Fachbeitrag

Artikel in MECHATRONIK vom September 2005  

--- Verfasser Rolf Zimmermann, Geschäftsführer Printec-DS Keyboard GmbH ---

Technologien zur Dateneingabe

Zurzeit werden eine Vielzahl verschiedener Technologien zur Dateneingabe am Markt angeboten. Neben der klassischen Anwendung als Bürotastatur sind heute Tastaturen als Eingabegeräte im Maschinenbau, bei Kiosksystemen, Selbstbedienungsterminals, in Schlachthöfen, in Gießereibetrieben usw. weit verbreitet. Je nach Anwendung und Beanspruchung sind unterschiedliche Technologien wie Folie-, Silikonmatten-. Piezo-, Touch- oder Vollhubtastaturen im Einsatz. Dabei kann man die Tastaturtechnologien in folgende Grobunterteilung einordnen:

1.      Schalten ohne Hub (Touch, Piezo, Laser)

2.      Schalten mit kurzem Hub (0,1mm – 1,5mm) (Folie, Silikonmatten, Kurzhubtaster)

3.      Schalter mit langem Hub (1,5mm – 3,5mm) (mechanische Schalter)

Die Vorteile der Tastaturen aus Gruppe 1 sind:

·        Glatte Oberflächen – leicht zu reinigen

·        Keine mechanisch bewegten Teile

·        Hoher Schutz gegen Schmutz und Flüssigkeiten

·        Hohe Lebensdauer

Die Nachteile:

·        Keine taktile Rückmeldung

·        Schnelle Eingabe größerer Datenmengen nicht möglich

Die Vorteile der Tastaturen aus Gruppe 2 sind:

·        Deutliche taktile Rückmeldung

·        Hoher Schutz gegen Schmutz und Flüssigkeiten

·        Vielfältige Designgestaltung möglich

Die Nachteile:

·        Hohe Betätigungskräfte

·        Schnelle Eingabe größerer Datenmengen nicht möglich

·        Eingeschränkte Lebensdauer (max. 1 – 2 Millionen Betätigungen)

Die Tastaturen der Gruppen 1 und 2 sind für einen Großteil der Anwendungen außerhalb des Büros – sprich im industriellen Bereich, im Terminalbau usw. - ausreichend. Wird aber an den Systemen mehr Texteingabe gefordert, kommt schnell der Wunsch nach einem komfortableren Eingabegerät, denn bei all diesen Geräten sind die meist hohen Betätigungskräfte und eine schwammige Tastenführung ein Problem.

Für den Einsatz im Bürobereich, bzw. wenn größere Datenmengen einzugeben sind, kommen nur die Tastaturen der Gruppe 3 in Betracht. Hierbei werden noch einmal zwei verschiedene Klassen unterschieden:

1.      Linear betätigte Taste

2.      Taktil betätigte Taste (Schnappeffekt)

Die linear betätigte Taste ermöglicht ein sehr schnelles Schreiben und erreicht auch eine sehr hohe Lebensdauer (bis zu 50 Millionen Betätigungen) und ist daher für Bürotastaturen mit hohem Schreibaufkommen geeignet

Die Taktile Taste bietet dem Benutzer durch das typische Schnappverhalte ein klares sicheres Gefühl für eine korrekte Eingabe. Dieses „Tastenfeeling" gibt vor allem für Anwender, die eher ungeübt bzw. selten mit umfangreichen Dateneingaben zu tun haben, mehr Sicherheit bei der Eingabe.

Für Anwendungen im Industrieumfeld und für Kioskanwendungen (öffentlich zugänglich – Außenanwendungen) kommen noch zusätzliche Anforderungen an die Tastaturen hinzu:

·        Schutz gegen Staub und Flüssigkeiten (Schutzart IP65)

·        Hohe Abriebfestigkeit der Beschriftung

·        Schutz vor Vandalismus

DS Keyboard Technic bietet speziell in diesem Marksegment entsprechend hochwertige Tastaturen an. Um diese hohen Anforderungen zu erfüllen, wurden spezielle Schaltersysteme entwickelt und ein entsprechendes Angebot an Standardtastaturen erstellt. Grundlage dieser Tastaturen ist ein Vollhubtaster mit der Schutzart IP 65, der auch die geforderte Schlagfestigkeit nach IK08 erfüllt.

