EP0867548A2 - Textiles Gewirk als Verstärkungseinlage zur Herstellung dreidimensionaler faserverstärkter Gegenstände - Google Patents

Textiles Gewirk als Verstärkungseinlage zur Herstellung dreidimensionaler faserverstärkter Gegenstände Download PDF

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EP0867548A2
EP0867548A2 EP98105332A EP98105332A EP0867548A2 EP 0867548 A2 EP0867548 A2 EP 0867548A2 EP 98105332 A EP98105332 A EP 98105332A EP 98105332 A EP98105332 A EP 98105332A EP 0867548 A2 EP0867548 A2 EP 0867548A2
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EP
European Patent Office
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knitted fabric
loops
reinforcing fibers
fabric according
stitch
Prior art date
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EP98105332A
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Inventor
Sabina Hoeck
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Hoeck Wolfgang Dipl-Ing
Original Assignee
Hoeck Wolfgang Dipl-Ing
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Publication date
Application filed by Hoeck Wolfgang Dipl-Ing filed Critical Hoeck Wolfgang Dipl-Ing
Publication of EP0867548A2 publication Critical patent/EP0867548A2/de
Publication of EP0867548A3 publication Critical patent/EP0867548A3/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • D—TEXTILES; PAPER
    • D04—BRAIDING; LACE-MAKING; KNITTING; TRIMMINGS; NON-WOVEN FABRICS
    • D04B—KNITTING
    • D04B21/00—Warp knitting processes for the production of fabrics or articles not dependent on the use of particular machines; Fabrics or articles defined by such processes
    • D04B21/14—Fabrics characterised by the incorporation by knitting, in one or more thread, fleece, or fabric layers, of reinforcing, binding, or decorative threads; Fabrics incorporating small auxiliary elements, e.g. for decorative purposes
    • D04B21/16—Fabrics characterised by the incorporation by knitting, in one or more thread, fleece, or fabric layers, of reinforcing, binding, or decorative threads; Fabrics incorporating small auxiliary elements, e.g. for decorative purposes incorporating synthetic threads
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D10—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBLASSES OF SECTION D, RELATING TO TEXTILES
    • D10B—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBLASSES OF SECTION D, RELATING TO TEXTILES
    • D10B2403/00—Details of fabric structure established in the fabric forming process
    • D10B2403/03—Shape features
    • D10B2403/033—Three dimensional fabric, e.g. forming or comprising cavities in or protrusions from the basic planar configuration, or deviations from the cylindrical shape as generally imposed by the fabric forming process
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D10—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBLASSES OF SECTION D, RELATING TO TEXTILES
    • D10B—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBLASSES OF SECTION D, RELATING TO TEXTILES
    • D10B2505/00—Industrial
    • D10B2505/02—Reinforcing materials; Prepregs

Definitions

  • the invention relates to a textile knitted fabric Reinforcement insert for the production of three-dimensional fiber-reinforced Objects according to the preamble of the claim 1.
  • the fibers allow stability, especially tensile strength, bending stiffness, torsional stiffness etc. set specifically and thus the actual Adjust stress.
  • the fiber material is thereby embedded in a plastic matrix.
  • fiber material So far, mainly fiberglass fabrics have been used, which have been bound with epoxy resin or other resins.
  • fabrics have the major disadvantage that the individual, crossing fibers (see. Fig. 12 and 13) wavy are the result that the tensile stress Fibers these are also subjected to bending.
  • Continue fabrics in warp and weft are different highly resilient and can be perpendicular to the surface practically do not deform the flat fabric. Tissues are therefore it should only be used sensibly where smooth surfaces with low curvature can be produced should or areas that are distortion-free unwind a flat surface.
  • fibers with a more directional orientation are increasingly becoming Structure used (see. Fig. 10 and 11).
  • the mono-axial fibers all lie Fibers elongated parallel to each other and without bending in one level.
  • Your surface structure is knitted Twine made what on warp knitting machines (too Called jacquard or rustling machines).
  • Directional Structures come in different designs usual, for example mono-axial warp direction, mono-axial Shot direction, horizontal and vertical bi-axial (cf. 10 and 11), diagonal-bi-axial, diagonal and weft-tri-axial, diagonal and horizontal tri-axial as well as multi-axial up to four axis directions, with the diagonal angle can move between 30 ° and 60 °.
  • a disadvantage of this structure is that in the non-deformed or only slightly deformed parts Thread reserve is present, increasing the strength in these Areas after the deformation is reduced and the weight of the knitted fabric is unnecessarily high.
  • the object of the invention is the known textile knitted fabric to further improve that it is optimal to the object to be manufactured is adapted to all Provide the optimal strength with as little as possible Weight there.
