WO2007143966A2 - Textilschicht-anordnung, textilschicht-array und verfahren zum herstellen einer textilschicht-anordnung - Google Patents

Textilschicht-anordnung, textilschicht-array und verfahren zum herstellen einer textilschicht-anordnung Download PDF

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Definitions

  • the invention relates to a textile layer arrangement, a textile layer array and a method for producing a textile layer arrangement.
  • the sensors are embroidered with copper wire meandering.
  • the microelectronic modules are integrated into the textile using conventional components on a printed circuit board (PCB).
  • the modules are interconnected within the woven fabric by conductive fibers for data exchange.
  • Sensor signals are routed via a self-organizing tree network architecture to the edge of the textile and passed through a serial interface (interface) to an external personal computer (PC). Data packets of a sensor signal are thus passed through one or more network elements through to the port.
  • the self-organization of the network means that at certain nodes in the network, the so-called portal nodes or portals to the PC, relatively high currents must be switched, since these nodes must supply the entire attached tree structure of the network.
  • a previously unresolved problem of the presented "Thinking Carpet” is the mechanical connection of the supply lines and the data lines to the terminal and between different tracks in the area.
  • a textile fabric structure comprising: a plurality of microelectronic components disposed in the textile fabric structure; electrically conductive threads coupling the plurality of microelectronic components together; conductive data transmission threads coupling the plurality of microelectronic components together; and electrically non-conductive filaments. Furthermore, the conductive threads and the conductive data transfer threads are provided at the edge of the textile fabric structure respectively with electrical interfaces or data transmission interfaces.
  • the invention is based on the problem of providing a textile structure in a simple and cost-effective manner, which can be used as a textile surface covering structure.
  • a textile layer arrangement has a first textile layer and a second textile layer, wherein the second textile layer is formed on or above the first textile layer.
  • the textile layer arrangement further comprises at least one electronic component which is formed between the first textile layer and the second textile layer.
  • the textile layer arrangement has at least one in at least one edge region of the textile layer arrangement formed energy line for providing electrical energy.
  • the textile layer arrangement has at least one supply line, which at least one supply line electrically couples the at least one electronic component to the at least one energy line.
  • the at least one power line is arranged at a distance from the at least one electronic component, and the at least one feed line is arranged at an angle to the at least one power line.
  • a textile layer array has a plurality of textile layer arrangements which are coupled to one another by means of the at least one energy line.
  • a textile layer array can be understood as meaning a textile layer field having a plurality of textile layer arrangements arranged next to one another (for example in matrix form), wherein the textile layer arrangements are coupled to one another by means of the at least one energy line.
  • a method for producing a textile layer arrangement at least one electronic component is arranged on a first textile layer. Furthermore, a second textile layer is formed on the first textile layer and on the at least one electronic component. Furthermore, at least one supply line is formed by the at least one electronic component towards at least one edge region of the textile layer arrangement. By means of the at least one supply line, at least one energy line is electrically contacted at an angle to the at least one supply line and at a distance from the at least one electronic component in the edge region of the textile layer arrangement.
  • One aspect of the invention can be seen in the provision of a textile layer arrangement having a multilayer textile construction which can be used to form a large-area textile surface covering structure, in particular for sensor / actuator networks (also called sensor / actuator networks).
  • a sensor / actuator network can be understood as a network which is based on network elements which each have at least one electronic component and which can be integrated (for example in a regular grid) in a surface covering structure (for example a textile surface covering structure).
  • Each network element of the sensor / actuator network has a first one Transceiver and a second transceiver.
  • a network element can therefore also be referred to as a transceiver unit.
  • the first transceiver element is embodied, for example, as a radio-frequency element (RF element), for example as an RFID tag, and has unique identification information (for example a unique identification number) which is unique in an installation of the system a topographical map for a control PC can be adopted.
  • RFID tags for a robot controller can also be integrated in the textile structure.
  • Each network element can be electrically coupled to one or more sensor elements (sensors) and / or actuator elements (actuators), wherein the sensor elements or actuator elements are likewise integrated in the surface covering structure.
  • the network elements also referred to below as network modules
  • the supply of the supply voltage to the individual network elements takes place by means of a power line formed in an edge region of the textile layer arrangement, wherein the network elements are spaced from the power line and are electrically coupled by means of the at least one supply line to the power line.
  • the textile layer arrangement has at least one common energy supply line (energy line), wherein one or more supply lines extend at an angle (according to embodiments of the invention below one of 0 ° (0 angle degree) or 180 ° (180 degree angle), starting from the energy line Angle, in one embodiment of the invention at an angle in a range of about 10 ° to 170 °, for example at an angle in a range of about 45 ° to 135 °, for example at an angle of about 90 °) to that of the power line spaced network elements or electronic components run.
  • the supply of a supply voltage to each individual network element can take place along the edges of the textile structure.
  • Data lines are not provided in the sensor / actuator network, as a
  • Data transmission or signal transmission for example of sensor signals and / or actuator signals
  • PLC powerline communication
  • the network elements can be interconnected by means of conductor tracks and connected to the supply voltage.
  • a power routing method for automatically shutting off shorted lines may be used, as per se, for example, in [2].
  • An advantage of a sensor / actuator network can be seen in the fact that only small demands are placed on the transmission capacity of data lines (if available), since data packets of a sensor signal do not have to be passed through many network elements to the connection by wire, but for example are transmitted wirelessly can. This reduces the network traffic in the sensor / actuator network, thus completely or almost completely avoiding collisions between data packets and possibly resulting loss of data packets.
  • Another aspect of the invention can be seen in that by means of the textile layer arrangement a solution is provided for a mechanical connection of the supply lines and the data lines for connection and between different textile webs in the area.
  • An advantage of the invention can be seen in the fact that, using the textile layer arrangement provided or the method for producing a textile layer arrangement, so-called “smart textiles” in a simple and cost-effective manner in a roll-to-roll process can be manufactured, so that the production costs of such intelligent textiles can be greatly reduced.
  • a complex weaving of data lines in the textile for connecting the modules is completely or almost completely avoided in the textile layer arrangement.
  • Another aspect of the invention may be seen in providing large area sensor and actuator paneling elements that enable applications of "smart environments" to be realized.
  • the first textile layer and / or the second textile layer are / is formed as an electrically non-conductive textile layer.
  • the first textile layer and / or the second textile layer may / may comprise a polyester material or consist of a polyester material.
  • the first textile layer and / or the second textile layer may / may for example comprise or consist of a Trevira® CS material.
  • other suitable materials may be used for the first textile layer and / or the second textile layer.
  • the first textile layer and / or the second textile layer may have a nonwoven structure, for example having a basis weight of about 200 g / m 2 to 800 g / m 2 , for example 350 g / m 2 to 650 g / m 2 , for example, about 500 g / m 2 .
  • the textile layer arrangement has at least one intermediate carrier (also referred to below as interposer), wherein the at least one electronic component is formed on a first main surface of the at least one intermediate carrier, and wherein a second main surface of the first main surface opposite at least one intermediate carrier has a common interface with an upper surface (illustratively the upper side) of the first textile layer or with a lower surface (illustratively the lower side) of the second textile layer.
  • interposer also referred to below as interposer
  • the intermediate carrier may be arranged such that the at least one electronic component formed on the first main surface of the intermediate carrier faces the upper side or the lower side of the textile layer arrangement.
  • the at least one feed line which electrically couples the at least one electronic component to the at least one power line, is formed on the upper surface of the first textile layer.
  • the at least one feed line is formed on the upper surface of the second textile layer.
  • the at least one electronic component has at least one integrated circuit.
  • the at least one electronic component can be designed as an integrated circuit.
  • the at least one electronic component has at least one transmitting / receiving element.
  • the at least one transmitting / receiving element may comprise an RF element (radio frequency element), for example an active or passive RFID tag.
  • the at least one electronic component can be designed as a network element or a transmitting / receiving unit of a sensor / actuator network described above.
  • the at least one power line with a high electrical potential and / or with a low electrical potential is electrically coupled.
  • the power line may, for example, be electrically coupled to an electrical supply voltage source.
  • the textile layer arrangement has at least one electrically conductive structure.
  • the at least one electrically conductive structure may be formed between the first textile layer and the second textile layer.
  • the at least one electrically conductive structure may be formed on the upper surface (illustratively on the upper side) of the second textile layer.
  • the at least one electrically conductive structure is formed as an electrically conductive textile structure.
  • the at least one electrically conductive structure is designed as a sensor structure or sensor element, for example as a capacitive sensor element.
  • the electrically conductive structure may be formed as a sensor surface.
  • a sensor surface may be printed using a carbon material, or alternatively may be formed from textile consisting of conductive polymers.
  • the sensor surface may be formed by printing on a metal-filled adhesive.
  • a galvanic metal layer can be applied locally to form the sensor surface.
  • the at least one electrically conductive structure (for example the sensor element) can be electrically coupled to the at least one electronic component.
  • the textile layer arrangement has an electrically conductive layer, wherein the first textile layer is formed on the electrically conductive layer.
  • the electrically conductive layer may be formed as an electrically conductive textile layer.
  • An electrically conductive layer formed as an electrically conductive textile layer may have a nonwoven structure, for example with a basis weight of about 10 g / m 2 to 500 g / m 2 , for example 50 g / m 2 to 250 g / m 2 , for example approximately 100 g / m 2 .
  • the electrically conductive layer may have a thickness of about 1 ⁇ m to 200 ⁇ m.
  • the electrically conductive layer with a low electrical potential (for example, the electrical ground potential) is electrically coupled.
  • the at least one electronic component is electrically coupled to the electrically conductive layer.
  • the textile layer arrangement has at least one contact structure formed at least in the first textile layer for electrically contacting the at least one electronic component with the electrically conductive layer through the first textile layer.
  • the electronic component can be electrically contacted with the electrically conductive layer (which is designed, for example, as a ground line).
  • the contact structure forms a contact with the electrical Contacting the electronic component with the electrically conductive layer (ground line) through the non-conductive first textile layer.
  • the via can be formed using metal filaments. Forming a via may be accomplished, for example, by entangling conductive filaments (eg, copper wires, silvered copper wires, steel wires, metal wires in combination with polyester filaments or aramid yarns), or alternatively by riveting or crimping (ie, forming a clamp connection). at the appropriate place.
  • conductive filaments eg, copper wires, silvered copper wires, steel wires, metal wires in combination with polyester filaments or aramid yarns
  • riveting or crimping ie, forming a clamp connection
  • the at least one contact structure has at least one electrically conductive filament which extends through the first textile layer.
  • the at least one electronic component can be electrically coupled to a ground line by selective through-contacting through the first textile layer, wherein the electronic component and the ground line are formed in different planes of the textile layer arrangement.
  • the textile layer arrangement has at least one contact structure formed at least in the second textile layer for electrically contacting the at least one electronic component with the at least one electrically conductive structure (for example configured as a sensor structure) and / or with the at least one feed line through the second textile layer.
  • the electronic component can be contacted electrically by means of through-contacting through the second textile layer with the at least one supply line and / or with the at least one electrically conductive structure, for example if the at least one supply line and / or the at least one electrically conductive structure on the upper surface the second textile layer are / is formed.
  • the at least one power line has at least one electrically conductive connection textile layer.
  • the at least one power line may be formed as an electrically conductive (terminal) textile layer, for example as an electrically conductive textile tape.
  • the at least one electrically conductive connection textile layer is formed such that it encloses an end section of the second textile layer formed in the at least one edge region of the textile layer arrangement.
  • the textile layer arrangement has at least one clamping rail for electrically contacting the at least one electrically conductive connection textile layer, which encloses at least one clamping rail the at least one edge region of the textile layer arrangement.
  • the at least one clamping rail may consist of an electrically non-conductive material (for example a plastic material).
  • the clamping rail may comprise an electrically conductive material, which is provided with an electrically non-conductive coating.
  • the textile layer arrangement is designed as a surface covering structure, for example as a floor covering structure or floor covering.
  • the electrically conductive layer printed on a second textile layer facing away from the surface of the first textile layer.
  • the electrically conductive layer is printed on a lower surface (illustratively the underside) of the first textile layer.
  • an electrically conductive polymer material can be used for printing the electrically conductive layer. Furthermore, the printed electrically conductive layer can be galvanically reinforced.
  • a second electrically conductive layer is applied over the entire surface of the upper surface (i.e., the upper surface) of the first textile layer.
  • a second electrically conductive layer formed on the upper surface of the first textile layer may be structured such that at least one electrical
  • Conductor for example, the at least one supply line
  • at least one sensor structure for example, a sensor surface
  • the second electrically conductive layer is applied over the whole area to the upper surface (ie the top side) of the second textile layer.
  • a second electrically conductive layer formed on the upper surface of the second textile layer may be structured such that at least one electrical conductor (for example the at least one supply line) and / or at least one sensor structure (for example a sensor surface) is formed on the second textile layer becomes.
  • the at least one electronic component is electrically coupled to the electrically conductive layer by electrical through-contacting through the first textile layer.
  • the via can be done using one or more of the following methods:
  • the first textile layer and the second textile layer are bonded together using a laminating process.
  • One aspect of the invention may be seen in providing a textile layer assembly having a multi-ply textile construction (in other words, a stacked textile construction) which textile structure comprises a sequence of conductive and non-conductive textile plies, the individual textile plies corresponding to the desired electrical properties
  • textile bonding techniques such as embroidery, rustling, sewing, working with either conductive or non-conductive filaments or even using adhesive techniques with conductive or non-conductive or anisotropic conductive adhesives can be interconnected.
  • contacting electronic modules for example a network element integrated in the textile layer arrangement, for example by means of bonding with nonconductive or anisotropically conductive adhesive (as described, for example, in [3]).
  • nonconductive or anisotropically conductive adhesive as described, for example, in [3]
  • An advantage of the invention can be seen in the fact that the electronics desired for an application can be connected to one or more sensor elements (sensor surfaces) and / or actuator elements integrated in the textile layer arrangement such that, in addition to the electrical wiring, a mechanical protection is ensured during use.
  • short circuits in the textile layer arrangement can be avoided, for example, in that electrical lines which are coupled with different electrical potentials (for example the at least one energy line and an electrically conductive layer designed as a ground line) are formed in different planes of the textile layer arrangement ,
  • Another advantage of the invention can be seen in the fact that the textile construction of the textile layer arrangement achieves a shield against interference and a simple and robust electrical connection for a supply voltage.
  • Another advantage of the invention can be seen in the fact that with the textile layer arrangement or with the method for producing a textile layer arrangement using simple, inexpensive and already existing standard surface-forming methods, a desired multilayer surface covering structure having all desired properties is or are created ,
  • a surface covering structure is provided, which surface covering structure is a simple one Contacting the integrated electronics (eg integrated electronic components or circuits of one or more network elements), the sensor surfaces and their connections ensures, and which surface panel structure further ensures a shield, ground planes and a simple power connection.
