Touchscreen-Monitore für die Schiffssteuerung

Ein Touchscreen-Monitor für den maritimen Einsatz muss mehr leisten, als nur Navigations- oder Gerätedaten anzuzeigen. Er muss auch unter den Einflüssen von Blendung, Feuchtigkeit, Vibrationen, Temperaturschwankungen und im Dauerbetrieb gut lesbar, reaktionsschnell und mechanisch stabil bleiben.

Diese Bedingungen wirken sich auf nahezu alle Komponenten des Displays aus: LCD-Helligkeit, Frontglas, Touch-Technologie, optische Verklebung, Abdichtung, Befestigung, Anschlüsse und Stromversorgung. Ein Monitor, der im Büro einwandfrei funktioniert, kann auf einem Schiff schwer lesbar sein, Fehlberührungen verursachen oder vorzeitig ausfallen.

Für Gerätehersteller und Systemintegratoren hängt die richtige Lösung daher davon ab, wo der Monitor installiert wird und wie er betrieben wird – und nicht nur von der Bildschirmgröße oder der Auflösung.

Warum in Schiffssteuerungssystemen Touchscreen-Monitore zum Einsatz kommen

Moderne Schiffe vereinen Navigationsdaten, Motordaten, Alarme, Kommunikation und Geräteüberwachung in digitalen Steuerungssystemen. Über einen Touchscreen-Monitor haben die Bediener direkten Zugriff auf diese Funktionen, ohne dass an jedem Arbeitsplatz eine separate Tastatur und Maus erforderlich sind.

Typische Anwendungen sind:

• Brückennavigations- und Kartensysteme;
• Schiffsüberwachungs- und Alarmzentralen;
• Schnittstellen für Motor und Antrieb;
• Bedienelemente der Decksausrüstung;
• Offshore-Maschinen;
• Überwachungs- und Kommunikationsterminals.

Die Touch-Steuerung kann Platz auf dem Bedienfeld sparen und den Zugriff auf Informationen erleichtern, sollte jedoch nicht automatisch jede physische Steuerung ersetzen. Für Not-Aus-Schalter, sicherheitskritische Befehle und häufig genutzte Funktionen sind möglicherweise weiterhin spezielle Tasten, Schalter oder eine andere alternative Eingabemethode erforderlich.

Die Aufgabe des Touchscreens besteht darin, eine übersichtliche und effiziente Bedienoberfläche zu bieten und sich gleichzeitig sicher in die gesamte Steuerungsarchitektur einzufügen.

Beginnen Sie mit dem Installationsort

“Der Begriff ”Einsatz auf See“ bezeichnet nicht nur eine einzige Betriebsumgebung. An einen Bildschirm in einer geschlossenen Kommandobrücke werden andere Anforderungen gestellt als an einen, der auf einem ungeschützten Deck installiert ist.

Aufstellungsort	Wichtige Punkte zur Anzeige
Geschlossene Brücke	Sichtbarkeit bei Tag und Nacht, geringe Reflexion, Dimmbereich, Systemkompatibilität
Offene Brücke oder Fahrbahn	Direkte Sonneneinstrahlung, Regen, Salznebel, Kontakt mit Feuchtigkeit, stärkere Abdichtung
Maschinenraum	Hitze, Vibrationen, Handschuhe, Verschmutzung und Dauerbetrieb
Offshore-Ausrüstung	Feuchtigkeit, Korrosion, Vibrationen, Lesbarkeit im Außenbereich und Wartungszugang
Integrierte Konsole	Ausschnitt, Dichtungskompression, Spielraum hinten, Steckverbinder und thermisches Design

Bevor Sie sich für ein Display entscheiden, sollten Sie klären, ob die Vorderseite, das hintere Gehäuse oder der gesamte Monitor freiliegen wird. Davon hängt ab, ob eine Abdichtung nur an der Vorderseite ausreicht oder ob ein vollständig abgedichtetes Gehäuse erforderlich ist.

Einen umfassenderen Überblick über geeignete Präsentationsplattformen finden Sie in unserem Industriedisplays für Schiffsanwendungen.

Die Lesbarkeit bei Sonnenlicht ist mehr als nur ein Helligkeitswert

Starkes Sonnenlicht und Reflexionen vom Wasser können ein herkömmliches Display unlesbar machen. Eine hohe Helligkeit hilft zwar, garantiert aber allein noch keine Lesbarkeit.

Der gesamte optische Aufbau muss berücksichtigt werden:

• LCD-Leuchtdichte;
• Durchlässigkeit des Berührungssensors;
• Reflexion auf dem Deckglas;
• AG- oder AR-Oberflächenbehandlung;
• Luftverklebung oder optische Verklebung;
• Betrachtungswinkel;
• die Farbe und der Kontrast der Benutzeroberfläche.

