DE10200146B4

DE10200146B4 - Textile Schaltmatrix und Herstellungsverfahren dafür

Info

Publication number: DE10200146B4
Application number: DE2002100146
Authority: DE
Inventors: Thomas Gries; Richard Ramakers; Achim Besen
Original assignee: FREUNDES- und FOERDERKREIS DES INSTITUTES fur TEXTILTECHNIK DER RWTH AACHEN EV; FREUNDES und FOERDERKREIS DES INST fur TEXTILTECHNIK DER RWTH AACHEN E V; Freundes- und Forderkreis Des Institutes fur Textiltechnik Der Rwth Aachen Ev
Current assignee: FREUNDES- und FOERDERKREIS DES INSTITUTES fur TEXTILTECHNIK DER RWTH AACHEN EV; FREUNDES und FOERDERKREIS DES INST fur TEXTILTECHNIK DER RWTH AACHEN E V; Freundes- und Forderkreis Des Institutes fur Textiltechnik Der Rwth Aachen Ev
Priority date: 2002-01-04
Filing date: 2002-01-04
Publication date: 2011-05-05
Anticipated expiration: 2022-01-05
Also published as: DE10200146A1

Abstract

Textile Schaltmatrix mit einer Mehrzahl von matrixartig angeordneten Schaltelementen, aufweisend zwei gegenüber liegend angeordnete und zueinander fixierte textile Flächen (1), die jeweils streifenförmig parallel oder versetzt angeordnete leitende Bahnen (2) aufweisen, die als Leiterbahnen (3) fungieren,
wobei die zu den textilen Flächen (1) gehörenden leitenden Bahnen (2) an Kreuzungsstellen (4) kreuzend einander gegenüberliegen,
wobei die textilen Flächen (1) matrixartig angeordnete dreidimensionale Ausformungen (5) aufweisen, die an den textilen Flächen (1) ausgeformt sind und jeweils in Richtung der gegenüberliegenden textilen Fläche (1) gerichtet sind, so dass die leitenden Bahnen (2) voneinander beabstandet sind,
wobei die Schaltelemente von den Kreuzungsstellen (4) gebildet sind derart, dass an Kreuzungsstellen (4) beabstandet gegenüberliegende leitende Bahnen (2) bei Ausüben eines Druckes miteinander in elektrischen Kontakt bringbar sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine textile Schaltmatrix, welche durch das verkreuzte Übereinanderlegen zweier dreidimensional ausgeformter textiler Flächen mit integrierten Leiterbahnen entsteht. Die Leiterbahnen sind durch dreidimensionale Ausformungen in der textilen Fläche beabstandet, durch Druck auf die Kreuzungspunkte werden die Leiterbahnen in Kontakt gebracht. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Herstellungsverfahren für eine solche Schaltmatrix.
Aus der DE 89 01 047 U1 ist eine Schaltmatrix mit einer Mehrzahl von matrixartig angeordneten Schaltelementen bekannt, die zwei gegenüberliegend angeordnete textile Flächen aufweist, die jeweils streifenförmig angeordnete leitende Fäden enthalten, die als Leiterbahnen fungieren, wobei die zu den zwei übereinander angeordneten textilen Flächen gehörenden Leiterbahnen sich an Kreuzungsstellen kreuzend gegenüberliegen, wobei die beiden gegenüberliegenden textilen Flächen zueinander fixiert und wobei die Schaltelemente von den Kreuzungsstellen gebildet sind, derart, dass an den Kreuzungsstellen der Leiterbahnen, beabstandet gegenüberliegende Leiterbahnen bei Ausübung eines Druckes miteinander in elektrischen Kontakt bringbar sind.
Eine Variante der in DE 89 01 047 U1 genannten Schaltmatrix besteht aus gewellten Kunststoffträgern und nicht aus Textilien. Diese Variante besitzt keine textile Haptik.
Bei der weiteren in der vorstehend genannten Druckschrift ausgeführten Variante weist die Schaltmatrix ein textiles Gewebe auf, das von einer einzigen textilen Fläche gebildet ist, bei der Kett- und Schussfäden eine Wellung bewirken.
Die Druckschrift US 4 659 873 beschreibt eine textile Schaltmatrix mit matrixartig angeordneten Abstandhaltern, diese sind jedoch als separate Teile an der textilen Fläche angeordnet.
Die Miniaturisierung der Mikroelektronik und ihrer Komponenten führte in jüngster Vergangenheit zur Möglichkeit der Integration von elektronischen Bauteilen in Bekleidung. Wegen der erforderlichen Größe und der fehlenden textilen Haptik (der Griff eines Textils) sind diese bisher als Fremdkörper erkennbar oder spürbar. Auf diese Weise war es nicht möglich, die Funktionalitäten ohne Beeinträchtigung der textilen Eigenschaften in Bekleidung zu integrieren.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltmatrix mit einer guten Bedienbarkeit anzugeben, wobei für die Schaltmatrix textile Strukturen übernommen werden.
Die Aufgabe wird mit einer textilen Schaltmatrix nach Anspruch 1 und einem Herstellungsverfahren nach Anspruch 6 oder 7 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind jeweils in den abhängigen Ansprüchen genannt.
Elektronische Funktionen erfordern für eine gute Bedienbarkeit eine gewisse Mindestgröße, so dass die Integration der Schaltelemente in das textile Gewebe vorteilhaft ist. Das textile Schaltelement ist bezüglich seiner Haptik dem umgebenden Textil ähnlich, wobei die Verbindung von textilem Schaltelement zur Mikroelektronik die textilen Eigenschaften nicht beeinträchtigen soll.
Die erfindungsgemäße Schaltmatrix besteht aus zwei dreidimensional verformten und fixierten textilen Flächen mit gekreuzten, räumlich getrennten leitenden Bahnen, die Leiterbahnen darstellen.