  • the non-conductive textile layers can be antistatically coated to provide ESD protection, ie electrostatic discharge (ESD) protection.
  • Another aspect of the invention can be seen in the fact that it is possible to save a large part of separate supply lines (or electrically conductive tracks) by means of through-contacting between different layers of a textile layer arrangement.
  • the textile webs with the integrated electronics can be installed in a single surface by means of simple juxtaposition and bonding with conductive adhesive tapes.
  • the connection to an electrical power connection can for example be done using a simple terminal block. On expensive plugs can therefore be dispensed with this technique.
  • the multi-layer structure can be designed so that only one textile layer of the textile layer arrangement has to be processed with a complex contacting technique.
  • the other textile layers can be connected to each other by means of full-surface lamination without adjustment.
  • the multi-layer structure of the textile layer arrangement can be made waterproof if necessary and the integrated electronics are protected against a short circuit in the wet.
  • Another aspect of the invention may be seen as describing an application that uses, for example, a floor as a large-scale intelligent sensor network (so-called Sensor Floor).
  • Sensor Floor a large-scale intelligent sensor network
  • the technology described simplifies and enhances those features that currently require many separate systems.
  • completely new applications are possible, ranging from the increase in personal safety, innovative comfort functions to saving energy.
  • a sensor floor with integrated sensors can "detect" whether a person fallen on the floor remains or gets up again), comfort and safety, building Automation, facility management and transport logistics.
  • sensors are used, which can detect the presence of persons on a floor.
  • landmarks integrated into a ground enable the precise location of vehicles such as robots or wheelchairs.
  • the basic technology can be sensors and microelectronic components embedded in textiles.
  • Another aspect of the invention may be seen in the fact that, in a textile layer array, a plurality of individual textile layer arrangements (also referred to as textile webs or textile webs) can be joined together by simple juxtaposition to form a large area.
  • a large-area surface covering structure can be provided, with lateral dimensions of, for example, about 10 cm to 10 m.
  • the individual textile layer arrangements or textile webs of the textile layer array are coupled to one another by means of the energy lines formed in the textile layer webs, for example using one or more clamping rails, electrically conductive adhesive or electrically conductive adhesive tape.
  • a textile layer arrangement or a textile layer array can be applied to a substrate (for example a screed). Furthermore, the textile layer arrangement or the textile layer array can be covered with a commercially available floor covering (for example plastic floor, rubber floor, laminate, parquet, tiles, stone covering or other suitable floor coverings). When covered with tiles or a stone covering, a further intermediate layer (for example Watec® 2E) can be inserted, which intermediate layer forms a reinforced support system for ceramic tiles laid in the thin bed in the interior area and for ventilation and for decoupling the covering from the substrate.
  • a further intermediate layer for example Watec® 2E
  • Figure IA and Figure IB are cross-sectional views of a textile layer arrangement according to a first embodiment of the invention.
  • Figure 2 is a plan view of a textile layer arrangement according to a second
  • Figure 3 is a plan view of a textile layer arrangement according to a third
  • Figure 4 is a plan view of a textile layer arrangement according to a fourth
  • Figure 5 is a plan view of a textile layer arrangement according to a fifth embodiment of the invention.
  • 6A and 6B are cross-sectional views of a textile layer arrangement according to a sixth embodiment of the invention.
  • Figure 7 is a cross-sectional view of a textile layer arrangement according to a seventh embodiment of the invention.
  • FIGS. 1A and 1B each show a partial cross-sectional view of a textile layer arrangement 100 according to a first exemplary embodiment of the invention.
  • the textile layer arrangement 100 has a first textile layer 1 and a second textile layer 13, which are formed as electrically non-conductive textile layers.
  • FIG. 1A shows the textile layer arrangement 100 during a process step of a method for producing the textile layer arrangement at a time before joining the first textile layer 1 to the second textile layer 13
  • FIG. 1B shows the textile layer arrangement 100 during another process step of the method after joining the first textile layer 1 to the second textile layer 13.
  • the second textile layer 13 is formed on or above the first textile layer 1 and illustratively serves as a cover layer of the textile layer arrangement 100.
  • the multi-layer textile layer arrangement 100 is intended for use in a large-area sensor base with capacitive sensors.
  • the textile layer arrangement 100 has an electronic component 3 embodied as a silicon chip, which is formed between the first textile layer 1 and the second textile layer 13.
  • the electrically nonconductive first textile layer 1 serves as the basis for one or more electronic components or microelectronics integrated in the textile layer arrangement 100 and their wiring.
  • the integrated into the textile layer arrangement 100 microelectronics or electronic components (in Fig.lA and Fig.lB example shown by the electronic component 3 and the chip 3) is formed on a (for example, flexible) intermediate carrier 2 (Interposer).
  • the intermediate carrier 2 or interposer 2 illustratively serves as a carrier for the integrated into the textile layer arrangement 100 electronics.
  • the intermediate carrier 2 has a first main surface 2a and one of the first Main surface 2a opposite second main surface 2b, wherein the electronic component 3 is formed on the first main surface 2a of the intermediate carrier 2.
  • the textile layer arrangement 100 has a power line 8 for providing electrical energy, which power line 8 is formed in an edge region 40 of the textile layer arrangement 100.
  • the power line 8 can be electrically coupled to an external supply voltage source.
  • the power line 8 is perpendicular to the plane of the figures IA and IB, see. Fig.2.
  • the textile layer arrangement further comprises a formed on an upper surface Ia of the first textile layer 1
  • the supply line 7 is arranged at a (non-zero) angle to the power line 8.
  • the supply line 7 runs vertically, i. at an angle of 90 ° (90 degrees) to the power line 8 (see Fig. 2).
  • the power line 8 and the supply line 7 can also form another angle (different from 0 ° or 180 °) with each other.
  • the power line 8 has a connection textile layer, which connection textile layer is formed as an electrically conductive textile tape.
  • the textile tape 8 is applied in the edge region 40 of the textile layer arrangement 100 on the first textile layer 1 (more precisely on the upper surface 1a of the first textile layer 1) and, for example, by means of textile Standard joining techniques associated with the first textile layer 1, wherein clearly a part of the textile tape 8 projects, that is not connected to the first textile layer 1 (see Fig. IA).
  • the textile band 8 is clearly folded up around the edge 13c of the second textile layer 13 (on the left in FIG.
  • the textile band or the connecting textile layer 8 encloses an end section of the second textile layer 13 formed in the edge region 40 of the textile layer arrangement 100 (see FIG. 1B), wherein a first portion of the connecting textile layer 8 between the first textile layer 1 and the second textile layer 13 is formed, a second portion of the terminal textile layer 8 is formed on the edge 13c of the second textile layer 13, and a third portion of the terminal textile layer 8 is formed on an upper surface 13a of the second textile layer 13. Furthermore, a first electrical contact (first contact pad) 4, a second electrical contact (second contact pad) 5 and a third electrical contact (third contact pad) 6 are formed on the first main surface 2a of the intermediate carrier 2.
  • the microelectronics 3 electrical connections (not shown) for connecting a supply voltage, ground and an electrical sensor element 10, wherein the terminals of the microelectronics 3 via the first contact pad 4 (supply voltage), the second contact pad 5 (ground) and the third contact pad 6 (sensor connection) are led to the outside.
  • a supply voltage can be connected to the electrically conductive textile band 8 and provided by means of the (electrically conductive) lead 7 to the first contact pad 4 of the intermediate carrier 2.
  • the connection textile layer 8 (textile tape 8) forms the connection of the supply voltage at the top of the multi-layer textile structure 100.
  • the electronic module 18 or the intermediate carrier 2 of the electronic module 18 is arranged so that after connecting the first textile layer 1 with the second
  • the second main surface 2b of the intermediate carrier 2 has a common interface with the lower surface 13b of the second textile layer 13 (see FIG. 1B).
  • the intermediate carrier 2 is arranged so that the microelectronics 3 formed on the intermediate carrier 2 faces the upper surface 1a of the first textile layer 1.
  • the first electrical contact 4 (first contact pad 4) is electrically connected to the supply line 7 (see FIG. 1B), so that the intermediate carrier 2 or the electronic component 3 formed thereon by means of the power line 8, the supply line 7 and the first contact pad 4 electrical energy (in the form of a supply voltage) can be provided.
  • the textile layer arrangement 100 furthermore has an electrically conductive layer 11, wherein the first textile layer 1 is formed on the electrically conductive layer 11.
  • the electrically conductive layer 11 is formed as an electrically conductive textile layer and may, for example, have a low-resistance textile material.
  • the electrically conductive layer 11 illustratively forms a ground line of the textile layer arrangement 100, a shield to the ground and an electrical connection for an electrical power supply.
  • the electrically conductive layer 11 may consist of a conductive layer which is applied to the first textile layer 1 (or to a lower surface of the first textile layer 1 opposite the upper surface 1a) Example by printing a conductive polymer).
  • the textile layer arrangement 100 furthermore has an electrically conductive track 9, which electrically conductive track 9 is formed on the first textile layer 1. Furthermore, the textile layer arrangement 100 has an electrically conductive textile structure 10, which serves as a sensor surface 10 for a capacitive sensor of the sensor base. The electrically conductive textile structure or sensor surface 10 is electrically coupled by means of the electrically conductive track 9 to the electronic module 18, more precisely to the third electrical contact (third contact pad) 6 formed on the intermediate carrier 2.
  • the electronic module 18 of the textile layer arrangement 100 may alternatively be electrically coupled to a plurality of sensor surfaces 10.
  • a plurality of third electrical contacts 6 may be formed on the intermediate carrier 2, which are each electrically connected to the respective sensor surface 10 by means of an electrically conductive path 9 (see, for example, FIGS. 4 and 5).
  • the requirements for the conductivity of the sensor surface 10 for the capacitive sensor are significantly lower than in the case of the first electrical contact 4 for the supply voltage and the second electrical contact 5 for ground, respectively.
  • the sensor surface 10 may therefore be printed, for example, using a carbon material, or alternatively may be formed from textile consisting of conductive polymers.
  • the tracks and conductor surfaces for the supply voltage and ground can be made of metallized fleece or fabric. Alternatively, these areas can be printed, for example, with metal-filled adhesive.
  • the textile layer arrangement 100 further has a contact structure 12 which
  • Contact structure 12 is formed below the second contact pad 5 in the first textile layer 1 and in the electrically conductive textile layer 11. Vividly forms the Contact structure 12 a through hole for electrically contacting the electronic component 3 (or the second contact pad 5) with the electrically conductive layer 11 (ground line) through the non-conductive first textile layer 1 therethrough.
  • the via 12 may be formed using metal filaments, for example, by caulking conductive filaments (eg, copper wires, silvered copper wires, steel wires, metal wires in combination with polyester filaments or aramid yarns), or alternatively by riveting or crimping in the appropriate place.
  • conductive filaments eg, copper wires, silvered copper wires, steel wires, metal wires in combination with polyester filaments or aramid yarns
  • the contacting of the intermediate carrier 2 can take place by means of gluing with conductive, nonconductive or anisotropically conductive adhesive.
  • the contacting of the intermediate carrier 2 by means of soldering, laser welding or Anstickens can be done to the electrical contacts 4, 5, 6, further alternatively by means of a crimping method ("crimping").
  • Supply voltage is conducted by bending over to the top of the multilayer structure (i.e., the top surface 13a of the second fabric layer 13) and may be adhesively bonded or alternatively by sewing with non-conductive yarn 80 to form the supply voltage terminal.
  • the optional seam 80 By means of the optional seam 80, a mechanical edge protection for the textile can be achieved at the same time, which protects it during installation on site and during use.
  • FIG. 2 shows a plan view of a textile layer arrangement 200 according to a second exemplary embodiment of the invention.
  • the illustration corresponds essentially to a plan view of the textile layer arrangement 100 shown in FIG. 1A, the upper textile layer, ie the second textile layer 13, not being shown in FIG.
  • one sensor area per electronics module or network element is provided in the textile layer arrangement 200.
  • 2 shows by way of example two network elements 18a and 18b and four sensor surfaces 10a, 10a ', 10b and 10b 1 , a first network element 18a having a first network element 18a
  • Sensor surface 10a is electrically coupled, and a second network element 18b is electrically coupled to a second sensor surface 10b.
  • a third sensor surface 10a ' is respectively coupled to a third network element (not shown), and a fourth sensor surface 10b' is coupled to a fourth network element (not shown).
  • the textile layer arrangement 200 has a first power line 8a, which first power line 8a is formed in a first edge area 40a of the textile layer arrangement 200.
  • the textile layer arrangement 200 has a second power line 8b, which second power line 8b is formed in a second edge area 40b of the textile layer arrangement 200.
  • the first network element 18a is electrically coupled to the first power line 8a by means of a first feed line 7a
  • the second network element 18b is electrically coupled to the second power line 8b by means of a second feed line 7b.
  • the first lead 7a and the first power line 8a are at a right angle, i. at an angle of 90 ° to each other.
  • the second supply line 7b and the second power line 8b are also arranged at an angle of 90 ° to each other.
  • the angle between the first supply line 7a and the first power line 8a and / or the angle between the second supply line 7b and the second power line 8b may have a different value (different from 0 ° and 180 °, respectively).
  • an energy line 8a, 8b is formed on each edge of the textile layer arrangement 200 or of the textile, wherein the energy lines 8a, 8b can be electrically coupled to a supply voltage for providing electrical energy to the network elements 18a, 18b.
  • the first network element 18a (or the electronic components 3 formed in the first network element 18a) is supplied with electrical energy by means of the first power line 8a
  • the second network element 18b (or the electronic components 3b formed in the second network element 18b) ) is supplied by means of the second power line 8b with electrical energy.
  • the third network element (not shown), which is coupled to the third sensor surface 10a ', can be coupled to the first power line 8a by means of a third feed line (not shown) and can be coupled thereto by means of electrical power
  • Power supply, and the fourth network element (not shown), which is coupled to the fourth sensor surface 10b ', can be powered by means of a fourth supply line (not shown). be coupled to the second power line 8b and are supplied by this with electrical energy.
  • the first power line 8a and the second power line 8b are each formed as an electrically conductive textile tape.
  • a textile layer array can be formed, wherein in the textile layer array the energy lines 8a, 8b of the individual textile webs 200 are coupled together.
  • two textile webs 200 can be joined together in such a way that in each case two first energy lines 8a are coupled together and two second energy lines 8b are coupled together, and so on in that a first power line 8a of one textile web is coupled to a second power line 8b of the other textile web and vice versa.
  • the structure shown in Fig. 2 may be up or down, i. in the direction of the longitudinal axis of the power lines 8a, 8b, be continued periodically by joining individual textile webs.
  • the structure shown in Fig. 2 may be left or right, i. perpendicular to the longitudinal axis of the power lines 8a, 8b, be continued periodically by joining individual textile webs.
