DE102008036251B4

DE102008036251B4 - Three-dimensional textile structure material body

Info

Publication number: DE102008036251B4
Application number: DE102008036251.4A
Authority: DE
Inventors: Welf-Guntram Drossel; André Bucht; Heidi Knüpfer; Andrea Böhm; Gunther Naumann
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2008-08-04
Filing date: 2008-08-04
Publication date: 2014-01-02
Anticipated expiration: 2028-08-05
Also published as: DE102008036251A1

Abstract

Dreidimensionaler Textilstrukturmaterialkörper mit zumindest einem eine 3-D-Struktur desselben zumindest mitbestimmenden Strukturelement (3, 5) aus einem Formgedächtniswerkstoff, mit zwei textilen Deckschichten (1, 2), die durch Polfäden (3, 4) miteinander verbunden und durch diese voneinander beabstandet sind, wobei zumindest ein Teil der Polfäden (3, 4) aus dem Formgedächtniswerkstoff gebildet ist.Three-dimensional textile structural material body with at least one structural element (3, 5), which at least co-determines a 3-D structure of the same, made of a shape memory material, with two textile cover layers (1, 2) which are connected to one another by pile threads (3, 4) and are spaced apart by them , wherein at least some of the pile threads (3, 4) are formed from the shape memory material.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen dreidimensionalen Textilstrukturmaterialkörper.The present invention relates to a three-dimensional textile structure material body.

Dreidimensionale Textilstrukturen besitzen druckelastische Eigenschaften. Je nach Anwendung bzw. zu erwartender Belastung, werden dreidimensionale Textilstrukturen in verschiedenen Härtegraden benötigt. Die Härte kann dabei auch über die Oberfläche der Textilstruktur variieren.Three-dimensional textile structures have pressure-elastic properties. Depending on the application or expected load, three-dimensional textile structures in different degrees of hardness are required. The hardness can also vary over the surface of the textile structure.

Der Härtegrad von dreidimensionalen Textilstrukturen wird durch Druckspannungs-Verformungs-Diagramme nach EN ISO 3386-1 charakterisiert, bei der Herstellung festgelegt und kann somit später nicht mehr verändert werden. Eine Anpassung an spätere Belastungssituationen bei Verwendung der dreidimensionalen Textilstruktur kann daher nur durch vorausschauende Auswahl einer geeigneten Textilstruktur mit entsprechender Härte erfolgen. In den seltensten Fällen ist jedoch die exakte Belastungssituation bei bestimmten Anwendungen im voraus bekannt, so dass die Auswahl des Härtegrades der dreidimensionalen Textilstruktur auf Grundlage einer Abschätzung der späteren Einsatz- und Belastungssituation erfolgen muss. Hierdurch wird die spätere Einsetzbarkeit solcher dreidimensionalen Textilstrukturen eingeschränkt.The degree of hardness of three-dimensional textile structures is characterized by compressive-strain-deformation diagrams according to EN ISO 3386-1, determined during production and can therefore not be changed later. An adaptation to later load situations when using the three-dimensional textile structure can therefore be done only by predictive selection of a suitable textile structure with appropriate hardness. In the rarest cases, however, the exact load situation in certain applications is known in advance, so that the selection of the degree of hardness of the three-dimensional textile structure must be based on an estimate of the subsequent use and load situation. This limits the later applicability of such three-dimensional textile structures.

Dreidimensionale Textilstrukturen, hier auch als Textilstrukturmaterialkörper bezeichnet, sind Textilien, die eine räumliche Struktur aufweisen. Diese entsteht entweder durch die Fadenarchitektur und/oder die Textilarchitektur, unabhängig davon, ob das Textil in einem einstufigen oder mehrstufigen Fertigungsprozess hergestellt wird. Vorzugsweise sind solche dreidimensionalen Textilstrukturen bzw. Textilstrukturmaterialkörper Abstandsgewirke (zwei gewirkte Deckflächen, die mit Polfäden auf Abstand gehalten werden), Abstandsgestricke (zwei einzelne textile Gestricke werden durch Polfäden miteinander verbunden), Abstandsfliesstoff (Verbindung entsteht durch gegenseitigen Eintrag von Faserpfropfen aus gegenüberliegendem Fliesstoff), Abstandsgewebe (zwei Gewebedecklagen werden durch senkrechte Stehfäden auf definiertem Abstand gehalten) oder beflockte Abstandsgewebe (Distanzfasern desselben werden mittels elektrostatischer Beflockung auf eine Membran aufgetragen) oder auch 3-D-Flächengewebe oder 3-D-Flächengestricke bzw. Abstandstextilien wie 3-D-Geflechte oder Rundgelege. Derartige nichtflächige Textilien finden z. B. Verwendung als Schutzbezüge für empfindliche Oberflächen, als Schutzdecke, z. B. für Pferderücken, aus luftdurchlässigem Matratzen- bzw. Kissenwerkstoff, z. B. auch zur Fertigung von Autositzen, als Schuhinnensohle oder als Material für Fahrradsessel. Auch als Werkstoff von Kleidungsstücken, z. B. Miederwaren, können dreidimensionale Textilstrukturmaterialkörper Verwendung finden.Three-dimensional textile structures, also referred to herein as textile structure material bodies, are textiles which have a spatial structure. This arises either through the thread architecture and / or the textile architecture, regardless of whether the textile is produced in a single-stage or multi-stage manufacturing process. Such three-dimensional textile structures or textile structure material bodies are preferably spacer knitted fabrics (two knitted cover surfaces which are held apart with pile threads), spacer knits (two individual textile knitted fabrics are connected to each other by pile threads), spacer fleece (a connection is created by interposition of fiber plugs from opposite tile), Spacer fabric (two fabric plies are held by vertical stand threads at a defined distance) or flocked spacer fabric (spacer fibers thereof are applied by electrostatic flocking on a membrane) or 3-D surface fabric or 3-D Flächengestricke or spacer textiles such as 3-D braids or round bows. Such non-surface textiles find z. B. Use as protective covers for sensitive surfaces, as a protective cover, z. B. for horseback, from air-permeable mattress or pillow material, z. B. also for the production of car seats, as shoe insole or as a material for bicycle seats. Also as a material of garments, z. As corsetry, three-dimensional textile structure material body can be used.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen dreidimensionalen Textilstrukturmaterialkörper anzugeben, dessen funktionsbestimmende, insbesondere druckelastischen Eigenschaften, auch noch nach einem Herstellungsprozess desselben, insbesondere während einer späteren Verwendung, eingestellt werden können.The invention is therefore based on the object of specifying a three-dimensional textile structure material body whose function-determining, in particular pressure-elastic properties, even after a manufacturing process thereof, in particular during a later use, can be adjusted.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 2 gelöst.This object is achieved by the features of claims 1 and 2.

