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Die Erfindung betrifft ein Abstandsgewirke mit einer ersten und einer zweiten flächigen Gewirkelage, die durch eingewirkte Abstandsfäden miteinander verbunden sind, wobei die die Gewirkelagen miteinander verbindenden Abschnitte der Abstandsfäden zwischen den Gewirkelagen frei und ohne eine weitere Abstützung verlaufen und eine elastisch komprimierbare Zwischenschicht bilden.
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Da die Zwischenschicht elastisch komprimierbar ist, zeichnet sich das Abstandsgewirke durch gute Dämpfungs- und Polstereigenschaften aus. Zusätzlich ermöglicht die offene Struktur der Zwischenschicht auch eine Luftzirkulation.
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Die konkrete Ausgestaltung der flächigen Gewirkelagen, also die Oberflächenstruktur des Abstandsgewirkes, sowie das Wirkmuster der Abstandsfäden und damit auch die elastischen Eigenschaften des Materials können weitgehend unabhängig voneinander variiert werden. Aufgrund seiner Eigenschaften können Abstandsgewirke als weiche, elastische und eine Luftzirkulation ermöglichende Schichten bei Matratzen, Polstermöbeln, Bekleidungsstücken oder Schuhen vorgesehen sein. Zusätzlich werden Abstandsgewirke auch im Automobilbereich, beispielsweise für Klimasitze und Sitzbezüge eingesetzt, wobei Abstandsgewirke aufgrund ihrer Polstereigenschaften und des sehr guten Rückstellverhaltens eine gute Korrekturanpassung ermöglichen. Ein Abstandsgewirke mit den eingangs beschriebenen Merkmalen ist aus der
DE 90 16 062 U1 bekannt.
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Auch die
EP 1 775 362 A1 ist auf ein gattungsgemäßes textiles Abstandsgewirke gerichtet, welches Zonen unterschiedlicher Stauchhärte aufweist. Durch die Bereiche unterschiedlicher Härte ist eine Anpassung an die bei dem Gebrauch des Abstandsgewirkes tatsächlich auftretende Belastungsverteilung möglich. Wenn beispielsweise ein Zuschnitt des Abstandsgewirkes an der Sitzfläche eines Autositzes verwendet werden soll, ist in dem mittleren Bereich üblicherweise mit der größten Belastung zu rechnen, während die an den seitlichen Wangen eines Autositzes auftretenden Belastungen geringer sind. Des Weiteren unterscheiden sich auch die im Sitzbereich einerseits und an der Rücklehne eines Autositzes andererseits auftretenden Kräfte deutlich, so dass hier eine Anpassung der Härte des Abstandsgewirkes von Vorteil ist. Anstelle der Verwendung von Abschnitten unterschiedlicher Abstandsgewirke erlaubt die in der
EP 1 775 362 A1 offenbarte Lehre eine entsprechende Anpassung bei einem einzigen Materialabschnitt. Dort wo aufgrund der auftretenden Belastungen eine hohe Stauchhärte erforderlich ist, muss üblicherweise eine zusätzliche, weiche Materiallage, beispielsweise aus weichem Schaumstoff, vorgesehen werden, um ein angenehmes, weiches Ansatzverhalten zu erreichen. Ohne eine entsprechende Zwischenlage würden die Bereiche mit einer großen Stauchhärte, beispielsweise bei der Verwendung an einer Matratze oder an einem Autositz, subjektiv als hart und unkomfortabel empfunden werden.
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Die Druckschrift
JP 2004/091987 A1 betrifft ein Abstandsgewirke, welches zur Ermöglichung einer großen Dicke Stützfäden aufweist, die zwischen einer ersten und einer zweiten flächigen Gewirkelage geführt sind. Die zwischen den flächigen Gewirkelagen verlaufenden Abschnitte der Abstandsfäden sind zur zusätzlichen Abstützung um die Stützfäden herum geführt, die selbst nicht in die flächigen Gewirkelagen eingearbeitet sind. Um die Stützfäden trotz der Kraftbeaufschlagung durch Abstandsfäden in ihrer Position zwischen den flächigen Gewirkelagen zu halten, sind ausgehend von einer der Gewirkelagen Schlaufen vorgesehen, welche die Stützfäden umgreifen. Durch die Abstützung der Abstandsfäden an den Stützfäden einerseits und die mittelbare Verbindung der Schlaufen mit den Abstandsfäden über die Stützfäden andererseits wird eine Struktur erreicht, die auch bei einer großen Dicke insgesamt eine hohe Festigkeit, das heißt eine große Stauchhärte, aufweist.
