DE60117825T2

DE60117825T2 - Textilprodukt mit beleuchteten fasern, daraus hergestellte artikel und zugehöriges herstellungsverfahren

Info

Publication number: DE60117825T2
Application number: DE60117825T
Authority: DE
Inventors: Marcello Givoletti
Original assignee: Luminex SpA
Current assignee: Luminex SpA
Priority date: 2000-08-07
Filing date: 2001-08-03
Publication date: 2006-10-19
Anticipated expiration: 2021-08-04
Also published as: HRP20030123B1; KR20030031130A; PL358614A1; HRP20030123A2; EP1307687A1; BR0113086A; ATE319962T1; IT1316598B1; WO2002012785A1; JP2004506106A; ZA200301791B; CA2418065A1; US7234853B2; CN1189694C; HUP0400459A2; US20030156426A1; CA2418065C; HU225727B1; BG65165B1; AU9173201A

Description

Technischer Bereich
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Stoff oder ein anderes textiles Produkt, in welchem „Leuchtfasern" miteingearbeitet sind und auf einen Artikel, zu dessen Herstellung das Produkt verwendet wird und der mit einer Lichtquelle ausgestattet ist, die durch eine elektrische Batterie betrieben wird, welche wiederum in einer geeigneten Tasche des Artikels selbst untergebracht ist.
Die Erfindung bezieht sich im Weiteren auf eine Methode für die industrielle Fertigung des Stoffes mithilfe eines traditionellen Webstuhls.
Im vorliegenden Dokument bedeutet der Ausdruck „Leuchtfasern" leuchtende Streifen, die durch Stofffäden und/oder optische Fasern (Lichtleitfasern) in Kunststoffmaterial entstehen, zum Beispiel:
PMMA (PolyMethylMethaAcrylat), PEA (PolyEthylAcrylat), PEMA (PolyEthylMethaAcrylat), PMMA/PEMA (PolyMethyl/PolyMethylAcrylat), PC (Polycarbonat), PS (PolyStyrol) usw.
Stand der Technik
Es sind derzeit bereits Beschreibungen von Stoffen, die Licht emittierende Fasern enthalten, bekannt, beispielsweise aus dem Patent US4234907 . Aber bis heute konnte keine industrielle Fertigung solcher Stoffe realisiert werden, da es bislang unmöglich war, Stoffe mit diesen Charakterisitika herzustellen.
Der Stoff in dem erwähnten Dokument verwendet optische Fasern, die an einem Ende durch eine Lichtquelle illuminiert werden und welche bis zum inneren Kern mit mehreren Cladding-Falzen ausgestattet sind, wodurch das Licht aus den optischen Fasern austreten kann und dem Stoff den gewünschten leuchtenden Effekt verleiht.
Leider weist der im Patent US4234907 beschriebene Stoff mehrere Nachteile auf:
Ein erstes Problem ist, dass das meiste Licht, das auf die ersten Falzen in den optischen Fasern trifft, so gestreut wird, dass es die etwas entfernter liegenden Falzen gar nicht mehr erreichen kann ohne eine sehr starke und sehr energieverbrauchende Stromquelle, die eine starke Behinderung darstellt.
Ein zweites Problem, womöglich das schwerwiegendste, besteht darin, dass die Fasern durch diese Falzen geschwächt werden und somit die Gewebeherstellung sowie die weitere Verarbeitung (Waschen, Reibung, ...) unmöglich machen.
Ein drittes Problem ergibt sich, da es zum Sammeln der Leuchtfasern notwendig ist, einen Stoff zu produzieren, aus dem eine ausreichende Faserlänge aus dem Stoff selbst herausragt, damit diese Fasern in einem Bündel zusammengefasst und an die Lichtquelle angeschlossen werden können. Jedenfalls wird in dem genannten Dokument nicht beschrieben auf welche Weise die Ergebnisse mit einer für die Industrie geeigneten Methode erhalten werden.
Gut bekannt ist, dass die „konventionellen" optischen Fasern, die in dem Patent US4234907 verwendet werden, sich zusammensetzen aus einem „Kern" und einem „Cladding" mit einem Refraktionsindex, der unter demjenigen des Kerns liegt, um so im Innern einen Spiegeleffekt zu erzeugen, der die Lichtausbreitung vom einen zum anderen Ende der Faser ohne Dispersion in den Zwischenbereichen festlegt.
In dem Patent GB-A-2 305 848 wird ein Gerät beschrieben, welches eine optische Warnung aussendet, umfassend einen Stoff, der eine Vielzahl an Strängen von optischen Fasern beinhaltet, von denen zumindest einige so verändert sind, dass sie das Licht von den Seiten der Stränge nach außen leiten.
Aufgabe der Erfindung
Eine erste Aufgabe der Erfindung ist es, ein Gewebe zu liefern, welches Leuchtfasern und Artikel bestehend aus diesen Leuchtfasern umfasst, die auf einfache und effektive Weise hergestellt werden können.
Artikel, die insbesondere aus dem erfindungsgemäßen Stoff hergestellt werden, sind:

