Das Institut für Spezialtextilien und flexible Materialien · [4] W. Scheibner et al., Textilien für sensorische und aktuatorischeApplikationen, In: GMM-Fachbericht Nr. 58 , VDE-Verlag,

Das Institut für Spezialtextilien pund flexible Materialien

DIN

ISO

160

16.

Smart Textiles für Sicherheit und Sitzkomfort

verm

erk

nach

D Sitzkomfort

Sie

den

Sch

utzv

Wolfgang Scheibner, Sabine Gimpel, Uwe Möhring

Bitt

e be

acht

en

Textilforschungsinstitut Thüringen-Vogtland e. V. Greiz

SmartTex-Workshop Weimar 14.05.2013

Inhalt

1. Neue Anforderungen an Textilien im Automobilinnenraum

DIN

ISO

160

16.

2. Elektrisch leitfähige Textilfäden – eine Basisinnovation für die textile Funktionsintegration

verm

erk

nach

D

3. Anwendungsbeispiele textiler Funktionsintegration für Sicherheit und Sitzkomfort

E i d D t t f

Sie

den

Sch

utzv - Energie- und Datentransfer

- textilintegrierte SensorenSitzbelegungserkennung

Bitt

e be

acht

en - Sitzbelegungserkennung

- Heizen und Kühlen- LeuchtenLeuchten- Energiegewinnung

4. Zusammenfassung

3

4. Zusammenfassung


Einige Zahlen

16

Durchschnittliche Lebensdauer PKW in Deutschland [1]

gD

IN IS

O 1

6016

.

14,6

11,8

13

10

12

14

16

ensd

auer

[a] Mit der Lebensdauer steigen

auch die Anforderungen an Textilien im Automobil.

verm

erk

nach

D

7,9

11,8

4

6

8

10

schn

ittlic

he L

ebe

Sie

den

Sch

utzv

0

2

1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 2020

Dur

chs

Bitt

e be

acht

en

Durchschnittsalter der PKW lt. KBA 1 1 2013 8 7 J hKBA per 1.1.2013: 8,7 Jahre

4 SmartTex-Workshop Weimar 14.05.2013

Neue Anforderungen an Textilien im A t biliAutomobilinnenraumNeben den bestehenden hohen Anforderungen an Textilien im Innen-

DIN

ISO

160

16. raum [2, 3], gewinnen neue Herausforderungen an Bedeutung:

Reduzierung des Energieverbrauchs (Elektroantrieb)

verm

erk

nach

D

Gewichtsreduktion (Kraftstoffverbrauch)

Individuelle Gestaltung des Innenraums erfordert wenigerD i i h ä k

Sie

den

Sch

utzv Designeinschränkungen

Gesteigerte Mobilität bedeutet, mehr Zeit im Auto zu verbringen:Wachsende Anforderungen an den Komfort im Lebensraum Auto“

Bitt

e be

acht

en Wachsende Anforderungen an den Komfort im „Lebensraum Auto

Fahrerzustandsüberwachung: Welchen Beitrag können interaktive Textilien im Innenraum leisten?

Innenraumtextilien - Schnittstelle für die Mensch-Maschine-Kommunikation


Textilien im Auto

„Der Anteil an Textilien pro Auto beträgt zur Zeit etwa 20 kg und wird mit

DIN

ISO

160

16. ca. 30 kg im Jahr 2015 prognostiziert. Das würde eine Steigerung der

verarbeiteten Textilmenge von jetzt 300.000 Tonnen auf ca. 470.000 Tonnen allein für die westeuropäische Automobilindustrie bedeuten.“

verm

erk

nach

D

Leicht und luftdurchlässig

Quelle: Forschungskuratorium Textil, www.textilforschung.de

Sie

den

Sch

utzv Gut formbar und leichte Montage

Knickbruchbeständig und flexibelG t Wä dä

Bitt

e be

acht

en Gute Wärmedämmung

„Von der Rolle“ verarbeitbar Individuelles DesignIndividuelles Design

Nutzung der bestehenden Textilien im Automobil (z. B. Sitzbezüge und -kaschierung) für die Integration von neuen Funktionen