  • the basic principle of the invention consists in the two-dimensional So build flat knitted fabric so that the length the reinforcing fibers as exactly as possible the desired corresponds to three-dimensional shape. To do this only or loops near the points to be deformed formed such a length that after complete three-dimensional Deformation of all reinforcing fibers and both the deformed as well as the undeformed reinforcing fibers are stretched loop-free. So it will only be specifically formed loops where they are for the three-dimensional deformed object are needed. These loops are placed as close as possible to the deformation point, so that when deforming the "thread reserve" from the immediate Is brought close, with which the internal friction when deforming is reduced. This also avoids that too much stress on the fibers during forming and can tear or break.
  • any fibers can be used as reinforcing fibers be such.
  • the shape of the individual fibers is also arbitrary, such as B. single fibers, spun fibers, ribbons or the like.
  • the reinforcement fibers are preferably before their processing impregnated as a knitted fabric in synthetic resin. So achieved one that after the deformation in all places essentially the same amount of resin is present.
  • electrically conductive heating wires be introduced during the deformation process ensure an even heat distribution in which they are heated by electric current. In the previous construction was in the places where the greatest deformation takes place, the least warming and vice versa.
  • the mesh loops that serve as a support grid are used for an embodiment of the invention only to the extreme highly deformed areas torn while being at the others Make another carry or support function.
  • Fig. 1 shows schematically a flat, flat section of a textile knitted fabric 1, which has a variety of reinforcing fibers V1 ... V6, which is characterized by a variety of Mesh chains M1 ... M7 lying parallel to each other to be kept in a large area. These chains of stitches form the binding material.
  • the length of each Stitches 2 is constant so that the whole structure is one rectangular grid (e.g. A1, B1) has with the individual Sections A1 to A15 in the longitudinal direction of the stitch chains and across it the distance between two adjacent chains, such as B. the distance B1 between the stitch chain M1 and the mesh chains M2.
  • the reinforcing fibers are to be deformed three-dimensionally placed in loops S1 while in the places where the knitted fabric is not deformed out of the plane is, essentially elongated along the respective Mesh chain run.
  • the fibers therefore run in sections A1 and A2 from chain M1 to chain M2 and back to stitch chain M1 as loop S1.
  • a larger thread reserve is required for A3 to A6.
  • the reinforcing fibers therefore form larger loops S2 and S3, which range from the M1 chain to the chain chain M4 and back (loop S1) and over sections A5 and A6 extend as a loop S3.
  • the loop formation proceeds the reinforcement fiber from section to section (e.g. from A1 to A2) always around a stitch 2 of the stitch chain ahead, d. H. the respective reinforcing fiber is in each of sections A1 ... A15 exactly once on a stitch 2 attached to the chains.
  • sections A1 to A3 shown another variant of the invention, at that of the single reinforcing thread V1 within a section forms several loops.
  • Section A1 forms he, for example, two loops S1 and S2, which differ from of chain chain M1 to chain chain M3.
  • the reinforcing fiber V1 spans the mesh chain M2 and can also be attached to this by the Reinforcing fiber V1 under the longitudinal one Section 3 of the stitch chains passed and with it fixed.
  • section A3 it forms three loops S3, S4, S5, which also extends from stitch chain M1 to Stretch stitch chain M3.
  • section A3 it also forms three loops S6, S7, S8, two of which (S6, S7) from chain M1 to chain M3 and the third (S8) extends from stitch chain M1 to stitch chain M4.
  • Section A4 contains only a complete one Loop S9 from the stitch in section A4 goes out (M1), runs to the stitch chain M2 and inside of the same section A4 returns to the same stitch. In this way it is possible to have a higher internal thread reserve to store without the individual loops too become long.
  • FIG. 1 Another variant is in sections A7 to A12 shown, in which a loop S10 over several Sections A7 to A12 extends.
  • the loop S10 begins on the stitch of stitch loop M1 in section A7 attached to stitch chain M2 only in section A9 and from there goes back to the stitch of the chain M1 in the Section A12.
  • the loop S10 thus extends over several successive stitches.
  • the arrangement can be symmetrical or asymmetrical.
  • the loop S11 is very asymmetrical. It starts in section A12 on chain stitch M1, goes in section A15 to stitch chain M3 and inside the same section A15 back to stitch chain M1.
  • the required thread reserve can be almost any vary, which, together with the chosen grid dimension it is ensured that with completely deformed knitted fabric all reinforcement threads are fully stretched and in the process have the best reinforcement properties.
  • 3 to 6 show an application example of the textile Knitted fabric, three-dimensional to a truncated pyramid 4 is deformed.
  • Fig. 3 shows schematically a cross section of the truncated pyramid 4 and a dashed line projected onto it square grid. Is the pitch angle of the Pyramid frustum - as shown - exactly 45 °, so must in the corresponding grids on the ascent page 5 and the waste side 6 of the truncated pyramid 4 of the reinforcing thread V1 in relation to the length 1.414 (root 2) to length 1 of the square grid.
  • Fig. 4 shows a top view of the flat, yet undeformed knitted fabric in projection onto the truncated pyramid 4. From this Fig. it can be seen that only the reinforcing fibers V4 to V12, which run over the two pyramid surfaces 5 and 6, be stretched during deformation and therefore a thread reserve have to form.
