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Dokumentenidentifikation DE102006017340A1 12.10.2006
Titel Elektrisch leitfähiges Garn
Anmelder W. Zimmermann GmbH & Co. KG, 88171 Weiler-Simmerberg, DE
Erfinder Nusko, Robert, Dr., 93109 Wiesent, DE;
Parzl, Adi, 93059 Regensburg, DE;
Maier, Georg, Dr., 93177 Altenthann, DE
Vertreter Kritzenberger & Zeuner, 80636 München
DE-Anmeldedatum 11.04.2006
DE-Aktenzeichen 102006017340
Offenlegungstag 12.10.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 12.10.2006
IPC-Hauptklasse D02G 3/02(2006.01)A, F, I, 20060411, B, H, DE
IPC-Nebenklasse D02G 3/12(2006.01)A, L, I, 20060411, B, H, DE   D02G 3/36(2006.01)A, L, I, 20060411, B, H, DE   
Zusammenfassung Die vorliegende Erfindung stellt elektrisch leitfähige Garne zur Verfügung, die zumindest einen flexiblen Kernfaden, zumindest einen um den Kernfaden gewundenen elektrisch leitfähigen Faden und zumindest ein außen um den mit dem elektrisch leitfähigen Faden umwundenen Kernfaden gewundenes elektrisch nicht leitfähiges Multifilamentgarn umfassen. Das elektrisch nicht leitfähige Multifilamentgarn liegt pro Meter Garn mindestens 70 mal um den mit dem elektrisch leitfähigen Faden umwundenen Kernfaden gewunden vor und besteht aus zumindest fünf Einzelfilamenten, wobei die Einzelfilamente einen Durchmesser von zumindest 0,1 µm aufweisen.

Beschreibung[de]
Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft elektrisch leitfähige Garne, deren Verwendung und Verfahren zu deren Herstellung.

Es sind einige Verfahren zur Herstellung elektrisch leitfähiger Garne bekannt. So werden z. B. zur Ableitung elektrostatischer Aufladung seit langem Metalldrähte oder Drahtgeflechte bzw. metallisierte Garne direkt in Gewebe eingearbeitet. Diese Gewebe sind oft problematisch am Webstuhl zu fertigen und verfügen auf Grund der offen liegenden Drähte über eine nur eingeschränkt textile Optik und/oder einen metallischen Griff.

Ferner sind Verfahren zur Herstellung von so genannten Stapelgarnen bekannt. Dabei werden im Wesentlichen kurze textile Fasern zusammen mit kurzen und sehr feinen Metallfasern zu einem Garn gesponnen. Je nach Metallgehalt besitzen diese Garne mehr oder weniger textile oder metallische Eigenschaften. Stapelgarne mit guter elektrischer Leitfähigkeit weisen eine metallische Optik und Haptik auf.

Bekannt sind auch Verfahren, bei denen zentral geführte Metalldrähte einfach oder doppelt textil umwunden werden. Da in diesen Garnen im Wesentlichen der Draht die Reißfestigkeit bestimmt, werden meist relativ dicke Drähte mit Durchmessern größer 0,1 mm eingesetzt. Derartige Garne sind verhältnismäßig steif und deshalb für textile Anwendungen unbrauchbar.

Die EP 250 260 B1 beschreibt wie durch die Umwindung von parallel geführtem Draht und textilem Faden auch dünne Drähte im Kern eines umwundenen Garnes eingesetzt werden können. In dieser Anordnung sorgt der zentrale textile Faden für Reißfestigkeit, während der parallel laufende dünne Draht die elektrische Leitfähigkeit des Garns bewirkt. Derartige Garne sind aber nicht besonders gut dehnbar und nicht knickbeständig.

In der CH 690 686 A5 wird die Herstellung eines Verbundgarnes aus textiler Lunte und monofilem Metallfaden beschrieben. Während des Garnspinnprozesses auf einer Ringspinnmaschine wird der Lunte zentral ein beschichteter Metalldraht zugeführt. In der dem Spinnprozess nachgeschalteten thermischen Behandlung verklebt die schmelzende Beschichtung den zentralen Draht mit der gesponnenen textilen Umhüllung. Auch diese Garne weisen keine gute Dehnbarkeit auf und sind nicht knickbeständig.

Keines der oben beschriebenen Garne kann ohne Verlust der elektrischen Leitfähigkeit in nennenswertem Umfang gedehnt werden, da die leitfähigen Fäden entweder reißen oder sich plastisch verformen.

Die US 5 881 547 lehrt die Fertigung eines hochreißfesten, elektrisch leitenden Garns zum Einsatz in Fechtbekleidung. Dieses Garn besteht aus einem elektrisch nicht leitfähigen Kernfaden und einer doppelten, kreuzweisen Umwindung mit Edelstahldraht. Es ist aufgrund des großen Durchmessers der verwendeten Edelstahldrähte im Bereich zwischen 0,6 mm und 1,2 mm sehr steif und besitzt kaum textilen Charakter.

In der DE 103 42 787 werden elektrisch leitfähige Kombinationsgarne beschrieben, die aufgrund ihres elastischen Kerngarns eine elastische Dehnbarkeit von mindestens 15 % ihrer Länge aufweisen. Aufgrund ihrer elastischen Eigenschaften sind derartige Garne nur bedingt zur Verarbeitung auf schnelllaufenden Maschinen der Textilindustrie geeignet. Insbesondere die Verwendung als Näh- bzw. Stickgarn ist nur sehr eingeschränkt möglich.

