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Druckbare Elektronik auf Glas

Vorder- (oben) und Rückseite (unten) einer Schaltung auf Glas: Es lassen sich verschiedene Farbschichten auf das Glas aufbringen, die im Anschluss um den funktionalen Druck von Leiterbahnstrukturen und elektronischen Schaltungen ergänzt werden

Glas ersetzt Leiterplatte: Turck duotec bietet eine einfach einsetzbare, preiswerte und umweltfreundliche Technik druckbarer Elektronik auf Glas an. Diese ermöglicht es, Schaltungen per Siebdruck direkt auf Glassubstrate zu drucken und damit Leiterbahnen und komplette Schaltungen aufzubringen. In zahlreichen Anwendungsbereichen lässt sich so die herkömmliche Leiterplatte durch Glas ersetzen.

 

Dies eröffnet zahlreiche Anwendungsmöglichkeiten, wie etwa hinterleuchtete Schalter und Taster mit kapazitiver Touch-Funktion, Bedieneinheiten und Eingabepanels. Leucht-, Anzeige- sowie Bedienfunktionen sind dadurch in ein einziges Element integrierbar, das zusammen mit der Glasfläche eine stabile, platzsparende, leicht zu reinigende sowie optisch hochwertige Einheit bildet.

 

Praktische Glas-Touch-Anwendungen

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 sogenannter ›Verschwindeeffekt‹ umsetzen. Das bedeutet, 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 die kapazitiven Empfängerflächen erstellt, die wiederum die Schaltflächen darstellen. Für den Betrachter bleiben die Leiterbahnstrukturen unsichtbar, da sich diese 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

Die Schaltung auf der Glasscheibe der Bedieneinheit ist sowohl durch Batteriebetrieb als auch durch eine externe Stromversorgung möglich. Mittels ›Touch‹ können verschiedene Funktionen ausgeführt werden. Die Berührung der Schaltflächen führt zur Umsetzung in Schaltbefehle, die per Funk zum Empfänger übertragen werden.

 

Das von Turck duotec 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 ›Zarga 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 ›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.

 

Für eine erhöhte Sicherheit und Nutzbarkeit wird die Kommunikation über Funk zudem mit einer 128bit-AES-Verschlüsselung versehen. Des Weiteren können nur angemeldete Knoten in einem solchem Netzwerk kommunizieren.

 

Die Regeleinheit in der Leuchte erhält ihre Energie über eine Konstantspannungsquelle von 48 V 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.

 

Hersteller:
TURCK duotec GmbH
58553 Halver
Tel: +49 2353 1390-0
Fax +49 2353 1390-6519
www.turck-duotec.com