Ein LCD, dessen Helligkeit mit 1.000 Nits angegeben ist, liefert nicht unbedingt 1.000 Nits, wenn es in die fertige Touchscreen-Baugruppe eingebaut ist. Der Berührungssensor, das Glas und die Beschichtungen beeinflussen alle das Licht, das den Bediener erreicht. Die Helligkeit sollte nach Möglichkeit an der Vorderseite des fertigen Displays überprüft werden.

Durch das optische Bonding wird der Luftspalt zwischen der Touch-Baugruppe und dem LCD beseitigt. Dadurch lassen sich interne Reflexionen reduzieren, der wahrgenommene Kontrast verbessern und das Risiko von Kondenswasserbildung an der Bondstelle verringern. Die native Helligkeit des LCD wird dadurch nicht erhöht, und der gesamte Monitor wird dadurch nicht wasserdicht.

Unser Leitfaden: Luftverklebung vs. optische Verklebung erläutert diese Unterschiede genauer.

Auch der Nachtbetrieb spielt eine Rolle. Ein Display, das bei Tageslicht gut lesbar ist, kann auf einer Brücke dennoch ungeeignet sein, wenn es für den Nachtbetrieb nicht ausreichend gedimmt werden kann. Wenn der Betrieb bei Tag, in der Dämmerung und bei Nacht erforderlich ist, sollte der nutzbare Dimmbereich zusammen mit der maximalen Helligkeit bewertet werden.

PCAP oder resistiver Touchscreen für den Einsatz auf See?

Projektiv-kapazitive Touchscreens finden in modernen HMIs für die Schifffahrt breite Anwendung, da sie eine klare Glasoberfläche, eine präzise Reaktion und Multitouch-Fähigkeit bieten. Allerdings sind die Standard-PCAP-Einstellungen nicht automatisch für Regen, Salzwasser oder dicke Handschuhe geeignet.

Wasser auf der Oberfläche kann die vom Touch-Controller erfassten elektrischen Bedingungen verändern. Je nach Controller, Abstimmung und Erdung kann dies zu Fehlberührungen, blockierten Berührungseingaben oder einer verminderten Genauigkeit führen.

Ein PCAP-Design für den Einsatz in der Schifffahrt sollte daher mit folgenden Komponenten getestet werden:

• die endgültige Dicke des Deckglases;
• die eigentliche Verbindungsstruktur;
• nasse Finger und Wassertropfen;
• die von den Bedienern verwendeten Handschuhe;
• das fertige Metallgehäuse;
• die vorgesehene Stromversorgung und der Host-Computer.

Eine Erhöhung der Empfindlichkeit für die Bedienung mit Handschuhen kann auch die Empfindlichkeit gegenüber Wasser oder elektrischen Störungen erhöhen. Die richtige Firmware-Einstellung ist ein ausgewogenes Verhältnis und nicht einfach die höchstmögliche Empfindlichkeit.

Resistive Touchscreens sind nach wie vor praktisch, wenn Bediener dicke Handschuhe oder einen Stift verwenden. Sie reagieren auf Druck statt auf die Kapazität des Fingers, bieten jedoch in der Regel eine geringere optische Klarheit und eingeschränktere Multitouch-Fähigkeiten als PCAP-Touchscreens.

Anforderung	PCAP-Touch	Widerstandsfähige Berührung
Bedienung mit bloßen Fingern	Ausgezeichnet	Gut
Multi-Touch-Gesten	Unterstützt	In der Regel nicht erforderlich oder nicht unterstützt
Arbeiten mit dicken Handschuhen	Muss überprüft und optimiert werden	Im Allgemeinen einfacher
Nasse Fahrbahn	Erfordert die Einstellung und Prüfung des Reglers	Weniger anfällig für kapazitive Wasserstörungen
Optische Klarheit	Höher	Unter
Front aus Hartglas	Gut geeignet	Konstruktionsabhängig

Keine der beiden Technologien ist grundsätzlich besser. Die Entscheidung sollte sich nach dem Bediener, den Handschuhen, der Wasserbelastung und der Software-Oberfläche richten.

Prüfen Sie, was die IP-Schutzklasse tatsächlich abdeckt

Eine IP-Schutzart gilt nur für die geprüfte Baugruppe. “IP65-Front” bedeutet in der Regel, dass die eingebaute Frontplatte gegen Staub und Wasserstrahlen geschützt ist, wenn die Dichtung korrekt gegen das Gehäuse des Kunden gedrückt ist. Das bedeutet nicht, dass das hintere Gehäuse, die Anschlüsse oder der gesamte Monitor der Schutzart IP65 entsprechen.

Bei einem in eine Blende eingebauten Monitor hängt die Abdichtung nicht nur vom Glas ab:

• Frontblende oder randloses Glasdesign;
• Material und Position der Dichtung;
• Einbauausschnitt;
• zunehmender Druck;
• Ebenheit des Gehäuses;
• Kabel- und Steckverbinder-Einführungsstellen.

