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Turck Duotec

Turck Duotec hat eine Glas-Touch-Anwendung entwickelt, die beim Design neue Freiheiten, Ideen, Lösungen, Applikationen und Differenzierungspotenziale ermöglicht. Die im Bereich der Dickschicht-Hybridtechnik eingesetzte Technologie versetzt die Anwender in die Lage, Schaltungen per Siebdruck direkt auf Glassubstrat zu drucken und damit Leiterbahnen und komplette Schaltungen dort aufzubringen. In zahlreichen Anwendungsbereichen lässt sich damit die herkömmliche Leiterplatte durch Glas und berührungsempfindliche sowie hochfunktionale Glas-Touch-Bedienelemente ersetzen.

Der Druck auf Glas bietet völlig neue Möglichkeiten. Hier die Rückseite der Beispielapplikation.

Der Druck auf Glas bietet völlig neue Möglichkeiten. Hier die Rückseite der Beispielapplikation.Turck Duotec

Auf das Glas lassen sich verschiedene Farbschichten auftragen, die anschließend um den funktionalen Druck von Leiterbahnstrukturen und elektronischen Schaltungen ergänzt werden. Dies eröffnet zahlreiche Anwendungsmöglichkeiten für die elektronischen Schaltungen auf Glas und Glas-Touch-Bedieneinheiten, wie etwa hinterleuchtete Schalter und Taster mit kapazitiver Touch-Funktion, Bedieneinheiten und Eingabepanels. Leucht-, Anzeige- sowie Bedienfunktionen sind jetzt in ein einziges Element integrierbar, das dann zusammen mit der Glasfläche eine stabile, platzsparende, leicht zu reinigende sowie optisch edle und hochwertige Einheit bildet.

Eck-DATEN

Die druckbare Elektronik auf Glas ermöglicht unter anderem hochmoderne Bedien-Panels, die sich direkt mit vielen Funktionen ausstatten lassen und große Vorteile bei der Bedienung und Reinigung mit sich bringen. Vom Prinzip her handelt es sich um eine Weiterentwicklung bestehender Technologien. Der Siebdruck von Leiterbahnstrukturen mit Silberpalladium und Silberplatin ist Stand der Technik. Der innovative Aspekt ist das Umsetzen auf den Substratträger Glas in Kombination mit Schaltungstechnik. Das Glas übernimmt dabei keine elektronischen Funktionen, sondern es fungiert hauptsächlich als optischer und haptischer Träger – und zwar mit dem Ziel, den optischen Effekt, also die Durchsichtigkeit, zu nutzen.

Robust und stylish 

Die einfach einsetzbare und umweltfreundliche Technik druckbarer Elektronik auf Glas bringt zahlreiche Vorteile mit sich. Das Ersetzen traditioneller PCBs reduziert den Materialeinsatz enorm. Der Arbeitsaufwand bei der Herstellung solcher Panels verringert sich erheblich, da weniger Prozessschritte erforderlich sind. Und eine Risikominimierung beim späteren praktischen Einsatz ergibt sich daraus, dass im Gegensatz zur Leiterplatte das Eindringen von Luft und Feuchtigkeit als Gefahrenfaktor entfällt. Das Fehlen mechanischer Fügeprozesse spart nicht nur Fertigungskosten, sondern erhöht insgesamt die geforderte lange Lebensdauer der Panels zusätzlich.

Glas-Touch-Anwendung in praktischer Anwendung

Ein von Turck Duotec entwickelter Demonstrator veranschaulicht die Funktionen und Möglichkeiten des Drucks auf Glas: Es handelt sich dabei um eine kapazitiv arbeitende Bedieneinheit, die per Funk mit einer Empfangseinheit zur Steuerung und Regelung eines LED-Moduls kommuniziert.

Beim Verschwindeeffekt erscheinen Konturen oder Bereiche während einer Hinterleuchtung...

Beim Verschwindeeffekt erscheinen Konturen oder Bereiche während einer Hinterleuchtung… Turck Duotec

Die Bedieneinheit besteht im Einzelnen aus einer Glasplatte, die im ersten Prozessschritt auf der Rückseite per Siebdruck mehrere Farbschichten erhält. Der Druck kann unveränderliche Informationen wie beispielsweise Positionen für Schaltflächen und Logos enthalten. Zum Einsatz kommen spezielle Farben, die besonders widerstandsfähig und im Einbrennprozess mit den Dickschicht-Leiterbahnmaterialien kompatibel sind.

