CH702153B1 - Verfahren zum Verbinden einer flexiblen, insbesondere textilen, Struktur. - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung befasst sich mit einem Verfahren zum Verbinden von flexiblen, insbesondere textilen, Strukturen wie zum Beispiel Garne und Zwirne, aber auch Gewebe, geflochtene Bänder und dergleichen. Es ist bekannt, dass solche flexible Strukturen unter anderem mittels Kleber verbunden werden können. Der Gebrauch eines Klebers zum Verbinden der flexiblen Struktur ist aber nicht immer möglich. Alternativ kann die flexible Struktur aus thermoplastischem Material (21, 21a) bestehen, die zuerst in eine gewünschte Form gebracht wird und danach in einem Ofen erhitzt wird, wodurch sich die Form der flexiblen Struktur verfestigt. Oftmals ist es aber nicht erwünscht oder nicht möglich, dass die ganze flexible Struktur erhitzt wird. Demgegenüber wird beim erfindungsgemässen Verfahren thermoplastisches Material (21, 21a) in der flexiblen Struktur mittels Heizdrähten (22), die in der flexiblen Struktur angebracht wurden, erhitzt. Dadurch kann einerseits auf Kleber verzichtet werden und zugleich lokal erhitzt werden. Mit dem beschriebenen Verfahren können Gegenstände des alltäglichen Gebrauchs, wie zum Beispiel Möbel und Accessoire, sowie Gegenstände im Bereich der Medizinaltechnik, der Autotechnik, der Flugzeugtechnik oder der Raumfahrttechnik hergestellt werden.

Description

Technisches Gebiet

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden einer flexiblen, insbesondere textilen, Struktur, welche ein flexibles Grundmaterial, mindestens eine thermoplastische Schmelzkomponente und mindestens einen elektrischen Leiter umfasst, sowie eine flexible, insbesondere textile, Struktur, die mit diesem Verfahren verbindbar ist.

Stand der Technik

[0002] Die vorliegende Erfindung befasst sich mit einem Verfahren zum Verbinden von flexiblen, insbesondere textilen Strukturen. Für das Verfahren geeignete flexible, insbesondere textile Strukturen sind zum Beispiel linienförmige Gebilde aus Garn, Faser oder anderen Materialien. Des Weiteren gehören zu den geeigneten flexiblen Strukturen die aus den linienförmigen Gebilden durch Verdrillen hergestellte Zwirne, Seile, Schnüre oder Kordeln sowie daraus gefertigte Gewebe, flexible Materialstrukturen wie Netze, Fabrikate und Halbfabrikate. Zudem können die geeigneten flexiblen Strukturen als Gewebe, Maschenwaren, Geflechte, durchbrochene Flächen und Nähgewirke aus Garnen, Fasern sowie Kombinationen davon angefertigt sein. Zudem sind flexible Strukturen aus Fasern, Faserverbundstoffe, insbesondere Filze und Vliesstoffe sowie Kombinationen davon wie zum Beispiel Faservliesnähgewirke, Faserlagengewirke, kaschierte Flächen und Mikrofaserstoffe, ebenfalls für das erfindungsgemässe Verfahren geeignet.

[0003] Weitere flexible Strukturen, auf welche das erfindungsgemässe Verfahren angewandt werden kann, sind flexible Strukturen aus Zellulose, insbesondere papier- oder kartonartige Strukturen, oder anderen Faserstoffen und flexible Kunststoff-Strukturen, insbesondere geschäumte oder extrudierte Materialien.

[0004] Unter dem Ausdruck «Verbinden» wird ein Verbinden zweier benachbarter Teile einer flexiblen Struktur bzw. das Verbinden zweier flexiblen Strukturen verstanden. Als eine mögliche Anwendung des Verbindens sei das Verbinden einer konzentrisch aufgerollten, textilen Struktur erwähnt, welche manuell oder maschinell deformiert wurde, um eine konvexe und/oder konkave Verformung zu erzielen. Die Druckschrift FR 2 864 802 beschreibt eine derartige Verformung einer konzentrisch aufgerollten, textilen Struktur. Um die entstandene konvexe oder konkave Form endgültig zu stabilisieren, wird der Schritt des Verbindens angewendet. Dabei verbinden sich einzelne Lagen der textilen Struktur miteinander. Das Verfahren des Verbindens kann auch unmittelbar nach dem konzentrischen Aufrollen angewendet werden, um das Grundmaterial ohne Deformation endgültig zu stabilisieren.

