1. Einleitung
2. Grundlegende Technologien und Komponenten
3. Schutzklassen und Robustheit
4. Touch-Technologien für industrielle Anwendungen
5. Leistungsmerkmale moderner Industrie-Touchcomputer
6. Betriebssysteme und Software-Lösungen
7. Einsatzgebiete und Anwendungsfälle
8. Industrie 4.0 und IoT-Integration
9. Montage- und Installationsoptionen
10. Energieeffizienz und Wärmemanagement
11. Datensicherheit und Netzwerkintegration
12. Wartung und Langlebigkeit
13. Kosten-Nutzen-Analyse
14. Auswahlkriterien und Kaufberatung
15. Zukunftstrends und Entwicklungen
16. Fazit

Einleitung

Industrie-Computer mit Touch-Funktionalität haben in den letzten Jahren eine bemerkenswerte Evolution durchlaufen und sind zu unverzichtbaren Komponenten in zahlreichen industriellen Anwendungen geworden. Als Schnittstelle zwischen Mensch und Maschine spielen sie eine zentrale Rolle bei der Steuerung, Überwachung und Optimierung von Produktionsprozessen.

Die besonderen Anforderungen des industriellen Umfelds – wie extreme Temperaturen, Feuchtigkeit, Staub, Vibrationen oder der Umgang mit Chemikalien – stellen spezielle Herausforderungen an die Konstruktion und Funktionalität dieser Geräte. Anders als herkömmliche kommerzielle Touch-Geräte müssen Industrie-Computer eine außergewöhnliche Robustheit, Zuverlässigkeit und Langlebigkeit aufweisen, während sie gleichzeitig präzise Bedienung und optimale Leistung gewährleisten.

Dieser Artikel bietet einen umfassenden Einblick in die Welt der industriellen Touch-Computer, ihre technischen Eigenschaften, Einsatzmöglichkeiten und die wichtigsten Auswahlkriterien für verschiedene Anwendungsszenarien.

Grundlegende Technologien und Komponenten

Industrie-Computer mit Touch-Funktionalität zeichnen sich durch eine spezielle Bauweise aus, die sie für den harten Einsatz in industriellen Umgebungen qualifiziert. Die wichtigsten Komponenten umfassen:

Prozessoren und Rechenleistung

Im industriellen Bereich kommen verschiedene Prozessortypen zum Einsatz, die je nach Anwendungsfall ausgewählt werden:

• x86-Architekturen: Intel Core i3/i5/i7/i9 oder AMD Ryzen Prozessoren bieten hohe Rechenleistung für anspruchsvolle Anwendungen wie Bildverarbeitung oder komplexe Steuerungssysteme.
• ARM-Prozessoren: Energieeffiziente Alternative für weniger rechenintensive Aufgaben, oft in eingebetteten Systemen zu finden.
• Industrielle SoCs (System-on-Chip): Speziell für Industrieanwendungen entwickelte integrierte Schaltungen, die Prozessor, Grafik und I/O-Funktionalität auf einem Chip vereinen.

Bemerkenswert ist die Tendenz zu lüfterlosen Designs, die durch passive Kühlung und thermisch optimierte Gehäusedesigns realisiert werden. Dies reduziert die Anzahl beweglicher Teile, die ausfallen könnten, und verhindert das Eindringen von Staub und anderen Partikeln durch Lüftungsschlitze.

Speichertechnologien

Industrie-Computer setzen auf zuverlässige Speicherlösungen, die auch unter widrigen Bedingungen funktionieren:

• Industrieller RAM: ECC-Speicher (Error-Correcting Code) zur automatischen Erkennung und Korrektur von Speicherfehlern, die durch elektromagnetische Störungen oder Strahlungseinflüsse entstehen können.
• Robuste Speichermedien: Industrielle SSDs mit MLC- oder SLC-NAND-Flash-Speicher, die hohe Temperaturtoleranz, erweiterte P/E-Zyklen (Program/Erase) und Schreibschutzfunktionen bieten.
• CFast/CompactFlash: Wechselmedien für industrielle Anwendungen mit erhöhter Robustheit gegenüber Vibrationen und Stößen.

