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Erklärung zum Regierungsinteresse
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Die
Regierung (der USA) kann eine Aufrechnungslizenz an dieser Erfindung
sowie unter eingeschränkten Umständen das Recht
haben, vom Patentinhaber zu verlangen, dass er Lizenzen an andere
unter vertretbaren Bedingungen vergibt, wie sie durch den Inhalt
des Auftrags Nr. HQ0006-06-C-0001 geregelt sind, welcher vom Amt für
Raketenabwehr des Verteidigungsministeriums erteilt wurde.
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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung
zum Testen von flexiblen Textillaminatmaterialien. Insbesondere
bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren und eine Vorrichtung
zum Testen von flexiblen Textillaminatmaterialien unter verschiedenen
Belastungsbedingungen.
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Hintergrund der Erfindung
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Gewebe
in Leinwandbindung werden verbreitet als Strukturmaterialien für
viele Anwendungen einschließlich unter anderem gasgefüllter
Strukturen, Membrandächern und großen Planen verwendet.
In diesen Aufgaben werden die Materialien in erster Linie von Wetterschwankungen,
d. h. Temperaturveränderungen, Niederschlag und Wind, beeinflusst, doch
sind auch Spannungen aufgrund von Gewicht und Druck zu berücksichtigen.
Daher sind solche Strukturen zwar leicht und geschmeidig ausgebildet, müssen
jedoch auch eine größere Festigkeit und Haltbarkeit
aufweisen.
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Diese
Materialien können auch in aerostatischen Luftfahrzeugen,
wie Aerostaten, Ballons und Luftschiffen einschließlich
Prallluftschiffen und Starrluftschiffen, die in vielen verschiedenen
Anwendungen, wie in der Nähe großer Sport-, Unterhaltungs- oder
Kulturveranstaltungen oder in großen Stadtgebieten, verwendet
werden, um Werbung zu transportieren oder um für eine Berichterstattung über
die Veranstaltungen aus großer Höhe zu sorgen,
Anwendung finden. Aerostatische Luftfahrzeuge werden auch bei Anwendungen
in großer Höhe zum Zwecke der Wetterüberwachung
und/oder der militärischen Beobachtung verwendet. In solchen
Fällen gilt: Je höher ein Fahrzeug arbeiten kann,
desto größer ist auch die Fläche, die
für Beobachtungszwecke und/oder Wetterüberwachung überblickt
werden kann. Außerdem sind aerostatische Luftfahrzeuge, die
in Höhen von über 50 000 Fuß arbeiten
können, keine Gefahr für die kommerzielle Luftfahrt,
sind schwieriger zu finden und/oder zu zerstören, können für
die Beobachtung weiter Bereiche verwendet werden und sorgen somit
für einen strategischen und/oder ökonomischen
Vorteil und dienen als Zwischenstation zum Weiterleiten von Kommunikation.
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Von
besonderem Interesse sind hier Strukturmaterialien zur Verwendung
als Hüllmaterial bei aerostatischen Luftfahrzeugen, obwohl
die hier offenbarte Vorrichtung und das Verfahren zu ihrer Verwendung
beim Testen von Materialien für jede der obigen Verwendungen
Anwendung finden wird. Zum Beispiel bestehen typische in großer
Höhe arbeitende aerostatische Luftfahrzeuge aus flexiblen
Textillaminaten einschließlich leichter Materialien, die
einem weiten Bereich von Temperaturschwankungen und täglicher
Expansion und Kontraktion aufgrund solcher Temperaturschwankungen,
Abbau durch Ozon und Einwirkung von ultraviolettem Licht widerstehen. Materialien,
die für herkömmlichere Verwendungen eingesetzt
werden, können denselben Bedingungen ausgesetzt sein, wenn
auch im Allgemeinen weniger extrem.
