Eine flache Folienbedienfläche durch erhabene Silikontasten ersetzen

Eine flache Folienbedienfläche durch erhabene Silikontasten zu ersetzen, ist in der Regel eine Neuauslegung des Systems und kein rein optischer Austausch der Tastenkappen. Bei der Umrüstung lassen sich möglicherweise die Steuerelektronik, die Pinbelegung, der Anschluss der Folienfahne oder sogar die vorhandene Folienschaltebene beibehalten. Frontgehäuse, Tastenhub, Betätigergeometrie, Kontaktschnittstelle, Dichtpfad, Bedruckung, Beleuchtung und Kraftverhalten im eingebauten Zustand müssen jedoch erneut geprüft werden.

Die erste Frage lautet nicht: „Können wir die bisherige Tastenanordnung in Silikon nachbilden?“ Sondern: „Welche Funktionen der bisherigen Bedienoberfläche bleiben erhalten, wenn die vom Benutzer berührte Fläche zu einem beweglichen dreidimensionalen Bauteil wird?“

Was lässt sich möglicherweise beibehalten – und was ändert sich üblicherweise?

Ein Bauteil gilt erst dann tatsächlich als beibehalten, wenn es im neuen Schichtaufbau den vorgesehenen Validierungsplan bestanden hat.

1. Die vorhandene Bedienoberfläche vor Änderungen dokumentieren

Erstellen Sie eine Schnittdarstellung vom Finger des Bedieners bis zur Produktelektronik. Dokumentieren Sie für die bisherige Bedienoberfläche die Frontfolie, den Schalteraufbau, Schaltung, Folienfahne und Steckverbinder, LEDs, lokale Abstützungen, Gehäusemerkmale, Dichtpfad, Reinigungsmethode, kritische Benutzeranforderungen und bekannte Beanstandungen aus dem Einsatz.

Erstellen Sie anschließend eine Stückliste (BOM) mit den Kategorien Beibehalten, Ändern und Erneut validieren. Sie soll Funktion und Verantwortlichkeit erfassen, nicht nur Abmessungen. Auch die aktuelle JASPER-Auslegungsanleitung für Silikonschaltmatten betrachtet Schaltmatte, Schaltung, Abstützung, Gehäuse, Beleuchtung und Dichtung als einen gemeinsamen Kraftpfad im eingebauten Zustand und nicht als voneinander unabhängige Teile.

2. Zusätzlichen Hub ermöglichen, ohne Gehäuseprobleme zu verursachen

Ein flacher Membranschalter kann mit nur geringer sichtbarer Bewegung arbeiten. Eine erhabene Silikontaste bringt einen geformten Schaltsteg, einen Betätiger oder leitfähigen Kontakt, einen Freiraum in Ruhestellung, einen Arbeitshub und eine Rückstellbewegung mit sich.

Definieren Sie für jede repräsentative Taste:

1. die Tastenhöhe in Ruhestellung;
2. die Bewegungshülle von Taste und Schaltsteg;
3. den Betätiger oder leitfähigen Kontakt;
4. den Ruheabstand zum Schaltelement;
5. den elektrischen Schaltpunkt;
6. den zulässigen Überhub; und
7. den mechanischen Anschlag beziehungsweise das Aufsetzen am Hubende sowie die Abstützung der Schaltung.

Die Öffnung im Frontrahmen erhält eine mechanische Funktion. Sie muss die Bewegung über die gesamte Toleranzkette hinweg ohne Reiben ermöglichen und zugleich übermäßiges Kippen begrenzen. Große Tasten benötigen außerdem Prüfungen bei Randbetätigung, da Benutzer nicht immer in der Mitte drücken.

Verwenden Sie nicht dieselbe unkontrollierte Gehäusekompression zugleich zum Abdichten der Schaltmatte und zum Abstimmen des Tastgefühls. Trennen Sie Dichtpfad und Betätigungspfad. Prüfen Sie anschließend die minimalen, nominalen und maximalen Bedingungen des Schichtaufbaus mit der endgültigen Befestigungsmethode.

3. Die Schaltarchitektur vor dem Werkzeugbau festlegen

Erhabene Silikontasten können mit verschiedenen elektrischen Strukturen zusammenarbeiten. Der Umfang der Umrüstung hängt davon ab, was die bisherige Schaltung unterstützt.