In der US 4 776 160 wird eine Garnkonstruktion beschrieben, bei der im Wesentlichen ein Draht um einen Kernfaden gewunden ist. Derartige Garne sind bereits bis zu einem gewissen Ausmaß ohne Verlust der elektrischen Leitfähigkeit dehnbar und knickbeständig, doch weisen sie noch eine deutliche Neigung zu Kurzschlüssen bei leichtem Kontakt der Garne untereinander sowie eine Abrasionsempfindlichkeit bei der Verarbeitung auf schnell laufenden Maschinen auf.

Bei dem in der US 5 927 060 beschriebenen Garn handelt es sich um ein mit zwei bis vier Filamenten umwundenes textiles Kerngarn, wobei zumindest eines der Umwindegarne aus Draht besteht. Die relativ niedrige Umwindefrequenz von 200 bis 600 Umwindungen pro Meter Garn führt zu einer nur geringen Dehnbarkeit des Kombinationsgarnes bis es zum Bruch des umhüllenden Drahtes kommt. Diese Garnkonstruktion leidet wie das in der US 4 776 160 offenbarte Garn unter Kurzschlüssen bei losem Kontakt der Garne untereinander und unter einer geringen Abrasionsbeständigkeit.

Darstellung der Erfindung

Hier setzt die Erfindung an. Der Erfindung, wie sie in den Ansprüchen gekennzeichnet ist, liegt die Aufgabe zugrunde, Garne bereitzustellen, die elektrische Leitfähigkeit aufweisen, die aber bei gegenseitigem Kontakt keine elektrische Leitung zwischen den einzelnen Garnen bzw. verschiedenen Garnabschnitten bewirken.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Garn gemäß Anspruch 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Details, Aspekte und Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung, den Figuren und den Beispielen.

Das erfindungsgemäße elektrisch leitfähige Garn umfasst zumindest einen flexiblen Kernfaden, zumindest einen, um den Kernfaden gewundenen elektrisch leitfähigen Faden und zumindest ein, außen um den mit dem elektrisch leitfähigen Faden umwundenen Kernfaden gewundenes elektrisch nicht leitfähiges Multifilamentgarn. Das elektrisch nicht leitfähige Multifilamentgarn ist pro Meter Garn mindestens 70 mal um den mit einem elektrisch leitfähigen Faden umwundenen Kernfaden gewunden und besteht aus zumindest 5 Einzelfilamenten. Die Einzelfilamente weisen einen Durchmesser von wenigstens 0,1 &mgr;m auf.

Multifilamentgarne legen sich bei der Umwindung eines Kerns bevorzugt flächig auf die Seele, so dass sie bei gleichem Rohgarn-Außendurchmesser eine im Vergleich zu einem gleich starken Monofil deutlich höhere Flächenabdeckung bewirken. Sich locker berührende Einzelgarne stellen auf Grund des abdeckenden Charakters der äußeren Umwindung mit einem elektrisch nicht leitenden Multifilamentgarn keinen elektrischen Kontakt untereinander her.

Das erfindungsgemäße elektrisch leitfähige textile Kombinationsgarn besitzt einen flexiblen Kern, der keine gummielastischen Eigenschaften aufweist, eine erste, innere Umhüllung und eine, zumindest teilweise über der ersten Umhüllung liegende zweite Umhüllung, wobei die erste Umhüllung zumindest teilweise aus elektrisch leitfähigen Materialien besteht und die zweite Umhüllung aus einem elektrisch nicht leitfähigen textilen Multifilamentgarn besteht.

Zusätzlich zur elektrisch leitfähigen Umwindung umfasst das erfindungsgemäße Garn also eine weitere äußere, nichtleitende Umwindung aus zumindest einem Multifilamentgarn. Diese elektrisch isolierende Umwindung kann verschiedene Funktionen übernehmen und führt dadurch zu einer ganzen Reihe von verbesserten Eigenschaften des erfindungsgemäßen Garns. Beispielhaft seien genannt: Elektrische Isolierung, mechanischer Abriebschutz, Verbesserung der Verarbeitbarkeit des Garns auf schnell laufenden Maschinen, mechanische Stabilisierung des innen liegenden leitfähigen Garnes, Farbe, Glanz, Optik, Griff, Haptik, Ausgleich der inneren Torsionsspannung des Garns nach Umwindung in einer Richtung, Schweißtransport, Feuchteregulierung, Temperaturausgleich.

Die beiden Umhüllungen können zudem nicht mit bloßen Fingern auf dem Kern verschoben werden. Das Kombinationsgarn verliert seine elektrische Leitfähigkeit auch nach Durchführung von zumindest 5 Normwäschen nach DIN EN 6330 bei 40 °C nicht. Es ist waschbar, beständig gegenüber chemischer Reinigung und gegenüber Abrasion.

