Folientastatur
Bei kapazitiven Tastaturen handelt es sich nicht um Folientastaturen, da bei diesen keine taktile Rückmeldung stattfindet.
Aufbau
Vereinfacht dargestellt besteht eine Folientastatur (engl. membrane keypad) aus einem Folienverbund aus mindestens 4 Basisteilen:
- Frontfolie/Dekorfolie
- obere und untere Schaltfolie
- Distanzfolie
- Klebefolie
Die einzelnen Schichten werden dabei übereinander gelegt. Die Frontfolie ist die oberste Schicht einer Folientastatur und damit die, die in der Anwendung zu sehen ist. Sie wird daher auch als Dekorfolie bezeichnet. Frontfolien haben sowohl einen funktionellen als auch einen dekorativen Einsatzzweck. Sie dienen demnach sowohl zum Schutz der Oberflächen vor Verschmutzungen, Kratzern oder Abrieb, als auch zur optischen Gestaltung. Dekorfolien kommen als Front-/Eingabeelement von Bedienpulten und Bedienteilen zum Einsatz. Als Gestaltungselement tragen sie damit eine Mitverantwortung für den Erfolg ihrer Produkte. Die Bedruckung erfolgt spiegelverkehrt auf der Rückseite der Folie. Das hat den Effekt, dass die Beschriftung vor äußeren Einflüssen wie Staub, Feuchtigkeit, Kratzern, extremen Temperaturen und Abnutzung langfristig geschützt ist. Die Frontfolie besteht meist aus Polcarbonat oder Polyester. 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. Je nach Einsatz der Tastatur kann ein UV-beständiges Polyester verwendet werden. Zudem kann die Dekorfolie mit einer antibakteriellen Beschichtung überzogen werden, dies ist vor allem im medizinischen Bereich notwendig. Dieses antimikrobielle Polyester tötet bzw. hemmt das Bakterienwachstum und bietet einen konstanten Schutz gegen bakterielle Kontamination.
Auf der unteren Schaltfolie liegen die Funktionselemente wie Schaltpunkte, Kontaktfedern und Leiterbahnen. Im Gegensatz dazu liegen auf der oberen Schaltfolie die Kontaktflächen mit den Schaltpunkten, die der unteren Folien genau gegenüberliegen. Meist werden die Schaltfolien auch aus Polyester hergestellt. Bei manchen komplexeren Schaltungen besteht die untere Schaltfolie aus Polimid. Die Distanzfolie dient als Isolator und trennt die obere von der unteren Schaltfolie. Die Distanzfolie kann auch die Aufgabe einer Fixierfolie erfüllen.
Die Verklebung und Distanzierung der einzelnen Ebenen erfolgt durch beidseitiges Kleben mit Acrylatsystemen beschichteten Polyesterträgern. Die Schaltung wird entweder mit Polymerpasten mit einem hohen Silberanteil auf Polyesterfolien im Siebdruck aufgebracht, oder als Leiterplatte realisiert. Um die taktilen Befehle einzuleiten werden Metaldome oder Schnappscheiben verwendet. Diese können entweder direkt eingelegt, oder mittels einer vorgeschnittenen Polyesterklebefolie montiert werden. Die Schnappscheibe kann als das "Herzstück" bezeichnet werden. Sie hat die Funktion, dass die durch den Nutzer gewählte Funktion an die Elektronik übermittelt wird. Folientastaturen können kundenspezifisch nach Anforderung und Kundenwunsch konzipiert werden. Das ist beispielsweise nötig, wenn die Tastatur in ein schon bestehendes Gehäuse exakt hineinpassen muss, wenn eine spezielle Tastengröße benötigt wird oder ein besonderes Schaltverhalten, die Tastatur besonders bedruckt sein muss oder um bestimmte Bauelemente wie ein Touchpad oder einen Trackball zu integrieren. Die meisten Membrantastaturen haben wie jede Standardtastatur als Eingabesystem einen "Nummernblock" mit einer Tastenfeld Matrix.
