Conformal Coating für IoT-Geräte

Das Internet der Dinge (Internet of Things, IoT) lässt sich nicht aufhalten. IoT bleibt einer der am schnellsten wachsenden Technologie-Sektoren. Laut Statista wird es bis 2025 knapp 31 Mrd. angeschlossene IoT-Geräte geben. Eine große Rolle beim rasanten Aufstieg der IoT-Revolution spielen Sensoren. Sensoren sind Bauelemente, die Zustandsänderungen in einer Umgebung erkennen und darauf reagieren.

Um einen effizienten Einsatz in einer breiten Palette von Endanwendungen, insbesondere unter rauen Einsatz- und Umgebungsbedingungen, zu ermöglichen, müssen Sensoren geschützt werden. Bei kritischen Anwendungen wie der Erkennung gefährlicher Gase müssen die Sensoren absolut zuverlässig ihre Leistung erbringen. Bei einem Temperatursensor an einem statischen Gerät zum Beispiel muss dieser den Temperaturen in dessen unmittelbarer Umgebung und bei jedem thermischen Schock oder Zyklus, der auftreten kann, standhalten. Dies ist der Fall in sogenannten Wearables, denn diese werden durch das Tragen bewegt, manchmal Erschütterungen ausgesetzt, gebogen und möglicherweise einer Reihe zusätzlicher Elemente wie Wasser oder Chemikalien ausgesetzt. Daher ist es unerlässlich, dass diese Geräte ausreichend geschützt sind, um eine zuverlässige Leistung zu ermöglichen, wenn sie im Gebrauch in ihren spezifischen Umgebungen verwendet werden.

Welche Produkte eignen sich für welche IoT-Anforderungen?

Jede Beschichtung hat ihre eigenen, individuellen Eigenschaften, die ihr spezielles Anwendungsspektrum und beispielsweise die erforderliche Schichtdicke zur Gewährleistung einer zuverlässigen Leistung bestimmen. Diese Bedingungen variieren je nach Produkt und Verwendungszweck und wirken sich auf die vorgesehenen IoT-Anwendungen der jeweiligen Beschichtung aus. Die Aufrechterhaltung einer optimalen Funktionalität bei geringem Stromverbrauch ist für die kosteneffiziente Implementierung von IoT-Systemen entscheidend.

Der Schutz der freiliegenden Elektronik oder derer Komponenten kann in Form von Verkapselungsharzen, Wärmemanagementlösungen oder über ein Conformal Coating ermöglicht werden. Die schiere Anzahl von Variablen innerhalb verschiedener Anwendungen kann auch eine weitere Herausforderung darstellen, nämlich die Auswahl der am besten geeigneten Schutzbeschichtung. IoT-Geräte sammeln und übertragen Daten, sei es direkt an ein anderes Gerät oder System oder über einen Sensor, um Änderungen der gesammelten Informationen aufzuzeichnen. Diese Verbindung zu anderen Geräten kann über Funkwellen betrieben werden, und folglich muss jede verwendete Schutzbeschichtung die Übertragung von HF-Signalen ohne Störungen ermöglichen. Darüber hinaus müssen die Umweltbedingungen und die allgemeine Verwendung des Geräts berücksichtigt werden, um ein vollständiges Bild seiner Lebensdauer zu erhalten. Electrolube hat eine Lösung für einen Kunden entwickelt, der Schutz für eine Sensorbox benötigte, die zur Analyse des Status von Industriemaschinen verwendet wird, um Feldausfälle in den unterschiedlichsten Anwendungen wie in der Petrochemie, der Lebensmittelverarbeitung oder auf Offshore-Plattformen zu verhindern. Die Sensorbox kommuniziert mit einem Server, dabei werden die gespeicherten Informationen aktualisiert und an Telefone und Tablets zurückgemeldet. Dies regelt letztendlich eine vorausschauende Wartung mit geplanten Zeiten für Wartungsarbeiten. Der Schutz erforderte ein Harz, das die HF-Kommunikation entscheidend erleichtern würde. Die Lösung lieferte ein Verguss mit dem Polyurethan-Gießharz UR5118. Das Harz hat eine niedrige Feuchtigkeitsempfindlichkeit während der Aushärtung und seine niedrige Viskosität ermöglicht es, um komplexe Geometrien herum zu fließen. Aufgrund guter elektrischer Eigenschaften eignet es sich zur Kapselung von Funkfrequenz-Sendergeräten.

Türsensoren in feuchten Umgebungen

Smart-Home-Systeme auf Basis des IoT umfassen eine Vielzahl von Anwendungen für den digital interessierten Verbraucher. Die IoT-Konnektivität hat Anwendungen wie die Lichtsteuerung (ein/aus/Dimmer), sprachgesteuerte Elemente, Sicherheit und Schlösser, Gartenbewässerung, Energie- und Wasserzähler, Heizung, Schalter und mehr ermöglicht. Electrolube wurde gebeten, eine Schutzlösung für einen Türsensor zu entwickeln, der von einem Hersteller von IoT-Smart-Home-Produkten hergestellt wird. Der Kundenauftrag sah vor, die Leiterplatte vor Feuchtigkeit zu schützen, was jedoch die Stromleckage aktiv erhöhte und die Batterielebensdauer verkürzte. Der Türsensor wurde in Küstennähe eingesetzt, daher war die Umgebung sehr feucht. Ursprünglich hatte der Kunde eine Beschichtung auf Acrylbasis ausprobiert, aber diese löste das Problem nicht, da sich die Batterie in der Regel innerhalb von 2-3 Monaten entlud.  Der Kunde bat um Unterstützung und nach umfangreichen Feldtests wurde der Silikonharzschutz DCA als die optimale Lösung für alle Anforderungen, einschließlich Anwendungsmethode und Kosten, ausgewählt.

