CN
Thermodynamik und Klima – Kondensation, Fogging und thermische Spannungen
Heavy-Duty HMIs sind extremen klimatischen Bedingungen ausgesetzt – von der feuchten Hitze in den Tropen bis zur eisigen Kälte in arktischen Regionen. Diese Bedingungen stellen eine enorme Herausforderung für die Zuverlässigkeit dar, insbesondere für Air-Gap-Displays.
Das größte Problem ist das „thermische Atmen“ des Luftspalts. Bei Erwärmung (z. B. durch Sonneneinstrahlung) dehnt sich die Luft im Spalt aus und entweicht durch die Dichtungen. Bei Abkühlung zieht sich die Luft zusammen, und es entsteht ein Unterdruck, der kühle, feuchte Umgebungsluft in den Spalt saugt. Wenn die Temperatur im Inneren des Displays unter den Taupunkt der eingeschlossenen Luft fällt, kondensiert die Feuchtigkeit an den kältesten Oberflächen – typischerweise an der Innenseite des Deckglases. Dieses Phänomen wird als Kondensation oder Fogging bezeichnet; in der Praxis spricht man häufig auch davon, dass das Display von innen beschlagen ist.
Die Folgen sind fatal:
- Der Bildschirm wird unlesbar.
- Die Feuchtigkeit kann zu Korrosion an und somit zu Ausfall von elektronischen Bauteilen führen.
- Der Zusammenhalt der einzelnen HMI-Komponenten ist nicht mehr gewährleistet, was bis zum Funktionsausfall führen kann.
Einmal eingedrungene Feuchtigkeit verbleibt oft dauerhaft im Luftspalt und verschlimmert das Problem bei jedem Temperaturwechsel. Das Eindringen von Feuchtigkeit in den Zwischenraum ist der häufigste Ausfallgrund für Air-Gap-Displays im Außeneinsatz.
Optical Bonding eliminiert dieses Problem an der Wurzel. Da es keinen Luftspalt gibt, gibt es auch kein Volumen, in dem Luft „atmen“ oder Feuchtigkeit kondensieren kann. Das HMI ist hermetisch versiegelt und weitgehend „immun“ gegen Beschlagen und Kondensation.
Ein weiteres thermodynamisches Problem ist der thermomechanische Stress, der durch unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten (Coefficient of Thermal Expansion, CTE) der verschiedenen Materialien entsteht. Glas, potenziell eingesetzte Klebstoffe and den Rändern, Display und Touchsensor dehnen sich bei Erwärmung unterschiedlich stark aus. In einem Air-Gap-Display sind die Schichten nur an den Rändern verbunden, was zu hohen lokalen Spannungen führen kann. In einem optisch gebondeten Display hingegen fungiert der elastische Klebstoff als Dämpfung, der jegliche Spannungen über die gesamte Fläche verteilt und absorbiert.
Entscheiden ist hierbei der eingesetzte Kleber: Ein hochwertiger Silikon-Klebstoff kann die unterschiedlichen Ausdehnungen der Materialien ausgleichen und verhindert so Delamination, Rissbildung oder Verformungen auch bei extremen Temperaturwechseln von -40 °C bis +85 °C. Das steigert die Widerstandsfähigkeit und Robustheit des Gesamtsystems deutlich.
Hinweis zu technischen Angaben in diesem Kapitel
Die in diesem Kapitel genannten technischen Werte, Prüfprofile und Leistungsangaben dienen der fachlichen Einordnung. Konkrete Ergebnisse hängen vom jeweiligen Displayaufbau, Materialsystem, Bondingprozess, Einsatzprofil und Qualifikationsumfang ab. Produktspezifische Werte werden projektbezogen anhand von Datenblättern, Messungen, Prüfberichten und Kundenspezifikationen validiert.