Aufbau robuster HMIs für robuste und raue Anwendungen
Schwerlastindustrien und -ausrüstung konzentrieren sich zunehmend auf intelligente, vernetzte Technologien, um die Vorteile des Internets der Dinge (IoT) und der künstlichen Intelligenz (KI) voll auszuschöpfen. Durch die Integration intelligenter Technologien sind Mensch-Maschine-Schnittstellen (HMIs) zu wesentlichen Bestandteilen in unzähligen Produkten und Anwendungen geworden, dank ihrer Fähigkeit, Kontrolle zu bieten und physische und digitale Daten in einem benutzerfreundlichen Display zusammenzuführen.
Ingenieure stehen bei der Entwicklung und Herstellung von HMIs, die für raue Standorte bestimmt sind, vor verschiedenen Materialherausforderungen. Dies ist am bemerkenswertesten für Filme, Schäume, Bänder und Klebstoffe, die genauso wichtig sind wie die Prozessoren und Software, die jedem HMI zugrunde liegen. Boyd steht an der Spitze der Lösungen, die robuste HMIs bieten, dank seines Know-hows und seiner Fähigkeit, widerstandsfähige Materialien in nahezu endlose Formen, Größen und Formfaktoren umzuwandeln.
Ein Blick auf HMIs in rauen Umgebungen
HMIs können zwischen Herstellern, Anwendungen und Anwendermärkten sehr unterschiedlich sein. Die Eingänge reichen von kapazitiven oder resistiven digitalen Tasten bis hin zu physischen Tasten und Sprachsteuerung. Displays können hochauflösendes, hochauflösendes TFT-LCD oder Hochleistungs-OLED sein. Die Anwendungen unterscheiden sich von Automobilen der nächsten Generation für Infotainment, in einem High-Tech-Traktor zur Überwachung der GPS-Position oder in einem Baufahrzeug zur Überwachung von Instrumenten.
Ob Feldhäcksler, Kran, Kompaktlader, Bagger oder jede Art von land- oder forstwirtschaftlichen Geräten, HMIs in diesen Anwendungen haben sowohl wiederkehrende als auch anwendungsspezifische Designherausforderungen.
HMIs müssen über eine hohe Helligkeit, einen hohen Kontrast und eine Blendungs- oder Reflexionssteuerung verfügen, um die Lesbarkeit in jeder Umgebung und zu jeder Tageszeit zu gewährleisten. Extreme Temperaturen führen dazu, dass sich Materialien im Laufe der Zeit ausdehnen, zusammenziehen, austrocknen, anschwellen oder ausgasen. All dies wirkt sich auf die Langlebigkeit von HMI aus. Fügen Sie der Mischung Verunreinigungen wie Schmutz, Staub und Wasser hinzu, und es ist klar, dass es zahlreiche Herausforderungen bei der Witterungsbeständigkeit für HMI-Klebstoffe und Dichtungsmaterialien gibt.
Die verschiedenen elektronischen und elektrischen Komponenten innerhalb des HMI haben zwei einzigartige betriebliche Herausforderungen. Erstens müssen sie den Straßenbedingungen und Vibrationen im täglichen Betrieb standhalten. Diese Umweltfaktoren sind bei schweren Maschinen erheblich. Sie müssen auch Wärme von der internen Elektronik und dem Anzeigemodul abführen, was die Leistung beeinträchtigen kann. Um die Ästhetik und Benutzererfahrung zu bieten, die Verbraucher von Telefon- und Tablet-Displays erwarten, muss das HMI auch dünn, leicht und immersiv sein, was ungewöhnliche Größen und konturierte Bildschirme bedeutet, die in Dashboards, Spiegel oder Bedienfelder passen.
Es gibt auch das Problem der elektromagnetischen Interferenz (EMI), der Hochfrequenzstörung (RFI) und der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV). Neue und mehr Elektronik, die in der Schwerindustrie vernetzt ist, erhöht die Wahrscheinlichkeit von Signalstörungen oder elektronischem Übersprechen. Sicherzustellen, dass die richtigen Daten empfangen und verarbeitet werden, ist der Schlüssel zur anstehenden Aufgabe.