Anwendungen in extremer Umgebung wie Gießereien, Schlachthöfen, Mühlenbetriebe usw. erfordern auch eine hohe Abriebfestigkeit der Tastenbeschriftung. Staub und Schmutz in Verbindung mit Fingerschweiß wirken wie Schleifpapier auf die Tastenoberfläche. Die einzige Technologie, die diesen Anforderungen problemlos standhält ist die 2-Komponenten Spritzgusstechnik. Bei dieser Technik wird das Symbol als so genannter Vorspritzling voll aus Kunststoff gespritzt und dann mit der zweiten Kunststoffkomponente umspritzt. Eine so produzierte Taste hat praktisch eine unbegrenzte Lebensdauer in Bezug auf Abriebfestigkeit. Da diese Technologie jedoch sehr kostenintensiv ist, wird sie heute nur noch von wenigen Herstellern für das oben beschriebene Einsatzgebiet angewendet. DS Keyboard Technic bietet diese Technologie an!

Im Bereich der Vandalismus geschützten Tastaturen werden die Tastenkappen in Edelstahl ausgeführt. Hier erfolgt die Beschriftung im Laserverfahren. Für noch höhere Anforderungen an Umweltverträglichkeit (Salznebel) bietet DS Keyboard Technic jetzt auch Tastenkappen aus Titan für seine Tastaturen an.

Die neueste Entwicklung trägt auch dem Trend zu immer kompakteren Tastaturen Rechnung. So ermöglicht der Taster Sicotast W16 einen minimalen Tastenabstand von 16,0mm. Dies eröffnet den Entwicklern von Kiosksystemen die Möglichkeit, eine komfortable Vollhubtastatur in Schutzart IP 65 mit kleinsten Abmessungen ein zu designen.

Aufbau Schalter Sictoast W 16mm

Funktionsprinzip:

Auf einem Montageblech (in der Regel eine 1,5mm Edelstahlwanne, dicht verschweißt) wird der Schalter in ein definiertes Lochbild eingedrückt. Das Schaltergehäuse, in dem ein Stößel mit dem Kontaktelement montiert ist, wird von einer Membrane aus Silikon umschlossen. Diese Membrane dichtet das Gehäuse zu dem Montageblech ab und umschließt den Kragen des Stößels ebenfalls dicht. Damit sind alle mechanischen Führungen (beweglichen Teile) und die unter der Montageplatte liegenden Bauteile (Elektronik) vollständig gegen Eindringen von Staub und Wasser geschützt. Für den nötigen Anpressdruck zwischen Gehäuse und Montageplatte sorgt der Bajonettverschluss, der die Membrane in diesem Bereich durch eine ¼- Drehung ca. 0,2mm vorspannt.

Die Membrane ist gleichzeitig das Federelement, mit dem die taktile Betätigungskurve (siehe Bild) erreicht wird.

Die Kontaktierung erfolgt über das eingedrückte Kontaktelement direkt auf die Leiterplatte. Als Kontaktmaterial wird Karbon eingesetzt.

Auf den Stößel können sämtliche Tastenkappen aus dem Hause DS Keyboard Technic über eine Kreuzaufnahme aufgesteckt werden. Die Edelstahltastenkappen werden über einen eingepressten Adapter verdrehsicher montiert.

Als Tastenkappen in Kunststoff stehen verschiedene Tastenformen und sämtliche Tastengrößen (1x1 – 1x1,25 – 1x1,5 – 1x1,75 – 2-fach – Space) für das Rastermaß 19,05mm zur Verfügung. Bei den Edelstahl und Titantasten gibt es zwei Familien mit 1x1, 1x1,5 und 2-fach Tasten einmal für das Rastermaß 19,05mm (Tastendurchmesser 15,0mm) und für das Rastermaß 16,4mm (Tastendurchmesser 13,0mm)

Prinzipieller Aufbau einer Tastatur mit Edelstahltasten

Die Schalter sind auf der Montagewanne montiert und die Leiterplatte mit der Elektronik wird mit den Schaltern verschraubt. Die Frontplatte wird über eine umlaufende Dichtung mit dem Tastaturmodul verschraubt. Dabei ist es wichtig, dass alle Verschraubungen abgedichtet werden. Durch die Frontplatte werden die hutförmigen Tastenkappen gegen Aushebeln gesichert.

Durch die Verwendung von Einzelschaltern ist DS Keyboard Technic in der Lage, ihren Kunden eine schnelle und kostengünstige Lösung für jede individuelle Gestaltung anzubieten, denn es entstehen nur geringe Einmalkosten und keine Werkzeugkosten. Nach Möglichkeit versuchen wir die vorhandenen Standard Leiterplatten zu verwenden. Hohe Qualitätsstandards sind für uns eine Selbstverständlichkeit. Alle Produkte werden in eigenen Labors mit entsprechenden Prüfmitteln von qualifizierten Mitarbeitern laufend überwacht.