Variante A: Folienschaltung beibehalten und einen Silikonbetätiger ergänzen

Dies ist der konservative Ansatz, wenn die vorhandene Folienschaltung, Folienfahne, der Steckverbinder und die Schaltermittelpunkte weiterhin nutzbar sind. Die neue Silikonschaltmatte bildet die geformte Bedienoberfläche und betätigt den vorhandenen Membranschalter oder die Metall-Schnappscheibe.

Die elektrische Matrix kann unverändert bleiben. Betätigerhöhe, Vorspannung der Schnappscheibe, Abstandshalter, Entlüftungspfad, Rahmenöffnung und lokale Abstützung müssen dennoch überprüft werden. Gummitastaturen lassen sich mit Schaltern auf Folien- oder PCB-Substraten und mit Kontaktsystemen wie Carbonpillen oder Schnappscheiben kombinieren. Wählen Sie den Hybridaufbau anhand der mechanischen und elektrischen Anforderungen an die vollständig montierte Bedienoberfläche.

Variante B: Den Kontakt auf PCB-/FPC-Kontaktflächen neu auslegen

Wird die bisherige Folienschicht nicht beibehalten, kann eine Silikontaste eine leitfähige Kontaktpille tragen, die ein Kontaktmuster auf einer PCB, FPC oder einem anderen Schaltungsträger schließt.

Dadurch ändert sich die Kontaktschnittstelle. Legen Sie die Kontur von Kontaktpille und Gegenkontakt, die Kontaktflächengeometrie, die Überdeckung im ungünstigsten Fall, den Ruheabstand, den Schließpunkt, den Überhub, die Leiterplattenoberfläche und deren Sauberkeit sowie die Abstützung unter der Kontaktfläche fest. Die bisherige Controllerlogik und die Anschlusszuordnung des Steckverbinders können erhalten bleiben. Das Leiterbild und der mechanische Schichtaufbau werden jedoch zu neuen Konstruktionsaufgaben.

Variante C: Silikon über einer Metall-Schnappscheibe oder einem Einzelschalter

Eine Silikontaste kann auch eine separate Schnappscheibe oder einen auf der Leiterplatte montierten Schalter betätigen. Stimmen Sie in diesem Fall den Silikonhub, die Betätigerform, den Schalterhub, die Vorspannung, die Abstützung und den Überhub aufeinander ab. Bei Metall-Schnappscheiben kann eingeschlossene Luft die taktile Rückmeldung verringern; der genannte Anbieter empfiehlt für die meisten Anwendungen eine Entlüftung.

4. Bedruckung, Hinterleuchtung, Abdichtung und Reinigung an die neue Oberfläche anpassen

Bedruckung

Ein flaches Folienbedienfeld trägt häufig sämtliche Beschriftungen auf einer einzigen Frontfolie. Nach der Umstellung können Beschriftungen auf die Tastenoberseiten wandern, auf dem Frontrahmen oder einer zusätzlichen Frontfolie verbleiben oder auf beide Bereiche aufgeteilt werden. Legen Sie fest, welche Markierungen dauerhafte Tastenbeschriftungen, Statussymbole, hinterleuchtete Symbole, Warnhinweise oder Grafiken für Produktvarianten sind. Validieren Sie anschließend das gewählte Druck- oder Beschichtungsverfahren unter den tatsächlichen Verschleiß- und Reinigungsmittelbedingungen.

Hinterleuchtung

Gehen Sie nicht davon aus, dass vorhandene LEDs unverändert funktionieren. Erhabenes Silikon verändert den Abstand zwischen LED und Beschriftung, die Wanddicke, den Betrachtungswinkel, die Lichtwege und den Lichtübertritt zu benachbarten Tasten. Prüfen Sie bestromte Muster mit der vorgesehenen Schaltung, dem Gehäuse, dem Beschichtungs- und Beschriftungssystem sowie unter den vorgesehenen Umgebungslichtbedingungen.

Abdichtung und Reinigung

Eine flache, aufgeklebte Frontfolie kann eine durchgehende, abwischbare Front bilden. Erhabene Tasten schaffen eine andere Außengeometrie und erfordern üblicherweise ein anderes Fixierungs- und Kompressionskonzept. Eine angeformte umlaufende Dichtlippe kann Bestandteil einer Abdichtung sein, weist aber für sich allein keinen Schutz des Gehäuses gegen das Eindringen von Medien nach.