[0005] Eine weitere Anwendung des Verfahrens zum Verbinden von flexiblen Strukturen besteht darin, dass die flexiblen Strukturen flächig, partiell, punktuell sowie linear verbunden werden, wobei entsprechende, zu verbindende Stellen der flexiblen Strukturen zueinander in Kontakt gebracht werden.

[0006] Unter dem Ausdruck «Verfestigen» wird das Verfestigen einer flexiblen Struktur in sich verstanden, z.B. indem unmittelbar benachbarte Elemente eines Gewebes, eines Vlieses oder eines anderen Materials aneinander befestigt werden. Das heisst, aus der flexiblen Struktur entsteht eine formfeste Struktur.

[0007] Für das erfindungsgemässe Verfahren spielt es keine Rolle, ob die flexible Struktur in sich verfestigt wird oder ob mit dem Verfahren verschiedene Teile der flexiblen Struktur bzw. mehrere flexible Strukturen miteinander verbunden werden. In vielen Fällen werden beide Effekte auftreten. Daher werden die beiden Ausdrücke «Verbinden» und «Verfestigen» im Folgenden synonym verwendet.

[0008] Die Druckschrift WO 2005/095 091 A1 (Plastxform AG) beschreibt ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Herstellung einstufiger Formkörper aus thermoplastischem Material mit oder ohne Faserverstärkung. Zur Herstellung wird das thermoplastische Material mit Verstärkungsfaser in eine Formschale eingelegt. Die Formschale wird anschliessend evakuiert und zusammengedrückt. Danach wird das thermoplastische Material in der Formschale in einem Ofen über den Schmelzpunkt des thermoplastischen Materials aufgeheizt und zum Konsolidieren und Verfliessen des thermoplastischen Materials bis zum konturfüllenden Ausfliessen in der Formschale auf einer konstanten Temperatur gehalten. Anschliessend erfolgt ein Abkühlen bis zur vollständigen Verfestigung des eingelegten thermoplastischen Materials in der Formschale.

[0009] Die Druckschrift FR 2 864 802 (Elise Fouin) beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von Gegenständen, zum Beispiel Möbeln, aus Papierrollen grosser Dicke, wobei die Papierrollen zunächst nach Bedarf deformiert werden. Zur Verfestigung der deformierten Rolle wird ein Adhäsionsmittel, zum Beispiel Kleber, Harz oder Lack, aussen und/oder innen auf die Rolle aufgebracht.

[0010] Sowohl das Verbinden durch Erhitzen des thermoplastischen Materials in einem Ofen, wie dies die WO 2005/095 091 A1 beschreibt, als auch das Verbinden mittels eines Adhäsionsmittels gemäss der FR 2 864 802 sind unbefriedigend. Durch das Erhitzen in einem Ofen wird das ganze Material erwärmt. Ein gezieltes lokales Verbinden oder Verfestigen ist daher nicht möglich. Des Weiteren ist die Grösse der flexiblen Struktur durch die Grösse des Ofens eingeschränkt.

[0011] Beim Verbinden bzw. Verfestigen mit einem Adhäsionsmittel muss sichergestellt werden, dass die Form des Objekts beibehalten wird, bis das Adhäsionsmittel aufgebracht und ausgehärtet ist, bzw. das geformte Objekt sich verfestigt hat. Dieses Aushärten bzw. Verfestigen kann je nach verwendetem Adhäsionsmittel viel Zeit in Anspruch nehmen. Falls das Adhäsionsmittel nicht schon vor dem Verformen eingebracht wird – wodurch die zur weiteren Verarbeitung zur Verfügung stehende Zeitspanne stark eingeschränkt wird – kann dieses zudem im Wesentlichen nur auf der Aussenseite aufgebracht werden. Entsprechend ist die Stärke der erreichbaren Verbindungen bzw. der erreichbaren Verfestigung beschränkt. Zudem können Adhäsionsmittel sowohl teuer sein als auch giftige Stoffe enthalten, die in einem Alltagsgegenstand nicht immer geduldet sind.

Darstellung der Erfindung

[0012] Aufgabe der Erfindung ist es, ein dem eingangs genannten technischen Gebiet zugehörendes Verfahren zum Verbinden einer flexiblen, insbesondere textilen, Struktur zu schaffen, welches einfach ausführbar und Kosten sparend ist und zugleich eine grosse gestalterische Freiheit ermöglicht.

