Design von wasserdichten Touchscreens für den industriellen Einsatz: IP-Schutzklasse, Abdichtung und Bedienung bei Nässe

Die Wasserdichtigkeit hängt nicht allein vom Touchsensor ab. Sie hängt davon ab, wie das Deckglas, das Touchpanel, die Dichtung, der Displayrahmen, das Gehäuse des Geräts und die Kabeldurchführungen zusammenwirken. Ein PCAP-Panel verträgt zwar möglicherweise Wassertropfen auf seiner Oberfläche, doch kann das fertige Gerät dennoch an den Rändern undicht sein. Ein Monitor mit Schutzart IP65 auf der Vorderseite unterscheidet sich zudem von einem vollständig abgedichteten Gerät.

Bei einem OEM-Projekt lautet die entscheidende Frage nicht einfach: “Ist dieser Touchscreen wasserdicht?”, sondern:

Welcher Teil der Endbaugruppe ist geschützt, vor welcher Art von Wassereinwirkung und unter welchen Einbaubedingungen?

Was bedeutet “wasserdichter Touchscreen” eigentlich?

Bei Industriegeräten bezieht sich die IP-Schutzart in der Regel auf ein geprüftes Gehäuse oder eine montierte Schnittstelle – nicht auf ein einzelnes LCD-Display oder einen einzelnen Berührungssensor.

Die Produktform bestimmt, was sinnvollerweise spezifiziert werden kann:

Produktform	Was dieser Schutz normalerweise bedeutet
Nur PCAP- oder resistives Touchpanel	Der Sensor ist zwar laminiert und an den Kanten versiegelt, verfügt jedoch in der Regel nicht über eine eigenständige IP-Schutzart.
Auf ein LCD-Display aufgeklebtes Touchpanel	Das geklebte Modul beseitigt den Luftspalt zwischen Touchpanel und LCD, sorgt jedoch nicht für eine wasserdichte Abdichtung nach außen.
Frontversiegelter Monitor für die Schalttafelmontage	Die freiliegende Vorderseite erfüllt nach korrekter Installation die angegebene IP-Schutzart. Für die Rückseite und die Anschlüsse gilt nicht unbedingt dieselbe Schutzart.
Vollständig versiegelter Touchscreen-Monitor	Die vordere und hintere Gehäusehälfte, die Anschlüsse und die Kabeleinführungen wurden als eine geschützte Einheit konstruiert und geprüft.

Wenn in einer Spezifikation lediglich “IP65-Touchscreen” angegeben ist, fragen Sie nach, ob sich die Schutzart auf die Vorderseite oder auf den gesamten Monitor bezieht und ob sie erst nach dem Einbau des Panels gilt.

Wählen Sie die IP-Schutzart anhand der tatsächlichen Einsatzbedingungen aus

IP-Schutzklassen beschreiben unterschiedliche Prüfbedingungen. Sie sollten nicht als einfache Rangliste betrachtet werden, bei der die höchste Zahl immer die beste Wahl ist.

Bewertung	Flüssigkeitsschutz in der Praxis	Übliche industrielle Verwendung
IP65	Wasserstrahlen	Eingebaute Maschinenverkleidungen, überdachte Außenanlagen und Bereiche, die regelmäßig Spritzwasser ausgesetzt sind
IP66	Kraftvolle Wasserstrahlen	Im Freien aufgestellte Geräte oder stärkere Bewässerung
IP67	Vorübergehendes Eintauchen unter festgelegten Prüfbedingungen	Vollständig abgedichtete Geräte, die vorübergehend untergetaucht werden dürfen
IP69 / IP69K	Hochdruck- und Hochtemperatur-Wasserstrahlen gemäß der geltenden Norm	Lebensmittelverarbeitung und andere Umgebungen mit intensiver Reinigung

Ein Gerät, das mit einem feuchten Tuch gereinigt wird, benötigt nicht dieselbe Schutzart wie ein Gerät zur Lebensmittelverarbeitung, das mit heißem Hochdruckwasser gereinigt wird. Auch Regen im Freien erfordert nicht automatisch einen Schutz gegen Eintauchen. Legen Sie die Einsatzbedingungen fest, bevor Sie die IP-Schutzart auswählen:

• Woher kann das Wasser kommen?
• Ist es Regen, Spritzwasser, ein Schlauch, eine Hochdruckreinigung oder das Eintauchen?
• Wie lange dauert das, und werden dabei Reinigungsmittel verwendet?
• Welche Oberflächen, Kabel und Anschlüsse sind freiliegend?

Die erforderliche Nennleistung sollte anschließend anhand der entsprechenden Prüfnorm und der endgültigen Installationsmethode überprüft werden.

Der Schutz der Front-IP hängt von der endgültigen Installation ab

Viele Industrie-Displays verfügen über eine frontseitig abgedichtete Einbaukonstruktion. Der Monitor wird in eine vorbereitete Öffnung eingesetzt, wobei die Frontblende oder das Deckglas über die Geräteblende hinausragt. Eine umlaufende Dichtung wird zwischen dem Display und dem Gehäuse zusammengedrückt, um den Wasserweg abzudichten.