  • the pyramid sides 7 and 8 and the upper, flat surface 9 are the reinforcing fibers of the flat textile knitted fabric already stretched as it does not stretch when deformed Need to become.
  • 5 shows a schematic top view of a truncated pyramid-shaped body 4 with deformed textile knitted fabric. It can be seen that all reinforcing fibers V1 to V15 stretched in all areas 5 to 9 are.
  • Fig. 6 shows a perspective view of the truncated pyramid 4 of FIG. 5, here as well as in FIG. 3 to 5 the binding threads are omitted.
  • the total extension to the apex is 11 7.85.
  • the corresponding thread reserve is, as in FIG. 8 shown, as far as possible within the respective Section A1, A2 ... housed or "saved", so that the required reserve length when the knitted fabric is deformed can be taken from the respective section and not or only to a very small extent from neighboring Sections must be fetched.
  • Thread reserve is one perspective view of the corresponding spherical cap 11 with fully stretched and precisely adapted to the shape Reinforcing fibers V1 ... shown. In the undeformed Areas of the binding thread M are also shown schematically. The binding thread is not shown in the deformed part, because it is destroyed during the deformation.
  • each of the illustrated embodiments only a uniaxial thread structure of the reinforcing fibers shown.
  • the invention then works in such cases with multilayer structures, the main axes of which are under one Angle to each other.
  • the individual layers are then constructed in the same way as in the previously described Embodiments, with the individual layers by the binding threads or stitch chains connected are, so that the relative arrangement of the individual layers is fixed to each other.
  • Reinforcing fibers such as. B. the reinforcing fiber V1 in Fig. 9, which runs along the spherical meridian, particularly to mark, for example by a color marking. This allows the knitted fabric to be positioned precisely for deformation will.
  • the reinforcing fibers to design the textile knitted fabric differently, be it by choosing different materials or by choosing different material thicknesses, whereby one can specifically influence the respective strength.
  • FIGS. 10 and 11 show a plan view and a cross section of a textile knitted fabric with directional Structure according to the state of the art.
  • the threads of the corresponding Directions, d. H. the longitudinal threads L1 to Ln and the transverse threads Q1 to Qn each lie in one plane and are linked together by binding threads B1 to Bn. All longitudinal and transverse threads are stretched in a straight line.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

Das textile Gewirk (1) als Verstärkungseinlage zur Herstellung dreidimensionaler faserverstärkter Gegenstände hat eine Vielzahl von Verstärkungsfasern (V), die mit Bindefäden in Form von Maschenketten (M) im Gewirk (1) zusammengehalten werden. Durch Schlaufenbildung (S) der Verstärkungsfasern wird eine innere Fadenreserve gebildet. Die Schlaufen (S) sind jeweils nahe den zu verformenden Stellen angeordnet. Die Länge der Schlaufen (S) ist so bemessen, daß nach vollständiger dreidimensionaler Verformung alle Verstärkungsfasern (V) und zwar sowohl die verformten als auch die nicht verformten schlaufenfrei gestreckt sind.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein textiles Gewirk als Verstärkungseinlage zur Herstellung dreidimensionaler faserverstärkter Gegenstände gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Auf vielen technischen Gebieten geht man vermehrt zu einer Leichtbauweise über und verwendet dabei faserverstärkte Kunststoffe. Durch die Fasern läßt sich die Stabilität, insbesondere die Zugfestigkeit, Biegesteifigkeit, Torsionssteifigkeit etc. gezielt einstellen und damit der tatsächlichen Beanspruchung anpassen. Das Fasermaterial wird dabei in eine Kunststoffmatrix eingebettet. Als Fasermaterial wurden bisher überwiegend Glasfaser-Gewebe eingesetzt, die mit Epoxidharz oder sonstigen Harzen gebunden wurden. Gewebe haben aber den wesentlichen Nachteil, daß die einzelnen, sich kreuzenden Fasern (vgl. Fig. 12 und 13) gewellt sind mit der Folge, daß bei einer Zugbeanspruchung der Fasern diese auch auf Biegung beansprucht werden. Weiter sind Gewebe in Kett- und Schußrichtung unterschiedlich stark belastbar und lassen sich senkrecht zur Oberfläche des ebenen Gewebes praktisch nicht verformen. Gewebe sind daher im wesentlichen nur dort sinnvoll einzusetzen, wo glatte Flächen mit geringer Wölbung hergestellt werden sollen bzw. solche Flächen, die sich verzerrungsfrei auf eine ebene Fläche abwickeln lassen.