Vorzugsweise weist der Textilstrukturmaterialkörper zumindest ein, eine 3-D-Struktur desselben zumindest mitbestimmendes Strukturelement aus einem Formgedächtniswerkstoff, insbesondere einer leitfähigen Formgedächtnislegierung, auf, wobei das Strukturelement mit einer Energiequelle verbindbar ist.Preferably, the textile structure material body has at least one, a 3-D structure thereof at least co-determining structural element of a shape memory material, in particular a conductive shape memory alloy, wherein the structural element is connectable to a power source.

Die 3-D-Struktur (dreidimensionale Struktur) wird durch raumbildende Strukturelemente wie Pol- oder Stehfäden, vertikale oder horizontale Federelemente, spiralförmige, wellen- oder mäanderförmige Drahtelemente und dergleichen, d. h. eine Raum aufspannende, vorzugsweise textiltechnologisch in den Textilstrukturmaterialkörper eingearbeitete Draht- oder Fadengeometrie bestimmt. Zumindest teilweise bestehen diese aus einem Formgedächtniswerkstoff, insbesondere elektrisch- und wärmeleitfähige Drähte, die erwärmbar, z. B. strombeaufschlagbar sind.The 3-D structure (three-dimensional structure) is defined by space-forming structural elements such as pile or stand threads, vertical or horizontal spring elements, spiral, wave or meandering wire elements and the like, d. H. determines a space spanning, preferably textile technology incorporated into the textile structure material body wire or thread geometry. At least partially, these consist of a shape memory material, in particular electrically and thermally conductive wires that can be heated, z. B. are current charged.

Vorzugsweise weisen die Strukturelemente eine eingeprägte geometrische Gestalt, wie z. B. eine spiralförmige Gestalt auf, wobei eine Eigenschaftsänderung, wie z. B. Steifigkeitsänderung des Strukturelementes aus Formgedächtniswerkstoff einerseits durch den hierfür verwendeten Formgedächtniswerkstoff, insbesondere eine Formgedächtnislegierung bewirkt wird, andererseits aber dieser Effekt kombiniert wird mit dem Bestreben des Strukturelementes, seine ihm eingeprägte geometrische Gestalt (z. B. eine ursprüngliche Spiralform), wieder einzunehmen. Vorzugsweise werden als Strukturelemente elektrisch leitfähige Drähte aus Formgedächtnislegierung verwendet, die einerseits die druckelastischen Eigenschaften des dreidimensionalen Textilstrukturmaterialkörpers aufgrund ihrer Biegespannung unterstützen und andererseits in einfacher Weise erwärmbar sind, z. B. durch Ausbildung einer Wärmequelle als Stromquelle und Bestromung der Strukturelemente zur Phasenumwandlung der Formgedächtnislegierung.Preferably, the structural elements have an embossed geometric shape, such. B. a spiral shape, with a property change, such. B. stiffness change of the structural element of shape memory material on the one hand by the shape memory material used for this purpose, in particular a shape memory alloy is effected, on the other hand, however, this effect is combined with the tendency of the structural element, its geometric shape imprinted (eg., An original spiral shape) to take again. Preferably, as structural elements electrically conductive wires of shape memory alloy are used, on the one hand support the pressure elastic properties of the three-dimensional textile structure material body due to their bending stress and on the other hand are easily heated, z. B. by forming a heat source as a power source and energization of the structural elements for phase transformation of the shape memory alloy.