Durch Druck auf den textilen Matrixschalter werden sich gegenüberliegende Leiterbahnen in Kontakt gebracht.
In die Deckflächen von flächigen Textilien werden Leiterbahnen günstigerweise parallel zueinander durch z. B. Wirken, Sticken, Stricken, Nähen, Weben, Gelegeverfahren, Vliesherstellungsverfahren, Kaschieren oder Kombinationsverfahren eingearbeitet. Die Leiterbahnen können aber auch nicht parallel zueinander angeordnet sein, wie es z. B. durch das Kettenwirkverfahren mit Legeschienen oder das Drehwebverfahren möglich ist.
Die Textilien werden mit einem beheizten Werkzeug dreidimensional verformt und anschließend fixiert, so dass dreidimensionale textile Gebilde entstehen, die paarweise ineinandergreifen können.
Alternativ werden die Leiterbahnen in einem gesonderten Schritt nach der textilen Flächenherstellung aufgebracht.
Zwei solcher textilen Gebilde werden zusammengefügt, so dass die Leiterbahnen jeweils gekreuzt und räumlich getrennt einander gegenüberliegen und eine Matrix aus Kreuzungspunkten bilden, wobei jeder Kreuzungspunkt einen Schaltpunk darstellt.
Die Größe der Matrix und die Anzahl der Schaltpunkte können beliebig variiert werden.
Die textile Schaltmatrix besteht aus Schaltelementen für eine Bedieneinheit mit textiler Haptik und Physiologie für elektrische und elektronische Geräte.
Mögliche Anwendungen für die textile Schaltmatrix sind textile Tastaturen, Schalter im Automobil-Innenraum, Scrollfunktionen, Touchpads, in Arbeitsbekleidung integrierte Not-Aus-Schalter, Bedienung integrierter Funktionen in Schutz- oder Sportbekleidung und Anwendungen in Spielzeug.
Nachfolgend wird die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Dabei zeigen:
: ein beispielhaftes Wirkverfahren für eine erfindungsgemäße Schaltmatrix.
: einen beispielhaften Verformungsprozess für eine erfindungsgemäße Schaltmatrix.
: eine erfindungsgemäße Schaltmatrix in Explosionsansicht.
: eine erfindungsgemäße Schaltmatrix in Durchsicht.
Die textile Schaltmatrix besteht aus einer beliebigen Anzahl von Kreuzungspunkten 4, wobei jeder dieser Kreuzungspunkte einen Tippschalter darstellt.
In die Deckflächen von flächigen Textilien 1 werden Leiterbahnen 3 günstigerweise parallel zueinander eingearbeitet, so dass eine textile Fläche 1 mit einem elektrisch leitenden Streifenmuster entsteht. Dieses Einarbeiten kann durch unterschiedliche textile Fertigungsverfahren erreicht werden, z. B. Wirken, Sticken, Stricken, Nähen, Weben, Gelegeverfahren, Vliesherstellungsverfahren, Kaschieren oder Kombinationsverfahren. Die Leiterbahnen können aber auch nicht parallel zueinander angeordnet sein, wie es z. B. durch das Kettenwirkverfahren mit Legeschienen oder das Drehwebverfahren möglich ist.
Beispielhaft ist in das Wirkverfahren dargestellt. Dabei laufen in die Wirkmaschine neben normale Fäden mehrere leitfähige Fäden 2 in die Maschine und werden zu einer textilen Fläche verarbeitet. Dadurch entsteht eine textile Fläche 1, welche parallel zueinander angeordnete Leiterbahnen 3 aufweist. Der Abstand der Leiterbahnen in der textilen Fläche kann regelmäßig oder unregelmäßig sein und ist variabel einstellbar.
Alternativ dazu können die Leiterbahnen 3 nach der Herstellung der textilen Fläche 1 eingebracht werden. Dies kann beispielsweise erfolgen durch das Aufsticken von leitfähigen Fäden oder dem Aufnähen von Textilien aus leitfähigen Fäden.
Die textilen Flächen 1 werden in einem beheizten Werkzeug 6 dreidimensional verformt und anschließend (z. B. thermisch oder durch Imprägnierung) fixiert, so dass dreidimensionale Ausformungen 5 entstehen, die paarweise ineinandergreifen können. Beispielhaft ist in der Verformungsprozess anhand des Tiefziehens mit einem beheizten Formwerkzeug 6 dargestellt.
Bei Fertigungsverfahren, in denen die leitfähigen Fäden oder Textilien im gesonderten Schritt zur Flächenherstellung aufgebracht werden, können die dreidimensionalen Ausformungen 5 sowohl vor als auch nach dem Aufbringen der Leiterbahnen eingebracht werden.
Zwei dieser textilen Flächen 1 mit dreidimensionalen Ausformungen 5 werden derart zu einer textilen Schaltmatrix zusammengefügt, so dass die Leiterbahnen 3 jeweils gekreuzt und räumlich getrennt einander gegenüberliegen und eine Matrix aus Schaltpunkten bilden, siehe .
Die Leiterbahnen 3 werden durch Druck auf die Kreuzungspunkte 4 der textilen Schaltmatrix miteinander in Kontakt gebracht. Die Elastizität der dreidimensionalen Ausformungen bewirkt eine Unterbrechung des Kontaktes, sobald der aufgebrachte Druck nachlässt – das Material federt zurück und trennt die Leiterbahnen 3 voneinander. Die textile Schaltmatrix funktioniert auch mit asymmetrisch verformten Deckflächen. Optional kann die Elastizität durch Füllen der dreidimensionalen Ausformungen 5 mit z. B. Schaumstoff oder bauschigen Knäueln aus geschnittenen Fäden (Kissenfüllung) erhöht werden.
Die Größe der Matrix und somit die Anzahl der Kreuzungspunkte (Schaltpunkte) können beliebig variiert werden und dadurch gezielt auf die jeweilige Anwendung zugeschnitten werden, bei denen Mikroelektronik unter Erhaltung der textilen Haptik und Physiologie in Textilien integriert werden sollen.
Bezugszeichenliste