Aus diesen Gründen werden zunehmend Fasern mit richtungsorientierter Struktur verwendet (vgl. Fig. 10 und 11). Im einfachsten Fall der mono-axialen Fasern liegen alle Fasern parallel zueinander langgestreckt und ohne Biegung in einer Ebene. Ihre Flächenstruktur wird durch gewirkte Bindefäden hergestellt, was auf Kettenwirkmaschinen (auch Jacquard- oder Raschelmaschinen genannt) erfolgt. Richtungsorientierte Strukturen sind in verschiedenen Ausführungen üblich, beispielsweise mono-axiale Kettrichtung, mono-axiale Schußrichtung, horizontal- und vertikal-bi-axial (vgl. Fig. 10 und 11), diagonal-bi-axial, diagonal- und Schuß-tri-axial, diagonal- und horizontal-tri-axial sowie multi-axial bis zu vier Achsrichtungen, wobei sich der diagonale Winkel zwischen 30° und 60° bewegen kann. Die Bindefäden haben dabei lediglich die Aufgabe, die relative Lage der Fasern zueinander aufrecht zu halten. Sie haben aber keine Verstärkungsfunktion im faserverstärkten Kunststoff.
Auch diese Gewirke lassen sich jedoch - ähnlich wie Gewebe - nicht bzw. nur sehr gering in Richtung senkrecht zur Ebene des textilen Gewirkes verformen. Die DE 42 18 860 A1 schlägt daher ein textiles Gewirk mit hohem Umformungsvermögen vor, bei dem Verstärkungsfasern in dem später umzuformenden Bereich schlaufenförmig im Gewirk angeordnet sind, womit eine innere Fadenreserve gebildet wird, die beim Verformen, wie z. B. dem Tiefziehen gestreckt wird. Die Bindefäden sind als herkömmliche, auf Wirkmaschinen erzeugte Maschenketten hergestellt, die beim Auflösen der inneren Fadenreserve, d. h. beim Verformungsprozeß zerstört werden und zwar entweder allein durch mechanische Kräfte beim Umformungsprozeß zerrissen werden oder durch mechanische und thermische Energie plastifiziert und/oder geschmolzen werden. Die innere Fadenreserve wird dadurch gebildet, daß die Verstärkungsfäden in Schlaufen oder Schlingen verlegt werden und dabei ein oder mehrere nebeneinander liegende Maschenketten von Bindefäden überkreuzen. Hierbei hat das Gewirk vor der Verforumung auf seiner gesamten Fläche diese innere Fadenreserve.
Nachteilig an dieser Struktur ist jedoch noch, daß auch in den nicht oder nur gering verformten Teilen eine innere Fadenreserve vorhanden ist, wodurch die Festigkeit in diesen Bereichen nach der Verformung verringert ist und das Gewicht des Gewirkes unnötig hoch ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, das bekannte textile Gewirk dahingehend weiter zu verbessern, daß es optimal an den herzustellenden Gegenstand angepaßt ist und diesem an allen Stellen die optimale Festigkeit bei möglichst geringem Gewicht gibt.
Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Das Grundprinzip der Erfindung besteht darin, das zweidimensionale, also flächige Gewirk so aufzubauen, daß die Länge der Verstärkungsfasern möglichst exakt der gewünschten dreidimensionalen Form entspricht. Hierzu werden nur an oder in der Nähe der zu verformenden Stellen Schlaufen solcher Länge gebildet, daß nach vollständiger dreidimensionaler Verformung alle Verstärkungsfasern und zwar sowohl die verformten als auch die nicht verformten Verstärkungsfasern schlaufenfrei gestreckt sind. Es werden also nur dort gezielt Schlaufen gebildet, wo sie für den dreidimensionalen verformten Gegenstand benötigt werden. Diese Schlaufen werden so nah wie möglich der Verformungsstelle gelegt, so daß beim Verformen die "Fadenreserve" aus der unmittelbaren Nähe geholt wird, womit die innere Reibung beim Verformen herabgesetzt ist. Dadurch wird auch vermieden, daß während des Verformens die Fasern zu stark beansprucht werden und reißen oder brechen können.
Als Verstärkungsfasern können beliebige Fasern verwendet werden, wie z. B. Glasfasern, Kohlefasern, Aramid- oder Metallfäden. Auch die Form der einzelnen Fasern ist beliebig, wie z. B. Einzelfasern, gesponnene Fasern, Bänder oder ähnliches.
Die Verstärkungsfasern sind vorzugsweise vor Ihrer Verarbeitung als Gewirk in Kunstharz getränkt. Damit erreicht man, daß nach der Verformung an allen Stellen im wesentlichen die gleiche Menge an Kunstharz vorhanden ist.
Zusätzlich oder alternativ dazu, können parallel zu den Verstärkungsfasern laufende Fäden aus Thermoplast oder Duroplast eingelegt werden, die während des Verformens oder bei der Herstellung des dreidimensionalen Gegenstandes geschmolzen werden. Auch dadurch wird erreicht, daß der fertige dreidimensionale Gegenstand eine sehr gleichmäßige Verteilung von Kunststoff hat.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung können parallel zu den Verstärkungsfäden elektrisch leitfähige Heizdrähte eingebracht werden, die während des Verformungsvorganges für eine gleichmäßige Wärmeverteilung sorgen, in denen sie durch elektrischen Strom aufgeheizt werden. Bei der bisherigen Bauweise war nämlich gerade an den Stellen, wo die größte Verformung stattfindet, die geringste Erwärmung und umgekehrt.