Nach einer vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein dreidimensionaler Textilstrukturmaterialkörper durch ein Abstandsgewirke realisiert, bestehend aus zwei textilen Deckschichten, die durch Polfäden miteinander verbunden und durch diese voneinander beabstandet sind, wobei zumindest ein Teil der Polfäden des dreidimensionalen Textilstrukturmaterialkörpers aus Formgedächtniswerkstoff, insbesondere einer Formgedächtnislegierung (FGL) gebildet ist. Der Formgedächtniswerkstoff ist vorzugsweise eine thermische Formgedächtnislegierung, ein Formgedächtnispolymer oder eine magnetische Formgedächtnislegierung. Vorzugsweise ist ein Teil oder aber sind sämtliche Polfäden als Drähte aus thermischer Formgedächtnislegierung und/oder magnetischer Formgedächtnislegierung und/oder einem Formgedächtnispolymer ausgebildet. Alternativ können neben den Polfäden aus Formgedächtniswerkstoff zusätzlich textile Polfäden, insbesondere Monofile vorgesehen sein oder sind vorwiegend textile Monofile in Kombination mit einem gewissen Anteil von Strukturelementen aus Formgedächtniswerkstoff, insbesondere einer leitfähigen Formgedächtnislegierung, vorgesehen.According to an advantageous embodiment of the present invention, a three-dimensional textile structure material body is a through Realized spacer fabric consisting of two textile cover layers which are connected by pile threads and spaced therefrom by these, wherein at least a part of the pile threads of the three-dimensional textile structure material body of shape memory material, in particular a shape memory alloy (FGL) is formed. The shape memory material is preferably a shape memory thermal alloy, a shape memory polymer or a shape memory magnetic alloy. Preferably, a part or all of the pile threads are formed as wires of thermal shape memory alloy and / or magnetic shape memory alloy and / or a shape memory polymer. Alternatively, textile pile threads, in particular monofilaments, may additionally be provided in addition to the pile threads made of shape memory material or predominantly textile monofilaments in combination with a certain proportion of structural elements made of shape memory material, in particular a conductive shape memory alloy.

Vorzugsweise ist die Energiequelle eine als Stromquelle ausgebildete Wärmequelle, die mit dem Strukturelement bzw. den Strukturelementen aus Formgedächtniswerkstoff, insbesondere Polfäden aus Formgedächtnislegierung, in Verbindung ist, um eine Phasenumwandlung der thermischen Formgedächtnislegierung oder des Formgedächtnispolymers zu bewirken. Da die Wärmequelle vorzugsweise eine Stromquelle sein kann, wenn das Strukturelement elektrisch leitfähig ist, ermöglicht dies eine Bestromung des Strukturelementes aus Formgedächtnislegierung, z. B. eines Polfadens oder einer Gruppe derselben, um diese zu erwärmen.Preferably, the energy source is a heat source formed as a power source which is in communication with the shape memory material structural member (s), in particular shape memory alloy pile threads, to effect phase transformation of the thermal shape memory alloy or the shape memory polymer. Since the heat source can preferably be a power source when the structural element is electrically conductive, this allows energization of the structural element of shape memory alloy, for. B. a pile thread or a group thereof to heat them.

Weiterhin können vorzugsweise mehrere Spuren von Strukturelementen wie Polfäden aus thermischer Formgedächtnislegierung, z. B. elektrisch leitfähig oder als Formgedächtnispolymer vorgesehen sein, die jeweils (insbesondere mehrfach) separat bzw. gruppenweise kontaktiert und mit der Wärmequelle, insbesondere Stromquelle (sofern elektrisch leitfähig) in Verbindung sind, um einzelne Zonen des Textilstrukturmaterialkörpers mit aktiv einstellbarer Eigenschaft, insbesondere einstellbarer Steifigkeit oder Druckelastizität für den Textilstrukturmaterialkörper zu bilden.Furthermore, preferably several tracks of structural elements such as pile threads of thermal shape memory alloy, for. B. electrically conductive or be provided as a shape memory polymer, each (in particular multiple) contacted separately and in groups and with the heat source, in particular power source (if electrically conductive) are connected to individual zones of the textile structure material body with actively adjustable property, in particular adjustable stiffness or to form compressive elasticity for the textile structural body.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist eine Einrichtung zur Erzeugung eines Magnetfeldes vorgesehen, um eine Phasenumwandlung der magnetischen Formgedächtnislegierung des Strukturelementes zu bewirken, wenn das bzw. die Strukturelemente oder ein Teil derselben aus einem magnetischen Formgedächtniswerkstoff bestehen.According to a further embodiment of the invention, a means for generating a magnetic field is provided to effect a phase transformation of the magnetic shape memory alloy of the structural element when the structural element (s) consist of a shape memory magnetic material.