  • FIG. 3 shows a plan view of a textile layer arrangement 300 according to a third exemplary embodiment of the invention, in which, as in the textile layer arrangement 200, each network element is connected to a sensor surface.
  • the sensor surface is led around the respective electronic module almost completely except for the connection for the supply voltage.
  • a first network element 18a and a second network element 18b and a first sensor surface 10a and a second sensor surface 10b are shown, wherein the first network element 18a is electrically coupled to the first sensor surface 10a, and the second network element 18b is electrically coupled to the second sensor surface 10b ,
  • a first lead 7a couples the first network element 18a (or one or more electronic components 3 formed in the first network element 18a) to a first power line 8a formed in a first edge region 40a of the textile layer assembly 300
  • a second lead 7b couples accordingly second network element 18b (or one or a plurality of electronic components 3) formed in the second network element 18b with a second power line 8b formed in a second edge region 40b of the textile layer arrangement 300.
  • the textile layer arrangement 400 differs from the textile layer arrangement 200 shown in FIG. 2 in that in each case four sensor surfaces 10 are connected to the first network element 18a and to the second network element 18b.
  • the intermediate carrier 2 of the respective network element or electronic module has for this purpose four third electrical contacts or contact pads 6 for the sensors 10.
  • the electronics 3 can be set up in such a way that multiplexing of the sensors 10 (or the sensor signals) is possible.
  • FIG. 5 shows a textile layer arrangement 500 according to a fifth exemplary embodiment of the invention, in which eight sensors or sensor surfaces 10 per network module 18a, 18b are provided.
  • the sensor surfaces 10 have a triangular shape in order to achieve a simple connection of the third contact pads 6 to the sensor surfaces 10 by means of the electrically conductive tracks 9 (connecting tracks).
  • two electronic modules are each formed at a distance next to one another (ie in a row) (in FIGS. 3 to 5, they are representative a first network element 18a and a second network element 18b), wherein one of the two network elements is electrically coupled to the first power line 8a, and the other network element is electrically coupled to the second power line 8b.
  • more than two modules per row can be integrated into the multilayer structure of a textile layer arrangement or textile web.
  • an additional power line can be introduced in the middle of the textile web, which additional power line can be coupled to the supply voltage.
  • the supply voltage can be looped through all the modules.
  • An additional power line formed in the middle of a textile web may alternatively be coupled with a low electrical potential (for example, the electrical ground potential) and that in the textile web or textile layer arrangement formed network elements can be electrically coupled (for example by means of electrically conductive paths) with the, in this case illustratively serving as a ground line, additional power line.
  • a low electrical potential for example, the electrical ground potential
  • the textile web or textile layer arrangement formed network elements can be electrically coupled (for example by means of electrically conductive paths) with the, in this case illustratively serving as a ground line, additional power line.
  • FIGS. 2A and B show a partial cross-sectional view of a textile layer
  • Arrangement 600 according to a sixth embodiment of the invention, wherein Fig.A shows the textile layer arrangement 600 before joining the first textile layer 1 with the second textile layer 13, and Fig.B the textile layer arrangement 600 after joining the two textile layers 1 and 13 shows, wherein the first textile layer 1 and the second textile layer 13 are joined together by means of a lamination process.
  • the textile layer arrangement 600 essentially differs from the textile layer arrangements described above in that the non-conductive textile 13 (the non-conductive second textile layer 13) serves as the basis for the wiring of the textile layer arrangement
  • the electronic module 18 or the intermediate carrier 2 of the electronic module 18 is arranged such that the second main surface 2b of the intermediate carrier 2 has a common interface with the upper surface 1a of the first textile layer 1.
  • the intermediate carrier 2 with the electronics 3 is wired on the lower surface 13b of the second textile layer 13, in other words on the underside 13b of the non-conductive textile 13.
  • the sensor surfaces 10, the power line 8 (ie the connection to the supply voltage) and the feed line 7, which electrically couples the electronic component 3 or the electronic components 3 formed on the intermediate carrier 2 to the power line 8, are on top of the multilayer structure, in other words formed on the upper surface 13 a of the second textile layer 13.
  • the basic capacitance of the capacitive sensor can thus be reduced, whereby a signal to be detected of a capacitance change can be increased by walking on the floor covering.
  • the first electrical contact 4 (first contact pad 4 for the supply voltage) is electrically connected to the supply line 7 by means of a first contact structure 12a (first through-contact 12a), which first contact structure 12a is formed in the second textile layer 13. Further, the third electrical contact 6 (third contact pad 6 for the
  • second contact structure 12b second through-contact 12b
  • second contact structure 12b second through-contact 12b
  • the first contact pad 4 is electrically coupled by means of through-contacting through the second textile layer 13 with the feed line 7 formed on the upper surface 13a of the second textile layer 13
  • the third contact pad 6 is electrically coupled to the sensor surface 10 by means of through-contacting.
  • the through-contact or the formation of the contact structures 12a, 12b can take place in an analogous manner as described in connection with FIG. 1A or FIG. IB for the through-contact 12.
  • the second electrical contact 5 (second contact pad 5 for ground connection) is electrically connected to a second electrically conductive track 19 formed on the lower surface 13b (illustratively the underside) of the second textile layer 13.
  • the second electrically conductive track 19 is connected to an electrically conductive textile 17, which is applied to the lower surface 13b of the second textile layer 13 in the edge region 40 of the textile layer arrangement 600 (see FIG.
  • Fig. 6B shows the textile layer assembly 600 in the laminated state.
  • the energy line 8 and / or the conductive textile 17 can / can be fastened by means of sewing with non-conductive Gam 80.
  • the optional seam 80 By means of the optional seam 80, in turn, a mechanical edge protection for the textile can be achieved.
  • 7 shows a textile layer arrangement 700 according to a seventh exemplary embodiment of the invention.
  • the textile layer arrangement 700 differs from the textile layer arrangement 100 shown in FIG. 1B in that the textile layer arrangement 700 additionally has a clamping rail 14, which clamping rail 14 encloses the edge region 40 (see FIG. 1B) of the textile layer arrangement 700.
  • the clamping rail 14 is used for electrically contacting the power line 8 and the electrically conductive connection textile layer. 8
  • the clamping rail 14 may be formed of an electrically non-conductive material (for example, plastic), alternatively of an electrically conductive material with an electrically insulating coating.
  • the clamping rail 14 has on an inner side 14 a, a first conductive coating 15, which first conductive
  • Coating 15 is used as the first contact of the terminal block and electrically contacted on the top of the electrically conductive textile 8 (power line 8). Furthermore, the clamping rail 14 has a second conductive coating 16 on the inner side 14a, which second conductive coating 16 serves as the second contact of the terminal strip 14 and electrically contacts the conductive textile 11 (ground line 11) on the underside.
  • the clamping rail 14 may be formed so that it produces a resilient connection with respect to the elastic textile multilayer structure. If several textile webs are placed next to one another (or joined together to form a surface), they can be electrically connected to one another at the front end by attaching a continuous terminal strip 14, alternatively by gluing with conductive adhesive or by means of conductive adhesive tape.
  • the textile webs can be applied or mounted directly on a substrate 20 (for example a screed). Further, as shown in Fig. 7, the webs may be provided with a commercially available floor covering 30 (e.g.
  • Plastic floor, rubber floor, laminate, parquet, tiles, stone flooring or other suitable floor coverings When covering with tiles or a stone covering, another intermediate layer, such as Watec®2E, can be added.
  • This intermediate layer forms a reinforced carrying system for laid in a thin bed ceramic tiles in the interior and is used for ventilation and decoupling of the lining from the ground.

Landscapes

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  • Textile Engineering (AREA)
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Abstract

Eine Textilschicht-Anordnung weist eine erste Textilschicht sowie eine zweite Textilschicht auf, wobei die zweite Textilschicht auf oder über der ersten Textilschicht ausgebildet ist. Die Textilschicht-Anordnung weist ferner mindestens ein elektronisches Bauelement auf, welches zwischen der ersten Textilschicht und der zweiten Textilschicht ausgebildet ist. Weiterhin weist die Textilschicht-Anordnung mindestens eine in mindestens einem Randbereich der Textilschicht-Anordnung ausgebildete Energieleitung zum Bereitstellen elektrischer Energie auf. Ferner weist die Textilschicht-Anordnung mindestens eine Zuleitung auf, welche mindestens eine Zuleitung das mindestens eine elektronische Bauelement mit der mindestens einen Energieleitung elektrisch koppelt. Die mindestens eine Energieleitung ist in einem Abstand zu dem mindestens einen elektronischen Bauelement angeordnet, und die mindestens eine Zuleitung ist in einem Winkel zu der mindestens einen Energieleitung angeordnet.

Description

Textilschicht-Anordnung, Textilschicht-Array und Verfahren zum Herstellen einer Textilschicht-Anordnung
Die Erfindung betrifft eine Textilschicht-Anordnung, ein Textilschicht-Array und ein Verfahren zum Herstellen einer Textilschicht-Anordnung.
Seit einigen Jahren gibt es Bestrebungen seitens Forschung und Entwicklung, Technologie so zu gestalten, dass die eigentlichen Geräte in der Umgebung des Menschen in den Hintergrund treten und nur die Funktion der Geräte für einen Benutzer sichtbar wird. Ausprägungen solcher mit dem Begriff "Umgebungsintelligenz" (Ambient Intelligence) bezeichneten Entwicklungen sind beispielsweise Stereoanlagen, die keine Bedienpanele mehr enthalten sondern auf Gestik oder Sprache des Benutzers reagieren. Im Extremfall muss der Benutzer eine Melodie nur noch vor sich hin summen, um diese abspielen zu lassen. Von solchen Visionen geht eine große Faszination aus. Andererseits lässt sich das Prinzip von Ambient Intelligence aber auch in eher konventionellen Szenarien sinnvoll anwenden.
Die beiden Unternehmen "Vorwerk Teppichwerke" und "Infineon Technologies AG" haben auf der Fachmesse "Orgatec 2004" einen ersten Funktionsprototypen eines interaktiven Teppichbodens (sogenannter "denkender Teppich" bzw. "Thinking Carpet") mit eingestickten Sensorfeldern zur Personendetektion vorgestellt, siehe [I]. Bei dem vorgestellten Teppichboden sind die Sensoren mit Kupferlitze mäanderförmig gestickt. Die Mikroelektronikmodule sind unter Verwendung konventioneller Bauelemente auf einer Platine (Printed Circuit Board, PCB) in das Textil integriert. Die Module sind innerhalb des gewebten Textils untereinander durch leitfähige Fasern zum Datenaustausch verbunden. Sensorsignale werden über eine sich selbst organisierende baumförmige Netzwerkarchitektur zum Rand des Textils weiter geleitet und über eine serielle Schnittstelle (Interface) zu einem externen Personal Computer (PC) geführt. Datenpakete eines Sensorsignals werden somit durch eines oder mehrere Netzwerkelemente hindurch bis zum Anschluss weitergereicht. Die Selbstorganisation des Netzwerkes führt dazu, dass an bestimmten Knoten im Netzwerk, den sogenannten Portalknoten bzw. Portalen zum PC, relativ hohe Ströme geschaltet werden müssen, da diese Knoten die gesamte anhängende Baumstruktur des Netzwerkes versorgen müssen. Ein bisher nicht gelöstes Problem des vorgestellten "Thinking Carpet" ist die mechanische Verbindung der Versorgungsleitungen und der Datenleitungen zum Anschluss und zwischen verschiedenen Bahnen in der Fläche.
Ferner müssen Techniken gefunden werden, mit denen die Produktionskosten von sogenannten intelligenten Textilien ("Smart Textiles") um ungefähr einen Faktor 10 reduziert werden können und mit denen Smart Textiles in einem Rolle-zu-Rolle-Prozess gefertigt werden können, um eine großvolumige Herstellung von Smart Textiles zu ermöglichen.
In [4] ist eine Textilgewebestruktur beschrieben, welche aufweist: eine Mehrzahl von Mikroelektronikkomponenten, welche in der Textilgewebestruktur angeordnet sind; elektrisch leitfähige Fäden, welche die Mehrzahl von Mikroelektronikkomponenten miteinander koppeln; leitfähige Datenübertragungs-Fäden, welche die Mehrzahl von Mikroelektronikkomponenten miteinander koppeln; und elektrisch nicht-leitfähige Fäden. Ferner sind die leitfähigen Fäden und die leitfähigen Datenübertragungs-Fäden am Rande der Textilgewebestruktur jeweils mit elektrischen Schnittstellen bzw. Datenübertragungs- Schnittstellen versehen.
Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, auf einfache und kostengünstige Weise einen Textilaufbau bereitzustellen, welcher als textile Flächenverkleidungsstruktur verwendet werden kann.
Das Problem wird durch eine Textilschicht- Anordnung, ein Textilschicht-Array sowie ein Verfahren zum Herstellen einer Textilschicht-Anordnung mit den Merkmalen gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst.
Beispielhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen. Die weiteren Ausgestaltungen der Erfindung, die im Zusammenhang mit der Textilschicht-Anordnung beschrieben sind, gelten sinngemäß auch für das
Textilschicht-Array sowie das Verfahren zum Herstellen einer Textilschicht-Anordnung.
Eine Textilschicht-Anordnung weist eine erste Textilschicht sowie eine zweite Textilschicht auf, wobei die zweite Textilschicht auf oder über der ersten Textilschicht ausgebildet ist. Die Textilschicht-Anordnung weist ferner mindestens ein elektronisches Bauelement auf, welches zwischen der ersten Textilschicht und der zweiten Textilschicht ausgebildet ist. Weiterhin weist die Textilschicht-Anordnung mindestens eine in mindestens einem Randbereich der Textilschicht- Anordnung ausgebildete Energieleitung zum Bereitstellen elektrischer Energie auf. Ferner weist die Textilschicht- Anordnung mindestens eine Zuleitung auf, welche mindestens eine Zuleitung das mindestens eine elektronische Bauelement mit der mindestens einen Energieleitung elektrisch koppelt. Die mindestens eine Energieleitung ist in einem Abstand zu dem mindestens einen elektronischen Bauelement angeordnet, und die mindestens eine Zuleitung ist in einem Winkel zu der mindestens einen Energieleitung angeordnet.
Ein Textilschicht- Array weist eine Mehrzahl von Textilschicht- Anordnungen auf, welche mittels der mindestens einen Energieleitung miteinander gekoppelt sind.
Anschaulich kann unter einem Textilschicht- Array ein Textilschicht-Feld verstanden werden mit einer Mehrzahl von nebeneinander angeordneten Textilschicht- Anordnungen (beispielsweise in Matrix-Form), wobei die Textilschicht- Anordnungen mittels der mindestens einen Energieleitung miteinander gekoppelt sind.
