DE2209928A1

DE2209928A1 - Dreidimensionales gewebe und verfahren zu dessen herstellung

Info

Publication number: DE2209928A1
Application number: DE2209928A
Authority: DE
Inventors: Michel Antoine Jules Maistre
Original assignee: Societe Europeenne de Propulsion SEP SA
Current assignee: Societe Europeenne de Propulsion SEP SA
Priority date: 1971-03-05
Filing date: 1972-03-02
Publication date: 1973-01-18
Also published as: FR2127418A5; CA961248A; DE2209928C3; GB1384277A; US3846215A; DE2209928B2

Description

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mein Zeichen: O656 Pt

Societe Anonyme dite:
SOCIETE EUROPEENiO) DE PROPULSION 3, Avenue du gen6ral de Gaulle 92 - PUTSAUX / Frankreich

Dreidimensionales Gewebe und Verfahren zu j

dessen Herstellung

Die Erfindung bezieht sich auf ein dreidimensionales, aus Fäden bestehendes Gewebe bzw. Gefüge und auf ein Verfahren zu dessen Herstellung.

Dieses Gewebe oder Gefüge, welches in einem umhüllenden oder umgebenden Stoff angeordnet wird, ist dazu bestimmt, einem mit diesem kombinierten Gegenstand eine erhöhte Spleiß- i festigkeit zu verleihen. '

Auf vielen Gebieten der Technik, z.B. bei der Herstellung von Schaufeln für Turbomaschinen oder Verkleidungen für Luftkissenfahrzeuge, verwendet man Fasermaterialien, welche mit diesen Teilen verbunden werden, wobei dieses Material hohe mechanische Fest&eitseigenschaften zeitigt.

Zur Herstellung dieser zusammengesetzten Teile überlagert man im allgemeinen eine passende Anzahl von parallelen Faservliesenjoder Gewebeschichten, um die gewünschte Dicke zu erhalten. Diese Anordnung wird dann von einem passenden Stoff

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umgeben oder umhüllt, welcher entsprechend dem jeweiligen Anwendungsfall entweder ein steifer Stoff, z.B. Phenolharze, Polyfamide, Polyester, Epoxyde und dergleichen oder aber ein biegsamer, geschmeidiger Stoff sein kann, z.B. ein Elastomer* oder ein thermoplastisches Harz.

Aufgrund dieser schichtenweisen Anordnung, aus v/elcher der betreffende Gegenstand besteht, ist der Zusammenhalt zwischen diesen einzelnen, parallel zueinanderliegenden Schichten praktisch nur durch die Umhüllung oder Ummantelung gegeben, deren mechanischen Eigenschaften vergleichsweise schlecht sind. Die Folge davon ist, daß derartige, aus einzelnen Schichten aufgebaute Teile im Betrieb schnell zerstört werden, und zwar durch Aufspleißen zwischen den einzelnen Schichten, ein Vorgang, der den Zusammenhalt der übereinanderliegenden einzelnen Schichten unterbindet.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, diesen Mangeln abzuhelfen und ein neuartiges, dreidimensionales Gewebe oder Gefüge auf Fadengrundlage vorzuschlagen, welches als Verstärkungsjelement dient, das absolut spleißfrei ist. Dieses Gewebe oder

j Gefüge hat darüber hinaus die Eigenschaft, in einer mehr oder j weniger dichten Form verwirklicht zu werden und darüber hinaus j die Fabrikation von zusammengesetzten Elementen zu ermöglichen,! welche mehr oder weniger weich oder biegsam sind, und zv/ar ent-: sprechend dem jeweiligen Verwendungszweck, für welchen dieser ; Gegenstand geeignet und bestimmt ist.

