WIR! - GRAVOmer - SmartGlass-UKP - Opto-elektronische Sensorstrukturen durch geformte ultra-kurze Laserpulse für die dynamische Funktionalisierung zu intelligenten Glasoberflächen; Teilprojekt D: Entwicklung und Erprobung einer Fertigungstechnologie für die Herstellung und Verarbeitung von intelligenten Isolierglasscheiben auf Basis Opto-elektronischer Sensorstrukturen

Abstract

Ziel des Vorhabens im Glaszentrum Magdeburg war die Entwicklung einer neuartigen Isolierglasvariante mit integrierter Elektronik sowie die Konzeption und prototypische Umsetzung der hierfür notwendigen Fertigungsprozesse. Im Fokus stand die Integration von Sensorik, Datenträgern und Steuerelektronik in den Scheibenzwischenraum (SZR) unter Berücksichtigung industrieller Herstellungsbedingungen. Darüber hinaus sollte ein digital nachvollziehbarer Fertigungsprozess als Grundlage für intelligente Verglasungssysteme geschaffen werden. Ausgehend vom Stand der Technik, der bereits funktionalisierte Gläser mit leitfähigen Strukturen, Beschichtungen (z. B. Low-E) und integrierten Alarmsystemen umfasst, wurde im Projekt ein erweitertes Integrationskonzept entwickelt. Bestehende Technologien ermöglichen zwar elektrische Funktionen im Glas, sind jedoch bislang nur begrenzt in durchgängige Isolierglasprozesse eingebunden. Im Projektverlauf wurden verschiedene Konzepte zur Integration von Sensorik und Auswerteelektronik im SZR erarbeitet. Dabei stellte der begrenzte Bauraum von zunächst 14 mm (mit Zielwert 12 mm) eine zentrale Herausforderung dar. Die elektrische Kontaktierung funktionaler Glasschichten, insbesondere von Low-E-Beschichtungen, wurde erfolgreich mittels Goldfederkontakten umgesetzt. Parallel dazu wurden Sensorkonzepte in Zusammenarbeit mit dem Projektpartner ICM weiterentwickelt und durch umfangreiche Messkampagnen validiert. Die gewonnenen Daten dienten der Optimierung von Auswertealgorithmen hinsichtlich Genauigkeit und Robustheit. Ein wesentlicher Meilenstein war die erfolgreiche Integration einer prototypischen Steuerelektronik in einen Isolierglasverbund. Die Ergebnisse bestätigen die grundsätzliche Machbarkeit der Systemintegration innerhalb bestehender Fertigungsprozesse. Für die mechanische Integration wurde ein angepasstes Gehäusekonzept für den Abstandshalter entwickelt und prototypisch umgesetzt. Herausforderungen zeigten sich insbesondere im Handling empfindlicher sensorbestückter Glasscheiben sowie in der präzisen Positionierung der elektrischen Kontaktierungselemente. Entsprechende Schutz- und Optimierungskonzepte wurden erarbeitet. Ergänzende Untersuchungen zur Funkdurchlässigkeit von Fensterrahmenmaterialien zeigten, dass Kunststoff- und Holzrahmen geeignet sind, während metallische Rahmen die Signalübertragung deutlich beeinträchtigen. Insgesamt konnte nachgewiesen werden, dass die Integration elektronischer Komponenten in Isolierglas technisch realisierbar ist und sich in bestehende Produktionsprozesse überführen lässt. Die erzielten Ergebnisse bilden eine fundierte Grundlage für die Weiterentwicklung hin zu serienreifen, intelligenten Verglasungssystemen.