Hier spielen Schaumstoffe, Bänder und andere Materialien mit Hochleistungsverdichtung und elektrischen Eigenschaften eine wichtige Rolle. Diese Materialien können sicherstellen, dass thermische und elektrische Kontakte konstant verbunden bleiben, mögliche Schäden durch Überhitzung verhindert werden und HMIs vor Kurzschlüssen, Eindringen von Verunreinigungen oder mechanischem Versagen durch Vibrationen geschützt sind.
Materiallösungen für die Robustheit
Bonding wird für moderne HMIs immer komplexer. HMI-Baugruppen bestehen aus einer Vielzahl von Schichten, die miteinander verbunden sind. Diese Bindungen sind entscheidend für die Anzeige von Nutzen und Funktionalität. Verschiedene Oberflächen interagieren mit Klebstoffen aufgrund ihrer Eigenschaften und Oberflächenenergie.
Display-Layer-Bindungen müssen eine angemessene Schälhaftung, Scherfestigkeit und Schlagfestigkeit aufweisen. Die Schlagfestigkeit verhindert, dass die Verbindung aufgrund von Vibrationen oder Stößen versagt. Um sicherzustellen, dass Display-Bindungen eine langfristige Leistung mit minimalen Ausfällen bieten, ist ein Verständnis der Oberflächenenergiekompatibilität, des Temperaturbereichs, der Anpassungsfähigkeit, der Klebkraft und mehr erforderlich.
Obwohl zu den primären technischen Herausforderungen extreme Temperaturschwankungen und raue Vibrationen gehören, ist die Qualität der Bindung wichtig. Um eine attraktive "rahmenlose" Ästhetik zu schaffen, müssen Bondlinien präzise und schmal sein.
Ältere Modelle mit Standard-Display-Panels folgten geraden Designlinien, die relativ einfach zu verkleben waren. HMIs der nächsten Generation in rauen Umgebungen verfügen über mehrere Displays, ungewöhnliche Formen oder ein großes, gekrümmtes Display.
Schwingungs- und Schockdämpfer, Dichtungen und Dichtungen sind inhärente Komponenten des HMI-Gehäusedesigns. Dünne und leichte Schäume absorbieren Vibrationen und Stöße sehr effektiv und sind gleichzeitig flexibel genug, um in vordefinierte Gehäuseabmessungen zu passen und Temperaturwechselschwellungen und -kontraktionen zu berücksichtigen. Eine Vielzahl von offen- oder geschlossenzelligen Schäumen kann unter anderem einen niedrigen Druckverformungsverformungsvermögen, eine hohe Haltbarkeit, Abdichtung, Ölbeständigkeit, Staubdichtung und mechanische Ausfallsicherheit bei weiten Betriebstemperaturen aufweisen. Schutzbeschichtungen bieten zusätzlichen Schutz für High-Touch-Oberflächen mit eingebauter Kratz-, Abrieb- und Chemikalienbeständigkeit. 3M™ VHB-Bänder™ ermöglichen eine schlagfeste Verbindung durch einen viskoelastischen Schaumkern und eine adhäsive Haut mit guten energieabsorbierenden Fähigkeiten für starke Haltekraft und Fallstoßleistung in einer IPx8-Dichtung, um das Eindringen von Wasser zu verhindern.
Thermomanagement in HMIs
Das Wärmemanagement ist ein kritischer Aspekt, um die HMI-Haltbarkeit zu verbessern. Moderne Displays zeichnen sich durch zunehmende Leistungsdichten in dünneren Gehäusen aus - all dies erhöht die thermische Dichte. Herkömmliche luftgekühlte Kühlkörpertechnologien sind aufgrund von Low-Profile-Designkonfigurationen und thermischer Belastung nicht mehr realisierbar.
Die Fähigkeit, Wärmeenergie über eine größere Oberfläche zu leiten und zu verteilen, um Wärme abzuleiten, ist besonders kritisch in rauen Schwerlastanwendungen, die oft bereits in warmen Klimazonen vorkommen. Übermäßiger Wärmestau führt zu einer Überhitzung eines Displays, was möglicherweise zu einer langsamen Reaktionszeit, Fehlfunktion oder einem vollständigen Herunterfahren führt. Die kontinuierliche Hitzeeinwirkung erhöht auch den Verschleiß und verkürzt die Lebensdauer des Displays.
