DE3723681A1 - Bauteil auf velours-gewebebasis und verfahren zu seiner herstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Bauteil auf Velours- Gewebebasis, beispielsweise auf Basis eines Raschelplüschge­ webes, mit mindestens einer ersten und einer zweiten Lage und diese Lagen verbindenden Zwischenstegen.

Der Einsatz harzgehärteter Faserverbundstoffen hat ein wei­ tes Anwendungsfeld gefunden, sei es in Form tragender Kon­ struktionselemente oder aber zur Erfüllung von Dämmaufga­ ben. Bei größtmöglicher Steifigkeit und Druckfestigkeit wird für spezielle Fälle, wie beispielsweise die Flugtechnik auch noch ein möglichst niedriges Gewicht angestrebt.

Durch die US-PS 34 81 427 ist es bekannt, ein textiles, also webtechnisch erzeugbares Bauteil zu kammern. Dabei kommt Fiberglas zur Anwendung. Die Kammerung erreicht man im Hohlwebeverfahren; es liegen also verbindende Stege als Wände vor. Das alles bringt beim Harzhärten gewisse Schwie­ rigkeiten; der Gewebebau sackt zusammen, wenn nicht beson­ dere Distanzmittel zur Abstützung eingesetzt werden. Man schiebt daher Stützkerne ein. Letzteres führt aber zu einer äußerst aufwendigen Fertigung.

Andererseits sind für sich Bindungsarten wie Schußsamt und Kettsamt bekannt. Für besonders wirtschaftliche Fertigungs­ verfahren wird gleich doppellagig gearbeitet; es entsteht sogenannter Doppelsamt, bei welchen die Verbindungsstege zwischen den lagenschaffenden Veloursfäden eine doppelte Fachbildung machen. Die Länge der flottierenden Fäden ist einstellbar, so daß größere oder kleinere Steglängen erzielt werden. Auf einer Schneidbank erfolgt sodann der Mitten­ schnitt der Polfäden.

In Kenntnis dieses Velours-Webverfahrens bzw. Raschelplüsch- Webverfahrens hat sich die vorliegende Erfindung die Aufgabe gestellt, mit fertigungstechnisch einfachen Mitteln und sogar unter Verwendung vorhandener Maschinen ein leichtes, trotzdem stabiles mehrlagiges, praktisch sandwichartig aufge­ bautes Bauteil zu schaffen, welches die genannten Eigenschaf­ ten optimal verkörpert.

Gelöst ist diese Aufgabe durch die in den Ansprüchen 1 und 8 angegebene Erfindung. Die Unteransprüche sind vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.