Die als Tragegitter dienenden Maschenschlaufen werden bei einer Ausgestaltung der Erfindung nur an den extrem hochverformten Stellen zerrissen, während sie an den anderen Stellen noch eine Trage- oder Stützfunktion übernehmen.
Kurz zusammengefaßt kann mit dem textilen Gewirk nach der Erfindung ein dreidimensionaler Gegenstand hergestellt werden, bei dem die Verstärkungsfasern in allen Bereichen gestreckt liegen. Es ist also nur dort eine innere Fadenreserve vorhanden, wo sie wirklich benötigt wird. die Fadenreserve wird in der Praxis auf einer Jaquard- oder Raschelmaschine durch eine Einzelfadensteuerung gebildet. An keiner Stelle des fertigen Gegenstandes ist eine überschüssige Fadenreserve vorhanden. Damit haben alle Verstärkungsfasern des fertigen Gegenstandes an allen Stellen die optimale Festigkeit und der herzustellende Gegenstand hat trotzdem das minimal mögliche Gewicht.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit der Zeichnung ausführlicher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1
eine Prinzipskizze eines Gewirkes nach einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 2
eine Prinzipskizze eines Gewirkes nach einem zweiten und einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 3 bis 6
ein Anwendungsbeispiel der Erfindung zur Herstellung eines Pyramidenstumpfes in Schnittdarstellung des Pyramidenstumpfes (Fig. 3), in Draufsicht auf das noch unverformte Gewirk (Fig. 4), in Draufsicht auf das verformte Gewirk (Fig. 5) sowie in perspektivischer Ansicht des verformten Gewirkes (Fig. 6);
Fig. 7 bis 9
ein Anwendungsbeispiel der Erfindung zur Herstellung eines kugelkalottenförmigen Körpers in Schnittdarstellung (Fig. 7), in Draufsicht auf das noch unverformte Gewirk (Fig. 8) und in perspektivischer Darstellung des verformten Gewirkes (Fig. 9);
Fig. 10 und 11
eine Draufsicht und eine Schnittdarstellung eines bi-axialen Gewirkes nach dem Stand der Technik; und
Fig. 12 und 13
eine Draufsicht und eine Schnittdarstellung eines Gewebes nach dem Stand der Technik.
Fig. 1 zeigt schematisch einen flächigen, ebenen Ausschnitt eines textilen Gewirkes 1, das eine Vielzahl von Verstärkungsfasern V1...V6 aufweist, die durch eine Vielzahl von parallel nebeneinander liegenden Maschenketten M1...M7 im flächigen Verbund gehalten werden. Diese Maschenketten bilden dabei das Bindematerial. Die Länge der einzelnen Maschen 2 ist konstant, so daß die gesamte Struktur ein rechteckiges Raster (z. B. A1, B1) aufweist mit den einzelnen Abschnitten A1 bis A15 in Längsrichtung der Maschenketten und quer dazu dem Abstand zwischen zwei benachbarten Maschenketten, wie z. B. dem Abstand B1 zwischen der Maschenkette M1 und der Maschenketten M2.
An den Stellen, an denen die Struktur aus der Ebene heraus dreidimensional verformt werden soll, sind die Verstärkungsfasern in Schlaufen S1 gelegt, während sie an den Stellen, an denen das Gewirk nicht aus der Ebene heraus verformt wird, im wesentlichen langgestreckt längs der jeweiligen Maschenkette verlaufen. Beispielsweise wird in den Abschnitten A1 und A2 eine bestimmte Längung aller Fasern gewünscht. Die Fasern verlaufen daher in den Abschnitten A1 und A2 von der Maschenkette M1 zur Maschenkette M2 und zurück zur Maschenkette M1 als Schlaufe S1. In den Abschnitten A3 bis A6 wird eine größere Fadenreserve benötigt. Die Verstärkungsfasern bilden daher größere Schlaufen S2 und S3, die sich von der Maschenkette M1 bis zur Maschenkette M4 und zurück (Schlaufe S1) und über die Abschnitte A5 und A6 als Schlaufe S3 erstrecken. In den Abschnitten A7 bis A12 wird dagegen keine oder nur minimale Fadenreserve benötigt. Die Verstärkungsfasern laufen daher längs der jeweiligen Maschenkette und sind schon weitestgehend gestreckt. In den Abschnitten A13 bis A15 wird wiederum eine höhere Fadenreserve benötigt. Die Schlaufen S4 der Verstärkungsfasern gehen dabei bis zur vierten Maschenkette also beispielsweise von der Maschenkette M1 bis zur Maschenkette M5 und wieder zurück.
