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Herkömmliche
biaxiale Gewebe mit Kette und Schuss zeigen eine Schwäche, wenn
sie in schrägen
Richtungen im Verhältnis
zu den Kettfäden gezogen
werden, weil die Verformung in diesen Richtungen im Vergleich zur
Verformung entweder in der Kett- oder in der Schussrichtung größer ist.
Daher haben sie im Gegensatz zu multiaxialen Textilgeweben ein anisotropisches
Verhalten.
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Die
vorliegende Erfindung wurde auf dem Gebiet technischer Textilien
gemacht und bezieht sich auf die Entwicklung eines Gewebes mit einer multiaxialen
Struktur sowie auf das entsprechende mechanische System, das zu
dessen Herstellung dienen kann.
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Daher
war beabsichtigt, ein neuartiges System zu entwickeln, das zur Massenproduktion
eines Gewebes geeignet ist, das eine flache multiaxiale Textilstruktur
aufweist, wie in 1 gezeigt, das hauptsächlich für technische
Anwendungsgebiete, nämlich
Flugzeugrümpfe,
Automobile, Schiffe, das Bauwesen und dergleichen gedacht ist.
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Technisches
Gebiet der Erfindung
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Die
Erfindung fällt
in das Gebiet der Konstruktion von Textilmaschinen, wobei beabsichtigt
ist, den Markt technischer Textilien mit einem mechanischen System
zu beliefern, das zur Massenherstellung eines Gewebes fähig ist,
das einen multiaxialen Aufbau hat. Multiaxiale Textilgewebe haben
den Vorteil, dass sie das Verhältnis
zwischen mechanischer Leistung und dem Gewicht des Materials erhöhen.
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Stand der Technik und
dessen Würdigung
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Mit
dem vorliegenden Produkt, welches das Ergebnis einer technischen
Umgestaltung von Textilstrukturen ist, wird das Ziel verfolgt, in
die mechanischen Eigenschaften des Gewebes einzugreifen, wobei dem
Konstrukteur bei der Herstellung von Laminaten mit kontrollierter
Anisotropie ein bestimmter Grad der Vielseitigkeit ermöglicht wird,
wodurch Kundenspezifikationen und -ziele gemäß einem Satz streng definierter
technischer Parameter erfüllt
werden.
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Technische
Textilien sind ein sich dynamisch entwickelnder Sektor, dessen Markt
sich noch nicht vollständig
stabilisiert hat. In naher Zukunft ist zu erwarten, dass sie in
vorteilhafterweise herkömmliche Werkstoffe,
insbesondere Metalle bei der mechanischen Konstruktion und Beton
im Bauwesen ersetzen werden. Diese Produkte können in sehr unterschiedlichen
Gebieten eingesetzt werden, wie zum Beispiel in der Fahrzeugindustrie,
im Bauwesen, für medizinische
Zwecke, in Schutzkleidungen, Sportgeräten, Artikeln in militärischen
und Verteidigungsanwendungen sowie vielen anderen.
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- 1) In der Fahrzeugtechnik kommen technische Textilien
in Fahrzeugen aller Art zum Einsatz, vom normalen Automobil oder
Fahrrad zu Raumfahrzeugen. Sie tragen zur Optimierung des Wirkungsgrades
und der Sparsamkeit beim Treibstoffverbrauch bei, weil technische
Textilien eine Verbindung von geringem Gewicht und exzellenten mechanischen
Eigenschaften bieten. Daher können
diese Gewebe in Innenverkleidungen, Sicherheitsgurten, Reifen, Filtern,
Airbags und Isolierungen sowie immer mehr in Bauelementen und Komponenten
zur Anwendung kommen, die hohen mechanischen und thermischen Leistungsanforderungen
ausgesetzt sind.