Die Dichtung kann auch dann versagen, wenn die Materialien korrekt sind. Häufige Ursachen sind:

• unzureichende Überlappung von Deckglas und Blende;
• ein ungleichmäßiges Bedienfeld;
• zu geringe oder zu starke Dichtungskompression;
• Spalten an Ecken oder Dichtungsfugen;
• ungleichmäßiges Schraubendrehmoment;
• Klebstoff oder Beschichtung, die mit der Dichtung nicht verträglich ist;
• Wasser, das durch Kabelverschraubungen, Steckverbinder oder Wartungsklappen eindringt.

Aus diesem Grund sollte die IP-Schutzart an der Montagezeichnung und der Einbauanleitung angegeben sein. Eine Änderung der Aussparung, der Dichtung oder des Anpressdrucks kann das Ergebnis beeinflussen. Bei kundenspezifischen Geräten sollten Sie vor der Probenahme die Gehäusezeichnung überprüfen. Siehe unsere Anleitung für Touch-Monitore zur Schalttafeleinbau für die üblicherweise benötigten technischen Angaben.

Wasserdichtigkeit und „Wet-Touch“ sind unterschiedliche Anforderungen

Die Wasserdichtigkeit verhindert, dass Wasser in die Elektronik eindringt. Die „Wet-Touch“-Leistung beschreibt, wie sich das Touch-System verhält, wenn sich Wasser auf dem Glas befindet. Das eine ist keine Garantie für das andere.

Eine Frontblende kann die Anforderungen an den Schutzgrad erfüllen und dennoch Fehlberührungen, Sprünge oder keine Reaktion aufweisen. Wasser beeinträchtigt das kapazitive Feld, insbesondere wenn es einen durchgehenden Film bildet oder sich um den Rahmen herum ansammelt.

Bei PCAP-Projekten ist “unterstützt Nassberührung” keine vollständige Spezifikation. Die tatsächlichen Bedingungen sollten separat getestet werden:

• isolierte Tröpfchen;
• ein dünner Wasserfilm;
• fließendes Regenwasser;
• Bedienung mit nassen Fingern;
• nasse Handschuhe;
• Wasser, das sich um den aktiven Rand herum angesammelt hat.

Manche Steuerungen funktionieren auch mit einem nassen Finger weiter. Andere weisen Tropfen ab, unterbrechen jedoch die Berührungserkennung, bis die Oberfläche wieder sauber ist. Beide Reaktionsweisen können akzeptabel sein, sofern sie vor Produktionsbeginn vereinbart und mit dem endgültigen Glas, der Firmware, dem Gehäuse und der Erdung validiert wurden.

Weitere Informationen zu Fehlmeldungen und zur „Wet-Touch“-Diagnose finden Sie unter Häufige Probleme mit kapazitiven Touchscreens.

Durch das optische Verkleben entsteht keine wasserdichte Abdichtung

Optische Bindung füllt den Luftspalt zwischen dem Touchpanel und dem LCD aus. Es reduziert Reflexionen, verbessert die strukturelle Stabilität und verringert das Risiko von Kondenswasserbildung zwischen diesen beiden Schichten.

Dadurch wird das Display nicht gegen das Gehäuse abgedichtet. Der Schutz gegen äußere Einflüsse hängt weiterhin von der Glasüberlappung, der umlaufenden Dichtung, der Ebenheit der Platte, dem Anpressdruck und den Kabeldurchführungen ab. In einem abgedichteten Gehäuse kann es außerdem zu Kondenswasserbildung kommen, wenn bei Temperaturschwankungen feuchte Luft im Inneren eingeschlossen wird.

Das optische Verkleben ist daher eine sinnvolle Behandlung für Displays, jedoch kein Ersatz für eine mechanische Abdichtung.

„Wasserdicht“ bedeutet nicht automatisch, dass ein Produkt für den Außenbereich geeignet ist

Ein Touchdisplay für den Außenbereich benötigt mehr als nur eine IP-Schutzklasse. Je nach Ausführung sind möglicherweise auch folgende Merkmale erforderlich:

• ausreichende Helligkeit für die tatsächliche Sonnenrichtung;
• AG- oder AR-Beschichtung zur Reduzierung von Reflexionen;
• UV-beständige Materialien und für den Außenbereich geeignete Druckverfahren;
• ein geeigneter Betriebstemperaturbereich;
• Wärmemanagement für Solarheizungen;
• eine Entwässerung, die verhindert, dass sich Wasser um den Touch-Rand herum ansammelt;
• Zuverlässige Bedienung bei Regen, Feuchtigkeit und mit Handschuhen.