Bei diesem Ausführungsbeispiel schreitet bei der schlaufenbildung die Verstärkungsfaser von Abschnitt zu Abschnitt (z. B. von A1 zu A2) immer um eine Masche 2 der Maschenkette voran, d. h. die jeweilige Verstärkungsfaser ist in jedem der Abschnitte A1...A15 genau einmal an einer Masche 2 der Maschenketten befestigt.
Im Ausführungsbeispiel der Fig. 2 ist in den Abschnitten A1 bis A3 eine andere Variante der Erfindung gezeigt, bei der der einzelne Verstärkungsfaden V1 innerhalb eines Abschnittes mehrere Schlaufen bildet. Im Abschnitt A1 bildet er beispielsweise zwei Schlaufen S1 und S2, die sich von der Maschenkette M1 bis zur Maschenkette M3 erstrecken. Die Verstärkungsfaser V1 überspannt dabei die Maschenkette M2 und kann an dieser ebenfalls befestigt sein, indem die Verstärkungsfaser V1 unter dem in Längsrichtung verlaufenden Abschnitt 3 der Maschenketten hindurch geführt und damit fixiert. Im Abschnitt A3 bildet er drei Schlaufen S3, S4, S5, die sich ebenfalls von der Maschenkette M1 bis zur Maschenkette M3 erstrecken. Im Abschnitt A3 bildet er auch drei Schlaufen S6, S7, S8, von denen sich zwei (S6, S7) von der Maschenkette M1 zur Maschenkette M3 und die dritte (S8) von der Maschenkette M1 bis zur Maschenkette M4 erstreckt. Im Abschnitt A4 befinden sich nur eine vollständige Schlaufe S9, die von der im Abschnitt A4 befindlichen Masche ausgeht (M1), zur Maschenkette M2 verläuft und innerhalb desselben Abschnittes A4 zu derselben Masche zurückkehrt. Auf diese Weise ist es möglich, eine höhere innere Fadenreserve zu speichern, ohne daß die einzelnen Schlaufen zu lang werden.
In den Abschnitten A7 bis A12 ist eine andere Variante dargestellt, bei der sich eine Schlaufe S10 über mehrere Abschnitte A7 bis A12 erstreckt. Die Schlaufe S10 beginnt an der Masche der Maschenschlaufe M1 im Abschnitt A7, ist an der Maschenkette M2 nur im Abschnitt A9 befestigt und geht von dort zurück zur Masche der Maschenkette M1 im Abschnitt A12. Die Schlaufe S10 erstreckt sich damit über mehrere aufeinanderfolgende Maschen. Die Anordnung kann dabei symmetrisch oder auch unsymmetrisch sein. In den Abschnitten A12 bis A15 ist die Schlaufe S11 stark unsymmetrisch. Sie beginnt im Abschnitt A12 an der Maschenkette M1, geht im Abschnitt A15 zur Maschenkette M3 und innerhalb desselben Abschnittes A15 wieder zurück zur Maschenkette M1.
Durch diese verschiedenen dargestellten Variationsmöglichkeiten läßt sich die benötigte Fadenreserve nahezu beliebig variieren, wodurch, zusammen mit dem gewählten Rastermaß sichergestellt ist, daß bei vollständig verformten Gewirk alle Verstärkungsfäden vollständig gestreckt sind und dabei die besten Verstärkungseigenschaften haben.
Die Fig. 3 bis 6 zeigen ein Anwendungsbeispiel des textilen Gewirkes, das dreidimensional zu einem Pyramidenstumpf 4 verformt wird.
Fig. 3 zeigt schematisch einen Querschnitt des Pyramidenstumpfes 4 und in gestrichelten Linien ein darauf projiziertes quadratisches Raster. Beträgt der Steigungswinkel des Pyramidenstumpfes - wie dargestellt - genau 45°, so muß sich in den entsprechenden Rastern der Anstiegsseite 5 und der Abfallseite 6 des Pyramidenstumpfes 4 der Verstärkungsfaden V1 um den Faktor 1,414 (Wurzel 2) längen bezogen auf die Länge 1 des quadratischen Rasters. Fig. 4 zeigt eine Draufsicht des ebenen, noch unverformten Gewirkes in Projektion auf den Pyramidenstumpf 4. Aus dieser Fig. ist zu erkennen, daß nur die Verstärkungsfasern V4 bis V12, die über die beiden Pyramidenflächen 5 und 6 laufen, beim Verformen gestreckt werden und daher eine Fadenreserve bilden müssen. In allen anderen Bereichen, d. h. den Pyramidenseiten 7 und 8 sowie der oberen, ebenen Fläche 9 sind die Verstärkungsfasern des ebenen textilen Gewirkes schon gestreckt verlegt, da sie bei Verformung nicht gelängt werden müssen. Fig. 5 zeigt eine schematische Draufsicht eines pyramidenstumpfförmigen Körpers 4 mit verformtem textilen Gewirk. Dabei ist zu erkennen, daß alle Verstärkungsfasern V1 bis V15 in allen Bereichen 5 bis 9 gestreckt sind.