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In der Druckschrift
DE 10 2006 002 098 A1 ist ein Abstandsgewebe beschrieben, welches zwei Schichten umfasst, die durch Filamente miteinander verbunden sind, und darüber hinaus weitere gewickelte Filamente aufweist, deren Länge geringer ist als der Abstand zwischen den Schichten, und die beim Zusammendrücken erst Last aufnehmen, wenn sie die zweite Schicht berühren.
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Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Abstandsgewirke anzugeben, welches bei einer Kompression zunächst ein weiches, für einen Benutzer angenehmes Verhalten und dennoch eine hohe Tragkraft aufweist.
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Ausgehend von einem Abstandsgewirke mit den eingangs beschriebenen Merkmalen wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch eine Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung verlaufen die Abstandsfäden zwischen den flächigen Gewirkelagen frei und ohne eine weitere Abstützung. Insbesondere sind die Abstandsfäden und die Polfäden im Bereich der Zwischenschicht nicht kraftschlüssig miteinander verbunden. In Bezug auf das Kompressionsverhalten können die von den Abstandsfäden gebildete Zwischenschicht einerseits und die von den Polfäden gebildete Verstärkungsschicht andererseits im Wesentlichen getrennt voneinander betrachtet werden. Zu Beginn einer Kompression des Abstandsgewirkes wird das elastische Verhalten von den Eigenschaften der Abstandsfäden bestimmt. Wenn nachfolgend bei einer fortschreitenden Kompression die zweite flächige Gewirkelage in Kontakt mit der Verstärkungsschicht, also mit den Schlaufen der Polfäden tritt, erfolgt eine weitere Abstützung, wobei sich dann die Stauchhärten der Zwischenschicht und der Verstärkungsschicht addieren.
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Die von den Abstandsfäden gebildete Zwischenschicht kann dabei derart ausgeführt werden, dass diese vergleichsweise weich und nachgiebig ist. Zu Beginn einer Kompression oder bei einer lediglich geringen Gewichtsbelastung ergibt sich dann ein für den Benutzer angenehmes, weiches Ansatzverhalten. Insbesondere kann durch eine entsprechende Auswahl und wirktechnische Anordnung der Abstandsfäden ein Verhalten erreicht werden, welches in etwa dem von weichem Schaumstoff entspricht. Bei einer fortschreitenden Kompression kann dann durch die von den Polschlaufen gebildete Verstärkungsschicht insgesamt eine Erhöhung der Stauchhärte des gesamten Abstandsgewirkes erreicht werden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist dabei vorgesehen, dass in Bezug auf die jeweilige Dicke die Stauchhärte der Verstärkungsschicht größer ist als die Stauchhärte der Zwischenschicht. Der Begriff Stauchhärte bezieht sich dabei auf das Verhältnis von Dickenreduzierung zu senkrechtem Flächendruck auf das Abstandsgewirke. Aufgrund der in weiten Teilen vergleichbaren elastischen Eigenschaften vom Abstandsgewirke einerseits und weich-elastischen Schaumstoffen andererseits kann zur Bestimmung der Stauchhärte auf die DIN EN ISO 3386/1:1998-06 zurückgegriffen werden, welche die Bestimmung der Druckspannungs-Verformungseigenschaften von polymeren, weich-elastischen Schaumstoffen mit niedriger Dichte betrifft.
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Die genannte Norm kann auch herangezogen werden, um die bevorzugten Eigenschaften des Abstandsgewirkes näher zu definieren. So ist gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung vorgesehen, dass die Kraft, die für eine Kompression des Abstandsgewirkes um 70% erforderlich ist, zumindest fünfmal, vorzugsweise zumindest zehnmal großer ist als die Kraft, die für eine Kompression des Abstandsgewirkes um 20% erforderlich ist.