[0013] Die Lösung der Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruchs 1 definiert. Gemäss der Erfindung werden zum Verbinden einer flexiblen, insbesondere textilen, Struktur, welche ein flexibles Grundmaterial, mindestens eine thermoplastische Schmelzkomponente und mindestens einen elektrischen Leiter, insbesondere einen metallischen Leiter, umfasst, folgende Schritte ausgeführt: a) Anlegen eines elektrischen Stroms an den mindestens einen elektrischen Leiter, derart, dass dieser erwärmt wird und Wärme zumindest lokal auf die thermoplastische Schmelzkomponente überträgt, so dass diese zumindest lokal über ihre Schmelztemperatur hinaus erwärmt wird; und b) Abkühlen der thermoplastischen Schmelzkomponente unter ihre Schmelztemperatur, insbesondere durch Ausschalten des elektrischen Stroms, wodurch das Grundmaterial verfestigt wird.

[0014] Mit Vorteil umfasst eine zu verbindende und/oder zu verfestigende flexible, insbesondere textile, Struktur also ein flexibles Grundmaterial, mindestens eine thermoplastische Schmelzkomponente und mindestens einen elektrischen Leiter, insbesondere einen metallischen Leiter, wobei der mindestens eine elektrische Leiter und die mindestens eine Schmelzkomponente im Grundmaterial derart angeordnet sind, dass beim Anlegen eines elektrischen Stroms an den mindestens einen elektrischen Leiter, dieser erwärmt wird und Wärme zumindest lokal auf die thermoplastische Schmelzkomponente übertragbar ist, so dass diese zumindest lokal über ihre Schmelztemperatur hinaus erwärmt wird. Beim Abkühlen der thermoplastischen Schmelzkomponente unter ihre Schmelztemperatur, insbesondere durch Ausschalten des elektrischen Stroms, verfestigt diese das Grundmaterial.

[0015] Mit der Hilfe der elektrischen Leiter ist es möglich, in der Art einer Widerstandsheizung genau jene Stellen lokal zu erhitzen, die zu verbinden bzw. zu verfestigen sind. Dies hat den Vorteil gegenüber dem Erhitzen in einem Ofen, dass auch hitzeempfindlichere Materialien in Teilen der flexiblen Struktur vorhanden sein können, die nicht verbunden werden und daher nicht erhitzt werden müssen. Zudem ist es möglich, Verbindungen bzw. Verfestigungen im Innern der flexiblen Struktur zu erstellen, an Orten, die von aussen nicht oder nur schwer zugänglich sind. Des Weiteren wird die Wärme direkt in der flexiblen Struktur deponiert.

[0016] Gegenüber der Methode der Verbindung mittels Adhäsionsmitteln hat das erfindungsgemässe Verfahren den zusätzlichen Vorteil, dass keine zusätzlichen, meistens giftigen Substanzen benötigt werden.

[0017] Mit Vorteil wird die flexible, insbesondere textile, Struktur vor dem Anlegen des elektrischen Stroms deformiert. Dadurch können zum Beispiel aufgerollte, flexible Strukturen, insbesondere textile Bänder, in die gewünschte Gestalt gebracht werden, bevor sie verfestigt bzw. verbunden werden. Die Verformung kann zum Beispiel mittels Schablonen oder mittels Formkörpern definiert werden. Sie kann sowohl manuell als auch maschinell erfolgen.

[0018] Alternativ kann bereits beim Herstellen der flexiblen Struktur die gewünschte Gestalt mit berücksichtigt werden.

[0019] Mit Vorteil wird das Grundmaterial partiell, insbesondere punktuell, bevorzugt linear, verbunden bzw. verfestigt. Das partielle, punktuelle oder lineare Verbinden wird dadurch erreicht, dass der elektrische Leiter und die thermoplastische Schmelzkomponente nur dort überlappend angeordnet werden, wo eine Verbindung erstellt werden soll. Dies hat den Vorteil, dass die Verbindungen wie einzelne Nahtstellen der flexiblen Struktur ausgebildet werden. Insbesondere hat dies auch den Vorteil, dass die textilen Eigenschaften, insbesondere die Flexibilität, an nicht verbundenen bzw. verfestigten Teilen einer textilen Struktur beibehalten werden.

[0020] Alternativ kann die flexible, insbesondere textile, Struktur ganz mit dem elektrischen Leiter und mit der Schmelzkomponente durchzogen sein, so dass beim Anlegen des Stromes die Schmelzkomponente zerfliesst und die flexible Struktur dadurch flächig verfestigt bzw. verbunden wird. Dadurch wird eine besonders hohe Festigkeit erreicht.