Gemäß einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, weist das Strukturelement eine diesem eingeprägte Geometrie, z. B. Spiralform, Wellen- oder Mäanderform oder gewickelte Form in horizontaler oder vertikaler Anordnung auf, wobei die z. B. erwärmungsbedingte Phasenumwandlung des Formgedächtniswerkstoffes bzw. der Strukturelemente, vorzugsweise bei Erwärmung (insbesondere Bestromung) einhergeht mit dem Bestreben des Strukturelementes seine ihm eingeprägte geometrische Gestalt, z. B. Spiralform, wieder einzunehmen, woraus ein zusätzlich zur Steifigkeitseinstellung durch Phasenumwandlung des Formgedächtniswerkstoffes hinzutretender, geometrisch bedingter Struktur- bzw. Steifigkeitsgewinn erzielt wird.According to a further preferred embodiment of the invention, the structural element has an embossed geometry, z. As spiral shape, wave or meander shape or wound shape in a horizontal or vertical arrangement, wherein the z. B. warming-related phase transformation of the shape memory material or the structural elements, preferably when heated (in particular energization) is accompanied by the tendency of the structural element its geometric shape impressed him, z. B. Spiral shape, take again, resulting in addition to the rigidity adjustment by phase transformation of the shape memory material hinzutretender, geometrically induced structural or stiffness gain is achieved.

Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorzugsweise ein Sensor, insbesondere ein Druck- und/oder Temperatursensor vorgesehen, zur Bestimmung einer Druckelastizität bzw. eines physischen und/oder thermischen Belastungszustandes des dreidimensionalen Textilstrukturmaterialkörpers. Gegebenenfalls kann auch ein Feuchtesensor vorgesehen sein.According to an advantageous development of the invention, a sensor, in particular a pressure and / or temperature sensor is preferably provided for determining a compressive elasticity or a physical and / or thermal load condition of the three-dimensional textile structure material body. Optionally, a moisture sensor may be provided.

Vorzugsweise kann der dreidimensionale Textilstrukturmaterialkörper in Zonen unterschiedlich einstellbarer Druckelastizität, d. h. mit einzelnen oder in Gruppen zusammengefassten, untereinander jedoch getrennten Strukturelementen aus Formgedächtniswerkstoff versehen sein, so dass unterschiedliche Bereiche des dreidimensionalen Textilstrukturmaterialkörpers mit einer unterschiedlichen Steifigkeit durch entsprechend unterschiedliche Aktivierung der Strukturelemente in einzelnen Zonen versehen werden können. Die Sensoren sind vorzugsweise in einem Steuer- oder Regelkreis zur insgesamt oder lokal für den Textilstrukturmaterialkörper einstellbaren Steifigkeit oder Druckelastizität verbunden.Preferably, the three-dimensional textile structure material body may be in zones of different adjustable compressive elasticity, i. H. be provided with individual or grouped, but mutually separate structural elements of shape memory material, so that different areas of the three-dimensional textile structure material body can be provided with a different rigidity by correspondingly different activation of the structural elements in individual zones. The sensors are preferably connected in a control or regulating circuit to the total or locally adjustable stiffness or compressive elasticity of the textile structure material body.

Die Erfindung macht sich die Eigenschaft von Formgedächtniswerkstoff, insbesondere Formgedächtnislegierung (FGL) für die Ausbildung einer dreidimensionalen Textilstruktur zunutze, sich nach einer bleibenden plastischen Verformung unterhalb einer bestimmten kritischen Temperatur durch Erwärmung über diese Temperatur wieder an ihre ursprüngliche Form zu „erinnern” und diese erneut einzunehmen. Für das Auftreten es Formgedächtnis-effektes ist eine reversible „austenitisch-martensitische” Phasenumwandlung Vorraussetzung. Bei konventionellen Konstruktionswerkstoffen ist dagegen die Deformation im plastischen Bereich irreversibel, da die plastische Verformung hauptsächlich durch Versetzungsbewegungen getragen wird. In Analogie zum Eisen-Kohlenstoff-Diagramm wird die Hochtemperaturphase der Formgedächtnislegierung auch als „Austenit” und die Tieftemperaturphase als „Martensit” bezeichnet. Mit der Phasenumwandlung geht eine deutliche Veränderung des Elastizitätsmoduls einher. Generell zu unterscheiden sind in der Anwendung der Einwegeffekt, d. h. die Rückkehr eines plastisch verformten Elementes in den Ausgangszustand durch Erwärmung, und der Zweiwegeffekt, d. h. die reversible Annahme von zwei definierten Geometrien des Elementes aus der Formgedächtnislegierung in Abhängigkeit von der Temperatur.The invention makes use of the property of shape memory material, in particular shape memory alloy (SMA) for the formation of a three-dimensional textile structure to "remember" after a permanent plastic deformation below a certain critical temperature by heating above this temperature to its original shape and this again take. For the occurrence of shape memory effect, a reversible "austenitic-martensitic" phase transformation is a prerequisite. In conventional construction materials, however, the deformation in the plastic region is irreversible, since the plastic deformation is mainly supported by dislocation movements. In analogy to the iron-carbon diagram, the high-temperature phase of the shape memory alloy is also referred to as "austenite" and the low-temperature phase as "martensite". The phase transformation is accompanied by a significant change in the modulus of elasticity. Generally to be distinguished in the Application of the one-way effect, ie the return of a plastically deformed element in the initial state by heating, and the two-way effect, ie the reversible assumption of two defined geometries of the element from the shape memory alloy as a function of the temperature.

Formgedächtnispolymere haben vergleichbare Eigenschaften. Die Aktivierung erfolgt ebenfalls thermisch. Diese kann allerdings nicht durch Anlegen einer elektrischen Spannung erreicht werden.Shape memory polymers have comparable properties. The activation also takes place thermally. However, this can not be achieved by applying an electrical voltage.

