Gastbeitrag | Autor: Dipl.-Ing. Jens Kieselbach, Leiter Strategisches Produktmanagement | GETT Gerätechnik GmbH

Never touch a running system – Optische Taster lassen sich ohne Berührung bedienen, auch mit dicken Handschuhen. Sie eignen sich also für hygienesensible Anwendungen und erreichen zugleich eine hohe IP-Schutzart. Ein Beispiel sind die von GETT Gerätetechnik neu entwickelten optischen Einzeltaster auf Basis von Annäherungssensoren.

Berührungsarme Bedientechniken auf Basis kapazitiver Einzel- oder Flächensensoren (kapazitive Touchscreens) dominieren seit einigen Jahren die Konsumelektronik und dringen zunehmend auch in die Industrieautomatisierung vor. Zu den Vorteilen gehören ein hoher Hygieneschutzgrad durch flaches Oberflächendesign, dynamische Menüführung per Display sowie der ästhetische Wert. Für Anwendungen, in denen eine Berührung des Bedienelements vermieden werden muss, eignen sie sich jedoch nicht. Diesen Nachteil gleichen berührungslose Bedienvarianten aus und ergänzen so das Kernspektrum kapazitiver Techniken.

Berührungsloses Bedienen wird bisher über zweidimensionale Infrarotfelder sichergestellt, was jedoch technisch und infrastrukturell aufwändig ist. Nötig dazu sind Vorrichtungen für Sende- und Empfängereinheiten, die vor der eigentlichen Bedienfläche fixiert sind. Eine weitere herkömmliche Variante ist die klassische Lichtschranke, die bei Unterbrechung eines emittierten Lichtstrahls ein Signal auslöst. Ein neuer Ansatz beruht auf einem Einzeltaster mit optischem Annäherungssensor. Der optische Taster wird derzeit von GETT Gerätetechnik als Standardprodukt auf den Markt gebracht.

Die Schaltentfernung beträgt bis zu 150 mm ab Tasteroberfläche. Auf dieser Distanz ist die Festlegung verschiedener Schwellenwerte bzw. Trigger- oder Auslösepunkte möglich. Mehrstufige Bedien-Events pro Bedienzyklus lassen sich so leicht realisieren. Weil die physische Oberfläche des Tasters nicht berührt werden muss, erlaubt er die Bedienung mit Handschuhen aller Art, sogar mit schweren Arbeitshandschuhen aus Leder. Damit ergibt sich ein Vorteil gegenüber kapazitiven Techniken auf Touch-Basis, die in diesem Fall nicht oder nur eingeschränkt funktionieren. Weitere Vorteile sind die geringere Anfälligkeit für Bedien- und Funktionsstörungen bei anhaftendem Staub und Schmutz oder bei Feuchtigkeit auf der Oberfläche (davon ausgenommen ist das zentrale Funktionsfenster von 2 mm × 5 mm); in der Standardausführung erreicht das Produkt einen Schutzgrad von IP65. In puncto EMV sind Taster mit optischer Erkennung zudem weniger störanfällig und lassen sich oft auch dort einsetzen, wo kapazitive Taster Probleme bekommen.

Die Annäherung eines Fingers löst Tastvorgang aus © GETT Gerätetechnik

Konstruktion ermöglicht einfach Integration

Der optische Taster, der unter der Bezeichnung KO28010 geführt wird, ist standardmäßig als Einbaukomponente ausgeführt. Wie ein klassischer mechanischer Drucktaster benötigt er einen Bohrdurchmesser von 22,3 mm; der Außendurchmesser des Tastenkopfs beträgt 30 mm. Mit dem Komponenten-/Funktionsträger wird er torsionsfrei mittels einer Gewinde- Von Dipl.-Ing. (TU) Jens Kieselbach, Leiter Strategisches Produktmanagement bei GETT Gerätetechnik Die Annäherung eines Fingers löst den Tastvorgang aus. Der optische Taster ist leicht in übergeordnete Systeme zu integrieren. Der Tastvorgang beruht auf einem optischen Annäherungssensor. Bilder: GETT Gerätetechnik Nr. 34/2021 www.markt-technik.de 17 schraube fixiert, die zum Lieferumfang gehört. Die gesamte Bauhöhe beträgt 43 mm.