Bei einem Verfahren zum Herstellen einer Textilschicht- Anordnung wird mindestens ein elektronisches Bauelement auf einer ersten Textilschicht angeordnet. Ferner wird eine zweite Textilschicht auf der ersten Textilschicht und auf dem mindestens einen elektronischen Bauelement gebildet. Weiterhin wird mindestens eine Zuleitung von dem mindestens einen elektronischen Bauelement zu mindestens einem Randbereich der Textilschicht- Anordnung hin gebildet. Mittels der mindestens einen Zuleitung wird mindestens eine Energieleitung in einem Winkel zu der mindestens einen Zuleitung und in einem Abstand zu dem mindestens einen elektronischen Bauelement in dem Randbereich der Textilschicht- Anordnung elektrisch kontaktiert.
Ein Aspekt der Erfindung kann darin gesehen werden, dass eine Textilschicht- Anordnung mit einem mehrlagigen Textilaufbau bereitgestellt wird, welche zum Bilden einer großflächigen textilen Flächenverkleidungsstruktur insbesondere für Sensor-/ Aktor- Netzwerke (auch Sensor-/ Aktuator-Netzwerke genannt) verwendet werden kann.
Unter einem Sensor— /Aktor-Netzwerk kann ein Netzwerk verstanden werden, welches auf Netzwerkelementen basiert, welche jeweils mindestens ein elektronisches Bauelement aufweisen, und welche (beispielsweise in einem regelmäßigen Raster) in einer Flächenverkleidungsstruktur (beispielsweise einer textilen Flächenverkleidungsstruktur) integriert werden können. Jedes Netzwerkelement des Sensor-/ Aktor-Netzwerkes weist ein erstes Sende-/Empfangselement und ein zweites Sende-/Empfangselement auf. Ein Netzwerkelement kann daher auch als Sende-/Empfangs-Einheit bezeichnet werden. Das erste Sende-/Empfangselement ist beispielsweise als Radiofrequenz-Element (RF- Element), beispielsweise als RFID-Tag, ausgebildet, und weist eine einzigartige Kennungs-Information (zum Beispiel eine einzigartige Identifikationsnummer) auf, welche bei einer Installation des Systems einmalig in eine topografische Karte für einen Steuer-PC übernommen werden kann. Zusätzlich können in der Textilstruktur auch RFID-Tags für eine Robotersteuerung mit integriert werden.
Jedes Netzwerkelement kann mit einem oder mehreren Sensorelementen (Sensoren) und/oder Aktorelementen (Aktoren) elektrisch gekoppelt sein, wobei die Sensorelemente bzw. Aktorelemente ebenfalls in der Flächenverkleidungsstruktur integriert sind. Die Netzwerkelemente (im folgenden auch Netzwerkmodule genannt) sind mit einer Versorgungsspannung elektrisch gekoppelt, welche die für den Betrieb der Netzwerkelemente erforderliche elektrische Energie bereitstellt.
Ein Aspekt der Erfindung kann darin gesehen werden, dass die Zuführung der Versorgungsspannung zu den einzelnen Netzwerkelementen (bzw. den in den Netzwerkelementen ausgebildeten elektronischen Bauelementen) mittels einer in einem Randbereich der Textilschicht- Anordnung ausgebildeten Energieleitung erfolgt, wobei die Netzwerkelemente zu der Energieleitung beabstandet sind und mittels der mindestens einen Zuleitung mit der Energieleitung elektrisch gekoppelt sind. Anschaulich weist die Textilschicht- Anordnung mindestens eine gemeinsame Energieversorgungsleitung (Energieleitung) auf, wobei ausgehend von der Energieleitung eine oder mehrere Zuleitungen unter einem Winkel (gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung unter einem von 0° (0 Winkelgrad) bzw. 180° (180 Winkelgrad) verschiedenen Winkel; in einem Ausführungsbeispiel der Erfindung unter einem Winkel in einem Bereich von ungefähr 10° bis 170°, beispielsweise unter einem Winkel in einem Bereich von ungefähr 45° bis 135°, beispielsweise unter einem Winkel von ungefähr 90°) zu den von der Energieleitung beabstandeten Netzwerkelementen bzw. elektronischen Bauelementen verlaufen. Mit anderen Worten kann mittels der mindestens einen Energieleitung die Zuführung einer Versorgungsspannung zu jedem einzelnen Netzwerkelement entlang der Kanten des Textilaufbaus erfolgen.
Datenleitungen sind in dem Sensor-/ Aktuator-Netzwerk nicht vorgesehen, da eine
Datenübertragung bzw. Signalübertragung (zum Beispiel von Sensorsignalen und/oder Aktorsignalen) beispielsweise drahtlos oder mittels Powerline-Communication (PLC) erfolgt. Alternativ können die Netzwerkelemente mittels Leiterbahnen untereinander verbunden und an der Versorgungsspannung angeschlossen sein. In diesem Fall kann ein Power-Routing- Verfahren zum automatischen Abschalten von kurzgeschlossenen Leitungen verwendet werden, wie es an sich beispielsweise in [2] beschrieben ist.
Ein Vorteil eines Sensor-/ Aktor-Netzwerkes kann darin gesehen werden, dass nur geringe Anforderungen an die Übertragungskapazität von Datenleitungen (sofern vorhanden) gestellt werden, da Datenpakete eines Sensorsignals nicht drahtgebunden durch viele Netzwerkelemente bis zum Anschluss weitergereicht werden müssen sondern beispielsweise drahtlos übermittelt werden können. Dadurch wird der Netzwerkverkehr in dem Sensor-/ Aktor-Netzwerk verringert, so dass Kollisionen zwischen Datenpakten und ein damit möglicherweise einhergehender Verlust von Datenpaketen ganz oder nahezu vollständig vermieden werden.
Ein weiterer Vorteil des Sensor-/ Aktor-Netzwerkes gegenüber dem oben erwähnten "Thinking Carpet" kann darin gesehen werden, dass zum Aufbau der Datenpfade keine Baumstruktur bzw. Selbstorganisation der Netzwerkelemente erforderlich ist. Damit wird bei dem Sensor-/ Aktor-Netzwerk vermieden, dass bestimmte Knoten des Netzwerkes sehr hohe Ströme schalten müssen.
Ein anderer Aspekt der Erfindung kann darin gesehen werden, dass mittels der Textilschicht- Anordnung eine Lösung bereitgestellt wird für eine mechanische Verbindung der Versorgungsleitungen und der Datenleitungen zum Anschluss und zwischen verschiedenen Textilbahnen in der Fläche.
Ein Vorteil der Erfindung kann darin gesehen werden, dass unter Verwendung der bereitgestellten Textilschicht- Anordnung bzw. des Verfahrens zum Herstellen einer Textilschicht- Anordnung sogenannte intelligente Textilien ("Smart Textiles") auf einfache und kostengünstige Weise in einem Rolle-zu-Rolle-Prozess gefertigt werden können, so dass die Produktionskosten solcher intelligenter Textilien stark reduziert werden können.
Zum Beispiel wird bei der Textilschicht- Anordnung ein aufwendiges Einweben von Datenleitungen in das Textil zum Verbinden der Module ganz oder nahezu vollständig vermieden. Ein anderer Aspekt der Erfindung kann darin gesehen werden, dass großflächige Sensor- und Aktuator-Flächenverkleidungs-Elemente bereitgestellt werden, mit deren Hilfe es möglich ist, Applikationen von "intelligenten Umgebungen" zu realisieren.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung sind/ist die erste Textilschicht und/oder die zweite Textilschicht als elektrisch nicht-leitende Textilschicht ausgebildet.
Die erste Textilschicht und/oder die zweite Textilschicht können/kann ein Polyester- Material aufweisen bzw. aus einem Polyester-Material bestehen. Die erste Textilschicht und/oder die zweite Textilschicht können/kann beispielsweise ein Trevira® CS Material aufweisen oder daraus bestehen. Alternativ können andere geeignete Materialien für die erste Textilschicht und/oder die zweite Textilschicht verwendet werden.
Die erste Textilschicht und/oder die zweite Textilschicht können/kann eine Vlies-Struktur aufweisen, zum Beispiel mit einem Flächengewicht von ungefähr 200 g/m2 bis 800 g/m2, beispielsweise 350 g/m2 bis 650 g/m2, beispielsweise ungefähr 500 g/m2.
Gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung weist die Textilschicht- Anordnung mindestens einen Zwischenträger (im folgenden auch Interposer genannt) auf, wobei das mindestens eine elektronische Bauelement auf einer ersten Hauptoberfläche des mindestens einen Zwischenträgers ausgebildet ist, und wobei eine der ersten Hauptoberfläche gegenüberliegende zweite Hauptoberfläche des mindestens einen Zwischenträgers eine gemeinsame Grenzfläche aufweist mit einer oberen Oberfläche (anschaulich der Oberseite) der ersten Textilschicht oder mit einer unteren Oberfläche (anschaulich der Unterseite) der zweiten Textilschicht.
Anschaulich kann der Zwischenträger so angeordnet sein, dass das mindestens eine auf der ersten Hauptoberfläche des Zwischenträgers ausgebildete elektronische Bauelement der Oberseite oder der Unterseite der Textilschicht- Anordnung zugewandt ist.
Gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die mindestens eine Zuleitung, welche das mindestens eine elektronische Bauelement mit der mindestens einen Energieleitung elektrisch koppelt, auf der oberen Oberfläche der ersten Textilschicht ausgebildet ist.
In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die mindestens eine Zuleitung auf der oberen Oberfläche der zweiten Textilschicht ausgebildet ist. Gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung weist das mindestens eine elektronische Bauelement mindestens einen integrierten Schaltkreis auf. Das mindestens eine elektronische Bauelement kann als integrierter Schaltkreis ausgebildet sein.
Gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung weist das mindestens eine elektronische Bauelement mindestens ein Sende-/Empfangs-Element auf. Das mindestens eine Sende- /Empfangselement kann ein RF-Element (Radiofrequenz-Element) aufweisen, beispielsweise einen aktiven oder passiven RFID-Tag.
Anschaulich kann das mindestens eine elektronische Bauelement als ein Netzwerkelement bzw. eine Sende-/Empfangs-Einheit eines im vorangegangenen beschriebenen Sensor- /Aktor-Netzwerkes ausgebildet sein.
Gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist die mindestens eine Energieleitung mit einem hohen elektrischen Potential und/oder mit einem niedrigen elektrischen Potential elektrisch koppelbar. Die Energieleitung kann beispielsweise mit einer elektrischen Versorgungsspannungsquelle elektrisch gekoppelt sein.
Gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung weist die Textilschicht- Anordnung mindestens eine elektrisch leitfahige Struktur auf. Die mindestens eine elektrisch leitfähige Struktur kann zwischen der ersten Textilschicht und der zweiten Textilschicht ausgebildet sein. Alternativ kann die mindestens eine elektrisch leitfähige Struktur auf der oberen Oberfläche (anschaulich auf der Oberseite) der zweiten Textilschicht ausgebildet sein.
Gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist die mindestens eine elektrisch leitfahige Struktur als elektrisch leitfahige Textilstruktur ausgebildet.
Gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist die mindestens eine elektrisch leitfahige Struktur als Sensor-Struktur bzw. Sensorelement ausgebildet, zum Beispiel als kapazitives Sensorelement. Die elektrisch leitfahige Struktur kann als Sensorfläche ausgebildet sein.
Eine Sensorfläche kann beispielsweise unter Verwendung eines Carbon-Materials gedruckt werden oder kann alternativ aus Textil bestehend aus leitfähigen Polymeren gebildet werden. Alternativ kann die Sensorfläche mittels Aufdruckens eines metallgefüllten Klebers gebildet werden. Alternativ kann zum Bilden der Sensorfläche lokal eine galvanische Metallschicht aufgebracht werden.
Die mindestens eine elektrisch leitfahige Struktur (zum Beispiel das Sensorelement) kann mit dem mindestens einen elektronischen Bauelement elektrisch gekoppelt sein.
Gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung weist die Textilschicht- Anordnung eine elektrisch leitfähige Schicht auf, wobei die erste Textilschicht auf der elektrisch leitfähigen Schicht ausgebildet ist.
Die elektrisch leitfähige Schicht kann als elektrisch leitfahige Textilschicht ausgebildet sein. Eine als elektrisch leitfähige Textilschicht ausgebildete elektrisch leitfähige Schicht kann eine Vlies-Struktur aufweisen, zum Beispiel mit einem Flächengewicht von ungefähr 10 g/m2 bis 500 g/m2, beispielsweise 50 g/m2 bis 250 g/m2, beispielsweise ungefähr 100 g/m2.
Die elektrisch leitfähige Schicht kann eine Dicke von ungefähr 1 μm bis 200 μm aufweisen.
Gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist die elektrisch leitfahige Schicht mit einem niedrigen elektrischen Potential (zum Beispiel dem elektrischen Masse-Potential) elektrisch koppelbar.
Gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist das mindestens eine elektronische Bauelement mit der elektrisch leitfähigen Schicht elektrisch gekoppelt.
Gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung weist die Textilschicht- Anordnung mindestens eine zumindest in der ersten Textilschicht ausgebildete Kontakt-Struktur auf zum elektrischen Kontaktieren des mindestens einen elektronischen Bauelementes mit der elektrisch leitfahigen Schicht durch die erste Textilschicht hindurch.
Anschaulich kann mittels Durchkontaktierens durch die elektrisch nicht-leitende erste Textilschicht hindurch das elektronische Bauelement mit der elektrisch leitfähigen Schicht (welche zum Beispiel als eine Masseleitung ausgebildet ist) elektrisch kontaktiert werden. Mit anderen Worten bildet die Kontakt-Struktur einen Durchkontakt zum elektrischen Kontaktieren des elektronischen Bauelementes mit der elektrisch leitfähigen Schicht (Masseleitung) durch die nicht-leitende erste Textilschicht hindurch.
Die Durchkontaktierung kann unter Verwendung von Metall-Filamenten gebildet werden. Das Bilden eines Durchkontakts kann zum Beispiel mittels Verstickens leitfähiger Filamente (zum Beispiel Kupfer-Drähte, versilberte Kupfer-Drähte, Stahldrähte, Metalldrähte in Kombination mit Polyester-Filamenten bzw. Aramid-Garnen) oder alternativ mittels Vernietens oder Crimpens (d.h. Ausbilden einer Klemmverbindung) an der entsprechenden Stelle erfolgen.
Gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung weist die mindestens eine Kontakt- Struktur mindestens ein elektrisch leitfähiges Filament auf, welches durch die erste Textilschicht hindurch verläuft.
Ein Aspekt der Erfindung kann darin gesehen werden, dass das mindestens eine elektronische Bauelement mittels punktuellen Durchkontaktierens durch die erste Textilschicht hindurch mit einer Masseleitung elektrisch gekoppelt werden kann, wobei das elektronische Bauelement und die Masseleitung in unterschiedlichen Ebenen der Textilschicht-Anordnung ausgebildet sind.
Gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung weist die Textilschicht-Anordnung mindestens eine zumindest in der zweiten Textilschicht ausgebildete Kontakt-Struktur auf zum elektrischen Kontaktieren des mindestens einen elektronischen Bauelementes mit der mindestens einen (zum Beispiel als Sensor-Struktur ausgebildeten) elektrisch leitfähigen Struktur und/oder mit der mindestens einen Zuleitung durch die zweite Textilschicht hindurch. Anschaulich kann das elektronische Bauelement mittels Durchkontaktierens durch die zweite Textilschicht hindurch mit der mindestens einen Zuleitung und/oder mit der mindestens einen elektrisch leitfähigen Struktur elektrisch kontaktiert werden, beispielsweise falls die mindestens eine Zuleitung und/oder die mindestens eine elektrisch leitfähige Struktur auf der oberen Oberfläche der zweiten Textilschicht ausgebildet sind/ist.
Gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung weist die mindestens eine Energieleitung mindestens eine elektrisch leitfähige Anschluss-Textilschicht auf. Die mindestens eine Energieleitung kann als elektrisch leitfähige (Anschluss-)Textilschicht, zum Beispiel als elektrisch leitfähiges Textilband, ausgebildet sein. Gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist die mindestens eine elektrisch leitfähige Anschluss-Textilschicht so ausgebildet, dass sie einen in dem mindestens einen Randbereich der Textilschicht- Anordnung ausgebildeten Endabschnitt der zweiten Textilschicht umschließt.
Gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung weist die Textilschicht- Anordnung mindestens eine Klemmschiene auf zum elektrischen Kontaktieren der mindestens einen elektrisch leitfähigen Anschluss-Textilschicht, welche mindestens eine Klemmschiene den mindestens einen Randbereich der Textilschicht- Anordnung umschließt.
Die mindestens eine Klemmschiene kann aus einem elektrisch nicht-leitfähigen Material (zum Beispiel einem Kunststoff-Material) bestehen. Alternativ kann die Klemmschiene ein elektrisch leitfähiges Material aufweisen, welches mit einer elektrisch nicht-leitfähigen Beschichtung versehen ist.
Gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist die Textilschicht- Anordnung als Flächenverkleidungsstruktur ausgebildet, zum Beispiel als Bodenverkleidungsstruktur bzw. Bodenverkleidung.
Gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung wird bei einem Verfahren zum
Herstellen einer Textilschicht- Anordnung die elektrisch leitfähige Schicht auf eine der zweiten Textilschicht abgewandte Oberfläche der ersten Textilschicht aufgedruckt. Mit anderen Worten wird gemäß dieser Ausgestaltung die elektrisch leitfähige Schicht auf eine untere Oberfläche (anschaulich die Unterseite) der ersten Textilschicht aufgedruckt.
Zum Aufdrucken der elektrisch leitfähigen Schicht kann ein elektrisch leitfähiges Polymer- Material verwendet werden. Ferner kann die aufgedruckte elektrisch leitfähige Schicht galvanisch verstärkt werden.
Gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung wird eine zweite elektrisch leitfähige Schicht ganzflächig auf die obere Oberfläche (d.h. die Oberseite) der ersten Textilschicht aufgebracht.
Eine auf der oberen Oberfläche der ersten Textilschicht ausgebildete zweite elektrisch leitfähige Schicht kann derart strukturiert werden, dass mindestens eine elektrische
Leiterbahn (zum Beispiel die mindestens eine Zuleitung) und/oder mindestens eine Sensor- Struktur (zum Beispiel eine Sensorfläche) auf der ersten Textilschicht gebildet wird. Gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung wird die zweite elektrisch leitfähige Schicht ganzflächig auf die obere Oberfläche (d.h. die Oberseite) der zweiten Textilschicht aufgebracht.
Eine auf der oberen Oberfläche der zweiten Textilschicht ausgebildete zweite elektrisch leitfähige Schicht kann derart strukturiert werden, dass mindestens eine elektrische Leiterbahn (zum Beispiel die mindestens eine Zuleitung) und/oder mindestens eine Sensor- Struktur (zum Beispiel eine Sensorfläche) auf der zweiten Textilschicht gebildet wird.
Gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung wird das mindestens eine elektronische Bauelement mittels elektrischen Durchkontaktierens durch die erste Textilschicht hindurch mit der elektrisch leitfähigen Schicht elektrisch gekoppelt.
Das Durchkontaktieren kann unter Verwendung eines oder mehrerer der folgenden Verfahren erfolgen:
• ein Verfahren zum Versticken elektrisch leitfälliger Filamente;
• ein Verfahren zum Vernieten;
• ein Crimp- Verfahren.
Gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung werden die erste Textilschicht und die zweite Textilschicht unter Verwendung eines Laminier- Verfahrens miteinander verbunden.
Ein Aspekt der Erfindung kann darin gesehen werden, dass eine Textilschicht- Anordnung mit einem mehrlagigen Textilaufbau (anders ausgedrückt, einem gestackten Textilaufbau) bereitgestellt wird, welcher Textilaufbau eine Abfolge von leitfähigen und nichtleitfähigen Textillagen aufweist, wobei die einzelnen Textillagen entsprechend der gewünschten elektrischen Eigenschaften unter Verwendung textiler Verbindungstechniken wie zum Beispiel Sticken, Rascheln, Nähen, Wirken mit wahlweise leitfähigen oder nichtleitfähigen Filamenten oder auch unter Verwendung von Klebetechniken mit leitfahigen oder nichtleitfähigen bzw. anisotrop leitfähigen Klebern miteinander verbunden werden können.
Ein anderer Aspekt der Erfindung kann darin gesehen werden, dass ein Kontaktieren von in die Textilschicht- Anordnung integrierten Elektronikmodulen bzw. elektronischen Bauelementen (zum Beispiel eines Netzwerkelementes) beispielsweise mittels Klebens mit nichtleitfähigem oder anisotrop leitendem Kleber (wie beispielsweise in [3] beschrieben) erfolgt, alternativ mittels Lötens, Laser-Schweißens oder Verstickens mit leitfähigen Filamenten.
Ein Vorteil der Erfindung kann darin gesehen werden, dass die für eine Applikation gewünschte Elektronik mit einem oder mehreren in der Textilschicht- Anordnung integrierten Sensorelementen (Sensorflächen) und/oder Aktuator-Elementen so verbunden werden kann, dass zusätzlich zu der elektrischen Verdrahtung ein mechanischer Schutz während des Gebrauchs gewährleistet wird.
Ferner können Kurzschlüsse in der Textilschicht- Anordnung beispielsweise dadurch vermieden werden, dass elektrische Leitungen, welche mit unterschiedlichen elektrischen Potentialen gekoppelt sind (zum Beispiel die mindestens eine Energieleitung und eine als Masseleitung ausgebildete elektrisch leitfähige Schicht), in unterschiedlichen Ebenen der Textilschicht- Anordnung ausgebildet sind.
Ein anderer Vorteil der Erfindung kann darin gesehen werden, dass durch den Textilaufbau der Textilschicht- Anordnung eine Abschirmung gegen Störeinflüsse und ein einfacher und robuster elektrischer Anschluss für eine Versorgungsspannung erreicht werden.
Ein anderer Vorteil der Erfindung kann darin gesehen werden, dass mit der Textilschicht- Anordnung bzw. mit dem Verfahren zum Herstellen einer Textilschicht- Anordnung unter Verwendung einfacher, preiswerter und bereits standardmäßig vorhandener Flächenbildungsverfahren eine gewünschte mehrlagige Flächenverkleidungsstruktur mit allen gewünschten Eigenschaften geschaffen sind bzw. werden.
Ein anderer Aspekt der Erfindung kann daher darin gesehen werden, dass bei dem mehrlagigen Textilaufbau der Textilschicht- Anordnung mit der gewählten Abfolge von leitfahigen, nichtleitfähigen Textillagen und textilen Verbindungstechniken bzw. Klebetechniken mit leitfähigen bzw. nichtleitfähigen Materialien eine Flächenverkleidungsstruktur bereitgestellt wird, welche Flächenverkleidungsstruktur ein einfaches Kontaktieren der integrierten Elektronik (z.B. integrierte elektronische Bauelemente bzw. Schaltkreise eines oder mehrerer Netzwerkelemente), der Sensorflächen und deren Anschlüsse gewährleistet, und welche Flächenverkleidungsstruktur ferner eine Abschirmung, Masseflächen und einen einfachen Netzanschluss gewährleistet. Außerdem können die nichtleitfähigen Textillagen antistatisch beschichtet werden, um einen ESD- Schutz, d.h. einen Schutz vor elektrostatischen Entladungen (ESD: Electrostatic Discharge), zu gewährleisten. Ein anderer Aspekt der Erfindung kann darin gesehen werden, dass es mittels Durchkontaktierens zwischen verschiedenen Schichten einer Textilschicht- Anordnung gelingt, einen Großteil separater Zuleitungen (bzw. elektrisch leitfähiger Bahnen) einzusparen. Die textilen Bahnen mit der integrierten Elektronik können mittels einfachen Aneinanderlegens und Verklebens mit leitfähigen Klebebändern in einer Fläche installiert werden. Das Anschließen an einen elektrischen Netzanschluss kann beispielsweise unter Verwendung einer einfachen Klemmleiste erfolgen. Auf aufwendige Stecker kann daher bei dieser Technik verzichtet werden. Der Mehrlagenaufbau kann so ausgebildet sein, dass nur eine Textillage der Textilschicht- Anordnung mit aufwendiger Kontaktierungstechnik verarbeitet werden muss. Die anderen Textillagen können mittels ganzflächigen Laminierens ohne Justieraufwand miteinander verbunden werden. Lediglich das um die Kante geführte leitfähige Textil für den großflächigen Netzanschluss wird in einem Arbeitsschritt auf die Oberfläche geklebt oder festgenäht. Durch eine geeignete Wahl des Klebers beim Laminieren der einzelnen Textilschichten kann die Mehrlagenstruktur der Textilschicht- Anordnung bei Bedarf wasserfest gemacht werden und die integrierte Elektronik vor einem Kurzschluss bei Nässe geschützt werden.
Ein anderer Aspekt der Erfindung kann darin gesehen werden, dass eine Anwendung beschrieben wird, die zum Beispiel einen Fußboden als ein großflächiges intelligentes Sensor-Netzwerk einsetzt (sogenannter Sensor Floor). Unsichtbar unter beliebige Bodenbeläge installiert, vereinfacht und verbessert die beschriebene Technologie jene Funktionen, welche derzeit von vielen getrennten Systemen erfüllt werden müssen. Darüber hinaus werden aber auch völlig neue Anwendungen ermöglicht, die von der Erhöhung der persönlichen Sicherheit, über innovative Komfortfunktionen bis zur Einsparung von Energie reichen.
Vorteilhafte Anwendungen ergeben sich beispielsweise in den Bereichen Pflege und Gesundheit (zum Beispiel Sturz-Erkennung: ein Sensor-Floor mit integrierten Sensoren kann "erkennen", ob eine auf dem Boden gestürzte Person liegen bleibt oder wieder aufsteht), Komfort und Sicherheit, Gebäude-Automation, Facility-Management und Transport-Logistik. Hierbei kommen einerseits Sensoren zum Einsatz, die die Anwesenheit von Personen auf einem Fußboden erkennen können. Andererseits ermöglichen in einen Boden integrierte Landmarken eine genaue Lokalisation von Fahrzeugen wie zum Beispiel Robotern oder Rollstühlen. Als Basistechnologie können Sensoren und mikroelektronische Komponenten verwendet werden, die in Textilien eingebettet sind. Ein anderer Aspekt der Erfindung kann darin gesehen werden, dass bei einem Textilschicht-Array anschaulich mehrere einzelne Textilschicht- Anordnungen (auch als textile Bahnen bzw. Textilbahnen bezeichnet) mittels einfachen Aneinanderlegens zu einer großen Fläche zusammengefügt werden können. Auf diese Weise kann eine großflächige Flächenverkleidungsstruktur geschaffen werden, mit lateralen Abmessungen von beispielsweise ungefähr 10 cm bis 10 m. Die einzelnen Textilschicht- Anordnungen bzw. Textilbahnen des Textilschicht- Arrays sind mittels der in den Textilschicht-Bahnen ausgebildeten Energieleitungen miteinander gekoppelt, zum Beispiel unter Verwendung einer oder mehrerer Klemmschienen, elektrisch leitfähigem Kleber oder elektrisch leitfähigem Klebeband.
Eine Textilschicht- Anordnung bzw. ein Textilschicht-Array kann auf einem Untergrund (zum Beispiel einem Estrich) aufgebracht werden. Ferner kann die Textilschicht- Anordnung bzw. das Textilschicht-Array mit einem handelsüblichen Bodenbelag (zum Beispiel Kunststoffboden, Gummiboden, Laminat, Parkett, Fliesen, Steinbelag oder andere geeignete Bodenbeläge) abgedeckt werden. Bei einer Abdeckung mit Fliesen oder einem Steinbelag kann eine weitere Zwischenschicht (zum Beispiel Watec®2E) eingefügt werden, welche Zwischenschicht ein armiertes Tragesystem bildet für im Dünnbett verlegte keramische Fliesen im Innenbereich und zur Entlüftung sowie zur Entkopplung des Belags vom Untergrund dient.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden im folgenden näher erläutert. In den Figuren sind gleiche oder ähnliche Elemente, soweit sinnvoll, mit gleichen oder identischen Bezugszeichen versehen. Die in den Figuren gezeigten Darstellungen sind schematisch und daher nicht maßstabsgetreu gezeichnet.
Es zeigen
Figur IA und Figur IB Querschnittsansichten einer Textilschicht- Anordnung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Figur 2 eine Draufsicht einer Textilschicht- Anordnung gemäß einem zweiten
Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Figur 3 eine Draufsicht einer Textilschicht- Anordnung gemäß einem dritten
Ausführungsbeispiel der Erfindung; Figur 4 eine Draufsicht einer Textilschicht- Anordnung gemäß einem vierten
Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung;
Figur 5 eine Draufsicht einer Textilschicht- Anordnung gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Figur 6A und Figur 6B Querschnittsansichten einer Textilschicht- Anordnung gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Figur 7 eine Querschnittsansicht einer Textilschicht- Anordnung gemäß einem siebten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Fig.lA und Fig.lB zeigen jeweils eine Teilquerschnittsansicht einer Textilschicht- Anordnung 100 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Textilschicht- Anordnung 100 weist eine erste Textilschicht 1 und eine zweite Textilschicht 13 auf, welche als elektrisch nicht-leitende Textilschichten ausgebildet sind.
