Das Institut für Spezialtextilien und flexible Materialien · [4] W. Scheibner et al., Textilien...
Transcript of Das Institut für Spezialtextilien und flexible Materialien · [4] W. Scheibner et al., Textilien...
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
SmartTex-Workshop Weimar 14.05.2013
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
5 SmartTex-Workshop Weimar 14.05.2013
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
SmartTex-Workshop Weimar 14.05.2013
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.
SmartTex-Workshop Weimar 14.05.2013
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
8 SmartTex-Workshop Weimar 14.05.2013
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
SmartTex-Workshop Weimar 14.05.2013
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
SmartTex-Workshop Weimar 14.05.2013
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]
SmartTex-Workshop Weimar 14.05.2013
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.
SmartTex-Workshop Weimar 14.05.2013
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
SmartTex-Workshop Weimar 14.05.2013
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
1515 SmartTex-Workshop Weimar 14.05.2013
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
SmartTex-Workshop Weimar 14.05.2013
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
17 SmartTex-Workshop Weimar 14.05.2013
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
SmartTex-Workshop Weimar 14.05.2013
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
20 SmartTex-Workshop Weimar 14.05.2013
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
SmartTex-Workshop Weimar 14.05.2013
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
22 SmartTex-Workshop Weimar 14.05.2013
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
23 SmartTex-Workshop Weimar 14.05.2013
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
Das Institut für Spezialtextilien und flexible Materialien
24