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Im Hinblick auf die typischen Einsatzgebiete des Abstandsgewirkes, beispielsweise als Luftaustauschschicht von Schuhsohlen, Matratzen, Autositzen oder dergleichen, ist zu berücksichtigen, dass insgesamt eine ausreichende Tragkraft erforderlich ist. Insbesondere muss zur Gewährleistung einer vollständigen und dauerhaften Belüftung eine vollständige Kompression des Abstandsgewirkes verhindert werden, wozu die zusätzliche Verstärkungsschicht vorgesehen ist. Da durch die erfindungsgemäß vorgesehene Ausgestaltung des Abstandsgewirkes auch ein weiches Ansatzverhalten erreicht werden kann, ist die Anordnung einer zusätzlichen Materialschicht nicht erforderlich, so dass bezogen auf den Material- und Fertigungsaufwand erhebliche Kostenersparnisse erreicht werden können. Durch die Einsparung einer zusätzlichen, weichen Deckschicht können üblicherweise auch die Belüftungseigenschaften weiter verbessert werden.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass bei der Kompression des Abstandsgewirkes wegabhängig ein unterschiedliches elastisches Verhalten auftritt. Die Dicke der Verstärkungsschicht und damit die Aufteilung der verschiedenen Bereiche kann jedoch entsprechend der jeweiligen Erfordernisse bedarfsgerecht angepasst werden. Üblicherweise beträgt im unkomprimierten Zustand des Abstandsgewirkes die Dicke der Verstärkungsschicht zwischen 20% und 80% der Dicke der Zwischenschicht.
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Im Rahmen der Erfindung kann an der ersten oder aber auch an der zweiten Gewirkelage zumindest eine zusätzliche wirktechnisch erzeugte Verstärkungsschicht vorgesehen sein. Wenn diese eine andere Dicke aufweist als die zuvor beschriebene erste Verstärkungsschicht und wenn die Verstärkungsschichten weitgehend unabhängig voneinander sind, ergibt sich ein mehrstufiges Verhalten, wobei die Stauchhärte des Abstandsgewirkes zu Beginn der Kompression allein von der durch die Abstandsfäden gebildeten Zwischenschicht und nachfolgend durch eine Summe der elastischen Eigenschaften der Zwischenschicht und der zusätzlich vorgesehenen Verstärkungsschichten bestimmt wird.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Polschlaufen in Wirkrichtung jeweils über zumindest zwei Maschen frei laufen, bevor der jeweils zugeordnete Polfaden zurück zu der ersten flächigen Gewirkelage geführt ist. Erfindungsgemäß werden jeweils zwei in Wirkrichtung aufeinander folgende Polschlaufen von einer gemeinsamen, von der zweiten flächigen Gewirkelage ausgehenden Fangschlaufe durchgriffen. Die Fangschlaufen können ohne Einschränkung durch eine entsprechende Steuerung des Wirkprozesses von den Abstandsfäden oder von einem zusätzlich zugeführten und eingewirkten Faden gebildet sein. Die Fangschlaufen dienen zur Ausrichtung der Polschlaufen. Insbesondere können die Form der Polschlaufen und damit auch das elastische Verhalten der von den Polschlaufen gebildeten Verstärkungsschicht beeinflusst werden.
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Um die Polschlaufen zu bilden, können Polfäden aus einem üblichen Material vorgesehen sein, die gegenüber den Abstandsfäden vergleichsweise steif sind. Im Rahmen einer solchen Ausgestaltung werden bevorzugt Monofilamente eingesetzt. Gemäß einer alternativen Ausgestaltung bestehen die Polfäden des Abstandsgewirkes aus einem Material, insbesondere einem polymeren Material, welches chemisch und/oder physikalisch härtbar ist. Für eine physikalische Härtung kann beispielsweise ein Material vorgesehen sein, welches thermisch, das heißt durch Erwärmung oder auch mechanisch, insbesondere durch Druckeinwirkung, härtbar ist. Im Rahmen einer solchen Ausgestaltung können die Polfäden in ungehärtetem Zustand zunächst leicht verarbeitet werden, ohne dass dabei hohe Zugkräfte auftreten oder die Gefahr eines Fadenbruchs besteht. Nach dem Abschluss des Wirkprozesses erfolgt dann eine Härtung. Bei einem thermisch härtbaren Material erfolgt beispielsweise eine Erwärmung des Abstandsgewirkes und damit eine Verhärtung der Polfäden.
