tasten durch eine hochwertige Epoxybeschichtung, wodurch die Taste ein dreidimensionales Erscheinungsbild bekommt. Die Kombination von Schnappscheiben und Tastenprägung ist gängig.

Zusätzlich zu den bewährten Varianten aus verschiedenen, übereinandergesetzten Folienschichten, bietet sich die Möglichkeit, die obere Polyesterfolie durch eine Silikonoberfläche zu ersetzen. Diese Silikonabdeckung mit Tasten lässt sich als reine Betätigungsschicht auf das Schaltungspaket einer normalen Folientastatur auflaminieren. Der daraus entstehende Hybrid aus klassischer Folientastatur und Silikonschaltmatte gibt Spielraum die Vorteile der einzelnen Eingabelösungen in einer Tastatur zu vereinen. Mit der Silikonoberfläche kann ein dreidimensionales Design realisiert werden, ein Punkt an dem die Folientastatur naturgemäß stark eingeschränkt ist. Möglich werden damit aufragende Tasten mit freier Formgebung, Führungselemente, wie abgesetzte Ringe um eine Taste, Braillebeschriftungen oder Cursortasten. Gleichzeitig wird die Oberfläche optisch und haptisch aufgewertet.

Wenn mehr Funktionalität oder ein komplexeres Bedienmenü erwünscht sind, kann eine Kombination von Folientastatur und moderner Touchscreen-Lösungen eingesetzt werden. Ein zusätzliches Tastenfeld neben dem Touch Screen fördert eine benutzerfreundliche Menüführung, indem Eingabebefehle oder voreingestellte Parameter einfach und übersichtlich abgerufen werden können. Durch entsprechende Programmierung können die festen Tasten auch dynamische Funktionen, passend zum jeweiligen Menü, übernehmen. Für die Ausführung mit Touch-Screens oder Anzeigedisplays werden Sichtfenster in die Folientastatur integriert. Je nach Anforderung können diese u.a. matt, kraztfest, UV-beständig und farbig individuell spezifiziert werden. Die Verbindung von Folientastatur und Touch Screen wird durch eine hochtransparente Klebeschicht mit einem Lichtemissionsgrad von >99% realisiert. Durch dieses Verfahren wird die Entstehung Newtonscher Ringe vermieden.

Eine ähnliche Kombination ist auch mit Silikonschaltmatten möglich. Dabei wird das Tastenlayout direkt auf den Frontrahmen aus Kunststoff aufgespritzt. Somit entsteht ein optimaler Verbund zwischen den beiden Komponenten. Display und Elektronik werden in einem weiteren Bearbeitungsschritt mit dem entstandenen Rahmen kombiniert. Vorteil der Mehrkomponentenspritzguss Technik ist, dass nur ein Bauteil konstruiert werden muss. Dies führt zu wesentlich reduzierten Investitionen und Aufwand in Produktion und Qualitätssicherung.

Die einzelne, klassische Silikonschaltmatte zählt nach wie vor zu den meist verbreiteten Schaltelementen in der Elektronik- und Automobilindustrie. Allein beim Betätigen einer Fernbedienung wird sie jeden Tag millionenfach benutzt. Jedoch auch für medizinische Anwendungen, wo eine

gute Reinigbarkeit von Eingabeelementen gefordert ist, kann auch die Silikonschaltmatte durch eine geschlossene Oberfläche bestehen.

Als zentrales Bauteil löst Sie eine direkte Schaltfunktion auf der darunter liegenden Leiterplatte aus und bestimmt die Haptik, den optischen sowie taktilen Eindruck und über die integrierten Kontaktelemente das elektrische Verhalten. Zudem übernimmt die Schaltmatte vielfach eine Dichtfunktion auf der Leiterplatte. Ihre mechanische Lebensdauer mit bis zu 10 Mio. Schaltzyklen macht Sie zu einer langlebigen und nahezu wartungsfreien Eingabelösung. Dabei passt sie sich Ihrer Konstruktion an und ist äußerst flexibel und platzsparend. Tastenkappen aus Metall und Kunststoff, verschiedene Tastenformen und individuelle Tastenfarben sind problemlos in einer Matte realisierbar. Die Beleuchtung von einzelnen Tasten oder der gesamten Matte ist durch LED’s in Verbindung mit transparenten Silikon oder integrierten Lichtleitern möglich.  Durch ein sehr präzises 2K-Spritzgussverfahren kann zudem eine mehrfarbige Tastaturbeleuchtung realisiert werden. Das Verfahren ermöglicht die Integration eines Lichtkanals in jede einzelne Taste. Dieser Lichtkanal ist vom Rest der transparenten Taste absolut isoliert und erreicht eine präzise Bündelung des Lichtstrahles. Schaltmatten mit dieser Technik können nun nicht nur Hinterleuchtet werden, die einzelnen Tasten können auch Statusanzeigen darstellen.

Das Kraft-Weg-Verhalten einer Silikonschaltmatte kann kundenspezifisch an die Anforderungen der jeweiligen Applikation angepasst werden. So sind Betätigungskräfte von 20g bis 500g und Betätigungswege von 0,3 bis 5,0mm möglich.  Die Realisierungsmöglichkeiten bei den elektrischen Kontakten reichen vom kostengünstigen, zugleich sicheren Carbondruck bis hin zu hochwertigen Metallkontaktpillen mit einer Strombelastbarkeit bis 2 A.

Die Silikonschaltmatte kann vor allem dann ihre Vorteile ausspielen, wenn große Stückzahlen gefragt sind. Die hohen Einmalkosten für die Werkzeuge machen Kleinserien sehr kostenintensiv. Im Vergleich zu einer Ausstattung mit Einzeltastern sind sie jedoch auch in mittleren Serien deutlich günstiger.

Im öffentlichen Raum bzw. Nahverkehr, sowie in der industriellen Maschinensteuerungen spielen weiterhin vandalismusgeschützte Eingabetaster eine Rolle, die eine präzise und zuverlässige Bedienung, sowie schnelle Auffindbarkeit gewährleisten. Die Taster nehmen dabei oft die Funktionen eines reinen Befehlsgebers an, so dass Signale wie Start und Stopp oder Vorwärts- und Rückwärtslauf, klar kommuniziert werden. Mit gravierten oder bedruckten Druckhauben, farbigen Satus LED’s und diversen Gehäusefarben können auch Drucktaster einen individuellen Look erhalten. Durch Multicolour-Beleuchtung ist sogar die Darstellung mehrfarbiger Statusindikationen möglich.  Die Taster werden aus robusten Kunststoff oder Metall gefertigt und direkt in eine Frontplatten und ein Gehäuse eingebaut. Durch entsprechende Dichtungen erhalten sie eine Schutzklasse von bis zu IP68 / IP69K. Die Lebensdauer von bis zu 1 Mio. Zyklen machen die Taster ebenfalls sehr zuverlässig. Eine höhere Lebensdauer bieten  Piezo-Taster, welche aus Metall hergestellt werden. Durch den Wegfall eines mechanischen Hubs, werden Abnutzung und Verschmutzung nahezu eliminiert. Lebensdauern von über 50 Mio. Zyklen  machen sie sehr zuverlässig und quasi wartungsfrei. Sie werden in Bereichen eingesetzt, in denen mit Vandalismusschäden gerechnet werden muss oder in denen sie starken Belastungen durch Umwelteinflüsse ausgesetzt sind.

Bei jedem dieser bewährten elektromechanischen Bedieneinheiten spielt die zunehmende Forderung an Miniaturisierung und Designorientierung eine wichtige Rolle. Taster mit geringen Einbautiefen, Folientastaturen mit umfangreicher Ausstattung bei einem gleichzeitig flachen Aufbau spiegeln den Trend wieder. Die Endgeräte sollen flacher, dünner und leichter werden, jedoch stößt auch die Miniaturisierung im Eingabebereich an Ihre Grenze, schließlich müssen die Geräte noch von Menschen bedienbar sein. Touchscreens und Sprachsteuerung, gepaart mit der weiteren Entwicklung im Feld der Künstlichen Intelligenz (KI), werden zunehmend präsenter, gerade weil Sie bereits ein wesentlicher Bestandteil unseres Alltags sind.  Im Status Quo sorgen aber weiterhin innovative Bedienelemente mit einer Kombination der bewährten elektromechanischen Bedieneinheiten und modernen Touch Panels für spannende Weiterentwicklungen, auch mit Hinblick auf eine zunehmende Ergänzung mit Gestensteuerungen.

