PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE102005041297A1 08.03.2007
Titel Elektrisch leitendes, elastisch dehnbares Hybridgarn, Verfahren zu dessen Herstellung, sowie textiles Produkt mit einem solchen Hybridgarn
Anmelder Kufner Textilwerke GmbH, 81379 München, DE
Erfinder Voigt, Andreas, 81829 München, DE
Vertreter HOFFMANN & EITLE, 81925 München
DE-Anmeldedatum 31.08.2005
DE-Aktenzeichen 102005041297
Offenlegungstag 08.03.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 08.03.2007
IPC-Hauptklasse D02G 3/12(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
IPC-Nebenklasse D02G 3/32(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   D02G 3/44(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   D02G 3/36(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   
Zusammenfassung Die Erfindung bezieht sich auf ein elektrisch leitendes, elastisch dehnbares Hybridgarn (3), bei dem ein elastisch dehnbarer Kernfaden (1) von einem elektrisch leitenden Fasermantel (2) umgeben ist. Dies führt zu verbesserten technischen Eigenschaften eines solchen Hybridgarnes im Zusammenhang mit einer vereinfachten Herstellung.

Beschreibung[de]
Technisches Gebiet

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der textilen Garne sowie die Produkte, bei denen derartige Garne zum Einsatz kommen, insbesondere wenn es sich um Garne handelt, die elektrisch leitend und elastisch dehnbar sind. Derartige Produkte sind beispielsweise Flächenheizelemente, wie sie für Sitzheizungen im Kfz-Bereich zur Anwendung kommen. Anwendung finden solche Garne auch bei Fußbodenbelägen, Bettdecken, heizbarer Kleidung oder deren Teile und dergleichen, sowie Abschirmtextilien zur Ableitung elektrischer Felder.

Textile elektrische Flächen dienen der Temperierung von Umgebungen, welche mit dem menschlichen Körper in Kontakt sind. Dabei sind diese meist mit anderen textilen Lagen durch Vernähen oder Verkleben zusammengefügt. In anderen Fällen werden aus entsprechenden Heizleitern Flächen gebildet, welche aus Heizleitern und deren Zuleitungen bestehen. Form und Größe werden dabei den jeweiligen Anwendungsverhältnissen angepasst.

Metallische Drähte sind zur Stromführung zwar gut geeignet, besitzen jedoch selbst wenig textile Eigenschaften, was sich auf die Verarbeitung, wie Weben, Stricken etc. nachteilig auswirkt. Diese Drähte sind dabei komplett unelastisch und haben auch keinen textilen Griff. Zur Verbesserung dieser Situation wird ein metallischer Draht dazu mit einem textilen Garn oder Faden, meist durch Umwinden oder Verzwirnen kombiniert. Durch die Kombination bestehend aus Draht und elastischem Faden wird eine gewisse Flexibilität, bedingt durch die Elastizität des Textilfadens erreicht. Beide Elemente bestehen vor dem Umwindeprozess bereits als Einzelfäden und müssen in einzelnen separaten Vorprozessen hergestellt werden und werden durch den Umwindeprozess zusammen geführt. Der metallische Griff und die Starrheit können dabei jedoch nur bedingt beeinflusst werden.

Aus der WO 2004/097089 A1 ist ein elektrisch leitendes, elastisches Verbundgarn bekannt, das ein elastisches Element umfasst. Dieses elastische Element besteht aus einem oder mehreren elastischen Fäden und ist von zumindest einem, bevorzugt aber von einer Vielzahl von leitenden Fäden (Langfäden) bedeckt. Jeder leitende, das elastische Element umgebende Faden hat eine Länge, die größer ist als die gedehnte Länge des elastischen Elementes, so dass die gesamte, auf das Verbundgarn aufgebrachte Längungskraft vom elastischen Element aufgenommen wird. In dieser Druckschrift wird auch auf die US-BS 6,341,504 verwiesen. Darin ist ein elastisches textiles Produkt erwähnt, welches für die Verwendung in Kleidungsstücken eine leitende Verdrahtung aufweist. Dadurch sollen physiologische Funktionen des Körpers angezeigt werden. In dieser Druckschrift wird ein längliches Band aus elastischem Material beschrieben, welches in Längsrichtung dehnbar ist und zumindest einen leitenden Draht aufweist, der entweder außen anliegt, oder innerhalb des elastischen Bandes vorgesehen ist.

