Was müssen Geräteentwickler und Designingenieure über Folientastaturen und Touchpads wissen?

Die Entwicklung innovativer Eingabegeräte ist noch lange nicht abgeschlossen. Ständig revolutionieren neue Technologien und Produkte den Markt.

Jens Kautzor | Hoffmann + Krippner Inc.

Vor über 30 Jahren erfunden, wurden Folientastaturen und -schalter zunächst als kostengünstige, aber unzuverlässige Eingabetechnologie belächelt. Doch nach jahrzehntelanger Verbesserung hat sich der Membranschalter mittlerweile als effektive Lösung für viele verschiedene technische Anwendungen etabliert. Aufgrund seiner unbestreitbaren Vorteile ist es heute für viele Branchen unverzichtbar geworden. Vom Verbraucher oft unbemerkt, hat sich die einfache Tastatur inzwischen zu einem raffinierten Hightech-System entwickelt.

Entwicklung der Membranschalter

Obere Reihe: Verwendung leitfähiger Tinte, Drucken von Schaltkreisen und der frühe Membranschalter

Untere Reihe: Integration von Metallkuppeln für taktiles Feedback, kundenspezifische Folien-auf-Folien-Membranschalter in kleinen und großen Mengen, Membranschalter auf FR4 mit langlebigen Tastenkuppeln, komplette schlüsselfertige Lösungen inklusive

Der Membranschalter hat seinen Ursprung im technischen Siebdruck. Ursprünglich dienten die bedruckten Folien lediglich als dekorative Elemente zur optischen Aufwertung herkömmlicher Schalter oder als Abdeckung von Kurzhubtasten.

Der erste echte Membranschalter kam Anfang der achtziger Jahre auf den Markt.

Das ursprünglich verwendete Material war Polycarbonat, wurde jedoch wegen der Sprödigkeit des Materials aufgrund schlechter mechanischer Verformungseigenschaften verworfen, was zu Rissen um die Tasten herum führte.

Zunächst waren nur Membranschalter ohne taktile Rückmeldung erhältlich. Es war nicht möglich, den genauen Abstand zwischen den Schichten zu berechnen, daher war das Schaltverhalten eher schlecht und führte zu einer geringeren Qualität.

Durch die Verwendung von Polyester als Basismaterial und die Änderung des Membranschalterdesigns hinsichtlich Zusammensetzung und Struktur konnten die Qualitätsprobleme der Anfangsjahre weitgehend beseitigt werden. In den späten Achtzigern wurden die ersten Membranschalter mit gewölbten Tasten hergestellt, wobei Metallkuppeln für eine verbesserte taktile Rückmeldung und Langlebigkeit eingeführt wurden.

Bildunterschrift: Integrierte Metallkuppel zur taktilen Rückmeldung.

Ein weiterer großer Schritt in der Entwicklung des Membranschalters war die Einführung der LED-Technologie. Ursprünglich nur zur Hinterleuchtung von Tasten eingesetzt, bieten LEDs heute eine Vielzahl interessanter und effektvoller Anzeigemöglichkeiten für Folientastaturen. Der größte Durchbruch war jedoch die Steigerung der Schaltzyklen auf über 1 Million Betätigungen durch den Einsatz vergoldeter Metall-Schnappscheiben.

Mit unbestreitbaren Vorteilen wie hoher Flexibilität im Design, niedrigem Profil und einer breiten Palette an IP-Schutzarten ist der Membranschalter für viele Branchen zum Eingabestandard geworden.

Im Laufe der Jahre entpuppte sich der Folienschalter als wahres Integrationswunder. Die direkte Montage auf der Leiterplatte ermöglicht deutlich kompaktere Bauformen. Die Rückseite der Tastatur kann direkt an eine kundenspezifische Schaltung angepasst werden. Display, Touchscreen, Mauspad, analoges Potentiometer – all diese Elemente lassen sich ganz einfach umsetzen.

Kapazitive und resistive Technologie können mit konventioneller Mechanik kombiniert werden. LED- und EL-Folien ermöglichen die Beleuchtung einzelner Tasten oder ganzer Bereiche zur visuellen Rückmeldung, als Nachtlicht oder einfach als Designelement. Die Gestaltungsmöglichkeiten sind nahezu unbegrenzt.

Die heute beliebte kapazitive Touch-Technologie, die häufig bei Smartphones und Tablets verwendet wird, verwendet eine Glasoberfläche, die gegen Säure, Schmutz, gefährliche Chemikalien und andere Verunreinigungen beständig ist. Da keine beweglichen Teile vorhanden sind, kommt es zu keinem mechanischen Verschleiß der Kontakte. Die Reinigung ist einfach und gewährleistet höchste Hygienestandards. Das fehlende taktile Feedback eines Touchscreens kann durch optische und/oder akustische Signale überwunden werden. Die kapazitive Technologie ermöglicht ein flaches Design und kann hinter Glas, Kunststoff oder anderen nicht leitenden Oberflächen eingesetzt werden.

Kapazitive Touch-Tastaturen eignen sich perfekt für den Einsatz unter rauen Einsatzbedingungen – geschützt gegen Temperatur und Feuchtigkeit sowie gegen Vandalismus

Die Entwicklung und Herstellung hochwertiger Eingabegeräte für die Elektronik-, Industrie- und Verbraucherindustrie ist mit einer Vielzahl von Herausforderungen verbunden.