Auch in Zeiten von Touchscreen-Eingabelösungen spielen Folientastaturen in vielen Bereichen weiterhin eine wichtige Rolle. Im Lebensmittel-, Labor- und im Medizinbereich kommt die Folientastatur aufgrund Ihrer geschlossenen Oberfläche, Resistenz gegen Chemikalien und Ihrer Dichtheit gegenüber Flüssigkeiten und Staub auch gegenwärtig zum Einsatz.

Gute Sichtbarkeit

Vor allem in Geräten mit einer geringen Anzahl an Funktionen, die zugleich eine gute Sichtbarkeit erfordern und in einer konstanten Benutzerinteraktion sind, ist sie die bevorzugte Wahl. Im medizinischen Bereich sind dies zum Beispiel Schwesternotrufsysteme, Steuerungen von Krankenbetten, Eingabetastaturen für Diagnosegeräte und Defibrillatoren, sowie weitere Schnittstellen zur Patientenversorgung. Viele dieser Eingabegeräte werden dabei auch von ungeübten Anwendern, wie älteren Patienten bedient, so dass eine komplexe Touch-Eingabelösung eher nachteilig ist. Folientastaturen können durch ihre vielfältigen Gestaltungsmöglichkeiten mit einer benutzerfreundlichen und intuitiven Oberfläche dienen.

Folientastaturen bieten vielfältigen Gestaltungsmöglichkeiten

Durch den Einsatz von Werkzeugen kann die Folientastatur nahezu jede beliebige Form annehmen. Ergänzend zum gängigen Siebdruckverfahren bietet sich gerade in der Realisierung von Farbverläufen und bei Prototypen und Kleinserien der Digitaldruck an. Durch speziell geprägte Folien können sogar Metalloptik Effekte, wie zum Beispiel gebürstetes Edelstahl oder eloxiertes Aluminium erzielt werden. Weiterer Vorteil gegenüber Display Lösungen ist, dass die bedruckte Oberfläche, sowie optional integrierte LED Statusanzeigen, auch von einem 180° gedrehten Betrachtungswinkel gesehen werden kann.

Folientastaturen überzeugen mit einem flachen Aufbau

Der flache Aufbau einer Folientastatur besteht aus einem Folienverbund, der sich aus mindestens vier Folien zusammensetzt: Der Dekorfolie, der oberen und unteren Schaltfolie und einer Distanzfolie.

Die Dekorfolie als oberste Lage der Tastatur besteht aus Polyester oder Polycarbonat und wird, um einen höchstmöglichen Schutz vor Abrieb zu gewährleisten, auf der Rückseite bedruckt. Im Vergleich mit anderen flexiblen Materialien überzeugt dabei gerade Polyester mit einem hohen Lebenszyklus von über 1 Mio. Schaltzyklen, einer sehr hohen Abriebfestigkeit und einer sehr guten Beständigkeit gegen Chemikalien. Für Anwendungen im medizinischen Bereich und Bereichen mit hohen hygienischen Anforderungen kann die Frontfolie mit einer antibakteriellen Beschichtung ausgestattet werden. Dieses antimikrobielle Polyester tötet bzw. hemmt das Bakterienwachstum und bietet einen konstanten Schutz gegen bakterielle Kontamination.

Funktionselemente der Folientastatur sind die untere Schaltungsfolie mit den darauf befindlichen Leiterbahnen, LED’s, Schaltpunkten und der Anschlussfahne sowie die obere Schaltfolie mit den Kontaktflächen. Die Distanzfolie als Isolator trennt die obere und untere Schaltfolie oder fungiert bei einer Ausführung mit Metallschnappscheiben als Fixierfolie.

Beleuchtete Folientastaturen

In Abhängigkeit von den Anforderungen der Anwendung variieren die Optionen für die Hintergrundbeleuchtung. Gerade in den oft abgedunkelten Arbeitsumgebungen im Medizinbereich sind beleuchtete Tastenfelder notwendig, um wichtige Tastenfunktionen problemlos zu finden. LED‘s können sehr einfach in die vorhandene Schaltfolie integriert oder bei Bedarf in eine zusätzliche LED-Schaltfolie eingebracht werden. Man verwendet spezielle Klebstoffe und Abdichtmaterialien, um die Funktion der LED auch in härterer Umgebung mit z.B. starkem Vibrationsaufkommen sicherzustellen. Die Hinterleuchtung einer Folientastatur kann durch den Einsatz von LGF (Light Guide Film) erfolgen. Dabei bleibt die typisch flache Bauform und die Flexibilität erhalten. Bei der LGF Technologie werden LED’s am Rand in eine sehr dünnen (0,1 – 0,2 mm), stark lichtbrechende Folie eingesetzt. Durch die hohe Lichtbrechung sind je nach Größe der Folientastatur nur sehr wenige LED’s für eine homogene Ausleuchtung erforderlich. Die Hinterleuchtung jeder Taste kann in verschiedenen Farben erfolgen.

Im Gegensatz zu einer EL-Hinterleuchtung kommt die LGF – Technologie ohne hochfrequente Wechselspannungsquelle aus. Eine Besonderheit sind Beschriftungen mit Verschwindeeffekt. Hierbei handelt es sich um eine Beschriftung, die im unbeleuchteten Zustand der Tastatur nicht erkennbar und erst bei Beleuchtung sichtbar ist. Damit kann ein eindeutiger ON / OFF Modus signalisiert werden.

Taktile Rückmeldung von Folientastaturen

Ein weiterer Vorteil der Folientastatur ist die taktile Rückmeldung der Tastenfunktion an den Anwender. Schnappscheiben sorgen bei Betätigung für ein spürbar tastendes Gefühl und je nach Ausführung für ein hörbares „Knack“ Geräusch. Durch dieses direkte Feedback können Dateieingabefehler reduziert werden. Die Metallschnappscheiben gibt es in den verschiedensten Größen, Formen und Betätigungskräften und werden bevorzugt für Anwendungen mit einer hohen Anzahl an Betätigungen eingesetzt. Folientastaturen ohne Metallschnappscheiben können auch eine taktile Rückmeldung haben, indem eine Konstruktion mit Prägung verwendet wird. Die Prägung kann sowohl bei der Dekorfolie als auch bei der oberen Schaltfolie erfolgen. Dabei gibt es die Möglichkeit der Tasten-, Dome-, und Randprägung mit denen sehr ergonomische Tastenformen realisierbar sind. Geprägte Tasten haben zusätzlich den Effekt der Fingerführung. Einen besonders edlen Look bekommen Tasten durch eine hochwertige Epoxybeschichtung. Anstatt der Prägung wird ein Epoxymaterial auf die Tasten aufgetragen, wodurch die Taste ein dreidimensionales Erscheinungsbild bekommt.

Dreidimensionales Design mit Silikontasten

Zusätzlich zu den bewährten Varianten aus verschiedenen, übereinandergesetzten Folienschichten, bietet sich die Möglichkeit, die obere Polyesterfolie durch eine Silikonoberfläche zu ersetzen. Diese Silikonabdeckung mit Tasten lässt sich als reine Betätigungsschicht auf das Schaltungspaket einer normalen Folientastatur auflaminieren. Der daraus entstehende Hybrid aus klassischer Folientastatur und Silikonschaltmatte gibt Spielraum die Vorteile der einzelnen Eingabelösungen in einer Tastatur zu vereinen. Mit der Silikonoberfläche kann ein dreidimensionales Design realisiert werden, ein Punkt an dem die Folientastatur naturgemäß stark eingeschränkt ist. Möglich werden damit aufragende Tasten mit freier Formgebung, Führungselemente, wie abgesetzte Ringe um eine Taste, Braillebeschriftungen oder Cursortasten. Gleichzeitig wird die Oberfläche optisch und haptisch aufgewertet.

