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  • appli­ca­tion (sam­ple “out­door display”)

  • bad seal of cut­ted TFT

  • high pack­ing den­sity inside car’s

  • appli­ca­tion (sam­ple “desk”)

  • strong cleaners

  • bub­bles in opti­cal bond

  • large dis­play areas

  • EDCG-​location

  • mold and cor­ro­sion in out­door use

  • auto­mated inspection

  • con­tin­u­ous oper­a­tion with touch

  • resized dis­plays with spe­cial risk

  • bugs inside a display

  • appli­ca­tion (sam­ple “boat”)

  • dust and dirt leads to failures

  • polar plot

  • biotop inside a display

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Trou­bleshoot­ing

HMIs sind als Schnittstelle zwis­chen Men­sch und Mas­chine in irgen­deiner Form mit­tler­weile fast über­all ver­baut. Jedoch behin­dern Fehler­fak­toren wie Wit­terung, Fre­quenz der Nutzung und falsch motivierte Entschei­dun­gen in der Her­stel­lung die Langlebigkeit.

Das Human Machine Inter­face ist die Schnittstelle zwis­chen Men­sch und Mas­chine und in irgen­deiner Form mit­tler­weile in zahllosen Geräten ver­baut. Oft als Dis­play mit Touch-​Funktion. Lei­der ist ger­ade das Dis­play in vie­len Fällen nicht mit Lan­glebigkeit kom­pat­i­bel. Beson­ders dann, wenn zum Fehler­fak­tor Men­sch noch andere Ein­flüsse stoßen, wie Wit­terung, Fre­quenz der Nutzung und falsch motivierte Entschei­dun­gen in der Her­stel­lung. Diese Worst-​Case-​Kombination aller Fak­toren entsteht nahezu regelmäßig in Embed­ded Sys­te­men, die für Outdoor-​Anwendungen aus­gelegt sind. Dabei erkranken Dis­plays an ver­hält­nis­mäßig neuen aber auch (fast) immer ver­mei­d­baren Gebrechen.

Troubleshooter

Troubleshooter

Vier Gründe warum HMIs ver­sagen und wie es ver­hin­dert wer­den kann

Die wohl bekan­ntesten Beispiele solcher Sys­teme sind Fahrkarte­nau­to­maten, Bankau­to­maten oder inter­ak­tive Infop­unkte für zum Beispiel Touris­ten. Da deren Devices typ­is­cher­weise nicht sta­bil genug gegen Van­dale sind, wer­den sie durch ein Schutz­glas und einen Träger sta­biler gemacht. Bere­its hier steht der verzweifelte Entschei­der zum ersten Mal mit dem Rücken zur Wand. Kos­ten­druck, Prozes­saufla­gen und etwaige Koop­er­a­tion mit Mate­ri­al­liefer­an­ten führen zu nicht opti­malen Entschei­dun­gen. Lei­der zieht sich das durch den ganzen Her­stel­lung­sprozess und schafft am Ende eine Summe möglicher Fehlerur­sachen. Die Fol­gen reichen von unle­ser­lichen Dis­plays und nicht reagieren­den Touches über Kon­t­a­m­i­na­tion durch Schim­mel, Pilze oder Sporen bis zur Über­hitzung respek­tive dem Totalausfall.

Trou­ble 1: Algorithmus

Die Schwierigkeiten begin­nen bei falscher oder fehlen­der Anpas­sung des Multi-​Touch, dem „Gehirn“ des Touchdis­plays. Ein aktueller Multi-​Touch ist mit einem Netz von Elek­tro­den mit Feld­bee­in­flus­sung­seigen­schaften über­zo­gen. Bei jeder Berührung wird das elek­trische Feld an dieser Stelle verän­dert. Ein Algo­rith­mus, der das Feld beziehungsweise dessen Verän­derung auswertet, muss bei gle­icher Berührung gle­ich auswerten. Wird der Touch verän­dert, wie im ein­fach­sten Fall durch ein zusät­zliches Schutz­glas, ändert sich auch das elek­trische Feld.