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Viele
Verwendungen dieser Materialien führen neben der allgemeinen
Belastung und Spannung zu lokalisierten Spannungen. Wenn das Material
zum Beispiel Logos oder eine Identifikationsbeschriftung trägt,
wie im Falle von Werbeballons oder -luftschiffen, kann das Logo
oder die Beschriftung eine lokalisierte Wärmeanhäufung
verursachen. Weitere potentielle Bereiche mit lokalisierter Spannung
sind Nähte, wo Bahnen aus flexiblem Textillaminat mit Hilfe
von strukturellem Nahtband unter Bildung größerer Strukturen
miteinander verbunden werden. Der Bereich entlang der Kante der
Nähte unterliegt aufgrund der Übertragung der
Steifigkeit des Textillaminats auf den Nahtbereich einer größeren
Spannung, was zu einem erhöhten Potential für
Materialversagen führt.
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Im
Lichte der extremen Umweltbedingungen und anderer Belastungen, denen
für irgendwelche der obigen Anwendungen verwendete Materialien ausgesetzt
sind, und insbesondere solcher, denen für Anwendungen für
aerostatische Luftfahrzeuge verwendete Materialien ausgesetzt sind,
sind die Materialien der Wahl für solche Anwendungen typischerweise
hochfeste Materialien. Zum Beispiel lehrt das
US-Patent Nr. 6,074,722 (Cuccias)
ein Textillaminat aus einer Schicht von Polyurethanharz, die verwendet
wird, um Schichten aus verwebtem Garn aus Fasern aus hochfestem
flüssigkristallinen thermotropen (schmelzgesponnenen) Polyester
(VECTRAN
®), aromatischem Polyaramid
(KEVLAR
®) oder Polyester (DACRON
®) mit einer Schicht aus Polyvinylfluorid (TEDLAR
® oder MYLAR
®)
zu verbinden, wobei das Laminat eine äußere Schicht
aus einem Material aufweist, das beständig gegenüber
Abbau durch ultraviolette Strahlung ist. Das
US-Patent Nr. 6,979,479 lehrt ein
Laminat aus einer Schicht aus einem Garn aus Fasern aus einem flüssigkristallinen
Polymer (VECTRAN
®) als innerer
Oberfläche, einer Klebstoffschicht, einer Polyimidschicht
und einer Schicht aus Polyvinylidenfluorid (PVDF), die die äußere
Oberfläche bildet.
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In
diesen Materialien fungieren die verschiedenen Schichten als Gassperre,
um Helium oder Wasserstoff zurückzuhalten, und/oder zum
Schutz vor Abbau, der zum Beispiel durch Ozon oder ultraviolette
Strahlung verursacht wird. Das flexible Textillaminat kann weiterhin
eine dünne Metallbeschichtung beinhalten, die für
passive Klimatisierung sorgt, das Entweichen von Helium reduziert,
die Wirkun gen von Blitzeinschlägen minimiert und für
ein Mittel zur gleichmäßigen Verteilung statischer
Elektrizität über die Hüllenoberfläche
sorgt.
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Wie
bereits angemerkt, sind die flexiblen Textillaminatmaterialien einer
Vielzahl von extremen Umweltparametern ausgesetzt. Außerdem
verschlimmern sich Belastung und Spannung durch die Notwendigkeit,
Materialien zu verwenden, die das Gewicht des Fahrzeugs oder der
Vorrichtung minimieren. Zum Beispiel kann eine Reduktion der Menge
des laminierenden Klebers, was die Textilbindung öffnet
und dadurch mehr Zwischenraum zwischen den Fasern oder Garnen lässt,
und die Verwendung von kleinerem Garn mit geringerem Titer dazu
beitragen, das Gewicht zu reduzieren, kann aber auch die Festigkeit
reduzieren und lokale Spannungskonzentrationen in einem Textillaminat
erhöhen. Es gibt eindeutig eine subtile Balance zwischen
der Notwendigkeit, ein leichtes Material zu verwenden und dennoch ein
Material zu verwenden, das extremen Arbeitsbedingungen widerstehen
kann.
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Im
Lichte der obigen Betrachtungen ist es unbedingt notwendig, dass
die Eigenschaften eines flexiblen Textillaminats und der Materialien,
aus denen es besteht, so weitgehend wie möglich bekannt sind,
um potentielle Einschränkungen der Verwendung bis zum Punkt
des Materialversagens vorhersagen zu können. Die Kenntnis
der Festigkeit und der Eigenschaftsbeschränkungen von flexiblen
Textillaminatmaterialien und insbesondere von leichten und hochfesten
Textillaminatmaterialien ermöglicht die Verwendung der
Materialien im Rahmen bestimmter Systementwürfe.