Gehäuse und mechanische Konstruktion

Die Gehäusekonstruktion ist ein kritisches Element für den zuverlässigen Betrieb in rauen Umgebungen:

• Materialien: Hochwertige Aluminiumlegierungen, Edelstahl oder spezielle Industriekunststoffe mit Flammschutzeigenschaften.
• Versiegelung: IP-zertifizierte Gehäuse (Ingress Protection) mit Dichtungen zur Verhinderung des Eindringens von Staub und Feuchtigkeit.
• Wärmeableitung: Thermisch optimierte Designs mit Kühlrippen oder Heatpipes zur effizienten Wärmeableitung ohne bewegliche Teile.
• Stoß- und Vibrationsdämpfung: Speziell verstärkte Konstruktionen und Dämpfungselemente zum Schutz empfindlicher Komponenten.

Schutzklassen und Robustheit

Die Robustheit industrieller Touch-Computer wird durch internationale Schutzstandards definiert und klassifiziert. Die wichtigsten Zertifizierungen umfassen:

IP-Schutzarten (Ingress Protection)

Die IP-Schutzart bezeichnet den Grad des Schutzes gegen das Eindringen von Feststoffen und Flüssigkeiten. Die Kennzeichnung erfolgt durch die Buchstaben “IP” gefolgt von zwei Ziffern:

IP-Code	Schutz gegen Feststoffe	Schutz gegen Wasser
IP54	Staubgeschützt (begrenzt Staubeintritt, keine schädlichen Ablagerungen)	Geschützt gegen Spritzwasser aus allen Richtungen
IP65	Staubdicht (vollständiger Schutz gegen Berührung, kein Staubeintritt)	Geschützt gegen Strahlwasser aus allen Richtungen
IP66	Staubdicht	Geschützt gegen starkes Strahlwasser
IP67	Staubdicht	Geschützt gegen zeitweiliges Untertauchen
IP69K	Staubdicht	Geschützt gegen Hochdruck-/Dampfstrahlreinigung

Für den industriellen Einsatz sind mindestens IP54 oder höher erforderlich, wobei in Bereichen mit Flüssigkeiten oder aggressiven Reinigungsprozessen IP65 oder höher empfohlen wird.

Temperaturbeständigkeit

Industrielle Touch-Computer müssen oft in extremen Temperaturbereichen zuverlässig funktionieren:

• Standardbereich: Typischerweise 0°C bis +50°C für normale Industrieumgebungen.
• Erweiterter Bereich: -20°C bis +60°C für anspruchsvollere Anwendungen.
• Extrembereich: -40°C bis +85°C für Outdoor- oder Spezialanwendungen.

Vibrations- und Stoßfestigkeit

Die Widerstandsfähigkeit gegen mechanische Einwirkungen wird nach verschiedenen Standards getestet:

• Vibrationsfestigkeit: Gemäß IEC 60068-2-6 oder MIL-STD-810G, typischerweise 5G oder höher.
• Stoßfestigkeit: Nach IEC 60068-2-27, oft mit 50G oder mehr für kurzzeitige Stoßbelastungen.

Weitere Robustheitsmerkmale

• EMV-Verträglichkeit: Schutz gegen elektromagnetische Störungen gemäß EN 61000-6-2/61000-6-4.
• Chemikalienbeständigkeit: Speziell behandelte Oberflächen für den Einsatz in Umgebungen mit aggressiven Chemikalien.
• Korrosionsschutz: Anti-Korrosionsbeschichtungen für den Einsatz in feuchten oder salzhaltigen Umgebungen.

Touch-Technologien für industrielle Anwendungen

Die Auswahl der geeigneten Touch-Technologie ist entscheidend für die Benutzerfreundlichkeit und Zuverlässigkeit in industriellen Anwendungen. Die wichtigsten Technologien im Vergleich:

Resistive Touch-Technologie

Resistive Touch-Panels bestehen aus mehreren Schichten, wobei zwei leitfähige Schichten durch Abstandshalter getrennt sind. Bei Berührung entsteht ein elektrischer Kontakt an der Berührungsstelle.