- 2) Im Bauwesen werden Geotextilien verwendet, um Trennungs-,
Verstärkungs-,
Filterungs-, Drainage- und Schutzfunktionen zu übernehmen. Hierbei kann es
sich um Textilmaterialien handeln, die mit Polymeren beschichtet
sind und in mehreren Verwendungen, wie zum Beispiel als Gebäudeabdeckungen
großer
Ausmaße,
nämlich
Stadien, Flughäfen
oder Sportpavillons vorkommen. Der große Vorteil bei der Verwendung
dieser Textilien im Bauwesen liegt bei ihrem geringen Gewicht, das
größere freitragende
Konstruktionen zwischen Abstützungen
erlaubt, die dann leichter zu bauen und zu reparieren sind. Außerdem haben
die Architekten beim Entwurf von Formen und Stilen eine größere Freiheit.
- 3) Bei der Anwendung auf Gegenstände in der Medizin werden Textilmaterialien
entweder in Fasern, in Web- oder Wirkware in chirurgischen Eingriffen
in Implantaten, Filtern und Blutgefäßen verwendet. Bei ihrer Verwendung
in Implantaten zeichnen sich die Textilstrukturen durch ihre Konstruktion,
Zusammensetzung, Oberflächenverhalten
der Faser und Zersetzungswiderstand aus. Außerdem müssen die in Implantaten eingesetzten
Werkstoffe nicht nur den mechanischen Anforderungen genügen, sondern
auch noch biokompatibel sein, so dass der menschliche Körper sie nicht
abstößt.
- 4) In Schutzkleidung werden sie dazu verwendet, einen Schutz
gegen gefährliche
Umgebungsbedingungen zu bieten, die zu Verletzungen führen könnten. Dabei
kann es sich um einen Schutz handeln, der mechanisch (kugel- oder stichsichere
Kleidung), chemisch, elektrisch, radiologisch oder bakteriologisch
ist. Die Auswahl des einzusetzenden Materials hängt von der Art und dem Grad
des zu erzielenden Schutzes ab. Zum Beispiel müssen die von Feuerwehrleuten
getragenen Kleidungsstücke
einen thermischen und einen chemischen Schutz bieten. Daher werden thermisch
stabile Textilien ausgewählt,
wie zum Beispiel Aramide oder andere Fasern, die entsprechend schwer
entflammbar nachbearbeitet sind.
- 5) In Sportartikeln werden die Hochleistungsfasern und -gewebe
zum Beispiel in Sportbekleidung eingesetzt. In den letzten Jahren
konnte man die Entwicklung von Kleidungsstücken mit Eigenschaften beobachten,
die es den Sportlern erlauben, ihre Leistung zu steigern, insbesondere den
thermischen Tragkomfort während
der Sportveranstaltung zu verbessern. In diesem Fall werden Vielschichtstrukturen
verwendet, die es dem Schweiß erlauben,
nach außen
abgeleitet zu werden, wobei die innerste Schicht, die direkt mit
der Haut in Kontakt ist, trocken bleibt. Außerdem werden auch Verbundstoffe,
die durch Textilmaterialien verstärkt sind, in zahllosen Anwendungen
auf diesem Gebiet eingesetzt, insbesondere in Fahrradrahmen, Tennisschlägern, Skiern,
Surfboards usw.
- 6) Textile Werkstoffe, die für
Artikel in Militär-
und Verteidigungsanwendungen zum Einsatz kommen, sind von den Anforderungen
abhängig,
die an sie gestellt werden. In Schutzkleidungen und in der Soldatenausrüstung, wie
zum Beispiel bei Uniformen, kugelsicheren Westen, Helmen und dergleichen,
kommen meist Textilgewebe aus Polyamid und Kohlenstofffasern zum
Einsatz. Bei Werkstoffen, die bei der Herstellung von Raketen und
Kampfflugzeigen eingesetzt werden, werden mehrere Schichten von
Aramidgeweben verwendet.
- 7) Weitere Verwendungen technischer Textilien sind in vielen
verschiedenen Gebieten zu finden, wie zum Beispiel bei Förderbändern, die
in verschiedenen Industrien eingesetzt werden, in Satelliten, in
Fahrzeugen, zur thermischen und akustischen Isolation, bei Segeln
für Boote
und in Fischnetzen.