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Bekannte
Maschinen und Vorrichtungen, die zum Testen von Materialfestigkeiten
und Eigenschaftsbeschränkungen der soeben diskutierten
Art verwendet werden, sind auf Vorrichtungen beschränkt,
die nur uniaxiale und/oder symmetrische biaxiale Spannung erzeugen
können. Typischerweise wird eine Zugprüfmaschine
verwendet, um uniaxiale Kräfte zu erzeugen und damit die
Festigkeit und Leistungsfähigkeit von Materialien zu bewerten.
Bei gasgefüllten Strukturen, wie einem Luftschiff, Aerostat
oder Prallluftschiff, sind die Spannungen im Hüllenmaterial
aufgrund des Aufblasdrucks jedoch biaxial und wahrscheinlich nicht
gleich.
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Zum
Beispiel ist die Spannung in der Ringzug- oder Umfangsrichtung zweimal
so groß wie in der Längs- oder axialen Richtung.
Um die tatsächliche Leistungsfähigkeit von Luftschiffhüllentextillaminaten
zu charakterisieren und zu bewerten, ist es notwendig, sie zu testen,
während sie unter gleichzeitiger ungleicher unabhängiger
biaxialer Spannung stehen. Wenn das aerostatische Luftfahrzeug sphärisch ist,
wie ein Ballon, sind die Spannungen im Allgemeinen in allen Richtungen
gleich.
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Bestimmte
Maschinen sind in der Lage, auch die Scherfestigkeit in der Ebene
zu testen; Maschinen mit dieser Fähigkeit erzeugen jedoch
keine unabhängige biaxiale Spannung. Während Maschinen mit
der Fähigkeit, eine symmetrische biaxiale Kraft auszuüben,
Arbeitsbelastungen bis zu einem gewissen Grad simulieren können,
liefern sie kein Mittel, um ein Textillaminat unter realistischeren
Bedingungen angelegter Spannung, denen das Material bei der Verwendung
ausgesetzt ist, insbesondere die gleichzeitige Anwendung von Scherspannung
mit unabhängig variierten biaxialen Spannungen, genau zu testen.
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Wie
daraus zu ersehen ist, wird eine Vorrichtung benötigt,
die biaxiale Belastungen unabhängig voneinander erzeugen
kann, um biaxiale Belastung und Spannung zu bewerten und um weiterhin
die Scherfestigkeit in der Ebene zu testen und zu bewerten. Außerdem
wird eine solche Vorrichtung, die auch die Gasdurchlässigkeit,
die Delaminierung des Gassperrfilms und andere solche Parameter
bewertet, während das Material gleichzeitig biaxialen Belastungen
und Scherspannung in der Ebene ausgesetzt wird, benötigt,
um die Leistungsfähigkeit von flexiblen Textillaminatmaterialien
unter extremen Bedingungen genauer vorherzusagen.
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Kurzbeschreibung der Erfindung
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In
einem Aspekt bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung zum
Testen der Leistungsparameter eines Materials, wobei die Vorrichtung
mehrere belastungserzeugende Mechanismen umfasst, wobei jeder solche
Mechanismus unabhängig von jedem anderen solchen Mechanismus
betätigt werden kann.
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In
einem anderen Aspekt bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren
zum Testen der Leistungsparameter eines Materials unter Belastung,
umfassend: das Bereitstellen eines zu testenden Materials; das Positionieren
des Materials in einer Testvorrichtung; das gleichzeitige Anlegen
von wenigstens zwei Kräften an das Material an zwei verschiedenen
Stellen auf dem Material; das Messen der auf das Material ausgeübten
Kraft; und das Verwenden der gemessenen Kraft, um den Punkt vorherzusagen,
an dem das unter Belastung stehende Material versagt.