Ein wasserdichtes Display mit geringer Helligkeit ist im Freien möglicherweise nicht lesbar, während ein Display mit hoher Helligkeit in einem geschlossenen Gehäuse überhitzen kann. Gehen Sie diese Anforderungen gemeinsam durch.

Für Installationen im Freien, die der Witterung ausgesetzt sind, beachten Sie bitte unsere Lösungen für Touch-Monitore im Außenbereich.

Die gesamte Baugruppe vor der Produktion überprüfen

Ein Labortest eines losen Touchpanels reicht nicht aus. Bei der Wasserprüfung sollte ein serienreifes Muster mit folgenden Enddaten verwendet werden:

• Deckglas und Oberflächenbehandlung;
• Dichtung und Klebstoff;
• Gehäusepaneel und Ausschnitt;
• Schraubenpositionen und Anziehverfahren;
• Touch-Controller und Firmware;
• Erdung und Stromversorgung;
• Kabelverschraubungen und externe Steckverbinder.

Überprüfen Sie das Prüfmuster vor und nach dem Kontakt mit Wasser. Die Prüfung kann eine Überprüfung auf Eindringen von Wasser, eine Berührungsspurprüfung, eine Kantenprüfung, Isolationsprüfungen und Temperaturwechselprüfungen umfassen. Falls das Gerät gewartet wird, wiederholen Sie die Prüfung nach der Demontage und dem Wiedereinbau.

Was Sie Ihrem Touchscreen-Lieferanten schicken sollten

Klare Projektangaben verhindern eine mehrdeutige Spezifikation hinsichtlich der “Wasserdichtigkeit”. Bitte legen Sie vor der Angebotserstellung oder der Musteranfertigung Folgendes vor:

1. Bildschirmgröße, Auflösung und Helligkeit.
2. PCAP, resistiv oder berührungslos.
3. Einbau in Schalttafel, Open-Frame-Ausführung oder vollständig gekapselte Bauweise.
4. Erforderlicher IP-Schutz an der Vorderseite oder für das gesamte System.
5. Tatsächliche Wassereinwirkung und Reinigungsmethode.
6. Anforderungen hinsichtlich nasser Finger, Wassertropfen oder Handschuhe.
7. Umriss des Deckglases, Ausschnitt der Blende und Zeichnung des Gehäuses.
8. Betriebstemperatur und Aufstellungsort (innen oder außen).
9. Video-, Touch- und Stromanschlüsse.
10. Mustermenge und voraussichtliches Jahresvolumen.

Eagle Touch liefert maßgeschneiderte Lösungen industrielle Touchscreens, LCD-Touch-Module und industrielle Touch-Monitore für OEM-Geräte. Wir betrachten Touchpanel, LCD, Deckglas, Steuerung, Dichtungsschnittstelle und Befestigungskonstruktion als eine Einheit – insbesondere dann, wenn das Display in ein vorhandenes Gehäuse passen und bei der Serienfertigung einheitliche Qualität gewährleisten muss.

Häufig gestellte Fragen

Kann ein Touchpanel selbst die Schutzart IP65 aufweisen?

In der Regel bezieht sich die IP-Schutzart auf das geprüfte Gehäuse oder die Endbaugruppe. Ein Touchpanel kann zwar aus Verbundglas bestehen und mit Kantenversiegelung sowie wasserfestem Klebstoff versehen sein, seine Leistungsfähigkeit hängt jedoch weiterhin davon ab, wie es in das Gerät eingebaut wird.

Funktioniert ein PCAP-Touchscreen auch, wenn er nass ist?

Es kann für den Betrieb mit Tropfenabweisung oder im „Wet-Finger“-Modus ausgelegt werden, doch das Ergebnis hängt von der Steuerung, der Firmware, dem Deckglas, der Erdung, der Rahmenkonstruktion und der Art der Wassereinwirkung ab. Es muss in der Endmontage getestet werden.

Welche IP-Schutzklasse eignet sich am besten für Geräte im Außenbereich?

Es gibt keine einheitliche Klassifizierung für alle Anwendungen im Außenbereich. Wählen Sie die geeignete Klasse entsprechend der Regenrichtung, dem Wasserdruck, der Dauer, der Installation, freiliegenden Anschlüssen und der Frage, ob ein Eintauchen möglich ist. Berücksichtigen Sie außerdem die Lesbarkeit bei Sonneneinstrahlung, die UV-Beständigkeit sowie Temperatur und Wärmemanagement.

Fazit

Der richtige wasserdichte Touchscreen ist nicht einfach derjenige mit der höchsten IP-Zahl. Sein Schutzgrad, seine Dichtungsstruktur und sein Verhalten bei Berührung im nassen Zustand müssen auf das jeweilige Gerät abgestimmt sein und unter den endgültigen Einbaubedingungen überprüft werden. Senden Sie uns die Zeichnung des Gehäuses, die Umgebungsbedingungen und die Anforderungen an die Touch-Funktion, damit wir den geeigneten Ausgangspunkt prüfen können.