Vorteile:

• Bedienung mit Handschuhen oder beliebigen Gegenständen möglich
• Unempfindlich gegen Wasser und andere Flüssigkeiten auf der Oberfläche
• Kostengünstige Lösung
• Hohe Druckempfindlichkeit ermöglicht präzise Eingaben

Nachteile:

• Geringere Lichttransmission (ca. 75-80%)
• Empfindlich gegen scharfe Gegenstände
• Weniger präzise Multi-Touch-Funktionalität
• Kürzere Lebensdauer (typischerweise 1-3 Millionen Berührungen)

Kapazitive Touch-Technologie (PCAP)

Projektiv-kapazitive Touch-Panels (PCAP) nutzen ein Raster aus transparenten Elektroden, die ein elektrisches Feld erzeugen. Bei Berührung mit einem leitfähigen Objekt (z.B. Finger) wird eine Kapazitätsänderung gemessen.

Vorteile:

• Hohe Lichtdurchlässigkeit (>90%)
• Ausgezeichnete Multi-Touch-Fähigkeiten
• Sehr langlebig (theoretisch unbegrenzte mechanische Lebensdauer)
• Kratzfeste Glasoberfläche

Nachteile:

• Eingeschränkte Bedienung mit dicken Handschuhen (spezielle Ausführungen für Handschuhe verfügbar)
• Höhere Kosten
• Empfindlicher gegenüber elektromagnetischen Störungen
• Beeinträchtigung durch Wassertropfen oder leitfähige Flüssigkeiten möglich

Industrielle PCAP-Lösungen

Für den industriellen Einsatz wurden spezielle PCAP-Technologien entwickelt:

• Durchkontaktierte PCAP: Erhöhte Empfindlichkeit für die Bedienung mit Handschuhen
• Wasser-tolerante PCAP: Mit speziellen Algorithmen zur Unterscheidung zwischen Wassertropfen und beabsichtigten Berührungen
• EMV-gehärtete PCAP: Mit zusätzlicher Abschirmung gegen elektromagnetische Störungen

Surface Acoustic Wave (SAW)

Diese Technologie nutzt Ultraschallwellen, die über die Oberfläche des Displays geleitet werden. Bei Berührung wird ein Teil der akustischen Energie absorbiert.

Vorteile:

• Hervorragende optische Klarheit (>90% Lichttransmission)
• Langlebig bei normaler Nutzung
• Gute Multi-Touch-Fähigkeiten

Nachteile:

• Empfindlich gegen Verschmutzungen und Kratzer
• Nicht geeignet für Umgebungen mit starken Vibrationen
• Problematisch bei feuchten Oberflächen

Infrarot-Touch-Technologie

Bei dieser Technologie wird ein Raster aus Infrarot-LEDs und -Detektoren um den Bildschirmrand angeordnet. Bei Berührung werden die Infrarotstrahlen unterbrochen.

Vorteile:

• Keine zusätzliche Schicht über dem Display (100% Lichttransmission)
• Bedienung mit jedem Objekt möglich
• Hohe Zuverlässigkeit und Langlebigkeit
• Unempfindlich gegen Oberflächenbeschädigungen

Nachteile:

• Weniger präzise bei kleineren Displays
• Anfällig für Fehlerkennungen durch Umgebungslicht
• Größerer Rahmen erforderlich für die IR-Komponenten

Vergleichstabelle der Touch-Technologien für industrielle Anwendungen

Eigenschaft	Resistiv	PCAP (Standard)	PCAP (Industriell)	SAW	Infrarot
Bedienung mit Handschuhen	Ausgezeichnet	Eingeschränkt	Gut bis Ausgezeichnet	Eingeschränkt	Ausgezeichnet
Feuchtigkeitsresistenz	Ausgezeichnet	Mittel	Gut bis Ausgezeichnet	Schlecht	Gut
Lichttransmission	75-80%	>90%	>90%	>90%	100%
Lebensdauer (Berührungen)	1-3 Mio.	>50 Mio.	>50 Mio.	>50 Mio.	>50 Mio.
Multi-Touch-Fähigkeit	Begrenzt	Ausgezeichnet	Ausgezeichnet	Gut	Gut
Staubunempfindlichkeit	Gut	Ausgezeichnet	Ausgezeichnet	Mittel	Mittel
Chemikalienbeständigkeit	Ausgezeichnet	Gut	Ausgezeichnet	Mittel	Gut
Kosten	Niedrig	Mittel bis Hoch	Hoch	Hoch	Mittel

