Leitfaden zu resistiven Touchscreens für industrielle OEM-Projekte

Resistive Touchscreens sind zwar nicht mehr der Standard in der Unterhaltungselektronik, aber das bedeutet nicht, dass sie überholt sind. Sie sind nach wie vor eine sinnvolle Wahl, wenn ein Bediener dicke Handschuhe, einen passiven Stift oder einen anderen nichtleitenden Gegenstand verwenden muss, um Geräte zu bedienen.

Die Technologie weist zudem deutliche Einschränkungen auf. Ein herkömmlicher resistiver Bildschirm unterstützt in der Regel nur die Ein-Punkt-Eingabe, seine flexible PET-Oberfläche ist kratzempfindlicher als Deckglas, und seine optische Leistung ist meist geringer als die einer typischen PCAP-Baugruppe.

Die richtige Frage lautet daher nicht, ob resistive Touch-Technologie alt oder neu ist. Es geht vielmehr darum, ob die druckbasierte Eingabe, der mechanische Aufbau und die erwartete Auslastung zum jeweiligen Gerät passen.

Was ist ein resistiver Touchscreen?

Ein resistiver Touchscreen ist ein druckempfindlicher Berührungssensor. Er besteht aus zwei transparenten, leitfähigen Oberflächen, die durch einen sehr schmalen Spalt voneinander getrennt sind. Wenn auf die obere Oberfläche gedrückt wird, kommen die beiden leitfähigen Schichten miteinander in Kontakt. Ein Steuergerät misst die dabei entstehende Spannung und wandelt sie in X- und Y-Koordinaten um.

Da die Aktivierung vom Druck und nicht von der elektrischen Leitfähigkeit des Berührungsobjekts abhängt, lässt sich der Bildschirm mit dem bloßen Finger, einer behandschuhten Hand oder einem passiven Kunststoffstift bedienen.

Dieses Funktionsprinzip erklärt sowohl seinen Nutzen als auch seine Grenzen: Es lässt sich mit fast jedem Zeigeobjekt bedienen, doch die Oberseite muss flexibel bleiben und ist daher einem mechanischen Verschleiß ausgesetzt.

So funktioniert ein resistiver Touchscreen

Ein gängiger resistiver „Film-on-Glass“-Sensor (F+G) besteht aus:

• Eine hartbeschichtete PET-Folie mit einer transparenten ITO-Beschichtung auf der Unterseite
• Kleine Abstandspunkte, die auf eine der leitfähigen Oberflächen aufgedruckt sind
• Ein dünner Luftspalt, der durch den umlaufenden Abstandskleber aufrechterhalten wird
• Ein Glassubstrat mit einer transparenten ITO-Beschichtung auf der Oberseite
• Ein FPC-Anschlusskabel, das an einen kompatiblen Touch-Controller angeschlossen ist

Wenn Druck ausgeübt wird, biegt sich die PET-Folie lokal, bis sich die beiden mit ITO beschichteten Oberflächen berühren. Die Steuerung erzeugt einen Spannungsgradienten, misst die Spannung am Kontaktpunkt und berechnet die Berührungsposition.

Der Controller ist Teil des Systems und kein optionaler Kabeladapter. Ein reiner Widerstandssensor erzeugt normalerweise ein analoges Signal und lässt sich nicht direkt an USB anschließen. USB oder RS-232 sind in der Regel die Ausgänge einer separaten Controller-Platine.

Wesentliche Merkmale von resistiven Touchscreens

Charakteristisch	Was das in der Praxis bedeutet
Aktivierungsverfahren	Erfordert physischen Druck; der berührende Gegenstand muss nicht leitfähig sein
Eingabeobjekte	Funktioniert mit dem Finger, einem dicken Handschuh oder einem passiven Stylus, sofern ausreichender Druck ausgeübt wird
Berührungsmodus	Herkömmliche 4-Draht- und 5-Draht-Sensoren sind in der Regel Ein-Punkt-Sensoren
Stil der Benutzeroberfläche	Gut geeignet für Schaltflächen, Menüs, die Eingabe von Zahlen und die präzise Auswahl von Punkten; nicht für Pinch- oder Mehrfinger-Gesten vorgesehen
Oberfläche	Verwendet eine flexible PET-Bedienoberfläche, die anfälliger für Kratzer und Abnutzung ist als Deckglas
Optische Leistung	Die Folie, die leitfähigen Beschichtungen und die internen Grenzflächen verringern die Transmission und erhöhen die Reflexion im Vergleich zu einer typischen PCAP-Baugruppe.
Wasser an der Oberfläche	Tropfen stellen normalerweise keinen Kontakt her, es sei denn, sie üben ausreichenden Druck aus; dadurch wird die Baugruppe jedoch nicht wasserdicht.
Controller	Erfordert die richtige Verkabelung, Pinbelegung, Steuerung und Kalibrierung
Lebensdauer	Je nach Sensoraufbau, Betätigungskraft, Berührungsstelle und Herstellerspezifikation bleibt die Deckschicht ein Verschleißteil.
Projektkosten	Für die tatsächliche Größe, die Bauweise, die Steuerung, die individuelle Anpassung, die Stückzahl und die Lieferbedingungen muss ein Angebot erstellt werden.

