HMI-Systeme entwickeln Das Optical Bonding für eine robuste und langlebige Displayintegration

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Dank des Optical Bondings werden HMI-Systeme robuster, langlebiger und lassen sich besser ablesen. Je nach Kundenanforderung kommen unterschiedliche Klebetechniken zum Einsatz. Das ist für anspruchsvolle Anwendungen wie der Medizin oder Industrie unverzichtbar.

HMI-Systeme geben Maschinen ihr Gesicht und sorgen so für übersichtliche und vereinfachte Abläufe. Heute sind sie aus unserer modernen Arbeitswelt nicht mehr wegzudenken, und immer mehr Branchen setzen auf diese Mensch-Maschine-Schnittstellen. Um ihr volles Potenzial auszuschöpfen, kommt dem Optical-Bonding-Verfahren eine entscheidende Bedeutung zu. Denn durch diese Klebetechnik steigt die Funktionalität von HMI-Systemen deutlich. Doch welche Aspekte machen Optical Bonding so wichtig? Und welche Vorteile bringt die Methode konkret mit sich?

Ob der Bordcomputer im Mähdrescher, die Steuerung komplexer Industrieanlagen oder medizinische Geräte wie Computertomographen finden sich HMI-Systeme. Als intuitive Mensch-Maschine-Schnittstellen sind sie in der modernen Arbeitswelt unverzichtbar geworden. Der Trend zeigt klar, dass immer mehr Einsatzbereiche auf nutzerfreundliche, an Tablets erinnernde Touchdisplays setzen. Doch mit der Vielzahl der Einsatzorte wachsen auch die Anforderungen an die Systeme. In Umgebungen mit anspruchsvollen äußeren Bedingungen wie bei extremen Witterungsverhältnissen oder strenge Hygienevorschriften müssen HMI-Systeme zuverlässig funktionieren. Genau hier setzt Optical Bonding an: Das Verfahren bezeichnet eine spezielle Klebetechnik, die Displays luftdicht mit Touch-Sensoren und Covergläsern verbindet und so zu einer robusten, funktionellen Einheit verschmilzt. Das Ergebnis: verbesserte Ablesbarkeit, höhere Stabilität und optimierter Schutz vor äußeren Einflüssen.

Optisches Bonden schützt vor äußeren Einflüssen und erhöht die Lebensdauer

Ob HMI-Systeme im Gebäude wie Industriehallen oder im Außeneinsatz installiert sind: Unterschiedliche Temperaturen, Feuchtigkeit, Staub und Sonneneinstrahlung stellen hohe Anforderungen an ihre Zuverlässigkeit und Lebensdauer. Temperaturunterschiede zwischen Tag und Nacht verursachen häufig Kondensation im Luftspalt zwischen Display und Frontglas mit Touchsensor. Diese Kondensationsfeuchtigkeit beeinträchtigt nicht nur die Sichtbarkeit, sondern verringert dauerhaft die Lebensdauer der sensiblen Elektronik.

Beim Optical Bonding wird der Luftspalt mit speziellem Klebstoffmaterial gefüllt, wodurch die Innentemperatur im Display konstant bleibt und keine Feuchtigkeit entstehen kann. Zudem verhindert das ausgefüllte Bonding-Material effektiv das Eindringen von Staub und Schmutz. Gerade bei Außeneinsätzen, etwa in der Landwirtschaft, ist dies ein entscheidender Vorteil. Ein weiteres Problem im Freien ist die permanente Sonneneinstrahlung, die zu starker Erhitzung und im schlimmsten Fall zur Funktionsunfähigkeit von Displays führen kann. Das Optical-Bonding-Verfahren löst auch dieses Problem. Dazu wird ein speziell für UV-Belastungen qualifiziertes Bonding-Material verwendet, welches die Wärme der Displayoberfläche und die Wärmeentwicklung der LED-Hinterleuchtung effektiv zum Deckglas ableitet. So werden Überhitzungen vermieden und die Lebensdauer der LEDs signifikant erhöht.

Auch hinsichtlich der Ablesbarkeit punktet das Verfahren: Speziell in Einsatzbereichen wie der Medizintechnik entstehen häufig herausfordernde Lichtverhältnisse. Ein mit Bonding-Material befülltes Touchdisplay reduziert die Lichtbrechungen deutlich, da das verwendete Material ähnliche optische Eigenschaften (Brechungsindex) wie Glas aufweist. Daraus resultiert verbessertes Kontrastverhalten, eine blendfreie Anzeige und eine energieeffiziente Nutzung bei reduzierter Displayhelligkeit. Darüber hinaus gewährleistet Optical Bonding eine erhöhte Robustheit der Touchpanels und Displays: Durch die Verklebung entsteht eine mechanisch verstärkte Einheit, die Schlägen, Vibrationen und Krafteinwirkungen deutlich besser standhält. Bei Glasbruch dient dieses Verfahren als zusätzlicher Splitterschutz. Weitere Pluspunkte ergeben sich daraus besonders bei mobilen Systemen im Fahrzeugbau sowie bei Anwendungen im medizintechnischen Bereich.