Zufolge solcher Ausgestaltung ist ein gattungsgemäßes Bau­ teil hoher Biege- und Druckfestigkeit erreicht, welches auch im Hinblick auf den Faktor Gewicht gute Ergebnisse bringt. Der Abstand zwischen den Lagen wird nicht mehr von gewebten Abschnitten überbrückt, sondern von frei flottierenden Fä­ den, die die Abstützung der Lagen zueinander übernehmen. Zum Einsatz kommen hier technische Garne wie Aramidfaser, Kohlefaser, Keramikfaser oder insbesondere Glasfaser bzw. eine Mischung der genannten Fasern. Bedingt durch die Bin­ dungsstruktur in Kombination mit den Eigenschaften solcher Materialien, haben die stegbildenden Stützfäden das Bestre­ ben, sich aufzustellen. Sie stemmen dabei aus sich heraus die beiden Lagen voneinander ab. Hierdurch ergibt sich eine im Webprozess erreichbare Struktur, die unbeschadet Umlenkun­ gen in den Einbindungsbereichen toleriert. Die sogar kraft­ speicherartige Rückstellkraft erspart jede Fremdabstützung; vielmehr wurde gefunden, daß das Veloursgewebe bei ausgehär­ teter Verharzung aus den vielen gleichmäßig verteilten ein­ zelnen, freistehenden Zwischenstegen so stabile Beabstan­ dungselemente schafft, daß sogar größte im Rahmen des Einsat­ zes zu erwartende Belastungen aufgenommen werden können. Auch ergibt sich eine hochgradige Schalldämm- bzw. Absorpti­ onswirkung zufolge des hohen Hohlraumanteiles. Entsprechend liegt eine auch heute durchaus wieder interessante hohe Materialersparnis vor. Die trotzdem gegebene Flexibilität des Bauteiles läßt eine relativ gute Verformbarkeit zu, insbesondere wird eine leicht sphärische Krümmung des sand­ wichartigen Körpers ohne Nachteil hingenommen. Als vorteil­ haft in der Praxis erweist sich auch die weitere Gestaltungs­ maßnahme dahingehend, daß die mittlere Länge der Zwischenste­ ge größer ist als der Abstand zwischen den Lagen. Dadurch erhalten die Zwischenstege eine mehr oder weniger steile Schrägstellung, wobei es sich in Weiterbildung als vorteil­ haft erweist, daß die Zwischenstege eingeregelt schräg ver­ laufen. Dadurch wird eine über die Breitfläche einfließende Belastung noch in eine gleichgerichtete Lagen-Verschiebekom­ ponente umgesetzt. Das ist vor allem bei partiellen Hochbe­ lastungen günstig, da der gesamte Körper dann in den Verfor­ mungswiderstand einbezogen ist. Die entsprechende Einrege­ lung, d.h. Gleichrichtung der Stege macht die Ausweichbewe­ gung zudem bestimmbar. Ein weiteres Mittel zur Optimierung der Flexibilität bei trotzdem hohem Standvermögen besteht darin, daß ein Zwischensteg aus zwei schwach gedrillten Ein­ zelstegen besteht. Hierdurch liegen gleichsam wendelförmig gestaltete Federkörper vor, die aber zufolge der nur schwa­ chen Drillung axial trotzdem hoch belastbar sind. Lediglich bei Überbelastung tritt ein durch weiteres Verbiegen statt­ findendes Ausweichen auf. Um diesen Effekt noch zu stei­ gern, wird weiter vorgeschlagen, daß der Zwischensteg aus 8-förmig gedrillten Einzelstegen besteht. Selbst größere Abstände zwischen den Lagen lassen sich ohne Stabilitätsein­ buße günstigst dadurch überbrücken , daß die Einzelstege in ihrem Überkreuzungsbereich miteinander verbunden sind. Es liegt also auch hier keine webtechnische Verbindung vor, sondern eine solche unter Nutzung des Bindeharzes. Auf diese Weise wird die Gesamtlänge der Beabstandungselemente in zwei in Abstützrichtung aneinander anschließende, jeweils gleichwirkende Abfederungszonen unterteilt, wobei es sich in diesem Zusammenhang zusätzlich als vorteilhaft erweist, daß die Zwischenstege im Austrittsbereich der Lagen sockelartige Übergangsbereiche aufweisen. Die einem sich zum Boden hin verbreiternden Baumstumpf vergleichbaren Zonen vermeiden jede Kerbwirkung. Vielmehr ist die rotationssymmetrische, also ringförmige Übergangsecke stegabstützend ausgefüllt. Ein vorteilhaftes Verfahren zur Herstellung des beschriebe­ nen Bauteiles durch Verharzen und nachfolgendes Aushärten eines Gewebes, wobei nach dem Verharzen das Gewebe eine Teilentfernung von Harz durch Auspressen vorgenommen wird, besteht darin, daß, bei Verwendung eines Velours-Gewebes, insbesondere Raschelplüschgewebes, welches aus einem techni­ schen Garn wie Aramidfaser, Kohlefaser, Keramikfaser oder insbesondere Glasfaser besteht, die Entfernung von Harz in einem solchen Umfang erfolgt, daß die Rückstellkraft von Zwischenstegen freigegeben wird. Unter Wegfall der Aus­ preßkräfte stellen sich die harzbeschichteten Beabstandungs­ elemente spontan wieder in ihre Ausgangsstellung zurück. Nach dem Aushärten ist die Gesamtstruktur verfestigt. In Fällen, in denen das Bauteil aus mehreren Gewebeabschnitten zusammengesetzt werden soll, wird so verfahren, daß ein Velours-Gewebeabschnitt im Verbindungsbereich gespalten und der andere Velours-Gewebeabschnitt in die so geschaffene Öffnung eingelegt wird. Liegt die Absicht oder Notwendig­ keit vor, Ebenengleichheit auch in den Verbindungsbereichen zu erlangen, so läßt sich hier der ohnehin zwischen den Lagen vorhandene Beabstandungsraum nutzen, indem die über­ griffene Lage wandungsversetzt um das Dickenmaß einer Lage eingedrückt wird. Demzufolge kommt dem Beabstandungsraum eine weitere vorteilhafte Funktion zu. Auch im Hinblick auf das Verbinden selbst erweist es sich als günstig, daß die übergreifenden Lagenabschnitte zufolge der abstehenden Zwi­ schenstegstummel wie bürstenartige Körper in die Maschenfu­ gen des Gewebes der darunterliegenden Wandungsabschnitte eingreifen. Die Lagen sind so gleichsam "verriegelt". Andererseits weichen die entsprechend axial zusammengedrück­ ten federstabartigen Stege ohne Bruch in Querrichtung fe­ dernd aus. Das diesen Verbund sichernde Harz wirkt der Tendenz einer Rückstellung in die ursprüngliche Länge entge­ gen, so daß der Verbindungsbereich zwischen den beiden Gewe­ beabschnitten auch optisch-visuell kaum wahrnehmbar ist. Der Gegenstand der Erfindung ist nachstehend anhand eines zeichnerisch veranschaulichten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Abschnitt des erfindungsgemäß ausgebildeten Bauteils in perspektivischer Darstellung, stark vergrößert,

