Elektronik direkt auf Glas zu drucken, bietet Chancen für viele Anwendungen. Etwa bei hinterleuchteten Schaltern und Tastern mit kapazitiver Touch-Funktion, Bedieneinheiten oder Eingabepanels lassen sich Leucht-, Anzeige- sowie Bedienfunktionen in ein einziges Element integrieren. Zusammen mit der Glasfläche entsteht eine stabile, platzsparende, leicht zu reinigende sowie optisch edle und hochwertige Einheit.
Die Dickschicht-Hybridtechnik ist günstig und umweltfreundlich
Die Turck duotec GmbH, ein Fertiger kundenspezifischer Elektronik, verfügt über die entsprechende Technologie und druckt Leiterbahnen sowie komplette Schaltungen direkt per Siebdruck auf Glas. Von solchen Elementen profitieren verschiedene Einsatzgebiete von der Licht- und Gebäudesteuerung über die Industrie- bis hin zur Medizintechnik.
Die innerhalb der Dickschicht-Hybridtechnik angesiedelte Technologie ist einfach einsetzbar, preiswert und umweltfreundlich. Es lassen sich verschiedene Farbschichten auf das Glas aufbringen, die nachher um den funktionalen Druck von Leiterbahnstrukturen und elektronischen Schaltungen ergänzt werden.
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 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.
Informationen zu Schaltzuständen können über leuchtende Flächen angezeigt werden. Die Techniker erreichen dies durch transluzente oder freigelassene Bereiche im Glasdruck. Auf die gleiche Weise realisieren die Drucker einen sogenannten Verschwindeeffekt. Das heisst, dass Konturen oder Bereiche bei einer Hinterleuchtung erscheinen und bei deren Inaktivität optisch nicht mehr sichtbar sind.
Touch-Befehle per Funk übertragen
Mit dem Aufdruck von Leiterbahnstrukturen auf die Farbschicht lässt sich die Funktionalität der Bedieneinheit erweitern. Durch das direkte Druckverfahren sind keine Leiterplatten oder andere Schaltungsträger mehr nötig.Aufgedruckte Leiterbahnstrukturen wie zum Beispiel kapazitive Empfängerflächen sind für den Betrachter unsichtbar, da sie auf der Rückseite hinter dem Farbdruck verlaufen. Durch einen an das Glas angepassten Lötprozess können die Bauteile direkt bestückt und verlötet werden. Sie bilden so mit dem Glas eine kompakte Einheit.
Eine Batterie oder wahlweise eine externe Stromversorgung versorgen die Schaltung auf der Glasscheibe der Bedieneinheit. Per Touch kann der Benutzer nun verschiedene Funktionen ausführen. Die Berührung der Schaltflächen führt zur Umsetzung in Schaltbefehle, die per Funk zu einem Empfänger übertragen werden.
Sichere Kommunikation im Mesh-Netzwerk
Das im vorliegenden Fallbeispiel 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 Zhaga LED-Module, welche 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, in diesem Fall die Leuchten, kommunizieren untereinander in einem sogenannten Mesh-Netzwerk. Dadurch lässt sich sowohl die Reichweite des gesamten Netzwerks vergrössern als auch der Ausfall eines Knotens kompensieren.
Nur angemeldete Knoten können in diesem Netz kommunizieren. Um die Sicherheit zu erhöhen und den Betrieb paralleler Netze nicht zu stören, ist die Kommunikation mit einer 128-Bit-AES-Verschlüsselung versehen.
Bei Überhitzung den Strom reduzieren
Die Regeleinheit in der Leuchte erhält ihre Energie über eine Konstantspannungsquelle von 48 VDC 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 wirksam schützt. Um den Kühlkörper für die LED in der Grösse zu verringern, liefert die Regeleinheit eine Betriebsspannung für einen Lüfter, der sich bei Bedarf automatisch einschaltet.
Infoservice
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