[0021] Mit Vorteil wird der mindestens eine elektrische Leiter vor dem Zerschmelzen im Grundmaterial lineargeschlängelt angeordnet, d.h., der Leiter verläuft im Wesentlichen in einer Ebene, entlang einer zweidimensionalen Schlangenlinie. Dies hat den Vorteil, dass allfällige Längenänderungen der flexiblen Struktur aufgrund des Erhitzens aufgefangen werden können.

[0022] Anstelle der lineargeschlängelten Anordnung kann alternativ der elektrische Leiter auch zickzackförmig oder mäandrierend angeordnet sein. Es ist aber auch möglich, den elektrischen Leiter als Faden linear in die flexible Struktur einzuweben oder lose in die flexible Struktur einzuwickeln.

[0023] Mit Vorteil besteht das Grundmaterial aus einem thermoplastischen Material. Dadurch kann das Grundmaterial gleichzeitig auch die Funktion der Schmelzkomponente übernehmen. Dies hat den Vorteil, dass die flexible Struktur nicht speziell mit Schmelzkomponenten versehen werden muss und somit nur aus zwei Komponenten, nämlich Grundmaterial und elektrischen Leiter, bestehen kann.

[0024] Insbesondere zeigt sich hier auch der Vorteil des erfindungsgemässen Verfahrens gegenüber dem Erhitzen in einem Ofen. Wird eine flexible Struktur, deren Grundmaterial aus einem Thermoplast besteht, in einem Ofen erhitzt, so wird das ganze Grundmaterial zunächst aufgeschmolzen und dann verfestigt; die flexible Struktur geht ganz oder zumindest weitgehend verloren. Indem elektrische Leiter angelegt werden, ist es möglich, das Grundmaterial nur partiell zu erhitzen. Dadurch wird der Kreis möglicher Materialen für die flexible Struktur erweitert.

[0025] Alternativ kann das Grundmaterial auch aus einem anderen Material, zum Beispiel Naturfaser oder einer nicht-thermoplastischen Kunstfaser, bestehen. Ebenso kann das Grundmaterial aus einer Reihe verschiedener thermoplastischer und/oder nicht thermoplastischer Komponenten bestehen.

[0026] Mit Vorteil werden mehrere elektrische Leiter unabhängig voneinander gezielt einzeln angesteuert. Dazu ist die flexible, insbesondere textile, Struktur mit mehreren unabhängigen, elektrischen Leitern in der Form von gezielt ansteuerbaren Stromkreisen ausgestattet. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass das Verbinden bzw. Verfestigen in mehreren Schritten vollzogen werden kann. So können dazwischen weitere Umformungen der flexiblen Struktur stattfinden. Zudem ist es auch möglich, durch mehrere unabhängige, elektrische Leiter verschiedene thermoplastische Schmelzkomponenten mit unterschiedlichen Schmelztemperaturen zu verwenden.

[0027] Alternativ kann auch nur ein elektrischer Leiter bzw. ein Stromkreis verwendet werden.

[0028] Mit Vorteil weist die thermoplastische Schmelzkomponente eine niedrigere Schmelztemperatur als das Grundmaterial auf. Beim Erhitzen wird der Strom durch den elektrischen Leiter derart reguliert, dass nur die Schmelzkomponente die Schmelztemperatur erreicht, nicht aber das Grundmaterial. Dadurch erhält man den Vorteil, dass das Grundmaterial ebenfalls aus Thermoplasten bestehen kann, ohne dass unerwünschte Stellen ebenfalls verbunden bzw. verfestigt werden, da nach wie vor die Schmelzkomponente nur dort angeordnet werden kann, wo eine Verfestigung bzw. Verbindung entstehen soll.

[0029] Alternativ können sowohl das Grundmaterial als auch die Schmelzkomponente die gleiche Schmelztemperatur aufweisen, insbesondere können sowohl das Grundmaterial als auch die Schmelzkomponente aus dem gleichen Material bestehen. Durch gezieltes Einbringen der elektrischen Leiter und geeignete Wahl der Erhitzungszeiten können jene Stellen ausgewählt werden, die verbunden bzw. verfestigt werden sollen.

[0030] Mit Vorteil ist das Grundmaterial bandförmig ausgestaltet. Dadurch erhält man den Vorteil, dass die flexible, insbesondere textile, Struktur aufgerollt werden kann und dann beliebig, zum Beispiel mittels Formkörper, verformt werden kann. Solche bandförmig aufgerollte, flexible Strukturen sind einfach herzustellen und können so als Ausgangsstruktur für unterschiedliche Ausgestaltungen verwendet werden. Bandförmiges Grundmaterial hat auch den Vorteil, dass damit Gegenstände überlappend umwickelt und danach verfestigt werden können.