EEFL bzw. CCFL
Falsch eingestell­ter Algo­rith­mus zur Ans­teuerung und Betrieb
einer EEFL bzw. CCFL. Zu sehen sind sog. Stri­a­tions:
Die Lichterzeu­gung funk­tion­iert nicht richtig und ist über ver­schiedene Bere­iche verteilt.
Die Lichterzeu­gung an den falschen Stellen führt zur Beschädi­gung der Röhre.

Ein nicht angepasster Algo­rith­mus denkt dann auch unangepasst respek­tive falsch. Ist das Schutz­glas zu dick, ist die Genauigkeit oder sogar die prinzip­ielle Funk­tion nicht mehr ohne Weit­eres gewährleis­tet. Lösen lässt sich das nur mech­a­nisch oder über die Elek­trik respek­tive die Pro­gram­mierung. Der Touch muss über einen lern­fähi­gen Algo­rith­mus ver­fü­gen, der die Ent­fer­nung zwis­chen Berührung und Ziel neu kalib­ri­eren kann. Die zweite Möglichkeit, ein dün­neres aber meist auch kost­spieligeres Glas zu ver­wen­den, grenzt an Maku­latur. Zum einen hat ger­ade Kos­ten­druck oft genug die Fehlfunk­tion über­haupt erst ermöglicht. Zum anderen muss der Touch auch bei dün­neren, speziellen Schutzgläsern die Berührung neu berech­nen können.

Trou­ble 2: Opti­cal Bonding

Touch und Glas müssen trans­par­ent laminiert wer­den. Lei­der entste­hen auch beim Opti­cal Bond­ing die gle­ichen, ver­mei­d­baren Fehler. Davon abge­se­hen, dass der Touch wegen des Kraftschlusses an das in der Regel schw­erere Glas gek­lebt wer­den muss, wer­den zu oft schlichtweg ungeeignete Ver­fahren ver­wen­det. So wird nicht berück­sichtigt, ob ein OCR (Opti­cal Clear Resin), ein OCA (Opti­cal Clear Adhe­sive) oder Pre-​cured ver­wen­det wer­den soll beziehungsweise muss. Ebenso fällt zu sel­ten die Über­legung ins Gewicht, ob der Kle­ber für den Kraftschluss ver­ant­wortlich sein oder nur dünnschichtig den Spalt füllen soll. Auch der Aus­dehnungsko­ef­fizient wird sel­ten genug berück­sichtigt, obwohl sich Kun­st­stoff, Glas, Dis­play und Met­all über die Tem­per­atur unter­schiedlich aus­dehnen. Eine zu dünne Kle­ber­schicht wird bei falschem Ein­satz nicht hal­ten. Zudem muss auch die Chemie gek­lärt wer­den: Wie soll der Kle­ber aushärten? Bei einer geplanten UV-​Licht-​Härtung muss das Schutz­glas durch­läs­sig für UV-​Licht sein. Bei ther­mis­cher Här­tung gilt: Zeit ist Geld, wie viel Zeit steht also zur Ver­fü­gung, bis der Kle­ber gehärtet sein muss – oder muss es vielle­icht sogar kat­alytisch geschehen. Schließlich ist es abso­lut notwendig, den Tem­per­atu­run­ter­schied zu bedenken: Ist ein Tem­per­atur­delta von 50 Grad Cel-​sius zu erwarten oder gar von 100 ° C?

Kleber im Display
Der Kle­ber ist ungle­ich verteilt und in das Display-​Innere gelaufen.

Trou­ble 3: Bug Fixing

Ist der Kle­ber falsch gewählt oder löst er sich, tritt mit Sicher­heit über kurz oder lang eine von zwei Fol­gen auf. Zum einen ver­schieben sich die miteinan­der ver­heirateten Teile zu einan­der. Ana­log zum falsch berech­neten elek­trischen Feld, wer­den Berührun­gen dann nicht beziehungsweise falsch erkannt. Gravieren­der ist jedoch, wenn das gesamte HMI durch ein undichtes Dis­play Feuchtigkeit zieht, Pilze und Klein­tiere ein­drin­gen oder Sand beziehungsweise Staub ins Gehäuse gelangt. In der Regel ist so eine Kon-​tamination nicht sorten­rein: Mit Feuchtigkeit kommt oft Schim­mel, mit Dreck oft Schädlinge.

 elektro-magnetische Strahlung
Direkt vor oder direkt hin­ter dem Dis­play aus­tre­tende,
sehr starke elektro-​magnetische Strahlung, führt zu diesem Effekt.
Diese Art von neuar­ti­gen Fehlern lassen auf man­gel­ndes
Ver­ständ­nis der Sys­tem­inte­gra­tion schließen.

