Silikonschaltmatte – Ein Klassiker mit Zukunftspotenzial

Der andauernde Trend bei HMI-Lösungen hin zu einer intuitiveren, personalisierten und reaktionsfähigeren Benutzererfahrung, scheint bewährte Silikonschaltmatten als Tastaturlösungen zunehmend zu verdrängen. Dabei bietet gerade die Kombination von Klassikern, wie der Silikonschaltmatte, und innovativen Schnittstellentechnologien interessante Möglichkeiten und Potenziale für die Gestaltung von effizienten und benutzerfreundlichen Mensch-Maschine-Bedieneinheiten. Denn die Maxime, die Schnittstelle zwischen Mensch und Maschine unkompliziert und intuitiv zu gestalten, fordert häufig einen Mix aus bewährten elektromechanischen Komponenten in Kombination mit Multi-Touch Displays und zum Beispiel Gesten – und Sprachsteuerungstechnologien. Stichwort ist hier die Integration und sinnvolle Kombination der Vorteile beider Welten. Dabei sollte sich ein Augenmerk auf die Wirtschaftlichkeit richten, da nicht alles, was technisch möglich ist, auch wirtschaftlich sinnvoll sein kann.

Einsatz in nahezu in allen Branchen

Gerade in industriellen Bereich, bei der Steuerung von Lasten und Maschinen, müssen Bedienelemente zuverlässig funktionieren und für die rauen Bedienumgebung geschützt sein. Auch ein haptisches Feedback, gerade bei der Handhabung mit Arbeitshandschuhen, ist zur Minimierung einer Fehlbedienung wichtig. Hier ist nach wie vor die Silikonschaltmatte aufgrund ihrer geschlossenen Oberfläche und Resistent gegenüber Feuchtigkeit, Schmutz, Chemikalien und thermische Einflüsse eine bevorzugte Wahl.

Verbesserte Oberflächentechniken schaffen neue Standards in Hinblick auf die Abriebklassen der Lackierung und die Gestaltungsmöglichkeiten der Tastaturlayouts. Neben einem prägnanten haptischen Feedback, spielt vor allem die Integration von Leuchtelementen z.B. für Statusanzeige und für die Auffindbarkeit in diffusen Umgebungslicht eine wichtige Rolle im industriellen Bereich. Darüber hinaus ermöglichen Silikonschaltmatten eine geräuschlose Bedienung, was in einigen Anwendungsbereichen wie beispielsweise in der Medizintechnik oder in der Tontechnik von Vorteil ist. Silikonschaltmatten sind auch sehr langlebig und widerstandsfähig gegenüber Verschleiß und Abnutzung, was in einem rauen und anspruchsvollen Umfeld wie dem Automobilbereich von Vorteil ist.

Unendliche Gestaltungsmöglichkeiten der Silikonschaltmatte

Im Spritzgussverfahren hergestellt, bietet die Silikonschaltmatte nahezu unendliche Gestaltungsmöglichkeiten. Zudem passt sie sich Ihrer Konstruktion an und ist äußerst flexibel. Verschiedene Tastenformen und individuelle Tastenfarben sind problemlos realisierbar. Eingearbeitete Oberflächenstrukturen und Texturen, Erhebungen oder Vertiefungen in einzelne Tasten erzeugen ein haptisches Feedback. Dies ermöglicht dem Benutzer eine eine einfache Identifizierung und Bedienung. Spezielle Oberflächenbeschichtungen, wie PU- oder Epoxy-Coating, machen die Tasten dauerhaft abriebfest.

Beleuchtung einer Silikonschaltmatte

Eine gängige Methode, um Silikonschaltmatten zu beleuchten, ist die Verwendung SMD-LEDs. Diese kleinen LEDs werden auf der unterliegenden Leiterplatte montiert und sind in verschiedenen Farben und Größen erhältlich. Für die Silikonschaltmatten selbst verwendet man ein transluzentes Silikon, um das Licht zu verteilen und eine Beleuchtung zu gewährleisten. Die Tasten werden im Anschluss bedruckt oder lackiert und mittels nachträglich Lasergravur beschriftet. Der Laser ermöglicht sehr filigrane Beschriftungen.

Durch präzise Spritzgussverfahren ist eine mehrfarbige Tastaturbeleuchtung möglich. Dabei wird ein opaker Lichtkanal in jede einzelne Taste integriert, der vom Rest der transparenten Taste absolut isoliert ist und eine präzise Bündelung des Lichtstrahles erzeugt. Statusbeleuchtungen der einzelnen Tasten sind so möglich.

Das transparente Standardmaterial der Silikonschaltmatten ist eher milchig, was bei größeren Schaltmatten zu Streuverlusten der Lichtquelle führen kann. Neue Materialien ermöglichen glasklare, hochtransparente Tastaturen, die eine minimale Lichtstreuung bieten. Dadurch gelangt der Lichtstrom nahezu vollständig an der Oberfläche. Dies macht Sie vor allem für hell beleuchtete Arbeitsumgebungen, oder im Einsatz unter Tageslicht interessant. Auf die Integration von Lichtkanälen wird verzichtet, so dass eine geschlossene Oberfläche entsteht, die einen umfangreichen Schutz der unterliegenden Elektronik vor Staub und Feuchtigkeit gewährleistet.

Integration von Silikonschaltmatten

Eine nahtlose Integration des Endprodukts wird durch eine optimale Gestaltung der Silikonschaltmatte gewährleistet. Der Spritzguss erlaubt auch ein direktes aufspritzen des Tastenlayouts auf einen Kunststoffrahmen als Frontrahm. Somit entsteht ein optimaler Verbund zwischen den beiden Komponenten und eine vollständig geschlossene Oberfläche. In Kombination mit dem Spritzgussgehäuse wird eine Schutzklasse von bis zu IP68 realisiert.

