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Materialien und Techniken

Trotz der Entwicklungen in der Elektronik- und Textilindustrie handelt es sich bei Smart Fashion noch immer um zwei sehr gegensätzliche Bereiche. Textilien sind weich und werden oft gewaschen. Elektronik hingegen ist starr und sollte nicht mit Wasser in Kontakt kommen, um Kurzschlüsse zu vermeiden. Wie werden diese Komponenten also am besten miteinander kombiniert?

In diesem Kapitel wird das Grundwissen zu den Themen Stoffe, Nähen und Einarbeiten von textilen Leiterbahnen abgedeckt, damit das Einbauen der elektronischen Bauteile einwandfrei klappt und das smarte Bekleidungsstück lange hält.

Zuerst gibt es einen Überblick über den Aufbau und die Eigenschaften unterschiedlicher Textilien. Wir erklären, warum manche Garne und Textilien elektrischen Strom leiten können. Im nächsten Abschnitt werden unterschiedliche Handstiche und das Bedienen einer Nähmaschine zusammengefasst. Abschließend beschreiben wir unterschiedliche Verfahren, um textile Leiterbahnen einzuarbeiten und diese zu isolieren.

Dem einen oder anderen werden gewisse Techniken und Begriffe bereits bekannt sein. Dann kann das Kapitel natürlich gerne übersprungen werden. Ziel ist es, dass du am Ende eine gute Grundlage an Wissen für deine eigenen Wearables-Projekte aufgebaut hast.

Textile Flächengebilde

Die am häufigsten vorkommenden Textilien in der Bekleidungsindustrie sind Gewebe, Maschenwaren und Vliesstoffe. Diese sogenannten textilen Flächengebilde haben unterschiedliche Eigenschaften und können sehr dehnbar bis fest sein. Abhängig von ihrer Struktur werden die Stoffe für unterschiedliche Zwecke eingesetzt. Für ein T-Shirt wird z.B. häufig ein elastischer und eher dünner Jersey-Stoff genommen, für Jeans hingegen gerne ein festes, dickeres Gewebe für eine längere Haltbarkeit. Damit die eingenähte Leiterbahn nicht reißt oder sich nach einiger Zeit der Textilkleber löst, ist es wichtig, dass du das Material immer auf seine Eigenschaften testest.

Gewebe

Gewebe als textile Fläche wird den meisten bereits ein Begriff sein. Gewebe bestehen aus mindestens zwei zueinander rechtwinklig angeordneten Fadensystemen. Hierbei wird zwischen dem Fadensystem der Kettfäden in Längsrichtung und dem Fadensystem der Schussfäden in Querrichtung unterschieden. Um eine stabile Fläche zu weben, müssen die Kett- und Schussfäden dicht nebeneinander liegen. Die klassische Web-Bindung hat eine feste Struktur und eignet sich gut, um elektronische Elemente aufzunähen.

Abbildung 2–1 Struktur von Gewebe

Maschenware

Im Gegensatz zu Geweben können Maschenwaren aus einem oder mehreren Fadensystemen hergestellt werden. Bei Maschenwaren wird mit einem Faden eine Schlinge gebildet, die sogenannte Masche. Durch diese Masche wird wiederum eine neue Schlinge gezogen. Dies wird so lange wiederholt, bis eine textile Fläche entsteht. Die Struktur der Maschenwaren ist meistens sehr elastisch und das Textil kann um ein Vielfaches in Längs- und Querrichtung gezogen werden.

Abbildung 2–2 Struktur von Maschenware

Vliesstoffe

Aus Vlies lässt sich nicht nur der allseits bekannte Vliespullover herstellen. Vliesstoffe haben ein sehr großes Einsatzgebiet, das von technischen Anwendungen, wie z.B. für den Fahrzeugbau, über Reinigungsprodukte bis hin zu Landwirtschaft und Gartenbau reicht. Vliesstoffe bestehen aus einzelnen kurzen Fasern, die zu einer textilen Fläche zusammengefügt werden. Es gibt viele unterschiedliche Verfahren, um Vliesstoffe herzustellen. Wichtig ist jedoch, dass die Fäden weder in verkreuzter noch verschlungener Form vorliegen, wie es bei Geweben oder Maschenwaren der Fall ist.