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Das Abstandsgewirke ist üblicherweise vollständig aus polymeren Fäden gebildet, wobei grundsätzlich die Verwendung von Fäden aus Naturfasern nicht ausgeschlossen ist. Die konkrete Ausgestaltung der einzelnen Fäden ist im Rahmen der Erfindung nicht beschränkt. Die Abstandsfäden bestehen jedoch vorzugsweise aus Monofilamenten. Die Polfäden können als Monofilamente oder auch als Multifilamente ausgebildet sein. Insbesondere kann bei einem Multifilament vorgesehen sein, dass die einzelnen Filamente der Polfäden bei der Herstellung zunächst noch eine gewisse Beweglichkeit zueinander aufweisen, wobei dann durch eine thermische Behandlung, das heißt ein Aufheizen des Abstandsgewirkes, die Filamente miteinander zumindest teilweise verschmelzen und so steife Polschlaufen gebildet werden. Eine vergleichbare Verbindung der Filamente ist auch bei einem anderen physikalisch oder chemisch härtbaren Material möglich.
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Bei dem erfindungsgemäßen Abstandsgewirke können auch Flächenabschnitte unterschiedlicher Härte vorgesehen sein. Dies kann sich sowohl auf die Härte zu Beginn der Kompression, das heißt die Härte der Zwischenschicht, als auch auf die Härte bei einer fortschreitenden Kompression, das heißt die Härte der Verstärkungsschicht, beziehen. Unterschiedliche Härteeigenschaften können in beiden Fällen durch eine lokale Veränderung des Wirkmusters der zugeordneten Fäden erreicht werden. Bezüglich der Abstandsfäden ist eine entsprechende Anpassung der Härteeigenschaften aus der
EP 1 775 362 A1 bekannt. Um dagegen die Härte der Versteifungsschicht anzupassen, kann beispielsweise die Anzahl der Maschen, über welche die Polschlaufen frei laufen, verändert werden. Darüber hinaus ist es auch denkbar, bei einem Abstandsgewirke die von den Polschlaufen gebildete Verstärkungsschicht lediglich abschnittsweise vorzusehen. Bei der Einstellung der gewünschten mechanischen Eigenschaften ist auch zu berücksichtigen, dass die Härte der Verstärkungsschicht üblicherweise mit zunehmender Länge der Polschlaufen übernimmt.
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Die konkrete Ausgestaltung der flächigen Gewirkelagen ist im Rahmen der Erfindung nicht eingeschränkt. Um eine optimale Belüftung zu ermöglichen, kann jedoch insbesondere eine zellenförmige Struktur vorgesehen sein.
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Gegenstand der Erfindung ist auch ein Verfahren zur Herstellung des zuvor beschriebenen Abstandsgewirkes, wobei gewirketechnisch eine erste und zweite flächige Gewirkelage sowie eine aus Abstandsfäden gebildete Zwischenschicht erzeugt werden, wobei ein chemisch und/oder mechanisch, insbesondere thermisch verfestigbarer Polfaden derart in die erste flächige Gewirkelage eingewirkt wird, dass Polschlaufen gebildet werden, die sich in unkomprimiertem Zustand des Abstandsgewirkes nur über einen Teil der Dicke der Zwischenschicht erstrecken und die eine Verstärkungsschicht bilden und wobei das Abstandsgewirke nachfolgend zur Verfestigung der Polfäden einer chemischen und/oder physikalischen Behandlung unterzogen wird. Bei der Verwendung chemisch und/oder physikalisch härtbarer Polfäden kann der Härtungsprozess unmittelbar an den Wirkprozess anschließend durchgeführt werden. Des Weiteren besteht aber auch die Möglichkeit die Härtung erst später durchzuführen. Denkbar ist beispielsweise, das Material zunächst im ungehärteten Zustand zu transportieren, wobei dann das Material auf einfache Weise platzsparend komprimiert werden kann. Die Härtung erfolgt dann nach dem Transport vor der weiteren Verarbeitung.