[0031] Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Grundmaterial als flächiges Gewebe ausgestaltet. Dies ermöglicht eine flächige Ausgestaltung der flexiblen Struktur.

[0032] Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die flexible, insbesondere textile, Struktur als linearförmiges Gebilde, insbesondere als Garn, Zwirn oder Seil ausgebildet, wobei der mindestens eine elektrische Leiter in einem Kern des linearförmigen Gebildes angeordnet und von der mindestens einen Schmelzkomponente umgeben ist. Dadurch können beliebige flexible Strukturen gewoben werden und anschliessend gezielt verbunden bzw. verfestigt werden. Indem die flexible Struktur als Garn, Zwirn oder Seil ausgestaltet ist, hat man zudem den Vorteil, dass diese in bestehende textile Strukturen eingebaut werden können und die flexiblen Strukturen dann verfestigt bzw. untereinander verbunden werden können.

[0033] Das Verbinden bzw. Verfestigen kann auf der Stufe der einzelnen Fasern, des Garns und/oder des Gewebes stattfinden, je nach Anordnung der thermoplastischen Schmelzkomponente und des mindestens einen elektrischen Leiters.

[0034] Aus der nachfolgenden Detailbeschreibung und der Gesamtheit der Patentansprüche ergeben sich weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Merkmalskombinationen der Erfindung.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

[0035] Die zur Erläuterung des Ausführungsbeispiels verwendeten Zeichnungen zeigen: <tb>Fig. 1<SEP>eine konzentrisch aufgerollte flexible Struktur, <tb>Fig. 2<SEP>eine Detaildarstellung einer flexiblen Struktur mit einer flächigen bzw. partiell flächigen Verbindung, <tb>Fig. 3<SEP>eine Detaildarstellung einer flexiblen Struktur mit punktuellen Verbindungen, <tb>Fig. 4<SEP>eine Detaildarstellung einer flexiblen Struktur mit einer linearen Verbindung und <tb>Fig. 5<SEP>eine Detaildarstellung einer flexiblen Struktur in der Form eines linearen Gebildes.

[0036] Grundsätzlich sind in den Figuren gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Wege zur Ausführung der Erfindung

[0037] In einem ersten Ausführungsbeispiel wird als Ausgangsstruktur bzw. flexible Struktur ein gewobenes Band 1 gemäss der Fig. 1 verwendet. Das Band 1 weist eine Stärke von 2.7 mm und eine Breite von 20 mm auf und besitzt eine Länge von 2 m. Das Band wurde aus einem thermoplastischen Grundmaterial 11 aus Polypropylen gewoben und anschliessend als Rolle aufgerollt. In das Grundmaterial wurden zudem zwei Metallfäden 12 aus Kupfer Sn6 mit einem Durchmesser von 0.3 mm als elektrische Leiter in Längsrichtung lose mit eingerollt. Im Bereich des inneren Endes des Bandes 1 sind die beiden Metallfäden 12 miteinander verbunden, ansonsten sind sie beabstandet und somit voneinander isoliert.

[0038] Zur Verfestigung des Bandes 1 wird für circa 3 Minuten eine elektrische Spannung von 13 Volt an die freien Enden der elektrischen Leiter 12 angelegt, wodurch ein Strom von 3 Ampere durch die elektrischen Leiter 12 fliesst. Dadurch erwärmen sich die elektrischen Leiter 12 zusammen mit dem Grundmaterial 11 in unmittelbarer Umgebung der elektrischen Leiter 12, wodurch das Grundmaterial 11 in der unmittelbaren Umgebung der elektrischen Leiter 12 zerschmilzt. Während dem Erhitzen erwärmt sich der Metallfaden 12 auf circa 300 °C, die unmittelbare Umgebung um den Metallfaden 12 auf circa 160 °C. Nach dem Ausschalten des Stromes erstarrt das Grundmaterial 11 wieder, wodurch sich einzelne benachbarte Windungen des aufgerollten Bands 1 untereinander verbinden und das ganze Band 1 dadurch verfestigt wird.

[0039] Ein solches aufgerolltes, gewobenes Band 1 kann vor dem Anschliessen der elektrischen Spannung verformt werden. Zur Verformung kann das Verfahren, wie es in der Druckschrift FR 2 864 802, Seite 2, Zeile 10 bis Seite 3, Zeile 15 beschrieben wird, angewandt werden. Die Abweichung zum beschriebenen Verfahren besteht darin, dass das Band 1 nach der Verformung nicht mittels eines Klebers, wie dies die FR 2 864 802 beschreibt, verfestigt wird, sondern mittels Erhitzen der elektrischen Leiter 12.