Auch magnetische Formgedächtnislegierungen weisen diese Eigenschaften auf, wobei der auslösende Faktor das Vorhandensein bzw. Fehlen eines Magnetfeldes einer bestimmten Stärke ist. Magnetische Formgedächtnislegierungen erfahren eine Längen- und E-Moduländerung, die nicht thermisch sondern auf Grundlage des Magnetfeldes induziert wird.Also magnetic shape memory alloys have these properties, wherein the triggering factor is the presence or absence of a magnetic field of a certain strength. Magnetic shape memory alloys undergo a change in length and modulus, which is induced not thermally but on the basis of the magnetic field.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen und zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. In diesen zeigen:The invention will be explained in more detail below with reference to embodiments and accompanying drawings. In these show:

1 eine perspektivische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispieles eines Textilstrukturmaterialkörpers als Abstandsgewirke in schematischer Darstellung, 1 a perspective view of a first embodiment of a textile structure material body as a spacer knitted fabric in a schematic representation,

2 eine Seitenansicht dreidimensionalen Textilstrukturmaterialkörpers nach 1 in schematischer Darstellung und 2 a side view of three-dimensional textile structure material body 1 in a schematic representation and

3 ein raumbildendes Strukturelement für einen dreidimensionalen Textilstrukturmaterialkörper aus Formgedächtniswerkstoff als spiralförmig gewundener Draht. 3 a space-forming structural element for a three-dimensional textile structure material body of shape memory material as a spirally wound wire.

Ein erstes Ausführungsbeispiel des dreidimensionalen Textilstrukturmaterialkörpers ist als Abstandsgewirke in 1 schematisch gezeigt. Diese dreidimensionale Textilstruktur besteht aus zwei textilen Deckschichten 1, 2, die durch Polfäden 3, 4 bei (Abstandsfäden) miteinander verbunden und auf Abstand gehalten sind, wobei die Biegesteifigkeit der Polfäden 3, 4 zugleich ein Maß der Druckelastizität des dreidimensionalen Textilstrukturmaterialkörpers bestimmt.A first embodiment of the three-dimensional textile structure material body is used as a spacer in FIG 1 shown schematically. This three-dimensional textile structure consists of two textile cover layers 1 . 2 through pile threads 3 . 4 at (spacer threads) connected to each other and kept at a distance, wherein the flexural rigidity of the pile threads 3 . 4 at the same time determines a measure of the compressive elasticity of the three-dimensional textile structure material body.

Aus dieser Biegesteifigkeit der Polfäden 3, 4 ergibt sich daher auch die Druckelastizität des 3-D-Strukturmaterialkörpers (3-D = dreidimensional).From this bending stiffness of the pile threads 3 . 4 Therefore, the compressive elasticity of the 3-D structure material body (3-D = three-dimensional) also results.

Vorzugsweise bestehen bei einem Abstandsgewirke nach 1, das hier jedoch nur ein Ausführungsbeispiel für einen dreidimensionalen Textilstrukturmaterialkörper bildet und keinerlei beschränkenden Charakter hat, die Kettengewirke aus Fadensystemen, die untereinander oder mit sich selbst durch Vermaschen verbunden sind, wobei ein Kettfadensystem als zur Herstellung eines Flächengebildes dienendes Fadensystem in Längsrichtung (d. h. in Verarbeitungsrichtung) verläuft. Bei gleichzeitiger Verarbeitung mehrerer Fadensysteme zur Herstellung eines Abstandsgewirkes werden zwei textile Grundflächen in einem technisch vorbestimmten Abstand, verbunden durch mindestens ein sich zwischen beiden Flächen erstreckendes Fadensystem (Polfäden) in einer Verfahrensstufe hergestellt. Auf diese Weise entsteht ein sogenanntes Abstands- oder auch 3-D-Gewirke, wie dies in 1 schematisch dargestellt ist.Preferably, in a spacer knitted fabric 1 However, here is only one embodiment of a three-dimensional textile structure material body and has no limiting character, the warp knit thread systems that are interconnected or themselves by intermeshing, wherein a warp thread system serving as a fabric for producing a fabric thread system in the longitudinal direction (ie in the processing direction ) runs. When simultaneously processing a plurality of thread systems for producing a spacer knit, two textile bases are produced in a technically predetermined distance, connected by at least one thread system (pile threads) extending between the two faces in one process step. In this way, a so-called distance or 3-D knitted fabric, as shown in 1 is shown schematically.

In den meisten Fällen werden diese Textilien aus synthetischem Material, vorwiegend aus Polyester gefertigt. Die Grundflächen werden überwiegend aus glatten oder texturierten Filamentseiden gefertigt. Als Polfäden kommen vorwiegend Monofile zum Einsatz. Die Druckelastizität des Polsterelementes wird unter anderem durch die Monofildicke und die Anzahl der Monofile pro Flächeneinheit bestimmt. Abstandsgewirke können in Dickebereichen bis zu 6 cm derzeit hergestellt werden. Sie zeichnen sich durch eine hohe Luftzirkulation und somit einen hohen Grad an Feuchtigkeitsabtransportvermögen aus.In most cases, these textiles are made of synthetic material, mainly polyester. The bases are mainly made of smooth or textured filament silk. As pile threads are mainly monofilaments used. The compressive elasticity of the cushioning element is determined inter alia by the monofilament thickness and the number of monofilaments per unit area. Spacer fabrics can currently be produced in thickness ranges up to 6 cm. They are characterized by a high air circulation and thus a high degree of Feuchtigkeitsabtransportvermögen.