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Die Bildung des Abstandsgewirkes erfolgt auf eine Kettwirkmaschine, insbesondere einer Raschelmaschine. Das Wirkprinzip beruht darauf, dass Fäden, vorzugsweise Kunststofffäden, zur Bildung flächiger Gewirkelagen sowie als Abstands- und Polfäden an Legeschienen durch Lochnadeln geführt und mit auf- und niedergehenden Zungennadeln vermascht werden. Durch eine Steuerung der Legeschienen sowie der Zugnadeln können in Bezug auf die einzelnen Fäden unterschiedliche Legemuster erzeugt werden, wobei durch eine elektronische Steuerung auch während des Legevorganges in Längs- und/oder Querrichtung eine Veränderung des Legebildes realisiert werden kann.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines lediglich exemplarischen Ausführungsbeispiels erläutert. Es zeigen:
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1 den grundsätzlichen Aufbau eines Abstandsgewirkes in einer vergrößerten Darstellung,
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2 eine Seitenansicht des Abstandsgewirkes,
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3 eine Detailansicht des in 2 dargestellten Abstandsgewirkes in schematischer Darstellung und
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4 eine beispielhafte Darstellung einer Federkennlinie eines erfindungsgemäßen Abstandsgewirkes.
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Das in
1 dargestellte Abstandsgewirke umfasst eine untere, erste Gewirkelage
1 und eine zweite, obere Gewirkelage
2. Die beiden Gewirkelagen
1,
2 sind durch eingewirkte Abstandsfäden
3, die eine Zwischenschicht
4 bilden, verbunden.
1 zeigt ein Abstandsgewirke in Querrichtung CD (cross direction) und Wirkrichtung MD (machine direction) in geschnittener Darstellung. Bei einer Ansicht des Schnittes entlang der Querrichtung CD erscheinen die Abstandsfäden
3 gekreuzt, da diese von Masche zu Masche seitlich versetzt angeordnet sind. Eine entsprechende Wirkstruktur ist beispielsweise aus der
DE 90 16 062 U1 bekannt. In Längsrichtung MD verlaufen die Abstandsfäden
3 dagegen im Zickzack und damit abgesehen von einer üblichen, bogenförmigen Krümmung im Wesentlichen V-förmig.
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Über die übliche Ausgestaltung eines Abstandsgewirkes hinausgehend sind in die untere, erste Gewirkelage 1 Polfäden 5 wirktechnisch eingearbeitet, die in Längsrichtung verlaufende Polschlaufen 6 bilden. In dem dargestellten, unkomprimierten Zustand des Abstandsgewirkes erstrecken sich die Polschlaufen 6 nur über einen Teil der Dicke der Zwischenschicht 4 und bilden eine zusätzliche Verstärkungsschicht 7.
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Wie insbesondere der 2 und der Detailansicht der 3 zu entnehmen ist, verlaufen die Polschlaufen 6 in Wirkrichtung MD frei über eine Länge von drei Maschen, bevor die jeweils zugeordneten Polfäden 5 zurück zu der ersten Gewirkelage 1 geführt sind. Um die Polschlaufen 6 in einer gewünschten Form zu halten, erstrecken sich von der zweiten Gewirkelage 2 Fangschlaufen 8 in die Zwischenschicht 4 hinein, welche jeweils zwei in Wirkrichtung MD aufeinander folgende Polschlaufen 6 durchgreifen.
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Wie der 2 zu entnehmen ist, reichen die Polschlaufen 6 etwa bis zur Mitte der Zwischenschicht 4, so dass die von den Polschlaufen 6 gebildete Verstärkungsschicht 7 etwa 50% der Dicke der Zwischenschicht 4 aufweist.
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Bei einer Kompression des Abstandsgewirkes wird zunächst die von den Abstandsfäden 3 gebildete Zwischenschicht 4 elastisch zusammengedrückt. Die sichelförmigen Abschnitte der als Monofilamente ausgebildeten Abstandsfäden 6 können dabei derart ausgeführt sein, dass das Abstandsgewirke zu Beginn der Kompression leicht eingedrückt werden kann, wobei sich bei der Verwendung des Abstandsgewirkes an einer Matratze oder in einem Autositz ein weiches und für den Benutzer angenehmes Ansatzverhalten ergibt.