[0040] Es gibt verschiedene Möglichkeiten, Schmelzkomponenten und elektrische Leiter in der Form von Metallfäden in einem gewobenen oder geflochtenen Grundmaterial anzuordnen. Je nach Anwendung kann eine flächige, eine partielle, eine lineare oder eine punktuelle Anordnung gewählt werden.

[0041] Die Fig. 2 zeigt eine flächige bzw. partielle Anordnung eines Metallfadens 22 in einem flexiblen Grundmaterial 21. Dabei werden im Grundmaterial 21 einzelne, benachbarte Stränge 21a durch thermoplastische Stränge 23a, die als Schmelzkomponenten 23 dienen, ersetzt. Der Metallfaden 22 wird dann mäandrierend, die einzelnen thermoplastischen Stränge 23a berührend, in das Grundmaterial 21 hineingeflochten. Der Unterschied zwischen einer flächigen Anordnung und einer partiellen Anordnung besteht darin, dass bei der flächigen Anordnung der Metallfaden 22 bzw. mehrere Metallfäden 22 zusammen mit den Schmelzkomponenten 23 eine grössere Fläche, insbesondere die ganze Fläche, der flexiblen Struktur bedecken. Falls als Grundmaterial 21 ein thermoplastisches Material gewählt wird, so kann das Grundmaterial 21 als Schmelzkomponente 23 dienen und es ist nicht notwendig, einzelne Stränge 21a des Grundmaterials durch thermoplastische Stränge 23a zu ersetzen. Bei einer partiellen Anordnung sind die Metallfäden 22 bzw. die Schmelzkomponenten 23 nur partiell im Grundmaterial 21 eingebracht.

[0042] Die Fig. 3 zeigt eine punktuelle Anordnung von einem Metallfaden 32 und von thermoplastischen Schmelzkomponenten 33 in einem Grundmaterial 31. Im Unterschied zur flächigen bzw. partiellen Anordnung der Figur 2 bleiben zwischen einzelnen Strängen 33a der Schmelzkomponente Stränge 31a des Grundmaterials 31 bestehen. Der Metallfaden 32 ist wiederum mäandrierend in das Grundmaterial 31 hingeflochten, wobei der Metallfaden 32 mehrere Stränge 33a der Schmelzkomponente 33 an mehreren Verbindungspunkten berührt.

[0043] Die Fig. 4 zeigt eine lineare Anordnung von einem Metallfaden 42 und thermoplastischen Schmelzkomponenten 43 in einem Grundmaterial 41. Dabei werden anstelle einzelner Stränge 41a des Grundmaterials abwechslungsweise sowohl Stränge 42a der Schmelzkomponente als auch Metallfäden 42 in die textile Struktur hineingeflochten. Die Abfolge von Strängen 43a der Schmelzkomponente 43 und der Metallfäden 42 kann je nach verwendeten Materialien, Heizleistung und Verwendungszweck variieren. So können zwischen zwei Metallfäden ein, zwei oder noch mehr Stränge 43a der Schmelzkomponente 43 vorhanden sein.

[0044] Die Fig. 5 zeigt eine Anordnung von einem Metallfaden 52 und von thermoplastischen Schmelzkomponenten 53 in einem Grundmaterial 51 in linienförmig ausgebildeten, flexiblen Strukturen, wie zum Beispiel Garnen, Fasern oder daraus verdrillten oder verdrehten Zwirnen, Seilen, Schnüren, Kordeln oder dergleichen. Dabei befindet sich der Metallfaden 52 im Zentrum eines linienförmigen Gebildes und ist von einzelnen Strängen 53a, welche die thermoplastischen Schmelzkomponente 53 bilden, umgeben. Das Grundmaterial 51 bildet eine Hülle 51a um die Schmelzkomponente 53.

[0045] Anstelle im Zentrum kann der Metallfaden in linienförmigen flexiblen Strukturen auch z.B. helix-förmig angeordnet sein oder einzelne Stränge der Schmelzkomponenten oder die ganze Schmelzkomponente umschliessen. Dabei können auch einzelne Stränge des Grundmaterials umschlossen werden.

[0046] Die linienförmigen Gebilde wie zum Beispiel Garne, Fasern oder daraus verdrillte oder verdrehte Zwirne, Seile, Schnüre, Kordeln oder dergleichen, welche mit einer Schmelzkomponente und einem elektrischen Leiter versehen sind, können zuerst verwoben bzw. verflochten werden, bevor das erfindungsgemässe Verfahren zum Verbinden oder zum Verfestigen angewandt wird.