Gehäuse und Tastenkopfrand sind in der Standardvariante aus schwarzem Kunststoff gefertigt. Die Tastenoberfläche selbst hat eine Frontscheibe aus Acrylglas und ist rückseitig bedruckt. Eine Aussparung von etwa 2 mm × 5 mm im zentralen Bereich ist nötig, um die Funktion des optischen Sensors sicherzustellen. Jenes funktionelle Fenster muss frei von Verschmutzung gehalten werden. Dies ist besonders bei kundenspezifischen Bedruckungen zu berücksichtigen und ist die einzige Einschränkung beim Design eines individuellen grafischen Layouts. Zirkulär um den Mittelpunkt der Tastenoberfläche sind sieben LEDs angeordnet, die mit dem jeweiligen Schalt-Event korrespondieren. Weil es sich um RGB-LEDs handelt, lassen sich 16,7 Mio. Farben darstellen, was eine große Variantenvielfalt für Sonderlösungen ermöglicht. Farbe und Helligkeit sind individuell auf den Bedienvorgang abstimmbar. So kann beispielsweise die Leuchtstärke der LED bei sukzessiver Annäherung an den Taster zunehmen.

Gehäuse und Tastenkopfrand sind in der Standardvariante aus schwarzem Kunststoff gefertigt. Die Tastenoberfläche selbst hat eine Frontscheibe aus Acrylglas und ist rückseitig bedruckt. Eine Aussparung von etwa 2 mm × 5 mm im zentralen Bereich ist nötig, um die Funktion des optischen Sensors sicherzustellen. Jenes funktionelle Fenster muss frei von Verschmutzung gehalten werden. Dies ist besonders bei kundenspezifischen Bedruckungen zu berücksichtigen und ist die einzige Einschränkung beim Design eines individuellen grafischen Layouts.

Zirkulär um den Mittelpunkt der Tastenoberfläche sind sieben LEDs angeordnet, die mit dem jeweiligen Schalt-Event korrespondieren. Weil es sich um RGB-LEDs handelt, lassen sich 16,7 Mio. Farben darstellen, was eine große Variantenvielfalt für Sonderlösungen ermöglicht. Farbe und Helligkeit sind individuell auf den Bedienvorgang abstimmbar. So kann beispielsweise die Leuchtstärke der LED bei sukzessiver Annäherung an den Taster zunehmen.

Kundenspezifische Varianten des Tasters lassen sich so gestalten, dass sie ähnlich kapazitiven Tastern hinter einer transparenten, geschlossenen Oberfläche integrierbar sind. Damit lassen sich homogene Fronten ohne Ausbrüche umsetzen. Die Implementierung erfolgt in diesem Fall mit einem vollflächigen, doppelseitigen Klebemedium mit Aussparung für das Funktionsfenster oder mit einem Montagerahmen, der einen zerstörungsfreien Wechsel der Komponenten ermöglicht. Ebenso umsetzbar ist im Zuge der ausschnittlosen Integration hinter Glas oder PMMA auch die Kombination mehrerer Taster auf einer Leiterplatte.