– Artikel aus Tuchstoff (Hosen, Jacken, Röcke, Mäntel, Regenmäntel, Umhänge, Shirts, Sportkleidung, Schuhe, usw.);
– Sportartikel;
– Accessoirs (Taschen, Hüte, Krawatten, Gürtel, Schals, Handschuhe, Schirme, usw.);
– Artikel für das Haus (Vorhänge, Zelte, Teppichboden, Überzüge, Kissen, Decken) und für das Auto (Polsterung);
– Sicherheitsartikel (Kleidung für Polizisten und Rettungsbedienstete, Kleidung für Techniker, Sicherheitssignale für Autos, Campingzelte, Abdeckungen für Autos, Signalbanden usw.). Eine zweite Aufgabe ist es, eine industriell effiziente Methode für die Produktion des Stoffes vorzuschlagen.

Weitere Merkmale sind in den sekundären Ansprüchen enthalten.
Der gewünschte Effekt der Lichtstreuung innerhalb des handgearbeiteten Stoffes wird insbesondere erhalten durch:

a) Beleuchtung der optischen Fasern an ihren Enden und Ausnutzung der Oberflächenveränderungen der Fasern, verursacht durch das Gewebe und andere Einflüsse (Abrieb, mikroskopisch kleine Risse, Kratzer, Falten auf der Oberfläche) um so lokal den Refraktionsindex zu beeinflussen und die partielle Streuung des übertragenen Lichts zu ermöglichen.
b) Zusatz von Dotierungselementen, die in der Faser aufgelöst sind und Licht im Innern der Faser absorbieren und es mit einem Streuwinkel von 360° (Funkeln und/oder wechselnde Lichtführung) wieder emittieren können, sodass das Licht zumindest teilweise in einem Winkel, der sich vom Grenzwinkel unterscheidet, auftrifft und somit austreten kann.
c) Entsprechende Veränderung des Cladding-Refraktionsindexes in Übereinstimmung mit demjenigen des zentralen Kerns der optischen Fasern, um so das Licht entlang der zu beleuchtenden Faserlänge zu streuen und den durch das Cladding reflektierten Lichtanteil im Innern des Kerns zu verändern.

Dieser Refraktionsindex wird günstigerweise entsprechend der Funktion des zu produzierenden handgearbeiteten Stoffes ausgewählt, entsprechend der zu beleuchtenden Faserlänge und den Merkmalen der Lichtquelle.
Gemäß eines weiteren Aspekts kann der Refraktionsindex der Leuchtfasern auf geeignete Weise verändert werden durch Bearbeitung des Stoffs mithilfe einer mechanischen Behandlung wie Bürsten, Schmirgeln oder mit chemischen Reagenzien wie:

– aromatische und aliphatische Kohlenwasserstoffe, organische Säuren, aliphatischer Alkohol, Ketone, Aldehyde, aromatische und aliphatische Chlorderivate, aromatische und aliphatische Amine, Amide, aromatische und aliphatische Ester.