Fig.lA zeigt die Textilschicht- Anordnung 100 während eines Prozessschrittes eines Verfahrens zum Herstellen der Textilschicht- Anordnung zu einem Zeitpunkt vor einem Verbinden der ersten Textilschicht 1 mit der zweiten Textilschicht 13, und Fig. IB zeigt die Textilschicht- Anordnung 100 während eines anderen Prozessschrittes des Verfahrens nach dem Verbinden der ersten Textilschicht 1 mit der zweiten Textilschicht 13.
Die zweite Textilschicht 13 ist auf bzw. über der ersten Textilschicht 1 ausgebildet und dient anschaulich als Abdeckschicht der Textilschicht- Anordnung 100. Die mehrlagige Textilschicht- Anordnung 100 dient zur Verwendung in einem großflächigen Sensorboden mit kapazitiven Sensoren. Die Textilschicht- Anordnung 100 weist ein als Silizium-Chip ausgebildetes elektronisches Bauelement 3 auf, welches zwischen der ersten Textilschicht 1 und der zweiten Textilschicht 13 ausgebildet ist. Anschaulich dient die elektrisch nichtleitfähige erste Textilschicht 1 als Basis für ein oder mehrere in die Textilschicht- Anordnung 100 integrierte elektronische Bauelemente bzw. Mikroelektronik und deren Verdrahtung. Die in die Textilschicht- Anordnung 100 integrierte Mikroelektronik bzw. elektronischen Bauelemente (in Fig.lA und Fig.lB beispielhaft durch das elektronische Bauelement 3 bzw. den Chip 3 dargestellt) ist auf einem (beispielsweise flexiblen) Zwischenträger 2 (Interposer) ausgebildet. Der Zwischenträger 2 bzw. Interposer 2 dient anschaulich als Träger für die in die Textilschicht- Anordnung 100 integrierte Elektronik. Der Zwischenträger 2 weist eine erste Hauptoberfläche 2a und eine der ersten Hauptoberfläche 2a gegenüberliegende zweite Hauptoberfläche 2b auf, wobei das elektronische Bauelement 3 auf der ersten Hauptoberfläche 2a des Zwischenträgers 2 ausgebildet ist.
Die Textilschicht- Anordnung 100 weist eine Energieleitung 8 zum Bereitstellen elektrischer Energie auf, welche Energieleitung 8 in einem Randbereich 40 der Textilschicht- Anordnung 100 ausgebildet ist. Die Energieleitung 8 ist mit einer äußeren Versorgungsspannungsquelle elektrisch koppelbar. Die Energieleitung 8 verläuft senkrecht zur Zeichenebene der Figuren IA und IB, vgl. Fig.2. Die Textilschicht- Anordnung weist ferner eine auf einer oberen Oberfläche Ia der ersten Textilschicht 1 ausgebildete
Zuleitung 7 auf, welche Zuleitung 7 das elektronische Bauelement 3 mit der Energieleitung 8, welche Energieleitung 8 in einem Abstand zu dem elektronischen Bauelement 3 angeordnet ist, elektrisch koppelt. Die Zuleitung 7 ist in einem (von Null verschiedenen) Winkel zu der Energieleitung 8 angeordnet. Anschaulich verläuft die Zuleitung 7 senkrecht, d.h. unter einem Winkel von 90° (90 Winkelgrad) zu der Energieleitung 8 (vgl. Fig.2). Die Energieleitung 8 und die Zuleitung 7 können jedoch auch einen anderen (von 0° bzw. 180° verschiedenen) Winkel miteinander bilden.
Die Energieleitung 8 weist eine Anschluss-Textilschicht auf, welche Anschluss- Textilschicht als elektrisch leitfähiges Textilband ausgebildet ist. Gemäß dem gezeigten Ausführungsbeispiel wird bei dem Verfahren zum Herstellen der Textilschicht- Anordnung 100 das Textilband 8 in dem Randbereich 40 der Textilschicht- Anordnung 100 auf der ersten Textilschicht 1 (genauer auf der oberen Oberfläche Ia der ersten Textilschicht 1) aufgebracht und zum Beispiel mittels textiler Standard- Verbindungstechniken mit der ersten Textilschicht 1 verbunden, wobei anschaulich ein Teil des Textilbandes 8 übersteht, d.h. nicht mit der ersten Textilschicht 1 verbunden ist (siehe Fig. IA). In einem anderen Prozessschritt des Verfahrens, nachdem die erste Textilschicht 1 und die zweite Textilschicht 13 miteinander verbunden sind, wird das Textilband 8 anschaulich um die (in Fig. IA linke) Kante 13c der zweiten Textilschicht 13 herum nach oben geklappt, so dass das Textilband bzw. die Anschluss-Textilschicht 8 einen in dem Randbereich 40 der Textilschicht- Anordnung 100 ausgebildeten Endabschnitt der zweiten Textilschicht 13 umschließt (siehe Fig. IB), wobei ein erster Teilbereich der Anschluss-Textilschicht 8 zwischen der ersten Textilschicht 1 und der zweiten Textilschicht 13 ausgebildet ist, ein zweiter Teilbereich der Anschluss-Textilschicht 8 auf der Kante 13c der zweiten Textilschicht 13 ausgebildet ist, und ein dritter Teilbereich der Anschluss-Textilschicht 8 auf einer oberen Oberfläche 13a der zweiten Textilschicht 13 ausgebildet ist. Auf der ersten Hauptoberfläche 2a des Zwischenträgers 2 sind ferner ein erster elektrischer Kontakt (erstes Kontaktpad) 4, ein zweiter elektrischer Kontakt (zweites Kontaktpad) 5 und ein dritter elektrischer Kontakt (drittes Kontaktpad) 6 ausgebildet. Anschaulich weist die Mikroelektronik 3 elektrische Anschlüsse (nicht gezeigt) zum Anschließen einer Versorgungsspannung, Masse und eines elektrischen Sensor-Elementes 10 auf, wobei die Anschlüsse der Mikroelektronik 3 über das erste Kontaktpad 4 (Versorgungsspannung), das zweite Kontaktpad 5 (Masse) und das dritte Kontaktpad 6 (Sensoranschluss) nach außen geführt werden.
Eine Versorgungsspannung kann an das elektrisch leitfähige Textilband 8 angeschlossen werden und mittels der (elektrisch leitfähigen) Zuleitung 7 an dem ersten Kontaktpad 4 des Zwischenträgers 2 bereitgestellt werden. Anschaulich bildet die Anschluss-Textilschicht 8 (Textilband 8) den Anschluss der Versorgungsspannung an der Oberseite der mehrlagigen Textilstruktur 100.
Der Interposer 2, die darauf ausgebildete Mikroelektronik 3 und die Kontaktpads 4, 5, 6 bilden zusammen anschaulich ein Elektronikmodul 18, welches Elektronikmodul 18 beispielsweise als ein Netzwerkelement eines Sensor-/ Aktor-Netzwerkes ausgebildet sein kann. Das Elektronikmodul 18 bzw. der Zwischenträger 2 des Elektronik-Moduls 18 wird so angeordnet, dass nach dem Verbinden der ersten Textilschicht 1 mit der zweiten
Textilschicht 13 die zweite Hauptoberfläche 2b des Zwischenträgers 2 eine gemeinsame Grenzfläche aufweist mit der unteren Oberfläche 13b der zweiten Textilschicht 13 (siehe Fig. IB). Mit anderen Worten wird der Zwischenträger 2 so angeordnet, dass die auf dem Zwischenträger 2 ausgebildete Mikroelektronik 3 der oberen Oberfläche Ia der ersten Textilschicht 1 zugewandt ist.
Der erste elektrische Kontakt 4 (erstes Kontaktpad 4) wird mit der Zuleitung 7 elektrisch verbunden (vgl. Fig. IB), so dass dem Zwischenträger 2 bzw. dem darauf ausgebildeten elektronischen Bauelement 3 mittels der Energieleitung 8, der Zuleitung 7 und dem ersten Kontaktpad 4 elektrische Energie (in Form einer Versorgungsspannung) bereitgestellt werden kann.
Die Textilschicht- Anordnung 100 weist ferner eine elektrisch leitfähige Schicht 11 auf, wobei die erste Textilschicht 1 auf der elektrisch leitfähigen Schicht 11 ausgebildet ist. Die elektrisch leitfähige Schicht 11 ist als elektrisch leitfähige Textilschicht ausgebildet und kann beispielsweise ein möglichst niederohmiges Textil-Material aufweisen. Die elektrisch leitfähige Schicht 11 bildet anschaulich eine Masseleitung der Textilschicht- Anordnung 100, eine Abschirmung zum Untergrund sowie einen elektrischen Anschluss für ein elektrisches Netzteil.
Gemäß einer anderen (nicht gezeigten) Ausgestaltung der Erfindung kann die elektrisch leitfähige Schicht 11 aus einer leitfähigen Schicht bestehen, welche auf die erste Textilschicht 1 (bzw. auf eine der oberen Oberfläche Ia gegenüber liegende untere Oberfläche der ersten Textilschicht 1) aufgebracht ist (zum Beispiel mittels Aufdruckens eines leitfähigen Polymers).
Die Textilschicht- Anordnung 100 weist ferner eine elektrisch leitfähige Bahn 9 auf, welche elektrisch leitfähige Bahn 9 auf der ersten Textilschicht 1 ausgebildet ist. Weiterhin weist die Textilschicht- Anordnung 100 eine elektrisch leitfähige Textilstruktur 10 auf, welche als eine Sensorfläche 10 für einen kapazitiven Sensor des Sensorbodens dient. Die elektrisch leitfähige Textilstruktur bzw. Sensorfläche 10 ist mittels der elektrisch leitfähigen Bahn 9 mit dem Elektronikmodul 18, genauer mit dem auf dem Zwischenträger 2 ausgebildeten dritten elektrischen Kontakt (dritten Kontaktpad) 6 elektrisch gekoppelt.
Das Elektronikmodul 18 der Textilschicht- Anordnung 100 kann alternativ mit mehreren Sensorfiächen 10 elektrisch gekoppelt sein. Zum Beispiel können auf dem Zwischenträger 2 mehrere dritte elektrische Kontakte 6 (dritte Kontaktpads 6) ausgebildet sein, welche jeweils mittels einer elektrisch leitfähigen Bahn 9 mit der jeweiligen Sensorfläche 10 elektrisch verbunden sind (siehe zum Beispiel Fig.4 und Fig.5).
In diesem Zusammenhang ist anzumerken, dass die Anforderungen an die Leitfähigkeit der Sensorfläche 10 für den kapazitiven Sensor deutlich geringer sind als bei dem ersten elektrischen Kontakt 4 für die Versorgungsspannung bzw. dem zweiten elektrischen Kontakt 5 für Masse. Die Sensorfläche 10 kann daher beispielsweise unter Verwendung eines Carbon-Materials gedruckt werden oder kann alternativ aus Textil bestehend aus leitfähigen Polymeren gebildet werden.
Die Leiterbahnen und Leiterflächen für die Versorgungsspannung und Masse können aus metallisiertem Vlies oder Gewebe hergestellt werden. Alternativ können diese Flächen aufgedruckt werden, zum Beispiel mit metallgefülltem Kleber.
Die Textilschicht- Anordnung 100 weist ferner eine Kontakt-Struktur 12 auf, welche
Kontakt-Struktur 12 unterhalb des zweiten Kontaktpads 5 in der ersten Textilschicht 1 und in der elektrisch leitfähigen Textilschicht 11 ausgebildet ist. Anschaulich bildet die Kontakt-Struktur 12 einen Durchkontakt zum elektrischen Kontaktieren des elektronischen Bauelementes 3 (bzw. des zweiten Kontaktpads 5) mit der elektrisch leitfähigen Schicht 11 (Masseleitung) durch die nicht-leitende erste Textilschicht 1 hindurch.
Der Durchkontakt 12 kann unter Verwendung von Metall-Filamenten gebildet werden, zum Beispiel mittels Verstickens leitfähiger Filamente (zum Beispiel Kupfer-Drähte, versilberte Kupfer-Drähte, Stahldrähte, Metalldrähte in Kombination mit Polyester- Filamenten bzw. Aramid-Garnen) oder alternativ mittels Vernietens oder Crimpens an der entsprechenden Stelle.
Das Kontaktieren des Zwischenträgers 2 kann mittels Klebens mit leitfähigem, nichtleitfähigem oder anisotrop leitfähigem Kleber erfolgen. Alternativ kann das Kontaktieren des Zwischenträgers 2 mittels Lötens, Laserschweißens oder Anstickens an die elektrischen Kontakte 4, 5, 6 erfolgen, weiter alternativ mittels eines Crimp- Verfahrens ("Crimpen").
Fig. IB zeigt die Textilschicht- Anordnung 100 während eines Prozessschrittes des Verfahrens nach dem Verbinden der Textilschichten 1 und 13. Das Verbinden der ersten Textilschicht 1 mit der zweiten Textilschicht 13 kann mittels eines Laminier- Verfahrens erfolgen. Das Anschlusstextil 8 bzw. die Anschluss-Textilschicht 8 für die
Versorgungsspannung wird durch Umbiegen auf die Oberseite der Mehrlagenstruktur (d.h. die obere Oberfläche 13a der zweiten Textilschicht 13) geführt und kann mittels Klebens oder alternativ mittels Nähens mit nichtleitfähigem Garn 80 befestigt werden und bildet dort den Anschluss für die Versorgungsspannung. Durch die optionale Naht 80 kann gleichzeitig ein mechanischer Kantenschutz für das Textil erreicht werden, der es bei einer baustellenseitigen Installation und während des Gebrauchs schützt.
Dadurch, dass bei der Textilschicht- Anordnung 100 die Elektronik, die Sensorfläche(n) und die entsprechende Verdrahtung zwischen der ersten Textilschicht 1 und der zweiten Textilschicht 13 ausgebildet sind, kann ein guter mechanischer Schutz der entsprechenden Komponenten erreicht werden.
