TURCK duotec präsentiert druckbare Elektronik auf Glas

Die TURCK duotec GmbH, Spezialist in der Entwicklung und Fertigung kundenspezifischer Elektronik, präsentiert die Erweiterung ihres breit aufgestellten Leistungsportfolios. Die neu im Bereich der Dickschicht-Hybridtechnik eingesetzte Technologie ermöglicht es, Schaltungen per Siebdruck direkt auf Glassubstrat zu drucken und damit Leiterbahnen und komplette Schaltungen dort aufzubringen.

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Elektronische Schaltungen auf Glas und Glas-Touch-Bedieneinheiten für verschiedenste Anwendungen [Bild: TURCK duotec GmbH]

Rückseite des Moduls [Bild: TURCK duotec GmbH]

TURCK duotec präsentiert druckbare Elektronik auf Glas [Bild: TURCK duotec GmbH]

In zahlreichen Anwendungsbereichen lässt sich damit die herkömmliche Leiterplatte durch Glas ersetzen. Von diesen Glasbedienelementen profitieren Einsatzgebiete von der Licht- und Gebäudesteuerung über die Industrie bis hin zur Medizintechnik.

TURCK duotec bietet jetzt die einfach einsetzbare, preiswerte und umweltfreundliche Technik druckbarer Elektronik auf Glas als einer von wenigen E²MS-Experten an. Es lassen sich verschiedene Farbschichten auf das Glas aufbringen, die nachher um den funktionalen Druck von Leiterbahnstrukturen und elektronischen Schaltungen ergänzt werden.

Dies eröffnet zahlreiche Anwendungsmöglichkeiten, 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.

Beispielhafte Entwicklung einer praktischen Glas-Touch-Anwendung
Um die Funktionen und Möglichkeiten des Drucks auf Glas darzustellen, entwickelte TURCK duotec als praktische Anwendung eine kapazitiv arbeitende Bedieneinheit, die per Funk mit einer Empfangseinheit zur Steuerung und Regelung eines LED-Moduls kommuniziert.

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.

Sollen Informationen zu Schaltzuständen über leuchtende Flächen angezeigt werden, können diese durch transluzente oder freigelassene Bereiche im Glasdruck realisiert werden. Mit dieser Technik lässt sich ebenfalls ein sog. Verschwindeeffekt umsetzen. D.h. dass Konturen oder Bereiche bei einer Hinterleuchtung erscheinen und bei deren Inaktivität optisch 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.

Mit den auf diese Weise gedruckten Leiterbahnstrukturen werden dann unter anderem die kapazitiven Empfängerflächen erstellt, die die Schaltflächen darstellen. Für den Betrachter bleiben die Leiterbahnstrukturen unsichtbar, da sich diese ebenfalls auf der Rückseite hinter dem Farbdruck befinden. Durch einen an das Glas angepassten Lötprozess können die Bauteile direkt bestückt und verlötet werden. Sie bilden so mit dem Glas eine kompakte Einheit.

Funktionalität und Sicherheit
Eine Batterie oder wahlweise eine externe Stromversorgung versorgen die Schaltung auf der Glasscheibe der Bedieneinheit. Per Touch können nun verschiedene Funktionen ausgeführt werden. Die Berührung der Schaltflächen führt zur Umsetzung in Schaltbefehle, die per Funk zu einem Empfänger übertragen werden.

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 z.B. Zhaga LED-Module, die die Schalt- und Dimmbefehle der Sendeeinheit umsetzen.

Aufgrund der Kombination aus Funkprotokoll und Anbindung an das Internet lassen sich die Funkknoten sowohl über das Funkmodul auf der Glasscheibe als auch per LAN/WAN steuern. Die einzelnen Knoten des Funknetzwerks befinden sich in einem sogenannten Mesh-Netzwerk, mit dem die einzelnen Knoten, 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 wird die Kommunikation über Funk zudem mit einer 128bit-AES-Verschlüsselung versehen. Desweiteren können nur angemeldete Knoten in solch einem Netzwerk kommunizieren.

Die Regeleinheit in der Leuchte erhält ihre Energie über eine Konstantspannungsquelle von 48V DC 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 reduziert und so das Leuchtmittel schützt.

Um den Kühlkörper für die LED in der Größe zu verringern, liefert die Regeleinheit  eine Betriebsspannung für einen Lüfter, der bei Bedarf automatisch eingeschaltet wird.