Wird ein aus zumindest 5 Einzelfilamenten bestehendes elektrisch nicht leitfähiges Multifilamentgarn pro Meter Garn zumindest 70 mal um den mit einem elektrisch leitfähigen Faden umwundenen Kernfaden gewunden und weisen die Einzelfilamente des Multifilamentgarns einen Durchmesser von wenigstens 0,1 &mgr;m auf, so deckt das nicht leitfähige Multifilamentgarn die leitfähigen Bestandteile des elektrisch leitfähigen Garns soweit ab, dass es bei einem drucklosen Kontakt zwischen zwei Einzelgarnen zu keiner elektrischen Leitung zwischen diesen Einzelgarnen kommt.

Eine ausreichende isolierende äußere Umhüllung und weitere der genannten günstigen Eigenschaften können durch Variation der Parameter "Anzahl der Einzelfilamente des elektrisch nicht leitfähigen Multifilamentgarns", "Anzahl der Umwindungen des elektrisch nicht leitfähigen Multifilamentgarns pro Meter Garn" und "Durchmesser der Einzelfilamente des elektrisch nicht leitfähigen Multifilamentgarns" erreicht werden. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann der Fachmann diese drei Parameter aufeinander abstimmen. Erweist sich beispielsweise bei der Herstellung eines bestimmten Garns die Verwendung eines Multifilamentgarns mit einer eher geringen Zahl an Einzelfilamenten als vorteilhaft, so kann die dadurch verursachte geringere Abdeckung der leitfähigen Bestandteile durch eine höhere Umwindezahl und/oder durch einen größeren Durchmesser der Einzelfilamente ausgeglichen werden.

Grundsätzlich ergibt sich eine verbesserte Abdeckung mit steigender Anzahl an Einzelfilamenten, mit steigender Anzahl an Umwindungen und mit steigendem Durchmesser der Einzelfilamente. Andererseits sind diesen Parameter technische Grenzen gesetzt. So kann das Multifilamentgarn technisch bedingt maximal 1500 mal pro Meter Garn um den Kernfaden gewunden werden. Eine zu große Zahl an Einzelfilamenten bewirkt andererseits, dass sich die Einzelfilamente bei der Umwindung nicht mehr flächig nebeneinander um den umwundenen Faden legen sondern zumindest teilweise übereinander zu liegen kommen. Neben dem dadurch unnötig erhöhten Materialverbrauch weisen solche Garne in der Weiterverarbeitung schlechtere Eigenschaften auf.

Die genannten Parameter werden vom Fachmann daher so aufeinander abgestimmt werden, dass eine ausreichende isolierende Abdeckung bei möglichst ökonomischen Materialeinsatz und gleichzeitig guten textilen Eigenschaften erreicht wird. Die erfindungsgemäßen Garne verursachen bei gegenseitigem Kontakt insbesondere im Niederspannungsbereich keine Kurzschlüsse.

Bevorzugt weist das elektrisch nicht leitfähige Multifilamentgarn wenigstens 7, wenigstens 10, wenigstens 13, wenigstens 16 oder wenigstens 24 Einzelfilamente auf.

Gemäß weiteren bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung besitzen die Einzelfilamente des elektrisch nicht leitfähigen Multifilamentgarns einen Durchmesser zwischen 10 &mgr;m und 100 &mgr;m, zwischen 20 &mgr;m und 60 &mgr;m oder zwischen 30 &mgr;m und 50 &mgr;m.

Ebenfalls bevorzugt sind Ausführungsformen, gemäß denen das elektrisch nicht leitfähige Multifilamentgarn pro Meter Garn mindestens 80 mal, mindestens 300 mal, mindestens 500 mal, mindestens 700 mal, mindestens 900 mal oder mindestens 1100 mal um den Kernfaden gewunden ist.

Wie bereits erwähnt können diese Parameter vom Fachmann in vorteilhafter Weise aufeinander abgestimmt werden.

Abhängig von der Applikation eignen sich für die elektrisch nicht leitende Umwindung verschiedenste Materialien. Beispielhaft seien genannt: Nylon, Polyester, Viskose, Polyamid, Leinen, Wolle, Seide, Baumwolle, Polypropylen, Kevlar in den verschiedenen Ausführungsformen sowie Mischgarne aller Art.

Bevorzugt besteht der textile Kernfaden der erfindungsgemäßen Garne aus nicht gummielastischen, aber flexiblen Materialien. Derartige Fäden sind handelsübliche Garne zwischen 20 dtex bis 3000 dtex. Sie bestehen aus Natur- oder Synthesefasern, Mono- oder Multifilamentkonstruktionen, sind texturiert oder glatt und weisen Reißfestigkeiten von mehr als 0,5 N auf.

Entsprechende Verbundgarne mit flexiblem Kern, elektrisch leitender innerer Umhüllung und elektrisch isolierender äußerer Umhüllung können daher ohne Verlust der elektrischen Leiffähigkeit mit mindestens 2 N in der Längsrichtung beansprucht werden. Sie können daneben ohne Verlust der Leitfähigkeit zumindest kurzzeitig deutlichen Zugbeanspruchungen unterworfen werden. Der textile Kernfaden übernimmt dabei weitgehend die Zugbelastung und entlastet damit die elektrisch leiffähige Umwindung.