Das Cladding der Fasern kann entsprechend verändert werden, indem der Stoff mithilfe eines Laserstrahls von geeigneter Energie behandelt wird, welcher lokal sehr eng begrenzte Anteile des Faser-Claddings zerstört ohne dabei den Rest der Faser zu beschädigen.
Auf diese Weise erhalten wir eine Leuchtfaser, die deutlich anders reagiert als die konventionellen optischen Fasern.
Liste der Zeichnungen
Die erfindungsgemäßen Vorteile werden anhand der nachfolgenden Beschreibung und aus den anhängigen Zeichnungen offenkundig, die als den Erfindungsgedanken nicht einschränkende Beispiele angeführt werden, in welchen:
1 ein Beispiel für die Webung des erfindungsgemäßen Stoffes zeigt;
2 schematisch ein Stück eines Stoffartikels, der aus dem Stoff hergestellt wurde; darstellt;
3 schematisch die Verbindungen der Energieversorgung mit den Licht emittierenden Fasern des erfindungsgemäßen Stoffartikels darstellt;
4a–4c weitere Produktionsstadien des erfindungsgemäßen Stoffartikels zeigen;
5 ein Schema einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Textilstoffes zeigt, in dem Licht emittierende Fasern als Stofffäden eingearbeitet sind.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen besteht das erfindungsgemäße handgearbeitete Produkt gemäß einer bevorzugten Ausführungsform aus einem Stoff 1, in welchem eine Vielzahl von Kettfäden aus funkelnden Fasern 2 gebildet werden, die entlang der Breite des Stoffes 3 verteilt sind.
Wie anhand des Webschemas aus 1 dargestellt, sind bei Kettfäden nur die Fasern 2 nicht mit einer entsprechenden Anzahl m1 an Stofffäden 3 verwoben. Abhängig von der zuvor festgelegten Anzahl m1 an „losen" Stofffäden wird eine zuvor festgelegte Länge der Fasern 2 frei gelassen.
Vorteilhafterweise ist es auf diese Art möglich, die erforderliche Länge der Leuchtfasern zu bestimmen, die in Bündeln zusammengefasst und an einem Ende abgeschlossen werden, damit sie von einer Lichtquelle angestrahlt werden können, wie hierin später beschrieben.
Ein weiterer Vorteil ist, dass der Rest der Kettfäden normalerweise mit Stofffäden verwoben wird, sodass der Stoffanteil 6 mit den freien Fasern 2 nicht ausfranst sondern durch den unteren Anteil des Stoffes zusammengehalten wird und somit überlappt und um das Bündel der Leuchtfasern herum, wie in den 4a–4c, vernäht werden kann. Das daraus entstehende Stoffstück wird dann mit einem Anteil 5, in dem die Leuchtfasern 2 normalerweise verwoben sind, und mindestens einem zweiten Anteil 6 mit mindestens einem Saum 8, in welchem das Bündel der Leuchtfasern 2 untergebracht werden kann, zusammengesetzt.
Unter Bezugnahme auf 2 wird ein erfindungsgemäßer Stoffartikel aus einem Stoffstück, wie oben beschrieben, hergestellt.
Das Ende von Bündel 7, das aus Saum 8 austritt, wird mit einem Metallring 9 oder ein ähnliches Element zusammengefasst; danach werden die Fasern zugeschnitten (etwa in einem Winkel von 90° in Bezug auf ihre Achse), um die optische Kopplung zu verbessern.
An dem freien Ende von Ring 9 wird eine Dioden-LED 10 eingeführt und gut befestigt, sodass diese optisch mit den Enden der Fasern 2 gekoppelt ist.
Es wird ein elektrisches Kabel 11 mit den Diodenenden (vorzugsweise angeschweißt) verbunden und ragt von dort heraus.
Vorzugsweise wird die elektrische Verbindung 13 durch eine Harz befüllte Kappe 12 geschützt, um die Verbindung vor möglichen Belastungen während des Gebrauchs des Artikels durch den Benutzer zu schützen.
4a–4c zeigen schematisch die ersten Produktionsphasen des Stoffartikels, mit der Verbindung in den Bündeln der freien Fasern 2 (4a), die Bündelverlagerung entlang dem Rand des gewebten Anteils des handgearbeiteten Produkts (4b) und der Ausführung des Saums zum Abschließen des Faserbündels (4c).
In einer bevorzugten Ausführungsform bestehen die erfindungsgemäßen Leuchtfasern aus mit Polymeren chemisch verstärkten optischen Fasern, auch bezeichnet als funkelnde Fasern.
Die Dotierungskomponenten bestehen beispielsweise aus aromatischen polyzyklischen organischen Molekülen mit oder ohne Chinon-, Amin-, Zyanin- und Azo-Gruppen, die in den folgenden Verbindungen vorliegen: POLYPHENYL-VERBINDUNGEN