Fig. 6 zeigt eine perspektivische Darstellung des Pyramidenstumpfes 4 der Fig. 5, wobei auch hier, wie auch bei Fig. 3 bis 5 die Bindefäden fortgelassen sind.
Die Fig. 7 bis 9 zeigen ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem das textile Gewirk zu einer Kugelkalotte 10 verformt wird. Der Schnitt der Fig. 7 läuft längs des Meridians der Kugel deren Radius hier 5 Längeneinheiten betrage. Die über den Meridian laufende Verstärkungsfaser V1 muß dabei im ersten Abschnitt A1, der eine Längeneinheit von 1 aufweist, stark gestreckt werden. Beträgt der Winkel α1 vom Kugelmittelpunkt zum Schnittpunkt der Rasterlinie A und dem Verstärkungsfaden V arccos (0,8) = 36,87°, so ist die Länge L1 des Verstärkungsfadens in diesem Abschnitt daher α1 * 2 * π * R/360 = 3,217 Längeneinheiten. In diesem Abschnitt muß also der Verstärkungsfaden um den Faktor 3,217 gestreckt werden, um glatt längs der Meridianlinie zu verlaufen. In entsprechender Weise errechnen sich die Längen
  • L2 = 1,41,
  • L3 = 1,15,
  • L4 = 1,05 und
  • L5 = 1,0.
    • Die gesamte Streckung bis zum Scheitelpunkt 11 beträgt 7,85. Die entsprechende Fadenreserve ist, wie in Fig. 8 dargestellt, jeweils weitestmöglich innerhalb des jeweiligen Abschnittes A1, A2 ... untergebracht bzw. "gespeichert", so daß bei Verformung des Gewirkes die benötigte Reservelänge aus dem jeweiligen Abschnitt entnommen werden kann und nicht oder nur in sehr geringem Umfange aus benachbartem Abschnitten geholt werden muß.
    Für die weiteren Verstärkungsfäden errechnet sich die benötigte Fadenreserve in analoger Weise. In Fig. 9 ist eine perspektivische Darstellung der entsprechenden Kugelkalotte 11 mit vollständig gestreckten und exakt der Form angepaßten Verstärkungsfasern V1... dargestellt. In den unverformten Bereichen ist auch der Bindefaden M schematisch gezeigt. Im verformten Teil ist der Bindefaden nicht dargestellt, da er während der Verformung zerstört wird.
    In den dargestellten Ausführungsbeispielen ist jeweils nur eine einachsige Fadenstruktur der Verstärkungsfasern dargestellt. In den meisten Fällen wird man eine mehrachsige Struktur benötigen, da die vom verformten Gegenstand aufzunehmenden Kräfte meist auch in mehreren Achsrichtungen angreifen. In solchen Fällen arbeitet die Erfindung dann mit mehrlagigen Strukturen, deren Hauptachsen unter einem Winkel zueinander verlaufen. Die einzelnen Lagen sind dann in gleicher Weise aufgebaut wie bei den bisher beschriebenen Ausführungsbeispielen, wobei die einzelnen Lagen durch die Bindefäden bzw. Maschenketten miteinander verbunden sind, so daß die relative Anordnung der einzelnen Lagen zueinander fixiert ist.
    Zur Erleichterung der Verarbeitung ist vorgesehen, einzelne Verstärkungsfasern, wie z. B. die Verstärkungsfaser V1 in Fig. 9, die längs des Kugelmeridians läuft, besonders zu markieren, beispielsweise durch eine Farbmarkierung. Damit kann das Gewirk präzise für die Verformung positioniert werden.
    In dem Ausführungsbeispiel der Fig. 7 bis 9 wurde zur besseren Veranschaulichung ein relativ grobes Rastermaß gewählt. Dem Fachmann ist klar, daß die Anpassung der Fadenreserve umso genauer vorgenommen werden kann, je kleiner das Rastermaß gewählt wird.
    Schließlich ist es nach der Erfindung möglich, die Verstärkungsfasern des textilen Gewirkes unterschiedlich auszugestalten, sei es durch Wahl unterschiedlicher Materialien oder durch Wahl unterschiedlicher Materialstärken, wodurch man gezielt die jeweilige Festigkeit beeinflußen kann.
    Die Fig. 10 und 11 zeigen eine Draufsicht und einen Querschnitt eines textilen Gewirkes mit richtungsorientierter struktur gemäß dem Stand der Technik. Die Fäden der entsprechenden Richtungen, d. h. die Längsfäden L1 bis Ln und die Querfäden Q1 bis Qn liegen jeweils in einer Ebene und sind durch Bindefäden B1 bis Bn miteinander verkettet. Alle Längs- und Querfäden sind geradlinig gestreckt.
    Im Gegensatz hierzu sind bei dem Gewebe der Fig. 12 und 13 die Kettfäden K1 bis Kn und die Schußfäden S1 bis Sn jeweils gekreuzt, so daß schon in der ebenen Struktur die einzelnen Fäden gewellt bzw. onduliert sind, was besonders deutlich aus Fig. 13 hervorgeht.

