Ohne klassische Bedienelemente wie Taster, Schalter oder Tastaturen kommt kaum eine Maschine oder ein Gerät aus. Sie sind daher nach wie vor die Basis der meisten Mensch-Maschine-Schnittstellen.
Die Mensch-Maschine-Schnittstelle ist genauso alt wie die erste Maschine, die der Mensch entwickelt hat – die Geschichte der Bedienelemente reicht damit zurück bis in die Antike. Angefangen hat dabei alles mit rein mechanischen Hebeln und Stellrädern. Mit der Elektrifizierung bestand dann erstmals die Möglichkeit, die Bedienung auch in einiger Entfernung von der Funktion oder Maschine zu realisieren – das bewirkte große Fortschritte bei der Sicherheit für die Bediener, aber auch die Option, sämtliche Funktionen oder mehrere Maschinen über einen zentralen Leitstand zu steuern.
Dabei kamen – und kommen auch heute noch – eine Vielzahl unterschiedlicher Bauformen zum Einsatz: Mit Taster, Druckknopf, Wippschalter oder Kippschalter und -hebel können Bediener zwei sich gegenseitig ausschließende Optionen auslösen – zum Beispiel „Ein/Aus“. Über Drehknöpfe und -schalter, Schieberegler oder Schiebeschalter können sogar verschiedene Optionen oder eine Funktion mit unterschiedlichen Werten gesteuert werden – beispielsweise das Dimmen der Beleuchtung.
Vorteile elektromechanischer Bedienelemente
Obwohl Technologien wie Touchscreens oder Smartphones immer öfter als Mensch-Maschine-Schnittstelle zum Einsatz kommen – die klassischen elektromechanischen Bedienelemente haben nach wie vor ihre Berechtigung. So müssen sie zum Beispiel bei kritischen Funktionen beibehalten werden (Not-Aus). Aber auch unkritische Eingabeoperationen werden durch mechanische Interaktionselemente abgebildet. Encoder ermöglichen beispielsweise Drehdrückstellteilen die präzise Eingabe und Bestätigung von Werten. Durch ein fühlbares Raster erhält der Nutzer zudem das benötigte haptische Feedback. Die steigende Industrieproduktion, höhere Sicherheitsanforderungen und der zunehmende Einsatz in Home-Automation- und Automotive-Lösungen sorgt zum Beispiel für ein solides Wachstum bei Pushbuttons (Drucktaster): Die Marktanalysten von Dataintelo prognostizieren einen jährlichen Anstieg von acht Prozent im Zeitraum von 2022 bis 2030 allein für industrielle Anwendungen.
Flexibilität durch Bus-Systeme
Klassisch wurden die einzelnen Bedienteile mit einer Eins-zu-Eins-Verdrahtung diskret mit dem entsprechenden Aktor verbunden. Das führte mit zunehmender Komplexität der Maschinen zu einem hohen Aufwand bei der Installation. Bei komplexen Bediensystemen mussten hier schnell armdicke Kabelbäume mit der Anlage verbunden werden. Heute sind auch Bedienelemente verfügbar, die über ein Bussystem mit den Aktoren kommunizieren. Das bedeutet, alle Schalter und Taster sind über nur eine Leitung verbunden. Das spart Platz sowie Gewicht und reduziert den Aufwand bei Wartung und Diagnose erheblich. In der Industrie wird zum Beispiel häufig IO-Link dafür eingesetzt, während im Automotive-Bereich eher der CAN-Bus zum Einsatz kommt. Neben dem deutlich geringeren Verkabelungsaufwand bieten diese smarten Bedienelemente auch den Vorteil, dass sie umprogrammiert werden können – wenn die Maschine beispielsweise erweitert wird, kann ein Schalter einer neuen Funktion zugewiesen werden. Zudem können die Schaltelemente individuell konfiguriert werden – etwa die Einstellung der Empfindlichkeit kapazitiver Taster oder der Kraft-Weg-Kennlinie. Integrierte Mikrocontroller ermöglichen darüber hinaus smarte Funktionen, beispielsweise die rechtzeitige Prognose eines Wartungsbedarfs durch Selbstdiagnose.
Früher war – insbesondere im Bereich der Arbeitsmaschinen – häufig zu hören, dass Bediener über traditionelle, hydraulische Bedienelemente die Maschine besser fühlen können. Doch auch die heutigen elektronischen Systeme sind in der Lage, mit Hilfe von sogenannten „Force Feedback“-Lösungen dem Maschinenführer ein mechanisches Feedback zu seiner Arbeit zu liefern.
Die HMI der Gamer
Mit dem Einzug der Computer in Maschinen und Anlagen trat auch die Tastatur ihren Siegeszug als Mensch-Maschine-Schnittstelle an. Dabei haben sich verschiedene Technologien etabliert, doch die mechanischen Tastaturen liegen aktuell im Trend und setzen sich besonders bei Computerspielern durch: Sie verwenden kleine Schalter unter jeder Taste, um die entsprechenden Signale zu senden. Dadurch sind diese Tastaturen im Vergleich zu Membrantastaturen teurer, bieten jedoch eine verbesserte Leistung in Bezug auf Reaktionszeit und Taktilität, die für Profis und Gamer erforderlich sind. Ein weiterer Vorteil ist die längere Lebensdauer, sie beträgt mehr als 50 Millionen Anschläge, während membranbasierte Tastaturen nur rund 10 Millionen Anschläge überdauern. Zudem kann der Bediener bei mechanischen Gaming-Tastaturen die Bedienung der Tasten genau auf seine Bedürfnisse abstimmen.
Tastaturen für die Industrie
Tastaturen kommen aber auch im industriellen Umfeld zum Einsatz. Hier zählen vor allem robuste Bauweise, einfache Bedienung und zuverlässige Funktion. Die Eingabeeinheit muss gegen Vibration und Stöße geschützt oder sogar explosionsresistent konstruiert werden. Sie sollte gegen Wasser, Staub, Schmutz, Öle und Chemikalien geschützt sein sowie Temperaturschwankungen aushalten können. Neben entsprechend gekapselten „klassischen“ Tastaturen kommen dabei auch Folientastaturen und Silikonschaltmatten zum Einsatz.
Eingabetastaturen werden heute je nach Einsatzgebiet oftmals als Ergänzung zu Touchsystemen eingesetzt. Vor allem bei Geräten mit einer geringen Anzahl an Funktionen, die zugleich eine gute Sichtbarkeit erfordern und in einer konstanten Benutzerinteraktion sind, bleiben bewährte Eingabekomponenten wie Folientastaturen, Silikonschaltmatten und Drucktaster, die bevorzugte Wahl – auch in Hinblick auf die Kosten. Denn der finanzielle Aufwand für die Programmierung einer grafischen Benutzeroberfläche zwischen Mensch und Maschine ist ein nicht unerheblicher Faktor. Auch hier gilt: Oft ist nicht alles, was technisch möglich ist, auch wirtschaftlich.
