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Dienstag, 19 Mai 2020 13:40

Neue Richtlinie für E-Textilien IPC-8921

von Dr. Hartmut Poschmann
Geschätzte Lesezeit: 4 - 8 Minuten
Abb. 4: Smarte Sportkleidung der Zukunft Abb. 4: Smarte Sportkleidung der Zukunft
Der IPC hat mit IPC-8921 erstmals eine Basisrichtlinie für E-Textilien herausgegeben, die sich mit Grundsätzen für diese noch relativ neue Produktart befasst. Sie erläutert u. a. 20 neue Fachbegriffe und enthält zahlreiche Definitionen für den neuen Produktbereich. Das Dokument ist im Rahmen der IPC E-Textiles Initiative entstanden und das erste einer in Arbeit befindlichen ganzen Richtlinienreihe.
Der US-amerikanische Branchenverband IPC hatte sich bereit erklärt, im Rahmen der IPC E-Textiles Initiative die neue Zulieferkette und die Produzenten von E-Textilien durch gemeinsame Erarbeitung notwendiger Standards zu unterstützen [1]. Es hatte sich kein anderer Branchenverband in den USA dafür gefunden. Der IPC jedoch konnte teilweise auf Erfahrungen aus der Richtlinienarbeit beispielsweise für Laminate und flexible Leiterplatten zurückgreifen.

Win-Win-Situation

Abb. 1: Beispiele für die große Anwendungsbreite von E-Textilien im MedizinbereichAbb. 1: Beispiele für die große Anwendungsbreite von E-Textilien im MedizinbereichDie Zulieferkette für E-Textilien arbeitet mit dem Verband zusammen, um Industriestandards zu entwickeln, Weiterbildungsmaterialien zu erarbeiten und die Weiterentwicklung von E-Textilien voranzutreiben.
 
Der IPC seinerseits bietet den Mitgliedern der wachsenden E-Textilien-Branche die Möglichkeit, sich sowohl am elektrischen Test als auch an der Verbesserung der Zuverlässigkeit dieser neuen Produkte insbesondere aus Sicht der elektrischen Funktion zu beteiligen.
 
Entsprechend seinem Arbeitsstil hat der Branchenverband auch eine neue Konferenz für E-Textilien gegründet, die 2018 erstmals organisiert wurde. Im November 2019 fand sie als IPC E-Textiles Europe während der productronica im November in München statt. Die IPC E-TEXTILES 2020 wird am 29./30. September in Minneapolis in der University of Minnesota durchgeführt.
 
Die Veranstaltung bietet den Unternehmen eine Plattform, um ihr Fachwissen in Bezug auf E-Textil-Technologien mit den Vertretern von Einrichtungen des Modedesigns, des Gesundheitswesens, der Medizintechnik sowie mit Teilnehmern der Bereiche Sport, Leichtathletik, Automotive, Militär-/Luft- und Raumfahrt auszutauschen (Abb. 1–4). Für den IPC ergeben sich hieraus Kontakt- und Austauschmöglichkeiten mit solchen Branchen, zu denen er bisher kaum oder keine direkten Kontakte hatte.
 
Die inhaltlichen Schwerpunkte der Konferenz wie auch die Inhalte der zu erarbeitenden Standards haben teilweise große Gemeinsamkeiten mit den Inhalten der traditionellen Konferenzen und Arbeitsschwerpunkte des IPC im klassischen Elektroniksektor. Beispiele dafür:
 
  • Zuverlässigkeit
  • Testmethoden
  • Anschlüsse/Steckverbinder
  • Design
  • Innovationen in Materialien
  • Massenproduktion
  • Waschbarkeit
  • Marktspezifische E-Textilien-Technologien (Automotive, Militär, Consumer Wearables usw.)
  • Nachhaltigkeit 

IPC-8921

Abb. 2: Ein vielleicht extremes Beispiel für E-Textilien in der Modewelt Abb. 2: Ein vielleicht extremes Beispiel für E-Textilien in der Modewelt Die vorhin genannten Begriffe finden sich teilweise auch in dem neuen Standard IPC-8921 wieder. Er trägt den Titel Requirements for Woven and Knitted Electronics Textiles (E-Textiles) Integrated with Conductive Fibers, Conductive Yarns and/or Wires (Anforderungen an gewebte und gestrickte Elektroniktextilien (E-Textilien) mit integrierten leitfähigen Fasern, leitfähigen Garnen und/oder Drähten). Gewisse begriffliche Ähnlichkeiten mit Laminatmaterialien für Leiterplatten sind unverkennbar.