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In
noch einem anderen Aspekt der Erfindung bezieht sich die Erfindung
auf eine Vorrichtung zum Testen der Leistungsparameter eines Materials,
wobei die Vorrichtung mehrere belastungserzeugende Mechanismen umfasst,
wobei jeder solche Mechanismus unabhängig von jedem anderen
solchen Mechanismus betätigt werden kann, wobei die Leistungsparameter
getestet werden, indem man wenigstens zwei der Eigenschaften Spannung,
Dehnung, Scherkraft, Wechselbeanspruchung, Gasdurchlässigkeit
und Delaminierung oder Filmtrennung gleichzeitig bewertet, und auf
ein Verfahren zum Verwenden derselben zum Vorhersagen des Punkts,
an dem ein flexibles Textillaminat versagt.
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Ausführliche Beschreibung
der Zeichnungen
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Ein
besseres Verständnis der Erfindung und viele ihrer verschiedenen
Vorteile werden leicht gewürdigt, da dieselbige unter Bezugnahme
auf die folgende ausführliche Beschreibung besser verständlich
wird, wenn diese in Verbindung mit den Begleitzeichnungen betrachtet
wird; dabei sind:
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1 ein
Diagramm einer biaxialen und Scherkraft ausübenden Belastungsmaschine
gemäß der Erfindung.
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2 ist
eine Draufsicht auf die in 1 gezeigte
biaxiale und Scherkraft ausübende Belastungsmaschine mit
einer Gasdurchlässigkeitsvorrichtung.
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3 ist
ein Seitenansichtsdiagramm der in 1 gezeigten
biaxialen und Scherkraft ausübenden Belastungsmaschine.
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4 ist
ein Diagramm einer Vorrichtung gemäß der Erfindung
mit einer Gasdurchlässigkeitstestkammer.
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5 ist
ein Diagramm einer flexiblen Textillaminatmaterialprobe, die verschiedene
Belastungsanwendungen zeigt.
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Ausführliche Beschreibung
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein
Verfahren zum Testen verschiedener Parameter und Eigenschaften von
flexiblen Textillaminatmaterialien. Insbesondere umfasst die Vorrichtung
eine Maschine, die individuell gesteuerte biaxiale Belastungen verwendet,
um verschiedene Materialparameter zu testen. Zum Beispiel kann die
biaxiale Festigkeit eines Materials getestet werden. ”Biaxial”,
wie der Ausdruck hier verwendet wird, bezieht sich auf eine Belastung
oder einen Spannungszustand in zwei orthogonalen Richtungen, wobei
es sich jeweils um dieselbe Belastung, aber auch um verschiedene
Belastungen handeln kann.
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In
einem Aspekt stellt die hier offenbarte Erfindung eine Vorrichtung
bereit, mit der sich einzeln entweder uniaxial oder biaxial gesteuerte
Belastungen gleichzeitig anlegen lassen, um verschiedene Materialparameter
zu testen.
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In
einem anderen Aspekt der Erfindung wird eine Vorrichtung bereitgestellt,
mit der sich die Durchlässigkeit eines flexiblen Textillaminatmaterials
in Bezug auf die Permeation zum Beispiel von Stickstoff, Luft, Helium
oder Wasserstoff bewerten lässt, während das Material
verschiedenen gleichzeitigen Kombinationen von unabhängigen
Bedingungen der biaxialen Belastung, in der Ebene wirkenden Scherbelastung,
Wechselbeanspruchung und Druckbelastung ausgesetzt wird. In noch
einem anderen Aspekt der Erfindung wird eine Vorrichtung bereitgestellt,
mit der sich die Fähigkeit eines flexiblen Textillaminatmaterials, der
Delaminierung oder Abschälung zu widerstehen, während
es verschiedenen gleichzeitigen Belastungsbedingungen ausgesetzt
wird, bewerten lässt.
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In
noch einem anderen Aspekt übt die Vorrichtung der vorliegenden
Erfindung eine Belastung in zwei Hauptrichtungen aus. Außerdem
hat die Vorrichtung die Fähigkeit, eine Scherkraft in der
Ebene auszuüben, indem sie zusätzlich zwei ausgewogene, entgegengesetzte
Belastungen anwendet, so dass in einem flexiblen Textillaminatmaterial,
das bereits einer biaxialen Belastung ausgesetzt ist, ein Schermoment
entsteht. Diese Belastungssituation entspricht derjenigen, der zum
Beispiel ein Luftschiff ausgesetzt ist, dessen Haut bis zu einem
gewissen Grad allen diesen Arten von Belastungen ausgesetzt ist.