Der flexible Kern des Verbundgarns ist mit einer elektrisch leitfähigen inneren Umwindung ausgestattet. Der verwendete elektrisch leitfähige Faden muss so um den Kern gewunden sein, dass eine Dehnung der gesamten Garneinheit um 5 % keine plastische Verformung bzw. einen Bruch herbeiführende mechanische Belastung des elektrisch leitfähigen Fadens verursacht.

Die Dehnbarkeit des gesamten elektrisch leitfähigen Garns wird also durch den Kernfaden begrenzt. Um diese Eigenschaft zu erfüllen, sind Kernfaden, leitfähige Umwindung und nicht leitfähige äußere Umwindung im Hinblick auf Material und im Hinblick auf die Anzahl der Umwicklungen um den Kernfaden zweckmäßig aufeinander abgestimmt. Daneben werden vorteilhaft einige weitere, dem Fachmann auf dem Gebiet der Garnherstellung bekannte Parameter angepasst. Außerdem weisen die verschiedenen Fadenmaterialien verschiedene Reibungskoeffizienten auf, wodurch ein unterschiedlicher Kraftaufwand erforderlich wird, um die einzelnen Fäden gegeneinander zu verschieben. Für den Fachmann auf dem Gebiet der Garnherstellung stellt eine solche Auswahl kein Problem dar.

Der Kernfaden kann in einer für die jeweilige Applikation geeigneten Form eingesetzt werden. Beispielhaft seien einige Varianten genannt: Monofil, Multifil und texturierte Typen. Falls erforderlich, können auch mehrere Fäden parallel oder verzwirnt im Kern eingesetzt werden. Es können gleichartige oder unterschiedliche Fäden nebeneinander verwendet werden.

Der flexible Kern kann auch mehrfach mit leitfähigen Fäden umwunden sein. Diese leiffähigen Umwicklungen können auch in verschiedenen Wickelrichtungen aufgebracht und gegebenenfalls durch Zwischenschichten voneinander getrennt sein.

Als elektrisch leitfähige Fäden eignen sich besonders metallische Drähte, Drahtzwirne oder -geflechte, leitend beschichtete Synthesefasern, Stapelgarne mit Metallanteil und leitfähig gefüllte Synthesefasern sowie leitfähige Polymere. Der elektrisch leitfähige Faden kann einfach oder mehrfach, sortenrein oder gemischt eingesetzt werden.

Zur Umwindung verwendete monofile Metalldrähte sind für zahlreiche Ausgestaltungsformen der Erfindung besonders in einem Dickenbereich zwischen 0,01 mm und 0,12 mm, bevorzugt zwischen 0,02 und 0,06 mm, besonders bevorzugt zwischen 0,03 und 0,05 mm geeignet. Obwohl sich prinzipiell zahlreiche Metalle und Legierungen, die zusätzlich beschichtet oder gebeizt sein können, zur Herstellung erfindungsgemäßer Garne mit Draht eignen, sind aufgrund technischer und ökonomischer Faktoren Kupferdrähte, silberbeschichtete Kupferdrähte, Silberdrähte, Edelstahldrähte und Messingdrähte besonders bevorzugt. Die Verwendung beschichteter bzw. lackierter Drahttypen verbessert die Korrosionsbeständigkeit und Waschbarkeit der erfindungsgemäßen Garne. Solche Garne sind nicht nur gut waschbar, sie widerstehen vielmehr sogar einer chemischen Reinigung.

Neben monofilen Metalldrähten eignen sich Multifilament-Edelstahlgarne ganz hervorragend zur Herstellung der erfindungsgemäßen Garne. Typischerweise bewegt sich die Dicke eines einzelnen Edelstahl-Filaments im Bereich zwischen 0,002 mm und 0,02 mm. Die Zahl der enthaltenen Einzelfilamente liegt zwischen 10 und 1000.

Für zahlreiche Applikationen bietet sich die Verwendung silberbeschichteter synthetischer Garne zur elektrisch leitfähigen Umwindung des flexiblen Kerns an. Besonders eignen sich waschbeständige, silberbeschichtete Nylongarne zur Herstellung der erfindungsgemäßen Garne. Der Markt bietet sowohl Monofilament-, als auch Multifilamentgarne an. Mit Multifilamentgarnen als Umwindung können im Vergleich zu monofilen Fasern höhere Flächenabdeckungen des Kerns bei gleichem Garndurchmesser erzielt werden.

Die Herstellung der erfindungsgemäßen Garne kann grundsätzlich auf alle dem Fachmann bekannte Arten erfolgen. Bevorzugt wird der zentrale flexible Faden auf einem Streckwerk vorgespannt. Der vorgespannte Kernfaden wird durch eine rotierende Hohlspindel geführt. Auf der Hohlspindel sitzt die Garnspule mit dem Umwindefaden. Der Umwindefaden wird von dem gleichmäßig abgezogenen Kernfaden mitgenommen, so dass der Umwindefaden in Form einer Wendel um den Kernfaden gewunden wird.