Fig.2 zeigt eine Draufsicht einer Textilschicht- Anordnung 200 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Darstellung entspricht im Wesentlichen einer Draufsicht auf die in Fig. IA gezeigte Textilschicht- Anordnung 100, wobei in Fig.2 die obere Textilschicht, d.h. die zweite Textilschicht 13, nicht dargestellt ist. Gemäß dem in Fig.2 gezeigten Ausfuhrungsbeispiel ist bei der Textilschicht- Anordnung 200 jeweils eine Sensorfläche pro Elektronik-Modul bzw. Netzwerkelement vorgesehen. In Fig.2 sind beispielhaft zwei Netzwerkelemente 18a und 18b und vier Sensorflächen 10a, 10a', 10b und 10b1 gezeigt, wobei ein erstes Netzwerkelement 18a mit einer ersten
Sensorfläche 10a elektrisch gekoppelt ist, und ein zweites Netzwerkelement 18b mit einer zweiten Sensorfläche 10b elektrisch gekoppelt ist. Eine dritte Sensorfläche 10a' ist entsprechend mit einem (nicht gezeigten) dritten Netzwerkelement gekoppelt, und eine vierte Sensorfläche 10b' ist mit einem (nicht gezeigten) vierten Netzwerkelement gekoppelt. Die Textilschicht- Anordnung 200 weist eine erste Energieleitung 8a auf, welche erste Energieleitung 8a in einem ersten Randbereich 40a der Textilschicht-Anordnung 200 ausgebildet ist. Ferner weist die Textilschicht-Anordnung 200 eine zweite Energieleitung 8b auf, welche zweite Energieleitung 8b in einem zweiten Randbereich 40b der Textilschicht-Anordnung 200 ausgebildet ist. Das erste Netzwerkelement 18a ist mittels einer ersten Zuleitung 7a mit der ersten Energieleitung 8a elektrisch gekoppelt, und das zweite Netzwerkelement 18b ist mittels einer zweiten Zuleitung 7b mit der zweiten Energieleitung 8b elektrisch gekoppelt. Bei der Textilschicht-Anordnung 200 gemäß dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind die erste Zuleitung 7a und die erste Energieleitung 8a in einem rechten Winkel, d.h. unter einem Winkel von 90°, zueinander angeordnet. Ferner sind die zweite Zuleitung 7b und die zweite Energieleitung 8b ebenfalls unter einem Winkel von 90° zueinander angeordnet. Gemäß alternativen Ausführungsbeispielen der Erfindung können/kann der Winkel zwischen der ersten Zuleitung 7a und der ersten Energieleitung 8a und/oder der Winkel zwischen der zweiten Zuleitung 7b und der zweiten Energieleitung 8b einen anderen (von 0° bzw. 180° verschiedenen) Wert aufweisen. Anschaulich ist an jeder Kante der Textilschicht-Anordnung 200 bzw. des Textils jeweils eine Energieleitung 8a, 8b ausgebildet, wobei die Energieleitungen 8a, 8b mit einer Versorgungsspannung elektrisch koppelbar sind zum Bereitstellen elektrischer Energie an den Netzwerkelementen 18a, 18b. Mit anderen Worten wird das erste Netzwerkelement 18a (bzw. die in dem ersten Netzwerkelement 18a ausgebildeten elektronischen Bauelemente 3) mittels der ersten Energieleitung 8a mit elektrischer Energie versorgt, und das zweite Netzwerkelement 18b (bzw. die in dem zweiten Netzwerkelement 18b ausgebildeten elektronischen Bauelemente 3) wird mittels der zweiten Energieleitung 8b mit elektrischer Energie versorgt. Das (nicht gezeigte) dritte Netzwerkelement, welches mit der dritten Sensorfläche 10a' gekoppelt ist, kann mittels einer dritten Zuleitung (nicht gezeigt) mit der ersten Energieleitung 8a gekoppelt sein und von dieser mit elektrischer
Energie versorgt werden, und das (nicht gezeigte) vierte Netzwerkelement, welches mit der vierten Sensorfläche 10b' gekoppelt ist, kann mittels einer vierten Zuleitung (nicht gezeigt) mit der zweiten Energieleitung 8b gekoppelt sein und von dieser mit elektrischer Energie versorgt werden. Die erste Energieleitung 8a und die zweite Energieleitung 8b sind jeweils als elektrisch leitfähiges Textilband ausgebildet.
Mittels mehrfachen Aneinanderlegens der in Fig.2 gezeigten Textilschicht- Anordnung 200 (welche auch als Textilbahn bezeichnet werden kann) kann ein Textilschicht- Array gebildet werden, wobei in dem Textilschicht-Array die Energieleitungen 8a, 8b der einzelnen Textilbahnen 200 miteinander gekoppelt sind. In diesem Zusammenhang ist anzumerken, dass aufgrund der Symmetrie der in Fig.2 gezeigten Textilschicht-Anordnung 200 zwei Textilbahnen 200 sowohl so aneinandergefügt werden können, dass jeweils zwei erste Energieleitungen 8a miteinander gekoppelt sind und zwei zweite Energieleitungen 8b miteinander gekoppelt sind, als auch so, dass eine erste Energieleitung 8a der einen Textilbahn mit einer zweiten Energieleitung 8b der anderen Textilbahn gekoppelt ist und umgekehrt. Mit anderen Worten können beim Aneinanderfügen mehrerer Textilbahnen 200 eine oder mehrere der Textilbahnen 200 um 180 Grad gedreht sein. Anschaulich kann die in Fig.2 gezeigte Struktur nach oben bzw. unten, d.h. in Richtung der Längsachse der Energieleitungen 8a, 8b, durch Aneinanderfügen einzelner Textilbahnen periodisch fortgesetzt werden. Alternativ oder zusätzlich kann die in Fig.2 gezeigte Struktur nach links bzw. rechts, d.h. senkrecht zur Längsachse der Energieleitungen 8a, 8b, durch Aneinanderfügen einzelner Textilbahnen periodisch fortgesetzt werden. Mittels
Aneinanderlegens einzelner Textilbahnen zu einem Textilschicht-Array kann somit eine beliebig große Fläche mit Textilbahnen abgedeckt werden.
Fig.3 zeigt eine Draufsicht einer Textilschicht-Anordnung 300 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei der wie bei der Textilschicht-Anordnung 200 jedes Netzwerkelement an eine Sensorfläche angeschlossen ist. Im Unterschied zu der in Fig.2 gezeigten Textilschicht-Anordnung 200 ist jedoch bei der Textilschicht-Anordnung 300 die Sensorfläche fast vollständig bis auf den Anschluss für die Versorgungsspannung um das jeweilige Elektronikmodul herumgeführt. Beispielhaft sind ein erstes Netzwerkelement 18a und ein zweites Netzwerkelement 18b sowie eine erste Sensorfläche 10a und eine zweite Sensorfläche 10b gezeigt, wobei das erste Netzwerkelement 18a mit der ersten Sensorfläche 10a elektrisch gekoppelt ist, und das zweite Netzwerkelement 18b mit der zweiten Sensorfläche 10b elektrisch gekoppelt ist. Eine erste Zuleitung 7a koppelt das erste Netzwerkelement 18a (bzw. eines oder mehrere in dem ersten Netzwerkelement 18a ausgebildete elektronische Bauelemente 3) mit einer in einem ersten Randbereich 40a der Textilschicht-Anordnung 300 ausgebildeten ersten Energieleitung 8a, und eine zweite Zuleitung 7b koppelt entsprechend das zweite Netzwerkelement 18b (bzw. eines oder mehrere in dem zweiten Netzwerkelement 18b ausgebildete elektronische Bauelemente 3) mit einer in einem zweiten Randbereich 40b der Textilschicht-Anordnung 300 ausgebildeten zweiten Energieleitung 8b.
Fig.4 zeigt eine Textilschicht-Anordnung 400 gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Textilschicht-Anordnung 400 unterscheidet sich von der in Fig.2 gezeigten Textilschicht-Anordnung 200 dadurch, dass an das erste Netzwerkelement 18a und an das zweite Netzwerkelement 18b jeweils vier Sensorflächen 10 angeschlossen sind. Der Zwischenträger 2 des jeweiligen Netzwerkelementes bzw. Elektronikmoduls weist dazu vier dritte elektrische Kontakte bzw. Kontaktpads 6 auf für die Sensoren 10. Die Elektronik 3 kann so eingerichtet sein, dass ein Multiplexen der Sensoren 10 (bzw. der Sensor-Signale) möglich ist.
Fig.5 zeigt eine Textilschicht-Anordnung 500 gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei der acht Sensoren bzw. Sensorflächen 10 pro Netzwerkmodul 18a, 18b vorgesehen sind. Gemäß dem gezeigten Ausführungsbeispiel weisen die Sensorflächen 10 eine dreieckige Form auf, um ein einfaches Anschließen der dritten Kontaktpads 6 mittels der elektrisch leitfähigen Bahnen 9 (Verbindungsbahnen) an die Sensorflächen 10 zu erreichen.
In den in Fig.3 bis Fig.5 gezeigten Ausführungsbeispielen sind jeweils zwei Elektronik- Module (Netzwerk-Module bzw. Netzwerk-Elemente) in einem Abstand nebeneinander (d.h. in einer Reihe) ausgebildet (in Fig.3 bis Fig.5 sind repräsentativ ein erstes Netzwerkelement 18a und ein zweites Netzwerkelement 18b dargestellt), wobei eines der beiden Netzwerkelemente mit der ersten Energieleitung 8a elektrisch gekoppelt ist, und das andere Netzwerkelement mit der zweiten Energieleitung 8b elektrisch gekoppelt ist.
In alternativen Ausgestaltungen der Erfindung können mehr als zwei Module pro Reihe in die Mehrlagen-Struktur einer Textilschicht-Anordnung bzw. Textilbahn integriert sein. Ferner kann eine zusätzliche Energieleitung in der Mitte der Textilbahn eingeführt werden, welche zusätzliche Energieleitung mit der Versorgungsspannung gekoppelt werden kann. Bei einem sehr dichten Raster von Netzwerkmodulen kann die Versorgungsspannung durch alle Module durchgeschleift werden.
Eine in der Mitte einer Textilbahn ausgebildete zusätzliche Energieleitung kann alternativ mit einem niedrigen elektrischen Potential (zum Beispiel dem elektrischen Masse- Potential) gekoppelt sein, und die in der Textilbahn bzw. Textilschicht-Anordnung ausgebildeten Netzwerkelemente können (zum Beispiel mittels elektrisch leitfahiger Bahnen) mit der, in diesem Fall anschaulich als Masseleitung dienenden, zusätzlichen Energieleitung elektrisch gekoppelt sein.
Fig.όA und Fig.όB zeigen jeweils eine Teilquerschnittsansicht einer Textilschicht-
Anordnung 600 gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei Fig.όA die Textilschicht-Anordnung 600 vor einem Verbinden der ersten Textilschicht 1 mit der zweiten Textilschicht 13 zeigt, und Fig.όB die Textilschicht-Anordnung 600 nach dem Verbinden der beiden Textilschichten 1 und 13 zeigt, wobei die erste Textilschicht 1 und die zweite Textilschicht 13 mittels eines Laminier- Verfahrens miteinander verbunden werden.
Die Textilschicht-Anordnung 600 unterscheidet sich von den vorangehend beschriebenen Textilschicht- Anordnungen im wesentlichen dadurch, dass das nichtleitfähige Textil 13 (die nicht-leitfähige zweite Textilschicht 13) als Grundlage für die Verdrahtung der
Elektronik 3 dient. Das Elektronik-Modul 18 bzw. der Zwischenträger 2 des Elektronik- Moduls 18 wird so angeordnet, dass die zweite Hauptoberfläche 2b des Zwischenträgers 2 eine gemeinsame Grenzfläche mit der oberen Oberfläche Ia der ersten Textilschicht 1 aufweist. Der Zwischenträger 2 mit der Elektronik 3 ist auf der unteren Oberfläche 13b der zweiten Textilschicht 13, mit anderen Worten auf der Unterseite 13b des nichtleitfähigen Textils 13, verdrahtet. Die Sensorflächen 10, die Energieleitung 8 (d.h. der Anschluss zu der Versorgungsspannung) und die Zuleitung 7, welche das bzw. die auf dem Zwischenträger 2 ausgebildeten elektronischen Bauelemente 3 mit der Energieleitung 8 elektrisch koppelt, sind auf der Oberseite der Mehrlagenstruktur, mit anderen Worten auf der oberen Oberfläche 13a der zweiten Textilschicht 13 ausgebildet. Dadurch wird erreicht, dass der Abstand zur elektrisch leitfähigen Schicht 11 (bzw. Masseabschirmung 11) größer und gleichzeitig der Abstand zur Oberfläche des Bodenbelags kleiner wird. Die Grundkapazität des kapazitiven Sensors kann somit verringert werden, wodurch ein zu detektierendes Signal einer Kapazitäts-Änderung durch Begehen des Bodenbelags vergrößert werden kann.
Der erste elektrische Kontakt 4 (erstes Kontaktpad 4 für die Versorgungsspannung) ist mittels einer ersten Kontakt-Struktur 12a (erster Durchkontakt 12a), welche erste Kontakt- Struktur 12a in der zweiten Textilschicht 13 ausgebildet ist, mit der Zuleitung 7 elektrisch verbunden. Ferner ist der dritte elektrische Kontakt 6 (drittes Kontaktpad 6 für den
Sensoranschluss) mittels einer zweiten Kontakt-Struktur 12b (zweiter Durchkontakt 12b), welche zweite Kontakt-Struktur 12b in der zweiten Textilschicht 13 ausgebildet ist, mit der Sensorfläche 10 elektrisch verbunden. Anschaulich wird das erste Kontaktpad 4 mittels Durchkontaktierens durch die zweite Textilschicht 13 hindurch mit der auf der oberen Oberfläche 13a der zweiten Textilschicht 13 ausgebildeten Zuleitung 7 elektrisch gekoppelt, und das dritte Kontaktpad 6 wird entsprechend mittels Durchkontaktierens mit der Sensorfläche 10 elektrisch gekoppelt. Das Durchkontaktieren bzw. das Ausbilden der Kontakt-Strukturen 12a, 12b kann in analoger Weise erfolgen wie im Zusammenhang mit Fig. IA bzw. Fig. IB für den Durchkontakt 12 beschrieben wurde.
Der zweite elektrische Kontakt 5 (zweites Kontaktpad 5 für Masse-Anschluss) ist mit einer auf der unteren Oberfläche 13b (anschaulich der Unterseite) der zweiten Textilschicht 13 ausgebildeten zweiten elektrisch leitfähigen Bahn 19 elektrisch verbunden. Die zweite elektrisch leitfähige Bahn 19 ist mit einem elektrisch leitfähigen Textil 17 verbunden, welches in dem Randbereich 40 der Textilschicht- Anordnung 600 auf die untere Oberfläche 13b der zweiten Textilschicht 13 aufgebracht wird (siehe Fig.6A) und nach dem Verbinden der ersten Textilschicht 1 mit der zweiten Textilschicht 13 um die erste Textilschicht 1 und die elektrisch leitfähige Schicht 11 herumgeführt wird (siehe Fig.6B), so dass das elektrisch leitfähige Textil 17 einen in dem Randbereich 40 der Textilschicht- Anordnung 600 ausgebildeten Endabschnitt der ersten Textilschicht 1 und der elektrisch leitfähigen Schicht 11 umschließt, wobei ein erster Teilbereich des elektrisch leitfähigen Textils 17 zwischen der ersten Textilschicht 1 und der zweiten Textilschicht 13 ausgebildet ist, ein zweiter Teilbereich des elektrisch leitfähigen Textils 17 auf der Kante Ic der ersten Textilschicht 1 und auf der Kante l lc der elektrisch leitfähigen Schicht 11 ausgebildet ist, und ein dritter Teilbereich des elektrisch leitfähigen Textils 17 auf einer unteren Oberfläche I Ib (mit anderen Worten auf der Unterseite 1 Ib) der elektrisch leitfähigen Schicht 11 ausgebildet ist. Anschaulich wird mittels des Textils 17 ein Kontakt der zweiten elektrisch leitfähigen Bahn 19 zur Masseleitung 11 gebildet, so dass ebenfalls das zweite Kontaktpad 5 des Netzwerkmoduls 18 mit der Masseleitung 11 elektrisch kontaktiert ist.