Das Dokument wurde durch den Input von 140 Mitgliedern des neu gegründeten IPC D-72 Textiles Materials Subcommittee erarbeitet. Es legt Klassifizierungen und Bezeichnungen für E-Textilien fest, in die E-Fasern, E-Garne und E-Drähte integriert sind, und standardisiert Schlüsselmerkmale, Haltbarkeitsprüfungen und Industrie-Testmethoden. Zu den Schlüsselmerkmalen gehören elektrischer Widerstand, elektromagnetische Störfestigkeit (EMV), Wärmeleitfähigkeit, Wärmeausdehnungskoeffizient (WAK), spezifische Wärmekapazität, Temperaturwechselbeständigkeit, Ausgasung, Glasübergangstemperatur Tg und Schmelzpunkt. Auch hier erinnert Vieles davon begrifflich an die Charakterisierung von Laminaten und Leiterplatten.

Erstes gemeinsames Dokument

IPC-8921 enthält 20 neue Fachbegriffe und Definitionen für E-Textilien und legt Bestimmungen zur Qualitätssicherung und Prüfhäufigkeit fest. Der Standard umfasst zwar nur 20 Seiten, doch ist er die erste Basiszusammenstellung, die die Textilbranche und die elektronischen Leistungsmerkmale in einem Dokument zusammenführt. Durch die Festlegungen des neuen Standards lassen sich gleichartige E-Textilien unterschiedlicher Hersteller analysieren und vergleichen, also Benchmarks durchführen. Produktdesigner und -hersteller verfügen über einen Branchenstandard für die Erfassung von Vergleichsdaten zu verschiedenen Materialien und Lieferanten, der ihnen hilft, die für sie geeigneten gewebten und gestrickten E-Textilien zu beschaffen. Entwicklungserwartungen und -ergebnisse können zwischen Anwender und Lieferant besser ausgetauscht werden, um Transparenz zu schaffen. Die E-Textilien-Industrie kann so unter gleichen Wettbewerbsbedingungen arbeiten.

Interessant ist, dass der IPC für verschiedene Arbeitsabläufe in der Produktion von E-Textilien teilweise auch die für die klassische Elektronik üblichen IPC-Standards vorschlägt, zum Beispiel IPC-9191 für Prozesskontrollwerkzeuge.
„Wir sind hocherfreut, IPC-8921 veröffentlichen zu können“, sagte Stephanie Rodgers, Direktorin für Produktentwicklung bei Apex Mills und Co-Vorsitzende des IPC D-72 Textile Materials Subcommittee. „Diese internationale Richtlinie repräsentiert das kollektive Wissen von OEMs/Marken-Inhabern, EMS-Unternehmen, Elektronik- und Produktdesign-Teams, Materiallieferanten, Universitäten, Testlaboren und Designern. Für den sich schnell verändernden Bereich der E-Textilien sind wir stolz darauf, der Branche bewährte Methoden anzubieten“.
IPC-8921 besteht aus acht Kapiteln, kostet für IPC-Mitglieder 79 $, für Nichtmitglieder 158 $. Weitere Informationen zum Standard erhalten Interessenten über [2]. Dort kann er auch direkt bestellt werden. Es gibt ihn bisher nur in englischer Ausführung.

Weitere Unterlagen zu E-Textiles vom IPC

Seit 2018 stehen im IPC Documents Shop bereits zwei White Paper (Studien) zur Information zur Verfügung: 
  • IPC-WP-024, IPC White Paper on Reliability and Washability of Smart Textile Structures – Readiness for the Market (Herausgabe August 2018) [3]
  • IPC-WP-025, IPC White Paper on A Framework for the Engineering and Design of E-Textiles (Herausgabe April 2019) [4]

Zukünftige Standards

Im Standard Committee für E-Textiles laufen gegenwärtig Aktivitäten für die Erarbeitung dieser drei Standards [1]: 

IPC-8941, Guideline on Connections for E-Textiles (Leitfaden zum Anschluss von E-Textilien)

Abb. 3: E-Textilien sind schon breiter Bestandteil der militärischen Ausrüstung Abb. 3: E-Textilien sind schon breiter Bestandteil der militärischen Ausrüstung Bearbeiter: D-71 E-Textiles Joining and Interconnection Techniques Subcommittee 
Diese Branchenrichtlinie enthält wichtige Überlegungen und Best Practices für das Verbinden von E-Textilien mit (elektrischen) Komponenten. Bei diesen kann es sich um solche handeln, die der E-Textilie eine bestimmte elektrische Funktionalität bereitstellen, oder um solche Komponenten, die an E-Textilien angebracht werden, um deren Leistung zu steigern.
Das Dokument soll Anwendern und Herstellern helfen, gemeinsam die besten Entscheidungen für die Auswahl von Steckverbindertypen, Verbindungsmaterialien und Verbindungsprozessen zu treffen, die auf der zu verwendenden E-Textile-Technologie und der Komponente, mit der die E-Textilie verbunden wird, basieren.