Zwei Punkte werden häufig missverstanden. Erstens: “Funktioniert auch bei Nässe” ist nicht dasselbe wie wasserdicht. Wasser kann weiterhin an der Lünette, am Sensorrand, am FPC-Ausgang oder an der LCD-Baugruppe eindringen. Zweitens: Resistive Touchscreens sind nicht automatisch günstiger als PCAP-Touchscreens. Die Kosten des fertigen Projekts hängen von der gesamten Baugruppe ab, nicht allein vom Erfassungsprinzip.

Eine starre Abdecklinse kann normalerweise auch nicht über die aktive Oberfläche eines herkömmlichen resistiven Touchscreens angebracht werden, da sich die PET-Folie biegen muss. Wenn schlagfestes Glas, Multitouch-Funktion oder eine bündige Glasbedienoberfläche erforderlich sind, sollten Sie PCAP oder eine speziell entwickelte, robuste resistive Konstruktion in Betracht ziehen. Einen vollständigen Technologievergleich finden Sie unter PCAP- vs. resistiver Touchscreen für Industrieanlagen.

4-Draht- vs. 5-Draht-Resistiv-Touchscreens

Sowohl Vierdraht- als auch Fünfdraht-Sensoren erfassen den Kontakt zwischen zwei leitfähigen Oberflächen, erzeugen und messen das Koordinatensignal jedoch auf unterschiedliche Weise.

Merkmal	4-Draht-Widerstandsmessung	5-Draht-Resistiv
Koordinatengenerierung	Die beiden leitfähigen Schichten wechseln zwischen der Messung entlang der X- und der Y-Achse ab	Sowohl die Spannungsgradienten der X- als auch der Y-Achse werden auf dem unteren Glas erzeugt
Die Rolle des Top-Films	Beteiligt sich an der Koordinatenmessung	Dient hauptsächlich als Spannungsmesssonde
Auswirkungen des elektrischen Verschleißes der Deckschicht	Kann die Linearität und die Kalibrierung beeinträchtigen	Es ist weniger wahrscheinlich, dass es zu derselben Koordinatendrift kommt
Typische Verwendung	Steuerungen für den mittelschweren Einsatz und kompatible Austauschprojekte	Steuerungen für den häufigen Einsatz, bei denen es auf langfristige Koordinatenstabilität ankommt
Controller	Erfordert einen 4-Draht-Regler	Erfordert einen 5-Draht-Controller

4-Draht-Resistiv-Touchscreen

Bei einem 4-Draht-Sensor erzeugt eine leitfähige Schicht den Spannungsgradienten für eine Achse und die andere Schicht den für die zweite Achse. Der Regler vertauscht die elektrischen Rollen der beiden Schichten, um beide Koordinaten zu ermitteln.

Da beide Schichten an der Messung beteiligt sind, können sich Veränderungen der elektrischen Gleichmäßigkeit der flexiblen Deckschicht letztendlich auf die Linearität oder die Kalibrierung auswirken. Ein 4-Draht-Screen kann dennoch die richtige Wahl sein, wenn die zu erwartende Berührungsfrequenz moderat ist, die erforderlichen Betriebsspezifikationen vorliegen und der vorhandene Controller kompatibel ist.

5-Draht-Resistiv-Touchscreen

Bei einem 5-Draht-Sensor erzeugen vier Anschlüsse rund um das untere Glas die Spannungsgradienten für beide Achsen. Der fünfte Anschluss ist mit der oberen leitfähigen Schicht verbunden, die hauptsächlich als Messsonde dient.

Dadurch hängt die Koordinatenleistung weniger von der elektrischen Gleichmäßigkeit der obersten Schicht ab. Die Oberfläche kann zwar weiterhin zerkratzt oder durchstochen werden, doch ist es weniger wahrscheinlich, dass gewöhnlicher leitfähiger Verschleiß an der obersten Schicht zu derselben Koordinatenabweichung führt, wie sie bei einer herkömmlichen 4-Draht-Ausführung auftritt.

Bei häufig betätigten ortsfesten Bedienelementen wird daher oft die Fünf-Draht-Anschlussart bevorzugt. Sie ist jedoch nicht automatisch für jedes Projekt die bessere Wahl: Die Kompatibilität mit dem Regler, die Verfügbarkeit, die Abmessungen und die Spezifikation des zugelassenen Sensors sind weiterhin ausschlaggebend für die Entscheidung.

