messung

SensKnit-Connect – Entwicklung einer textilbasierten ortsauflösenden Sensorik auf Basis von Abstandsgewirken zur Integration in großflächige Personenschutzsysteme zur Absicherung von Gefahrenbereichen an beweglichen Industrieanlagen und Implementierung in moderne HMI-Systeme


ZIM ZF 4250110CJ7


Projektpartner:

  • Haake Technik GmbH
  • Hochschule Niederrhein – Fachbereiche Textil‑ und Bekleidungstechnik sowie Elektrotechnik und Informatik
  • Jahn GmbH & Co. KG


Abstract
Eine sichere Arbeitsumgebung ist in der automatisierten Fertigung entscheidend, um Kosten zu senken und sogar Leben zu retten. Zur Verbesserung von Sicherheitsfunktionen werden Personenschutzsysteme eingesetzt. Bestehende Systeme sind jedoch durch veraltete Designs und vorgegebene Funktionalität eingeschränkt. Das TITV Greiz entwickelt im ZIM-Projekt SensKnit-Connect (Sensor-AGW) eine modulare Sicherheitsschaltmatte mit textilbasierter Drucksensorik, die zur Überwachung von Gefahrenbereichen eingesetzt werden kann. Hochleitfähiges und piezoresistives Material wird in verschiedene Abstandsgewirkestrukturen eingestrickt, die sehr hohe Lastwechsel (EIN/AUS) bis hin zur Ermüdung erreichen. Ein Prototyp in Form einer gewebten Multilayer-Struktur aus voll leitfähigen Ober‑ und Unterseiten mit einem internen Dielektrikum soll als kapazitive Tastfläche fungieren und sich für die planare taktile Abtastung eignen. Die Entwicklungsarbeit konzentrierte sich auch auf das Weben eines textilbasierten Busses sowie von Kabeln für die Übertragung des elektrischen Signals mit robustem Kontakt.

A safe work environment in an automated manufacturing is crucial to reduce costs and even save lives. Personnel protective systems have been deployed to improve safety functions. However, existing systems are limited by obsolete designs and predetermined functionality. As a result of the ZIM-Project SensKnit-Connect (“Sensor-AGW”) a modular safety switching mat is realized using textile based pressure sensor technology to monitor hazardous areas. Highly conductive and piezo-resistive material is knitted into various spacer fabric structures, which reach very high load changes (ON/OFF) up to fatigue. A prototype in the form of a woven multilayer structure consisting of fully conductive top and bottom surfaces with an internal dielectric should act as a capacitive sensing surface and be suitable for planar tactile sensing. The development work also concentrated on the weaving of textile based bus and cables for the transfer of the electrical signal with robust contact.


Aufgabenstellung

Zielstellung im ZIM-Projekt war die Entwicklung von textilen Druckschaltmatten, die in einem modularen System der Absicherung von Gefahrenbereichen in Roboter-Fertigungsprozessen dienen, entweder zum Schutz des Bedienpersonals oder zum Schutz der Objekte. Dazu sollten gewirkte Strukturen gezielt und lokal mit elektrisch leitfähigen Fäden sowie mit leitfähigen Beschichtungen versehen werden. In Kombination von Material und Technologie entstehen leitfähige textile Strukturen, die sich für die resistive bzw. kapazitive Messung von örtlicher Druckbelastung (Verformung) eignen.


Lösungsweg
Der Lösungsweg umfasst folgende Arbeitsschritte:

  • Materialrecherche und Materialevaluation
  • Aufbau von eindimensionalen leitfähigen Flächen
  • Aufbau von dreidimensionalen leitfähigen Strukturen
  • Auswertung und Optimierung
  • Upscale beim Projektpartner


Ergebnis und Anwendungen
Im Ergebnis des ZIM-Projektes hat das TITV Greiz gemeinsam mit den Projektpartnern einen gewirkten textilen Schalter aufgebaut, der zuverlässig sehr hohe Lastwechsel (EIN/AUS) erreicht.

Der Aufbau eines gewirkten ortsauflösenden Sensorarrays, welches eine Druckkraftbelastung in Abhängigkeit des sich ändernden Widerstandes oder der sich ändernden Kapazität in einer validen Messkurve mit sehr geringer Hysterese aufzeichnen kann, ist im Projekt nicht voll umfänglich gelungen. Hier besteht weiterer Forschungs‑ und Entwicklungsbedarf.

Abb. 1: Kombination von 3 leitfähigen Garnen in einem AGW Abb. 1: Kombination von 3 leitfähigen Garnen in einem AGW Abb. 2: Kombination von 2 leitfähigen Garnen in einer DeckflächeAbb. 2: Kombination von 2 leitfähigen Garnen in einer Deckfläche

Ansprechpartner
Samuel Bollmann
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