Fig. 2 den Schnitt gemäß Linie II-II in Fig. 1,

Fig. 3 das Bauteil in Seitenansicht in Richtung A gesehen, weitestgehend schematisiert,

Fig. 4 das Bauteil in Seitenansicht in Richtung B gesehen, ebenfalls weitestgehend schematisiert und

Fig. 5 in Seitenansicht eine Verbindungszone zwischen zwei Velour-Gewebeabschnitten eines Bauteils.

Das dargestellte Bauteil 1 wird auf einer Velourswebmaschi­ ne erzeugt. Das entsprechende Veloursgewebe bzw. Raschel­ plüschgewebe ist mehrlagig, beim Ausführungsbeispiel zwei­ lagig. Eine erste, obere Lage trägt das Bezugszeichen 2; eine zweite, untere Lage ist dagegen mit 3 bezeichnet.

Miteingewebte Stützfäden, welche Zwischenstege 4 bilden, halten die beiden Lagen 2, 3 verbindend auf Abstand zueinan­ der. Es liegt die ungespaltene Struktur einer Doppelsamt- Einbindung vor.

Die Anzahl der Stützfäden ergibt sich aus der Schußdichte der Lage 2 und 3, ferner der Stützfadenzahl, gemessen über die Webbreite und schließlich aus der Rapportgröße der Bin­ dung. Bei beispielsweise 2000 Fäden pro 1 m Webbreite, 12 Schuß/cm in der oberen Lage und der unteren Lage sowie 3/6 Schuß Bindung ergeben sich 800 000 Zwischenstege 4 zwischen den beiden Lagen 2, 3.

Durch Verändern der Stegfadenzahl und Schußdichte sowie Bindung, können mehrfach höhere oder auch niedrigere Zwi­ schenstege 4 eingewebt werden. Die erforderliche Festigkeit der oberen Lage 2 und der unteren Lage 3 und Biegefestigkeit werden durch entsprechenden Materialeinsatz von Kette und Schuß in den Decklagen erreicht. Natürlich ist die Steghöhe variierbar und kann, der gewünschten Höhe entsprechend indi­ viduell eingestellt werden.