Ein Monitor auf offener Plattform erfordert möglicherweise ein vollständig abgedichtetes Gehäuse und wasserdichte Steckverbinder. Ein Monitor, der in einem geschützten Schaltschrank installiert ist, benötigt möglicherweise nur eine abgedichtete Vorderseite.

In der Spezifikation und der Zeichnung sollte eindeutig angegeben werden, ob sich die Nennleistung auf die Vorder- oder Rückseite oder auf das gesamte Gehäuse bezieht.

Salz, Kondensation und Korrosion erfordern einen systemischen Ansatz

Salzwasser wirkt sich nicht nur auf die Displayoberfläche aus. Salzhaltige Feuchtigkeit kann freiliegende Anschlüsse, Schrauben, Gehäusekanten und Steuerplatinen erreichen. Dies kann im Laufe der Zeit zu Korrosion, instabilen Signalen oder einem Ausfall des Touch-Controllers führen.

Je nach Expositionsgrad sind bei der Konstruktion möglicherweise folgende Maßnahmen erforderlich:

• korrosionsbeständiges Gehäusematerial oder eine korrosionsbeständige Oberflächenbehandlung;
• Befestigungselemente aus Edelstahl;
• geschützte oder versiegelte Steckverbinder;
• geeignete Dichtungsmaterialien;
• Konformbeschichtung auf ausgewählten Leiterplatten;
• Überlegungen zur Entwässerung oder zum Druckmanagement;
• Optisches Bonding, bei dem inneres Beschlagen ein Problem darstellt.

Durch optisches Bonding lässt sich zwar die Gefahr von Kondenswasserbildung an der geklebten LCD-Schnittstelle beseitigen, es kann jedoch nicht verhindern, dass Feuchtigkeit in ein unzureichend abgedichtetes Gehäuse eindringt.

Vibrationen wirken sich nicht nur auf das LCD aus

Motoren, Schiffsbewegungen und Welleneinschläge verursachen eine ständige mechanische Belastung. Ein Display kann bei ersten Tests zwar einwandfrei funktionieren, jedoch sporadische Störungen aufweisen, wenn die Befestigung oder die Kabelverbindungen nicht stabil sind.

Die technische Überprüfung sollte Folgendes umfassen:

• Einbau- oder VESA-Halterung;
• Steifigkeit des Gehäuses;
• Stütze für große oder schwere Deckgläser;
• Schraubverriegelungsverfahren;
• Kabelzugentlastung;
• verriegelbare Video- und Stromanschlüsse;
• integrierte Leiterplatten- und LCD-Unterstützung;
• Vibrationsanforderungen für die Endanwendung.

Das Testen eines losen Monitors auf einem Prüfstand gibt die mechanischen Bedingungen der fertigen Konsole nicht realistisch wieder. Soweit möglich, sollte das Prüfmuster unter Verwendung der vorgesehenen Befestigungskonstruktion und der vorgesehenen Kabel bewertet werden.

Stromversorgung, Schnittstellen und elektrische Störungen prüfen

Elektrische Systeme auf See bieten möglicherweise nicht dieselbe stabile Stromversorgung wie ein Labor-Netzteil. Spannungsschwankungen, schaltende Lasten und elektrisches Rauschen können die Anzeige, den Touch-Controller und die Signalverbindung beeinträchtigen.

Der Systemintegrator sollte Folgendes bestätigen:

• Nenn- und zulässiger Gleichstrom-Eingangsbereich;
• ob eine Isolierung erforderlich ist;
• Anforderungen hinsichtlich Verpolung und Überspannung;
• Erdung zwischen Monitor und Gehäuse;
• HDMI-, DisplayPort-, DVI- oder VGA-Anschluss;
• USB, RS232 oder eine andere Touch-Schnittstelle;
• Kabellänge und Steckverbinderbefestigung;
• Kompatibilität mit dem Betriebssystem und dem Touch-Treiber.

Ein PCAP-Touchscreen, der mit einem kurzen USB-Kabel einwandfrei funktioniert, kann sich nach der Installation in der Nähe von Motoren, Umrichtern, Funkgeräten oder anderen Störquellen anders verhalten. Die Erdung und die Touch-Abstimmung sollten im serienreifen System überprüft werden.

Marine-Standards müssen frühzeitig festgelegt werden

Nicht jedes auf einem Boot installierte Display erfordert dieselbe Zertifizierung. Für die Handelsschifffahrt, Navigationsausrüstung, Offshore-Systeme, Freizeitboote und nicht für die Navigation bestimmte Bedienfelder können unterschiedliche Zulassungsverfahren gelten.