Methyl para-terphenyl (DMT)

Para-terphenyl (PTP)

Tetra-methyl para-quaterphenyl (TMQ)

Di-methyl para-quaterphenyl usw. (BMQ)

OXAZOL-VERBINDUNGEN

Diphenyl-butylphenyl-oxadiazol (BUTYL-PBD)

Diphenyl-phenyl-oxadiazol (PBD)

Diphenyloxazol usw. (PPO)
CUMARIN-VERBINDUNGENHydroxymethylcumarin

Dimethylamino-trifluoromethyl-Cumarin
Benzothiazolyl-dietilamino-Cumarin usw.

RHODAMIN-VERBINDUNGEN

Diethylamino-diethylimino-Benzoesäure
Ethylamino-ethylimino-dimethyl-3H-xanthen-benzoeethylester

Vorteilhafterweise sind die funkelnden Fasern in der Lage, Licht sowohl von der an ihrem Ende positionierten Lichtquelle sowie aus der Lichtstreuung in der Umgebung durch die mittleren Webanteile der Fasern aufzunehmen.
Abhängig von dem verwendeten Dotierungsadditiv emittieren die Fasern Licht mit einer Wellenlänge vorzugsweise im Bereich von 400 bis 700 nm und mehr.
Ein weiterer Vorteil bei der Verwendung der funkelnden Fasern besteht darin, dass diese Fasern das Licht, welches sie über ihre Gesamtlänge aufnehmen, weiterleiten. Wird der Stoff natürlichem Licht oder Kunstlicht ausgesetzt, wird durch eine oder mehrere am Fasernende positionierte LEDs das durch die Fasern geleitete Licht aufgenommen und eine elektrische Spannung erzeugt. Diese elektrische Spannung wird dann auf einen DC-DC-Konverter übertragen und dazu benutzt, die Batterie aufzuladen.
Vorteilhafterweise kann dazu die gleiche Batterie verwendet werden wie zur Beleuchtung der Fasern.
Wenn die Fasern „gerieben oder gekratzt" werden, kommt es zu einer, wie oben beschriebenen, Oberflächenveränderung der Fasern, was zu einer Verstärkung des lokal emittierten Lichts führt und es somit möglich ist, mithilfe eines schmalen Stifts, eines Steins oder eines anderen Hilfsmittels Figuren auf dem Stoff zu „zeichnen".
3 zeigt die schematische Darstellung einer Vielzahl von Dioden 10, die parallel angeordnet (es kann eine beliebige Kombination von parallelen und Serienverbindungen der Dioden 10 verwendet werden) und durch elektrische Kabel 11 mit dem DC-Konverter 14 verbunden sind, der mithilfe einer elektrischen Batterie 15, bei welcher es sich um eine Batterie zum Austauschen oder eine wiederaufladbare Batterie handelt, betrieben wird.
Der Konverter und die Batterie werden vorzugsweise zusammen in einem Gehäuse untergebracht, um die Gesamtabmessungen zu reduzieren.
Abhängig vom Stoffartikel und dem gewünschten ästhetischen Effekt werden ein oder mehrere Stücke des illuminierten Stoffes für die Produktion des Stoffartikels verwendet. Jedenfalls ist es möglich, Stoffstücke mit einer freien Länge von Leuchtfasern herzustellen, die breit genug sind, alle Bündel mit der gleichen Lichtquelle zu verbinden. Vorzugsweise wird das die Batterie und den DC-Konverter beinhaltende Gehäuse in einer geeigneten Tasche des Stoffartikels untergebracht, zum Beispiel auf Höhe des Hosenbundes.
Alternativ dazu ist es möglich, dass nur die Kabel 11 aus dem Stoffartikel austreten und an eine externe Stromversorgungsgruppe angeschlossen werden.
Gemäß der Erfindung erfolgt nachstehend die Beschreibung einer Methode zur Herstellung eines Stoffes wie dem oben angegebenen.
Unter Bezugnahme auf 1, wird eine Anzahl „n" von Kettfäden (schwarze Linien in der Abbildung) auf einem traditionellen Webstuhl angeordnet (in der Abbildung nicht dargestellt), welche mit den Passagen der Stofffäden 3 (weiße Linie in 1) verwoben werden für die Herstellung eines kontinuierlichen Stoffes in einer gewünschten Länge.
Eine Vielzahl von Kettfäden besteht aus Fasern f (aus Gründen der klaren Darstellung, wird in der Abbildung nur eine Faser gezeigt) mit einem Webverhältnis, das vorzugsweise eins zu vier und eins zu zwölf beträgt, auch wenn andere Verhältnisse im Bereich von eins zu eins oder eins zu einer beliebigen Anzahl möglich sind.