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Bei einer weiteren Kompression des Abstandsgewirkes gelangt schließlich die obere, zweite Gewirkelage 2 in Anlage zu der aus den Polschlaufen 6 gebildeten Verstärkungsschicht 7. Nachfolgend werden dann die elastischen Eigenschaften des gesamten Materials durch eine Überlagerung der elastischen Eigenschaften der Zwischenschicht 4 einerseits und der Verstärkungsschicht 7 andererseits bestimmt. Zweckmäßigerweise ist die Verstärkungsschicht 7 derart ausgeführt, dass ihre Stauchhärte deutlich größer ist als die Stauchhärte der Zwischenschicht 4. Sobald die zweite Gewirkelage 2 in Anlage mit der Verstärkungsschicht 7 gelangt, ergibt sich dann ein deutlicher Anstieg der für eine weitere Kompression erforderlichen Kraft. Insbesondere kann durch eine entsprechend steife Ausgestaltung der Verstärkungsschicht 7 ein vollständiges Zusammendrücken auch bei einer großen Krafteinwirkung vermieden werden, so dass innerhalb des Abstandsgewirkes eine Luftzirkulation aufrechterhalten werden kann.
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Wie insbesondere der Detailansicht der 3 zu entnehmen ist, bestehen die Polfäden 5 in dem dargestellten Ausführungsbeispiel aus Multifilamenten, während als Abstandsfäden 3 Monofilamente vorgesehen sind. Um eine leichte Herstellung und dennoch eine hohe Stabilität der Polschlaufen 6 zu erreichen, bestehen die Polfäden 5 aus einem thermisch härtbaren Material. So kann beispielsweise vorgesehen sein, dass bei einer Erwärmung des Abstandsgewirkes nach dem Wirkvorgang die einzelnen Filamente der Polfäden 5 zumindest teilweise miteinander verschmolzen werden, wodurch eine Versteifung der Polfäden 5 erreicht wird.
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4 zeigt exemplarisch eine Federkennlinie eines erfindungsgemäßen Abstandsgewirkes, wobei die Stauchhärte σ als Funktion der Verformung ε (in Prozent bezogen auf die Gesamtdicke in unkomprimiertem Zustand) dargestellt ist. Die Prüfung der elastischen Eigenschaften kann in Anlehnung der zur Bestimmung der Druckspannungs-Verformungseigenschaften von weich-elastischen Schaumstoffen mit niedriger Dichte vorgesehenen DIN ISO 3386-1:1998-06 erfolgen, wobei mittels einer Prüfmaschine ein Probekörper vorgegebener Größe mit einer vorgegebenen Vortriebsgeschwindigkeit in den Probekörper eingedrückt wird. Die Prüfung des Abstandsgewirkes erfolgt dabei stets senkrecht zu den beiden flächigen Gewirkelagen 1, 2, also in Dickenrichtung. Der in 4 dargestellten Kennlinie ist zu entnehmen, dass bis zu einer Verformung ε50 von 50% die Stauchhärte σ niedrig ist. Entsprechend zeichnet sich das Abstandsgewirke zunächst durch weiche und für einen Benutzer angenehme Eigenschaften aus, die mit dem Verhalten eines weichen Schaumstoffes vergleichbar sind. Bei einer Verformung ε50 von etwa 50% gelangt sodann die zweite Gewirkelage 2 in Anlage mit den Polschlaufen 6 der Verstärkungsschicht 7. Aufgrund der Steifheit der Polfäden 5 wird deshalb bei einer weiteren Komprimierung ein schlagartiger Anstieg der Stauchhärte σ beobachtet. Das Abstandsgewirke weist damit eine sehr hohe Tragkraft auf, wobei ein vollständiges Zusammendrücken und damit eine Unterbrechung der Luftzirkulation verhindert werden können. Insbesondere ist die Stauchhärte σ70 bei einer Verformung ε von 70% mehr als zehnmal größer als die Stauchhärte σ20 bei einer Verformung ε20 von 20%. Des Weiteren ist in der 4 zu erkennen, dass bei dem Druckversuch auch eine für elastische Materialien typische Hysterese beobachtet wird, welche einer Energieabsorption durch die Verformungsarbeit entspricht.