EMV Abschirmung von Folientastaturen

Eine zuverlässige und störungsfreie Funktion der Eingabegeräte spielt vor allem in der Medizintechnik eine äußerst wichtige Rolle. Gerade beim Einsatz mehrerer elektrischer Quellen an einem Ort, kann es bei unzureichender Abschirmung gegen elektrische oder elektromagnetische Effekte zu Fehlfunktionen und Störungen der einzelnen Geräte kommen. Die EMV-Abschirmung einer Folientastatur wird z.B. durch eine Aluminium oder Kupfer beschichteten Polyesterfolie realisiert. Dabei wird die Abschirmfolien so in die Tastatur integriert, dass eine vollflächige Schirmung gewährleistet ist. Dieser Abschirmeffekt vermeidet eine Fehlfunktion des Gerätes durch das Eindringen unerwünschter Signale, sowie aber auch eine Störung in der eigenen elektromagnetischen Umgebung. Kurzschlüsse durch eindringende Feuchtigkeit werden durch umlaufende Abdichtungen verhindert. Die Folientastatur kann so eine Schutzklasse bis IP67 erreichen. Auch eine partielle Abschirmung ist möglich.

Folientastatur mit Sichtfenster

Folientastaturen mit Touchscreen-Lösung

Wenn mehr Funktionalität oder ein komplexeres Bedienmenü erwünscht sind, kann eine Kombination von Folientastatur und moderner Touchscreen-Lösungen eingesetzt werden. Ein zusätzliches Tastenfeld neben dem Touch Screen fördert eine benutzerfreundliche Menüführung, indem Eingabebefehle oder voreingestellte Parameter einfach und übersichtlich abgerufen werden können. Für die Ausführung mit Touch Screens werden Sichtfenster in die Folientastatur integriert. Je nach Anforderung können diese glänzend, matt, entspiegelt, kraztfest, UV-beständig und farbig individuell spezifiziert werden. Die Verbindung von Folientastatur und Touch Screen wird durch eine hochtransparente Klebeschicht mit einem Lichtemissionsgrad von >99% realisiert. Durch dieses Verfahren wird die Entstehung Newtonscher Ringe vermieden.

Wie man sieht hat die Folientastatur weiterhin einen festen Platz als Bedienoberfläche einer Mensch-Maschine Schnittstelle. Ihr geringes Gewicht, der flache Aufbau und die lange Lebensdauer machen sie weiterhin zu einer beliebten Wahl für Hersteller medizinischer Geräte. Zudem ist der Kostenaufwand für Folientasturen wesentlich geringer als für die meisten Alternativen und eignet sich durch die geringeren Einmal-Werkzeugkosten auch für Projektvolumen mit kleineren und mittleren Stückzahlen.

Folientastaturen von N&H Technology

Die N&H Technology GmbH aus Willich fertig seit Jahren Folientastaturen für alle Branchen.

Dabei kann das Unternehmen auf alle bewährten Ausstattungsmerkmal einer Folientastatur zurückgreifen und seinen Kunden maßgeschneiderte Lösungen für den jeweiligen Anwendungsfall anbieten.

Das Ingenieursteam von N&H Technology begleitet die Kunden bereits in der Konstruktionsphase der benötigten Tastatur. So können alle technischen Anforderungen vorab besprochen und auf deren Realisierbarkeit geprüft werden.

Spezialisiert ist N&H dabei auf Sonderlösungen, wie z.B. sehr kleine Folientastaturen. Im gezeigten Beispiel wurde eine Folientastatur für eine medizinische Anwendung realisiert, die neben einer Schutzklasse von IP65, direkt auf einer Leiterplatte mit Anschlusskabeln als Baugruppe geliefert werden sollte. Trotz der kleinen Bauweise musste auf eine Tastenprägung und Metallschnappscheiben für eine taktile Rückmeldung nicht verzichtet werden.

Der Trend zu mobileren, leichteren und leistungsfähigeren medizinischen Geräten, stellt Konstrukteure vor enorme Herausforderungen bei der Entwicklung innovativer Lösungen. Die Geräte müssen nicht nur einen hohen Funktionsumfang abdecken und im Design ansprechend für den Endkunden sein, sondern auch den hohen Anforderungen der Medizinbranche in Bezug auf Sicherheit, Zuverlässigkeit und Hygiene Rechnung tragen. Besonders herausfordernd ist dabei die Entwicklung kleiner medizinsicher Geräte, wie Hörgeräten, Wearables oder Tracking-Systemen, bei denen leistungsfähige Elektronik auf kleinsten Raum implementiert werden muss. Leiterplatten werden immer dichter mit leistungsfähigen Komponenten bestückt bzw. mehrschichtigen, flexiblen Leiterplatten genutzt. Komplizierter wird es bei der Verbindungstechnologie, denn die Integration von Einsteckbuchsen ist gerade bei kleinen Geräten, aufgrund der benötigten Einbautiefe, oft schwierig. Zudem müssen Steckverbinder und Kabel für den Geräteanschluss zielgruppengerecht konzipiert sein, um intuitiv und sicher zu funktionieren. Gerade älteren Anwender fällt die Bedienung von kleinen und filigranen Verbindungssystemen oft schwer.

Einen Lösungsansatz können magnetische Steckverbinder auf Federkontaktbasis bieten.

Magnetische Steckverbinder überzeugen durch flaches Design

Im Gegensatz zu herkömmlichen Stecksystemen, die für eine optimale Verrieglung eine gewisse Einstecktiefe benötigen, können magnetische Steckverbinder mit einem sehr flachen und planen Design umgesetzt werden. So kann die Buchse nahezu eben in das Kunststoffgehäuse integriert werden. Für eine sichere Kontaktierung reicht bereits eine Einbautiefe von wenigen Millimetern. Dies macht sie besonders für Anwendungen im medizinischen Umfeld interessant. Denn gerade Erhebungen, Lücken und Spalten, die herkömmliche Stecksysteme mit sich bringen, bergen eine hohe Kontaminierungsgefahr. Versieglungen mit Elastomer-Materialien oder das direkte umspritzen des Magnetsteckers mit Kunststoff, sorgen für ein System, das sehr gut gereinigt und desinfiziert werden kann. Dabei sind sogar Schutzklassen bis IP68 für Tauchdesinfektionen möglich. Weiterer Vorteil einer direkten Implementierung bzw. umspritzten Systemlösungen ist, dass Montagezeiten und -kosten erheblich verringert werden können.

Selbstführende Verbindung durch Magnetkraft

Die Implementierung von Magneten sorgt für eine selbstführende, sowie schock- und vibrationsbeständige Verbindung von Stecker und Gerät. Dies macht die Anwendung sehr einfach und komfortabel, gerade bei schwierigen oder kleinen Einbausituationen. Durch die Polung der Magnete kann ein falsches Anschließen ausgeschlossen werden, was eine hohe Kontakt- und Funktionssicherheit gewährleistet. Im Gegensatz zu herkömmlichen Steckern, ist die Beanspruchung beim Kontaktieren und der damit einhergehende Verschleiß der Buchse bei magnetischen Steckern minimal. Auch die Gefahr eindringender Feuchtigkeit und Schmutz ins Innere des Gerätes wird nahezu eliminiert. Zudem kann die Magnetkraft durch verschiedene Zusammensetzungen an die jeweilige Anforderung eingestellt und die Grenzwerte empfindlicher Geräte, gerade in der Medizintechnik, ausreichend berücksichtig werden. Bei einem Beispiel aus der Industrie, wurde für ein Diagnosekabel eine hohe Magnetkraft gewünscht, um die unter Tische befindliche Buchse durch eine starke Selbstführung schnell zu kontaktieren.