Zu den Anforderungen können die Norm IEC 60945, IACS E10, die Zulassung durch eine Klassifikationsgesellschaft oder spezifische ECDIS-Leistungsstandards gehören. Diese Anforderungen wirken sich auf die Komponentenauswahl, das EMV-Design, die Umweltprüfungen, die Dokumentation, die Entwicklungskosten und die Vorlaufzeit aus.

Ein Monitor, der als für den Einsatz in einer maritimen Umgebung geeignet beschrieben wird, ist nicht automatisch ein zertifiziertes Marine-Display. Ist eine Zertifizierung oder Typgenehmigung vorgeschrieben, sollte dies bereits vor der Angebotserstellung und der Musterentwicklung geklärt werden – und nicht erst, nachdem das Hardware-Design bereits abgeschlossen ist.

Was sollte vor der Produktion getestet werden?

Ein Muster, das für die Serienfertigung vorgesehen ist, sollte unter Bedingungen geprüft werden, die der endgültigen Einbauumgebung des Behälters entsprechen.

Die Überprüfung sollte Folgendes umfassen:

• Lesbarkeit bei Tageslicht über die eigentliche Benutzeroberfläche;
• Mindesthelligkeit im Nachtbetrieb;
• Berührungsempfindlichkeit mit bestimmten Handschuhen;
• Feuchtigkeitsgefühl und Verhalten von Wassertropfen;
• Falschberührungsschutz;
• Anzeige- und Touch-Leistung bei den erforderlichen Temperaturen;
• Betrieb unter den erwarteten Spannungsbedingungen;
• Stabilität von Steckverbinder und Kabel;
• Schwingungsverhalten;
• Abdichtung nach dem Einbau;
• Dauerbetrieb und thermisches Verhalten.

Jede Angabe zu Helligkeit, IP-Schutzklasse, Bedienbarkeit mit Handschuhen, Temperatur- oder Stoßfestigkeit sollte sich auf ein definiertes Prüfverfahren und die genaue Produktkonfiguration beziehen.

Erforderliche Angaben für ein Projekt mit einem Touchscreen für den Schiffsbereich

Zur Bewertung eines kundenspezifischen Schiffsmonitors sollte der Lieferant Folgendes erhalten:

• Bildschirmgröße, Auflösung und Ausrichtung;
• Aufstellungsort;
• Einsatz in Innenräumen, im geschützten Außenbereich oder im ungeschützten Außenbereich;
• Montage- und Ausschnittzeichnungen;
• erforderliche Helligkeit und Dimmbereich;
• Bevorzugung von PCAP- oder resistiven Touchscreens;
• Anforderungen an Handschuhe und Nassberührung;
• Dicke und Oberflächenbehandlung des Deckglases;
• IP-Anforderung für Frontabdeckung oder vollständige Einhausung;
• Betriebstemperatur;
• Video-, Touch- und Stromanschlüsse;
• erforderliche Standards oder Zertifizierungen;
• erwartete Jahresmenge und Produktlebensdauer.

Eagle Touch entwickelt Maßgeschneiderte industrielle Touchscreen-Monitore mit konfigurierbarer Helligkeit, Deckglas, Touch-Technologie, optischer Verklebung, Schnittstellen und Befestigungsvorrichtungen. Unsere Lösungen für bei Sonnenlicht ablesbare Touch-Monitore sind für Projekte erhältlich, bei denen die Sichtbarkeit im Außenbereich eine zentrale Anforderung ist.

Den Monitor an die tatsächlichen Gegebenheiten im Schiffsbetrieb anpassen

Ein zuverlässiger Touchscreen-Monitor für den Schiffsbau entsteht nicht einfach dadurch, dass man einem Standard-LCD-Bildschirm ein „wasserdicht“-Etikett anbringt. Er ist das Ergebnis der optimalen Abstimmung von optischem Aufbau, Touch-Verhalten, Abdichtung, mechanischem Aufbau, elektrischer Auslegung und Prüfplan auf die tatsächlichen Umgebungsbedingungen an Bord eines Schiffes.

Der sinnvollste Ausgangspunkt ist nicht eine lange Liste von Wunschspezifikationen. Es ist vielmehr eine klare Beschreibung, wo das Display installiert werden soll, was der Bediener damit tun muss und welche Umgebungs- oder Zertifizierungsanforderungen das fertige System erfüllen muss.

Wenn Sie ein Schiffssteuerungssystem, ein Navigationsterminal oder eine Schnittstelle für Offshore-Anlagen entwickeln, senden Sie uns bitte Ihre Einbaubedingungen, Zeichnungen und die wichtigsten Spezifikationen zu. Das Eagle Touch-Entwicklungsteam kann prüfen, ob eine bestehende Plattform, ein modifizierter Monitor oder ein vollständig individuelle Touch-Lösung ist der praktischste Ansatz.