Entwicklung von Adapterelementen für eine textilkompatible elektrische Verbindungstechnik – Mikroverbindungselemente (IGF-AiF 354 ZBG)

Aufgabenstellung

Die Anwendungsmöglichkeiten von Smart Textiles sind vielfältig und reichen vom Automobilbau, der Medizin bis hin zu industriellen Anwendungen im Maschinenbau oder der Gerätetechnik. Dazu müssen die elektrisch leitfähigen Textilien mit externen elektronischen Komponenten verbunden werden. Die leitfähigen Verbindungen sind allerdings noch wenig zufriedenstellend realisiert. Vor diesem Hintergrund wurde eine elektrisch leitfähige Bandstruktur mit einem Verbindungsstecker entwickelt, der permanent am Textil verbleiben kann und dabei ausreichende Wasch- und Zugfestigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Zuverlässigkeit im Gebrauch bietet und gleichzeitig der Dimensionierung der Mikroelektronik genügt.

Lösungsweg

Im Rahmen des Kooperationsprojektes arbeiteten das TITV Greiz, das Kunststoff-Zentrum (KuZ) Leipzig und das Deutsche Kunststoffinstitut (DKI) Darmstadt branchenübergreifend zusammen.  Das TITV Greiz entwickelte die textilen Bandstrukturen mit 4-spurigen Busleitungen mit leitfähigen ELITEX®-Garnen in Form eines Mehrebenen-Gewebes mit angepasster variabler Bindungsfestigkeit und lokalen Bindungszonen. Diese halten die  Strukturen zusammen, sichern aber gleichzeitig die erforderliche Beweglichkeit und Flexibilität. Das DKI erarbeitete die für die Kontaktstruktur benötigten leitfähigen Compounds mit der Polymer-Matrix. Im KuZ erfolgte die Herstellung der Funktionsmuster mittels einer Mikro-Spritzgießmaschine.
Als Grundstruktur wurde die Form eines USB-Steckers im Format Plug-In nach USB-A gewählt. Diese ist vergleichbar mit der Steckerseite eines USB-Kabels als einer sog. hermaphroditischen Kontaktstruktur, die für die Realisierung und spätere Verwendung vorteilhaft ist.

Um bestehende Nachteile herkömmlicher Technologien zu überwinden, wurde der Stecker mit einem neuartigen kompakten Mikrospritzgießprozess in einem Stück hergestellt und gleichzeitig an ein entsprechend angepasstes textiles Leitungsband kontaktiert und zugfest angebracht. Bei den vorliegenden Steckern, siehe Abb. 1, wurde für die Kontaktstrukturen eine Kombination von Kohlefasern mit Leitgrafit benutzt, die in einem Matrix-Polymer eingearbeitet ist. In diesem neuartigen Prozess entstehen die wesentlichen Elemente einer Steckverbindung gleichzeitig. Die Einzelelemente sind im Steckerinneren durch spezielle formgebende Elemente und die artverwandte Matrix miteinander verschweißt.


Angespritzte Stecker nach USB Form A
Abb. 1: Der an das textile Busband angespritzte Stecker nach USB Form A

Die Konzipierung der Außenkontur des Steckers an den Kontaktzonen mit dem Textil erfolgte speziell nach textilen Gesichtspunkten hinsichtlich der zu erwartenden Belastungsanforderungen. Die durchgeführten Prüfungen und Belastungstests bestätigten die praktische Eignung der Stecker für den zu erwartenden Gebrauch.

Anwendung/Einsatzmöglichkeiten

Die Stecker sind durch Material und Formgebung besonders für oftmalige Betätigung geeignet. Sie sind für eine Signalübertragung nach dem USB-Standard 1.1 geeignet.
Als Zielgruppen werden Anwender von KMU aus folgenden Bereichen gesehen:

  • Arbeitsbekleidung
    • Bekleidung mit integrierten elektronischen Systemen und Baugruppen
  • Medizintechnik, Sport, Wellness
    • Textile Erzeugnisse mit integrierten Elektroden zur Abnahme von Vitalparametern oder gezielter Stromanwendungen zur Muskelstimulation
  • Kraftfahrzeugtechnik
    • Integration von Sensoren oder anderen Elektronikkomponenten in textile Bestandteile der Innenausstattung und zur Verbindung zum Bordnetz
  • Elektronischer Gerätebau, Maschinenbau
    • Textile flexible Schaltungen für hochdynamisch bewegliche Komponenten
    • Kontaktierungen für ESD-Schutz.

Ansprechpartner

Dipl.-Ing. (FH) Ferry Siegl

 
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