Federkontakte mit bis zu 15A pro Pin

Zur Strom- und Datenübertragung werden Federkontakte eingesetzt, die durch ein kleines Rastermaß und einem hohen Toleranzausgleich überzeugen. Zudem erlauben Sie eine hohe Integrationsdichte und haben eine lange Lebensdauer. Der Standardwert für Nennströme liegt bei 1A pro Pin. Je nach Material und innerem Aufbau des Federkontaktstifts sind auch Ströme bis zu 15A pro Pin möglich. Dies ist gerade für die Ladezeit von Akkus ein entscheidender Vorteil. Federkontakte gibt es in sehr kleinen Bauweisen, mit Arbeitshöhen ab 1,2mm. Die Anordnung im sogenannten Right-Angle-Design ist zudem platzsparend und erlaubt eine Kontaktierung auf sehr kleinem Raum. Die Beschichtung der Federkontakte erfolgt im Standard mit Gold, welches eine exzellente elektrische Leitfähigkeit hat und einen hohen Schutz vor Korrosion und Oxidation bietet.

Beschichtung gegen elektrolytische bzw. galvanische Korrosion

Jedoch gibt es bereits Weiterentwicklungen, die gerade für Wearables sehr interessant sind. Als Beispiel genannt sei die Super AP Beschichtung, welche extrem widerstandsfähig gegen elektrolytische bzw. galvanische Korrosion ist, während sie einen sehr geringen Widerstand beibehält. Im Vergleich zu einer Gold Beschichtung ist die Super AP Beschichtung zweimal Widerstandsfähiger gegen Salzwasser, fünfmal resistenter gegen Transpiration und um Faktor 30 Widerstandsfähiger gegen Elektrolyse. Die Korrosion der elektrischen Kontakte durch Schweiß oder Feuchtigkeit wird effektiv minimiert.

Integration von Baugruppen in Magnetsteckern

Genau wie bei konventionellen Steckern, können auch weitere Komponenten, wie Status-Lämpchen in den magnetischen Steckverbinder integriert werden. Empfindliche, elektronische Komponenten, Platinen oder Sensoren werden dabei mit dem Hotmelt Verfahren abgedichtet. Spezifikationen in Bezug auf Flexibilität, Schlagfestigkeit und Stoßdämpfung, sowie UV-Schutz und Chemikalienresistenz, können durch verschiedene Materialien berücksichtigt werden. Die elektronischen Bauteile werden sicher vor Korrosion und Umwelteinflüssen geschützt und sind somit auch für schwierige Einsatzmöglichkeiten mit hoher Luftfeuchtigkeit oder starken Temperaturschwankungen geeignet.

Bei der Auswahl der Kabel kann der Anwender aus den Vollen schöpfen. Die Magnetstecker können mit nahezu jedem Kabel konfektioniert werden.

In der Praxis zeigen sich die großen Vorteile eines magnetischen Lösemechanismus. So wird bei einem ungewollten Zug am Kabel das Gerät und der Stecker nicht beschädigt und letztendlich auch eine Verletzungsgefahr für den Benutzer vermieden.

In einem aktuellen Projekt konnte durch die Integration von magnetischen Steckern in ein Schwesternotrufsystem, das Ausreißen der integrierten Wandbuchse und die damit einhergehende Beschädigung des Gerätes, durch ein zu festes Zerren am Kabel, verhindert werden. Weitere Anwendungsgebiete im medizinischen Bereich sind unter anderen Ladekabel mit Magnetstecker für Prothesen und Rollstühle.

Für die Ausstattung eines Produktes mit Magnetsteckern muss das Rad nicht immer neu erfunden werden. Durch kundenspezifisch entwickelte Magnetadapter, können auch bereits vorhandene Bediensysteme unkompliziert auf dieses komfortable Verbindungssystem umgestellt werden. So erhalten bewährte Eingabegeräte ein designorientiertes Relaunch. Zudem ermöglichen einige Standardlösungen eine schnelle Umrüstung von USB Anschlüssen.

Kreative Lösungsansätze für Entwickler

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass magnetische Steckverbinder für Entwickler kreative Lösungsmöglichkeiten bieten und neue Konstruktionsansätze eröffnen – nicht nur in der Medizintechnik. Inwieweit sich eine kundenspezifische Lösung, auch unter der Berücksichtigung wirtschaftlicher Aspekte, lohnt, ist immer Einzelfallabhängig. Als komfortable und innovative Verbindungslösung wahrgenommen, bietet sie den Geräten auf jeden Fall einen Mehrwert in Punkto Design und Handhabung, einhergehend mit einer Abgrenzung zu Wettbewerbsprodukten.

Anfrage zu magnetischen Steckverbindern

N&H Technology realisiert magnetische Steckverbinder inklusive Kabelkonfektionierung für alle Branchen und Industrien. Dabei übernehmen die Produktdesigner von N&H gerne die Konstruktion und Entwicklung. Gerade im Bereich der Medizintechnik und E-Mobility konnten wir bereits eine Vielzahl an magnetischen Steckerlösungen für ihre Kunden realisieren.

Der andauernde Trend bei HMI-Lösungen hin zu einer intuitiveren, personalisierten und reaktionsfähigeren Benutzererfahrung, scheint bewährte Silikonschaltmatten als Tastaturlösungen zunehmend zu verdrängen. Dabei bietet gerade die Kombination von Klassikern, wie der Silikonschaltmatte, und innovativen Schnittstellentechnologien interessante Möglichkeiten und Potenziale für die Gestaltung von effizienten und benutzerfreundlichen Mensch-Maschine-Bedieneinheiten. Denn die Maxime, die Schnittstelle zwischen Mensch und Maschine unkompliziert und intuitiv zu gestalten, fordert häufig einen Mix aus bewährten elektromechanischen Komponenten in Kombination mit Multi-Touch Displays und zum Beispiel Gesten – und Sprachsteuerungstechnologien. Stichwort ist hier die Integration und sinnvolle Kombination der Vorteile beider Welten. Dabei sollte sich ein Augenmerk auf die Wirtschaftlichkeit richten, da nicht alles, was technisch möglich ist, auch wirtschaftlich sinnvoll sein kann.

Einsatz in nahezu in allen Branchen

Gerade in industriellen Bereich, bei der Steuerung von Lasten und Maschinen, müssen Bedienelemente zuverlässig funktionieren und für die rauen Bedienumgebung geschützt sein. Auch ein haptisches Feedback, gerade bei der Handhabung mit Arbeitshandschuhen, ist zur Minimierung einer Fehlbedienung wichtig. Hier ist nach wie vor die Silikonschaltmatte aufgrund ihrer geschlossenen Oberfläche und Resistent gegenüber Feuchtigkeit, Schmutz, Chemikalien und thermische Einflüsse eine bevorzugte Wahl.

Verbesserte Oberflächentechniken schaffen neue Standards in Hinblick auf die Abriebklassen der Lackierung und die Gestaltungsmöglichkeiten der Tastaturlayouts. Neben einem prägnanten haptischen Feedback, spielt vor allem die Integration von Leuchtelementen z.B. für Statusanzeige und für die Auffindbarkeit in diffusen Umgebungslicht eine wichtige Rolle im industriellen Bereich. Darüber hinaus ermöglichen Silikonschaltmatten eine geräuschlose Bedienung, was in einigen Anwendungsbereichen wie beispielsweise in der Medizintechnik oder in der Tontechnik von Vorteil ist. Silikonschaltmatten sind auch sehr langlebig und widerstandsfähig gegenüber Verschleiß und Abnutzung, was in einem rauen und anspruchsvollen Umfeld wie dem Automobilbereich von Vorteil ist.

Unendliche Gestaltungsmöglichkeiten der Silikonschaltmatte

Im Spritzgussverfahren hergestellt, bietet die SilikonschaltmatteSilikonschaltmatten nahezu unendliche Gestaltungsmöglichkeiten. Zudem passt sie sich Ihrer Konstruktion an und ist äußerst flexibel. Verschiedene Tastenformen und individuelle Tastenfarben sind problemlos realisierbar. Eingearbeitete Oberflächenstrukturen und Texturen, Erhebungen oder Vertiefungen in einzelne Tasten erzeugen ein haptisches Feedback. Dies ermöglicht dem Benutzer eine eine einfache Identifizierung und Bedienung. Spezielle Oberflächenbeschichtungen, wie PU- oder Epoxy-Coating, machen die Tasten dauerhaft abriebfest.