Fig.6B zeigt die Textilschicht- Anordnung 600 im laminierten Zustand. Das leitfähige Textil 17, welches (zusammen mit der zweiten elektrisch leitfähigen Bahn 19) die Masse 11 mit dem Netzwerkmodul 18 verbindet, ist um die nichtleitfähige Textillage 1 (erste Textilschicht 1) und die elektrisch leitfähige Schicht 11 (zum Beispiel leitfähiges Textil 11) herumgeführt und kontaktiert auf diese Weise die Abschirmfläche mit dem Netzwerkmodul 18. In analoger Weise wie im Zusammenhang mit Fig. IB beschrieben, können/kann mittels Nähens mit nichtleitfähigem Gam 80 die Energieleitung 8 und/oder das leitfähige Textil 17 befestigt werden. Mittels der optionalen Naht 80 kann wiederum zusätzlich ein mechanischer Kantenschutz für das Textil erreicht werden. Fig.7 zeigt eine Textilschichtanordnung 700 gemäß einem siebten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Textilschichtanordnung 700 unterscheidet sich von der in Fig. IB gezeigten Textilschicht- Anordnung 100 dadurch, dass die Textilschichtanordnung 700 zusätzlich eine Klemmschiene 14 aufweist, welche Klemmschiene 14 den Randbereich 40 (vgl. Fig. IB) der Textilschicht- Anordnung 700 umschließt. Die Klemmschiene 14 dient zum elektrischen Kontaktieren der Energieleitung 8 bzw. der elektrisch leitfähigen Anschluss- Textilschicht 8.
Mit anderen Worten kann mittels der Klemmschiene 14 ein Anschluss der textilen
Mehrlagenstruktur bzw. der Textilschicht- Anordnung 700 an die Stromversorgung erreicht werden. Die Klemmschiene 14 kann aus einem elektrisch nichtleitfähigen Material (zum Beispiel Kunststoff), alternativ aus einem elektrisch leitfähigen Material mit einem elektrisch isolierenden Überzug, ausgebildet sein. Die Klemmschiene 14 weist auf einer Innenseite 14a eine erste leitfähige Beschichtung 15 auf, welche erste leitfähige
Beschichtung 15 als erster Kontakt der Klemmleiste dient und auf der Oberseite das elektrisch leitfähige Textil 8 (Energieleitung 8) elektrisch kontaktiert. Ferner weist die Klemmschiene 14 auf der Innenseite 14a eine zweite leitfähige Beschichtung 16 auf, welche zweite leitfähige Beschichtung 16 als zweiter Kontakt der Klemmleiste 14 dient und auf der Unterseite das leitfähige Textil 11 (Masseleitung 11) elektrisch kontaktiert. Die Klemmschiene 14 kann so ausgebildet sein, dass sie gegenüber der elastischen textilen Mehrlagenstruktur eine federnde Verbindung herstellt. Werden mehrere Textilbahnen nebeneinander gelegt (bzw. zu einer Fläche zusammengefügt), können sie beispielsweise an der Stirnseite mittels Anbringens einer durchgehenden Klemmleiste 14 elektrisch miteinander verbunden werden, alternativ mittels Verklebens mit leitfähigem Kleber oder mittels leitfähigen Klebebands.
Die Textilbahnen können, wie in Fig.7 gezeigt, direkt auf einem Untergrund 20 (zum Beispiel einem Estrich) aufgebracht bzw. montiert werden. Ferner können die Bahnen, wie in Fig.7 gezeigt, mit einem handelsüblichen Bodenbelag 30 (zum Beispiel
Kunststoffboden, Gummiboden, Laminat, Parkett, Fliesen, Steinbelag oder andere geeignete Bodenbeläge) abgedeckt werden. Bei einer Abdeckung mit Fliesen oder einem Steinbelag kann eine weitere Zwischenschicht wie zum Beispiel Watec®2E eingefügt werden. Diese Zwischenschicht bildet ein armiertes Tragesystem für im Dünnbett verlegte keramische Fliesen im Innenbereich und dient zur Entlüftung sowie zur Entkopplung des Belags vom Untergrund. In diesem Dokument sind folgende Veröffentlichungen zitiert:
[ 1 ] http://www.vorwerk-teppich.de/sc/vorwerk/img/ thinking_carpet.doc
[2] DE 103 44 285 Al
[3] DE 10 2004 001 661 Al
[4] DE 103 07 505 Al
Bezugszeichenliste
1 erste Textilschicht
Ia obere Oberfläche der ersten Textilschicht
Ic Kante
2 Zwischenträger
2a erste Hauptoberfläche
2b zweite Hauptoberfläche
3 elektronisches Bauelement
4 erster elektrischer Kontakt
5 zweiter elektrischer Kontakt
6 dritter elektrischer Kontakt
7 Zuleitung
7a erste Zuleitung
7b zweite Zuleitung
8 Energieleitung
8a erste Energieleitung
8b zweite Energieleitung
9 elektrisch leitfähige Bahn
10 Sensorfläche
10a erste Sensorfläche
10b zweite Sensorfläche
10a' dritte Sensorfläche
10b' vierte Sensorfläche
11 elektrisch leitfahige Schicht
I Ib untere Oberfläche der elektrisch leitfähigen Schicht
11c Kante
12 Kontakt-Struktur
12a erste Kontakt-Struktur
12b zweite Kontakt-Struktur
13 zweite Textilschicht
13a obere Oberfläche der zweiten Textilschicht
13b untere Oberfläche der zweiten Textilschicht
14 Klemmleiste
14a Innenseite der Klemmleiste
15 erster Kontakt der Klemmleiste
16 zweiter Kontakt der Klemmleiste 17 elektrisch leitfähiges Textil
18 Elektronik-Modul
18a erstes Netzwerkelement
18b zweites Netzwerkelement 19 zweite elektrisch leitfahige Bahn
20 Untergrund
30 Bodenbelag
40 Randbereich
40a erster Randbereich 40b zweiter Randbereich
80 Nichtleitfahige Naht
100, 200,
300, 400, 500, 600,
700 Textilschicht- Anordnung

Claims

Patentansprüche
1. Textilschicht- Anordnung,
• mit einer ersten Textilschicht; • mit einer zweiten Textilschicht, wobei die zweite Textilschicht auf oder über der ersten Textilschicht ausgebildet ist;
• mit mindestens einem elektronischen Bauelement, welches zwischen der ersten Textilschicht und der zweiten Textilschicht ausgebildet ist;
• mit mindestens einer in mindestens einem Randbereich der Textilschicht- Anordnung ausgebildeten Energieleitung zum Bereitstellen elektrischer Energie;
• mit mindestens einer Zuleitung, welche das mindestens eine elektronische Bauelement mit der mindestens einen Energieleitung elektrisch koppelt;
• wobei die mindestens eine Energieleitung in einem Abstand zu dem mindestens einen elektronischen Bauelement angeordnet ist; und • wobei die mindestens eine Zuleitung in einem Winkel zu der mindestens einen Energieleitung angeordnet ist.
2. Textilschicht- Anordnung gemäß Anspruch 1, wobei die erste Textilschicht und/oder die zweite Textilschicht als elektrisch nicht-leitende Textilschicht ausgebildet ist.
3. Textilschicht- Anordnung gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, mit mindestens einem Zwischenträger, wobei das mindestens eine elektronische Bauelement auf einer ersten Hauptoberfläche des mindestens einen Zwischenträgers ausgebildet ist, und wobei eine der ersten Hauptoberfläche gegenüberliegende zweite Hauptoberfläche des mindestens einen Zwischenträgers eine gemeinsame Grenzfläche aufweist mit einer oberen Oberfläche der ersten Textilschicht oder mit einer unteren Oberfläche der zweiten Textilschicht.
4. Textilschicht- Anordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das mindestens eine elektronische Bauelement als integrierter Schaltkreis ausgebildet ist.
5. Textilschicht- Anordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das mindestens eine elektronische Bauelement mindestens ein Sende-/Empfangs-Element aufweist.
6. Textilschicht-Anordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die mindestens eine Energieleitung mit einem hohen elektrischen Potential und/oder mit einem niedrigen elektrischen Potential elektrisch koppelbar ist.
7. Textilschicht- Anordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, mit mindestens einer elektrisch leitfähigen Struktur, welche zwischen der ersten Textilschicht und der zweiten Textilschicht ausgebildet ist.
8. Textilschicht-Anordnung gemäß Anspruch 7, wobei die mindestens eine elektrisch leitfähige Struktur als elektrisch leitfahige Textilstruktur ausgebildet ist.
9. Textilschicht-Anordnung gemäß einem der Ansprüche 7 oder 8, wobei die elektrisch leitfähige Struktur als Sensorelement ausgebildet ist.
10. Textilschicht-Anordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, mit einer elektrisch leitfahigen Schicht, wobei die erste Textilschicht auf der elektrisch leitfahigen Schicht ausgebildet ist.
11. Textilschicht-Anordnung gemäß Anspruch 10, wobei die elektrisch leitfähige Schicht als elektrisch leitfähige Textilschicht ausgebildet ist.
12. Textilschicht-Anordnung gemäß einem der Ansprüche 10 oder 11, wobei das mindestens eine elektronische Bauelement mit der elektrisch leitfähigen Schicht elektrisch gekoppelt ist.
13. Textilschicht-Anordnung gemäß Anspruch 12, mit mindestens einer zumindest in der ersten Textilschicht ausgebildeten Kontakt-Struktur zum elektrischen Kontaktieren des mindestens einen elektronischen Bauelementes mit der elektrisch leitfahigen Schicht durch die erste Textilschicht hindurch.
14. Textilschicht-Anordnung gemäß Anspruch 13, wobei die mindestens eine Kontakt- Struktur mindestens ein elektrisch leitfähiges Filament aufweist, welches durch die erste Textilschicht hindurch verläuft.
15. Textilschicht-Anordnung gemäß einem der Ansprüche 10 bis 14, wobei die elektrisch leitfähige Schicht mit einem niedrigen elektrischen Potential elektrisch koppelbar ist.
16. Textilschicht-Anordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei die mindestens eine Energieleitung mindestens eine elektrisch leitfähige Anschluss- Textilschicht aufweist.
17. Textilschicht- Anordnung gemäß Anspruch 16, wobei die mindestens eine elektrisch leitfähige Anschluss-Textilschicht so ausgebildet ist, dass sie einen in dem mindestens einen Randbereich der Textilschicht- Anordnung ausgebildeten Endabschnitt der zweiten Textilschicht umschließt.
18. Textilschicht- Anordnung gemäß Anspruch 17, mit mindestens einer Klemmschiene zum elektrischen Kontaktieren der mindestens einen elektrisch leitfähigen Anschluss- Textilschicht, welche mindestens eine Klemmschiene den mindestens einen Randbereich der Textilschicht- Anordnung umschließt.
19. Textilschicht- Anordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 18, ausgebildet als Flächenverkleidungsstruktur.
20. Textilschicht- Anordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 19, wobei die erste Textilschicht und die zweite Textilschicht miteinander verbunden sind.
21. Textilschicht- Anordnung gemäß Anspruch 20, wobei die erste Textilschicht und die zweite Textilschicht mittels Laminierens miteinander verbunden sind.
22. Textilschicht- Anordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 21, wobei der Winkel einen von 0° und 180° verschiedenen Wert aufweist.
23. Textilschicht- Array, mit einer Mehrzahl von Textilschicht- Anordnungen gemäß einem der Ansprüche 1 bis 22, welche mittels der mindestens einen Energieleitung miteinander gekoppelt sind.
24. Verfahren zum Herstellen einer Textilschicht- Anordnung, bei dem
• mindestens ein elektronisches Bauelement auf einer ersten Textilschicht angeordnet wird;
• eine zweite Textilschicht auf der ersten Textilschicht und auf dem mindestens einen elektronischen Bauelement gebildet wird;
• mindestens eine Zuleitung von dem mindestens einen elektronischen Bauelement zu mindestens einem Randbereich der Textilschicht- Anordnung hin gebildet wird; • mittels der mindestens einen Zuleitung mindestens eine Energieleitung in einem
Winkel zu der mindestens einen Zuleitung und in einem Abstand zu dem mindestens einen elektronischen Bauelement in dem Randbereich der Textilschicht- Anordnung elektrisch kontaktiert wird.
25. Verfahren gemäß Anspruch 24, wobei die erste Textilschicht und/oder die zweite Textilschicht als elektrisch nicht-leitende Textilschicht gebildet werden.
26. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 24 oder 25, wobei die erste Textilschicht auf einer elektrisch leitfähigen Schicht gebildet wird.
27. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 24 bis 26, wobei die elektrisch leitfähige Schicht als elektrisch leitfähige Textilschicht gebildet wird.
28. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 24 bis 26, wobei die elektrisch leitfähige Schicht auf eine der zweiten Textilschicht abgewandte Oberfläche der ersten Textilschicht aufgedruckt wird.
29. Verfahren gemäß Anspruch 28, wobei zum Aufdrucken der elektrisch leitfähigen Schicht ein elektrisch leitfähiges Polymer-Material verwendet wird.
30. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 24 bis 29, wobei zwischen der ersten Textilschicht und der zweiten Textilschicht eine zweite elektrisch leitfähige Schicht ganzflächig aufgebracht wird.
31. Verfahren gemäß Anspruch 30, wobei die zweite elektrisch leitfähige Schicht derart strukturiert wird, dass mindestens eine elektrische Leiterbahn und/oder mindestens eine
Sensor-Struktur gebildet wird.
32. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 24 bis 31 , wobei das mindestens eine elektronische Bauelement mittels elektrischen Durchkontaktierens durch die erste Textilschicht hindurch mit der elektrisch leitfähigen Schicht elektrisch gekoppelt wird.
33. Verfahren gemäß Anspruch 32, wobei das Durchkontaktieren unter Verwendung eines oder mehrerer der folgenden Verfahren erfolgt:
• ein Verfahren zum Versticken elektrisch leitfähiger Filamente; • ein Verfahren zum Vernieten;
• ein Crimp- Verfahren.
34. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 24 bis 33, wobei die erste Textilschicht und die zweite Textilschicht unter Verwendung eines Laminier- Verfahrens miteinander verbunden werden.
35. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 24 bis 34, wobei der Winkel einen von 0° und 180° verschiedenen Wert aufweist.
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