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Die Benutzeroberfläche verbindet Menschen mit Maschinen und bestimmt, wie komfortabel und intuitiv sich ein Gerät bedienen lässt. Der Touchscreen spielt dabei eine immer zentralere Rolle, da er die Darstellung von Informationen mit Steuerungsfunktionen vereint. Ein zuverlässiger Betrieb erfordert jedoch eine sorgfältige Abwägung der Anforderungen der jeweiligen Anwendung, einschließlich der Wahl der Display- und Touch-Technologie, der Umgebungsbedingungen sowie der Störfestigkeit. Was sollten Sie bei der Gestaltung einer Touch-Benutzeroberfläche beachten?
Herkömmliche Benutzeroberflächen stützen sich in erster Linie auf mechanische Komponenten wie Tasten, Schalter, Drehregler und Tastaturen. Jede dieser Komponenten erfüllt eine bestimmte Funktion und erfordert zur Bedienung eine körperliche Bewegung. Diese Lösungen sind relativ einfach, bieten taktiles Feedback und erweisen sich als besonders nützlich, wenn Benutzer handeln müssen, ohne auf das Bedienfeld zu schauen.
Eine Alternative ist eine elektronische Benutzeroberfläche, die auf einem Display basiert und in vielen Anwendungen häufig mit einem Touchpanel kombiniert wird. Dadurch werden Tasten und andere Bedienelemente direkt auf den Bildschirm verlagert, wodurch die Darstellung von Informationen mit der Bedienung des Geräts verbunden wird. Einer der Hauptvorteile von Touchscreens ist ihre Vielseitigkeit: Ein einziges Display kann mehrere Funktionen unterstützen, und das Layout der Benutzeroberfläche kann sich je nach Aufgabe ändern. Zudem können Sie das Erscheinungsbild und die Funktionalität ändern, ohne die Frontplatte des Geräts neu gestalten zu müssen.
Wo andere Platz für eine weitere Taste sehen, erkennen wir oft die Möglichkeit, ein Display zu integrieren. Die endgültige Entscheidung sollte jedoch stets den Anforderungen des Geräts und den Bedürfnissen seiner Nutzer entsprechen.
Auswahl der Anzeigetechnologie für die Benutzeroberfläche
Monochrome OLED-Displays können eine gute Wahl für kleine Geräte sein, die grundlegende Informationen anzeigen und Zugriff auf einige wenige Funktionen bieten. Für komplexere Benutzeroberflächen, die mehr Daten, Grafiken oder Bedienelemente anzeigen müssen, sollten Sie TFT-LCDs in Betracht ziehen. Beide Technologien lassen sich mit Touchpanels und Deckglas kombinieren, um komplette Module zu schaffen, die auf spezifische Anwendungsanforderungen zugeschnitten sind.
Bei der Auswahl der richtigen Displaytechnologie geht es um mehr als nur die Menge und Art der dargestellten Informationen oder die Komplexität der Benutzeroberfläche. Ebenso wichtig sind die Art und Weise, wie das Gerät bedient wird, sowie die Betriebsbedingungen. Dazu gehören die Umgebungshelligkeit, der Temperaturbereich, die Luftfeuchtigkeit, die Einwirkung von Wasser und Verunreinigungen, Vibrationen sowie elektromagnetische Störungen. Berücksichtigen Sie all diese Faktoren bei der Auswahl des Displays und der Planung seiner Integration in das Endgerät.
Möchten Sie mehr über die Auswahl von Displays erfahren? Lesen Sie unseren dreiteiligen Leitfaden von Unisystem, in dem die wichtigsten Auswahlkriterien behandelt werden:
- Teil 1 – Technische Grundlagen und Arten von Displays
- Teil 2 – Abmessungen, Formate und Geräteintegration
- Teil 3 – Bedienung, Langlebigkeit und weitere Funktionen
Touchscreens
Es stehen verschiedene Touch-Technologien zur Verfügung, darunter resistive, kapazitive und Infrarot- (IR) Technologien. Jede davon weist ihre eigenen Eigenschaften und Anwendungsbereiche auf, doch gehören projektiv-kapazitive (PCAP) Touchpanels derzeit zu den am häufigsten eingesetzten Lösungen.
PCAP-Touchpanels erfassen Änderungen der elektrischen Kapazität. Sie bestehen aus einem Gitter transparenter Elektroden, zwischen denen ein elektrisches Feld erzeugt wird. Wenn sich der Finger eines Benutzers der Oberfläche des Panels nähert oder diese berührt, verändert dies das elektrische Feld und führt zu einer lokalen Änderung der Kapazität. Der Touch-Controller erkennt diese Veränderung und ermittelt anhand der Signale die Position des Berührungspunkts. Multi-Touch-Panels können mehrere Berührungspunkte gleichzeitig erfassen.