Der DE 103 42 787 A1 ist ein elektrisch leitfähiges Garn zu entnehmen, das zumindest einen elastischen Kernfaden, zumindest eine, um den Kernfaden gewundenen elektrisch leitfähigen Faden und zumindest einen, um den Kernfaden gewundenen, elektrisch nicht leitenden Umwindefaden umfasst, der die Dehnbarkeit des gesamten elektrisch leitfähigen Garns begrenzt. Ein ähnliches Verbundgarn ist der DE 102 42 785 A1 zu entnehmen, sowie der WO 2004/027132 A1.

Darstellung der Erfindung

Es ist das technische Problem (Aufgabe) der Erfindung ein elektrisch leitendes, elastisches dehnbares Hybridgarn zu schaffen, das hinsichtlich elektrischer Leitfähigkeit und elastischer Dehnbarkeit bei einfacher Herstellung effektvoller ist als die bisher bekannt gewordenen Verbundgarne.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß gelöst durch ein elektrisch leitendes, elastisch dehnbares Hybridgarn mit einem elastisch dehnbaren Kern und einem umfangsseitig dem Kern zugeordneten elektrisch leitenden Element, das die elastische Dehnbarkeit des Kerns zulässt, wobei das elektrisch leitende Element aus einem Fasermantel besteht, der zumindest teilweise den Kern umgibt und der zumindest teilweise aus elektrisch leitenden Fasern besteht, die in einem Verbund miteinander sich befinden.

Dadurch entsteht ein homogenes Garn mit hoher Elastizität, was in der Gesamtelastizität weitgehend der Elastizität des elastischen Kernfadens entspricht.

Vorzugsweise ist der Kern von mindestens einem Faden gebildet, der von dem Fasermantel umgeben ist. Dabei kann der mindestens eine Faden aus texturiertem Polyester oder Lycra oder dergleichen bestehen. Es kann auch mindestens ein unelastischer Kernfaden vorhanden sein, der so gelegt ist, dass er eine gewollte Dehnung des elastischen Kernfadens zulässt, darüber hinaus aber die Dehnung begrenzt.

Eine besonders gute Leitfähigkeit bei der Verwendung von Fasern stellt sich insbesondere dann ein, wenn die elektrisch leitenden Fasern ausgewählt sind aus der Gruppe:

leitfähige Polyesterfasern; Edelstahlfasern; Karbonfasern; metallbeschichtete Polymere, versilbert, verkupfert; vernickelte Karbonfasern und dergleichen.

Ein möglicher Garnnummernbereich beträgt 2000-40 Tex (Nm 0,5-25), wobei die Fasern eine Feinheit haben können von 1,0–3.3 dtex und die Fasern eine Schnittlänge von 35–60 mm aufweisen können.

Leitfähige Fasern wie Karbonfasern, mit Nickel beschichtete Karbonfasern, Metallfasern und Fasern aus metallbeschichteten Polymeren haben als Einzelfasern keinerlei Starre und haben aufgrund ihres feinen Titers weitgehend textile Griffmerkmale.

Zur Verbesserung der Bindung zwischen elastischem Kernfaden und leitfähigen Mantelfasern können Lunten oder Streckenbändern, welche in einer üblichen Spinnereivorstufe hergestellt werden, während des Mischprozesses Schmelzfasern, vorzugsweise in einem Anteil von 5–10% beigemischt werden. Durch eine thermische Nachbehandlung des elastischen, leitfähigen Garnes, welches z.B. mit einem Umspulprozess kombiniert werden kann oder auch während der nachfolgenden Textilausrüstung des fertigen Flächengebildes mitgeschehen kann, erreichen die Schmelzfasern einen plastischen Zustand und verkleben nach der Abkühlung Kernfaden und Mantelfasern, was die Schiebefestigkeit des Hybridgarnes beträchtlich erhöhen kann, ohne dass die elektrischen Leitwerte merklich reduziert werden.

Der Hybridfaden ist vorzugsweise nach dem sogenannten Friktionsspinnverfahren hergestellt, durch das die Fasern mit dem Kern verbunden werden. Dieses Friktionsspinnverfahren wurde von der Firma Dr. Fehrer Linz AG System Dref2/Dref2000 entwickelt, welches dem Spinnereifachmann geläufig ist.