Verarbeitet werden technische Garne wie Aramidfaser, Kohlefa­ ser, Keramikfaser oder insbesondere Glasfaser.

Zufolge der solchen Hochleistungsfasern innewohnenden Rück­ stellkraft und auch bedingt durch die Verbindungsstruktur haben die die Zwischenstege 4 bildenden Stützfäden das Be­ streben, sich nach dem Weben aufzurichten bzw. in belastungs­ freiem Zustand zurückzustellen. Das führt zu einer paralle­ len Beabstandung der Lagen 2 und 3. Der lichte Abstand x zwischen den beiden Lagen 2 und 3 entspricht einem Vielfa­ chen einer Lagendicke.

Die den Pohlfäden einer Velour-Doppelsamtbindung vergleichba­ ren Zwischenstege 4 sind wie der ganze Bauteilkörper durch aushärtendes Harz versteift, so daß die Zwischenstege 4 zwi­ schen der ersten Lage 2 und der zweiten Lage 3 starre Beab­ standungselemente bilden. Das Zurückstellen der Zwischenste­ ge 4 in ihre aus Fig. 1 ersichtliche Endstellung geschieht selbst nach dem völligen Zusammendrücken der Webstruktur. Entsprechend entstehen auch beim Webprozeß zufolge der notwendigen Umlenkungen keinerlei Beschädigungen, welcher Tatbestand sich bei der Herstellung solcher Bauteile vorteil­ haft nutzen läßt.

Wie den Fig. 1 und 3 entnehmbar, ist die mittlere Länge der Zwischenstege 4 größer als der lichte Abstand x zwischen den Lagen 2, 3. Die sie bildenden freien Stützfädenabschnit­ te wechseln also nicht auf kürzestem Wege zwischen den bei­ den benachbarten Lagen 2, 3. Es ergibt sich vielmehr, wie aus Fig. 1 ersichtlich, eine leichte Neigungslage, gesehen aus der Betrachtungsrichtung A in Fig. 1. Deutlicher geht dies noch aus der schematischen Darstellung gemäß Fig. 3 hervor. Bezüglich aller Zwischenstege ist eine gleichgerich­ tete Schrägung angewandt, so daß von einem eingeregelten Schrägungsverlauf gesprochen werden kann.

Der diesbezügliche Schrägungswinkel Alpha beträgt ca. 60 Grad, bezogen auf die horizontale Auflagebasis des Bauteils 1.

Aus der Betrachtungsrichtung B in Fig. 1 ergibt sich dagegen eine vertikale Ausrichtung (vergleiche Fig. 4) zur genannten Basis.

Der Begriff "mittlere Länge" ist gewählt, weil die Zwischen­ stege 4 jeweils aus schwach gedrillten Einzelstegen 4′, 4′′ bestehen, die echte Länge als größer ausfällt. Der schwach wendelförmige Anstieg ergibt sich aus der perspektivischen Darstellung, Fig. 1. Ein Einzelsteg wechselt, in Richtung Pfeil B gesehen, von hinten nach vorne in Neigungsrichtung, und zwar bezogen auf den lagenseitigen Austrittsbereich.

Der Zwischensteg 4 ist so zu einer 8 gedrillt (vergleichbar einem um seine Längsachse um 180 Grad verdrehten Ovalring), wobei die Einzelstege 4′, 4′′ in ihrem Überkreuzungsbereich 5 miteinander verbunden sind. Erreicht sind solche knoten­ punktartigen Überkreuzungsbereiche 5 durch berührendes Auf­ einanderliegen der die 8 bildenden Schleifenabschnitte der Zwischenstege 4.