Kapazitive Touchscreens bieten eine hohe Berührungsgenauigkeit und eine reibungslose, komfortable Bedienung des Geräts. Allerdings können externe Faktoren ihre Leistung beeinträchtigen und unter bestimmten Umständen die genaue Erkennung von Berührungen stören.
Touchscreens, die Wasser, Ölen und Fetten ausgesetzt sind
Eine Herausforderung bei kapazitiven Touchscreens besteht darin, einen zuverlässigen Betrieb in Umgebungen zu gewährleisten, in denen die Bildschirmoberfläche mit verschiedenen Flüssigkeiten in Berührung kommen kann. Beispiele hierfür sind Geräte im Außenbereich, die Regen und Schnee ausgesetzt sind, gewerbliche Küchengeräte, deren Oberflächen mit Speiseölen verunreinigt werden können, sowie Industrieanlagen, die in Umgebungen eingesetzt werden, in denen Fette vorhanden sind.
Flüssigkeiten auf der Oberfläche des Displays können die Berührungserkennung beeinträchtigen. Wasser, das gelöste Salze und andere Verunreinigungen enthält, kann das elektrische Feld verändern, was zu falschen Berührungsereignissen (Geisterberührungen) führen oder die Erkennung tatsächlicher Berührungen erschweren kann. Öle und Fette verhalten sich etwas anders, da sie in der Regel eine geringe elektrische Leitfähigkeit aufweisen. Sie können jedoch eine verunreinigende Schicht auf der Oberfläche des Bedienfelds hinterlassen, was die Bedienung erschwert. Ihre Wirkung hängt unter anderem von der chemischen Zusammensetzung der Substanz ab.
Dies bedeutet jedoch nicht, dass kapazitive Touchscreens für solche Bedingungen ungeeignet sind. Die Auswahl des richtigen Touch-Controllers und die Anpassung seiner Parameter an die jeweilige Anwendung sind von entscheidender Bedeutung. Moderne Controller können Algorithmen einsetzen, die die Auswirkungen von Wasser auf die Leistung des Touchscreens verringern und so den Betrieb auch bei nasser Oberfläche ermöglichen. Die Wirksamkeit dieser Lösungen hängt von den verwendeten Komponenten und deren Konfiguration ab; prüfen Sie diese daher unter Bedingungen, die der vorgesehenen Betriebsumgebung des Geräts entsprechen.
Bedienung von Touchscreens mit Handschuhen
Ein weiterer wichtiger Aspekt bei industriellen Anwendungen ist die Bedienung eines Geräts, ohne die Handschuhe auszuziehen.
Entgegen der landläufigen Meinung erfordern kapazitive Touchpanels nicht zwangsläufig den direkten Kontakt mit der bloßen Haut. Ein richtig ausgewähltes und konfiguriertes Panel kann Berührungen auch durch dünne Handschuhe, wie beispielsweise Latex- oder Nitrilhandschuhe, erkennen. Die Berührungserkennung hängt jedoch vom Material und der Dicke der Handschuhe ab, da diese die vom Controller erfasste Signalstärke beeinflussen.
Für den Betrieb mit Handschuhen müssen daher das richtige Bedienfeld und der richtige Controller ausgewählt sowie die Parameter für die Berührungserkennung angepasst werden. Berücksichtigen Sie dabei die spezifische Art der Handschuhe, die bei der vorgesehenen Anwendung zum Einsatz kommen.
Elektromagnetische Störungen und die Funktionsfähigkeit von Touchscreens
Kapazitive Touchpanels können zudem durch elektromagnetische Störungen (EMI) beeinträchtigt werden, die von Bauteilen innerhalb des Geräts oder von Geräten in dessen Umgebung erzeugt werden. EMI kann zu falschen Berührungserkennungen, instabilen Berührungskoordinaten oder einer ausbleibenden Reaktion auf Benutzereingaben führen.
Um diese Probleme zu verringern, ist eine sorgfältige Gesamtkonstruktion des Geräts erforderlich. Zu den entscheidenden Faktoren zählen die Auswahl eines Controllers mit ausreichender Störfestigkeit, die Abschirmung, die Verlegung der elektrischen Leitungen, die Erdung sowie die Auslegung der Stromversorgung des Moduls. Ebenfalls wichtig sind die Feinabstimmung der Controller-Parameter und der Einsatz verfügbarer Mechanismen zur Störfilterung. Konfigurationsänderungen allein können jedoch eine mangelhafte elektrische und mechanische Konstruktion nicht ausgleichen.
