In Kürze: 5 Fragen und Antworten zu zu Resistiven und Kapazitiven Touchscreens in der Industrie
1. Was sind die Hauptunterschiede zwischen resistiven und kapazitiven Touchscreens?
Resistive Touchscreens erkennen Berührungen durch Druck und bestehen aus zwei leitfähigen Schichten. Kapazitive Touchscreens hingegen verwenden elektrische Ladung und reagieren auf die Kapazitätsänderungen bei Berührung.
2. Welche Art von Handschuhen kann man mit resistiven Touchscreens verwenden?
Resistive Touchscreens können mit jeder Art von Handschuhen bedient werden, einschließlich dünnem Gummi oder dickem Leder.
3. Welche Touchscreen-Technologie ist besser für raue industrielle Umgebungen geeignet?
Resistive Touchscreens sind robuster und zuverlässiger in Umgebungen mit Staub, Schmutz und Feuchtigkeit. Kapazitive Touchscreens können unter solchen Bedingungen anfälliger sein.
4. Wie wirken sich Beschädigungen auf resistive und kapazitive Touchscreens aus?
Resistive Touchscreens sind widerstandsfähiger gegen Beschädigungen und können auch bei Oberflächenschäden weiterhin funktionieren. Kapazitive Touchscreens können bei Glasbruch oder Beschädigungen anfälliger sein.
5. Welche Touchscreen-Technologie bietet eine höhere Langzeitgenauigkeit?
Die 5-Wire resistive Touchscreen-Technologie bietet eine höhere Langzeitgenauigkeit und kann über 35 Millionen Berührungen zuverlässig verarbeiten.
Kapazitive Touchscreens in Smartphones und Tablets bieten einen hohen Bedienkomfort. Im industriellen Umfeld müssen Touchscreens jedoch auch bei Schmutz und Flüssigkeiten auf dem Display sowie mit Handschuhen zuverlässig funktionieren. Unter solchen Bedingungen stoßen kapazitive Displays an ihre Grenzen - nicht aber die resistive Touch-Technologie.
Über die Vorteile von Industrie-PCs mit Touchscreen herrscht weitgehend Einigkeit. Anders sieht es bei der Wahl der Technologie aus: Derzeit sind vor allem zwei Varianten relevant: resistiv und kapazitiv. Resistive Touchscreens machen im industriellen Umfeld den Löwenanteil aus, kapazitive sind in diesem Anwendungsfeld derzeit eher eine Nischenlösung. Mit dem Erfolg von Smartphones und Tablets sowie der hohen Verfügbarkeit kapazitiver Displays bieten jedoch immer mehr Anbieter von Industrie-PCs ihre Systeme auch mit dieser Touch-Technologie an.
Allerdings scheinen sich hier einige Anbieter von den Entwicklungen im Consumer-Bereich mitreißen zu lassen und berücksichtigen bei der Produktentwicklung nicht die tatsächlichen Einsatzbedingungen in der Industrie. Sie übersehen gerne, dass kapazitive Displays zwar zu Hause auf dem Sofa unter idealen Bedingungen sehr gut funktionieren und vielfältige Einsatzmöglichkeiten bieten. In der Produktionshalle herrschen jedoch andere Bedingungen, die bei der Wahl der Touch-Technologie berücksichtigt werden müssen.
Lassen sich Touchpads auch mit Handschuhe bedienen?
Letztlich kann schon eine einzige Frage darüber entscheiden, welche Technologie geeignet ist: Tragen die Anwender im Unternehmen bei der Arbeit Handschuhe? Wenn ja, fällt die Entscheidung leicht: Nur resistive Touchscreens lassen sich mit jeder Art von Handschuhen bedienen, egal ob aus dünnem Gummi oder dickem Leder. Und da es wenig effizient ist, ständig die Handschuhe auszuziehen, um den PC zu bedienen, scheiden kapazitive Touchscreens als Option aus. Für präzise Eingaben, z. B. bei Stücklisteneinträgen mit geringer Zeilenhöhe, können bei resistiven Bildschirmen zudem beliebige Eingabehilfen wie z. B. ein Kugelschreiber verwendet werden. Kapazitive Touchscreens benötigen dagegen spezielle Stifte.
Aber auch in Anwendungsbereichen, in denen die Benutzer keine Schutzhandschuhe tragen müssen, spielen resistive Touchscreens ihre Vorteile aus. Denn im industriellen Arbeitsumfeld sind Staub, Schmutz und teilweise hohe (Luft-)Feuchtigkeit die Regel. Unter diesen Bedingungen arbeitet die kapazitive Technologie nicht zuverlässig. Resistive Touchscreens hingegen funktionieren auch dann noch zuverlässig, wenn Schmutz oder Flüssigkeit das Display bedecken. Letzteres ist gerade in Bereichen der Lebensmittelproduktion oder im Außeneinsatz der Logistik häufig der Fall.