... und verschwinden mit dem Abschalten der Hinterleuchtung.

… und verschwinden mit dem Abschalten der Hinterleuchtung.Turck Duotec

Sollen Informationen zu Schaltzuständen über leuchtende Flächen angezeigt werden, dann lassen sich diese durch transluzente oder freigelassene Bereiche im Glasdruck realisieren. Mit dieser Technik lässt sich ebenfalls ein sogenannter Verschwindeeffekt umsetzen, bei dem Konturen oder Bereiche während einer Hinterleuchtung erscheinen, bei deren Inaktivität optisch aber nicht mehr sichtbar sind.

Mit dem Aufdruck von Leiterbahnstrukturen auf die Farbschicht lässt sich die Funktionalität der Bedieneinheit erweitern. Durch das direkte Druckverfahren müssen auf das Glas keine weiteren Leiterplatten oder andere Schaltungsträger aufgebracht werden. Die derart gedruckten Leiterbahnstrukturen sind dann unter anderem bei entsprechender Anordnung die kapazitiven Empfängerflächen, die als Schaltflächen dienen. Für den Betrachter bleiben die Leiterbahnstrukturen unsichtbar, weil sich diese ebenfalls auf der Rückseite hinter dem Farbdruck befinden. Ein an das Glas angepasster Lötprozess ermöglicht es, die Bauteile direkt zu bestückten und zu verlöten. Sie bilden so mit dem Glas eine kompakte Einheit.

Beispiel: Funknetzwerk für Leuchten

Montage von ICs auf Glas-Leiterplatten mit Touch-Elementen.

Montage von ICs auf Glas-Leiterplatten mit Touch-Elementen.Turck Duotec

Eine Batterie oder wahlweise eine externe Stromquelle versorgen die Schaltung auf der Glasscheibe der Bedieneinheit. Per Touch-Funktionalität lassen sich nun verschiedene Funktionen ausführen. Die Berührung der Schaltflächen führt zur Umsetzung in Schaltbefehle, die das System per Funk zu einem Empfänger überträgt. Das von Turck Duotec im vorliegenden Fall verwendete Funkprotokoll JenNet-IP kombiniert die IEEE802.15.4-basierende Netzwerktechnik mit dem Internet-Protokoll (IP). Der Empfänger in dieser Applikation ist eine Regeleinheit für beispielsweise Zhaga-LED-Module, welche die Schalt- und Dimmbefehle der Sendeeinheit umsetzen.

Aufgrund der Kombination aus Funkprotokoll und Anbindung an das Internet lassen sich die Funkteilnehmer sowohl über das Funkmodul auf der Glasscheibe als auch per LAN/WAN steuern. Die einzelnen Teilnehmer des Funknetzwerks befinden sich in einem Mesh-Netzwerk, mit dem die einzelnen Teilnehmer, in diesem Fall die Leuchten, untereinander kommunizieren können. Dadurch lässt sich sowohl die Reichweite des gesamten Netzwerks vergrößern als auch der Ausfall eines Knotens kompensieren.

Zwecks erhöhter Sicherheit und Nutzbarkeit parallel zu weiteren Netzen in der Umgebung arbeitet die Kommunikation über Funk mit einer 128-Bit-AES-Verschlüsselung. Des Weiteren können nur angemeldete Knoten in solch einem Netzwerk kommunizieren.

Die Regeleinheit in der Leuchte erhält ihre Energie über eine konstant geregelte Gleichspanungsquelle von 48 V und hat die Aufgabe, die LED-Lampe zu versorgen, zu schalten und zu dimmen. Zusätzlich ist in die Regeleinheit eine Temperaturüberwachung integriert, die bei einer möglichen Überhitzung den Strom absenkt und so das Leuchtmittel schützt. Um den Kühlkörper für die LED in der Größe zu verringern, liefert die Regeleinheit eine Betriebsspannung für einen Lüfter, den sie bei Bedarf automatisch einschaltet.