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Auf
dem Markt technischer Textilien im Allgemeinen und auf dem Gebiet
multiaxialer Gewebe im Besonderen gibt es Materialien, die von der
Firma Karl Mayer Textilmaschinenfabrik GmbH hergestellt werden,
mit der Bezeichnung "multiaxiale
Gewebekonstruktionen",
die durch die Stapelung von Lagen mehrerer biaxialer Gewebe zustande
kommen, die durch einen gestrickten Kettfaden miteinander verbunden
werden. Bei dieser Art von Gewebe ist die Gefahr einer Trennung
der verschiedenen Lagen, aus denen das Gewebe besteht, beträchtlich,
weil diese Struktur aus zusammengenähten Schichten von Fäden besteht.
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Es
gibt auch eine Anzahl von Patenten mechanischer Systeme, welche
sich auf die Herstellung dieser Art multiaxialer Gewebe beziehen,
insbesondere:
- – Die Europäische Patentanmeldung mit der Nummer 0263392 A2 "Tetraxial woven fabrics
and tetraxial weaving machine therof" ("Tetraaxialgewebe
und Webstuhl zum Herstellen von Tetraaxialgewebe") betrifft eine Maschine, die ein multiaxiales
Gewebe herstellt, das ein isotropisches Verhalten aufweist, das
besser als dasjenige des tri-axialen Gewebes ist und aus Schuss-,
Kett- und Diagonalfäden
besteht.
- – Das
US-Patent Nr. 5,351,722 "Tetraxial fabric and
weaving machine for its manufacture" ("Tetra-axiales
Gewebe und Webmaschine zu dessen Herstellung") bezieht sich auf einen Mechanismus,
der zur Herstellung des multiaxialen Gewebes fähig ist, das durch Überkreuzen
der Schuss- und Kettfäden
mit diagonalen Fäden
gebildet wird, welche zwei Richtungen haben.
- – US-Patent
Nr. 5,375,627 "Method and weaving machine
for the production of multi-axial fabric" ("Verfahren
und Webmaschine zur Herstellung multi-axialen Gewebes") bezieht sich auf
ein Verfahren zur Herstellung eines multi-axialen Gewebes, dessen
Konstruktion stabil und kompakt ist. Eine andere Aufgabe dieses
Patents ist die Erfindung der zur kostengünstigen Herstellung eines solchen
Gewebes fähigen
Maschine.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Das
multiaxiale Gewebe wird in einer Maschine hergestellt, deren mechanische
Grundprinzipien sich von einem herkömmlichen Webstuhl herleiten,
dem die neuen Komponenten hinzugefügt werden und an den die neuen
Komponenten angepasst werden, mit der Funktion des Einführens und
Webens der diagonalen Fäden
des Gewebes in der Richtung von +45° und –45° im Verhältnis zu den Kett- und Schussfäden.
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Der
Hauptvorteil, den die Erfindung im Vergleich mit dem von Karl Mayer
hergestellten Gewebe bieten möchte,
liegt in der Art der dabei entstehenden Struktur, weil im Gegensatz
zu dem Gewebe von Karl Mayer alle Fäden miteinander verwoben sind.
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Aus
dem Vergleich mit dem Patent
EP 0263392 A2 ist zu ersehen, dass bei diesem
die Verarbeitung der diagonalen Fäden Probleme bereiten kann,
weil ein Zylinder mit einer helixförmigen Nut deren Bewegung veranlasst.
Die diagonalen Fäden werden
durch eine derartige Nut geleitet und zum Ende geführt und
hiernach auf einen anderen Zylinder übertragen, der dann eine umgekehrte
Bewegung bewirkt. Bei diesem Übertragungsvorgang
besteht die Gefahr, dass die Kontrolle über die diagonalen Fäden verloren
geht.
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Der
Mechanismus zur Fortbewegung der diagonalen Fäden des US-Patents Nr.