Das passende Verfahren für unterschiedliche Anforderungen

Je nach Kundenanforderungen und Anwendungsbereichen kommen beim Optical Bonding unterschiedliche Klebetechniken zum Einsatz. Entscheidend für das jeweils gewählte Verfahren sind dabei Faktoren wie Komponentenwahl, Integrationsgrad des Systems sowie spezifische Applikationsanforderungen. Thorsten Penassa, Leiter Systemintegration bei der BOPLA Gehäuse Systeme GmbH, kennt die Anforderungen genau: „Bei der Wahl des Bonding-Verfahrens spielen gewünschte Displayformate, Bauformen, Stückzahlen und Budgetvorgaben der Kunden eine entscheidende Rolle.“ BOPLA bietet Kunden umfassende Lösungen im Bereich der Touch- und Displayintegration von HMI-Systemen und verfügt daher über ein breites Know-how in Optical Bonding-Verfahren.

Ein verbreitetes Optical-Bonding-Verfahren ist das Dry Bonding (Trockenbonding) oder auch als Laminieren bekannt. Es nutzt ein hochtransparentes Klebematerial, welches genau auf die Maße der sichtbaren Displayoberfläche zugeschnitten wird. Dieses Bonding-Material füllt dann den Luftspalt zwischen Coverglas und der Rückseite des flexiblen oder semiflexiblen Touchsensors homogen aus. Die Verbindung entsteht durch Pressen unter Druck und Hitze. Höchste optische Reinheit ist hier wichtig, da weder Staubpartikel noch Luftblasen zwischen den Komponenten entstehen dürfen. „Am Ende lässt sich dieses Verfahren mit einem sehr transparenten, doppelseitigen Klebeband vergleichen“, beschreibt Penassa das Prinzip. Dry Bonding überzeugt durch Zeit- und Kosteneffizienz und eignet sich hervorragend bei hohen Stückzahlen und kurzer Produktionszeit. Allerdings sind die Möglichkeiten zur individuellen Bedruckung der Covergläser eingeschränkt.

Ein weiteres Verfahren ist das Wet Bonding (Flüssigverklebung). Im Gegensatz zum Dry Bonding wird ein flüssiger Klebstoff verwendet, der sich zwischen starrem Touchsensor und Coverglas verteilt. Anschließend erfolgt die Aushärtung des Materials mittels UV-Licht, auch hier unter strengen optischen Anforderungen (Bild 1). Das Verfahren gilt als sehr flexibel und schonend für die verwendeten Komponenten, weshalb es besonders häufig eingesetzt wird. Allerdings stößt es bei rahmenlosen Designs oder sogenannten Zero-Bezel-Displays an technische Grenzen.

Applikations- und umgebungsbedingte Herausforderungen

Die Art der Anwendung und die Einsatzumgebung bestimmen die Wahl von Optical Bonding entscheidend. Denn die Anforderungen an die mechanische und elektronische Integration des HMI-Systems und seines Gehäuses unterscheiden sich deutlich nach Branche und Einsatzort. Während beispielsweise industrielle Anwendungen Robustheit gegenüber mechanischen Belastungen voraussetzen, müssen Systeme im Bereich der Medizintechnik zugleich strenge hygienische Standards erfüllen. Ob resistive oder kapazitive Touchscreens, Displays oder Tastaturen bilden die unterschiedlichen Anforderungen der Kunden und Branchen die Basis für die Auswahl geeigneter Bonding-Techniken.

Displayintegration dank Optisches Bonden als Schwerpunkt

Mit der Entwicklung der Optical-Bonding-Technologie begann für Bopla eine bedeutende Veränderung: Als Thorsten Penassa vor etwa zwölf Jahren dort anfing, war die Displayintegration bei dem Gehäusespezialisten lediglich ein kleiner Nebenaspekt. Seit zehn Jahren bietet das Unternehmen Wet Bonding für seine Kunden an. Seither nimmt das Thema Displayintegration bei Bopla stetig Fahrt auf und zählt zu den zentralen Unternehmensschwerpunkten. Heute wird die Touch- und Displayintegration in zahlreichen Varianten angeboten, exakt abgestimmt auf individuelle Kundenanforderungen. Zum Portfolio gehören sowohl Entwicklungen mit resistiven Touchscreens unter durchgehender Frontfolie als auch kapazitive Touchscreens unter durchgehenden Covergläsern. Solche nahtlosen Ausführungen verhindern Schmutzkanten und erfüllen daher strengste Hygienevorgaben. Diese werden unter anderem in der Medizintechnik oder Lebensmittelindustrie gefordert. Zusätzlich ermöglicht das Unternehmen auch Hybridlösungen, bei denen Touchscreens mit klassischen Folientastaturen kombiniert werden.

Speziell entwickelte Vergusstechnik für eine maximale Stabilität

Eine Besonderheit bei der Touch- und Displayintegration ist die eigens entwickelte Vergusstechnik. Dabei wird das Display und damit die gesamte HMI-Einheit mittels einer zusätzlichen Ebene und spezieller Vergussmasse rückseitig fixiert. Das Gewicht von Display und Elektronik ist damit nicht allein vom Coverglas abhängig, wodurch die Stabilität der kompletten Einheit deutlich erhöht wird. „Dank dieser Methode verleihen wir jedem System zusätzliche Robustheit. Deshalb empfehlen wir dieses Verfahren jedem Kunden bei der Displayintegration“, erläutert Penassa. Ein weiterer Vorteil der rückseitigen Vergusstechnik ist, dass die HMI-Einheiten spannungsfrei befestigt werden und hohe Stabilität gegenüber starken Temperaturschwankungen gewährleisten. (heh)

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