6

und -kaschierung) für die Integration von neuen Funktionen


Basisinnovation: Leitfähige Textilfäden

Elektrische Leitfähigkeit bildet die Grundlage für viele in Textilien

DIN

ISO

160

16. zu integrierende Funktionen

• Heizen

verm

erk

nach

D • Leuchten• Schalter• Energie und Datentransfer

Sie

den

Sch

utzv • Energie- und Datentransfer

• Sensoren (Umgebungszustände, Körperfunktionen)• Aktuatoren

Bitt

e be

acht

en Aktuatoren

• Kühlen• Energiegewinnung

ELITEX® - Fäden vereinigen hohe elektrische Leitfähigkeit mit hervorragender textiltechnischer Verarbeitbarkeit und textil-typischem Verhalten im Anwendungsfall

7

typischem Verhalten im Anwendungsfall.


Funktion durch Modifikation von Garnen

Ei h ft fil

DIN

ISO

160

16. Eigenschaftsprofil

Fleckabweisend

verm

erk

nach

D Fleckabweisend

Antimikrobiell

Sie

den

Sch

utzv

Flammhemmend

Bitt

e be

acht

en

Metallisch leitend ProzesseCVD PVD V f h+ CVD-, PVD-Verfahren

+ Sol Gel+ Galvanik


Textile elektrische VerbindungsleitungenEnergie und Datentransfer HeizenEnergie- und Datentransfer, Heizen

DIN

ISO

160

16.

gewebt

verm

erk

nach

D gewebt

Sie

den

Sch

utzv

gestickt

Bitt

e be

acht

en

5 gestrickt

Drahtlose textile H i l t

Textile elektrische Verbindungsleitungen und El kt ik bi d üb Löt t ll

5 mm

9

HeizelementeElektronikanbindung über Lötstellen


Elektronische Schaltungen auf Textil

Neue Anwendungen der

DIN

ISO

160

16.

Gestickte Schaltungen können genutzt d H tt t d H t

gklassischen Stickerei

verm

erk

nach

D werden, um Hauttemperatur- und Haut-feuchtigkeit zu erfassen. Die Integration z.B. im Lenkrad gibt Auskunft über Vital-parameter des Fahrers

Sie

den

Sch

utzv p

Bitt

e be

acht

en

Kettfäden

h f dSchussfäden

10a

Gestickte Schaltung


Gewebte Schaltungen in Mehrlagengewebe

Textilbasierte SensorenDehnung Kraft FeuchtigkeitDehnung, Kraft, Feuchtigkeit

DIN

ISO

160

16.

verm

erk

nach

DS

ie d

en S

chut

zv

Die aus Silikongummi bestehenden Fasern sind mit Ruß gefüllt und ändern ihren

Die aus Silikongummi bestehenden Fasern sind mit Ruß gefüllt und ändern ihren elektrischen Widerstand bei Dehnung.

Atembeobachtung mit Gürtel

Ohm

]

Bitt

e be

acht

en sind mit Ruß gefüllt und ändern ihren

elektrischen Widerstand bei Dehnung.

Durchmesser 0,5 bis 2,5 mm .

Bruchdehnung ca 140 %

Durchmesser 0,5 bis 2,5 mm .

Bruchdehnung ca. 140 %.

Wid

erst

and

[kO

Bruchdehnung ca. 140 %.

Sensorintegration in Textilien ermöglicht Über-wachungsfunktionen (Zugbelastung von Gurten, Atmung, Bewegungsabläufe).

Elektrischer Widerstand einer Sensor-faser in Abhängigkeit von der Dehnung

Sensorintegration in Textilien ermöglicht Über-wachungsfunktionen (Zugbelastung, Atmung, Bewegungsabläufe).

elek

trisc

her

11a

Zeit [s]


Textilbasierte SensorenDehnung Kraft FeuchtigkeitDehnung, Kraft, Feuchtigkeit

Basis ist eine gewebte Doppelkamm-Elektrode aus ELITEX®-GarnD k [4]

DIN

ISO

160

16.

1) Drucksensor

2) Feuchtigkeitssensor

Drucksensor [4]

verm

erk

nach

D - konduktiv- kapazitiv

Sie

den

Sch

utzv

Bitt

e be

acht

en

Feuchtigkeitssensor [5]

Widerstand der Doppelkamm-ppElektrode ändert sich mit der Fechtigkeit des umgebenden Mediums

12

Zeit [s]100 % r.F. 60 % r.F.