Durch das Umwinden des Kernfadens mit einem weiteren Faden entstehen innere Torsionskräfte, die dazu führen, dass sich das Garn im entlasteten Zustand, also beim Abwickeln von der Spule, um sich selbst verdrillt. Werden zwei Fäden um den Kernfaden gewunden, so ergibt sich die Möglichkeit, diese inneren Torsionskräfte zu eliminieren. Man spricht in diesem Fall von einem „Ausbalanzieren" des Garns. Wird der zweite Faden nämlich gegensinnig zu dem ersten Faden um den Kernfaden gewunden, so ergeben sich Torsionskräfte in entgegengesetzten Richtungen. Material und Anzahl der Umwindungen können nun durch einfache Versuche so aufeinander abgestimmt werden, dass die Beträge der Torsionskräfte ungefähr gleich sind und sich eine resultierende Torsionskraft von nahezu Null ergibt. Als Folge ist gewährleistet, dass sich das Garn im unbelasteten Zustand kaum oder gar nicht um sich selbst verdrillt.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind also der elektrisch leitfähige Faden und das elektrisch nicht leitfähige Multifilamentgarn gegensinnig um den flexiblen Kernfaden gewickelt. Wenn der elektrisch leitfähige Faden also beispielsweise in S-Richtung um den flexiblen Kernfaden gewunden vorliegt, so ist das Multifilamentgarn in Z-Richtung um den flexiblen Kernfaden gewickelt. Es handelt sich also um eine kreuzweise Umwindung. Die vorliegende Erfindung stellt somit Garne zur Verfügung, die im Wesentlichen frei von inneren Torsionsspannungen sind und sich deshalb unproblematisch verarbeiten lassen.

Die vorliegende Erfindung umfasst auch die Verwendung der erfindungsgemäßen Garne, Gewebe und Textilien zur Datenübertragung und zur Stromversorgung elektrischer bzw. elektronischer Bauteile. Daneben ist auch die Verwendung der erfindungsgemäßen Garne und Gewebe als elektrisch leitende Materialien umfasst, die ähnlich einem Flachbandkabel bzw. einer ortsaufgelöst ansteuerbaren zweidimensionalen Matrix verschiedene elektrische Signale ohne nennenswerte gegenseitige Beeinflussung nebeneinander transportieren können.

Ferner können erfindungsgemäße Garne bzw. daraus gefertigte Gewebe und Textilien zur Abschirmung elektromagnetischer Felder oder zur Ableitung statischer Ladungen eingesetzt werden.

Die vorliegende Erfindung umfasst auch die Verwendung der erfindungsgemäßen Garne als elektrische Heizleiter und der daraus gefertigten Gewebe als elastische, elektrisch heizbare Gewebe und Textilien.

Die vorliegende Erfindung umfasst daneben auch die Verwendung der erfindungsgemäßen Garne als Sensor, bevorzugt als Feuchtesensor oder Dehnungssensor.

Die erfindungsgemäßen Garne sind weitgehend abriebbeständig und können ohne Einschränkung auf Näh-/Stickmaschinen bzw. auf Strickmaschinen oder Webstühlen verarbeitet werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Nachfolgend soll die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit den Figuren näher erläutert werden, es wird aber ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die Erfindung nicht auf die angegebenen Beispiele beschränkt sein soll. Es zeigen

1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Garns mit einer monofilen elektrisch leitfähigen Umwindung;

2 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Garns mit einer multifilen elektrisch leitfähigen Umwindung;

3 eine schematische Darstellung eines Gewebes, das ein erfindungsgemäßes Garn umfasst;

4 das in 3 dargestellte Gewebe mit zusätzlichen elektrischen Kontakten.

Wege zur Ausführung der Erfindung

Wie aus 1 zu ersehen ist, umfasst das erfindungsgemäße Garn einen textilen Kernfaden 1, einen elektrisch leitfähigen Faden 2 und ein elektrisch nicht leitfähiges Multifilamentgarn 3. Der Kernfaden 1 besteht aus nicht gummielastischen, aber flexiblen Materialien. Der flexible Kern 1 des Verbundgarns ist mit einer elektrisch leitfähigen inneren Umwindung 2 ausgestattet. Das elektrisch nicht leitfähige Multifilamentgarn 3 ist außen um den mit dem elektrisch leitfähigen Faden umwundenen Kernfaden 1 gewunden.

In 2 ist ein elektrisch leitfähiges Multifilamentgarn 4 mit 22 Einzelfilamenten dargestellt. Die parallele Anordnung der Einzelfilamente des elektrisch leitfähigen Multifilamentgarns bewirkt im Vergleich zur Einarbeitung eines einzelnen Filaments eine deutliche Erhöhung der von dem leitfähigen Fäden abgedeckten Fläche. Mit Multifilamentgarnen als Umwindung können also im Vergleich zu monofilen Fasern höhere Flächenabdeckungen des Kerns bei gleichem Garndurchmesser erzielt werden. Solche Garne eignen sich besonders gut zur Abschirmung elektromagnetischer Felder. Sehr gute Eigenschaften weisen in diesem Zusammenhang die dargestellten Multifilament-Edelstahlgarne 4 auf.

Die 1 und 2 verdeutlichen auch die Verwendung von Multifilamentgarnen als äußere, nichtleitende Umwindung 3. Multifilamentgarne legen sich bei der Umwindung eines Kerns bevorzugt flächig auf die Seele, so dass sie bei gleichem Rohgarn-Außendurchmesser eine im Vergleich zu einem gleich starken Monofil deutlich höhere Flächenabdeckung bewirken. Dadurch wird ein elektrisch isolierender Effekt bewirkt.