Korrespondierend zu der Position f der Fasern 2 ist der Webstuhl, der vorzugsweise elektronisch betrieben wird, so aufgebaut, dass er die Weblitzen übereinstimmend zu den Fasern 2 beibehält und so angehoben wird, dass nur die Fasern 2 die m1 Passagen der Stofffäden lösen und nicht mit dem Körper von Stoff 1 verbunden sind, der gleichmäßig bleibt.
Nach den m1 Passagen wird der Webstuhl wieder auf Normalbedingung eingestellt und die Fasern 2 werden wieder durch das Stoffgarn für eine Anzahl von m2 Passagen entsprechend der gewünschten Länge des in der Produktion befindlichen Stoffteils verwoben. Vorfeilhafterweise ist es durch den Wechsel der Anzahl m1 möglich, die Länge des freien Teils der Fasern 2 zu verändern, was es dem Hersteller ermöglicht, Bündel von Leuchtfasern in der erforderlichen Länge zur Herstellung des Stoffartikels zu erhalten.
Ist beispielsweise eine freie Fasernlänge von 50 cm für die Herstellung des Stoffartikels erforderlich, wird während des Webvorgangs „verlorener" Stoff in der Länge von 1 m übrig bleiben, um zwei brauchbare Stoffteile durch Schneiden der Länge nach in der Mitte des „verlorenen" Stoffes zu erhalten.
Wenn während des Webvorgangs die Leuchtfasern 2 ein anderes Verhalten als die anderen Kettfäden zeigen (zum Beispiel aufgrund einer unterschiedlichen Flexibilität oder unterschiedlicher mechanischer Eigenschaften) können einige Hilfsmittel zur Kontrolle der mechanischen Spannung der gelieferten Fasern zur Verfügung gestellt werden, um so eine Fehlfunktion des Webstuhls während der Fabrikation zu vermeiden. Beispielsweise können diese Hilfsmittel zur Kontrolle der mechanischen Spannung aus traditionellen oder zusätzlichen Kettbäumen bestehen für die Stromversorgung der beleuchteten Fasern, welche unter der Kontrolle eines unabhängigen Antriebs mit elektronischer und/oder mechanischer Kontrolle der mechanischen Spannung rotieren. 5 zeigt ein halbfertiges Produkt bestehend aus einem erfindungsgemäßen Stoffstück 16, in welchem die Fasern 2 als Stofffäden angeordnet sind.
In diesem Fall können die Fasern 2 nur mit einer Anzahl an ausgewählten Kettfäden verwoben werden, sodass Teile der vorbestimmten Länge der Fasern 2 unabhängig von dem Stoffstück gehalten werden können. Der Vorteil dabei ist, dass diese freien Anteile entweder an den Enden des Stoffes (Teil P1 in 5) oder an einer beliebigen mittleren Position (Teil P2) der 5) angeordnet werden können.
Ein weiterer zu beachtender Vorteil ist, dass jede der Fasern 2 an einer anderen Position der verwobenen freien Teile sein kann, sodass im Wesentlichen jede beliebige Figur oder Zeichnung erhalten werden kann durch die Zusammenstellung einer richtigen Verteilung an Leuchtfaseranteilen, die aus dem Stoff austreten.
5 zeigt eine detailliertere schematische Darstellung eines Stoffteils, das aus den Kettfäden W, den Stofffäden T und den Leuchstofffasern 2 hergestellt wurde.
Vorteilhafterweise kann als erfindungsgemäßes Ergebnis das Stoffstück 16 in einem vordefinierten Scheitelpunkt H geschnitten und die freien Endanteile der Fasern 2 in einem Bündel zusammengefasst und einfach mit einer Lichtquelle LS verbunden werden, wenn das Stoffstück zur Herstellung des Endproduktes verwendet wird.
Gemäß einem weiteren Vorteil der Erfindung liegt sich zumindest ein Teil der Fasern 2 nicht gegenüber, sodass die Stoffteile 17, die unter den freien Teilen der Fasern 2 liegen, eine wesentliche Kontinuität beibehalten und beispielsweise als Schutzschicht bei der Handhabung des gleichen Stoffstücks dienen können.
Die vorliegende Erfindung wurde Bezug nehmend auf die bevorzugten Ausführungsformen beschrieben. Es können entsprechende Änderungen durchgeführt werden ohne dabei den Umfang der vorliegenden Erfindung zu beeinträchtigen, wie in den anhängigen Ansprüchen definiert.