Der Einsatz spezieller Wärmeverteiler und Wärmeleitmaterialien (TIM) ist eine zuverlässige Möglichkeit, Wärme von einem HMI zu übertragen. Am häufigsten wird die Wärme von kritischen Komponenten an das Displaygehäuse abgeführt, wo die Wärme auf die Umgebungsumgebung übertragen wird. Um beispielsweise Wärme von Sensoren oder Embedded-Prozessoren abzuführen, können bestimmte wärmeleitfähige Klebstoffe, Graphitfilme, Dampfkammern oder TIMs hochwirksame Lösungen sein. Silikon- und Acryl-Thermospaltpads und -bänder sind mit wärmeleitfähigen Füllstoffen beladen, was sie zu nützlichen Lösungen für das Wärmemanagement macht. Die Lieferung an HMI-Integratoren in vorgeschnittener Form spart kritische Fertigungszeit und Aufwand.
Adressierung von EMI für HMIs
Eingebettete Rechenmodule, Sensoren und die Vielzahl elektronischer Steuerungen in intelligenten und autonomen Technologien verursachen elektrisches und Signalrauschen, das empfindliche Elektronik stören kann, wenn es nicht ordnungsgemäß verwaltet wird. Signalübersprechen kann zu fehlerhafter Anzeigeleistung, langsameren Reaktionszeiten, nicht empfangenen Remote-Anweisungen und langsameren Datenübertragungen führen. Nicht verwaltete EMI können verhindern, dass Bediener genaue Informationen erhalten, oder zu Leistungsschwäche oder Geräteausfallzeiten führen, die alle ernsthafte Risiken für große Bau-, Bergbau-, Industrie- und Landwirtschaftsunternehmen darstellen. EMI ist eine ernsthafte Herausforderung für das HMI-Design, wenn drahtlose Konnektivität und digitale Hochgeschwindigkeitsschnittstellen genutzt werden, um zwischen Subsystemen innerhalb des Fahrzeugs zu kommunizieren.
Die Einhaltung von EMV-Standards und die Sicherstellung, dass das Display über ein hohes Maß an Signalintegrität verfügt, erfordert nicht nur ein durchdachtes Design, sondern auch Materialien, die empfindliche Komponenten abschirmen und die Signalintegrität schützen. Das Blockieren und Absorbieren von EMI mit Erdungs- und Abschirmbändern, Schäumen, Polymeren und Geweben sind gängige Lösungen. Leitfähige Bänder bestehen aus einem leitfähigen Matrixträger, wie z. B. nickel/kupferbeschichteten leitfähigen Geweben, und sind mit einem leitfähigen Haftklebstoff hinterlegt. Diese Bänder stellen eine elektrische Verbindung zwischen Massesignalen auf der Leiterplatte und dem Anzeigefeld her, um einen Erdungsbereich zu erzeugen, der interne Komponenten vor EMI abschirmt und schützt. Elektrisch leitfähige Klebebänder (ECATTs) sind mit leitfähigen Partikeln gefüllt, um die EMI-Leistung zu maximieren.
EMI-Absorber wie AB5000HF, AB6000HF und AB7000HF hingegen verwenden eine Magnetfolie mit hoher Permeabilität, um hochfrequente Signale zu absorbieren. Diese funktionieren wie Ferritkerne, aber anstatt in Reihe / parallel zur Schaltung platziert zu werden, können EMI-Absorber in bestimmte Formen geschnitten und mit EMI-reflektierenden Abschirmlösungen wie leitfähigen Bändern montiert werden, um EMI-Rauschleckagen zu minimieren und gleichzeitig in Low-Profile-HMI-Designs zu passen. Die Kombination aus abschirmenden und absorbierenden EMI-Materialien leitet elektrisches Rauschen von kritischen Komponenten weg und absorbiert auch Nahfeld-EMI innerhalb des geschlossenen abgeschirmten Raums.
