Planungsschwierigkeiten

Wer einen Schaltplan auf Stoff entwirft, merkt, wie praktisch eigentlich Breadboards und Leiterplatten sind. Bei ihnen stehen drei Dimensionen beim Planen zur Verfügung, Stoffschaltkreise sind hingegen eher zweidimensional. Kreuzen sich auf einer Platine zwei Leitungen, so kann der Tüftler einfach eine Drahtbrücke setzen. Kreuzen sich drei Leitungen an einem Punkt, kommt noch eine Drahtbrücke darüber, oder die Konstruktion wird geändert und er lötet Bauelemente auf beide Seiten der Platine. Außerdem sind die Leitungen stets gegeneinander isoliert.

Eine einfache Brücke ist auch beim Nähen möglich: Die Naht wird sowieso abwechselnd über und unter dem Stoff geführt. Also ist nur zu beachten, dass an einer Kreuzung eine Naht über und die andere unter dem Stoff geführt wird.

Ganz trivial ist das aber trotzdem nicht, da dabei Raum zwischen den Durchstichstellen gelassen werden muss, damit sich die Nähte nicht zu nahe kommen. Wird jedoch zu viel Raum gelassen, hat das Garn zu viel Spiel und liegt nicht mehr am Stoff an. Sobald sich der Stoff bewegt, kann dieser Abschnitt zu Problemen durch unerwünschten Kontakt mit anderen Nähten führen oder an etwas hängenbleiben und dabei aufreißen.

Die Option, Bauelemente auf beiden Seiten des Stoffes zu platzieren, um einen kreuzungsfreien Schaltkreis zu erhalten, steht unter normalen Umständen nicht zur Verfügung. Schließlich sind die Nähte prinzipbedingt dann immer noch auf beiden Seiten des Stoffes zu finden.

Anders verhält es sich beim Maschinennähen. In diesem Fall liegt das leitfähige Garn tatsächlich jeweils nur auf einer Seite. Damit lassen sich Schaltungen realisieren, um zum Beispiel eine LED-Matrix zu steuern. Die Masse-Anschlüsse laufen dabei auf der Rückseite des Stoffes, die Signalleitungen mit den LEDs auf der Vorderseite.

Eher fortgeschrittene Fähigkeiten erfordern Multilayer-Layouts mit Stoff. Eine Variante besteht darin, das Garn horizontal durch dicken Filz zu führen, so dass es weder an der Vorder- noch Rückseite sichtbar ist. Oder es wird ein Teil des Schaltkreises mit etwas Stoff und normalem Garn durch Übernähen abgedeckt. Darüber wird eine weitere Stofflage als Basis für einen Schaltkreis verwendet.

Garn ist kein Draht

Garn ist nicht nur kein Draht, es hat auch keine Isolierungsschicht. Das hat in der Anwendung zwei Folgen: Nähte dürfen nicht zu eng nebeneinander stehen, und an "normalen", handelsüblichen Bauelementen wird es fummelig.

Wer mit einer Lupe einen Blick auf das leitfähige Garn wirft, wird sehen, dass von ihm kleinste Faser-Enden abstehen. Das ist nichts Spezielles und trifft für praktisch alle Garne zu, schließlich bestehen Garne und Gewebe aus einer Vielzahl kurzer, miteinander verwobener Fasern.

Das bedeutet aber, dass zwei nebeneinanderliegende leitfähige Garne miteinander Kontakt haben können, auch wenn das nicht sofort mit bloßem Auge ersichtlich ist. Tatsächlich konnten wir sogar Kurzschlüsse mit kleinen Lichtbögen beobachten, die uns einen Schreck einjagten.

Spätestens hier wird klar, warum die Anschlüsse der Lilypad-Bauelemente keine klassischen Raster-Abmaße aufweisen.

Kritisch wird es dann mit normalen Bauelementen - wir probierten hier Neopixel-Elemente, deren Anschlüsse im 2,54-mm-Raster lagen. Es war nicht einfach, diese Elemente so anzunähen, dass sie zum einen fest mit dem Stoff verbunden waren, zum anderen die Nähte - und Knoten - nicht miteinander in Kontakt kamen.