Im lagenseitigen Austrittsbereich und entsprechend natürlich auch im Eintrittsbereich weisen die Zwischenstege 4 sockelar­ tige Übergangsbereiche 6 auf, etwa überirdischen Wurzelansät­ zen von Bäumen etc. vergleichbar. Das führt zu einem prak­ tisch kegelstumpfartigen Übergang zwischen der Innenseite der Lagen und den Beabstandungselementen. Die Kebelstumpf­ basis entspricht dem Mehrfachen des Querschnitts eines Ein­ zelsteges 4′ bzw. 4′′. Die in Fig. 1 oberseitig erkennbaren Kreisfelder sollen den Lagen-Eintrittsbereich der Zwischen­ stege 4 symbolisieren. Es liegt eine W-Einbindung zugrunde.

Der als 8 gestaltete Zwischensteg 4 schafft nach Bindung im Überkreuzungsbereich 5 zwei tropfenförmige oder kettenglied­ artige Abschnitte, deren Höhlung mit a, b bezeichnet ist, und die je nach Nachbarschaftlage der Einzelstege 4′, 4′′, je­ doch auch ganz oder teilweise mit Harz ausgefüllt sein kön­ nen.

So oder auch bei Freistand der Einzelstege 4′, 4′′ ergibt sich stets ein hochfester, säulenartiger, trotzdem eine gewisse Flexibilität auch in Achsrichtung aufweisender Di­ stanzkörper.

Partielle Belastungen an den Breitflächen des Bauteiles 1 bringen auch die im weiteren Umfeld liegenden Zwischenstege in Beteiligung, da zufolge der leichten, überdies auch noch gleichgerichteten Neigungslage eine gegenläufige Verschiebe­ bewegung (Pfeile z, z′ in Fig. 1) der Lagen 2 und 3 auf­ kommt. Neben dieser guten Lastverteilung wirkt sich auch noch die beschriebene Gestalt der Zwischenstege 4 kräftever­ zehrend aus.

Getränkt ist die erläuterte Gewebestruktur mit markerhältli­ chem Harz plus Härter. Die überschüssige Harzmenge wird abgequetscht oder ausgerollt, so daß die innere Struktur bis auf die benetzten, stegbildenden Stützfäden und die beiden getränkten Gewebelagen harzfrei ist. Die jeweils etwas ortsversetzten Eintrittsbereiche der Einzelstege 4′, 4′′ führen zu einer Gleitbewegung an den Schenkelabschnitten bis in die maximale Rückstellzone. Hierbei Wird genügend Harz abstreifend mitgeschleppt, so daß die Überkreuzungsbereiche 5 gut harzgesättigt sind; es wird auf Fig. 2 verwiesen, aus der eine solche Harzanhäufungszone erkennbar ist. Die ent­ sprechende Evakuierung an Harz geschieht in einem Umfang, daß die Rückstellkraft der Zwischenstege 4 freigegeben wird, bis diese, wie schon angedeutet, ihre Grund- oder Endstel­ lung erreichen. Nach dem Trockenprozeß ergeben sich ausge­ härtete Bauteile von hoher Steifigkeit und Druckfestigkeit. Die gute Verformbarkeit des Velourgewebes bzw. Raschelplüsch­ gewebe läßt auch die Herstellung leicht sphärisch gekrümmter Bauteile zu.

Durch lokales und unterschiedliches Zusammendrücken der getränkten Gewebe lassen sich ferner verschiedene Bauteil­ stärken aus einem Gewebe realisieren.

Der verwirklichte sandwichartige Aufbau wirkt zufolge einer einzigen zusammenhängenden Struktur jeder Delaminierungsten­ denz, etwa im Sinne eines Ablösens einer Lage, entgegen.