Leistungsmerkmale moderner Industrie-Touchcomputer

Display-Eigenschaften

Die visuelle Darstellung ist ein zentrales Element jedes Touch-Computers. Für industrielle Anwendungen sind folgende Merkmale besonders relevant:

• Helligkeit: Typischerweise 300-500 cd/m² für Innenanwendungen, 700-1500 cd/m² für Anwendungen mit direkter Sonneneinstrahlung oder heller Umgebungsbeleuchtung.
• Blickwinkel: IPS- oder MVA-Panels mit weiten Betrachtungswinkeln (typisch 178° horizontal und vertikal) für optimale Ablesbarkeit aus verschiedenen Positionen.
• Kontrastverhältnis: Mindestens 1000:1 für gute Lesbarkeit, höhere Werte für anspruchsvolle visuelle Anwendungen.
• Reflexionsminderung: Anti-Glare-Beschichtungen oder entspiegelte Gläser zur Reduzierung von Reflexionen bei ungünstigen Lichtverhältnissen.
• Optisches Bonding: Direkte Verklebung des Touch-Panels mit dem LCD zur Reduzierung von Reflexionen, Verbesserung der Stoßfestigkeit und Steigerung der Ablesbarkeit.
• Lebensdauer: Industrielle Displays mit 50.000-100.000 Stunden Betriebszeit (MTBF) und geringem Helligkeitsverlust über die Lebensdauer.

Anschlüsse und Erweiterungsmöglichkeiten

Moderne Industrie-Touchcomputer bieten eine breite Palette von Anschlüssen für unterschiedliche Anforderungen:

• Standard-Schnittstellen: USB 3.0/3.1/3.2, Ethernet (Gigabit/10GbE), DisplayPort, HDMI, Audio
• Industrielle Schnittstellen: RS-232/422/485, CAN-Bus, Profibus, EtherCAT, Modbus, digitale I/Os
• Drahtlose Kommunikation: WLAN (IEEE 802.11a/b/g/n/ac/ax), Bluetooth, 4G/5G, NFC, RFID-Leser
• Erweiterungsslots: PCIe, Mini-PCIe, M.2, mPCIe für kundenspezifische Erweiterungen
• Industriespezifische Anschlüsse: Feldbus-Systeme, spezielle Industriestecker mit Verriegelung

Stromversorgung und Energiemanagement

Die zuverlässige Stromversorgung ist ein kritischer Faktor in industriellen Umgebungen:

• Breiter Eingangsspannungsbereich: Typischerweise 9-36 VDC oder 100-240 VAC für flexible Installation.
• Überspannungsschutz: Integrierte Schutzmechanismen gegen Spannungsspitzen im industriellen Stromnetz.
• Unterbrechungsfreie Stromversorgung: Optionale integrierte USV-Funktionalität oder Unterstützung für externe USV-Systeme.
• Energieeffizienz: Moderne Power-Management-Funktionen zur Reduzierung des Stromverbrauchs in Leerlaufzeiten.
• Isolation: Galvanische Trennung zwischen Ein- und Ausgängen zum Schutz vor Störspannungen.

Betriebssysteme und Software-Lösungen

Die Software-Architektur industrieller Touch-Computer ist auf Zuverlässigkeit, Langzeitverfügbarkeit und spezifische Anforderungen der Automatisierungstechnik ausgerichtet.

Betriebssysteme für industrielle Anwendungen

• Windows-basierte Lösungen:
  • Windows 10 IoT Enterprise LTSC: Langzeit-unterstützte Version mit 10 Jahren Supportzeitraum
  • Windows Embedded: Ältere, spezialisierte Versionen für eingebettete Systeme
  • Windows Server IoT: Für leistungsfähigere Edge-Computing-Anwendungen
• Linux-basierte Lösungen:
  • Ubuntu Industrial oder andere LTS (Long Term Support) Distributionen
  • Yocto-basierte maßgeschneiderte Linux-Systeme
  • Real-time Linux mit PREEMPT_RT-Patch für Echtzeitanwendungen
• Proprietäre Echtzeit-Betriebssysteme:
  • VxWorks, QNX, FreeRTOS für kritische Echtzeitanwendungen
  • Spezifische Hersteller-Betriebssysteme mit Zertifizierungen für bestimmte Branchen