1: textile Fläche/Grundgewirk
2: Leitende Bahnen/leitende Fäden
3: Leiterbahnen
4: Kreuzungspunkt
5: dreidimensionale Ausformung/3D-Ausformung
6: Formwerkzeug
7: Raschelmaschine
8: Garnvorlage

Claims

Textile Schaltmatrix mit einer Mehrzahl von matrixartig angeordneten Schaltelementen, aufweisend zwei gegenüber liegend angeordnete und zueinander fixierte textile Flächen (1), die jeweils streifenförmig parallel oder versetzt angeordnete leitende Bahnen (2) aufweisen, die als Leiterbahnen (3) fungieren, wobei die zu den textilen Flächen (1) gehörenden leitenden Bahnen (2) an Kreuzungsstellen (4) kreuzend einander gegenüberliegen, wobei die textilen Flächen (1) matrixartig angeordnete dreidimensionale Ausformungen (5) aufweisen, die an den textilen Flächen (1) ausgeformt sind und jeweils in Richtung der gegenüberliegenden textilen Fläche (1) gerichtet sind, so dass die leitenden Bahnen (2) voneinander beabstandet sind, wobei die Schaltelemente von den Kreuzungsstellen (4) gebildet sind derart, dass an Kreuzungsstellen (4) beabstandet gegenüberliegende leitende Bahnen (2) bei Ausüben eines Druckes miteinander in elektrischen Kontakt bringbar sind.
Textile Schaltmatrix nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die leitenden Bahnen (2) in das Grundgewirk der textilen Fläche (1) eingearbeitete Fäden sind.
Textile Schaltmatrix nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die leitenden Bahnen (2) auf die textile Fläche (1) aufgebracht sind.
Textile Schaltmatrix nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die leitenden Bahnen (2) auf die textile Fläche (1) kaschiert oder genäht oder gestickt sind.
Textile Schaltmatrix nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die dreidimensionalen Ausformungen (5) mit elastischem oder textilem Material ausgefüllt sind.
Verfahren zur Herstellung einer textilen Schaltmatrix nach Anspruch 1, 2 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die leitenden Bahnen (2) als leitfähige Fäden beim Herstellen des Grundgewirks der textilen Fläche (1) eingearbeitet werden.
Verfahren zur Herstellung einer textilen Schaltmatrix nach Anspruch 1, 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die leitenden Bahnen (2) nach Herstellung der textilen Flächen (1) auf diese aufgebracht werden.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die leitfähigen Fäden beim Herstellen des Grundgewirks der textilen Fläche (1) in dieses eingewirkt oder eingewebt oder eingestrickt oder eingenäht oder eingelegt werden.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die leitenden Bahnen (2) auf die textilen Flächen (1) kaschiert oder aufgestickt oder aufgenäht werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Verfahrensschritt die dreidimensionalen Ausformungen in den textilen Flächen (1) mittels eines Verformungsverfahren ausgebildet werden.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Verformungsverfahren ein Tiefziehverfahren ist.
Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass in einem anschließenden Verfahrensschritt die textilen Flächen (1) zueinander fixiert werden.