[0047] Als elektrische Leiter dienen in der Regel Metallfäden aus Kupfer oder Aluminium. Es können aber auch Fäden aus Silber, Gold oder anderen Metallen oder Metalllegierungen verwendet werden. Des Weiteren ist es auch möglich, elektrisch leitende Kunststoffe zu benutzen.

[0048] Der elektrische Leiter kann derart ausgestaltet sein, dass entlang des elektrischen Leiters unterschiedliche Heizleistungen resultieren. Dies kann zum Beispiel dadurch realisiert werden, dass der elektrische Leiter abschnittsweise unterschiedliche Querschnitte aufweist oder dass verschiedene Stränge vorgesehen werden, in welchen unterschiedlich hohe Ströme fliessen. Dadurch kann in einem Verfahrensschritt unterschiedliche Heizwärme an unterschiedlichen Orten in der flexiblen Struktur deponiert werden.

[0049] Anwendungsgebiete des erfindungsgemässen Verfahrens bzw. der erfindungsgemässen flexiblen, insbesondere textilen, Strukturen sind unter anderem Gegenstände des alltäglichen Gebrauchs, wie zum Beispiel Textildesign, Möbel und Accessoires, sowie Gegenstände im Bereich der Medizinaltechnik, der Autotechnik, der Flugzeugtechnik oder der Raumfahrttechnik.

[0050] Selbstverständlich können die verschiedenen, in den Fig. 2 bis 5 erwähnten Anordnungen des Grundmaterials, des elektrischen Leiters und der Schmelzkomponente beliebig miteinander kombiniert werden. Das Prinzip bleibt das gleiche: Die zu verbindenden bzw. zu verfestigenden Stellen in einer flexiblen Struktur werden mit einer Schmelzkomponente und einem elektrischen Leiter derart versehen, dass beim Erhitzen des elektrischen Leiters durch Anlegen eines Stromes die Schmelzkomponente geschmolzen wird. Beim Abkühlen der Schmelzkomponente verfestigt sich diese wieder und verbindet bzw. verfestigt dadurch das benachbarte Grundmaterial der flexiblen Struktur.

[0051] Es ist auch denkbar, dass durch mehrmaliges Anlegen der elektrischen Spannung bereits hergestellte Verbindungen wieder lösbar sind. Es wird somit ermöglicht, die Form der verfestigten Gesamtstruktur oder von Abschnitten davon wieder zu ändern. Weiter ist es möglich, die eingebrachten metallischen Leiter nach erfolgter Verformung bzw. Verfestigung zum Beheizen der Struktur zu verwenden, indem eine Spannung angelegt wird, die in einer Temperatur der Leiter resultiert, die nicht zum Verflüssigen der Schmelzkomponente ausreicht.

[0052] Zusammenfassend ist festzustellen, dass ein Verfahren zum Verfestigen bzw. zum Verbinden von flexiblen, insbesondere textilen, Strukturen gezeigt wurde, welches einfach ausführbar und Kosten sparend ist und zugleich eine grosse gestalterische Freiheit ermöglicht.

Claims (16)

1. Verfahren zum Verbinden einer flexiblen, insbesondere textilen, Struktur (1), umfassend ein flexibles Grundmaterial (11; 21, 21a; 31, 31a; 41, 41a; 51, 51a), mindestens eine thermoplastische Schmelzkomponente (23, 23a; 33, 33a; 43, 43a; 53, 53a) und mindestens einen elektrischen Leiter (12; 22; 32; 42; 52), insbesondere einen metallischen Leiter, dadurch gekennzeichnet, dass folgende Schritte ausgeführt werden: a) Anlegen eines elektrischen Stroms an den mindestens einen elektrischen Leiter (12; 22; 32; 42; 52), derart, dass dieser erwärmt wird und Wärme zumindest lokal auf die thermoplastische Schmelzkomponente (23, 23a; 33, 33a; 43, 43a; 53, 53a) überträgt, so dass diese zumindest lokal über ihre Schmelztemperatur hinaus erwärmt wird; und b) Abkühlen der thermoplastischen Schmelzkomponente (23, 23a; 33, 33a; 43, 43a; 53, 53a) unter ihre Schmelztemperatur, insbesondere durch Ausschalten des elektrischen Stroms (12; 22; 32; 42; 52), wodurch das Grundmaterial (11; 21, 21a; 31, 31a; 41, 41a; 51, 51a) verfestigt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die flexible Struktur (1) vor dem Anlegen des elektrischen Stroms deformiert wird.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Grundmaterial (11; 21, 21a; 31, 31a; 41, 41a; 51, 51a) partiell, insbesondere punktuell, bevorzugt linear, verfestigt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine elektrische Leiter (12; 22; 32; 42; 52) vor dem Zerschmelzen im Grundmaterial (11; 21, 21a; 31, 31a; 41, 41a; 51, 51a) lineargeschlängelt angeordnet wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Grundmaterial (11; 21, 21a; 31, 31a; 41, 41a; 51, 51a) aus einem thermoplastischen Material besteht.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere elektrische Leiter (12; 22; 32; 42; 52) unabhängig voneinander gezielt einzeln angesteuert werden.