Textiladaptierte SensorenSitzbelegungserkennungSitzbelegungserkennung

Um Drucksensoren in Textilien integrieren

DIN

ISO

160

16.

gzu können, wurden anstickbare Spezial-sensoren entwickelt.

verm

erk

nach

DS

ie d

en S

chut

zvB

itte

beac

hten

ASIC

Textilintegrierte Sensorik „von

Sensoren„Pressure-Pads“

BMBF V b d j kt S tS “

13 10. Fachkongress Innenraum, Stuttgart 21.- 22. November 2011

g „der Rolle“BMBF-Verbundprojekt „SeatSen“

Textile SchalterD

IN IS

O 1

6016

. ve

rmer

k na

ch D

Sie

den

Sch

utzv

Bitt

e be

acht

en

• nur textile Materialien• im Sitzbezug konfektionierbar• textiltypische Kontaktierung

14

textiltypische Kontaktierung


Textile Heiz- und Kühlsysteme

Aktives Heiz- und Kühlsystem

y

Sitztemperatur

DIN

ISO

160

16.

• Definierte Verlegung im Abstandsgewirke • Luftzirkulationssystem

ySitztemperatur über 40 °C - rot

verm

erk

nach

D

y• Flüssigkeitszirkulation durch

integrierte SchläucheAkti H i d Kühl

Sie

den

Sch

utzv • Aktives Heizen und Kühlen

Partner: Kröhnert Chilling & Heating

Bitt

e be

acht

en

Abstandsgewirke mit integriertem Schlauchsystem y1, 2 Gewirkeoberfläche3 Abstandsfäden4 Schlauch www.titv-greiz.de

Thermochrome Farb-stoffe zeigen Temperatur des Sitzbezuges an


LeuchtenD

IN IS

O 1

6016

. ve

rmer

k na

ch D

SMD-LEDs auf Gewebe

Sie

den

Sch

utzv

Bitt

e be

acht

en

Elektrolumineszenz (EL)(leitfähige Gewebe bedruckt mit

Anwendungen im Automobilinnenraum:Überall dort wo Textilien sind

16

(leitfähige Gewebe bedruckt mit elektrolumiszierenden Pasten)

Überall dort wo Textilien sind


Fadenfunktionalisierung mit elektronischen KomponentenKomponenten

DIN

ISO

160

16. Bestückung leitfähiger Fäden und Integration im

Webprozesse

verm

erk

nach

DS

ie d

en S

chut

zvB

itte

beac

hten


Kapazitive Sensoren reagieren auf elektrostatische Aufladung [6]

"E-Static Shadows" ist ein analoges elektronisches Textilleuchtsystem, das auf elektrostatische Aufladung reagiert Reibt man gegen Kleidung Haar oder

elektrostatische Aufladung [6]D

IN IS

O 1

6016

. auf elektrostatische Aufladung reagiert. Reibt man gegen Kleidung, Haar oder andere Materialien wird über eine textile Fläche die statische Aufladung ermit-telt und in ein Sichtschattenmuster übersetzt. Sichtbar wird der „Schatten“ über die an diesen Stellen abgeschalteten LED-Lichter

verm

erk

nach

D über die an diesen Stellen abgeschalteten LED-Lichter.Anwendung: Berührungsloser Sensor als Einklemmschutz

Sie

den

Sch

utzv

Bitt

e be

acht

en

Quelle: http://www.zaneberzina.com/e-staticshadows09/exhibition.htm18 SmartTex-Workshop Weimar 14.05.2013

Sitzbezüge mit 3D-Effekten und Funktion

NadelfadenSticken

DIN

ISO

160

16. NadelfadenZweifadensystem (Nadel- und Greiferfaden)

Integrierbare Funktionen

verm

erk

nach

D

Greiferfaden

gIndividuellVariable Formen

Sie

den

Sch

utzv

Bitt

e be

acht

en

Gesticktes 3D-Dessign mit LED Funktionalität durch textile Elektroden

19

gz. B. zur Erfassung von Vitalparametern


Multifunktionaler Autositz aus dem TITV Greiz

Blaues LED Licht zur

DIN

ISO

160

16. Blaues LED-Licht zur

Lichttherapie

verm

erk

nach

D

Nackenheizung

Textile Elektroden

Sie

den

Sch

utzv Textile Elektroden

Textile Lordosenstütze

Bitt

e be

acht

en

Sit b l k

Textile Lordosenstütze(Aufblasbares 3D-Textil)

Sitzbelegungserkennung


Energieversorgung

Gewobener Thermogenerator Induktiver textiler Generator

DIN

ISO

160

16.