Einsatzgebiete
Folientastaturen finden überwiegend dort Anwendung, wo Wasser- sowie Schmutzresistenz und eine einfache und schnelle Reinigung notwendig sind. Auch bei Geräten mit kompakter Bauweise oder nur gelegentlichen Einsatz werden sie häufig verwendet. Bei folgenden Branchen und Geräten werden die Tastaturen gerne verbaut bzw. verwendet:
- Fernbedienungen
- Mobiltelefone
- Industrie, z. B. zur Bedienung und Steuerung von Maschinen
- elektrische Haushaltsgeräte
- in der Medizintechnik, in Medizingeräten, beispielsweise Medical PCs
- Industrie PCs
- Geräte und Applikationen, die leicht desinfizierbar sein müssen
- Gaming Tastaturen oder einer Russischen Tastatur
Vorteile
- sind sehr leicht und haben ein geringes Gewicht
- platzsparend
- leichte Reinigung und Desinfektion (antibakterielle Bedienoberfläche)
- hohe Lebensdauer/Langlebigkeit
- wasserdicht und staubdicht; schützt vor Schmutz
- beständig gegen Chemikalien (Lösungsmittel)
- flache Eingabesysteme, einfache Bedienbarkeit
- spürbarer Druckpunkt, angenehme Haptik
- In Gehäuse integrierbar
- Gestaltungsfreiheit – sowohl hinsichtlich technischer Aspekte als auch für das Design (Farbe usw.). Bspw. Integration von Sichtfenster für die Kombination mit Displays
- Bedruckung der Folienrückseite zur abriebfesten, individuellen Designgestaltung
- Einfache integration von LED’s, Signalgebern, Schiebern, Reglern, Drehgebern
- Möglichkeit zur EMV (Elektromagnetische Verträglichkeit)-Abschirmung
Der spürbare Druckpunkt bietet bei Folientastaturen einen deutlichen Vorteil vor dem Touchscreen. Die haptischen Eigenschaften der Membrantastatur durch den Druckpunkt ermöglichen die Bedienung auch mit Handschuhen, wie es oft im industriellen Gebrauch nötig ist.
Nachteil
Bei einer günstigen Folientastatur kann es, schneller als bei hochpreisigen und -wertigen Tastaturen, durch die mechanische Beanspruchung und Abnutzung zum Folienbruch kommen. Dabei bricht die obere Folie über dem Kantenloch der mittleren Folie. Die Obere bricht am ehesten, da auf ihr durch die mechanische Beanspruchung der meiste Tastendruck liegt.
Taktile Rückmeldung
Die taktile Rückmeldung der Tastenfunktion an den Benutzer ist ein großer Benefit der Folientastatur. Die Schnappscheibe sorgt bei der Berührung für ein spürbar tastendes Gefühl und teils auch für ein hörbares „Knack“-Geräusch. Aufgrund dieses wahrnehmbaren Feedback werden Dateieingabefehler reduziert. Metallschnappscheiben gibt es in unterschiedlicher Ausführung. Sie variieren in Größe, Form und Betätigungskraft. Taktilität ohne eine Metallschnappscheibe kann auch durch eine Konstruktion mit Prägung erzeugt werden, die entweder auf der Dekorfolie oder der oberen Schaltfolie angebracht wird. Ausgewählt werden kann zwischen einer Tasten-, Dome-, und Randprägung. Diese Prägeformen realisieren sehr ergonomische Tastenformen. Die Prägung hat außerdem einem Fingerführenden Effekt. Auch eine Silikonschaltmatte kann den taktilen Eindruck bestimmen.
Folientastatur auf Kupferbasis
Tastaturen mit einer kupfer-kaschierten Basisfolien minimieren die Bruchgefahr der Folienkabel. Durch die Verwendung von Kupfer können, im Gegensatz zur Technologie mit Leitsilber, LED’s, Fotodioden oder andere Bauteile sicher und dauerhaft verlötet werden für noch mehr Sicherheit.
Beleuchtete Folientastaturen
Je nach Anwendungsbereich variieren die Optionen für eine Hintergrundbeleuchtung. Vor allem in meist abgedunkelten Arbeitsumgebungen wie es häufig im Medizinbereich vorkommt, sind beleuchtete Tastenfelder notwendig, damit wichtige Tastenfunktionen einfach gefunden werden können. Vereinfacht dargestellt besteht eine beleuchtete Folientastatur (Nachtdesign) mittels SideLED-Technik aus:
- Dekorfolie
- Streuelement
- Optionale Lichtabschottung
- Haltefolie
- Leiterplatte
- Bei Bedarf rückseitiger Kleber
Alle Schichten werden miteinander verklebt. Bei einer umlaufenden Klebefläche von mindestens 5 mm ist die Tastatur sogar nach IP65 Staub und Spritzwasser geschützt. Bei besonderen konstruktiven Maßnahmen kann ein IP-Schutz bis zu IP69K gewährleistet werden.