Claims

Textiles Produkt umfassend Leuchtfasern bestehend aus einem Gewebe hergestellt aus Stofffäden und Kettfäden, worin mindestens eine Anzahl nicht nebeneinander liegender Kett- oder Stofffäden aus Leuchtfasern bestehen und mindestens ein freier Längsanteil der genannten Leuchtfasern nicht mit einem entsprechenden darunter liegenden Anteil (6, 17) an Stoff verwebt ist und unabhängig von dem entsprechenden Stoffanteil hergestellt wurde.
Textiles Produkt gemäß Anspruch 1, in dem genannte Leuchtfasern als Kettfäden im Stoff angeordnet sind.
Textiles Produkt gemäß Anspruch 1, in dem genannte Leuchtfasern als Stoffgarnfäden im Stoff angeordnet sind.
Verfahren zur Herstellung einer Textilie gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, mit einem Textil-Webstuhl umfassend die folgenden Schritte: a) Auswahl einer Vielzahl von Leuchtfasern (f); b) Anordnung genannter Fasern (f) in Form von nicht benachbarten Kett- oder Stofffäden; (c) Weben eines ersten Stücks (5) dieses Stoffes; d) Weben von mindestens einem Stück Stoff (6), in dem nur die Fasern (f) nicht mit dem Stoff-/Kettgarn verwoben sind; e) Durchschneiden des Stoffes von genanntem Stoffstück (6), möglicherweise an einer dazwischen befindlichen Position, sodass die Fasern (f) durchschnitten und frei von dem entsprechenden darunter liegenden Stoffstück sind.
Verfahren gemäß Anspruch 4, in dem genannte Fasern (f) mithilfe von Spannvorrichtungen als Kettfäden im Stoff angeordnet werden.
Verfahren gemäß Anspruch 5, in dem genannte Spannvorrichtung durch einen autonom von einem Motor angetriebenen Kettbaum, der die Fäden (f) liefert, erhalten wird.
Artikel hergestellt aus Textilprodukten gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1–3, umfassend mindestens eine Lichtquelle (10, LS) optisch verbunden mit einem freien Ende der genannten Fasern (2).
Artikel gemäß Anspruch 7, wobei genannte Lichtquelle aus einer LED-Diode (10) besteht, mit einem Ende sicher fixiert an einem Bündel (7) von Fasern (2) durch einen Metallring (9) und verbunden durch Kabel (11) mit einer Stromversorgungseinheit bestehend aus einem Batteriepack und einem DC/AC-Konverter.
Artikel gemäß Anspruch 8, wobei die Verbindung zwischen Diode (10) und Fasern (2) mit Harz überzogen und durch eine Abdeckung geschützt ist (12).
Artikel gemäß Anspruch 8, wobei genannte Stromversorgungseinheit sich in einer Tasche des Artikels befindet.
Artikel gemäß Anspruch 8, wobei das Bündel (7) von Fasern (2) sich in einem Saum (8) befindet, welcher erhalten wird, indem das Stoffstück unter dem freien Faseranteil (2) umgeschlagen wird.