Durch Erwärmung der Polfäden 3, die vorzugsweise elektrisch leitfähig und auch gut wärmeleitfähig sind, z. B. mittels Bestromung, wird eine Phasenumwandlung ihres Formgedächtnismateriales von „Martensit” zu „Austenit” ausgelöst, wodurch eine Versteifung der Drähte und somit eine Versteifung des Textilstrukturmaterialkörpers bewirkt wird. Umgekehrt kann diese Versteifung durch Abkühlung der Polfäden 3 wieder aufgehoben werden. Die vorzugsweise verwendeten Formgedächtnislegierungen sind Nickel-Titan-basierte Legierungen mit eingeprägtem Ein- oder Zweiwegeffekt.By heating the pile threads 3 , which are preferably electrically conductive and also good thermal conductivity, z. B. by means of energization, a phase transformation of their shape memory material of "martensite" to "austenite" is triggered, whereby a stiffening of the wires and thus a stiffening of the textile structure material body is effected. Conversely, this stiffening can be achieved by cooling the pile threads 3 be lifted again. The shape memory alloys that are preferably used are nickel-titanium-based alloys with an impressed one- or two-way effect.

Je nach Legierung kann eine Versteifung der FGL bis Faktor 6,5 erreicht werden. Je nach Einbindung in die textile Struktur ist dann eine geringere Versteifung erzielbar.Depending on the alloy, a stiffening of the FGL up to a factor of 6.5 can be achieved. Depending on the integration in the textile structure then a lower stiffening can be achieved.

Die vorliegende Erfindung beschreibt die Anwendung von derartigen Formgedächtnislegierungen (FGL) in dreidimensionalen Textilstrukturen nicht nur zur Anpassung einer Oberfläche durch Formänderung der Formgedächtnislegierungen, sondern zur Einstellung der Steifigkeit von Textilien selbst.The present invention describes the use of such shape memory alloys (SMA) in three-dimensional textile structures not only for adapting a surface by changing the shape of the shape memory alloys, but for adjusting the stiffness of textiles themselves.

Dementsprechend ist gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel eine (nicht im einzelnen gezeigte) Wärmequelle (Stromquelle) vorgesehen, mit der die Phasenumwandlung der Polflächen 3 herbeigeführt wird. Wie dargelegt, bewirkt die damit einhergehende Versteifung der hiernach als Aktordrähte bezeichneten Polflächen 3, insbesondere die Erhöhung der Biegesteifigkeit dieser Polflächen 3 und bewirkt damit eine Versteifung des dreidimensionalen Textilstrukturmaterialkörpers je nach Grad der Umwandlung der Formgedächtnislegierung. Entsprechend wird bei Abkühlung diese Versteifung wieder rückgängig gemacht.Accordingly, according to the present embodiment, a (not shown in detail) heat source (power source) is provided, with which the phase transformation of the pole faces 3 is brought about. As stated, the concomitant stiffening causes the pole surfaces referred to hereafter as actuator wires 3 , in particular the increase in the bending stiffness of these pole faces 3 and thus causes a stiffening of the three-dimensional textile structure material body depending on the degree of conversion of the shape memory alloy. Accordingly, this stiffening is reversed on cooling.

Die Kontaktierung der Aktordrähte 3 kann auch nur abschnittsweise erfolgen.The contacting of the actuator wires 3 can only be done in sections.

Auch können mehrere Zonen mit voneinander unabhängigen Gruppen von Formgedächtnislegierungs-Drähten 3 in dem dreidimensionalen Textilstrukturmaterialkörper vorgesehen sein, wodurch die Versteifung lokal erfolgen kann. „Voneinander unabhängig” beschreibt in diesem Zusammenhang die separate Kontaktierung der Aktordrähte 3 mit der Stromquelle als Wärmequelle.Also, multiple zones of independent groups of shape memory alloy wires 3 be provided in the three-dimensional textile structure material body, whereby the stiffening can be done locally. "Independent from each other" describes in this context the separate contacting of the actuator wires 3 with the power source as the heat source.

Des Weiteren können auch unterschiedliche Zonen durch verschiedenartig ausgeformte Aktordrähte 3 und/oder durch Strukturelemente 3 aus unterschiedlichen Formgedächtniswerkstoffen ausgebildet werden.Furthermore, different zones can also be formed by differently shaped actuator wires 3 and / or by structural elements 3 be formed from different shape memory materials.