Wenn mehr Funktionalität oder ein komplexeres Bedienmenü erwünscht sind, wird eine Kombination von Silikonschaltmatte und moderner Touchscreen-Lösungen realisiert. Dabei werden Display und die Elektronik in einem weiteren Bearbeitungsschritt mit dem entstandenen Rahmen kombiniert. Vorteil der Mehrkomponentenspritzguss Technik ist, dass nur ein Bauteil konstruiert wird. Dies führt zu wesentlich reduzierten Investitionen und Aufwand in Produktion und Qualitätssicherung.

Robust und langlebig

Silikonschaltmatten überzeugen durch Robustheit und Langlebigkeit. Immer weiter entwickelte Silikonmaterialien ermöglichen mittlerweile einen Temperaturbereich von -40°C bis +250°C und eine mechanische Lebensdauer mit bis zu 10 Mio. Schaltzyklen. Hub- und Betätigungskräfte lassen sich individuell nach Kundenanforderungen anpassen. Zudem sind verschiedene Tastfunktionen sind möglich, wie z.B. Wipp-Tasten.

Tastenhub von 0,3 bis 5,0mm

Der Tastenhub variiert je nach Anwendung und ist normalerweise im Designprozess der Schaltungen festgelegt, um die bestmögliche Benutzererfahrung zu gewährleisten. Typischerweise hat eine Silikonschaltmatte einen Tastenhub von etwa 0,5 bis 1,5 mm, möglich ist aber ein Bereich zwischen 0,3 bis 5,0mm. Der Tastenhub bezieht sich auf den Abstand, den die gedrückte Taste zurücklegt, bevor sie den elektrischen Kontakt herstellt. Ein kurzer Tastenhub bedeutet, dass die Tasten leicht zu drücken sind und weniger Kraftaufwand benötigen. Dies kann insbesondere bei Geräten mit vielen Tasten von Vorteil sein, um eine schnelle und komfortable Bedienung zu gewährleisten. Im industriellen Bereich dagegen ist zum Steuern von schweren Maschinen oft ein längerer Tastenhub erwünscht, um eine bessere Rückmeldung und ein besseres taktiles Gefühl beim Betätigen der Tasten zu erhalten.

Elektrische Kontaktierung von Silikonschaltmatten

Es ist jedoch wichtig zu beachten, dass der Tastenhub nicht der einzige Indikator für die Qualität oder Haltbarkeit einer Silikonschaltmatte ist.  Auch müssen viele andere Faktoren der Auswahl einer Schaltmatte berücksichtigt werden, wie zum Beispiel die Lebensdauer der Kontakte. Dabei gibt es vielfältige Realisierungsmöglichkeiten bei der elektrischen Kontaktierung – vom kostengünstigen Carbondruck bis hin zu hochwertigen Metallkontaktpillen mit einer Strombelastbarkeit bis 2A. Auch der Einsatz von Metallschnappscheiben oder die Betätigung eines Tact Switch ist möglich.

Carbonpillen als günstige Variante setzt man häufig in Silikonschaltmatten als leitfähige Elemente ein, um elektrische Signale von den Schaltflächen zu den elektronischen Bauteilen zu übertragen. Die Carbonpillen sind in diversen runde und ovalen Formen erhältlich. Je nach Größe und Form sind Widerstände im Bereich von < 150 Ω ~ 500 Ω realisierbar. Für Anwendungen bei denen eine sehr geringe elektrische Widerstandsfähigkeit erforderlich ist, werden Low Resistance Carbon Pill (kurz LRCP) mit einem Widerstand von < 30 Ω eingesetzt.

Eine weitere wichtige Eigenschaft des Carbondrucks ist, dass er ein sehr flaches Profil hat, was dazu beiträgt, dass die Tasten der Silikonschaltmatten flach und leicht zu drücken sind. Daneben gibt es auch die Möglichkeit von Metallkontakten, optional auch mit Gold beschichtet, die einen Widerstand von <1Ω ermöglichen. Ist eine akustische und prägnante Rückmeldung gewünscht, werden auch Metallschnappscheiben eingeklebt. Die Betätigungskräfte sind von 20g–500g flexibel wählbar und werden unter anderen durch die Härte des Silikons, die Dicke der Schaltmatte und Größe und Form der Schaltfläche beeinflusst.

Kostengünstige Eingabelösung

Auch wenn die Initialkosten Werkzeugbedingt erst einmal höher sind, ist die Silikonschaltmatten im Vergleich zu anderen kundenspezifischen Eingabelösungen kostengünstig herzustellen. Die Nachfrage nach Geräten mit hoher Zuverlässigkeit, Komfort und Flexibilität, machen die Silikonschaltmatte auch in Zukunft zu einer attraktiven Eingabelösung. Zu beachten ist, dass die Konstruktion viel Erfahrung und Fachwissen im Bereich der Materialwissenschaften, des Designs und der Herstellungstechnologien erfordert. Kompetente Unternehmen übernehmen in der Regel die Konstruktion einer passenden Silikonschaltmatte und begleiten die Kunden bis zur Serienlieferung.

Musterset

Das N&H Muster Set beinhaltet eine spezielle Muster-Silikonschaltmatte mit einer Vielzahl an Beispieltasten und Konstruktionen, sowie eine Muster-Folientastatur mit den verschiedenen Ausstattungsoptionen.

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