    Claims (15)

    1. Textiles Gewirk als Verstärkungseinlage zur Herstellung dreidimensionaler faserverstärkter Gegenstände mit einer Vielzahl von in einer Richtung orientierten Verstärkungsfasern und mit Bindefäden in Form von Maschenketten, die die Verstärkungsfasern im Gewirk halten, wobei die Verstärkungsfasern im unverformten, noch ebenen Gewirk durch Schlaufenbildung eine innere Fadenreserve bilden und wobei die Bindefäden bei Verformung des Gewirkes ein sich Strecken der Schlaufen ermöglichen,
      dadurch gekennzeichnet,
      daß die Schlaufen (S) der Verstärkungsfasern (V) so gelegt sind, daß die innere Fadenreserve nahe den zu verformenden Stellen angeordnet ist und daß die Länge der Schlaufen so bemessen ist, daß nach vollständiger dreidimensionaler Verformung alle Verstärkungsfasern (V) und zwar sowohl die verformten als auch die nicht verformten schlaufenfrei gestreckt sind.
    2. Gewirk nach Anspruch 1,
      dadurch gekennzeichnet,
      daß die Schlaufen (S) der Verstärkungsfasern (V) je nach benötigter innerer Fadenreserve eine ganzzahlige Anzahl von benachbarten Maschenketten (S) überspannen.
    3. Gewirk nach Anspruch 1 oder 2,
      dadurch gekennzeichnet,
      daß die Schlaufen der Verstärkungsfasern (V) in Längsrichtung der Maschenketten (M) je nach benötigter innerer Fadenreserve ein unterschiedliches Maß des Voranschreitens haben.
    4. Gewirk nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
      dadurch gekennzeichnet,
      daß die Schlaufen in einem Rastermaß (A, B) angeordnet sind und derart verteilt sind, daß bei Verformung der überwiegende Anteil der inneren Fadenreserve innerhalb des entsprechenden Rasters liegt.
    5. Gewirk nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
      dadurch gekennzeichnet,
      daß die Verstärkungsfasern (V) im ebenen, noch unverformten Gewirk (1) ondulationsfrei in einer Ebene liegen.
    6. Gewirk nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
      dadurch gekennzeichnet,
      daß zwei oder mehr Gewirke (1) übereinander liegen, wobei die Orientierung der Verstärkungsfasern der verschiedenen Lagen in einem Winkel zwischen 30° und 90° liegt.
    7. Gewirk nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
      dadurch gekennzeichnet,
      daß eine Verstärkungsfaser (V) des Gewirkes (1) farblich gekennzeichnet ist.
    8. Gewirk nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
      dadurch gekennzeichnet,
      daß die Schlaufen (S) in Längsrichtung der Maschenketten (M) der Bindefäden eine Schrittweite von einer Masche (2) haben.
    9. Gewirk nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
      dadurch gekennzeichnet,
      daß die Schlaufen (S) in Längsrichtung der Maschenketten (M) eine Schrittweite von weniger als einer Masche (2) haben und daß innerhalb einer Masche (M) mehrere Schlaufen (S) angeordnet sind.
    10. Gewirk nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
      dadurch gekennzeichnet,
      daß die Schlaufen (S) in Längsrichtung der Maschenketten (M) eine schrittweite von mehr als einer Masche (2) haben.
    11. Gewirk nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
      dadurch gekennzeichnet,
      daß die Verstärkungsfasern (V) eines Gewirkes (1) unterschiedliche mechanische Eigenschaften haben, insbesondere aus unterschiedlichem Material bestehen oder unterschiedliche Dicke haben.
    12. Gewirk nach einem der Ansprüche 1 bis 11,
      dadurch gekennzeichnet,
      daß die Verstärkungsfasern (V) in Kunstharz getränkt sind.
    13. Gewirk nach einem der Ansprüche 1 bis 12,
      dadurch gekennzeichnet,
      daß parallel zu den Verstärkungsfasern (V) verlaufende Fasern aus Thermoplast oder Duroplast angeordnet sind.
    14. Gewirk nach einem der Ansprüche 1 bis 13,
      dadurch gekennzeichnet,
      daß parallel zu den Verstärkungsfasern (V) elektrisch leitfähige Heizdrähte angeordnet sind.
    15. Gewirk nach einem der Ansprüche 1 bis 14,
      dadurch gekennzeichnet,
      daß die Maschenketten (M) derart dimensioniert sind, daß sie bei Verformung des Gewirkes (1) nur an den extrem hochverformten Stellen zerstört bzw. zerrissen werden, während sie an den nicht oder nur gering verformten Stellen eine Trag- und Stützfunktion ausüben.
    EP98105332A 1997-03-24 1998-03-24 Textiles Gewirk als Verstärkungseinlage zur Herstellung dreidimensionaler faserverstärkter Gegenstände Withdrawn EP0867548A3 (de)

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