Das Problem wird auch gelöst durch ein Verfahren zum Herstellen eines Hybridgarnes durch:

  • – Zuführen eines Kernfadens, der auch aus Einzelfäden zusammengesetzt sein kann;
  • – Auflösen von Lunten oder eines Streckenbandes in elektrisch leitende Einzelfasern und gegebenenfalls Schmelzfasern in einem Spinnprozess;
  • – Legen der Fasern im Wesentlichen im rechten Winkel um den durchlaufenden Kernfaden; und
  • – Verbinden der Fasern durch Friktion mit dem Kernfaden mittels des sogenannten Friktionsspinnverfahrens.

Bei Vorhandensein von Schmelzfasern kann die Erwärmung durch eine thermische Nachbehandlung des elastischen, leitfähigen Hybridgarnes erfolgen, welches z.B. mit einem Umspulprozess kombiniert werden kann, oder auch während der nachfolgenden Textilausrüstung des fertigen Flächengebildes. Dabei erreichen die Schmelzfasern einen plastischen Zustand und Verkleben nach der Abkühlung Kernfaden und Mantelfasern, was die Schiebefestigkeit des Hybridgarnes beträchtlich erhöht, ohne dass die elektrischen Leitwerte merklich reduziert werden.

Des weiteren wird das Problem gelöst durch ein textiles Produkt, das das vorgenannte Hybridgarn beinhaltet.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

1 zeigt eine perspektivische, schematische Ansicht eines elektrisch leitenden, elastisch dehnbaren Hybridgarnes.

2 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Vorrichtung für das Friktionsspinnverfahren.

Beschreibung eines Ausführungsbeispieles der Erfindung

1 zeigt die perspektivische Ansicht eines Teiles eines Hybridgarnes 3, bei dem ein Abschnitt des Hybridgarnes in perspektivischer Ansicht nur den Kernfaden 1 zeigt, der hier aus einer Vielzahl von Einzelfäden 4 besteht, die zu einem Gesamtkernfaden gebündelt sind. Dies muss nicht unbedingt sein, der Kernfaden kann auch als Einzelfaden ausgebildet sein. Dieser Kernfaden ist von einem Fasermantel 2 umgeben, der aus einer Vielzahl von kurzen Einzelfasern 5 besteht.

Der Kernfaden 1 ist ein elastisch dehnbarer Faden, der z.B. aus texturierten Polyester oder Lycra bestehen kann, der mit leitfähigen Fasern versponnen ist. Das Gesamtgarn hat beispielsweise einen Garnnummernbereich von 2000-40 Tex (Nm 0,5–25). Der Fasermantel wird beispielsweise von Fasern gebildet, die eine Feinheit haben von 1,0–3,3 dtex und eine Schnittlänge von 35–60 mm. Die Fasern bilden zur Ausbildung des Mantels einen Verbund, der jedoch die elastische Dehnbarkeit des Kernfadens nicht beeinträchtigt. Dies gilt umso mehr, wenn den Mantelfasern, die elektrisch leitend sind, beispielsweise in einem Anteil von 5–10% in einem Mischprozess Schmelzfasern beigemischt werden. Dies dient einer Verbesserung der Bindung zwischen elastischem Kernfaden und leitfähigen Mantelfasern. Diese Schmelzfasern sind beispielsweise den Lunten oder Streckenbändern beigemischt, welche in einer üblichen Spinnereivorstufe hergestellt werden.

Die Mantelfasern können leitfähige Polyesterfasern, Edelstahlfasern bzw. Metall und vorzugsweise silber- oder kupferbeschichtete Polymere sein, sowie Karbonfasern oder vernickelte Karbonfasern.

Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, einen elastischen, textilen Faden, wie z.B. texturiertes Polyester oder Lycra mit leitfähigen Fasern zu Verspinnen. Der elastische Faden bildet dabei die Seele, bzw. den Kern des Garnes und die leitfähigen Fasern, also noch kein fertiger Faden, werden durch einen speziellen Spinnprozess selbst mit dem Kernfaden verbunden. Dies erfolgt mit einer Vorrichtung, wie sie in 2 dargestellt ist. In dieser Vorrichtung bezeichnet das Bezugszeichen 6 die zugeführten Lunten, die mit einer Auflösewalze 7 in Einzelfasern aufgelöst werden. Das Bezugszeichen 8 bezeichnet eine Umlenkrolle für das Zuführen des Kernfadens, und das Bezugszeichen 9 eine Abzugsscheibe für das Abführen des Fertiggarns in den Bereich eines Spulaggregates 10, an dessen Seite eine Schmutzabsaugung 11 vorgesehen ist.

