Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Geschweißte elektrische Verbindungstechnologien für die intelligente Textilproduktion

Das Projektziel ist die Entwicklung einer neuen zuverlässigen und in der industriellen Fertigung skalierbaren Integrationstechnologie für Textilien mit elektronischer Funktionalität (Smart Textiles). Die Schwerpunkte liegen in den Untersuchungen und der Prozessentwicklung des Ultraschall-Kunststoffschweißens als Kontaktierungstechnologie für die elektrische und mechanische Verbindung von elektronischen Systemen mit Textilen in einem Arbeitsschritt.

Das Punkt-Schweißen wird sowohl für die Integration von elektronischen Modulen auf leitfähigen, elastischen Bändern als auch die Realisierung elektrischer Durchkontaktierungen für thermoplastische Leiterplatten eingesetzt. Das kontinuierliche Rollnaht-Schweißen eignet sich insbesondere für die Produktion im Sinne der Mass Customization und wird im Projekt für die Herstellung von elektrischen Kontakten zwischen Textilleitern für großflächige Heiz- und Sensortextilien verwendet. Bei beiden Verfahren kommen thermoplastische Textilien bzw. darauf aufgebrachte Isolationslagen als Klebstoff zum Einsatz.

Im Projekt werden geeignete Schweißwerkzeuge, Prozessparameter und Entwurfsrichtlinien für unterschiedliche Materialkombination, wie zum Beispiel metallisierte Polymerfasern, Hybridgarne oder auch gedruckte Leiter, getestet sowie die Kontaktmechanismen untersucht. Durch Zuverlässigkeitsuntersuchungen und Analytik wird das Verständnis der Alterungsmechanismen und damit Langzeitstabilität der Verbindung unter Berücksichtigung elektronischer und textiler Standards erarbeitet. Zu erwartende Ergebnisse sind eine mechanisch zuverlässige Kontaktierung mit einem geringen elektrischen Kontaktwiderstand zwischen zwei sich kreuzenden Textilen Leitern sowie von Elektronikmodulen mit elektrisch leitfähigen, textilintegrierten Strukturen.

Damit stehen den kmUs erstmals geeignete skalierbare Kontaktierungstechnologien zur Entwicklung und Fertigung innovativer Produkte in einem großen Wachstumsmarkt zur Verfügung.

Ergebniszusammenfassung:

Im IGF-Projekt WelConTex2 wurden Entwicklungen und Untersuchungen für eine zuverlässige, wirtschaftliche und in der industriellen Produktion skalierbare Integrationstechnologie für Textilien mit elektronischer Funktionalität (E-Textil) durchgeführt. Unter Einsatz von Ultraschall-Punktschweißverfahren sowie des kontinuierlichen Ultraschallschweißverfahrens wurden neue Prozesse zur Kontaktierung elektrisch leitfähiger Garne, zur Durchkontaktierung mehrlagiger textiler Leiterplatten sowie zur Integration elektronischer Module in textilbasierte Leiterplatten entwickelt und charakterisiert. Im Projekt wurden Lösungen für Schweißwerkzeuge, Prozessparameter sowie Designrichtlinien für verschiedene Materialkombinationen erarbeitet und die Kontaktmechanismen untersucht. Darüber hinaus wurden Zuverlässigkeitstests und Analytik eingesetzt, um die Alterungsmechanismen und damit die Langzeitstabilität der Verbindung unter Berücksichtigung elektronischer und textiler Standards zu verstehen. Die im Projekt entwickelten Verfahren bieten im Vergleich zu bisher eingesetzten Technologien wie Löten oder Druckknopfmontage ein großes Einsparpotenzial, da die neuen Kontaktierungsverfahren schneller und kostengünstiger sowie mit einem geringeren Ressourceneinsatz (Energie, Material) durchgeführt werden können. Das Projekt zeigte auch die vielfältigen Einsatzmöglichkeiten von Ultraschallschweißtechnologien in der E-Textil-Produktion. Damit stehen den beteiligten KMU erstmals geeignete skalierbare Kontaktierungstechnologien für die Entwicklung und Produktion innovativer E-Textil-Anwendungen in einem großen Wachstumsmarkt zur Verfügung. Aufgrund des bereits vorhandenen Equipments und Know-hows zum Ultraschallschweißen in der Textilindustrie sowie qualifizierter Arbeitskräfte kann die industrielle Einführung kurz- bis mittelfristig als realistisch angesehen werden.