Smart Cities mit intelligenten Parkplätzen

Smart Cities liegen im Trend und beinhalten die Hypothese eines optimierten Verkehrssystems, das einen möglichst reibungslosen Verkehrsfluss ermöglicht, insbesondere während der Stoßzeiten. Jedoch kann das Konzept einer intelligenten Stadt nicht auch automatisch auf eine andere angewendet werden, da die Probleme, mit denen eine Stadt konfrontiert ist, nicht unbedingt mit einer anderen identisch sind. Zu den zu berücksichtigenden Faktoren gehören die Luftqualität, die Entsorgung von Abfällen, die Regelung von Notfällen (z.B. die Notwendigkeit von Polizei-, Feuerwehr- oder Krankenwagenunterstützung), die Zunahme der städtischen Konzentration, das Umweltmanagement, die Lärmbelästigung und das menschliche Verhalten. Diese Parameter unterscheiden sich in Städten auf der ganzen Welt und beeinflussen daher jede Stadt auf unterschiedliche Weise. Planungsorganisationen können über IoT gesammelte Informationen nutzen, um Smart Cities zu analysieren und zu planen. Ampeln funktionieren nicht mehr nach voreingestellten Programmen. Stattdessen reagieren sie auf Echtzeit-Verkehrsbedingungen, indem sie die Stoppzeiten an bestimmten Kreuzungen vorübergehend verkürzen, um Staus zu beseitigen und sie dann nach Möglichkeit wieder verlängern. Besser zirkulierender Verkehr bedeutet weniger Emissionen – ganz zu schweigen von glücklicheren Fahrern.

Mithilfe von Sensortechnik wird es möglich, Autofahrer zu freien Parkplätzen zu leiten, freie Flächen auf Karten hervorzuheben und ihnen eine Wegbeschreibung zu geben. Dies wird dazu beitragen, die Umweltverschmutzung zu reduzieren, indem die manchmal endlose Suche nach einem freien Parkplatz beseitigt wird. In einem Kundenauftrag sollte Electrolube einen Schutz für gewölbte Sensoren entwickeln, die in einem Parkhaus mit intelligenten Parkplätzen zum Einsatz kommen. Die Sensoren mussten nicht nur überfahrenden Autos standhalten und resistent gegen Temperaturextreme und Wassereintritt sein, sondern auch eine effektive HF-Kommunikation ermöglichen, wobei das Signal durch den Sensor und das Harz wandern kann. Das Polyurethanharz UR5118 erfüllte alle Kriterien für diese Anwendung mit seiner Dielektrizitätskonstante zwischen 3-4 @50Hz, einer Viskosität von 2300@23°C und 860@60°C und niedriger Erwärmung (<35°C) wärend der Aushärtung.

Landwirtschaft

Die Weltbevölkerung wird bis zum Jahr 2050 schätzungsweise rund 10 Milliarden erreichen, was zu einem viel höheren Bedarf an Nahrungsmitteln führt. Mithilfe von Smart Greenhouse kann der dafür benötigte landwirtschaftliche Output maximiert werden. Braucht zum Beispiel ein Teil der Ertragsfläche zusätzliches Wasser oder Beleuchtung, kann ein Sensor diesen Bedarf erfassen, so dass der Landwirt den entsprechenden Schalter oder das entsprechende System über Fernbedienungen oder über Smartphone aktivieren kann. Electrolube wurde kürzlich gebeten, eine Lösung für ein Agrartechnologieunternehmen zu finden, das automatisierte Gemüseanbausysteme mit hydroponischen Methoden herstellt. Unter Hydroponik versteht man die Aufzucht und Kultivierung von Zier- und Nutzpflanzen in einem System, in dem die Wurzeln einer Pflanze in einer Nährlösung hängen, einem Gemisch aus Wasser und darin gelösten Nährstoffen.

Hydroponik benötigt weniger Platz, weniger Wasser und liefert pestizidfreie, höhere Erträge innerhalb einer kürzeren Erntezeit. Die universelle Allround-Polyurethan-Vergussmasse UR5604 wurde in dieser Anwendung zur Verkapselung eines TDS-Sensors (Total Dissolved Solids) innerhalb des automatisierten Hydrokultursystems sowie einer IoT-basierten Steuerung für die Wasser-/Nährstoffflusskontrolle eingesetzt.

Electrolube bietet viele Schutzlösungen für Sensoren, die im IoT eingesetzt werden. Die Einsatzgebiete erscheinen grenzenlos, aber wichtig ist dabei immer, die realen Einsatzgebiete für die unterschiedlichen Anwendungen zu kennen.