Es gibt auch 8-Draht-Widerstandssensoren. Sie basieren auf einem ähnlichen Prinzip wie 4-Draht-Berührungssensoren, verfügen jedoch über zusätzliche Messanschlüsse, um Spannungsverluste an den Rändern der Schalttafel auszugleichen. Sie kommen vor allem in Spezialsystemen oder älteren Anlagen zum Einsatz; prüfen Sie daher vor der Spezifikation, ob die Steuerung diese unterstützt und ob eine langfristige Verfügbarkeit gewährleistet ist.

Spezifikationen, die OEM-Käufer überprüfen sollten

Die Diagonale allein reicht nicht aus, um einen resistiven Touchscreen zu spezifizieren. Die folgenden Punkte sollten anhand einer validierten Zeichnung und einer Produktspezifikation überprüft werden.

Spezifikation	Warum es wichtig ist
Bauwesen	Bestätigt F+G oder einen anderen zugelassenen Stapel sowie die tatsächliche Gesamtdicke
Drahtkonfiguration	Muss zum Regler und zum Ersatzsystem passen
Insgesamt: Aktive Bereiche und Anzeigeflächen	Legt die Ausrichtung zum LCD, zur Blende und zur angezeigten Benutzeroberfläche fest
Aktivierungskraft	Beeinflusst das Bediengefühl und die Leistung bei der Verwendung von Handschuhen oder einem Touchstift
Linearität und Genauigkeit	Bestimmen Sie die Koordinatenleistung vor und nach der Kalibrierung
Lichtdurchlässigkeit und Trübung	Beeinflussen Sie die Helligkeit, den Kontrast und die Schärfe des Displays
Oberflächenhärte	Weist auf Kratzfestigkeit hin, sagt jedoch nichts über die Gesamtlebensdauer aus
Bewertung der Lebensdauer nach Aktivierung	Muss anhand der tatsächlichen Berührungen pro Tag und der wiederholten Nutzung fest installierter Bedienelemente bewertet werden
Betriebs- und Lagertemperatur	Muss zur gesamten Geräteumgebung passen, nicht nur zur LCD-Leistungsklasse
FPC-Details	Angaben zu Position, Richtung, Länge, Neigung, Kontaktseite und Stiftdefinition
Dämm- und Randabdichtungsbereiche	Stellen Sie fest, an welcher Stelle die Blende oder Dichtung den Sensor gefahrlos berühren darf
Controller- und Host-Schnittstelle	Überprüfen Sie die Unterstützung für 4-, 5- und 8-Draht-Systeme, die Kalibrierung, die Treiber sowie den USB-, seriellen oder sonstigen Host-Ausgang

Vermeiden Sie es, einen “typischen” Wert aus dem Katalog eines anderen Anbieters zu übernehmen. Die Werte für Betätigungskraft, Kraftübertragung, Widerstand, Härte und Lebensdauer variieren je nach Bauart des Bedienelements und der Prüfmethode. Die zugelassene Spezifikation für das ausgewählte Bauteil ist die einzige aussagekräftige Referenz für die Fertigung.

Risiken bei der OEM-Integration

Mechanische Abmessungen und FPC-Verlegung

Ein Sensor kann zwar die richtige Nenngröße haben, lässt sich aber dennoch möglicherweise nicht einbauen. Überprüfen Sie die Außenkontur, die aktive Fläche, den Erfassungsbereich, die Dicke, den FPC-Ausgang, die Ausrichtung des Steckverbinders und den verfügbaren Biegungsraum. Bei einem Austauschprojekt ist die Originalzeichnung des Sensors hilfreicher als die Schranköffnung allein.

Druck auf Lünette und Dichtung

Die Einfassung bzw. die Dichtung darf den aktiven oder empfindlichen Bereich nicht dauerhaft vorbelasten. Eine ungleichmäßige Kompression kann zu Fehlberührungen, toten Zonen oder instabilen Koordinaten führen. Bringen Sie die Dichtung an der zugelassenen Kante an und überprüfen Sie deren Härte, Dicke, Kompression, Ebenheit des Gehäuses sowie das Anzugsmoment der Schrauben.

Steuerung, Erdung und Kalibrierung

Passen Sie den Controller an die Kabelkonfiguration und die Pinbelegung an. Halten Sie analoge Verbindungen kurz und ordnungsgemäß verlegt und überprüfen Sie anschließend die Erdung, Filterung und Kalibrierung im fertigen Gehäuse. Elektrische Störungen, lange Kabel und Schwankungen in der Stromversorgung können die Koordinatenstabilität beeinträchtigen, selbst wenn der Sensor selbst innerhalb der Spezifikationen liegt.

