Bedien- und Anzeigesystem Gedruckte Elektronik: Modulares Touch-Display für die Waschmaschine

Redakteur: Hendrik Härter

Ein modulares Bedien- und Anzeigeelemente entwickeln Fraunhofer-Forscher zusammen mit Industrie-Partnern. Dabei geht es um um eine modulare Touch-Steuerung mit integrierter Anzeige für die Waschmaschine. Die Anwendungen sind vielfältig.

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Gedruckte Elektronik: Das modulare Touch-Display für die Waschmaschine.
Gedruckte Elektronik: Das modulare Touch-Display für die Waschmaschine.
(Bild: PAS Deutschland)

Moderne Bedien- und Anzeigeelemente müssen mehr können, als nur eine Information darstellen und Funktionen steuern. Das Smartphone hat es vorgemacht. Doch worauf kommt es bei einem modernen Bedien- und Anzeigesystem an? Im Forschungsvorhaben „CoMoDo“, aus dem Englischen Communication Module Inside Door haben Forscher Techniken und erforderliche Prozesse für moderne Bedien- und Anzeigesysteme am Beispiel von Waschmaschinen erforscht und entwickelt.

Die Aufgabe bestand darin, eine Bedieneinheit für eine Waschmaschine ohne Ritzen und Spalten zu entwickeln. Bei Waschmaschinen sind Touch-Buttons und die Anzeige oft getrennt oder es werden teure TFT-Displays verbaut. Für eine günstigere Toucheinheit haben sich die Fraunhofer-Entwickler als Vorreiter der für die Touch-Funktion notwendigen Conformable Electronics und die PAS Deutschland mit internationalen Kunden wie Bosch, Siemens und Miele zusammengetan. Ziel war es, modulare Komponenten für Bediensysteme noch individuellere Designelemente vorzuschlagen.

Leiterbahnendruck: Neues Material für Touch-Sensoren

PAS hat unter dem Motto „Touch what you see“ ein Bediensystem entwickelt, das LEDs nutzt und dennoch eine App-ähnliche Bedienung ermöglicht. In diesem Projekt sollen die Bediensysteme in noch kleinere Bauräume integriert werden. Außerdem sollen die hohen Anforderungen in Bezug auf die Beleuchtung, das Design und die Funktion bei der Bedienung der Anzeige gerecht werden. Am Beispiel der Waschmaschine mit den Touch-Bedienelementen ist der Schlüssel die Ladeluke in der Nähe des Griffs.

Designtechnisch ist das angebrachte Bedienelement schlank und von elektronischer Seite kompakt. Der Griff der Beladeluke ist nicht groß, aber ergonomisch verformt. Notwendig sind kostengünstige Materialien, um transparente Touch-Sensoren herzustellen und neue Anzeigen zu integrieren. Beispielsweise passive Komponenten wie Widerstände, Kapazitäten und integrierter Schaltungen sowie LEDs.

Das Waschmaschinen-Display wird durch das elektrisch leitfähige Polymermaterial PEDOT betrieben. Dank der Transparenz die Anzeigeelemente wird es sichtbar. Das PEDOT wird gedruckt und stellt die elektrische Verbindung zum Mikrocontroller her, welcher die Waschmaschine steuert. Das Besondere an dem Modul ist der Leiterbahnendruck: Es sind feinste Leiterbahnen möglich und das Bedienelement wird kompakter und ist an den ergonomischen Stellen wie dem Griff eingebracht.

Das ist Conformable Electronics

Starre und flexible Leiterplatten haben sich für elektronische Baugruppen etabliert. Für neue Produktkonzepte sind allerdings elektronische Systeme notwendig, die auf oder in dreidimensional geformte Freiformflächen appliziert oder integriert werden können: Sogenannte Conformal Electronics.
In solchen Produkten lassen sich Gewicht und Volumen des elektronische Systems reduzieren. Sie ermöglichen systemische Veränderungen, indem Strukturelemente und Oberflächen durch integrierte Sensoren und Aktuatoren elektronische funktional werden. Im Begriff „Conformable“ enthalten ist, dass es sich in erster Linie um formbare, also nicht von vornherein dreidimensional aufgebaute Elektronik handelt. Beim Aufbau von Conformable Electronics wird weitgehend auf etablierte zweidimensionale Prozesstechnologien zum Aufbau der Schaltungsträger (Leiterplatte) sowie zur Komponentenmontage zurückgegriffen.

Bedruckte Sensorfolie ist biegsam

Bei der Anzeige müssen die Ziffern und Symbole ausreichend hell, scharf und homogen beleuchtet sein. Gleichzeitig sind biegsame und modulare Touch-Folien erforderlich. Bisherige Materialsysteme sind nicht verformbar. Bei PEDOT als transparente Funktionsschicht waren die gedruckten Strukturen zu sehen. Andere Techniken sind wiederum deutlich teurer. Das Fraunhofer IZM und PAS fanden gemeinsam einen Weg, mit PEDOT bedruckte Sensorfolien homogen und transparent herzustellen. Somit lassen sich transparente Sensorfolien für Touch-Anwendungen zukünftig in kleineren Stückzahlen effizient herstellen.

Die Technik zur Integration der In-Mold Electronics in Kombination mit den Conformable Electronics steht im Fokus des Teilprojekts von Fraunhofer IZM und PAS. Das Thema kam erst in den letzten Jahren auf und befindet sich hinsichtlich der Materialien und Prozesse noch im Entwicklungsstadium. Mit der Technik soll es möglich sein, mechanische Strukturen und Oberflächen smart zu gestalten. Sie verfügen über Sensorik, Elektronik und Aktorik und interagieren mit ihrer Umgebung und dem Menschen. Damit sind die Anwendungsgebiete sehr breit. Bedienelemente von Geräten, Beleuchtung, Fahrzeugkabinen oder Medizinprodukte profitieren von den neuen eingebetteten Funktionen. Es wird Gewicht und Volumen eingespart, mechanische Bedienelemente werden vermieden und die Designfreiheit erhöht.

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