Resistive and Kapazitiv Touchscreens – das sind die Unterschiede und Vorteile
Bei der resistiven Touchscreen-Technologie wird eine druckempfindliche Schicht verwendet, die auf Berührung reagiert. Diese Schicht besteht aus zwei leitfähigen Schichten, die durch einen Abstandshalter getrennt sind. Wird der Bildschirm berührt, kommen die beiden Schichten miteinander in Kontakt und registrieren die Berührung als elektrisches Signal.
Bei der kapazitiven Touchscreen-Technologie hingegen wird eine Schicht aus leitfähigem Material (in der Regel Indium-Zinn-Oxid) verwendet, die elektrische Ladung speichert. Berührt der Benutzer den Bildschirm mit dem Finger, wird ein Teil der Ladung übertragen und die Berührung als Kapazitätsänderung registriert.
Im Vergleich zu resistiven Touchscreens sind kapazitive Touchscreens reaktionsschneller und genauer. Resistive Touchscreens sind jedoch billiger und funktionieren mit jeder Art von Eingabe, auch mit Handschuhen und Stiften. Resistive Touchscreens haben zudem im Vergleich zu kapazitiven Touchscreens einige Einschränkungen. Sie sind nicht so empfindlich und erfordern daher mehr Druck, um eine Berührung zu registrieren. Außerdem sind sie weniger genau und bieten eine schlechtere Bildqualität als kapazitive Touchscreens. Außerdem kann sich der Widerstand der Schichten im Laufe der Zeit verschlechtern, was zu einer Abnahme der Berührungsempfindlichkeit führt.
Resistive vs. kapazitive Touchscreens (engl.)
Beschädigter Touchscreen heißt nicht kaputt
Im Produktionsalltag geht es oft rau zu. Daher ist eine hohe Widerstandsfähigkeit erforderlich. Resistive Touchscreens sind robust gegenüber Stößen, Vibrationen und stumpfer Gewalt. Selbst wenn die Oberfläche beschädigt wird, funktionieren die Displays noch einwandfrei und können bedenkenlos weiterverwendet werden. Anders sieht es bei kapazitiven Touchscreens aus: Ihre Glasoberfläche kann splittern oder ganz brechen, was sie besonders für sensible Branchen wie die Lebensmittel- oder Pharmaproduktion ungeeignet macht. Penta, einem Hersteller von IPCs, sind Fälle bekannt, bei denen die Glasoberfläche gebrochen ist und der durch Splitter kontaminierte Produktstrom komplett entsorgt werden musste. Dies ist einer der Gründe, warum sich Penta bei der Entwicklung von IPCs gegen kapazitive Glas-Touch-Lösungen und für die resistive Technologie mit gehärteter Acryloberfläche entschieden hat.
Bei industriellen Anwendungen spielen nicht zuletzt auch die Systemkosten eine Rolle. Resistive Systeme sind derzeit noch deutlich günstiger als vergleichbare kapazitive Lösungen und daher bei preissensiblen Anwendungen die richtige Wahl.
Was sind kapazitive Touchscreens?
Bei kapazitiven Touch-Oberflächen wird durch Anlegen einer Spannung an Elektroden ein elektrisches Feld erzeugt. Bei Berührung mit dem Finger entsteht ein Ladungstransport und Sensoren an den Ecken registrieren die resultierenden Änderungen des elektrischen Feldes. Eine Weiterentwicklung ist der projiziert-kapazitive Touchscreen (PCT). Dieser erzeugt zahlreiche kleinere elektrische Felder, die nicht nur auf die Oberfläche, sondern auch leicht darüber projiziert werden. Da das elektrische Feld nur auf leitende Objekte reagiert, müssen kapazitive Touchscreen mit dem nackten Finger oder speziellen Handschuhen beziehungsweise Eingabestiften bedient werden.
So funktionieren resistive Touchscreens
Ein resistiver Touchscreen ist ein berührungsempfindlicher Bildschirm, der durch Druck auf die Oberfläche aktiviert wird. Er besteht aus zwei dünnen, transparenten, elektrisch leitenden Schichten, die durch einen schmalen Spalt getrennt sind. Die Schichten bestehen in der Regel aus Kunststoff oder Glas und sind mit einer dünnen Metallschicht überzogen.
Wenn ein Benutzer auf die Oberfläche des Bildschirms drückt, kommen die beiden Schichten miteinander in Kontakt, wodurch ein Stromkreis entsteht und die Berührung registriert wird. Die Berührung wird dann vom Controller in eine X- und Y-Koordinate umgewandelt, der die Information an den Prozessor des Geräts weiterleitet, um die beabsichtigte Aktion zu bestimmen.
Resistive Touchscreen-Technologien im Vergleich
Grundsätzlich bestehen alle resistiven Touchscreens aus zwei Schichten, auf denen Messleitungen zur Berührungserkennung aufgebracht sind. Dies geschieht über die Änderung der elektrischen Spannungsfelder, die bei jeder Berührung der Touchscreen-Oberfläche entstehen. Daraus wird der Berührungspunkt berechnet. Je nach Typ verfügen die Touchscreens über vier, fünf oder acht Messdrähte.