Beleuchtung einer Silikonschaltmatte

Eine gängige Methode, um Silikonschaltmatten zu beleuchten, ist die Verwendung SMD-LEDs. Diese kleinen LEDs werden auf der unterliegenden Leiterplatte montiert und sind in verschiedenen Farben und Größen erhältlich. Für die Silikonschaltmatten selbst verwendet man ein transluzentes Silikon, um das Licht zu verteilen und eine Beleuchtung zu gewährleisten. Die Tasten werden im Anschluss bedruckt oder lackiert und mittels nachträglich Lasergravur beschriftet. Der Laser ermöglicht sehr filigrane Beschriftungen.

Durch präzise Spritzgussverfahren ist eine mehrfarbige Tastaturbeleuchtung möglich. Dabei wird ein opaker Lichtkanal in jede einzelne Taste integriert, der vom Rest der transparenten Taste absolut isoliert ist und eine präzise Bündelung des Lichtstrahles erzeugt. Statusbeleuchtungen der einzelnen Tasten sind so möglich.

Das transparente Standardmaterial der Silikonschaltmatten ist eher milchig, was bei größeren Schaltmatten zu Streuverlusten der Lichtquelle führen kann. Neue Materialien ermöglichen glasklare, hochtransparente Tastaturen, die eine minimale Lichtstreuung bieten. Dadurch gelangt der Lichtstrom nahezu vollständig an der Oberfläche. Dies macht Sie vor allem für hell beleuchtete Arbeitsumgebungen, oder im Einsatz unter Tageslicht interessant. Auf die Integration von Lichtkanälen wird verzichtet, so dass eine geschlossene Oberfläche entsteht, die einen umfangreichen Schutz der unterliegenden Elektronik vor Staub und Feuchtigkeit gewährleistet.

Integration von Silikonschaltmatten

Eine nahtlose Integration des Endprodukts wird durch eine optimale Gestaltung der Silikonschaltmatte gewährleistet. Der Spritzguss erlaubt auch ein direktes aufspritzen des Tastenlayouts auf einen Kunststoffrahmen als Frontrahm. Somit entsteht ein optimaler Verbund zwischen den beiden Komponenten und eine vollständig geschlossene Oberfläche. In Kombination mit dem Spritzgussgehäuse wird eine Schutzklasse von bis zu IP68 realisiert.

Wenn mehr Funktionalität oder ein komplexeres Bedienmenü erwünscht sind, wird eine Kombination von Silikonschaltmatte und moderner Touchscreen-Lösungen realisiert. Dabei werden Display und die Elektronik in einem weiteren Bearbeitungsschritt mit dem entstandenen Rahmen kombiniert. Vorteil der Mehrkomponentenspritzguss Technik ist, dass nur ein Bauteil konstruiert wird. Dies führt zu wesentlich reduzierten Investitionen und Aufwand in Produktion und Qualitätssicherung.

Robust und langlebig

Silikonschaltmatten überzeugen durch Robustheit und Langlebigkeit. Immer weiter entwickelte Silikonmaterialien ermöglichen mittlerweile einen Temperaturbereich von -40°C bis +250°C und eine mechanische Lebensdauer mit bis zu 10 Mio. Schaltzyklen. Hub- und Betätigungskräfte lassen sich individuell nach Kundenanforderungen anpassen. Zudem sind verschiedene Tastfunktionen sind möglich, wie z.B. Wipp-Tasten.

Tastenhub von 0,3 bis 5,0mm

Der Tastenhub variiert je nach Anwendung und ist normalerweise im Designprozess der Schaltungen festgelegt, um die bestmögliche Benutzererfahrung zu gewährleisten. Typischerweise hat eine Silikonschaltmatte einen Tastenhub von etwa 0,5 bis 1,5 mm, möglich ist aber ein Bereich zwischen 0,3 bis 5,0mm. Der Tastenhub bezieht sich auf den Abstand, den die gedrückte Taste zurücklegt, bevor sie den elektrischen Kontakt herstellt. Ein kurzer Tastenhub bedeutet, dass die Tasten leicht zu drücken sind und weniger Kraftaufwand benötigen. Dies kann insbesondere bei Geräten mit vielen Tasten von Vorteil sein, um eine schnelle und komfortable Bedienung zu gewährleisten. Im industriellen Bereich dagegen ist zum Steuern von schweren Maschinen oft ein längerer Tastenhub erwünscht, um eine bessere Rückmeldung und ein besseres taktiles Gefühl beim Betätigen der Tasten zu erhalten.

Elektrische Kontaktierung von Silikonschaltmatten

Es ist jedoch wichtig zu beachten, dass der Tastenhub nicht der einzige Indikator für die Qualität oder Haltbarkeit einer Silikonschaltmatte ist. Es gibt viele andere Faktoren, die bei der Auswahl einer Schaltmatte berücksichtigt werden sollten, wie zum Beispiel die Lebensdauer der Kontakte. Es gibt vielfältige Realisierungsmöglichkeiten bei der elektrischen Kontaktierung – vom kostengünstigen Carbondruck bis hin zu hochwertigen Metallkontaktpillen mit einer Strombelastbarkeit bis 2A. Auch der Einsatz von Metallschnappscheiben oder die Betätigung eines Tact Switch ist möglich.

Carbonpillen als günstige Variante setzt man häufig in Silikonschaltmatten als leitfähige Elemente ein, um elektrische Signale von den Schaltflächen zu den elektronischen Bauteilen zu übertragen. Die Carbonpillen sind in diversen runde und ovalen Formen erhältlich. Je nach Größe und Form sind Widerstände im Bereich von < 150 Ω ~ 500 Ω realisierbar. Für Anwendungen bei denen eine sehr geringe elektrische Widerstandsfähigkeit erforderlich ist, werden Low Resistance Carbon Pill (kurz LRCP) mit einem Widerstand von < 30 Ω eingesetzt.

Eine weitere wichtige Eigenschaft des Carbondrucks ist, dass er ein sehr flaches Profil hat, was dazu beiträgt, dass die Tasten der Silikonschaltmatten flach und leicht zu drücken sind. Daneben gibt es auch die Möglichkeit von Metallkontakten, optional auch mit Gold beschichtet, die einen Widerstand von <1Ω ermöglichen. Ist eine akustische und prägnante Rückmeldung gewünscht, werden auch Metallschnappscheiben eingeklebt. Die Betätigungskräfte sind von 20g–500g flexibel wählbar und werden unter anderen durch die Härte des Silikons, die Dicke der Schaltmatte und Größe und Form der Schaltfläche beeinflusst.

Kostengünstige Eingabelösung

Auch wenn die Initialkosten Werkzeugbedingt erst einmal höher sind, ist die Silikonschaltmatten im Vergleich zu anderen kundenspezifischen Eingabelösungen kostengünstig herzustellen. Die Nachfrage nach Geräten mit hoher Zuverlässigkeit, Komfort und Flexibilität, machen die Silikonschaltmatte auch in Zukunft zu einer attraktiven Eingabelösung. Zu beachten ist, dass die Konstruktion viel Erfahrung und Fachwissen im Bereich der Materialwissenschaften, des Designs und der Herstellungstechnologien erfordert. Kompetente Unternehmen übernehmen in der Regel die Konstruktion einer passenden Silikonschaltmatte und begleiten die Kunden bis zur Serienlieferung.

N&H Technology Musterset

Das N&H Muster Set beinhaltet eine spezielle Muster-Silikonschaltmatte mit einer Vielzahl an Beispieltasten und Konstruktionen, sowie eine Muster-Folientastatur mit den verschiedenen Ausstattungsoptionen.

In der Medizintechnik sind Tastaturen und Benutzeroberflächen ein unverzichtbarer Aspekt des Gerätedesigns. Diese Komponenten müssen nicht nur funktional und zuverlässig sein, sondern auch den hohen Standards für Hygiene und Benutzerfreundlichkeit genügen, die in klinischen Umgebungen erforderlich sind. Von Ultraschallgeräten über Patientenmonitore bis hin zu Bettensteuerungen – die Mensch-Maschine-Schnittstelle ist ein kritischer Faktor für die Qualität der Patientenversorgung. Hygiene steht an vorderster Stelle, wenn es um medizinische Tastaturen geht. Krankheitserreger können auf Oberflächen überdauern und potenziell zu Infektionen führen. Das macht es unerlässlich, Materialien und Technologien zu verwenden, die leicht zu reinigen sind. Darüber hinaus müssen diese Oberflächen resistent gegen aggressive Reinigungs- und Desinfektionsmittel sein, die in medizinischen Einrichtungen häufig eingesetzt werden.

