From the Sector

Vibrationen weisen den Weg: Ein Navigationsgürtel hilft Sehbehinderten, ihr Ziel zu erreichen. Man gibt über eine App die Strecke ein, die man zurücklegen möchte, drückt auf „Start“ und der Gürtel führt wie ein Kompass in die richtige Richtung. Die Deutschen Institute für Textil- und Faserforschung Denkendorf (DITF) haben ein Kontaktierverfahren entwickelt, womit diese Orientierungshilfe - und E-Textiles allgemein -wirtschaftlicher und komfortabler hergestellt werden können.

Wenn man in eine Straße abbiegen muss, vibriert der naviGürtel® der Firma feelSpace. Er signalisiert, in welcher Richtung man steht und hilft so nicht nur draußen, sondern auch in geschlossenen Räumen bei der Orientierung. Dafür sorgen 16 Vibrationselemente, die rings um den Gürtel angeordnet sind. Der Projektpartner AMOHR entwickelte hierzu ein spezielles leitfähiges Band, das einerseits durch seine hohe Elastizität einen angenehmen Tragekomfort bietet und andererseits durch eingearbeitete Versteifungen die Kontaktierung der Vibrationselemente ermöglicht.

Im herkömmlichen Verfahren werden Kontaktierungen gelötet. Das Team um Tobias Hecht hat für die Herstellung von E-Textiles ein Verfahren erschlossen, das bisher bei der Kontaktierung von Mikrochips verwendet wird: das Ultraschallschweißen. Damit können die Kontaktstellen verglichen mit einem Lötverfahren deutlich verkleinert werden, die Kontaktierungen werden punktgenau fixiert. Beim Löten wird das Lötmaterial aufgeschmolzen und die Kontaktstellen werden erhitzt. Das heiße Lot zerfließt, wodurch man einen relativ großflächigen Wärmeeintrag erhält. Durch das Fließen des Lotes entstehen auch abseits der Kontaktstelle ungewollte Versteifungen, die vor allem bei E-Textiles die Funktion beeinträchtigen. Beim Ultraschallschweißen entsteht weniger Hitze, was das Material schont.

Darüber hinaus hat das Ultraschweißen gegenüber dem Lötverfahren Vorteile für Gesundheit und Umwelt. Lötzinn ist mit Flussmittel versetzt, das gesundheitsschädliche Dämpfe erzeugt, die abgesaugt und gefiltert werden müssen.

Das Forschungsprojekt wurde im Rahmen des Zentralen Innovationsprogrammes Mittelstand (ZIM) gefördert.

Digitalisierte Fertigungsverfahren ermöglichen eine individualisierte Produktion. Eine geringe Fehlerquote ist besonders bei E-Textiles wichtig, da Fehler bei den smarten Zusatzfunktionen in Textilien oft erst am Ende der Wertschöpfungskette erkannt werden. Dadurch werden textile Wearables sehr teuer und ein Mehrwert zu nichttextilen Wearables wie Smartwatches ist nicht mehr gegeben. Die Deutschen Institute für Textil- und Faserforschung Denkendorf (DITF) entwickeln für das Prozessmanagement einen globalen „Industrie 4.0-Ansatz“, der bereits bei der Garnherstellung beginnt und sich über alle Prozessketten erstreckt.

Für hochelastische smarte Textilprodukte werden Garne verwendet, die häufig sowohl aus leitfähigen als auch nichtleitfähigen Komponenten bestehen. Dazu werden zum Beispiel konventionelle hochelastische Garne mit leitfähigen Feinstdrähten umwunden. Die Elastizität der Garnkomponente bleibt auf diese Weise weitgehend erhalten. Beim Stricken werden die Fäden jedoch so stark belastet, dass die leitfähigen Garnkomponenten geschädigt werden können. Da dabei häufig nicht das gesamte Garn bricht, wird bei den derzeitigen Produktionsabläufen der Fehler während des Strickprozesses nicht erkannt. Im Extremfall ist das fertige Strickteil Ausschuss. Bei fully fashioned gestrickten Teilen ist der Schaden wegen der relativ geringen Produktivität des Flachstrickprozesses und des relativ hohen Verlusts an Produktionszeit besonders groß.

Um Fehler der elektrischen Eigenschaften bereits während des Herstellungsprozesses zu erkennen, werden im Forschungsprojekt SensorStrick 4.0 Prozess- und Umgebungsdaten bei der Textilproduktion in verschiedenen Prozessstufen erfasst.

Dazu werden Umwinde- und Flachstrickmaschinen mit verteilter Sensorik ausgerüstet, die Temperatur, Feuchte, Licht, Näherung und Fadenzugkraft sowie die Fadengeschwindigkeit misst. Zusätzlich überwachen Mikrofone die Geräusche in der direkten Produktionsumgebung. Diese akustischen Messdaten weisen zum Beispiel auf Vibrationen hin und können besonders gut mit künstlicher Intelligenz ausgewertet werden. Bei der Umwindegarnherstellung werden die erfassten Prozessgrößen direkt für die Steuerung der Prozessparameter verwendet.

Darüber hinaus werden neue kostengünstige Sensoren entwickelt. Für laufende Garne wurde zum Beispiel ein Prinzip mit vier Messröhrchen entwickelt, die schnell und berührungsfrei messen, wie leitfähig das durchlaufende Garn ist und wie seine sensorischen Eigenschaften sind. Diese Sensoren sind so ausgelegt, dass sie in möglichst vielen Textilprozessen eingesetzt werden können ohne sie aufwendig an unterschiedliche Abläufe anpassen zu müssen.

Die Garne werden also sowohl bei der Umwindegarnherstellung als auch im anschließenden Strickprozess überwacht. Tritt ein Bruch der leitfähigen Garnkomponente auf, wird er sofort entdeckt. Luftfeuchtigkeit und Umgebungstemperatur beeinträchtigen die Messgenauigkeit nicht. Die Überwachung der Prozesse funktioniert nicht nur bei Gestricken, sondern auch bei anderen textilen Flächen.

Im weiteren Projektverlauf werden die Sensoren bei der Herstellung von hochelastischen Umwindegarnen und Strickteilen eingesetzt und dabei getestet wie effektiv die auftretenden Fehler erkannt werden.

Mit diesen neu entwickelten Verfahren können fehlerhafte Halbzeuge rechtzeitig aus der Prozesskette genommen werden. Teure zusätzliche Kontrollen während späterer Prozessschritte werden überflüssig.

The study "Technologies, Markets and Players" by E-Textiles 2018-2028 predicts a 2 billion dollar growth of the smart textile market. This growth can only be achieved by replacing the existing approaches, mostly manual production, with series production. With the Smart Textiles Micro Factory, the Institut für Textiltechnik of RWTH Aachen University, short ITA, will be demonstrating for the first time on the Texprocess stand, stand number C02, in the transition from Halls 4.1 and 5.1 how a smart textile can be manufactured from design to finished product together with various partners by producing a smart cushion.

The product and the manufacturing process are the result of co-innovation. In the future, co-innovation for smart textiles is to be implemented via the GeniusTex platform. As part of the German Federal Ministry of Economic Affairs and Energy's major strategic project for the “Smart Service World”, ITA is working with partners from industry and research to develop the online platform for smart textile innovation.