Bei EMI-Bändern müssen Installateure nach der Montage einen geeigneten Druck auf die Bondlinie ausüben, um eine optimale Haftung zu gewährleisten, bei der leitfähige Partikel zwischen den Substraten eingerastet werden, um eine elektrische Verbindung herzustellen. Ohne angemessenen Oberflächenkontakt und Leitfähigkeit können sich Haftung, Erdungswiderstand und Abschirmleistung schnell verschlechtern. Die umfassenden EMI- und RFI-Abschirmungslösungen von Boyd stellen sicher, dass Entwickler EMI-Herausforderungen auf kostengünstige und effiziente Weise lösen. Zum Beispiel kann Boyd EMI-Bänder mit anderen Materialien wie Dichtungen oder Dichtungen kombinieren, um eine Zwei-für-Eins-Lösung für Geräusche, Vibrationen und Rauheit mit EMI-Leistung zu schaffen, wodurch Montagezeit und Kosten eingespart werden.
Entwerfen für die Benutzererfahrung
Wenn das HMI in einer Vielzahl von Lichtszenarien nicht leicht zu sehen und zu lesen ist, wird es dem Benutzer nicht dienen. Um die Helligkeit, Klarheit und Sichtbarkeit des HMI-Displays zu verbessern, werden spezielle Folien und Klebstoffe eingesetzt, um Blendung und Reflexion zu minimieren, einen lebendigen und kontrastreichen Bildschirm zu schaffen und die allgemeine Lesbarkeit zu verbessern. Schalter mit Hintergrundbeleuchtung, Branding und Namensschilder sind ebenfalls der Schlüssel zur Bereitstellung einer reichhaltigen und sicheren Benutzerumgebung. Gedruckte kapazitive Schalter können auch in hintergrundbeleuchtete Technologien integriert werden, um eine hintergrundbeleuchtete Berührungserkennung für ein HMI bereitzustellen.
Optisch klare Klebstoffe (OCAs) maximieren die Lichtdurchlässigkeit, indem sie Luftlücken füllen und den Brechungsindex zwischen der Abdecklinse und dem Displaypanel optimieren, um die Lesbarkeit und den Kontrast zu verbessern. Fortschrittliche Lichtsteuerungsfolien begrenzen das Licht, das aus dem HMI und anderen potenziellen Lichtquellen austritt, um Reflexionen auf Oberflächen um das Display herum zu minimieren, wie z. B. die Windschutzscheibe oder die Seitenfenster. BEF- und DBEF-Filme können dazu beitragen, die in einem Gerät angezeigte Lichtmenge zu erhöhen, was zu einer besseren Lesbarkeit des Geräts führt.
Boyd nutzt Display-Enhancement-Folien, Anti-Shatter- und Verstärkungsmaterialien, Lichtsteuerungsführungen, OCAs und Displayschutzfolien, um HMI-Herstellern dabei zu helfen, die besten, hellsten und robustesten HMIs für raue Landwirtschafts- und Bauanwendungen zu bauen.
Badging und Branding
Kundenspezifische und anwendungsspezifische Materialien für HMIs sind ein wichtiger Wegbereiter für einen anderen Aspekt - Badging und Branding. Hersteller versuchen oft, ein bestimmtes Aussehen und taktiles Gefühl für die heutigen fortschrittlichen Technologien nachzuahmen. Darüber hinaus tragen Namensschilder im Innen- und Außenbereich, Logos, Metallverkleidungen und Akzente wesentlich dazu bei, eine dauerhafte Markenidentität zu schaffen, und zusammen schaffen sie einen unverwechselbaren Markenstil. Boyd bietet eine breite Palette von Materialien, Drucktechniken und kundenspezifischen dekorativen Oberflächen, die Marken dabei helfen, ein immersives HMI-Markenerlebnis vollständig zu integrieren, um ein individuelleres Erscheinungsbild zu erzielen.
Warum Boyd?
Boyd verfügt über mehr als zwei Jahrzehnte Erfahrung in der Präzisionsverarbeitung und hat HMI-Designern geholfen, kritische technische Herausforderungen mit fortschrittlichen Materialien zu lösen. Sie haben weltweit mehr als eine Milliarde Display-Komponenten ausgeliefert. Interne Experten und Betriebsabläufe können in Reinräumen der Klasse 100 fortschrittliche Materiallösungen für kontaminationsfreie, optisch reine Display- und HMI-Komponenten entwerfen und herstellen, die Geräteentwicklern helfen, ihre Marke und Benutzererfahrung zu differenzieren.
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