- 4-Wire-Technologie: Hier sind pro Schicht je zwei Messleitungen versetzt an jeweils gegenüberliegenden Kanten angeschlossen: eine Leitung für die Spannung, die andere für die Erdung. Bei Berührung wird jeweils die Spannungsfeldänderung an der oberen bzw. unteren Schicht gemessen und so die Lage des Berührungspunktes auf der x- und y-Achse bestimmt. Das Problem bei dieser Technik: Wird der Touchscreen Feuchtigkeit oder schwankenden Temperaturen ausgesetzt, können sich die Spannungsverhältnisse der oberen Schicht ändern, was zu falschen Berechnungen führt. Daher ist diese Technik für industrielle Installationen eher ungeeignet.
- 8-Wire-Technologie: Bei 8-Wire Screens ist an jeder Kante jeweils eine zusätzliche Messleitung angeschlossen. Diese liefern neben der eigentlichen Spannung für die Berührungspunktmessung auch eine Referenzspannung, mit der die Messergebnisse der Berührungskoordinaten verglichen werden. Dadurch bleiben die Ergebnisse der Berührungspunktberechnung auch bei schwankenden Temperatur- und Feuchtebedingungen konstant. Das System muss nicht neu kalibriert werden. Durch die zusätzliche Verkabelung und Elektronik ist die Technik allerdings teurer als die 4- und 5-Draht-Technik.
- 5-Wire-Technologie: Hier sind vier Messleitungen an den Ecken ausschließlich der unteren Schicht angebracht. Die vier Messleitungen dienen zur Bestimmung der x- und y-Koordinaten. Auf der oberen Lage ist nur eine Messleitung, die fünfte, angebracht, die nur die Spannung von der unteren Lage überträgt. Durch diesen Aufbau lassen sich beide Koordinaten des Berührungspunktes auf der festen untenliegenden Glasschicht messen. Da die 5-Wire-Technik keinen direkten Umwelteinflüssen ausgesetzt und nahezu verschleißfrei ist, weist sie eine höhere Langzeitgenauigkeit als die 4-Wire- oder 8-Wire-Technik auf und eignet sich daher am besten für industrielle Anwendungen.
Nicht zu viele, nicht zu wenige Drähte
Mit der Entscheidung für die resistive Technologie ist die Suche nach einem geeigneten Touchscreen für den industriellen Einsatz jedoch noch nicht abgeschlossen. Auch hier gibt es wesentliche Unterschiede. Standard ist die so genannte 4-Wire-Technik. Ihr Nachteil: Schwankende Umwelteinflüsse wie Luftfeuchtigkeit oder Temperatur können den elektrischen Widerstand der obersten Schicht beeinflussen und so zu einem Versatz bei der Berührungserkennung führen. Die sogenannte 8-Wire-Technologie verhindert diesen Effekt, ist aber die kostenintensivste Variante des resistiven Touchscreens. Außerdem haben beide Bauweisen gemeinsam, dass die Messung des Berührungspunktes über die oberste Schicht erfolgt. Deren Abnutzung kann die Berührungserkennung verschlechtern. Die Lebensdauer dieser Bildschirme liegt daher oft nur bei einer Million Berührungen, was in etwa einer Nutzungsdauer von einem Jahr entspricht. Anders sieht es bei der 5-Wire-Technologie aus. Hier wird die durch die Berührung hervorgerufene Spannungsveränderung auf der darunter liegenden Schicht gemessen, was sie unempfindlich gegenüber schwankenden Umwelteinflüssen und zudem stabiler macht:
Resistive 5-Wire-Touchscreens arbeiten zuverlässig bis über 35 Millionen Berührungen. Das entspricht einer Lebensdauer von etwa 30 Jahren. Damit sind 5-Wire Touchscreens sowohl in der Anschaffung als auch in der Total Cost of Ownership die kostengünstigste Touchlösung für die Industrie. Aus diesem Grund setzt Penta bei seinen IPCs auf resistive Touchscreens mit 5-Wire-Technologie mit Displaygrößen von 15 bis 19″.
Für eine lange Lebensdauer der IPCs müssen auch die anderen Komponenten dauerhaft zuverlässig funktionieren: Der Penta Giant beispielsweise weist eine Mean Time Between Failure (MTBF) von über 50.000 Stunden auf. Möglich macht dies das Metallgehäuse, das die Anforderungen der Schutzart IP65 erfüllt und das Gerät vor Schäden durch Stöße und Vibrationen sowie vor dem Eindringen von Staub und Flüssigkeiten schützt. Darüber hinaus gibt es spezielle Versionen für die Lebensmittelindustrie mit der Schutzart IP69k, die bedenkenlos mit Hochdruckreinigern gesäubert werden können.