Abbildung 2–3 Struktur von Vliesstoff

Elektrisch leitfähige Textilien

Warum können manche Garne und Textilien elektrischen Strom leiten? Textile Flächen bestehen aus kurzen bis sehr langen, dünnen Fäden, den sogenannten Fasern. In der Textilindustrie wird aus mehreren Fasern Garn hergestellt, um daraus wiederum Gewebe oder Strickwaren zu produzieren. Manche Fasern sind von Natur aus leitfähig, anderen wird durch unterschiedliche Herstellungsverfahren und Materialkombinationen Leitfähigkeit verliehen. Besonders im Bereich der Wearables eignen sich diese Garne, um herkömmliche Stromkabel zu ersetzen. Elektronische Bauteile können so ohne Löten über leitfähige Garne an einen Stromkreis angeschlossen werden. Außerdem lassen sich starre Elektronikbauteile z.B. durch textile Schalter oder Batterietaschen aus leitenden Materialien ersetzen. Verschiedene Anleitungen dazu stellen wir dir in Kapitel 3 vor.

Abbildung 2–4 Elektrisch leitfähiges Textil der Firma Statex

Natürlich leitfähige Fasern

Zu den natürlich leitfähigen Fasern gehören beispielsweise Metallfasern. Aufgrund ihrer hohen Leitfähigkeit eignen sich diese besonders für das Weiterleiten von Elektrizität über lange Strecken. Sie können aus Stahl, Kupfer, Silber oder sogar Gold hergestellt werden. Metallfasern sind bis zu fünfmal schwerer als herkömmliche Fasern und ihre Herstellung ist sehr kostspielig.

Für E-Textiles eignet sich Garn aus reinen Metallfasern weniger, da es sehr steif ist und leicht korrodieren kann.

Leitfähiger Metallfilm

Eine weitere Möglichkeit besteht darin, Fasern mit einem dünnen Metallmantel, meist aus Silber oder Kupfer, zu beschichten. Diese Fäden sind herkömmlichen Fasern sehr ähnlich, können gut weiterverarbeitet werden und sind angenehm zu tragen. In den meisten Projekten dieses Buchs verwenden wir silberbeschichtete Garne und Textilien.

Diese Garne und Textilien können von Elektronik-Online-Shops wie z.B. www.watterott.de oder www.exp-tech.de bezogen werden. Wir empfehlen aber auch, in Läden mit Nähbedarf ein Auge offen zu halten und unterschiedliche Metallgarne auf ihre Leitfähigkeit zu testen.

Abbildung 2–5 Das für E-Textiles häufig verwendete Material Medtex von Statex

Velostat

Velostat ist ein undurchsichtiger schwarzer Kunststoff der Firma 3M. Der Vorzug dieses Materials ist seine geringe Leitfähigkeit. In Kombination mit leitfähigen Materialien wird es für Wearables interessant: Sein elektrischer Widerstand verringert sich, wenn es zusammengedrückt wird. Wenn Velostat zwischen zwei Schichten aus leitendem Material platziert wird, kann man mit dieser Kombination wunderbar Druck- oder Biegesensoren herstellen. Mehrere Schichten können gestapelt werden, um den Gesamtwiderstand zu erhöhen. Viele Tüten für elektronische Komponenten bestehen aus Velostat bzw. Linqstat des Herstellers Caplinq. Dies ist Velostat sehr ähnlich und genauso gut für die Projekte in diesem Buch geeignet.

Grundlagenwissen Handstiche

In diesem Buch nähen wir kleinere Nähte oder E-Textile-Applikationen oft per Hand auf unsere Wearables auf. Für alle, die noch keine oder wenig Erfahrungen rund um das Thema Nähen haben, werden im nächsten Abschnitt die vier häufigsten Handstiche kurz beschrieben.

Heftstich

Der Heftstich ist eine grobe, vorläufige Naht und wird genutzt, wenn es beim Nähen auf Genauigkeit ankommt. Für ein schnelles Zusammenheften, also Nähen, sind mehrere Nadelstiche auf einmal möglich, bevor die Nadel durch das Textil gezogen wird. Anschließend wird die endgültige Naht darüber genäht und der provisorische Heftfaden kann herausgezogen werden. Soll der Heftstich zwei Materialien permanent zusammenhalten, kannst du die Stiche auch dichter setzen.

Abbildung 2–6 Nahtbild Heftstich

Steppstich

Der Steppstich dient dem permanenten Zusammennähen von textilen Flächen. Zuerst durchsticht die Nadel den Stoff von unten. In der Fachsprache bezeichnet man die linke Stoffseite als Warenunterseite. Anschließend wird die rechte Seite, die sogenannte Warenoberseite, durchstochen, um einen Stich zurückzusetzen. Nach der Länge von zwei Stichen durchstichst du die Warenunterseite erneut. Die Nadel wird hier dicht am vorherigen Ausstich eingestochen. Die Naht wandert also zwei Schritte nach vorne und einen Schritt zurück.

Abbildung 2–7 Nahtbild...