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Wie
oben gesagt wurde, sind bekannte biaxiale Testmaschinen in der Lage,
individuelle Belastungen zu testen. Bekannte Maschinen, die auch
die Scherbelastung testen, haben diese Fähigkeit jedoch nicht.
Dies bedeutet, dass die Maschine nur das flexible Textillaminatmaterial
belasten kann, das in zwei orthogonalen Richtungen in einem Verhältnis
von 1:1 bewertet wird. Die Vorrichtung und das System, die hier
bereitgestellt werden, sind jedoch nicht in dieser Weise eingeschränkt
und sorgen stattdessen für eine individuelle Belastung
des flexiblen Textillaminatmaterials in jedem gewünschten
Verhältnis und für eine zusätzliche Scherbelastung
in der Ebene, die alle gleichzeitig getestet werden. Dies ist wichtig
für die Bewertung von tatsächlichen verwendungsgerechten Leistungsparametern,
wo ein Luftschiff zum Beispiel Belastungsverhältnissen
von 1:1, hauptsächlich an den Enden des Luftschiffs, wo
die Geometrie am kugelähnlichsten ist, bis 2:1, hauptsächlich
in der Mitte des Luftschiffs, wo die Geometrie am zylinderähnlichsten
ist, ausgesetzt sein kann. Bei herkömmlichen Testmaschinen
wäre eine andere Maschine notwendig, um dieses zentrale
Belastungsverhältnis zu testen, zum Beispiel ein Zylindertester,
als man verwenden würde, um das Belastungsverhältnis
des Endbereichs zu testen.
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Ein
Vorteil der Verfahrens- und Systemgestaltung dieses Aspekts der
Erfindung besteht darin, dass das Belastungsverhältnis
so variiert werden kann, dass es zu jedem Belastungszustand passt, ohne
dass mehrere Maschinen verwendet werden müssen. Diese Fähigkeit
sorgt für genauere Daten für die Bewertung der
Gesamtqualifikation eines bestimmten Materials zur Verwendung in
einer besonderen Anwendung. Was noch entscheidender ist, die Punkte,
an denen ein flexibles Textillaminatmaterial versagt, können
bewertet werden, so dass man wertvolle Daten für die Vorhersage
von Verwendungsgrenzen erhält. Die Spannungsparameter des
Textils oder Materials können zum Beispiel mit Hilfe von
verfügbaren Techniken gemessen werden; dazu gehören
unter anderem Photogrammetrie-Dehnungsmessstreifen, Extensometer
und andere.
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1 ist
ein Diagramm einer Vorrichtung im Einklang mit der Erfindung. In
dieser Figur ist Vorrichtung 10 in der Lage, die biaxiale
Spannung, Scherspannung in der Ebene, Durchlässigkeit und
Delaminierung zu messen. Das Drehpunkt-Übergangsteil 12 sorgt
für eine drehbare Verbindung zwischen dem Belastungsglied
und der Klammer, was die für die Bewegung des Textils notwendige
Flexibilität ergibt, obwohl es auch wichtig ist, dass das
Material oder Textil während des Testens keine Faltenbildung
zeigt. Eine Faltenbildung im Material kann Spannungskonzentrationen
verursachen, die im Textil während der Verwendung wahrscheinlich
nicht vorkommen würden, was es schwierig macht, den wahren
Spannungszustand des Materials zu bestimmen und zu bewerten. Die
Vorrichtung gemäß der Erfindung ist so aufgebaut,
dass sie eine Bewegung des Materials während des Testens
ermöglicht, d. h. das Material soll während der
Scherbelastung nicht quadratisch bleiben, um eine gleichmäßige
Belastung des Materials aufrechtzuerhalten.