Klassische Eingabekomponenten: Folientastaturen und Silikonschaltmatten

Zumeist wird dabei auf klassische Eingabekomponenten gesetzt: Folientastaturen und Silikonschaltmatten. Beide Technologien haben ihre eigenen Stärken und Schwächen, und die Wahl der geeigneten Tastaturlösung hängt von einer Reihe von Faktoren ab, darunter Stückzahl, Budget, technische Anforderungen und das spezifische Einsatzgebiet des Geräts.

Folientastaturen

Folientastaturen sind oft die erste Wahl für Anwendungen, bei denen eine flache Eingabelösung und einfache Montage gewünscht ist. Oft lassen sie sich durch Aufkleben auf ein Standardgehäuse integrieren, was sie besonders attraktiv für Anwendungen macht, bei denen schnelle Lösungen oder Anpassungen erforderlich sind. Die Folientastatur besteht aus mehreren Einzelschichten, die zu einem sehr flachen Gesamtaufbau zusammengesetzt werden. Durch spezielle Drucktechniken können komplexere Schaltpläne direkt auf die Folie gedruckt werden. Die oberste Schicht ist oft aus strapazierfähigem Polyester oder Polycarbonat gefertigt und kann mit antimikrobiellen Wirkstoffen behandelt werden, um die Verbreitung von Keimen einzuschränken. Geprägte Tasten sorgen für ein haptisches Feedback, das benutzerbedingte Eingabefehler minimiert. Zusätzlich können Schnappscheiben aus Metall eine akustische Rückmeldung durch ein “Knack” Geräusch bieten, was besonders in Umgebungen mit hoher Betätigungsfrequenz von Vorteil ist. Auch die Integration von flachen Signalgebern ist für eine akustische Rückmeldung möglich.

Beleuchtete Folientastaturen

Die Raumbeleuchtung in medizinischen Arbeitsumgebungen ist oft gedimmt, daher ist die Beleuchtung der Eingabeelemente unerlässlich. Die Folientastatur punktet hier durch die einfache Integration von LED’s zur Hinterleuchtung von Tastensymbolen oder für Statusmeldungen. Daneben erhält der Anwender durch integrierte LED’s auch ein optisches Feedback.

Komplexere Menüführungen können durch die Ergänzung der Folientastatur mit einem Touch-Display erleichtert werden. Die Folientastatur ermöglicht schnellen Zugriff auf wiederkehrende Eingabebefehle und voreingestellte Parameter, während das Touch-Display grafische Visualisierungsmöglichkeiten für interaktive Kommunikation bietet.

Verträglichkeitsabschirmung (EMV) bei Folientastaturen

Bei der gleichzeitigen Verwendung mehrerer elektrischer Quellen an einem Ort, wie zum Beispiel im Operationssaal, können unzureichende Abschirmungsmaßnahmen gegen elektrische oder elektromagnetische Einflüsse zu Beeinträchtigungen und Störungen der einzelnen Geräte führen. Zur Gewährleistung einer störungsfreien Funktion einer Folientastatur in diesem Umfeld wird eine elektromagnetische Verträglichkeitsabschirmung (EMV) eingesetzt, die unter anderem aus einer mit Aluminium oder Kupfer beschichteten Polyesterfolie besteht. Diese Schutzfolie verhindert nicht nur das Eindringen unerwünschter Signale in das Gerät, sondern minimiert auch mögliche Störungen in der eigenen elektromagnetischen Umgebung. Preislich sind Folientastaturen im Vergleich zu Silikonschaltmatten, bei kleinen bis mittleren Stückzahlen im Vorteil, da sie weniger hohe Anfangsinvestitionen erfordern.

Silikonschaltmatten

Hygieneanforderungen

Bezüglich der Hygieneanforderungen könnte die Verwendung von Silikonschaltmatten in der Medizintechnik zunächst als suboptimal erscheinen. Die Sorge liegt dabei insbesondere in potenziellen Hohlräumen und Fugen, die bei der Integration in ein Gehäuse entstehen könnten. Diese könnten vermeintlich nicht ausreichen, um den hohen hygienischen Standards der Medizintechnik gerecht zu werden. Darüber hinaus sind die initialen Investitionen in Werkzeuge und Formen für Silikonschaltmatten nicht zu unterschätzen, was sie für Kleinserien kostspielig macht. Allerdings zeigt sich, dass Silikonschaltmatten bei höheren Produktionszahlen bemerkenswert kosteneffizienter als Folientastaturen sind.

Tastendesign von Silikonschaltmatten

Ein weiterer entscheidender Vorteil von Silikonschaltmatten besteht in ihrer außerordentlichen Designflexibilität und Anpassungsfähigkeit. Im Gegensatz zu Folientastaturen, die physische Limitierungen insbesondere in der räumlichen Ausdehnung der Tasten haben, bieten Silikontasten eine erhebliche Freiheit in der Gestaltung und ermöglichen Tasten mit einer Höhe von mehreren Zentimetern. Diese Flexibilität erstreckt sich über ein breites Spektrum von Anwendungsmöglichkeiten: von variablen Tastenformen und Tastengrößen bis hin zu individuellen Farboptionen und spezifischen Oberflächenstrukturen. Zusätzlich ermöglichen gezielte Erhebungen oder Vertiefungen in den Tasten ein differenziertes haptisches Feedback, welches die Benutzererfahrung signifikant steigert. Darüber hinaus bieten spezielle Oberflächenbeschichtungen wie Polyurethan (PU) oder Epoxydharz einen dauerhaften Schutz gegen mechanischen Abrieb.

Auch die Integration moderner Beleuchtungstechnologien wie Status-LEDs oder Hinterleuchtung in Kombination mit transparenten Elastomeren ist problemlos möglich.

Um Spalten und Lücken im Gehäuse effektiv abzudichten und die darunterliegende Elektronik vor Feuchtigkeit zu schützen, können einzelne Tasten mit peripheren Dichtungen ausgestattet werden. Dies ist ein kritischer Faktor, insbesondere in medizinischen Umgebungen, wo die regelmäßige Reinigung und Desinfektion der Geräte unabdingbar ist.

Mehrkomponentenspritzguss-Technologie für vielfältige Integration

Das Verfahren des Umspritzens eröffnet zudem völlig neue Perspektiven, insbesondere im Hinblick auf Handheld-Geräte, Desktop-Tastaturen und größere Bediengeräte wie Ultraschallgeräte. Dabei wird ein flaches Tastaturlayout direkt auf die Frontplatte des Gehäuses appliziert. Nach dem Einbau der Elektronik erfolgt die Verschweißung mit der Rückschale im Ultraschallverfahren. Dies führt zu einer nahtlosen Verbindung der einzelnen Komponenten und einer Oberfläche, die vollständig abgeschlossen ist.

Die resultierenden Tastaturen sind äußerst widerstandsfähig gegen das Eindringen von Wasser und Staub und ermöglichen daher eine gründliche und umfassende Reinigung. Mit einer Schutzklasse von bis zu IP68 ist sogar eine Tauchdesinfektion realisierbar. Je nach Wahl des Silikonmaterials ist zudem eine Dampfsterilisation möglich, wodurch initial vorhandene Bedenken bezüglich der Hygiene-Eignung weitestgehend entkräftet werden kann.

Ein weiteres Merkmal der Mehrkomponentenspritzguss-Technologie ist die Effizienz der Fertigung: Hier muss lediglich ein Bauteil entwickelt und produziert werden. Dies reduziert nicht nur die Anfangsinvestitionen, sondern senkt auch den Ressourcenaufwand für Produktion und Qualitätssicherung signifikant. Die Skalierbarkeit dieses Ansatzes kann die initialen Kosten für Werkzeuge und Formen oft mehr als ausgleichen, sodass diese Methode als eine wirtschaftliche Alternative zu separaten Folientastaturen und Gehäusekomponenten angesehen werden kann.