5,351,722 verwendet ein geschlossenes
Förderband,
das entsprechend perforiert ist, um es den Fäden zu ermöglichen, durch es hindurch
zu gelangen. Bei diesem Modell besteht der Nachteil, dass während des
Webzyklus die Bewegung der Umkehrung der diagonalen Fäden nicht
unmittelbar erfolgt, sondern über
den halben Umfang der Spule außerhalb
des Webbereichs mitläuft.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnungen
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Die
folgende Beschreibung erfolgt anhand der beiliegenden Zeichnungen,
die jedoch nicht als Einschränkung
sondern eher als Beispiel zu verstehen sind. Es zeigt:
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1 eine
schematische Darstellung des Gewebes mit einer multiaxialen flachen
Textilstruktur gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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2 eine
perspektivische Darstellung des mechanischen Systems zur Herstellung
des erfindungsgemäßen Gewebes;
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Die 3 bis 7 Darstellungen
von Teilen des in 2 gezeigten mechanischen Systems;
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Die 8 und 9 die
verschiedenen Phasen des Herstellungsvorgangs des erfindungsgemäßen Gewebes.
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Beschreibung
einer Ausführungsform
der Erfindung
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Das
hier entwickelte mechanische System setzt sich aus drei Untergruppen
zusammen, welche die Bewegung von drei Sätzen von Fäden, d.h. Kette, Schuss und
Diagonale, im multiaxialen Gewebe koordinieren. 2 stellt
die wichtigsten Aspekte dieses Systems dar, insbesondere den Satz,
der zur Führung
und Bewegung der Diagonalfäden
verantwortlich ist. Um die Darstellung zu vereinfachen, sind weder
die Schusseinführsysteme,
noch der Kamm oder die Vorschubsysteme vollständig dargestellt.
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Kettfäden
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Die
Zufuhr der Kettfäden
in den Webbereich erfolgt durch ein Organ eines herkömmlichen
Kettfadens, der durch eine oder mehrere Helfen 11 läuft.
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Schussfäden
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Die
Einführung
des Schusses kann in zwei unterschiedlichen Fächern erfolgen, von denen einer vorne
und einer hinten im Verhältnis
zur Ebene der Diagonalfäden
liegt. Die Schusseinführvorrichtung 14 hat
dann zwei Bewegungen: eine in der Querrichtung des Webstuhls zur
entsprechenden Einführung des
Schussfadens entlang der Breite des Stoffs und die andere, zur vorhergehenden
Richtung senkrecht, zur Positionierung des Schusseinführsystems
im aktiven Fach.
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Diagonalfäden
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Diagonalfäden kommen
von auf einem über dem
Webbereich angeordneten Ständer
positionierten Spulen. Diese haben eine kreisrunde Form und sind über eine
Mittelwelle gelagert, die eine schrittweise Drehbewegung erlaubt.
Jede Spule hat eine Streckvorrichtung, um die Spannung des abgegebenen
Fadens zu steuern, was zu einer besseren Ausbildung des Gewebes
führt.
Die Diagonalfäden
werden dann durch einen Satz von Fadenführungen 10 geführt, welche
eine lineare Laufbahn im Sinn der Querrichtung des Webstuhls und
hiernach in der entgegengesetzten Richtung absolvieren. Diese Fadenführungen 10 werden
durch die Betätigung
von Aktuatoren 1 bis 8 innerhalb des Fadenführungsträgers 9 bewegt.
Die Fadenführungen 10 bewegen
sich schrittweise linear und in zwei entgegengesetzten Richtungen
bis zum Ende des Fadenführungsträgers 9.
Nachdem sie das Ende des Laufwegs erreicht haben, ändern sie
ihren Weg und kehren die Bewegungsrichtung um. Auf diese Weise wird
ein Weg in einem geschlossenen Rechteck erzielt, welcher Schritt
für Schritt
die Seitwärtsbewegung
der Diagonalfäden
in Synchronizität
mit den restlichen Bewegung des Webstuhls, insbesondere der Fachöffnung, der
Einführung
des Schusses, des Schlagens des Kamms und der Rotation des Spulenständers für die Diagonalfäden erlaubt.
Am Ende wird das Gewebe durch Zugwalzen 12 abgezogen, deren
Bewegung ebenfalls mit der Geschwindigkeit der Gewebebildung synchronisiert
ist. Die Fadenführung
bewegt sich innerhalb der zwischen dem Fadenführungsträger 9 und seinem Deckel 18 ausgebildeten
Kammer, die eine Öffnung 16 aufweist,
durch welche die Diagonalfäden
beginnend am Einführbereich
gelangen.
