Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Textilintegrierte Sensoren zur Überwachung von Umgebungsparametern

Electronic monitoring of temperature and humidity is a widespread application for process control, lifetime assessment of components and assemblies, environmental control systems, medical textiles, working clothes and personal safety systems.

Presently discrete sensor elements are placed separately beside the textile material. The actual integration level of sensors in textile materials is thus rather low. Goal of the proposed project is therefore to achieve a higher integration level of sensors in textile materials. Furthermore, lots of these systems employ a resistive measurement principle which is less reliable than the planned capacitive approach in this project.

Another step forward will be the arrangement of combined temperature and humidity detection in a matrix which allows the simultaneous and spatially resolved data collection including the immanent temperature correction.

Individual textile sensors or sensor matrices can be applied in ambient assisted living concepts to support elderly people in their independent living as well as to assist caregivers in their daily work. Textile integrated sensors can also be introduced in many technical applications. For example, sensor matrices can identify areas of water ingress in textile roof constructions and help to assess possible damage. Temperature sensing can act as an overload protection at certain positions of such roofing materials.

The proposed research for textile integrated temperature- and humidity sensors offers the development of a technology for widespread applications. Multiple companies can gain profit from it, for example manufacturers of textiles for textile construction and producers of protective clothing which both address a high price market sector. Also producers of geotextiles can benefit from the results by getting the ability to monitor the function of their products by non-destructive means.

Ergebniszusammenfassung:

Im vorliegenden Vorhaben wurden textile Feuchtigkeits- und Temperatursensoren entwickelt. Ziel war es insbesondere diese Funktionen durch die textilen Komponenten selbst zu realisieren. Um ein kapazitives Messverfahren in einem textilen System zu integrieren, bedarf es Methoden um textilbasierte Kondensatoren herzustellen. Hierbei ist das Elektrodensystem vom absorbierenden Dielektrikum zu unterscheiden. Die Feuchtigkeitssensoren wurden so durch verschiedene Ansätze dargestellt: Die Ergebnisse zeigten, dass auf diese Weise prinzipiell eine textilintegrierte Feuchtesensorik realisierbar ist. Allerdings wurde auch deutlich, dass durch die unterschiedlichen Schichten die Flexibilität des textilen Materials deutlich verringert wurde. Um dem entgegenzuwirken sind weitere Ansätze mit dem Ziel einer Integration des Sensors in Fäden vorzunehmen verfolgt worden. Hierzu wurden Garne, die eine elektrische Isolation aufweisen, hergestellt und in verschiedener Weise zu Sensoren konstruiert.

Die Garne wurden durch Umspinnen eines dünnen, lackierten Kupferdrahtes mit cellulosischen Stapelfasern hergestellt. Im Anschluss wurden diese verzwirnt und aufgestickt. Zusätzlich wurden sie vor dem Stickprozess mit adsorbierenden Dielektrika imprägniert. Weiterhin wurden diese Garne in Schmalgeweben als Schussgarn eingetragen. Abschließend wurden weitere Garne entwickelt, die basierend auf den o.g. Entwicklungen, zusätzlich mit einem Kupferdraht umwickelt wurden, so dass auf diese Weise ein eigenständig sensorisches Garn erzeugt wurde.

Alle beschriebenen Ansätze wurden bei wechselnden Luftfeuchten und Temperaturen untersucht. Dabei konnte gezeigt werden, dass die garnbasierten Sensoren alle eine geringe Hysterese und Temperaturabhängigkeit zeigen. Der textile Charakter des Materials wurde weiterhin durch die Sensorkonstruktion nur in geringem Maße beeinflusst.

Abschließend ist festzustellen, dass garnbasierte Lösungen gedruckten/beschichteten Ansätzen überlegen sind.