Frontplatte mit aufgespritztem Tastaturlayout und integrierten Steckverbinder

Zusätzlich erlaubt die Technologie eine nahtlose Integration von zusätzlichen

Funktionselementen wie zum Beispiel magnetischen Steckverbindern, die nur eine minimale Einbautiefe benötigen, aber eine robuste Verbindung sicherstellen. Dies vereinfacht die Konstruktionslogik und optimiert den Platzbedarf im Gerät. In medizinischen Anwendungen bieten diese Steckverbinder dank ihrer leicht zu reinigenden und desinfizierbaren Oberflächen eine überzeugende Alternative zu herkömmlichen Stecksystemen, deren Ecken und Kanten ein Kontaminationsrisiko darstellen könnten. Deren Reinigungseffizienz kann sogar noch durch den Einsatz spezieller Dichtungen oder direktes Umspritzen des Steckverbinders gesteigert werden.

Kein einfaches Entweder-Oder

Sowohl Folientastaturen, als auch Silikonschaltmatten bieten eine hohe Langlebigkeit und Zuverlässigkeit, weshalb die Wahl zwischen ihnen kein einfaches Entweder-Oder ist. Vielmehr bedarf es einer sorgfältigen Analyse der spezifischen Bedürfnisse des jeweiligen medizinischen Geräts. Faktoren wie Bedienbarkeit, Nutzungskontext und Kostenstruktur sollten in einem ganzheitlichen Ansatz über den gesamten Produktlebenszyklus betrachtet werden, um die optimalste Tastaturlösung auszuwählen. In dieser komplexen Entscheidungslandschaft können sowohl Folientastaturen als auch Silikonschaltmatten, insbesondere wenn sie mit dem Mehrkomponentenspritzguss kombiniert werden, jeweils technologisch und ökonomisch überzeugende Optionen sein. Die endgültige Entscheidung hängt letztlich stark von den individuellen Anforderungen und Bedürfnissen des jeweiligen Projekts ab.

Full-Service bei N&H Technology

Wir erarbeiten mit Ihnen die optimale Eingabelösung für Ihre Anwendung. Dabei übernehmen wir auch gerne die Konstruktion und Entwicklung und begleiten Ihr Projekt von der ersten Idee bis zur Serienlieferung.

Einleitung

Die Entwicklung von Eingabegeräten hat in den letzten Jahrzehnten bedeutende Fortschritte gemacht. Kapazitive Folientastaturen verbinden dabei die Robustheit traditioneller Folientastaturen mit der fortschrittlichen Berührungsempfindlichkeit kapazitiver Technologien. Dies bietet eine beeindruckende Kombination aus Sensibilität, Präzision und Langlebigkeit, die sie für eine breite Palette von Anwendungen attraktiv macht.

Im Gegensatz zu konventionellen Folientastaturen, die auf mechanischen Druck reagieren, nutzen kapazitive Folientastaturen die elektrische Leitfähigkeit des menschlichen Körpers. Eine Berührung führt zu einer Änderung der elektrischen Kapazität, die von Sensoren erfasst und in ein Eingabesignal umgewandelt wird. Diese Technologie erfordert keinen physischen Druck, was die Interaktion mit dem Gerät schneller und effizienter macht.

Aufbau einer kapazitiven Folientastatur

Der Aufbau einer kapazitiven Folientastatur ist technologisch anspruchsvoller, kann jedoch durch den Verzicht auf mechanische Schalter dünner und flexibler gestaltet werden. Wie auch bei herkömmlichen Folientastaturen, besteht die kapazitive Variante aus einem Folienverbund.

Die Grafikfolie als oberste Schicht enthält die Beschriftungen der Tasten und das Tastaturlayout. Sie ist üblicherweise aus einem strapazierfähigen, oft transparenten Material gefertigt, das den darunterliegenden kapazitiven Sensoren erlaubt, die Berührung des Benutzers zu erkennen. Als Alternative zu einer Folie kann auch eine bedruckte Oberfläche aus Glas oder Kunststoff verwendet werden, so dass eine sehr stabile Eingabeeinheit entsteht. Die Dicke dieser Materialien sollte zwischen 0,2mm bis max. 6,0mm liegen.

Die darunterliegende kapazitive Sensorebene besteht aus einer Reihe von leitfähigen Pads oder Flächen, die auf einer Isolationsschicht angeordnet sind. Jedes Pad entspricht einer Taste auf der Tastatur. Wenn ein Finger oder ein anderes leitfähiges Objekt die Oberfläche über einem Pad berührt, ändert sich die elektrische Kapazität an dieser Stelle.

Die Schaltungsschicht enthält die elektronische Schaltung, die notwendig ist, um die Änderungen in der Kapazität zu messen. Sie übersetzt die Änderungen in elektrische Signale, die dann vom Computer oder Gerät interpretiert werden können.

Zwischen der Schaltungsschicht und den kapazitiven Pads kann eine Isolationsschicht vorhanden sein, um elektrische Störungen zu vermeiden und die Präzision der kapazitiven Messung zu erhöhen. Die unterste Schicht mit der Klebefolie bietet Struktur und Unterstützung. Anschlüsse oder Kabel verbinden die Tastatur mit der Hardware. Je nach Design und Anforderung können kapazitive Folientastaturen auch zusätzliche Features wie Hintergrundbeleuchtung, haptisches Feedback oder die Integration mit Touchscreens beinhalten.

Herausforderungen

Trotz vieler Vorteile gibt es Herausforderungen, wie das Fehlen einer spürbaren Rückmeldung, was für einige Anwendungen kritisch sein kann. Auch die Bedienung mit Handschuhen oder unbeabsichtigte Auslösungen durch versehentliche Berührungen sind Aspekte, die berücksichtigt werden müssen. Moderne kapazitive Folientastaturen integrieren daher zunehmend haptische Feedback-Technologien. Diese simulieren physische Rückmeldungen durch Vibrationen oder andere taktile Reaktionen, um dem Benutzer eine Bestätigung der Eingabe zu geben, und bieten somit ein reichhaltigeres Benutzererlebnis. Die Kombination von kapazitiven Tastaturen mit LCD- oder OLED-Displays ermöglicht dynamische Benutzeroberflächen. Tasten können je nach Kontext oder Funktion des Geräts angepasst werden, was eine beispiellose Flexibilität in der Benutzerschnittstelle bietet.

Extrem widerstandsfähig

Ohne bewegliche Teile sind kapazitive Folientastaturen wesentlich widerstandsfähiger gegen Staub, Feuchtigkeit und alltäglichen Verschleiß. Dies macht sie besonders geeignet für anspruchsvolle Umgebungen, in denen Hygiene und Langlebigkeit von entscheidender Bedeutung sind. Die Wartung dieser Tastaturen ist zudem unkompliziert, da ihre Oberflächen leicht zu reinigen und weniger anfällig für Schäden sind. Dies verlängert ihre Lebensdauer und reduziert die Gesamtbetriebskosten.

Fazit

Obwohl die anfänglichen Kosten höher sein mögen als bei herkömmlichen Tastaturen, rechtfertigen die Langlebigkeit und geringeren Wartungskosten die Investition. Kapazitive Folientastaturen sind nicht nur eine innovative Alternative zu herkömmlichen Tastaturen, sondern ein entscheidender Schritt in Richtung einer nahtloseren, effizienteren und benutzerfreundlicheren Interaktion mit unseren Geräten. Sie eignen sich besonders für Anwendungen, die Zuverlässigkeit, einfache Wartung, hygienische Bedingungen und eine moderne Benutzeroberfläche erfordern. Die Wahl zwischen kapazitiven und traditionellen Folientastaturen hängt letztendlich von den spezifischen Anforderungen und Einschränkungen des jeweiligen Einsatzbereichs ab.

Full-Service bei N&H Technology

Wir erarbeiten mit Ihnen die optimale Eingabelösung für Ihre Anwendung. Dabei übernehmen wir auch gerne die Konstruktion und Entwicklung und begleiten Ihr Projekt von der ersten Idee bis zur Serienlieferung. 