Bei der Leuchtdioden-Technik werden spezielle SideLEDs eingesetzt, in der Regel nach einer Lichtsimulation. Diese LEDs strahlen das Licht von der Seite in ein Streuelement und müssen nicht auf Abstand montiert werden und benötigen dadurch weniger Platz.
Dadurch ist der Platzbedarf geringer und ermöglicht einen Tastaturaufbau ab 2,2 mm Dicke. Es wird ein spezieller Kleber und Abdichtmaterialien verwendet, um die Funktion der LED auch in härterer Umgebung mit z.B. starkem Vibrationsaufkommen zu gewährleisten.
Eine optionale Lichtabschottung zwischen den einzelnen Tasten erlaubt sogar die separate Beleuchtung jeder einzelnen Taste. Der Einsatz von Bicolor oder RGB-LEDs ermöglicht außerdem eine fast unbegrenzte Farbauswahl. Da der Aufbau zwingend auf einer Leiterplatte erfolgen muss, kann deren unbenutzte Rückseite zur Bestückung von Vorwiderständen und Treiber-ICs oder sogar der gesamten kundenspezifischen Schaltungselektronik verwendet werden.
SideLED-Technik
Die Leuchtdioden-Methode, kombiniert mit einem speziellen Tastaturaufbau, ermöglicht beleuchtete Folientastaturen, welche nur geringfügig dicker als die verbreitete Beleuchtung mittels EL-Leuchtfolie (Elektrolumineszenz-Folie) sind. Eine lange Lebensdauer, helle und homogene Tastenbeleuchtung, sowie die Möglichkeit der Einzeltasten-Ansteuerung eröffnen der Tastatur damit völlig neue Anwendungsgebiete.
Elektrolumineszenz-Folie
Eine gängige Methode zur Erhellung von Folientastaturen war bisher die Verwendung von EL-Folien. Durch die flache Bauweise, den geringen Strombedarf sowie eine sehr homogene Lichtabstrahlung ist die EL-Folie grundsätzlich prädestiniert für diesen Zweck. Andererseits setzen die relativ geringe Lebensdauer – je nach Ansteuerspannung beträgt die Halbwertszeit <10‘000h –, eine eher mäßige Helligkeit sowie die Notwendigkeit einer speziellen Ansteuerspannung (110 VAC, 400 Hz) dieser Technologie enge Grenzen. Auch Farbwechsel oder Einzeltastenbeleuchtung sind mit dieser Technik nicht möglich.
Kurzhubtaster
Eine häufig eingesetzte Alternative sind Kurzhubtaster mit beleuchteten LED-Kappen. Allerdings erfordert diese Lösung einen aufwendigen und platzintensiven Aufbau, bestehend aus einer Leiterplatte mit Tastern sowie einem in genau definiertem Abstand montierten Träger für die Dekorfolie. Bei dieser Methode stellt, insbesondere die für eine einwandfreie Funktion erforderliche Präzision der Montage von Frontplatte mit Leiterplatte, eine Herausforderung dar.
Prägung
Zur Verbesserung der Nutzerfreundlichkeit bei der Bedienung wird die Frontfolie einer Folientastatur geprägt. So werden die Tastenbereiche fühlbar und die Taktilität wird verbessert. Das Prägen ist zusätzlich auch ein Designelement. Mögliche Prägeformen sind:
- Profiline-Prägung
- Blasenprägung
- Hochprägung
- Randprägung
- Warzenprägung
Eine edlere Erscheinung bekommen Tasten durch eine hochwertige Epoxybeschichtung. Anstelle der Prägung wird ein Epoxymaterial aufgetragen, dadurch bekommen die Tasten ein dreidimensionales Erscheinungsbild.
Folientastaturen gibt es in verschiedenen Ausführungen und Serien (z. B. FTWS-MA).
Weitere Information
- Folientastatur oder Touch-Displays?, Fachartikel von Hoffmann+Krippner