Folientaster selbstgemacht – von Hand oder mit der Maschine

Seite 2: Aufbau und Typen von Folientastern

Folientaster haben einen elastischen Tastenhub sowie eine flexible und gleichzeitig dünne Oberfläche. Sie bestehen je nach Ausführung aus metallischen Schnappscheiben oder den Polydomes aus Polyesterfolien, die als Federungszonen dienen, einer Trenn- sowie einer Leiterbahnschicht. Dazu produzieren wir alle benötigten Schichten nach unseren Wunschmaßen und -formen. Anschließend setzen wir sie zu einem voll funktionsfähigen Folientaster zusammen.

1. Leiterbahnschicht

Die Basis unserer Folientaster bildet die Leiterbahnschicht, die aus offenen Schalterbrücken besteht. Diese werden durch das Herunterdrücken der sich jeweils darüber befindlichen Folientaster geschlossen. Da wir flexible Folientaster herstellen wollen, bietet es sich an, diese Schicht mittels eines dünnen Materialträgers zu realisieren. Am einfachsten lässt sich die flexible Leiterbahnschicht durch das Aufkleben von Kupferbändern auf Papier umsetzen. Mit elektrisch leitfähigen Stiften können Leitungen auch gemalt werden. Dabei kann eine Schablone als Vorlage für das eigene Design helfen. Wem dies zu mühselig ist oder wer eine hohe Leiterbahndichte in seinem Entwurf benötigt, kann auf spezielle Nano-Silber-Tinten zurückgreifen, die mit einem Tintenstrahldrucker auf Folie oder Papier gedruckt werden.

Drei Papiere mit aufgemalten Schaltkreisen aus Kupferband, elektrisch leitfähigem Stift und mit Nano-Silber-Tinte gedruckt. — Die Leiterbahnschicht kann durch Kupferbänder aufgeklebt (links), mit elektrisch leitfähigen Stiften gezeichnet (Mitte) oder mittels spezieller Nano-Silber-Tinten gedruckt werden (rechts).

Die individuellen Designs für die Leiterbahnen können entweder manuell in einem Vektorprogramm (z.B. Inkscape oder Adobe Illustrator) erstellt oder in einem fortgeschrittenen Electronic Design Automation (EDA) Programm entworfen werden (z.B. EasyEDA oder Autodesk Eagle). Natürlich ist auch die Nutzung anderer Grafik-Programme oder eine ganz freie Gestaltung ohne Vorlage möglich. Abhängig von der benötigten Anzahl und Anordnung von einzelnen Tastern, empfiehlt es sich, diese als Einzelschaltungen oder in einer Matrizenform zu realisieren. Für den Start und bei wenigen Schaltern empfehlen wir zunächst Einzelschaltungen.

Verschiedene Schaltkreise mit runden Tastern in einem Grafikprogramm — Entwurfsvorlagen für die eignen Folientaster lassen sich mit einem Grafikprogramm leicht realisieren. Wir bevorzugen einfache Vektorzeichen-Programme wie beispielsweise Inkscape oder Adobe Illustrator (siehe Bild) für die Erstellung. Natürlich ist auch die Nutzung anderer Grafik-Programme oder eine ganz freie Gestaltung ohne Vorlage möglich.

Für größere und komplexere Tastenfelder eignet sich die Matrizenform, die mittels eines Zeitmultiplexverfahrens zyklisch abgefragt werden kann. Dadurch lässt sich die Anzahl der benötigen GPIO-Pins reduzieren, die für die Ansteuerung der Folientaster in Projekten nötig ist. Jedoch erfordert dieses Design oftmals Brücken zwischen den Leiterbahnen in der Umsetzung, sodass man etwas Erfahrung mitbringen sollte.

2. Trennschicht

Als Nächstes widmen wir uns der Trennschicht. Sie hat die Aufgabe, den Abstand zwischen Leiterbahn und Folientasters zu vergrößern. Hierzu verwenden wir eine klare PVC-Folie mit einer Stärke von 0,4 mm, in die wir Kreise schneiden. Die Aussparungen können beispielweise mit einem Locher, einem Schlageisen oder einer Lochzange in der richtigen Größe geschnitten werden. Wir haben die besten Erfahrungen mit einem Schlageisen gemacht, da sich die genaue Positionierung als einfach erwies, viele Größen verfügbar sind und es zudem keine Probleme beim Folienschnitt gab.

Durchsichtige Folie mit drei Löchern, daneben liegen ein Locher, ein Schlageisen und eine Lochzange. — Die Trennschicht bildet eine klare Folie mit einer Stärke von 0,4mm. Die kreisförmigen Aussparungen für die Folientaster können zum Beispiel einfach mit einem Locher (links), einem Schlageisen (Mitte) oder einer Lochzange (rechts) realisiert werden.

3. Polydome-Schicht

Die letzte Ebene für die Folientaster wird auf die Trennschicht aufgebracht und überbrückt beim Herunterdrücken die Schaltungen der Leiterbahnschicht. Im einfachsten Falle besteht diese Schicht aus einer Folie mit elektrisch leitfähigen Flächen. Wir legen jedoch besonderen Wert auf gewölbte Folientaster (Polydome Membrane Switches). Dazu verformen wir Polyesterfolien thermisch so, dass die charakteristischen Wölbungen mit einem passenden Druckpunkt entstehen und kleben später selbstklebende Kupferpunkte als Leiter ein. Die Polydome lassen sich angenehm herunter drücken, klicken dabei und bewegen sich selbstständig wieder in ihre Ausgangsposition zurück.

Eine runde Einkerbung in durchsichtigem Plastik, von oben und unten betrachtet — Das Ergebnis der thermischen Prägung ist ein Polydome, der sich angenehm herunterdrücken lässt, ein Klickgeräusch macht und sich selbstständig wieder in seine Ausgangsposition zurückbewegt. Links sieht man eine Ansicht nach der Prägung (Hineinsicht). Die rechte Abbildung zeigt den Polydome seitlich fotografiert – die typische Wölbung ist deutlich erkennbar. Für die Herstellung bedarf es je nach gewählten Verfahren jedoch etwas Übung als auch Feinjustierung der Temperatur, Prägezeit und Prägetiefe.

In unserem Ansatz der manuellen Prägung zeigen wir zunächst, wie man mit etwas Übung bereits mit kostengünstigen Materialien und einfachen Werkzeugen zu einem voll funktionsfähigen eigenen Folientaster kommt. Für eine schnellere und fehlerrobustere Herstellung empfiehlt sich der Bau einer einfachen Prägemaschine. Wie die Prägung mittels eines 3D-Druckers oder Portalroboters weiter automatisiert werden kann, ist unsere dritte Variante.