Die Erfindung bezieht sich also auf ein dreidimensionales Gewebe oder Gefüge, welches sich aus wendeiförmigen Fransen oder Fäden aufbaut, wobei die einzelnen Spiralen oder Windungen die gleiche Ganghöhe besitzen und deren Achsen voneinander getrennt und zueinander parallel liegend angeordnet sind, und die verschiedenen wendeiförmigen Spiralen ineinandergefadelt oder ineinandergeschraubt sind. Die Erfindung kennzeichnet sich dadurch, daß sie wendeiförmige Fransen oder Faden besitzt, welche ixi dom einen Drehsinn gewunden sind, und dar-

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über hinaus Fäden besitzt, welche im entgegengesetzten Drehsinn gewunden sind, wobei die Achsen der wendeiförmigen-Fransen oder Fäden, welche in der einen Drehrichtung gewunden sind, entsprechend einem ersten Netz mit polygonformigen Maschen angeordnet sind, während die' Achsen der wendeiförmigen' Fransen oder Spiralen, welche in dem zweiten Drehsinn gewunden sind, ebenfalls entsprechend einem zweiten, identischen' Netz angeordnet sind, welches gegenüber dem ersten Netz versetzt ist. Dabei ist bei einer jeden Ganghöhe ein jeder der Fäden - ausgenommen die Fäden oder die Fransen, die an den Kanten öder Rändern liegen - nacheinander mit zumindest einem jeden der.drei benachbarten, wendeiförmigen Fransen oder Fäden, welche in dem gleichen Sinn wie der vorerwähnte Faden gewickelt sind, durchflochten oder durchsetzt.

Ein Vorteil des Gewebes oder Gefüges gemäß der Erfindung liegt darin, daß es in Verbindung mit einem Ummantelungsprodukt oder Verkleidungsprodukt zu einem zusammengesetzten Bauteil führt, welcher als Folge seines dreidimensionalen Charakters sich nicht aufspleißt. Tatsächlich besteht bei diesen zusammengesetzten Elementen - in Abkehr von aus einzelnen Schichten aufgebauten Elementen der herkömmlichen Art - keinerlei Möglichkeit, eine Fläche zu erhalten, die aber auch nur einen Ansatz zum Aufspleißen zeigt, ohne daß erst eine große An- ι zahl von Fäden reißt, welche die den Widerstand gegen ein Aufspleißen bildenden Elemente des zusammengesetzten Teiles bilden. Daraus folgt, daß - auch wenn nur der geringste Ansatz zu einem Bruch besteht - dieser Ansatz,auf eine sehr kleine Fläche begrenzt ist und somit das Verhalten des Werkstoffes nicht gefährdet oder in E'rage gestellt wird.

Entsprechend den geometrischen Eigenschaften und Merkmalen der wendeiförmigen Fransen oder Fäden, kann das Gewebe oder Gefüge mehr oder weniger dicht oder verformbar sein. Wenn man also das erfindungsgemäße Gefüge oder Gewebe zur Herstellung von Schaufeln von Kreiselverdichtern verwendet, wo man ein festes Material mit sehr guten mechanischen Eigenschaften

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verlangt und wo darüber hinaus mit erhöhten Verformungen zu j rechnen ist, ohne daß jedoch ein Bruch eintritt, ist es zweck- ι mäßig und vorteilhaft, ein vergleichsweise dichtes Gewebe oder ! Gefüge zu verwenden, bei welchem Kohlenstoffäden mit vergleichsweise hohen mechanischen Eigenschaften zum Einsatz gelangen.
Dieses Material wird nun mit einem festen oder steifen Umhül- ! lungsprodukt oder Verkleidungsprodukt verbunden. Im Gegensatz ί

hierzu, beispielsweise im Falle der Herstellung von Verklei- \ düngen für Luftkissenfahrzeuge, ist es erwünscht, daß der zu- j sammengesetzte Teil eine große Biegsamkeit und Elastizität er- ! hält. Für diesen besonderen Fall ist es zweckmäßig, ein weni- j ger dichtes und kompaktes Gewebe oder Gefüge zu verwenden, wo- \ bei die Fäden aus einem Stoff bestehen, welcher eine hohe Zä- j higkeit und Festigkeit besitzt. Dabei wird als Umhüllungsma- '■ terial oder Verkleidungsmaterial ein ziemlich biegsamer Stoff, , z.B. ein Elastomer verwendet. ;

Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung
noch etwas näher veranschaulicht. In dieser zeigen in rein
schematischer Weise: j

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung einer aus

wendelicrmigen Fransen oder Fäden bestehenden

Schicht, wobei diese Fransen oder Fäden in

der gleichen Richtung gewickelt sind, j

Fig. 2 eine Draufsicht auf die Anordnung zwischen zwei Schichten oder Lagen, welche aus wendelförmi- | gen Fäden bestehen, die in der gleichen Richtung gewickelt sind, :

Fig. 3 eine Draufsicht auf zwei Schichten oder Lagen, ^; welche aus wendeiförmigen Fransen oder Fäden i

bestehen, die in der einen Richtung gewickelt '[ sind, und zwischen welche eine aus wendeiförmigen, im entgegengesetzten Drehsinn gewickel- : ten Fransen oder Fäden bestehende Schicht ein- ^! gefädelt ist,

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Fig. 4 eine Draufsicht, welche zwei aus wendeiförmigen, in der einen Drehrichtung gewundenen Fransen oder Fäden bestehende Schichten zeigt, und welche in. zwei Schichten eingefädelt sind, die aus wendeiförmigen und in entgegengesetzter Richtung gewundenen Fransen oder Fäden bestehen

Fig. 5 eine Draufsicht unterschiedlicher Netze, welche aus wendeiförmigen Fransen oder Fäden gebildet sind, die in den beiden Richtungen gewickelt . · sind, i

Fig. 6 eine perspektivische Ansicht eines Gefüges oderj Gewebes, von welchem ein Teil verformt wurde..

Das Herstellungsverfahren dieses neuen, dreidimensionalen Gewebes oder Gefügej^esteht in der Anfertigung einer Schicht 1 oder eines Belages, welche aus Fäden 2 besteht, die in einer bestimmten Richtung, z.B. einer Rechtswindung nach Haßgabe des Pfeiles f,, verdrillt und miteinander in einer Art und Weise verbunden sind, wie dies die Fig. 1 der Zeichnung zeigt. Die schraubenlinienförmig gewundenen Fransen 2 besitzenj sämtlich die gleiche Gewindesteigung und den gleichen Wicklungsjdurchmesser, wobei die Verbindung dieser Fransen 2 so verwirklicht wird, dai3 die eine Franse auf die andere Franse aufgeschraubt wird. Mit der ersten Schicht 1 verbindet man in der vorstehend angedeuteten Art und Weise eine zweite Schicht 3, welche ebenfalls aus schraubenlinienförmigen Fransen oder Fäden besteht, die die gleiche Rechtswindung besitzen. Dann wird eine dritte Schicht usw. aufgelegt und mit der vorhergehenden Schicht verbunden, wobei die Anzahl dieser Schichten durch die Abmessungen und Größe des Gefüges oder Gewebes jnach Fig. 2 bestimmt wird.

Zwischen diesen Schichten 1 und 3 fügt man dachziegel-! artig eine Schicht ein, welche aus wendeiförmigen Fäden 5 besteht, die in entgegengesetztem Drehsinn wie die Schichten 1 ' und 5 gewickelt sind, wobei der Drehsinn der Schicht h durch

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den Pfeil f₂ angedeutet ist. Die spiralförmigen Fransen 5 haben die gleiche Gewindesteigung und den gleichen Gewinde- | durchmesser wie die Fransen 2 nach Fig. 3. In der gleichen Wei·* se, wie dies vorstehend beschrieben wird, verbindet man eine \ weitere, gleiche Schicht 6 mit der Schicht 4, wie dies die j Fig. 4 der Zeichnung zeigt. j