Industrielle Software-Frameworks

• SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition):
  • Wonderware InTouch, Siemens WinCC, Ignition
  • Visualisierung, Datenerfassung und Prozesssteuerung
• HMI (Human Machine Interface):
  • Indusoft Web Studio, Siemens TIA Portal, Beijer iX Developer
  • Benutzeroberflächen für Maschinensteuerung und Prozessvisualisierung
• SPS-Programmierung und Soft-SPS:
  • CODESYS, TwinCAT, Siemens STEP 7
  • Implementierung von Steuerungslogik nach IEC 61131-3
• Industrielle Edge-Computing-Plattformen:
  • Siemens Industrial Edge, FANUC FIELD system, ABB Ability
  • Lokale Datenverarbeitung und Analyse vor der Übertragung in die Cloud

Sicherheits- und Wartungsfunktionen

• Schreibschutz (Write-Filter):
  • Unified Write Filter (UWF), Enhanced Write Filter (EWF)
  • Schutz des Betriebssystems vor ungewollten Änderungen und Garantie für konsistenten Systemneustart
• Remote-Management:
  • Intel AMT, DASH, proprietäre Managementlösungen
  • Fernwartung, -überwachung und -wiederherstellung von Systemen
• Automatisierte Updates:
  • Kontrollierte Update-Mechanismen mit Rollback-Funktionalität
  • Definierte Wartungsfenster für kritische Systeme
• Backup- und Recovery-Lösungen:
  • Disk-Imaging, Boot-Medium-Redundanz, automatisierte Wiederherstellung
  • Minimierung von Ausfallzeiten bei Systemfehlern

Einsatzgebiete und Anwendungsfälle

Industrie-Computer mit Touch-Funktion finden in zahlreichen Branchen und Anwendungsszenarien Einsatz, wobei sie jeweils spezifische Anforderungen erfüllen müssen.

Fertigungsindustrie

• Maschinensteuerung und HMI: Als Bedienpanel für komplexe Produktionsmaschinen, CNC-Steuerungen und Roboterzellen.
• Produktionsüberwachung: Echtzeit-Visualisierung von Produktionskennzahlen, Qualitätsdaten und Anlageneffizienz (OEE).
• Digitale Arbeitsanweisungen: Interaktive Anleitungen für Montageprozesse, Qualitätssicherung und Wartungsaufgaben.
• Mobile Datenerfassung: Auf Gabelstaplern oder anderen Transportfahrzeugen zur Logistiksteuerung und Materialverfolgung.

Lebensmittel- und Pharmaindustrie

• Hygienische Bedieneinheiten: Mit speziellen Oberflächen, die Reinigungsmittelbeständig und für Reinräume geeignet sind.
• Rezepturmanagement: Intuitive Benutzeroberflächen zur Steuerung komplexer Mischprozesse mit Audit-Trail-Funktionalität.
• Qualitätskontrolle: Visualisierung von Inspektionsdaten aus Kamera- und Sensorsystemen.
• Compliance-Dokumentation: Elektronische Aufzeichnung aller produktionsrelevanten Daten gemäß FDA 21 CFR Part 11 oder GMP-Anforderungen.

Energiewirtschaft und Versorgungsunternehmen

• Leitwarten und Kontrollräume: Als Teil von SCADA-Systemen zur Überwachung und Steuerung von Energienetzen, Wasserversorgung oder Kläranlagen.
• Feldterminals: Robuste Outdoor-Geräte für den Einsatz bei der Installation und Wartung von Infrastruktur.
• Smart Grid Management: Visualisierung und Steuerung dezentraler Energieerzeugungsanlagen und Speichersysteme.