ΔT

Uth Magnetfolie

verm

erk

nach

D

Textilspule

Sie

den

Sch

utzv

Bitt

e be

acht

en

Einzelnes TE: U = 0 04 mV/K bei 20 °C

Cu- Konstantan-Thermoelementeaus verwebten leonischen Fäden

Gestickte Induktionsspule für Magnet-folie mit streifenförmiger Polkonfiguration

Relativbewegung vonQuelle: http://www.karl-grimm.com

Einzelnes TE: Uth = 0,04 mV/K bei 20 °C Ikurz = 8 µA (ΔT= 20 K)

Gewebe 60 Fd /cm: 12 TE/cm⇒ ca. 1 V pro m Gewebe

Aufaddieren von Strömen und Spannungen

g gHand erzeugt:Spule 8 Windungen je4 mm x 30 mm⇒ Uind max ≅ 20 mV

21a

Aufaddieren von Strömen und Spannungen durch Kaskadierung im Gewebe

⇒ Uind, max ≅ 20 mV


Ausblick

• Funktionsintegration - Herausforderungen für Autotextilien

DIN

ISO

160

16. g g

• Einfache Montage durch „Multifunktion von der Rolle“

verm

erk

nach

D

• Verbesserung in der Fahrzeugsicherheit und Komfort

• Fahrermonitoring

Sie

den

Sch

utzv • Fahrermonitoring

• Adaptive Sitze

Bitt

e be

acht

en

• Sensorierung von Faserverbundwerkstoffen

• Berührungsloses Schalten von Funktionen

• Schalten durch Berühren von textilen Flächen


Literatur

[1] Quellenangabe für die Zahlenwerte

DIN

ISO

160

16. [ ] g

http://www.kba.de/nn_125264/DE/Statistik/Fahrzeuge/Bestand/bestand__node.html?__nnn=truehttp://doerrhoefer-technik.de/wirtschaft/kalkulationen/kfz/fahrzeugkalkulation.htmlhttp://www.n-tv.de/auto/Zwoelf-Jahre-im-Schnitt-article247390.html

verm

erk

nach

D [2] S. Lutz, Technische Anforderungen an Textilien im Automobilbau, Textilveredlung 42 (2007) 5/6, S. 23-28

[3] E. Weber, Einsatzgebiete und Qualitätsanforderungen von Automobiltextilien,

Sie

den

Sch

utzv

[ ] , g g ,Textilveredlung 46 (2011) 1/2, S. 11-15

[4] W. Scheibner et al., Textilien für sensorische und aktuatorische Applikationen, In: GMM-Fachbericht Nr. 58, VDE-Verlag, Berlin, Offenbach 2009, ISBN 978-3-8007-3146-6

Bitt

e be

acht

en , g, , ,

[5] A. Neudeck et al., New Kinds of Yarn Preparation for Medical Applications and toManufacture Interactive Textile Micro Systems, Proceedings of the 8. ThüringerGrenz- und Oberflächentag, Jena 2008g

[6] http://www.zaneberzina.com/e-staticshadows09/exhibition.htm


Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!D

IN IS

O 1

6016

.

Textilforschungsinstitutü

verm

erk

nach

D Thüringen – Vogtland e. V.Zeulenrodaer Straße 4207973 GreizTel.: +49 (0) 3661 – 611 0

Sie

den

Sch

utzv

( )Fax: +49 (0) 3661 – 611 [email protected]

Bitt

e be

acht

en

[email protected]

Das Institut für Spezialtextilien und flexible Materialien

24

Documents

Das Institut für Spezialtextilien und flexible Materialien · [4] W. Scheibner et al., Textilien für sensorische und aktuatorischeApplikationen, In: GMM-Fachbericht Nr. 58 , VDE-Verlag,