Insbesondere kann in jeder der vorgenannten Zonen ein separater Sensor vorgesehen sein, der die sich einstellende Härte misst, wodurch die Steifigkeit (auch automatisch) angepasst werden kann. Insbesondere kann der Sensor als Druck- und/oder Temperatursensor die Belastung auf den Textilstrukturmaterialkörper erfassen und in Verbindung mit einem Steuer- oder Regelkreis, der die Sensoren enthält, die Erwärmung zur Phasenänderung und damit zur, auch lokal verschiedenen, Einstellung der Steifigkeit des Textilstrukturmaterialkörpers bewirken.In particular, a separate sensor can be provided in each of the abovementioned zones, which measures the hardness that occurs, whereby the rigidity can be adjusted (also automatically). In particular, the sensor as a pressure and / or temperature sensor can detect the load on the textile structure material body and, in conjunction with a control or regulating circuit containing the sensors, cause the heating to phase change and thus to also locally different adjustment of the stiffness of the textile structure material body ,

Die Einbindungsmöglichkeiten der Aktordrähte oder Strukturelemente 3 aus Formgedächtniswerkstoff in die dreidimensionale Textilstruktur sind vielfältig.The integration possibilities of the actuator wires or structural elements 3 from shape memory material in the three-dimensional textile structure are diverse.

3 zeigt ein spiralförmiges Federelement 5 als Aktor- oder Strukturelement aus Formgedächtniswerkstoff, das in einen beliebigen dreidimensionalen Textilstrukturmaterialkörper als raumbildendes Element verwendet werden kann, wobei z. B. sowohl eine horizontale als auch eine vertikale Anordnung möglich sind und eine Versteifungswirkung einerseits unter Ausnutzung des Phasenwandlungseffektes der Formgedächtnislegierung, bzw. des Formgedächtniswerkstoffes andererseits aber auch durch die Neigung des spiralförmigen Federelementes 5 in seine geprägte geometrische Spiralgestalt zurückzukehren, versteifend auf die dreidimensionale Textilstruktur wirkt. 3 shows a spiral spring element 5 as an actuator or structural element of shape memory material that can be used in any three-dimensional textile structure material body as a space-forming element, wherein z. B. both a horizontal and a vertical arrangement are possible and a stiffening effect on the one hand, taking advantage of the phase transformation effect of the shape memory alloy, or the shape memory material on the other hand, but also by the inclination of the spiral spring element 5 to return to its embossed geometric spiral shape, stiffening acts on the three-dimensional textile structure.

Die Versteifung kann daher sowohl durch Nutzen einer erhöhten Federsteifigkeit des spiralförmigen Aktorelementes 5 als auch seiner Biegesteifigkeit erfolgen, je nach Einbausituation innerhalb des Textilstrukturmaterialkörpers.The stiffening can therefore both by using an increased spring stiffness of the spiral actuator element 5 as well as its bending stiffness, depending on the installation situation within the textile structure material body.

Der Textilstrukturmaterialkörper kann in einzelne Zonen unterteilt sein, in denen sich jeweils Aktorelemente 3 bzw. 5, vorzugsweise in elektrisch leitfähiger und gut wärmeleitender Ausbildung aus Formgedächtniswerkstoff befinden, wobei die Steifigkeit jeder einzelnen Zone mithilfe des bereits vorher erwähnten Steuer- oder Regelkreises separat und unabhängig voneinander einstellbar ist. Vorzugsweise ist in jeder dieser Zonen ein Druck- und oder Temperatursensor angeordnet, der zur Einstellung der Härte in Abhängigkeit vom Oberflächendruck, d. h. von dem auf die textile Struktur einwirkenden Druckbelastungen, lokal abgestimmt auf die Drucksituation eingestellt werden kann.The textile structure material body may be subdivided into individual zones, in each of which actuator elements 3 respectively. 5 , preferably in electrically conductive and good heat-conducting shape memory material formation, wherein the stiffness of each zone is separately and independently adjustable by means of the previously mentioned control or control circuit. Preferably, in each of these zones, a pressure and / or temperature sensor is arranged, which can be adjusted to adjust the hardness depending on the surface pressure, ie of the pressure loads acting on the textile structure, locally tuned to the pressure situation.

Die geometrische Form des Aktor- oder Strukturelementes kann in weitem Rahmen variieren und ist nicht auf Polfäden oder eine geometrisch eingeprägte Spiralform, wie in 3 gezeigt, beschränkt. Vielmehr richtet sich die Wahl des vorzugsweise geometrisch determinierten Strukturelementes aus Formgedächtniswerkstoff nach der Art des dreidimensionalen Textilstrukturmaterialkörpers, den Einsatzbedingungen und auch der jeweiligen Dicke der dreidimensionalen Textilstruktur. Insbesondere können auch wellen- oder mäanderförmige Aktor- oder Strukturelemente aus Formgedächtniswerkstoff innerhalb des dreidimensionalen Textilstrukturmaterialkörpers Anwendung finden.The geometric shape of the Aktor- or structural element can vary widely and is not on pile threads or a geometrically embossed spiral shape, as in 3 shown, limited. Rather, the choice of the preferably geometrically determined structural element made of shape memory material depends on the type of three-dimensional textile structure material body, the conditions of use and also the respective thickness of the three-dimensional textile structure. In particular, wave- or meander-shaped actuator or structural elements made of shape memory material can also be used within the three-dimensional textile structure material body.

