Ein Bedienkonzept im inneren eines Fahrzeugs, das neben dem Touchpad ohne physische Tasten auskommt.

Im Bereich von Multitouchsensoren ermöglichen es Folien mit gedruckter Elektronik, individuelle Layouts zu erstellen – ohne aufwendige Zusatzschritte. Bild: Messe München

| von Ralf Bretting

Steuergeräte, Sensoren, Kameras – in ihre aktuelle Modellpalette packen Hersteller viele elektronische Zusatzfunktionen, die große Datenmengen durch das Bordnetz jagen. Direkte Folge: Der Kabelbaum im Auto wird immer umfangreicher und erreicht aneinander gelegt inzwischen zwei Kilometer Gesamtlänge, mitunter mehr. Auch die Elektrifizierung von Autos führt logischerweise dazu, dass immer mehr Kabel verbaut werden. Die Komplexität wächst schnell und zwingt Hersteller dazu, über neue, zum Teil radikale Ansätze nachzudenken. Jaguar Land Rover (JLR) zum Beispiel arbeitet an der sogenannten Lightweight Electronics in Simplified Architecture, kurz: LESA. Mit ihr orientiert sich der britische Autobauer an flexiblen Wearables oder gebogenen TV-Bildschirmen. Erklärtes Ziel: In nichtmetallische Materialien sollen Kabel, Sensoren und weitere Steuerungselemente direkt eingegossen oder aufgedruckt werden.

An einer getesteten Bedieneinheit haben sich JLR zufolge Gewichtseinsparungen von bis zu 60 Prozent ergeben, zudem schrumpfte die Dicke eines Overhead-Bedienpanels von 50 auf lediglich 3,5 Millimeter. Das zeigt: Die 3D-basierte Technologie bietet großes Potenzial. Dank ihres einteiligen Designs führt sie über den Gewichtsvorteil hinaus auch zu flacheren und schöneren Bauteilen. Zum Beispiel lässt sich ein digitales Display ohne Bildschirm einfach auf eine natürliche Oberfläche wie ein Holzfurnier aufdrucken. Ein weiteres Szenario sieht Jaguar Land Rover in stromlinienförmigen und komplett tastenlosen Cockpitdesigns. Auch der Klebstoffspezialist Henkel hat gedruckte Elektronik für sich entdeckt und investiert in diese Technologie. „Durch gedruckte Elektronik können einzelne Komponenten immer kosteneffizienter und in größerer Stückzahl produziert werden – ihre Anwendungsfelder vervielfachen sich dadurch“, stellt Stijn Gillissen fest, der den Bereich Printed Electronics bei Henkel leitet. „Die Technologie bietet zahlreichen Industrien komplett neue Möglichkeiten und Wege.“ Der Mobilitätssektor gehört definitiv dazu.

Physische Tasten werden obsolet

In ihrer Flexibilität und Effizienz ist gedruckte Elektronik konventionellen elektronischen Komponenten überlegen und erschließt neue Einsatzfelder. Funktionale Tinten für den Druck nehmen bei der Herstellung eine Schlüsselrolle ein – sie verwandeln ein einfaches Substrat in eine leitfähige und funktionale Oberfläche. Dehnbare leitfähige Loctite-Tinten kommen zudem in Fahrzeugoberflächen zum Einsatz und ermöglichen die Integration von Bewegungssensoren, Heizelementen oder Ladevorrichtungen. Das Verfahren macht – siehe das Beispiel von JLR – physische Tasten auf dem Armaturenbrett obsolet. Ob Temperaturregelung oder Infotainment – alles wird über eine intelligente Oberfläche gesteuert. Allerdings: Geräte aus dem Printed-Electronics-Bereich erfordern ein komplexes Zusammenspiel verschiedener Komponenten und Technologien.

Henkel verfolgt hier einen partnerschaftlichen Ansatz, der verschiedene Teilnehmer der gesamten Wertschöpfungskette zusammenführt: Hersteller und Experten aller wichtigen Bereiche bringen ihr Wissen und ihre Lösungen ein. So ist etwa der britische Anbieter Bare Conductive ein Partner in der Entwicklung von Produktlösungen im Bereich der intelligenten Oberflächen. „Gemeinsam mit Partnern wie Henkel nutzen wir unsere materialwissenschaftlichen Kenntnisse, um intelligente Oberflächen für neue Anwendungen in den Bereichen Smart Home, Smart Office, Smart Citys oder Smart Cars zu entwickeln – eine digitale Transformation an unerwarteten Orten“, berichtet Matt Johnson, CEO und Mitbegründer von Bare Conductive.

Continental entwickelt neue HMI-Konzepte

Auch Zulieferer Continental will mithilfe gedruckter Elektronik gänzlich neue HMI-Konzepte realisieren und die Bedienung sicherer und komfortabler machen. Das Verfahren soll es möglich machen, Sensoren, LEDs und andere Elektronikbausteine in unterschiedliche Oberflächen und Materialien hauchdünn zu integrieren. Aber nicht nur im Armaturenbrett finden sich Einsatzmöglichkeiten: Sitzheizungen, die mit leitfähigen Tinten auf Folie gedruckt werden, lassen sich wesentlich leichter einbauen, wärmen gleichmäßiger und sparen Energie.

Mehr noch: Über die Zusammensetzung der Tinte lässt sich die maximale Temperatur definieren, gefährliche Überhitzungen sind ausgeschlossen. Solche intelligenten Heizfolien sollen verstärkt in E-Autos zum Einsatz kommen, da deren Motoren keine nennenswerte Abwärme für einen Wärmetauscher produzieren. Heizfolien in Seitenverblendungen und weiteren Flächen können dieses Problem lösen. Alles Ansätze, die im Frühjahr 2021 auf der Fachmesse Lopec einen Rahmen finden werden. Hinter der Veranstaltung im Internationalen Congress Center München am 24. und 25. März steht unter anderem die Organic and Printed Electronics Association OE-A.

Einfach leicht

Dass Konzept einer leichtgewichtigen Elektronik in vereinfachter Architektur (LESA) lässt sich Jaguar Land Rover zufolge gut in überschaubaren und hochautomatisierten Fertigungsprozessen umsetzen. Bei der Herstellung wird mithilfe von Computer-aided Design (CAD) ein Teil zunächst regelrecht „aufgefaltet“. Der elektronische Schaltkreis, der nach bisheriger Methode in einem konventionellen Steuergerät verkabelt wurde, wird auf die flache Oberfläche gedruckt und die Komponente montiert, ehe die CAD-Darstellung in das 3D-Original zurückgeht. Das Teil samt der auf der Oberfläche aufgedruckten Elektronik ist somit bereit für die Serienproduktion. Zu den Zielen der Materialforscher zählt es, Anwendern künftig ein noch stärker auf ihre Bedürfnisse zugeschnittenes Angebot zu machen. Konstrukteure und Designer sollen Instrumente an die Hand bekommen, mit denen sie Gewichtseinsparungen und Packagevorteile realisieren sowie neue Gestaltungsmöglichkeiten umsetzen können.

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