Bisher führte N&H Technology Hochstromkontakte mit einer maximalen Nennleistung von 12A im Standardsortiment. Um den steigenden Wunsch nach schnellen Aufladungszeiten von stromintensiven Anwendungen und der zugleich hohen Anforderungen in der Miniaturisierung weiter gerecht zu werden, bietet N&H nun einen neuen Federkontakt mit bis 15A Nennstrom an. Anstatt des Standardmaterials Messing ist der Federkontakt SVPC-P-P5650FH05 aus Kupfer-Tellur gefertigt, welches anschließend mit 20 Mikroinch Gold über Nickel beschichtet wird. Dies garantiert eine exzellente elektrische Leitfähigkeit und einen hohen Schutz vor Korrosion und Oxidation.

Der Miniaturkontakt hat eine Federkraft 120g und eine Lebensdauer von mindestens 10.000 Kontaktzyklen. Die Länge beträgt gerade einmal 9,61mm, der mittige Kolbendurchmesser liegt bei 2,41mm. Durch das Plug-In Typ Design eignet er sich für die THT Montage und kann für die automatisierte Leiterplattenbestückung mit einer Kappe geliefert werden. Auch der Einbau in einen kundenspezifischen Miniaturstecker ist auf Anfrage möglich. Im Vergleich zu festen Steckverbindern gewährleistet der hohe Toleranzausgleich von Federkontakten eine weitestgehend stoß- und vibrationsbeständige Verbindung.

Der Mehrkomponenten Spritzguss ermöglicht es die positiven Eigenschaften von Kunststoffen und Elastomeren in einem Bauteil zu vereinen. Dies eröffnet vielfältige Anwendungsbeispiele, wie funktionelle Gehäuse, bei denen das Kunststoffformteil direkt mit einer Elastomeren Eingabeeinheit umspritzt wird. Die harte Kunststoff-Komponente dient dabei zur Aufnahme mechanischer Belastungen, die weiche Elastomer-Komponente zugleich als Tastatur, Dichtung und Dämpfung. Zudem können haptische Faktoren und mehrfarbige Gehäuse einfach umgesetzt werden. Weiterer Vorteil der Technik ist, dass nur ein Bauteil konstruiert werden muss. Dies führt zu wesentlich reduzierten Investitionen und Aufwand in Produktion und Qualitätssicherung. Auch werden nachträgliche Bearbeitungsschritte wie Schweißen, Kleben oder Vulkanisieren gespart.

Die N&H Technology GmbH realisiert kundenspezifische Formteile im Mehrkomponentenspritzguss. Das Produktspektrum reicht dabei von Kleinst-Präzisionsteilen über funktionale Gehäuse bis hin zu komplexen Formteilen. Dabei bietet das Unternehmen bewährte Fertigungsverfahren an, um mehrerer Komponenten in einem Produkt zu vereinen und hat langjährige Erfahrung sowohl im Kunststoffspritzguss, als auch in der Fertigung technisch anspruchsvoller Silikon-Bauteile. Das Ingenieursteam von N&H Technology begleitet die Kunden ab den ersten Konstruktionsansätzen in der Entwicklungsphase bis zur Serienlieferung

Durch kundenspezifische Steckadapter können magnetische Kabellösungen einfach in vorhandene Bediensysteme integriert werden. So können bewährte Eingabegeräte einen unkomplizierten Relaunch erhalten. N&H Technology konstruiert und liefert solche magnetischen Kabellösungen mit Steckern auf Basis von Federkontakten als Komplettsystem. Gerade in der Kernkompetenz von N&H, der Fertigung kundenspezifischer Bedieneinheiten, spielt die Kabelkonfektionierung eine große Rolle. Die Implementierung eines Magneten im Stecker sorgt für eine schnelle schock- und vibrationsbeständige, sowie selbstführende Verbindung vom Gerät. Durch den magnetisch-definierten Lösemechanismus wird verhindert, dass zum Beispiel bei einem ungewollten Zug am Kabel das Gerät durch einen Sturz beschädigt wird. Besonders bei Handschaltern die mit einer Wandbuchse verbunden sind, z.B. bei Krankenbetten, wird durch den automatischen Lösemechanismus ein ausreißen der Buchse verhindert. Die im Stecker integrierten Federkontakte können nicht nur Ladeströme bis 13A pro Pin, sondern auch alle andere Arten von Signalen übertragen. Durch verschiedene Konstruktionen können die Steckverbinder Schutzklassen von IPx5 bis IPx8 erfüllen.

Das Team von N&H Technology bietet bei der Konstruktion von kundenspezifischen Steckadaptern eine umfangreiche Unterstützung an und begleitet die Projekte bis zur Serienlieferung.

Als Full-Service Lieferant für Bedieneinheiten bietet N&H Technology auch TFT Displays in der In-Plane Switching (IPS) Technologie an. IPS Displays überzeugen durch einen großen Betrachtungswinkel, einen hohen Kontrast und optimale Farbdarstellung. Wir bieten die kompakten Displays in Größen von 0,96” bis 10.1“ an und haben den Produktbereich signifikant erweitert und aktualisiert.

Die Displays können optional mit einer kapazitiven Touch-Technologie ergänzt werden, was Multi-Touch Anwendungen ermöglicht. Die Ansteuerung ist über eine SPI bzw. klassische RGB Schnittstelle möglich. Der Arbeitstemperaturbereich liegt bei -20°C bis +70°C, was Sie auch für anspruchsvolle Einsatzgebiete im industriellen Umfeld qualifiziert. Die Lebensdauer liegt bei mindestens 30.000 Betriebsstunden.

Als ein Full-Service Supplier für kundenspezifische Eingabegeräte bietet die N&H Technology GmbH aus Willich nun auch kundenspezifische Produkt- und Transporttaschen bzw. textile Schutzhüllen für Eingabegeräte aus allen Branchen an. Anhand eines Musters oder 3D-Models können die Sondertaschen ab einer Mindestbestellmenge von 500 Stück kostengünstig angeboten werden.

Maßgeschneiderte Taschen bieten den Vorteil eines zuverlässigen Schutzes des Gerätes durch angepasste Polsterungen und geschäumte Inlays. Durch zusätzliche Minitaschen, Netze und Fächer kann das Zubehör übersichtlich verstaut werden. Das Corporate Design eines Unternehmens kann farblich umgesetzt werden und einen markanten Wiedererkennungs-Effekt generieren. Letztlich wird das Endprodukt sowohl optisch, als auch haptisch für den Endkunden aufgewertet.

Der Ausstattung und dem Design sind nahezu keine Grenzen gesetzt. Es stehen eine Vielzahl von Textilien für jeden Anwendungsbereich, sowie nahezu jede Farbe zur Auswahl. Individuelle Bedruckungen und Stickereien sind problemlos möglich. Auch komplett wasserdichte Schutzhüllen mit verschweißten Nähten können angeboten werden. Das Ingenieursteam von N&H berät seine Kunden ausführlich für eine passende Lösung.  

Die N&H Technology GmbH aus Willich erweitert ihre Produktpalette um die neue Drucktaster Serie GQD22. Die Edelstahl-Drucktaster überzeugen mit einer Strombelastbarkeit von 10A und eignen sich besonders für Hochstrom-Anwendungen.

Mit Einbaudurchmessern von 22 mm erfüllen die Drucktaster die Schutzklasse IP65 und die Schlagklasse IK09 und sind geschützt vor Vandalismus. Zur Wahl stehen die Kontaktkonfigurationen 1NO1NC und 2NO, sowie Lötanschluss und Kabelanschluss. Weiter ist eine optionale LED-Beleuchtung der Drucktaster in den verschiedensten Farben zur Statusanzeige möglich. Auch ist eine kundespezifische Gravur der Druckhaube ab einer MOQ von 500 Stück realisierbar.

Zu den technischen Merkmalen der Schalter gehört eine mechanische Lebensdauer von 1 Mio. Schaltzyklen. Einsatzbar ist die Serie GQD22 in einem Temperaturbereich bis maximal -25°C - +80°C, was sie für viele Anwendungen im industriellen Bereich interessant macht.