Die Wirkung der vorliegenden dreidimensionalen Textilstruktur beruht auf der Versteifung der Textilstruktur selbst durch die Strukturelemente wie Polfäden 3 oder Federelement 5 aus Formgedächtniswerkstoff in Abhängigkeit von der jeweiligen kritischen Temperatur. Der entscheidende Vorteil ist die Möglichkeit der aktiven und lokalen Anpassung der Steifigkeit dieser dreidimensionalen Textilstruktur, insbesondere durch Steuerung eines Erwärmungsvorganges/Abkühlungsvorganges der aktiven Strukturelemente aus Formgedächtniswerkstoff. Folglich werden die Eigenschaften des dreidimensionalen Textilstrukturmaterialkörpers mittels Phasenumwandlung von Formgedächtnislegierungen verändert und sind in weitem Rahmen einstellbar, z. B. auch in ihrer Kombination mit textilen Monofilen innerhalb der 3-D-Textilstruktur.The effect of the present three-dimensional textile structure is based on the stiffening of the textile structure itself by the structural elements such as pile threads 3 or spring element 5 made of shape memory material as a function of the respective critical temperature. The decisive advantage is the possibility of active and local adaptation of the rigidity of this three-dimensional textile structure, in particular by controlling a heating process / cooling process of the active structural elements made of shape memory material. Consequently, the properties of the three-dimensional textile structural material body are changed by phase transformation of shape memory alloys and are widely adjustable, e.g. B. also in their combination with textile monofilaments within the 3-D textile structure.

Eine Verwendung/Einsatzmöglichkeit derartiger dreidimensionaler Textilstrukturen mit veränderlicher Steifigkeit ist u. a. die Verwendung für Dämpfungselemente, Akustikelemente, Polsterelemente oder Stützelemente.One use / possible use of such three-dimensional textile structures with variable stiffness is u. a. the use for damping elements, acoustic elements, upholstery elements or support elements.

Claims

Three-dimensional textile structure material body with at least one structural element that at least has a 3-D structure ( 3 . 5 ) of a shape memory material, with two textile cover layers ( 1 . 2 ) caused by pile threads ( 3 . 4 ) are interconnected and spaced from each other by these, wherein at least a portion of the pile threads ( 3 . 4 ) is formed from the shape memory material.

Three-dimensional textile structure material body with at least one space-forming structural element ( 5 ) with impressed geometric shape of shape memory material.

Three-dimensional textile structure material body according to claim 1 or 2, with the structural element ( 3 . 5 ) from the shape memory alloy in a pressure-elastic arrangement.

A three-dimensional textile structural material body according to at least one of the preceding claims 1 to 3, characterized in that the shape memory material is a thermal shape memory alloy, a shape memory polymer or a magnetic shape memory alloy.

Three-dimensional textile structure material body according to at least one of the preceding claims 1 or 3 or 4, characterized in that pile threads ( 3 ) are formed as wires of thermal shape memory alloy and / or magnetic shape memory alloy and / or shape memory polymer.

Three-dimensional textile structure material body according to at least one of the preceding claims 1 or 3 to 5, characterized in that in addition to the pile threads ( 3 ) of shape memory material additionally textile pile threads ( 4 ), in particular monofilaments, are provided.

Three-dimensional textile structure material body according to at least one of the preceding claims 1 to 6, characterized in that the structural element ( 3 . 9 ) is connectable to an energy source, in particular to a heat source, to effect a phase transformation of the thermal shape memory alloy or the shape memory polymer.

Three-dimensional textile structure material body according to claim 7, characterized in that the heat source is a power source, the structural element ( 3 . 5 ) is electrically conductive and by energizing the structural element ( 3 . 5 ) A suitable amount of heat for the phase transformation of the shape memory material is generated.

Three-dimensional textile structure material body according to at least one of the preceding claims 1 to 8, characterized by an arrangement of structural elements ( 3 . 5 ) made of shape memory alloy in a plurality of independently activatable zones for mutually independent property change, in particular rigidity or compressive elasticity change in the individual zones.

Three-dimensional textile structure material body according to claim 9, characterized in that the structural elements ( 3 . 5 ) in a zone independently of the structural elements of another zone with respect to a phase transformation of the shape memory material activatable, in particular separately controllable with a heat source, in particular power source, are connectable.

Three-dimensional textile structure material body according to at least one of the preceding claims 1 to 10, characterized by at least one sensor, in particular pressure and / or temperature sensor, for setting a load and / or stiffness or temperature state of the Textilstrukturmaterialkorpers.

Three-dimensional textile structure material body according to claim 10 or 11, characterized in that each zone has a sensor, in particular pressure and / or temperature sensor for detecting a load condition and / or for detecting a rigidity of the respective zone.

Three-dimensional textile structure material body according to claim 11 or 12, characterized in that the sensor forms part of a control or regulating circuit with a control or regulating device for adjusting a property, in particular stiffness or compressive elasticity of the textile structure material body or individual zones thereof.

Three-dimensional textile structure material body according to at least one of the preceding claims 1 to 13, characterized by an electrically conductive shape memory alloy.

Three-dimensional textile structure material body according to at least one of the preceding claims 2 to 14, characterized by a spiral or meandering or wavy shape.