Der Einsatz eines selbst entwickelten freiprogrammierbaren Tastatur Controllers ermöglicht es, dass auch komplexe Kundenwünsche schnell und kostengünstig realisiert werden können.

Da heute bei fast allen Anwenderprogrammen die Navigation mit Hilfe einer Maus eines Touch oder eines Trackballs erfolgt, muss der Tastaturhersteller entsprechendes anbieten. Im speziellen Fall der geschützten Tastaturen muss auch das Zeigegerät nach Möglichkeit eine IP 65 Schutzart bieten. Hierzu bietet DS Keyboard Technic zum einen ein drucksensitives Maussystem integriert in die Kunststoff Tastaturen, zum anderen einen neuen selbst entwickelten mechanischen Trackball mit 38mm Edelstahlkugel für die Edelstahl Tastaturen an.

Das DS Keyboard Fingermaussystem

DS 102 W mit integrierter Fingermaus

DS 86 W mit integrierter Fingermaus

Bei dieser Technologie wird durch die Bewegung der Maustaste ein druckempfindlicher Sensor betätigt. Je nach Höhe und Richtung des Drucks wird über eine entsprechende Auswertung der Cursor in Richtung und Geschwindigkeit gesteuert. Der große Vorteil dieses Systems ist der komplette Schutz nach IP 65 und die sehr kompakte Bauform, die es ermöglicht, dieses System in die Tastaturen leicht zu integrieren. Nachteilig ist die etwas gewöhnungsbedürftige Bedienung und das träge Verhalten des Cursors.

Der DS Trackball 38mm Edelstahl

Für Anwendungen im Kioskbereich – d.h. öffentlich zugängliche Terminals – stellen sich besondere Anforderungen an das Zeigegerät. Einerseits ist ein möglichst schnelles, präzises Navigieren erwünscht, andererseits sind diese Geräte verstärkt durch Vandalismus gefährdet. Für diese Anwendungen hat DS Keyboard Technic einen eigenen mechanischen Trackball entwickelt. Durch den ausgeklügelten Aufbau und das Verwenden spezieller Kunststoffe ist es gelungen allen Anforderungen weitestgehend gerecht zu werden.

DS Trackball 38mm – Aufbau –

Das Funktionsprinzip:

Die Kugelbewegung wird über zwei Wellenantriebe mit stirnseitigen Taktscheiben von einem Controller ausgewertet. Dieses Prinzip ist sehr simpel und von der Technologie nichts Neues.

Die Besonderheiten des DS Trackballs liegen in der Abdichtung und Schlagfestigkeit des Gerätes.

Um die hohen Kräfte eines Schlages abzufangen wurde für das Gehäuse ein spezieller, extrem zäher, elastischer Kunststoff gewählt. Konstruktiv wird die Schlagenergie über den speziell ausgebildeten Boden des Gehäuses und die leicht abgefederten, verstärkten Wellen mit einem Gegenlager aufgenommen. Eine zusätzliche Aufprallplatte wie bei anderen Geräten ist daher nicht mehr erforderlich. Der DS Trackball wurde nach dem Schlagtest IK08 getestet. Dieses Gerät erfüllt somit höchste Anforderungen im Bezug auf Vandalismus!

Die Abdichtung des Gehäuses erfolgt über eine aufgelegte Silikonmatte. In diese Silikonmatte ist ein Dichtring aus hochwertigem Gleitmaterial eingebettet, der die Abdichtung der Kugel gewährleistet, ohne durch zu starke Reibung die Beweglichkeit der Kugel zu beeinträchtigen. Diese Dichtung erfüllt im Stillstand der Kugel die Schutzart IP65. Bei Bewegung der Kugel erfüllt der Trackball die Schutzart IP54.

Die Wellenlager und die Auswertung der Taktscheiben sind auf der Leiterplatte positioniert. Ebenfalls ist eine Ableitfeder für elektrostatische Entladung eingebaut.

Der Einbau des Trackballs erfolgt über einen Einbaurahmen, der auf verschiedene Einbauhöhen angepasst werden kann. Der Edelstahlzierring gibt dem Gerät einen harmonisch-eleganten Gesamteindruck.

Die Standardausführung ist mit einem Quadratur Ausgang ausgestattet, der Controller wird auf der Tastatur montiert. Für unabhängige Geräte stehen Platinen mit PS2 und USB Schnittstellen zur Verfügung.