Gelangt Feuchtigkeit in ein Dis­play oder Touch­screen, kann sie sich durch den Kap­il­lar­ef­fekt aus­bre­iten. Nässe kann zu Schim­mel führen, Kurz­schlüsse verur­sachen oder alka­lisch beziehungsweise sauer wer­den, wodurch es zu Kor­ro­sio­nen und Verän­derun­gen der Leit­fähigkeit kommt. Der Lebend­be­fall von Dis­plays durch beispiel­sweise Mil­ben oder Spin­nen ist infolge deren ätzende Auss­chei­dun­gen dauer­haft unge­sund und kann zudem irrepara­ble Schä­den am Gerät verur­sachen. Tierchen, die beispiel­sweise zwei Leit­er­bah­nen berühren kön­nen Kurz­schlüsse aus­lösen. Zudem kön­nen mech­a­nis­che Prob­leme entste­hen, wenn sie die Lüf­tung ver­stopfen. Schmutz und Staub, wie zum Beispiel Aerosole und Sand, sind entweder gut leit­fähige Ionen­träger, die beispiel­sweise durch Elek­trol­yse auch chemis­che Änderun­gen des Gerätes verur­sachen kön­nen oder verkratzen die Kom­po­nen­ten des HMI und reiben sie sprich­wörtlich auf.

starke lokale Überhitzung
Durch starke lokale Über­hitzung sind manche Folien­sätze
inner­halb des Dis­plays an gewis­sen Stellen degradiert

Trou­ble 4: Ther­mal Management

Jedoch ist auch Dichtigkeit kein Garant für Funk­tions­fähigkeit. Denn: In ein Dis­play darf zwar nichts ein­drin­gen, die Hitze dage­gen, die durch die elek­tro­n­is­chen Bestandteile entsteht, muss aus dem Sys­tem abgeleitet wer­den. Ein derzeit beliebtes jedoch nicht zwin­gend gutes Vorge­hen sind ver­meintlich fer­tige Kom­plet­tlö­sun­gen, die nicht sel­ten eine schlecht abges­timmte Zusam­menset­zung der Kom­po­nen­ten haben. Ein weit­erer Nachteil dieser Vor­wärtsin­te­gra­tion respek­tive „one-fits-all“-Lösungen ist, dass sie die steigende Hitzeen­twick­lung durch die zunehmende Pack­ungs­dichte meist noch weiter fördert.

Entschei­dend ist daher möglichst wenig Energie im Inneren zu erzeu­gen, damit die zwin­gend notwendige Energie nicht das HMI über­hitzt. Zu beachten sind hier­bei auch die Druck­un­ter­schiede, da Dich­tungs­bere­iche immer gestresst wer­den und an undichten Stellen Luft ein– und ausströ­men, mit anderen Worten atmen, kann. Die bil­lig­sten Ele­mente kön­nen dafür ebenso ungeeignet sein, wie die teuer­sten. Wichtig ist zu ermit­teln, wo die max­i­male ther­mis­che Belas­tung der Kom­po­nen­ten liegt und wie sich die ver­wen­de­ten Kom­po­nen­ten durch Alter­na­tiven mit größerer Hitzere­sistenz und notwendi-​ger mech­a­nis­cher Kon­sis­tenz erset­zen lassen. Am Ende gilt, dass sich Höheren Anschaf­fungskosten durch sink­ende Gesamt­be­trieb­skosten sowie län­gere Lebens­dauer des Sys­tems oft kom­pen­sieren lassen.

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