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Die
Scherbelastungselemente 14 sorgen für ein Mittel
zum Erzeugen einer Kraft, die in eine Scherbelastung der Materialprobe
umgewandelt wird. Diese Belastung wird im Allgemeinen als geringere
Belastung als die ausgeübten biaxialen Belastungen ausgeübt.
Bei hochfesten flexiblen Textillaminatmaterialien kann die Scherbelastung
zum Beispiel um einen Faktor von 10 bis 20 geringer sein als in
der biaxialen Hauptbelastungsrichtung.
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Die
aktiven Scherverbindungen 16 liefern ein Mittel zum Messen
der Belastung, die während des Testens und der Bewertung
auf die Klammern übertragen wird.
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Die
passiven primären Belastungsverbindungen 18 sorgen
für eine Verbindung zur Übertragung von zurückgewirkten
Belastungen von den aktiven Verbindungen in den Klammermechanismus 20.
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Die
Textilklammern 20 weisen jeweils 2 Platten auf, die zum
Beispiel aus Metall bestehen, obwohl auch andere Plattenmaterialien
verwendet werden können, zwischen denen das Textiltestmaterial 32 eingespannt
wird. Die in 1 gezeigten Klammern werden
direkt einander gegenüber platziert, eine auf jeder Seite
der Vorrichtung. Obwohl die Klammern wahrscheinlich stets in symmetrischen Paaren
platziert werden, wird ins Auge gefasst, dass der Abstand zwischen
verschiedenen Paaren von Klammern je nach den durchzuführenden
Tests variieren kann. Das Material oder Textil auf diese Weise einzuspannen,
sorgt für Stabilität sowohl in den Zug- als auch
in den Scherrichtungen. Die Kreuzform des Textiltestmaterials 32,
das mehrfache parallele Schlitze beinhaltet, die in kreuzförmige
Arme geschnitten sind, ermöglicht eine Befestigung am Klammermechanismus 20 und
minimiert die Verzerrung und die Spannungskonzentrationen im zentralen Testbereich
aufgrund der unabhängigen Belastung in den diametral orthogonalen
Richtungen. Fixierte Scherverbindungen 22 sorgen für
die Stabilität, die notwendig ist, um die Scherbelastung
zu bewerkstelligen. Es sei angemerkt, dass jede Verbindung, die hier
als passiv bezeichnet wird, durch einen Stellantrieb und eine Gruppe
von aktiven Verbindungen ersetzt werden könnte.
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Aktive
primäre Belastungsverbindungen 24 sind instrumentierte
Verbindungen. ”Instrumentiert” bedeutet, dass
die Verbindungen Kraftmessdosen beinhalten. Die Kraftmessdosen sind
in Flucht mit der Verbindung platziert und arbeiten so, dass sie
die ausgeübte oder erzeugte Kraft in ein elektrisches Signal
umwandeln, das dann durch einen dafür geeigneten Mechanismus
gesammelt und in die gewünschte Spannungsmessung umgewandelt
wird.
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Die
primären Belastungselemente oder Kraftvervielfältigungsarme 26 sorgen
für die Kraft, die die orthogonalen Richtungen des Materials
belastet. In 1 ist ein Stellantrieb gezeigt,
der über einen Belastungsvervielfältigungshebel
wirkt.
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Die
Belastung könnte auch direkt oder indirekt durch die Verwendung
zum Beispiel eines elektrischen Stellantriebs, eines oder mehrerer
pneumatischer Zylinder, eines oder mehrerer hydraulischer Zylinder,
von Schraubenmechanismen und/oder Gewichten ausgeübt werden.
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2 ist
eine Draufsicht auf die in 1 gezeigte
Vorrichtung, die Scherbelastungsstellantriebe 28 und Scherkraftmessdosen 30 veranschaulicht.
In 1 wird gezeigt, dass der Testbereich des Materials 32 in
der Mitte der Vorrichtung platziert wird. Die Hauptkraftmessdose
oder aktive primäre Belastungsverbindung 24 ist
ebenfalls gezeigt. Diese Zelle 34 misst im Vergleich zu
den Scherbelastungszellen 30 die Kraft, die über
die Klammer an das Textil angelegt wird. Diese Messung kann dann
in eine ausgeübte Materialbelastung umgerechnet werden.