Transportwesen und Logistik

• Fahrzeugmontierte Terminals: In Lkw, Schiffen, Zügen oder Baumaschinen zur Navigation, Auftragsabwicklung und Fahrzeugdiagnose.
• Lagerverwaltung: Als stationäre oder mobile Terminals in Logistikzentren zur Steuerung von Kommissionierprozessen.
• Verkehrsleitsysteme: Steuerungsterminals für Ampeln, elektronische Anzeigetafeln oder Zutrittskontrollsysteme.

Gesundheitswesen

• Medizinische Gerätesteuerung: Für Laborausrüstung, diagnostische Systeme oder therapeutische Geräte mit speziellen Hygieneanforderungen.
• Patientendatenerfassung: Mobile oder wandmontierte Terminals zur direkten Dateneingabe in elektronische Patientenakten.
• Hygienische Bedienterminals: Mit antimikrobiellen Oberflächen und einfacher Reinigungsmöglichkeit für OP-Bereiche oder Intensivstationen.

Industrie 4.0 und IoT-Integration

Die Integration von Industrie-Touchcomputern in moderne Industrie 4.0- und IoT-Umgebungen erschließt neue Möglichkeiten für datengetriebene Fertigungs- und Wartungskonzepte.

Edge Computing

Moderne industrielle Touch-Computer übernehmen zunehmend Edge-Computing-Funktionen:

• Lokale Datenvorverarbeitung: Reduzierung des zu übertragenden Datenvolumens durch lokale Analyse und Filterung.
• Echtzeit-Reaktionsfähigkeit: Lokale Entscheidungsprozesse ohne Latenzzeiten durch Cloud-Kommunikation.
• Autonome Funktionalität: Aufrechterhaltung kritischer Funktionen auch bei Netzwerkausfällen.
• KI und Machine Learning auf der Edge: Lokale Ausführung von Algorithmen zur Anomalieerkennung, vorausschauenden Wartung oder Qualitätskontrolle.

Konnektivität und Protokollintegration

Industrie-Touchcomputer fungieren als Kommunikationsknoten zwischen verschiedenen Systemebenen:

• Feldbus-Protokolle: Integration von Profibus, Profinet, EtherCAT, Modbus, CAN oder AS-Interface zur Kommunikation mit Sensoren und Aktoren.
• IT-Protokolle: Unterstützung von OPC UA, MQTT, AMQP oder REST-APIs für die vertikale Integration mit MES- und ERP-Systemen.
• Drahtlose Protokolle: Integration von WLAN, Bluetooth, NB-IoT oder 5G für mobile Anwendungen und flexible Installationen.

Digitaler Zwilling und AR/VR-Integration

Zukunftsweisende Anwendungen verbinden die physische mit der digitalen Welt:

• 3D-Visualisierung: Darstellung komplexer Anlagen als interaktive 3D-Modelle zur intuitiven Bedienung.
• Augmented Reality: Überlagerung von Echtzeitdaten und Arbeitsanweisungen auf Kamerabildern zur Unterstützung von Wartungs- oder Rüstprozessen.
• Digital Twin Integration: Bidirektionale Kommunikation mit digitalen Zwillingen von Produktionsanlagen zur Simulation und Optimierung.

Montage- und Installationsoptionen

Die flexible Montage und Installation ist ein wesentlicher Aspekt industrieller Touch-Computer, um eine optimale Integration in verschiedene Arbeitsumgebungen zu gewährleisten.

Panel-PC-Montage

• Einbaumontage: Integration in Schalttafeln, Maschinengehäuse oder Bedienpulte
  • VESA-konforme Ausschnitte (verschiedene Größen nach Industriestandard)
  • IP65/IP66-zertifizierte Frontplatten mit speziellen Dichtungen
  • Befestigung mit Schnellverschlüssen oder Schraubklemmen für einfache Installation und Wartung
• Wandmontage: Installation an vertikalen Flächen in Produktionsbereichen
  • VESA-Halterungen (75mm, 100mm)
  • Spezielle industrielle Wandhalterungen mit Kabelmanagement
  • Neigbare und schwenkbare Systeme für ergonomische Bedienung
• Standmontage: Freistehende Installationen in Werkstattumgebungen
  • Robuste Standfüße mit Schwenk- und Neigefunktion
  • Mobile Stationen mit Rollen und Akkubetrieb
  • Höhenverstellbare Systeme für stehende und sitzende Bedienung