Faszination Technik Echtholz wird zum digitalen Bedienfeld

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In unserer Rubrik „Faszination Technik“ stellen wir Konstrukteuren jede Woche beeindruckende Projekte aus Forschung und Entwicklung vor. Heute: Ein Touch-Bedienfeld aus Echtholz.

Holz im Auto ist bislang vor allem ein Gestaltungselement. Künftig könnte eine Echtholzoberfläche jedoch nicht nur gut aussehen, sondern auch Berührungen erkennen, Licht anzeigen und haptische Rückmeldungen geben. Das Forschungsprojekt „Woodtouch“ untersucht, wie sich natürliche Materialien mit gedruckter Elektronik und biobasierten Kunststoffen verbinden lassen. Ziel ist eine Bedienoberfläche für Fahrzeuginnenräume, die funktional, intuitiv und ressourcenschonender als bisherige Lösungen ist.

Das Verbundprojekt startete mit einem Kickoff an der Hochschule Hof. Beteiligt sind das Institut für Kreislaufwirtschaft der Bio:Polymere der Hochschule Hof, die Hochschule für nachhaltige Entwicklung Eberswalde und mehrere Unternehmen aus den Bereichen Automobilzulieferung, Holzverarbeitung, Siebdruck, Kunststofftechnik und Werkzeugbau.

Bedienfeld unter Echtholz

Im Mittelpunkt steht ein multifunktionales Interieurmodul für Fahrzeuge. Die Oberfläche soll aus einem dünnen, lichtdurchlässigen Echtholzfurnier bestehen. Die Bedienelemente sind im Normalzustand kaum oder gar nicht sichtbar. Erst wenn sie benötigt werden, können sie durch eine Beleuchtung von hinten hervorgehoben werden.

Die Berührungen erkennt ein kapazitives Sensorsystem. Dieses Prinzip ist auch von Smartphones bekannt: Der Sensor registriert, wenn sich durch die Berührung eines Fingers das elektrische Feld an der Oberfläche verändert. Bei Woodtouch soll die entsprechende Elektronik jedoch nicht sichtbar auf dem Holz sitzen, sondern in das Materialsystem integriert werden.

Elektronik aus leitfähiger Tinte

Dafür drucken die Forschenden Leiterbahnen und Sensorelemente mit leitfähigen Tinten direkt auf einen geeigneten Träger. Diese gedruckte Sensorik ermöglicht es, elektronische Funktionen platzsparend in das Bauteil zu integrieren. Klassische elektronische Komponenten und zusätzliche Leitungen können dadurch teilweise entfallen.

Eine besondere Herausforderung besteht darin, die technischen Anforderungen mit den Eigenschaften des Holzes zu verbinden. Das Material ist nicht vollkommen gleichmäßig, kann Feuchtigkeit aufnehmen und muss für die Verarbeitung in einem Fahrzeug ausreichend stabil sein. Auch die optische Qualität der Oberfläche und die zuverlässige Funktion der Sensorik müssen zusammenpassen.

Holz und Biopolymere statt Kunststoff

Woodtouch knüpft an sogenannte MID-Technologien an. Die Abkürzung steht für Molded Interconnected Devices. Gemeint sind Kunststoffbauteile, in die elektronische Leiterbahnen und weitere Funktionen direkt integriert werden. Bislang kommen dafür häufig erdölbasierte Kunststoffe wie Polycarbonat oder Polybutylenterephthalat zum Einsatz.

Im neuen Projekt soll diese Technologie mit Echtholz, Biopolymeren und leitfähigen Pasten weiterentwickelt werden. Biopolymere sind Kunststoffe, die zumindest teilweise aus nachwachsenden Rohstoffen hergestellt werden. Die Materialkombination soll den Einsatz fossiler Rohstoffe verringern und zugleich eine spätere Wiederverwertung erleichtern.

Unser Projekt greift gleich mehrere Herausforderungen der Automobilbranche auf: den schonenden Umgang mit Ressourcen, eine bessere Recyclingfähigkeit, die Integration zusätzlicher Funktionen sowie hochwertige Gestaltung.

Annette Wimmer-Schuster, Projektleiterin

Vom Material zum Demonstrator

Zu Beginn des Projekts entwickeln die Partner ein Anforderungsprofil für eine Türinnenverkleidung mit hinterleuchteten Bedienelementen. Dabei müssen sie technische, ergonomische, gestalterische und fahrzeugspezifische Anforderungen berücksichtigen. Auf dieser Grundlage soll ein Demonstrator entstehen, an dem sich die verschiedenen Funktionen erproben lassen.

Die Hochschule Hof entwickelt unter anderem Leiterbahnlayouts für die gedruckten Bedienelemente und untersucht die mechanischen und elektrischen Eigenschaften der neuen Materialkombinationen. Die Hochschule für nachhaltige Entwicklung Eberswalde erforscht verformbare und lichtdurchlässige Holzwerkstoffe.

Die Freudenberg Industrie Siebdruck GmbH arbeitet an geeigneten Druckverfahren und leitfähigen Tinten. Die Fritz Kohl GmbH & Co. KG bringt ihre Erfahrung mit Furnieren und Echtholzoberflächen ein. Die Komos GmbH konzentriert sich auf Werkzeug- und Spritzgießtechnologien. Die Motherson DRSC Deutschland GmbH ergänzt das Projekt um Anforderungen aus der industriellen Fahrzeugentwicklung und einer möglichen späteren Serienfertigung.

Mehr als ein Touchscreen

Woodtouch beschränkt sich nicht auf die Erkennung von Berührungen. Die Projektpartner untersuchen auch haptische Rückmeldungen. Dabei verändert die Oberfläche ihre Reaktion so, dass eine Bedienung nicht nur sichtbar, sondern auch fühlbar wird.

Darüber hinaus geht es um sogenannte morphende Oberflächen. Ihre Form kann sich gezielt verändern, beispielsweise um Bedienelemente hervorzuheben oder eine Rückmeldung zu geben. Auch steuerbare Wärme- und Kälteeffekte sind Teil des Konzepts.

So entsteht ein multisensorisches Bedienfeld, das mehrere Wahrnehmungen miteinander verbindet. Licht kann anzeigen, wo eine Funktion verfügbar ist. Eine Veränderung der Oberfläche kann die Bedienung bestätigen. Wärme oder Kälte können zusätzliche Informationen vermitteln. Die Bedienoberfläche soll dadurch intuitiver werden, ohne dass sämtliche Funktionen dauerhaft sichtbar sein müssen.