Wie man aus den Figuren 4 und 5 leicht ersehen kann, > sind die Achsen aller schraubenlinienformigen Fransen oder Fä-: den getrennt und unterschiedlich, zueinander parallel liegend und versetzt angeordnet. Diese Achsen sind netzartig angeordnet^

wobei, dieses Netz Maschen besitzt, welche die Form eines Par- ! allelogrammes besitzen, welches nach Fig. 4 ein Quadrat sein kann. Auf diese Weise sind die Achsen 7 der wendeiförmigen Fäden 2 - welche beispielsweise im Drehsinne nach rechts ge- _: wunden sind - nach einem Netz mit rautenförmigen Maschen 8 angeordnet, während die Achsen 9 der gegenüber den vorhergehenden Fäden in entgegengesetzter Richtung, also nach links, gewundenen Fäden ebenfalls entsprechend einem Netz mit rautenförmigen Maschen 10, jedoch bezüglich der vorhergehenden Maschen versetzt angeordnet sind. Diese Art des Zusammenfügens oder des Zusammenbaues zeigt, daß bei einem Gewebe oder GefügeJ, welches beispielsweise drei Lagen schraubenlinienförmiger, ; nach rechts gewundener Fransen oder Fäden besitzt, der mittlere Faden oder die mittlere Franse sich mit einem jeden der vier benachbarten und in dem gleichen Sinn gewundenen Fäden oder Fransen verflechtet. Es ist'klar, daß sich die den Saum oder Rand bildenden Fäden oder B'ransen nur mit drei Fäden oder Fransen in dem gleichen Drehsinn verflechten. ι

Das auf diese Weise verwirklichte Gewebe oder Gefüge, i welches in Fig. 6 der Zeichnung schematisch dargestellt ist, kann so gereckt werden, daß dessen Eigenschaften, z.B. die ^[ Dichte, veränderb werden kann. Um dies zu erreichen, genügt es,; entsprechend der Achse der Schraubenlinienfransen eine Zug- ; kraft auszuüben, und zwar gleichzeitig und mit der gleichen Geschwindigkeit, auf alle Fäden oder ffansen.

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Um die Fransen oder Fäden -miteinander schraubenförmig zu verflechten, müssen sie eine hinreichend große Festigkeit und Steifigkeit besitzen. Wenn sie aus einem dehnbaren oder streckbaren Material, z.B. aus Stahldraht, bestehen, werden sie in der gleichen Art und Weise wie die Fäden gewunden. Wenn sie jedoch aus einem biegsamen Material bestehen, z.B. durch Zusammenfügen einer großen Anzahl von Naturfasern oder Kunstfasern, beispielsweise Glasfasern, Kohlenstoffasern, Polyesterfasern, Nylonfasern, Wollfasern, Baumwollfasern und dergleichen können sie mit einem der Verfestigung oder Versteifung dienenden Stoffe imprägniert werden. Anschließend daran werden sie auf einen zylindrischen Dorn aufgewickelt, so daß wendeiförmige Gebilde entstehen, und in diesem Zustand beispielsweise durch einen Trockenvorgang versteift oder verstärkt. In anderen Fällen kann entsprechend der Art und Natur des Versteifungs Produktes die Versteifung oder Verstärkung durch Abkühlung erhalten werden.

Wenn ein Reckvorgang in bestimmten Fällen erforderlich ist, so kann er auf das Gefüge oder Gewebe ausgeübt werden, und zwar sofort nachdem es durch Zusammenfügen oder Vereinigung der steifen oder festen Fäden erzeugt wurde, oder aber erst nachdem es eine entsprechende Behandlung erfahren hat, z.B. Beseitigung des für daa Versteifen oder für die Ver- ; Stärkung der biegsamen Fäden und/oder Imprägnierung mit dem Stoff vor dem Umhüllen des Endproduktes und dergleichen.

Um einen sehr wirkungsvollen und auch regäLmäßigen Reck· Vorgang durchführen zu können, ist es zweckmäßig und auch vorteilhaft, die äußeren Enden des Gesamtgefüges mit einem stei- j fen oder festen Material, z.B. mit Polyesterharz oder einem entsprechenden Produkt, zu umgeben. Durch Zwischenschaltung oder Vermittlung dieser Blöcke \irird die entsprechende Dehungswirkung erst aufgebracht.