Der optische Taster ist leicht in übergeordnete Systeme zu integrieren © GETT Gerätetechnik

Verschiedene Events in einem Schaltvorgang

Die Sensorik des optischen Tasters ist standardmäßig als reiner Annäherungssensor ausgeführt. Die maximale Erkennung einer Annäherung durch den Sensor beträgt 150 mm. Ab dieser Distanz lassen sich Events durch Schwellenwerte sicher festlegen. Standardmäßig bietet der Taster drei Schaltzustände: Standby-Zustand, Annäherung und Auslösung. Die beiden ersten Phasen werden durch blaues Leuchten der LED angezeigt. Der eigentliche Schaltvorgang findet 20 mm vor der Oberfläche bei Wechsel zu grünem Leuchten statt. Um einem unbeabsichtigten Schaltvorgang vorzubeugen, etwa durch Vorbeilaufen oder Berühren aus Versehen, beträgt die Einschaltzeit des Tasters 100 ms; Gleiches gilt für die Ausschaltverzögerung. Die Distanz der Schwellenwerte und Schaltzeiten lassen sich je nach Kundenwunsch definieren.

Spezielle Eigenschaften erweitern das Einsatzspektrum

Taster mit optischer Erkennung entfalten ihre Vorteile besonders dort, wo Mehrfachfunktionalität und/oder ein hoher Hygieneschutzgrad im Mittelpunkt stehen. Im direkten Vergleich mit anderen Tasterarten ergibt sich die Übersicht, die in der Tabelle dargestellt ist.

Das klassische Einsatzgebiet von Tastern mit optischer Erkennung sind erweiterte Zugangsfunktionen. Typische Beispiele sind dabei Reinoder Laborräume, in denen ein hohes Hygieneniveau gefordert ist. Mit dem Taster lassen sich so Türen, interne Zugangsbereiche oder Behälterklappen kontaktfrei öffnen und schließen. Als spezielles Beispiel seien forensische Institute genannt, in denen Berührungen mit Objekten weitgehend vermieden werden müssen. Als kundenspezifische Variante lässt sich der Taster auch in der Studio-, Bühnen- und Konferenztechnik einsetzen, wo er mit einer spezifischen Farbwahl pro Exemplar auch bei eingeschränkten Lichtverhältnissen Orientierung und gute Bedienbarkeit ermöglicht. Gleiches trifft für Leitstände und Leitwarten zu.

Wegen seiner Funktions- und Individualisierungsvielfalt eignet sich der Taster für viele verschiedene Anwendungen. Beispiele sind Gebäudeautomatisierung, Pharma- und Lebensmittelindustrie, Avionik, Event-Technik und Transportmittelbau.
Als Standardvariante bietet das Gerät ausdefinierte Schwellenwerte; als kundenspezifische Variante ist eine Adaptierung der voreingestellten Parameter und eine Erweiterung des Umfangs leicht möglich. Kunden können dabei die grundlegenden Einstellungen selbst vornehmen. Hierzu ist ab August eine Konfigurationssoftware erhältlich, die in jedem herkömmlichen PC installiert werden kann.

GETT Gerätetechnik bietet den patentierten Taster derzeit exklusiv an. Für Entwickler und Produktmanager steht auf Anfrage ein Development Kit bereit.

GETT Gerätetechnik – Wir stehen für smarte HMI-Lösungen

Als einer der führenden Anbieter für professionelle Bedientechnik „Made in Germany“ realisieren wir hochwertige Produkte und Lösungen für die Bereiche Industrie, Gewerbe und Medizin.

Unser Ziel ist es, intelligente und intuitive Mensch-Maschine-Beziehungen zu kreieren. Die Interaktion mit unseren HMI-Lösungen soll als Erlebnis und Entlastung wahrgenommen werden. Befreit von komplizierten Prozessen und unnötigen Informationen werden unsere Kunden effizienter und bekommen mehr Raum für das Wesentliche! Unsere Produkte helfen weltweit bei der Verbesserung der Krankenhaushygiene, sorgen für Ausfallsicherheit in der Fertigung und ebnen unseren Kunden den Weg zu einer smarten, modernen Fabrik. Mit Teamspirit, Expertise und unseren Zukunftsideen, treiben wir diese Mission konsequent voran und gestalten Ihre Zukunft von morgen. Unser Claim trifft unsere tägliche Arbeit auf den Punkt – Creating better human machine relationships.