Widerstandsgeräte erfordern eine sehr kompakte Bauweise, da die Kuppeln bereits 7 mm hoch sind. Da selbst winzige Luftspalte auftreten, durch die Staub, Feuchtigkeit und aggressive Chemikalien eindringen können, ist es von entscheidender Bedeutung, das Display, die Filterscheiben und die kapazitive Touch-Lösung selbst richtig zu gestalten. Eine besondere Herausforderung stellt die Integration von Eingabegeräten auf gekrümmten Oberflächen dar.

Mit modernster Ausrüstung und Technik können diese Herausforderungen jedoch gemeistert werden, um qualitativ hochwertige Lösungen zu entwickeln.

Für die Haltbarkeit sind auch Platzierungsschichten für Schlüsselkuppeln wichtig. Viele Hersteller legen die Metallkuppeln einfach an Ort und Stelle und kleben dann eine obere (Dekorations-)Folie auf. Dies kann die Qualität beeinträchtigen, da sich die Metallkuppeln bewegen können. Der Membranschalter fällt aus, wenn eine Taste keinen Kontakt mehr hat. Die Metallkuppeln müssen direkt über den gedruckten Silberkontakten liegen. Sobald sie angebracht sind, müssen sie mit einer durchsichtigen Platzierungsfolie über die Kuppeln geklebt werden. Anschließend wird die obere Dekorfolie über die Platzierungsschicht geklebt. Dadurch wird verhindert, dass sich die Kuppeln bewegen. Dieser Prozess ist eine wichtige zusätzliche Schutzschicht, die die Langlebigkeit erfolgreich verlängert.

Produktentwickler sollten wissen, dass ein innovatives Eingabegerät viele Gestaltungsmöglichkeiten bietet, um ihr Produkt hervorzuheben. Dazu gehören beleuchtete Tasten, integrierter Touchscreen, erhabene (gewölbte) Tasten, kapazitive Berührung und optische Verbindung des Touchscreens mit dem Frontglas oder Display. Hersteller fordern außerdem eine lange Lebensdauer mit verschleißfesten internen Komponenten und einer hohen Anzahl von Schaltzyklen. Konstrukteure sollten auf eine Garantie von über einer Million Betätigungen unter verschiedenen Umgebungsbedingungen achten.

Optical Bonding ist ein wichtiges technisches Merkmal, das für klare Sicht in hellen Umgebungen sowie für zusätzliche Lebensdauer und Benutzersicherheit sorgt.

Unter Optical Bonding versteht man die Verklebung des Displays mit dem Touchscreen bzw. die Verklebung des Touchscreens mit dem Frontglas mittels eines hochtransparenten Flüssigklebers. Es kann auch nach jahrelangem Betrieb ein klares und brillantes Bild liefern. Die optische Verklebung eliminiert Luftspalte und verhindert so die Ansammlung von Feuchtigkeit und Schmutz sowie die Kondensation. Durch das optische Bonden ist das System zudem resistent gegen Temperaturschwankungen und mechanische Beanspruchung. Schließlich wird ein Riss im Frontglas nicht sofort zerspringen. Es wird durch den Kleber zusammengehalten, wodurch das Verletzungsrisiko für den Bediener minimiert wird.

Eine gute Bedienbarkeit – IE – gutes taktiles Schaltverhalten ist äußerst wichtig für die Benutzerakzeptanz. Die Membranschaltertechnik sollte vollständig versiegelt und mit verschiedenen Reinigungsmitteln, einschließlich Flüssigkeiten, leicht zu reinigen sein. Schließlich muss der Membranschalter einfach zu installieren sein und eine Reihe von Konnektivitätsoptionen unterstützen.

Die Entwicklung innovativer Eingabegeräte ist noch lange nicht abgeschlossen. Ständig revolutionieren neue Technologien und Produkte den Markt. So wie beispielsweise die oben beschriebene kapazitive Technologie, die lange den elektronischen Gadgets der Unterhaltungselektronik vorbehalten war, sich langsam in der Branche durchsetzte – so wie vor vielen Jahren auch die Tastatur.

Über Hoffman + Krippner Keyboard Technologies: Hoffmann + Krippner entwickelt Membranschalter, indem es die beste Kombination aus den verschiedenen verfügbaren Technologien herausfindet und diese in einen hochwertigen Membranschalter integriert. Für höchste Langlebigkeit ist bei Hoffmann + Krippner eine Platzierungsschicht Standard. Hoffman + Krippner bietet maßgeschneiderte Designmöglichkeiten, perfekten Frontfoliendruck und Digitaldruckmöglichkeiten sowie eine vollständige vertikale Inhouse-Fertigung.

Hoffmann + Krippner SENSOTOUCH-Folientechnologien ermöglichen leistungsstarke, zuverlässige und robuste Touchscreen-Lösungen (kapazitiv und resistiv), die alle speziellen Anforderungen modernster Eingabesysteme und Bedieneinheiten erfüllen. Für jede Branche die perfekte Lösung – Hoffmann + Krippner bietet für nahezu jedes Industrieumfeld effiziente, präzise und professionelle Arbeitserfahrung auf höchstem Niveau. Darüber hinaus entwickelt H+K individuelle resistive und kapazitive Touchscreen-Designs nach Kundenvorgaben.

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