Die Elastomersensoren vom Fraunhofer ISC lassen sich bei 80 °C mit einem handelsüblichen Bügeleisen auf Polyester oder Baumwolle aufbügeln.

Bild: Pixabay, ThomasWolter

E-Textilien Sensoren drucken und aufbügeln

16.05.2019

Maschinen und Anlagen können relativ einfach mit Sensoren ausgestattet werden. Schwieriger wird es bei Systemen, die bewegliche oder dehnbare Sensorik erfordern. Am Fraunhofer ISC sind nun hochelastische Sensoren und Aktoren auf Silikonbasis entwickelt worden, mit denen sich smarte, elektronische Textilien herstellen lassen.

In E-Textilien integrierte Sensoren bieten ein breites Anwendungspotenzial in Medizintechnik, Sport, Möbeln, Fahrzeugen oder in der Transportsicherheit. Das Center Smart Materials CeSMa des Fraunhofer ISC hat solche Sensoren auf Silikonbasis hergestellt. Die Entwicklungen sind vom 14. bis 17. Mai auf der Techtextil 2019 in Frankfurt vorgestellt worden.

Körpersignale messen

Durch Beimischung elektrisch leitfähiger Komponenten können aus Silikon leitfähige Folien hergestellt werden, die in dieser Form beispielsweise als flexible, dehnbare Heizelemente eingesetzt werden können. Wenn abwechselnd leitfähige und isolierende Silikonschichten übereinander laminiert werden, entstehen dehnbare Kondensatoren, deren Kapazitätsänderung bei Verformung sich zur Dehnungs- und Druckmessung verwenden lassen.

Je nach Anwendung kann das Design und die Weichheit der Sensoren angepasst werden. Das ermöglicht eine maßgeschneiderte Empfindlichkeit und Kennlinie der Sensoren gemäß den Anforderungen für das jeweilige Einsatzgebiet. Das verwendete Silikon ist laut dem Fraunhofer ISC hautfreundlich, waschbeständig, robust und sehr elastisch. Daraus hergestellte Sensoren sollen auch extremen Dehnungen ohne Verlust der Eigenschaften über viele Millionen Belastungszyklen standhalten.

Die Sensoren setzen mechanische Dehnung in ein elektrisches Signal um. Damit eignen sie sich auch zum Messen von Signalen des menschlichen Körpers, wie Atmung, Bewegung oder Muskelkontraktion.

Verschiedene Strukturen aufbügeln

In einem aktuellen Projekt hat CeSMa deshalb die Elastomersensoren und die Verarbeitung für die Integration in Textilien weiterentwickelt. Dehnbare Sensoren und Aktoren lassen sich nun sowohl im Textildruckverfahren als auch über einfaches Aufbügeln auf Textilien aufbringen.

Auf Polyester und Baumwolle, den am häufigsten eingesetzten Kunst- und Naturfasern im Textilbereich, können die Sensoren schon bei niedrigen Temperaturen von 80 °C in etwa 1 min mit einem herkömmlichen Bügeleisen dauerhaft mit dem Stoff verbunden werden. Da das Verfahren eine individuelle Platzierung von Sensorstrukturen zulässt, ist es insbesondere für kleinere Stückzahlen geeignet. Die gewünschten Strukturen können separat als Bügelfolien hergestellt werden, sodass sich theoretisch beliebige Sensormuster und verschiedene Funktionen miteinander kombinieren lassen.

Auch können unterschiedliche Oberflächenstrukturen erzeugt werden, die von superglatt bis stark strukturiert reichen. Die Sensoren lassen sich auf sehr unterschiedliche Textilien aufbügeln und sind daher nicht nur zur Erstausrüstung, sondern auch für die Nachrüstung von Textilien einsetzbar, sogar im privaten Haushalt.

Drucken für die Massenproduktion

Mit dem direkten Textildruckverfahren lassen sich Sensorstrukturen auch auf das gewünschte Material aufdrucken. Der Prozess kann sehr gut in die Weiterverarbeitung der Textilien integriert werden. Dabei sind sehr große Stückzahlen bis hin zur Massenproduktion möglich. Das Druckverfahren ist damit im Vergleich zum Aufbügeln zwar technisch aufwendiger, durch die hohe Stückzahl aber kostengünstiger und deshalb besonders für größere Hersteller von Textilwaren interessant.

Heizflächen und Druck- beziehungsweise Dehnungssensoren lassen sich also je nach Bedarf und Anwendung aufbügeln oder drucken. Sie können sowohl mit kommerziell erhältlichen Kabeln verbunden werden oder auch mit gedruckten elastischen Leiterbahnstrukturen. Dadurch entstehen textilintegrierte Sensor- und Aktorsysteme, die zur Erzeugung und/oder Steuerung von Funktionen wie Wärme, Strompulsen, Leuchtsignalen oder Datenverarbeitung genutzt werden können.

Bildergalerie

  • Sensormuster und -bahnen, gedruckt auf Polyestertextil.

    Bild: K. Selsam, Fraunhofer ISC

  • Sensorstrukturen mit feinen oder grobporigen Oberflächenstrukturen können als bügelbare Folien hergestellt werden.

    Bild: K. Selsam, Fraunhofer ISC

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