Prüfen Sie außerdem, ob sich Flüssigkeiten oder Schmutz an den Tastenwänden sammeln können und ob wiederholte Reinigung die Beschriftungen, Beschichtungen, Klebstoffe oder freiliegenden Gehäuseschnittstellen beeinträchtigen kann.

5. Illustratives Vorher-nachher-Szenario einer Umrüstung

Nur ein illustratives Beispiel – kein JASPER-Kundenfall und kein Messergebnis.

Angenommen, ein industrielles Handbediengerät verwendet eine flache bedruckte Frontfolie über einem taktilen Membranschalter. Ziel der Neuauslegung ist es, die Tasten beim Tragen von Handschuhen leichter finden zu können.

Verträgt die bisherige Folienschicht den neuen Betätigeraufbau nicht, sollte das Projekt auf eine neu ausgelegte PCB-/FPC- oder andere Kontaktstruktur umgestellt werden, statt mechanische Kompatibilität zu erzwingen.

6. Stufenweise Prototypen erstellen und Regressionstests durchführen

Ein frühes Anschauungs- und Geometriemodell kann Fragen zur Erreichbarkeit der Tasten, zu Abständen, Rahmenspiel, Handschuhbedienung, Gehäusekollisionen und grundsätzlicher Ausrichtung beantworten. Es darf nicht zur Freigabe des Verhaltens der geformten Schaltstege, der endgültigen Betätigungskraft, der Beschichtung oder der Abdichtung dienen.

Prüfen Sie mit Formteilen in der vorgesehenen Serienausführung die eingebaute Baugruppe, einschließlich:

Legen Sie Prüfvorrichtung, Musterzustand sowie Bestehens- und Nichtbestehenskriterien zusammen mit der freigegebenen Konstruktion verbindlich fest.

7. Welche Unterlagen für eine technische Prüfung benötigt werden

Senden Sie die aktuelle Frontplattenzeichnung oder ein Foto, eine Zeichnung oder ein Muster der bisherigen Folientastatur, Angaben zu Schaltung, Pinbelegung und Steckverbinder, Gehäuse-CAD oder einen Gehäuseschnitt, das gewünschte Tastenverhalten und die Anforderungen an die Handschuhbedienung, Anforderungen an Hinterleuchtung und Beschriftung, Reinigungs- und Umgebungsbedingungen, Stückzahl, bekannte Probleme aus dem Einsatz sowie eine Liste der Teile, die Sie beibehalten möchten. Unbekannte Punkte können als noch festzulegen (TBD) gekennzeichnet werden.

Ist der Lieferumfang unklar, betrachten Sie eine vollständige Silikontastatur-Baugruppe statt nur der Silikonschaltmatte. Soll voraussichtlich eine taktile Schnappscheibenlage erhalten bleiben, prüfen Sie die Architektur einer Folientastatur mit Metall-Schnappscheiben. Muss die Schaltung auf einem starren oder flexiblen Substrat neu aufgebaut werden, vergleichen Sie die Variante einer Folientastatur mit PCB und FPC.

Häufig gestellte Fragen

Eine Hybrid-Tastaturbaugruppe besprechen

Senden Sie für eine Umrüstungsprüfung die aktuelle Zeichnung oder ein Muster, einen Gehäuseschnitt, Schaltung und Pinbelegung, Steckverbinderdetails, Stückzahlen, den Geräteeinsatz, Reinigungs- und Umgebungsanforderungen, den Hinterleuchtungsbedarf und die Teile, die Sie beibehalten möchten. Kennzeichnen Sie unbekannte Punkte als noch festzulegen (TBD).

Nutzen Sie das Formular, um eine technische Prüfung der Tastatur anzufordern. Damit lässt sich festlegen, ob der praktikable Ansatz eine beibehaltene Folienschaltung mit Silikonbetätiger, ein Silikon-über-Schnappscheibe-Hybrid oder eine neu ausgelegte PCB-/FPC-Kontaktbaugruppe ist.

Quellenhinweise für die technische Prüfung

JASPER, Auslegungsleitfaden für Silikongummitastaturen in OEM-Produkten.

JASPER, Leitfaden zum Widerstand von Carbonpillen in Silikontastaturen.

der genannte Anbieter, Häufig gestellte Fragen zu taktilen Schnappscheibenschaltern.

der genannte Anbieter, Silikongummitastaturen / Auslegung von Gummitastaturen.