Beispiel 1:

Ein Faden aus texturiertem Polyester mit 334 dtex und 96 Einzelfilamenten (Einzelfaden × 4) wird auf einer Garnumwindemaschine vorgespannt. Der Polyesterfaden wird durch eine Hohlspindel geführt. Diese Hohlspindel trägt eine Garnspindel, von der über Kopf ein 0,041 mm starker, hartversilberter Kupferdraht durch den Polyesterfaden abgezogen wird. Das einfach mit Draht umwundene Polyester wird durch eine zweite Hohlspindel geführt. Diese Hohlspindel trägt ein handelsübliches Polyester-Garn mit 167 dtex und 30 Einzelfilamenten. Das äußere Polyester-Garn wird gegenläufig zum Draht um den Kern gewickelt. Die Maschinenparameter werden so ausgewählt, dass ein ausgewogenes Garn entsteht,. das möglichst frei von inneren Torsionsspannungen ist. Das äußere Polyester-Garn ist 950 mal pro Meter Garn um den Kern gewunden; der innere Draht ist 1100 mal pro Meter Garn um den Kern gewunden. Der innenliegende Draht ist annähernd vollständig von dem außenliegenden Garn bedeckt, so dass das Garn über textile Optik und Haptik verfügt. Das Garn verfügt über ausgezeichnete elektrische Leitfähigkeit und über eine Reißfestigkeit von etwa 42 N. Auf eine übliche Garnspule aufgespult kommt es zu keinem elektrischen Kurzschluss innerhalb der Garnwicklungen, was durch Widerstandsmessungen überprüft werden kann. Das Kombinationsgarn verliert seine elektrische Leitfähigkeit auch nicht nach der Durchführung von zumindest 5 Normwäschen nach DIN EN 6330.

Beispiel 2:

Ein Faden aus texturiertem Polyester mit 334 dtex und 96 Einzelfilamenten (Einzelfaden × 4) wird auf einer Garnumwindemaschine vorgespannt. Der Polyesterfaden wird durch eine Hohlspindel geführt. Diese Hohlspindel trägt eine konische Garnspindel, von der über Kopf ein 0,07 mm starker, hartversilberter Kupferdraht durch den Polyester Faden abgezogen wird. Das einfach mit Draht umwundene Polyester wird durch eine zweite Hohlspindel geführt. Diese Hohlspindel trägt ein handelsübliches Polyester-Garn mit 167 dtex und 30 Einzelfilamenten. Das äußere Polyester-Garn wird gegenläufig zum Draht um den Kern gewickelt. Die Maschinenparameter werden so ausgewählt, dass ein ausgewogenes Garn entsteht, das möglichst frei von inneren Torsionsspannungen ist. Das äußere Polyester-Garn ist 1100 mal pro Meter Garn um den Kern gewunden; der innere Draht ist 950 mal pro Meter Garn um den Kern gewunden. Der innenliegende Draht ist annähernd vollständig von dem außenliegenden Garn bedeckt, so dass das Garn über textile Optik und Haptik verfügt. Das Garn verfügt über ausgezeichnete elektrische Leitfähigkeit und über eine Reißfestigkeit von etwa 42 N. Auf eine übliche Garnspule aufgespult kommt es zu keinem elektrischen Kurzschluss innerhalb der Garnwicklungen, was durch Widerstandsmessungen überprüft werden kann. Das Kombinationsgarn verliert seine elektrische Leitfähigkeit auch nicht nach der Durchführung von zumindest 5 Normwäschen nach DIN EN 6330.

Beispiel 3:

Das gemäß Beispiel 2 hergestellte Garn wird in regelmäßigen Abständen a (siehe 3) als Kettfaden 5 in ein Gewebe eingearbeitet. Ebenfalls in regelmäßigen Abständen b (siehe 3) wird dasselbe Garn als Schussfaden 6 in das Gewebe eingearbeitet. Sowohl Kett- als auch Schussfäden können gruppiert 7 eingesetzt werden. Eine solche Gruppe von Kettfäden ist in der 3 mit dem Bezugszeichen 7 versehen.

Beispiel 4:

Ein gemäß Beispiel 3 hergestelltes Gewebe liegt beispielsweise in einer Breite von 1500 mm vor, wobei die Maße a = 125 mm und b = 8 mm betragen und jeweils 5 einzelne Kombinationsgarne aus Beispiel 2 gruppiert als Kettfäden eingesetzt werden. Aus diesem Gewebe wird ein Streifen in einer Breite von rund 310 mm abgetrennt. Aus dem Streifen wird ein rund 500 mm (4 × 125 mm) langes Stück abgetrennt. Die jeweils äußeren Gruppen von Kettfäden 7 werden so durchtrennt, dass sich eine Parallelschaltung von jeweils 6 Schussfäden ergibt. Der elektrische Kontakt zwischen den Kett- und Schussfäden wird an den in 4 dargestellten Positionen 9 mittels Tränken mit einem leitfähigem Klebstoff bzw. Leitlack hergestellt. An den dargestellten Positionen 10 wird der elektrische Kontakt zu einer 12 V Gleichspannungsquelle hergestellt. Das Textil zeigt zwischen den Anschlüssen einen Widerstand von 4 Ohm. Bei 12V Versorgungsspannung ergibt sich eine elektrische Leistung von 36 W, was einer spezifischen Leistung von 24 mW/cm2 entspricht. Die Oberflächentemperaturen betragen etwa 40 °C.

