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HSR Automat vewandelt Stoffe in smarte und leuchtende Textilien

08.10.18 - Mit einem durch die Innosuisse geförderten Forschungsprojekt hat die HSR für die St. Galler Firma Forster Rohner einen Automaten entwickelt, der elektronische Bauteile vollautomatisch in Stoffe integrieren kann. Vorhänge werden so zu programmierbar leuchtenden Raumteilern und auch für medizinische Anwendungen wie Langzeit-Herzmessungen gibt es bereits Prototypen.

Wenn Elektronik in Stoffen zum Einsatz kommt, passiert das meistens als Einlage zwischen zwei Stoffschichten oder darunter – zum Beispiel bei Sitzheizungen im Auto oder bei aufgenähten LED-Lichtern auf Schuhen. Ein patentiertes Verfahren der St. Galler Firma Forster Rohner kann elektrische Leitungen nun direkt in den Stoff einsticken und elektronische Bauteile integrieren. Dank der Anlagen, die das ILT Institut für Mechatronik und Laborautomation der HSR entwickelt hat, ist es nun möglich, diese Prozesse partiell oder vollständig zu automatisieren. «So wird es möglich, mit stromleitfähigen Garnen und Bauteilen wie zum Beispiel LEDs oder Sensoren neue Funktionen in nur einer Stoffschicht zu realisieren», erklärt Adis Causevic, Entwicklungsleiter bei Forster Rohner Textile Innovations, einer Geschäftseinheit der Forster Rohner Gruppe. Eine grosse Nachfrage nach dem Verfahren kommt laut Causevic von Unternehmen, die beispielsweise ein Highlight für eine Messe oder ein besonderes Ambiente in der Gastronomie bieten wollen – etwa durch LED-bestückte Raumtrenner oder Vorhänge.

Stoff-Scheinwerfer und textile Herz-Messgeräte

Die Vielfalt, wie sich das Verfahren noch einsetzen lässt, ist jedoch weit grösser, wie Causevic ausführt. Besondere Fashion-Linien von Modemarken wie Chanel und Louis Vuitton wurden in Zusammenarbeit mit Forster Rohner gestaltet. Textilpads mit Heizfunktion machen spezielle Winterjacken möglich, die dünner und modischer geschnitten sein können, obwohl sie so warm sind wie die dicksten Daunenjacken. Die Hamburger Firma CarpetLight lässt Stoff-Scheinwerfer von ForsterRohner mit LEDs bestücken. Das Endprodukt sind professionelle Beleuchtungslösungen zum Beispiel für die Filmindustrie mit einem Bruchteil des Gewichts, was beim häufigen Transport von professioneller Beleuchtung sowohl Gewicht als auch Platz und damit Geld sparen kann.

Medizinische Anwendungen

Auch interessante technische Lösungen sind möglich. So wurde mit der EMPA St.Gallen ein Prototyp für ein textiles Langzeit-EKG entwickelt. Statt während 24 Stunden Elektroden zur Aufzeichnung der Herzfunktion herumschleppen zu müssen, können Patienten einfach einen Stoffgurt tragen, in dem bereits Sensoren eingestickt sind. Das ist komfortabler und auch weniger fehleranfällig. Eine andere spannende Anwendung wurde zusammen mit dem ETH-startup sensomative erforscht. Sitzkissen wurden in diesem Projekt mit gestickten Drucksensoren versehen. Ziel war es, Druckstellen bei Rollstuhlfahrenden zu vermeiden. «Normalerweise wechselt man einfach die Position, wenn man zu lange auf derselben Stelle sitzt. Wer jedoch kein Gespür mehr in den Beinen hat, bemerkt das nicht.
Um Wunden aufgrund von Druckstellen zu vermeiden, wurde unser Verfahren deshalb genutzt, um die Sensorik direkt in ein Rollstuhl-Sitzkissen einzuarbeiten – wird zu lange Druck auf die selbe Stelle ausgeübt, wird der Patient gewarnt», erklärt Causevic.

Vom Semi- zum Vollautomat

Möglich wurden diese Anwendungen mitunter durch das patentierte Verfahren der Firma Forster Rohner, das eine nahtlose Integration von Elektronik in eine Stoffschicht ermöglicht. Mithilfe der Ingenieurinnen und Ingenieure des ILT Institut für Mechatronik und Laborautomation der HSR wurden zwei Maschinen mit unterschiedlichem Automatisierungsgrad entwickelt. Auch Studierende der HSR gaben spannende Impulse für die Entwicklung des Vollautomaten – so lieferte ein Maschinentechnik-Student eine Idee, die die Versorgung des Automaten mit losen LEDs ermöglicht.

Statt die Elektronik in Handarbeit auf dem Stoff anzubringen, automatisieren die von der HSR entwickelten Maschinen diesen qualitätskritischen Schritt. «Mit dem Vollautomaten ist es nun möglich, intelligente Textilien im industriellen Massstab zu produzieren», fügt Prof. Dr. Agathe Koller, ILT Institutsleiterin hinzu. Die Maschinen prüfen dabei jeweils die Funktionsfähigkeit jedes einzelnen Bauteils und die Ausrichtung der einzelnen Stoffstücke, bevor die Elektronik auf den Stoff aufgebracht wird. Möglich macht dies ein ausgeklügelter Einsatz von Bildverarbeitungsalgorithmen, die von ILT in enger Zusammenarbeit mit Forster Rohner entwickelt wurden. «Das Ergebnis sind Stoffprodukte, die gefaltet oder bei bis zu 40 Grad gewaschen werden können und danach trotzdem noch ohne Einschränkungen funktionieren», sagt Causevic. Im Rahmen des Geschäftsbereichs Textile Innovations will Forster Rohner diese Fähigkeit künftig als festen Bestandteil der Produktion einsetzen.

Projektverantwortliche:
Prof. Dr. Agathe Koller-Hodac, Institutsleiterin ILT
agathe.koller(at)hsr.ch

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