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Wie
zu sehen ist, hat die Struktur 13 die Funktion des Stützens der
Komponenten des Fadenführungsträgers 9,
der Kettfadenstützhelfe 11 und der
Zugwalzen 12 in ihren entsprechenden Positionen während der
Gewebeherstellung.
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Der Webzyklus
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Phase 1 (8.I):
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Die
Ausbildung des Gewebes fängt
mit dem Einführen
des Schusses in das zwischen den Kettfäden und den Diagonalfäden gebildete
erste Fach an.
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Phase 2 (8.II):
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Unmittelbar
nachdem der Schuss vollständig in
das Fach eingebracht wurde, bewegen sich die die Diagonalfäden verschiebenden
Fadenführungen quer
zu dem Raum, der dadurch freigegeben wurde, dass die Fadenführung ihren
Pfad verändert
hat. Hierbei bewegen sich die in der vorderen Linie nach rechts
und die in der hinteren Linie nach links.
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Phase 3 (8.III):
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Der
nächste
Schritt besteht aus der Bildung des zweiten Fachs aufgrund des Fortschritts
der Helfe entlang den diagonalen Fäden, wobei dieselbe zwischen
den diagonalen und den Kettfäden
erscheint, was es dem Fach erlaubt, im Verhältnis zur durch die Diagonalfäden gebildeten
Ebene von einer vorderen Position zu einer hinteren Position zu
gelangen.
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Phase 4 (9.IV):
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Bei
der nächsten
Bewegung bewegen sich dann die Endfadenführungen in Längsrichtung
zu den Freiräumen
hin und tauschen Linien aus, wobei sie von vorne nach hinten und
umgekehrt gelangen.
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Phase 5 (9.V):
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Nachdem
diese Phase abgeschlossen ist, wird in dieses neue Fach der Schuss
eingebracht.
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Phase 6 (9.VI):
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Unmittelbar
hiernach geht die Helfe zurück
in ihre Ausgangsposition, wobei der Schussfaden zwischen den diagonalen
Fäden und
den Kettfäden
eingefangen wird, wobei hiernach das Einführen und das Schlagen des Kamms
vorgesehen ist, wodurch die in 1 gezeigte
selbe Bewegung wieder beginnt. Hiernach wird der Vorgang zyklisch
wiederholt.
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Dem
Fachmann auf diesem Gebiet werden einige Änderungen bei den Einzelheiten
der oben erwähnten
Ausführungsform
einfallen. Die Erfindung soll nur durch den Umfang nachfolgenden
Ansprüche eingeschränkt verstanden
werden.
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Zusammenfassung
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Die
vorliegend Erfindung bezieht sich auf ein Gewebe mit einer multiaxialen
flachen Textilstruktur und auf ein mechanisches System zu dessen
Herstellung. Dieses Gewebe einer modifizierten Struktur und einer
kontrollierten Anisotropie hat als sein Hauptmerkmal eine Erhöhung der
mechanischen Festigkeit aufgrund der Einführung von Verstärkungsfäden in den
diagonalen Richtungen bei +45° und –45° im Verhältnis zu
den Kettfäden.
Im Wesentlichen ist es gekennzeichnet durch das Verweben von drei
Sätzen
von Fäden:
den Kettfäden
(A), den Schussfäden
(D), den Diagonalfäden
(B) und (C), wobei die Diagonalfäden
(B) und (C) in zwei Schichten zwei Ausrichtungen folgend angeordnet
sind: –45° und +45° im Verhältnis zu
den Kettfäden,
wobei die beiden Schichten übereinandergeschichtet
sind, ohne untereinander verkreuzt zu sein. Die Kettfäden (A)
erscheinen im Verhältnis
zur durch die Diagonalfäden
(B) und (C) gebildeten Ebene alternierend im Vordergrund und im
Hintergrund. Außerdem
bezieht sich die vorliegende Erfindung auch auf einen Webstuhl für ein multiaxiales
Gewebe, das durch mechanische Unterbaugruppen zur Verarbeitung der
drei Arten von Fäden,
d.h. eine Kettfadeneinführeinrichtung,
eine Kettfadenträgerhelfe,
Diagonalfadenführungen
und Zugwalzen, gebildet wird.