Beispiel 5:

Das Heizgewebe aus Beispiel 4 wird auf ein zum Bezug eines Sitzmöbels geeigneten Stoff bzw. Leder aufkaschiert. Der Bezugstoff wird in einen Sitz so integriert dass der Rückenbereich und der Sitzbereich elektrisch beheizt werden können.

1
flexibler Kernfaden
2
monofiler, elektrisch leitfähiger innerer Umwindefaden
3
multifilamentöser, elektrisch isolierender äußerer Umwindefaden
4
multifilamentöser, elektrisch leitfähiger innerer Umwindefaden
5
Kettfaden
6
Schussfaden
7
Gruppe von Kettfäden
8
durchtrennte Kettfäden
9
mit leitfähigem Klebstoff/Lack getränktes Gewebe
10
elektrische Anschlüsse


Anspruch[de]
Elektrisch leitfähiges Garn, umfassend zumindest einen flexiblen Kernfaden, zumindest einen, um den Kernfaden gewundenen elektrisch leitfähigen Faden und zumindest ein, außen um den mit dem elektrisch leitfähigen Faden umwundenen Kernfaden gewundenes elektrisch nicht leitfähiges Multifilamentgarn, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrisch nicht leitfähige Multifilamentgarn pro Meter Garn mindestens 70 mal um den mit einem elektrisch leitfähigen Faden umwundenen Kernfaden gewunden vorliegt und dass das elektrisch nicht leitfähige Multifilamentgarn aus zumindest 5 Einzelfilamenten besteht, wobei die Einzelfilamente einen Durchmesser von wenigstens 0,1 &mgr;m aufweisen. Elektrisch leitfähiges Garn nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrisch nicht leitfähige Multifilamentgarn wenigstens 7, bevorzugt wenigstens 10 Einzelfilamente umfasst. Elektrisch leitfähiges Garn nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrisch nicht leitfähige Multifilamentgarn wenigstens 13, bevorzugt wenigstens 16, besonders bevorzugt wenigstens 24 Einzelfilamente umfasst. Elektrisch leitfähiges Garn nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelfilamente des elektrisch nicht leitfähigen Multifilamentgarns einen Durchmesser zwischen 10 &mgr;m und 100 &mgr;m, bevorzugt zwischen 20 &mgr;m und 60 &mgr;m, besonders bevorzugt zwischen 30 &mgr;m und 50 &mgr;m aufweisen. Elektrisch leitfähiges Garn nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrisch leitfähige Faden pro Meter Garn mindestens 80 mal, bevorzugt mindestens 300 mal, besonders bevorzugt mindestens 500 mal um den Kernfaden gewickelt ist. Elektrisch leitfähiges Garn nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrisch leitfähige Faden pro Meter Garn mindestens 700 mal, bevorzugt mindestens 900 mal um den Kernfaden gewickelt ist. Elektrisch leitfähiges Garn nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrisch nicht leitfähige Multifilamentgarn pro Meter Garn mindestens 80 mal, bevorzugt mindestens 300 mal, besonders bevorzugt mindestens 500 mal um den Kernfaden gewunden ist. Elektrisch leitfähiges Garn nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrisch nicht leitfähige Multifilamentgarn pro Meter Garn mindestens 700 mal, bevorzugt mindestens 900 mal, besonders bevorzugt mindestens 1100 mal um den Kernfaden gewunden ist. Elektrisch leitfähiges Garn nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dehnbarkeit des gesamten elektrisch leitfähigen Garns durch den Kernfaden bestimmt wird. Elektrisch leitfähiges Garn nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kernfaden aus einem nicht gummielastischen aber flexiblen, textilen Garn mit einer Stärke von 20 dtex bis 3000 dtex besteht. Elektrisch leitfähiges Garn nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kernfaden aus einem textilen Garn mit einer Reißfestigkeit von mehr als 0,5 N besteht. Elektrisch leitfähiges Garn nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als elektrisch leitfähiger Faden ein monofiler Metalldraht mit einem Durchmesser zwischen 0,01 und 0,12 mm, bevorzugt zwischen 0,02 und 0,06 mm, besonders bevorzugt zwischen 0,03 und 0,05 mm verwendet wird. Elektrisch leitfähiges Garn nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrisch leitfähige Faden ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus metallisch beschichtete Synthesefasern, monofile silberbeschichtete Fasern, metallisches Multifilamentgarn, silberbeschichtetes Multifilamentgarn, Edelstahlfasern und Draht, wobei bevorzugt ein Draht aus versilbertem Kupfer, Edelstahl oder Messing verwendet wird. Elektrisch leitfähiges Garn nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrisch leitfähige Faden mit einem Schutzlack versehen ist. Elektrisch leitfähiges Garn nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine, um den Kernfaden gewundene elektrisch leitfähige Faden als Bestandteil einer aus im Wesentlichen elektrisch nicht leitfähigen Materialien bestehenden ersten Umhüllung des Kernfadens vorliegt. Elektrisch leitfähiges Garn nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Umhüllung zumindest einen metallischen Draht umfasst. Elektrisch leitfähiges Garn nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der in der ersten