7. Flexible, insbesondere textile, Struktur (1) umfassend ein flexibles Grundmaterial (11; 21, 21a; 31, 31a; 41, 41a; 51, 51a), mindestens eine thermoplastische Schmelzkomponente (23, 23a; 33, 33a; 43, 43a; 53, 53a) und mindestens einen elektrischen Leiter (12; 22; 32; 42; 52), insbesondere einen metallischen Leiter, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine elektrische Leiter (12; 22; 32; 42; 52) und die mindestens eine Schmelzkomponente (23, 23a; 33, 33a; 43, 43a; 53, 53a) im Grundmaterial (11; 21, 21a; 31, 31a; 41, 41a; 51, 51a) derart angeordnet sind, dass beim Anlegen eines elektrischen Stroms an den mindestens einen elektrischen Leiter (12; 22; 32; 42; 52), dieser erwärmt wird und Wärme zumindest lokal auf die thermoplastische Schmelzkomponente (23, 23a; 33, 33a; 43, 43a; 53, 53a) übertragbar ist, so dass diese zumindest lokal über ihre Schmelztemperatur hinaus erwärmt wird; und beim Abkühlen der thermoplastischen Schmelzkomponente (23, 23a; 33, 33a; 43, 43a; 53, 53a) unter ihre Schmelztemperatur, insbesondere durch Ausschalten des elektrischen Stroms, diese das Grundmaterial (11; 21, 21a; 31, 31a; 41, 41a; 51,51a) verfestigt.

8. Flexible Struktur (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine elektrische Leiter (12; 22; 32; 42; 52) und die mindestens eine Schmelzkomponente (23, 23a; 33, 33a; 43, 43a; 53, 53a) im Grundmaterial (11; 21, 21a; 31, 31a; 41, 41a; 51, 51a) derart angeordnet sind, dass das Grundmaterial (11; 21, 21a; 31, 31a; 41, 41a; 51, 51a) partiell, insbesondere punktuell, bevorzugt linear, verfestigbar ist.

9. Flexible Struktur (1) nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Leiter (12; 22; 32; 42; 52) im Grundmaterial (11; 21, 21a; 31, 31a; 41, 41a; 51, 51a) lineargeschlängelt angeordnet ist.

10. Flexible Struktur (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere elektrische Leiter (12; 22; 32; 42; 52) als unabhängige, gezielt einzeln ansteuerbare Stromkreise ausgestaltet sind.

11. Flexible Struktur (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Grundmaterial (11; 21, 21a; 31, 31a; 41, 41a; 51, 51a) aus einem thermoplastischen Material besteht.

12. Flexible Struktur (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die thermoplastische Schmelzkomponente (23, 23a; 33, 33a; 43, 43a; 53, 53a) eine niedrigere Schmelztemperatur als das Grundmaterial (11; 21, 21a; 31, 31a; 41, 41a; 51,51a) aufweist.

13. Flexible Struktur (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Grundmaterial (11; 21, 21a; 31, 31a; 41, 41a; 51, 51a) bandförmig ausgestaltet ist.

14. Flexible Struktur (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Grundmaterial (11; 21, 21a; 31, 31a; 41, 41a; 51, 51a) als flächiges Gewebe ausgestaltet ist.

15. Flexible Struktur nach einem der Ansprüche 7 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die flexible, insbesondere textile, Struktur als linearförmiges Gebilde, insbesondere als Garn oder Zwirn oder Seil ausgebildet ist, wobei der mindestens eine elektrische Leiter (12; 22; 32; 42; 52) in einem Kern des linearförmigen Gebildes angeordnet ist und von der mindestens einen Schmelzkomponente (23, 23a; 33, 33a; 43, 43a; 53, 53a) umgeben ist.

16. Flexible Struktur (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Verbindung in der flexiblen, insbesondere textilen, Struktur nach dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 hergestellt wurde.