IPC-8952, Design Standard for Printed Electronics on Coated or Treated Textiles and E-Textiles (Designstandard für gedruckte Elektronik auf beschichteten oder behandelten Textilien und E-Textilien)

Bearbeiter: D-73a E-Textiles Printed Electronics Design Standard Task Group
Diese Richtlinie legt spezifische Anforderungen für die Gestaltung gedruckter elektronischer Applikationen und den Formen der Komponentenmontage sowie Verbindungsstrukturen auf beschichteten oder behandelten (treated) textilen Trägern fest. Ein Trägertextil im Sinne dieses Standards könnte ein blankes (leeres) Textil oder ein integriertes E-Textil (z. B. gewebtes oder gestricktes E-Textil) sein.
Beschichtete oder behandelte (treated) textile Träger im Sinne dieses Standards sind textile Substrate, die eine Beschichtung oder Behandlung aufweisen oder aufweisen werden, die lokal oder über das gesamte Substrat verteilt ist. 

IPC-8981, Quality and Reliability of E-Textiles Wearables (Qualität und Zuverlässigkeit von E-Textilien Wearables)

Abb. 4: Smarte Sportkleidung der ZukunftAbb. 4: Smarte Sportkleidung der ZukunftBearbeiter: D-75a-EU E-Textiles Wearables Standard Task Group in Europa
Die Richtlinie legt die erforderlichen Test- und Zuverlässigkeitserwartungen für Wearables-Produkte für E-Textilien fest. Unter tragbaren E-Textilien im Sinne dieser Norm ist jedes tragbare Produkt zu verstehen, das ein komplettes System aus nichtelektrischen Textilien und E-Textilien (gewebt, gestrickt, bedruckt usw.) mit angebrachten/verbundenen Funktionskomponenten, Sensoren, Geräten usw. enthält. Eine erste Aufgabe der Arbeitsgruppe besteht darin, die tragbaren E-Textilien sowie andere E-Textilien-Strukturen, die Teil eines Systems sein können, klar zu definieren (z. B. Drähte auf textilen, laminierten, leitfähigen Polymeren, Sensoren, Aktoren usw.).
Weitere vom Ausschuss behandelte Themen sind:
 
  • Prüfanforderungen für E-Textilien 
  • für Hochspannungsanwendungen
  • Spezifikation für leitfähige Fasern, Garne 
  • und Drähte für E-Textilien-Anwendungen
  • E-Textilien für Heimtextilien
Der an Tempo gewinnende Produktbereich der E-Textilien ist insofern besonders interessant, weil hier die klassische Elektronik, gedruckte Elektronik (Printed Electronics) und textile Techniken zusammenkommen und die Realisierung neuartiger Erzeugnisse mit neuartigen Einsatzmöglichkeiten erlauben. Diese bleiben nicht nur auf den Menschen bezogen, sondern können zum Beispiel auch in der Tierwelt, in der Innen- und Außenarchitektur, in der Medizintechnik sowie im Automotive-Bereich breite Anwendung finden.
Die Bedeutung der genannten Normenprojekte für die zukünftig breite Einführung von E-Textilien kann man besonders gut ermessen, wenn man sich Prognosen vor Augen hält, die aussagen, dass in wenigen Jahren das klassische Smartphone als Portabel-Extragerät zumindest teilweise ausgedient haben soll, weil es in neuer Ausführung in smarte Kleidung integriert wird – nebst vielen anderen sensorischen Funktionen. So werden E-Textilien irgendwann möglicherweise mittels drahtloser Kommunikation Bestandteil einer smarten vernetzten Welt. Die ersten Schritte dazu sind jetzt schon zu erleben.

Mitarbeit gefragt

Chris Jorgensen, Director for Technology Transfer beim IPC und Verantwortlicher für die Erarbeitung der genannten Standards, hat erst Ende Januar dieses Jahres noch einmal die Wichtigkeit dieser neuen Richtlinien für das zwar erst im Anfangsstadium steckende, aber sehr aussichtsreiche Produktgebiet der E-Textilien betont und alle Interessenten zur Mitarbeit aufgerufen [1]. Er ist wie folgt erreichbar: Telefon Office: +1 847-597-2826, Mobil: +1 773-682-2900, E-Mail: Diese E-Mail-Adresse ist vor Spambots geschützt! Zur Anzeige muss JavaScript eingeschaltet sein!.
 

Referenzen:

 

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  • Ausgabe: 5
  • Jahr: 2020
  • Autoren: Dr. Hartmut Poschmann

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