Ultraschallschweißen von Bandgewebe mit leitfähigem Garn

Das Verquicken von Textilien und elektronischen Elementen ist eindeutig ein Trend.  Nicht nur in der Bekleidung werden „Electronics“ als Sensoren, als Kommunikationsnetzwerk, embedded computers, Schnittstelle für andere elektronische Geräte oder Energielieferanten genutzt. Um die Vision von integrierten „Electronics“ jedoch alltagstauglich und zuverlässig umsetzen zu können, müssen viele Dinge bedacht und viele Parameter berechnet werden. Voraussetzung für die Integration leitender Materialien sind unter anderen neue verlässliche Verbindungsmöglichkeiten.

Ziel der Arbeit von Egon Dalponte und Christof Breckenfelder an der Hochschule Niederrhein ist „Electric current over the seam“. Dazu entwickelten sie eine sinnvolle Verbindung von zwei Bandgeweben mit leitfähigem Garn mittels Ultraschallschweißens. Für das Ultraschallschweißen haben sie sich entschieden, weil es leicht in automatisierten Prozessen eingesetzt werden kann.

Als Garn setzen Dalponte und Breckenfelder ein neuartiges mit Silber beschichtetes Polyamidgarn ein. Es ist nicht nur antistatisch und besitzt antibakterielle Wirkung, sondern ist auch thermisch und elektrisch leitfähig. Es ersetzt für die gewünschten leitfähigen Strukturen das bestehende Kettgarn. Die beim Ultraschallschweißen entstehenden Wellen erzeugen Reibung, die wiederum zu Wärme wird. So schmelzen die thermoplastische Materialien zusammen. Sie verbinden sich und kühlen dann ab.

Sind einmal alle Parameter festgelegt, hat das Ultraschallschweißen mehrere Vorteile: die gute Reproduzierbarkeit und die Schnelligkeit sowie die Belastbarkeit und Haltbarkeit der Naht. Ein Nachteil ist, dass die zu verbindenden Materialien thermoplastisch sein müssen. „Da das Garn, das wir verwendet haben, nicht thermoplastisch ist, war das Ganze zunächst eine echte Herausforderung. Doch schon nach kurzer Zeit zeigte sich, dass sich die ursprüngliche Idee von einer Verbindung, die leitfähig ist, durchaus umsetzen lässt“, so Breckenfelder. In vielen Versuchen hat die Hochschule Niederrhein die Prozess-Parameter optimiert und unterschiedliche Musterwalzen ausprobiert.

Schnell stellte sich heraus, dass nur mit gepunkteten Musterrollen ein verlässliches Ergebnis erzielt werden kann. Aufgrund der feinen leitfähigen Strukturen muss derzeit beim Ultraschallschweißen sehr genau gearbeitet werden, damit die beiden Lagen nicht verrutschen. Dabei helfen in Zukunft leitfähige Pads als Zwischenlagen Fertigungstoleranzen auszugleichen.

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