Umwelt und Reinigung

Geben Sie die tatsächliche Betriebstemperatur, Luftfeuchtigkeit, Sonneneinstrahlung, Verunreinigungen, Reinigungschemikalien, die Art der Handschuhe und die Anzahl der Berührungen pro Tag an. “Industriequalität” ist kein Akzeptanzkriterium. Bei Geräten für den Außenbereich oder solchen, die häufig gereinigt werden, sollten Sie besonders auf die Alterung des PET-Materials, Oberflächenabrieb, die Kantenversiegelung und den Schutzgrad des Gehäuses achten.

Verklebung mit dem LCD-Bildschirm

Viele resistive Sensoren werden mit Randkleber am LCD befestigt, wodurch ein Luftspalt zwischen Sensor und Display entsteht. Durch optisches Verkleben lassen sich interne Reflexionen und Parallaxe reduzieren, jedoch wird die freiliegende PET-Oberfläche dadurch nicht kratzfest. Das Klebematerial und das Verklebeverfahren müssen für den ausgewählten Sensor validiert werden. Siehe Optisches Bonding vs. Luftbonding für die gesonderte Entscheidung über die Anbindung.

Wann sollte man sich für einen resistiven Touchscreen entscheiden?

Entscheiden Sie sich für eine resistive Touch-Oberfläche, wenn das Gerät klare Anforderungen hinsichtlich der Druckerkennung, der Verwendung eines passiven Stifts, der Bedienung mit dicken Handschuhen, der Kompatibilität mit älteren Steuergeräten oder einer einfachen Ein-Punkt-Schnittstelle stellt.

Entscheiden Sie sich nicht dafür, nur weil man davon ausgeht, dass es billiger oder “industrieller” ist. Ein modernes PCAP-System ist in der Regel die bessere Wahl, wenn das Produkt Multitouch-Fähigkeit, eine widerstandsfähige Bedienoberfläche aus Glas, hohe optische Klarheit oder ein bündiges, für Endverbraucher geeignetes Erscheinungsbild erfordert.

Bei einer bestehenden Industrieplattform kann die Kompatibilität wichtiger sein als die theoretische Leistung. Die Beibehaltung einer bewährten Verkabelung, Steuerung und mechanischen Konstruktion kann mit einem geringeren Risiko verbunden sein als die Umstellung des gesamten Eingabesystems. Bei einer neuen Plattform sollte die Touch-Technologie danach ausgewählt werden, wie die Bediener die Anlage während ihrer gesamten Lebensdauer tatsächlich nutzen werden.

Häufig gestellte Fragen

Funktioniert ein resistiver Touchscreen mit jedem Handschuh?

Es ist kein leitfähiger Handschuh erforderlich, allerdings muss der Handschuh genügend Druck übertragen, um die obere Folie zu verformen. Sehr weiche oder voluminöse Handschuhe sollten an der fertigen Baugruppe getestet werden, anstatt sie aufgrund einer allgemeinen Angabe zuzulassen.

Ist ein 5-Draht-Resistiv-Touchscreen immer präziser?

Nicht unbedingt. Die Genauigkeit hängt vom Sensor, vom Steuergerät, von der Kalibrierung, von der Montage und von den elektrischen Rahmenbedingungen ab. Der Hauptvorteil der 5-Draht-Technik besteht darin, dass die langfristige Koordinatenleistung weniger stark von den elektrischen Eigenschaften der flexiblen Deckschicht abhängt.

Kann ich einen 4-Leiter-Sensor durch einen 5-Leiter-Sensor ersetzen?

Nicht als direkter elektrischer Ersatz. Der Controller und die Pinbelegung sind unterschiedlich. Die Änderung kann sich auch auf die FPC, den Steckverbinder, die Kalibrierung und die mechanische Zeichnung auswirken.

Abschließende Empfehlung

Ein gutes Projekt für einen resistiven Touchscreen beginnt beim Anwender, nicht beim Katalog. Klären Sie zunächst, was den Bildschirm berühren wird, wie oft er genutzt wird, welche Oberflächenbeschädigungen zu erwarten sind und ob die vorhandene Steuerung beibehalten werden muss. Legen Sie dann vor Produktionsbeginn die kontrollierte Zeichnung, die elektrische Schnittstelle und die Abnahmekriterien fest.

Bei einem kundenspezifischen Projekt oder einem Austauschprojekt geben Sie bitte das LCD-Modell, die Touchscreen-Zeichnung, die FPC-Daten, das Controller-Modell, die Betriebsumgebung und die voraussichtliche Stückzahl an. Eagle Touch kann eine eigenständige Lösung prüfen maßgeschneiderter resistiver Touchscreen, eine geklebte LCD-Baugruppe oder eine komplette industrielle Display-Lösung.