Ergreifen Sie daher bereits bei der Entwicklung der Schnittstelle Maßnahmen zur Reduzierung elektromagnetischer Störungen. Überprüfen Sie deren Wirksamkeit durch elektromagnetische Verträglichkeitsprüfungen (EMV) des gesamten Geräts.
Schutzglas – zum Schutz des Bildschirms vor Beschädigungen
Neben einer zuverlässigen Bedienung über das Touchpanel muss die gesamte Benutzeroberfläche vor mechanischen Beschädigungen geschützt werden. Dies ist besonders wichtig für Geräte, die in öffentlichen Räumen installiert sind, wie beispielsweise Selbstbedienungsterminals, Fahrkartenautomaten, Parkgebühren-Terminals, Paketschließfächer, freistehende Digital-Signage-Einheiten und Informationskioske. Ihre Bildschirme müssen einer intensiven Nutzung und mechanischen Belastungen, einschließlich Vibrationen und Stößen, sowie vorsätzlichen Beschädigungsversuchen standhalten.
Abdeckglas ist ein wichtiges Schutzelement. Durch die Wahl des richtigen Materials, der richtigen Dicke und des richtigen Härtungsverfahrens können Sie seine Eigenschaften an die jeweilige Anwendung anpassen. Je nach Anforderungen stehen unter anderem chemisch gehärtetes oder thermisch vorgespanntes Glas zur Auswahl. Die Haltbarkeit der fertigen Baugruppe hängt jedoch nicht nur von den Eigenschaften des Glases ab, sondern auch davon, wie es montiert, abgestützt und mit den anderen Komponenten des Geräts verbunden wird. Die Dicke des Deckglases beeinflusst zudem die Berührungserkennung. Dickeres Glas kann das vom Controller erfasste Signal abschwächen. Daher sollten bei der Auswahl die mechanischen Anforderungen, die Spezifikationen des Touchpanels und die Leistungsfähigkeit des Controllers berücksichtigt werden.
Kombination von Touch- und mechanischen Bedienelementen
Obwohl eine Touch-Oberfläche viele Funktionen eines herkömmlichen Bedienfelds übernehmen kann, ist es ratsam – und in bestimmten Anwendungsfällen sogar notwendig –, mechanische Bedienelemente beizubehalten. Dies gilt insbesondere für Industriemaschinen, bei denen Bediener in der Lage sein müssen, bestimmte Aktionen sofort auszuführen, unabhängig davon, welche Informationen gerade angezeigt werden. Not-Aus-Tasten sind ein Beispiel hierfür, da sie bestimmte Sicherheitsanforderungen erfüllen müssen. Eine Bildschirmtaste kann daher eine physische Not-Aus-Taste, die Teil eines ordnungsgemäß konzipierten Maschinensicherheitssystems ist, nicht ersetzen.
Die Kombination eines Anzeigemoduls mit mechanischen Tasten bedeutet nicht, dass auf ein einheitliches Design der Frontplatte verzichtet werden muss. Das Deckglas kann hinsichtlich Form, Abmessungen und Oberflächenbeschaffenheit an die Anforderungen des jeweiligen Projekts angepasst werden. Sie können zudem gedruckte Grafiken sowie Ausschnitte für Tasten, Drehregler und andere Bedienelemente integrieren. So entsteht eine integrierte Benutzeroberfläche, die elektronische und mechanische Elemente vereint und deren Bedienung genau auf das jeweilige Gerät zugeschnitten ist, ohne das Design auf eine einzige Technologie zu beschränken.
Gestalten Sie Ihre Benutzeroberfläche mit Unisystem
Die Auswahl eines Displays ist nur der Anfang. Die Entwicklung einer funktionalen und zuverlässigen Benutzeroberfläche erfordert eine sorgfältige Abstimmung zwischen Touchpanel, Controller-Konfiguration, Design des Deckglases und der Integration der gesamten Baugruppe in das Gerät.
Bei Unisystem verfügen wir über Erfahrung in der Entwicklung und Bereitstellung kompletter HMI-Lösungen, die auf die individuellen Anforderungen der jeweiligen Anwendung zugeschnitten sind. Wir unterstützen unsere Kunden in jeder Phase ihrer Projekte, einschließlich der Komponentenauswahl, der Konzeptentwicklung, der Prototypenerstellung, der Testphase und der Vorbereitung auf die Serienfertigung.
Haben Sie eine Idee für eine Benutzeroberfläche? Kontaktieren Sie uns – gemeinsam können wir eine Lösung entwickeln, die den Anforderungen Ihres Geräts und Ihrer Nutzer gerecht wird.
Jacek Marcinkowski
, Technischer Leiter (CTO), Unisystem