Nach dem Reckvorgang schneidet man die äußeren, umhüllten Enden ab, so daß lediglich der gereckte Teil übrigbleibt, welcher entsprechend den auf die Fäden sich beziehen-

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den Abmessungen und Größen, z.B. Querschnittsdurchmesser _f Wikke!durchmesser, Gangsteigung und Abmessung der Maschen des Net-\ zes und auch nach Maßgabe der Eigenschaften des oder der verwendeten Fäden, z.B. Metallfäden, Glasfäden, Naturfaserfäden ^; oder Kunstfaserfäden, Monofilfäden oder Multifilfäden und der- j gleichen, hervorragende Eigenschaften besitzt, und zwar sowohl i hinsichtlich der Dichtigkeit - welche einen Wert von 72 % des j Gesamtvolumens erreicht - als auch der Dichte, der Kohäsion j und dergleichen. j

Es ist darauf hinzuweisen, daß das in Fig. 6 der j Zeichnung gezeigte Prpdukt in der Lage ist, großen Verformungen in Richtung der Achsen der spiralförmigen Fäden oder Fransen
unterworfen zu werden. Diese, in Längsrichtung sich vollziehenden Verformungen erzeugen Querverformungen in veränderlichen
und unterschiedlichen Verhältnissen, aus der einen Stellung
heraus in eine andere Stellung, derart, daß die Dichtigkeit
der Struktur in großen Verhältnisbereichen sich verändern kann. Diese Eigenschaft kann bei der Herstellung von Gefügen bzw. Geweben mit kontrollierter Dichtigkeit ausgenutzt werden.

Nimmt man einmal an, daß der Aufbau oder die Struktur in einem jeden Drehsinn die gleiche Anzahl von schraubenlinien-i förmigen Fäden oder Fransen besitzt, so neutralisieren sich die auf dem Niveau eines jeden Fadens unter der Einwirkung einer ^! Längsverformung stehenden, erzeugten Paare in der Weise, daß ■ dieser Aufbau auf mechanische Beanspruchungen gut reagiert. Auf diese Weise zeigt ein derartiger Aufbau oder ein derartiges j Gefüge keineswegs das Bestreben, schraubenförmig in die Höhe ; zu steigen. !

Je nach dem Stoff und den Abmessungen des Gewebes ^[ oder Gefüges gemäß der Erfindung kann man es in zahlreichen ι Anwendungsfällen benutzen. So kann man dieses Gefüge beispiels-j weise zur Herstellung von Schaufeln eines Turbokompressors ver-j wenden, in welchem Falle das Gefüge ziemlich dicht und auch ] steif ausgebildet wird. Dadurch, daß dieses Gefüge nicht auf- ^;

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spleißt und in der Lage ist, in hohem Maße verformt zu werden,

ohne daß es jedoch dabei zu Bruch geht, wird den aus diesem Gefüge hergestellten Schaufeln eines Kreiselverdichters eine erhöhte Festigkeit sowie eine ziemlich lange Lebensdauer verliehen.

Es ist klar, daß auch andere Anwendungsfälle möglich
und denkbar sind, z.B. die Verstärkung von Verkleidungen für
Luftkissenfahrzeuge.

- Patentansprüche -

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Claims

1. Dreidimensionales Gewebe, bestehend aus wendeiförmigen Fäden oder Fransen, welche die gleiche Ganghöhe und den gleichen Windungsdurchmesser besitzen, und deren Windungsachsen voneinander getrennt und parallel zueinander liegend angeordnet sind, wobei die verschiedenen Wendel dachziegelartig ineinandergreifen, dadurch gekennzeichnet) daß das Gewebe oder Gefüge in einer ersten Drehrichtung verlaufende, wendeiförmige Fransen oder Fäden (2) und zu diesen in entgegengesetzter Drehrichtung verlaufende, wendeiförmige Fransen oder Fäden (5) besitzt, daß die Achsen der wendeiförmigen, in der ersten Drehrichtung verlaufenden Fransen odejr Fäden (2) nach einem ersten Netz mit polygonförmigen Maschen angeordnet sind, während die Achsen (7) der in dem zweiten Drehsinn verlaufenden, wendeiförmigen Fäden oder Fransen ebenfalls entsprechend einem gleichen, gegenüber dem ersten Netz versetzt angeordneten Netz gelagert sind, und daß bei einer jeden Ganghöhe ein jeder der Fäden - ausgenommen die an den Kanten liegenden Fäden - zumindest mit einem jeden von drei benachbarten, wendeiförmigen und im gleichen Sinne wie dieser Faden gewickeltaaFäden durchflochten oder durchsetzt ist.

2. Gewebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Hälfte der Fäden oder Fransen (2) in dem ersten Drehsinn gewunden ist, während die andere Hälfte in einem hierzu entgegengesetzten Drehsinn gewunden ist. \

5. Gewebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Achsen sämtlicher v/endelförmigen Fäden oder Fransen entsprechend einem Netz mit parallelogrammartigen Maschen angeordnet sind.

4. Gewebe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , dai3 die Maschen des Netzes Quadratform besitzen. .

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5. Gewebe nach Anspruch 1, dadurch gekenn-

z e i c hn e t , daß die Maschen des Netzes, welches durch die Achsen (7) deijwendelförmigen, in dem einen Drehsinn gewickelten Fäden oder Fransen gebildet wird, die Form einer Raute (8) besitzen.

6. Gewebe nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennz e i chnet , daß ein jeder Faden mittels eines härtbaren Materials versteift oder verstärkt ist.

7. Verfahren zur Herstellung eines Gewebes nach Anspruch 1 bis 6, bei welchem ein jeder wendeiförmige Faden oder Franse eine gleiche Ganghöhe und den gleichen Windungsdurchmesser besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest zwei, aus in der gleichen Drehrichtung gewundenen Fäden bestehende Schichten (1, 3) dachziegelförmig ineinandergefügt werden derart, daß der eine wendeiförmige Faden der einen Schicht einerseits mit den beiden benachbarten Fäden dieser Schicht und andererseits mit zumindest einem wendeiförmigen Faden der anderen Schicht verflochten wird derart, daß zwischen die beiden vorhergehenden Schichten (1, 2) zumindest eine dritte Schicht (4) eingefügt ist, welche aus v/endeIförmigen Fäden oder Fransen (5) besteht, die gegenüber den beiden ersten Schichten (1, 3) in entgegengesetztem Drehsinn gewunden und geflechtartig ineinandergefügt sind.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß eine jede, aus wendeiförmigen Fäden oder Fransen bestehende Schicht durch Verschrauben eines jeden wendelförmigen Fadens auf den oder die benachbarten, wendeiförmigen Fäden gebildet wird.

9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch, gekennzeichnet , daß die dritte, aus wendeiförmigen Fäden

oder Fransen (5) bestehende Schicht (4) zwischen die beiden ersten Schichten (1, 3) dachziegelförmig eingefügt wird, daß j

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die Achsen der wendeiförmigen Fäden dieser dritten Schicht (4) gegenüber den parallelen Achsen der wendeiförmigen Fäden oder Fransen der genannten beiden ersten Schichten seit lich versetzt sind.

10. Verfahren nach Anspruch 7 bis 9» da g[_eu. r c h gekennzeichnet , daß ein jeder/wendeiförmigen Fäden oder Fransen mittels eines härtbaren Stoffes verstärkt oder versteift ist.

11. Verfahren nach Anspruch 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet , daß alle aus wendeiförmigen Fäden oder Fransen bestehenden Schichten (1, 3, 4) in Richtung der beiden Achsen der wendeiförmigen Eⁿäden gleichzeitig gereckt werden derart, daß ein dichtes Gewebe oder Gefüge erhalten wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet , daß nach dem Reckvorgang die Fäden oder Fransen etwa 70 % des Gesamtvolumens einnehmen.

13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewebe oder Gefüge in dem Endzustand mit einem Imprägnierungsmittel steif gemacht wird.

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