Im Falle größerer, die Webbreite überschreitender Bauteile wird ein solches Bauteil 1 aus mehreren Gewebeabschnitten 1′, 1′′ zusammengesetzt. Hierzu wird der eine Velour- Gewebeabschnitt 1′ im Verbindungsbereich zum andern Velour- Gewebeabschnitt 1′′ gespalten. Diese Maßnahme geht aus der schematischen Darstellung in Fig. 5 hervor. Der Spalt ist dort mit 7 bezeichnet und wird durch einen Mittenschnitt entsprechend der gewünschten Überlappungstiefe erzeugt. Die korrespondierende Randzone des anschließenden Gewebeab­ schnitts 1′′ setzt man in die so geschaffene Öffnung ein. Unter Beibehaltung einer gleichbleibenden Gesamtdicke des Bauteiles 1 werden die verbindungsbereichsnahen Randlagen in Richtung des Abstandsraumes zusammengedrückt. Es folgt dann das beschriebene Tränken mittels Harz sowie Ausquetschen. Das Gewebe stellt sich in der erläuterten Weise zurück. Durch rückenseitige Abstützung im Verbindungsbereich V kann die entsprechende Rückstellung begrenzt werden, so daß eine durchgehend gleiche Dicke des Bauteiles 1 vorliegt. Die stärker abgeplattete Randzone verschwindet im sowieso vorhan­ denen Abstandsraum. Die durch Spaltschnitt freistehenden bürstenartigen Stegstoppeln vergraben sich verankernd in der Außenseite des überlappten Randes des Gewebeabschnitts 1′′. Letzteres führt zu einem innigen haltbaren Verbund.

Alle in der Beschreibung erwähnten und in der Zeichnung dargestellten neuen Merkmale sind erfindungswesentlich, auch soweit sie in den Ansprüchen nicht ausdrücklich beansprucht sind.

Claims (9)

1. Bauteil auf Velours-Gewebebasis, beispielsweise auf Basis eines Raschelplüschgewebes, mit mindestens einer er­ sten und einer zweiten Lage und diese Lagen verbindenden Zwischenstegen, dadurch gekennzeichnet, daß das Veloursgewe­ be aus einem technischen Garn wie Aramidfaser, Kohlefaser, Keramikfaser oder insbesondere Glasfaser besteht, und daß das Velourgewebe ausgehärtet verharzt ist, wobei die Zwi­ schenstege (4) starre Beabstandungselemente der ersten Lage (2) und zweiten Lage (3) bilden.

2. Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere Länge der Zwischenstege (4) größer ist als der Abstand (x) zwischen den Lagen (2, 3).

3. Bauteil nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenstege (4) eingeregelt geschrägt verlaufen.

4. Bauteil nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeich­ net, daß ein Zwischensteg (4) aus zwei schwach gedrillten Einzelstegen (4′, 4′′) besteht.

5. Bauteil nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischensteg (4) aus 8-förmig verdrillten Einzelstegen (4′, 4′′) besteht.

6. Bauteil nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeich­ net, daß die Einzelstege (4′, 4′′) in ihrem Überkreuzungsbe­ reich (5) miteinander verbunden sind.

7. Bauteil nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenstege (4) im Austrittsbereich der Lagen (2, 3) sockelartige Übergangsbe­ reiche (6) aufweisen.

8. Verfahren zur Herstellung eines Bauteiles nach einem der Ansprüche 1 bis 7 durch Verharzen und nachfolgendes Aushär­ ten eines Gewebes, wobei nach dem Verharzen des Gewebes eine Teilentfernung von Harz durch Auspressen vorgenommen wird, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung eines Veloursgewe­ bes, insbesondere Raschelplüschgewebes, welches Zwischenste­ ge als starre Beabstandungselemente zwischen der ersten und zweiten Lage bildet, die Entfernung von Harz in einem sol­ chen Umfang erfolgt, daß die Rückstellkraft von Zwischenste­ gen (4) freigegeben wird.

9. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Bauteil aus mehre­ ren Gewebeabschnitten zusammengesetzt wird, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein Velours-Gewebeabschnitt (1′) im Verbin­ dungsbereich (V) gespalten und der andere Velours-Gewebeab­ schnitt (1′′) in die so beschaffene Öffnung eingelegt wird.