Mit einer solchen Vorrichtung wird das in 1 dargestellte Hybridgarn 3 hergestellt. Für dieses geeignete Spinnverfahren kann das sogenannte Friktionsspinnverfahren der Firma Dr. Fehrer Linz AG System Dref2/Dref2000, welches jedem Spinnereifachmann bekannt ist, zur Anwendung kommen.

Die Lunten werden im Spinnprozess in Einzelfasern aufgelöst und im rechten Winkel um den durchlaufenden Kernfaden gelegt und durch Friktion mit diesem verbunden. Dabei entsteht ein homogenes Garn mit hoher Elastizität, was in der Gesamtelastizität weitgehend der Elastizität des elastischen Kernfadens entspricht.

Die leitfähigen Fasern wie Karbonfasern, mit Nickel beschichtete Karbonfasern, Metallfasern oder Fasern aus Metall mit beschichteten Polymeren haben als Einzelfasern keine Starre, und haben, aufgrund ihres feinen Titers weitgehend textile Griffmerkmale. Zur Verbesserung der Bindung zwischen elastischem Kernfaden und leitfähigen Mantelfasern können den Lunten oder Streckenbändern, welche in einer üblichen Spinnereivorstufe hergestellt werden, während des Mischprozesses Schmelzfasern, in einem Anteil von 5–10% beigemischt werden. Durch thermische Nachbehandlung des elastischen, leitfähigen Garnes, welche z.B. mit einem Umspulprozess kombiniert werden kann, oder auch während der nachfolgenden Textilausrüstung des fertigen Flächengebildes mitgeschieht, erreichen die Schmelzfasern einen plastischen Zustand und verkleben nach der Abkühlung Kernfaden und Mantelfasern, was die Schiebefestigkeit des Hybridgarnes beträchtlich erhöht, ohne dass die elektrischen Leitwerte merklich reduziert werden.


Anspruch[de]
Elektrisch leitendes, elastisch dehnbares Hybridgarn mit einem elastisch dehnbaren Kern (1) und einem umfangsseitig dem Kern (1) zugeordneten elektrisch leitenden Element, das die elastische Dehnbarkeit des Kerns zulässt, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrisch leitende Element aus einem Fasermantel (2) besteht, der zumindest teilweise den Kern (1) umgibt, und der zumindest teilweise aus elektrisch leitenden Fasern (5) besteht, die in einem Verbund miteinander sich befinden. Hybridgarn nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern von mindestens einem Faden (4) gebildet ist, der von dem Fasermantel (2) umgeben ist. Hybridgarn nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Faden (4) aus texturiertem Polyester oder Lycra oder dergleichen besteht. Hybridgarn nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitenden Fasern (5) ausgewählt sind aus der Gruppe:

leitfähige Polyesterfasern; Edelstahlfasern; Karbonfasern; metallbeschichtete Polymere, versilbert, verkupfert; vernickelte Karbonfasern und dergleichen.
Hybridgarn nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern (5) eine Feinheit haben von 1,0–3,3 dtex. Hybridgarn nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern (5) eine Schnittlänge von 35–60 mm aufweisen. Hybridgarn nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass den elektrisch leitenden Fasern (5) Schmelzfasern beigemischt sind. Hybridgarn nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass 5–10% Schmelzfasern beigemischt sind. Hybridgarn nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern durch das sogenannte Friktionsspinnverfahren mit dem Kern verbunden sind. Verfahren zum Herstellen eines Hybridgarns nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch

– Zuführen eines Kernfadens, der auch aus Einzelfäden zusammengesetzt sein kann;

– Auflösen von Lunten oder eines Streckenbandes in elektrisch leitende Einzelfasern und gegebenenfalls Schmelzfasern in einem Spinnprozess;

– Legen der Fasern im Wesentlichen im rechten Winkel um den durchlaufenden Kernfaden; und

– Verbinden der Fasern durch Friktion mit dem Kernfaden mittels des sogenannten Friktionsspinnverfahrens.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass bei Vorhandensein von Schmelzfasern diese erwärmt werden. Textiles Produkt enthaltendes Hybridgarn gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9.






IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

Patent Zeichnungen (PDF)

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com