Umhüllung enthaltene metallische Draht ein Metall ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Kupfer, Silber, Gold, Zink, Zinn, Eisen, Magnesium, Aluminium, Chrom, Nickel, Platin, deren Legierungen und Beschichtungen dieser Metalle umfasst. Elektrisch leitfähiges Garn nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Umhüllung zumindest ein metallisiertes Polymergarn enthält. Elektrisch leitfähiges Garn nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem metallisierten Polymergarn um silberbeschichtete Synthesefasern, bevorzugt um silberbeschichtete Polyamidfasern handelt. Elektrisch leitfähiges Garn nach einem der Ansprüche 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Umhüllung zumindest ein mit Kohlenstoff gefülltes, elektrisch leitfähiges Polymergarn enthält. Elektrisch leitfähiges Garn nach einem der Ansprüche 15 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Umhüllung zumindest ein aus elektrisch leitfähigen Polymeren bestehendes Garn enthält. Elektrisch leitfähiges Garn nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als elektrisch nicht leitfähiges Multifilamentgarn ein synthetisches Multifilamentgarn verwendet wird. Elektrisch leitfähiges Garn nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass als elektrisch nicht leitfähiges Multifilamentgarn ein synthetisches Multifilamentgarn mit einer Stärke von 15 dtex bis 500 dtex verwendet wird. Elektrisch leitfähiges Garn nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere, außen um den mit dem elektrisch leitfähigen Faden umwundenen Kernfaden gewundene elektrisch nicht leitfähige Multifilamentgarne verwendet werden. Elektrisch leitfähiges Garn nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrisch leitfähige Faden und das elektrisch nicht leitfähige Multifilamentgarn gegensinnig um den Kernfaden gewickelt sind. Verfahren zur Herstellung eines elektrisch leitfähigen Garns gemäß den Ansprüchen 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Herstellung durch Umwindetechniken, Umwirbeltechniken oder durch Zwirnen erfolgt. Textiles Gebilde wie Gewebe, Gestrick, Gestick, Gewirk oder nonwoven Material Gewebe, umfassend wenigstens ein elektrisch leitfähiges Garn gemäß den Ansprüchen 1 bis 25 oder ein gemäß Anspruch 26 hergestelltes elektrisch leiffähiges Garn. Textiles Gebilde nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass Kette und Schuss jeweils wenigstens ein Garn gemäß einem der Ansprüche 1 bis 25 umfassen. Verfahren zum Aufbringen eines textilen Gebildes nach Anspruch 27 oder 28 auf Gewebe, Gestricke, Leder, Kunstleder oder Polymere, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufbringen durch Kaschieren erfolgt. Verwendung eines elektrisch leitfähigen Garns wie in den Ansprüchen 1 bis 25 definiert oder eines gemäß Anspruch 26 hergestellten elektrisch leitfähigen Garns oder eines textilen Gebildes nach den Ansprüchen 27 oder 28 zur Übermittlung von elektrischen Signalen, insbesondere zur Übermittlung von analogen und/oder digitalen Signalen. Verwendung eines elektrisch leitfähigen Garns wie in den Ansprüchen 1 bis 25 definiert oder eines gemäß Anspruch 26 hergestellten elektrisch leitfähigen Garns oder eines textilen Gebildes nach den Ansprüchen 27 oder 28 zur Wärmeerzeugung mit elektrischem Strom. Verwendung eines elektrisch leitfähigen Garns wie in den Ansprüchen 1 bis 25 definiert oder eines gemäß Anspruch 26 hergestellten elektrisch leitfähigen Garns oder eines textilen Gebildes nach den Ansprüchen 27 oder 28 zur Ableitung statischer Ladungen. Verwendung eines elektrisch leitfähigen Garns wie in den Ansprüchen 1 bis 25 definiert oder eines gemäß Anspruch 26 hergestellten elektrisch leitfähigen Garns oder eines textilen Gebildes nach den Ansprüchen 27 oder 28 zur Strom- und/oder Datenleitung. Verwendung eines elektrisch leitfähigen Garns wie in den Ansprüchen 1 bis 25 definiert oder eines gemäß Anspruch 26 hergestellten elektrisch leitfähigen Garns oder eines textilen Gebildes nach den Ansprüchen 27 oder 28 als Sensor, bevorzugt als Feuchtesensor oder Dehnungssensor. Verwendung eines elektrisch leitfähigen Garns wie in den Ansprüchen 1 bis 25 definiert oder eines gemäß Anspruch 26 hergestellten elektrisch leitfähigen Garns oder eines textilen Gebildes nach den Ansprüchen 27 oder 28 als elektrische Sicherung. Verwendung eines elektrisch leitfähigen Garns wie in den Ansprüchen 1 bis 25 definiert oder eines gemäß Anspruch 26 hergestellten elektrisch leitfähigen Garns oder eines textilen Gebildes nach den Ansprüchen 27 oder 28 als antistatisches Mittel. Verwendung eines elektrisch leitfähigen Garns wie in den Ansprüchen 1 bis 25 definiert oder eines gemäß Anspruch 26 hergestellten elektrisch leitfähigen Garns oder eines textilen Gebildes nach den Ansprüchen 27 oder 28 als abschirmendes Element zur Abschirmung elektromagnetischer Felder.






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