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3 ist
eine Seitenansicht der in 1 gezeigten
Vorrichtung, die den Kraftvervielfältigungsarm 26 besser
veranschaulicht. Die in 1 gezeigte Vorrichtung hat vier
solcher Kraftvervielfältigungsarme. Die Kraftvervielfältigungsarme
wirken zusammen und erzeugen so die gewünschte simulierte Spannung
und Dehnung. Zum Beispiel kann die Stellantriebseite länger
sein als die Klammerseite, was dazu führt, dass eine erhöhte
Kraft an die kurze Seite oder Klammerseite angelegt wird. Die Hauptbelastungsstellantriebe 38 befinden
sich in der Ausgestaltung von 1 in der
Nähe des unteren Teils der Vorrichtung, doch ist diese
Positionierung nicht entscheidend. 3 veranschaulicht
weiterhin ein zentrierendes Verbindungssystem 40. Dieses
System arbeitet so, dass es gewährleistet, dass die Hauptbelastungsarme 26 während
eines Testzyklus im Prüfstand oder der Vorrichtung zentriert
bleiben. Alternativ dazu könnten auch zusätzliche
Stellantriebe verwendet werden. Weiterhin könnte auch ein
aktives Steuerungssystem angewendet werden, um die Stabilität der
Vorrichtung aufrechtzuerhalten.
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4 zeigt
eine Vorrichtung gemäß der Erfindung, die eine
Permeabilitätskammer aufweist. In dieser 4 wirken
die obere Abdeckung 42 der Permeabilitätstestkammer
und die untere Abdeckung 46 der Permeabilitätstestkammer zusammen
und definieren so eine geschlossene Kammer 44. Eine Klemmstange 48 wird
verwendet, um den oberen und den unteren Teil der Permeabilitätskammer
zusammenzuklemmen. Insbesondere liefert die Kammer 44 einen
Behälter, in dem das flexible Textillaminatmaterial zum
Testen horizontal zwischen oberer Abdeckung 42 und unterer
Abdeckung 46 montiert wird. Während des Testens
tritt das Testgas durch ein Einlassventil oder -mechanismus (nicht
gezeigt) in die untere Abdeckung 46 ein. Die Kammer 44 kann
sich zum Testen im Vakuumzustand befinden. Die obere Abdeckung 42 beinhaltet
ein Auslassventil oder -mechanismus (nicht gezeigt), um Permeat,
das aus der unteren Abdeckung 46 durch das flexible Textillaminatmaterial
hindurch zur oberen Abdeckung 42 gelangt ist, zu messen
und zu entfernen.
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Die
untere Abdeckung 46 der Permeabilitätstestkammer
kann auch als Filmhaftungs- oder Delaminierungstestkammer fungieren.
In dieser Funktion liefert die Kammer 44 einen Behälter
und Grenzflächen zum Erzeugen eines Volumens eines bekannten
Referenzgases auf einer Seite des flexiblen Textillaminatmaterials
oder Probetextils, das wie im Aufbau des Permeabilitätstests
horizontal zwischen oberer Abdeckung 42 und unterer Abdeckung 46 platziert wird.
Sie liefert weiterhin ein Volumen und Grenzflächen, die
an die bezüglich der Oberfläche, wo das Gas zugeführt
wird, entgegengesetzten Textiloberfläche angelegt werden,
um eine Vakuumquelle anzuwenden. In der Verwendung wird dieser Test
verwendet, um die Haftung von Filmmaterial an Verstärkungen
zu testen und/oder zu überprüfen. Eine Alternative
zu dem oben beschriebenen flexiblen Textillaminat kann zum Beispiel
sein, dass man stärkere Fasern hinzufügt, um bekannte
Spannungsparameter oder -bedingungen anzusprechen. Solche Fasern können
in beliebiger Menge im Laminat mitverwendet werden, um das Laminat
als Reaktion auf eine erwartete oder potentielle Spannung unter
gegebenen Verwendungsbedingungen zu verstärken.
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Die
Vorrichtung der vorliegenden Erfindung ermöglicht es, verschiedene
Spannungszustände an einer Textilprobe gleichzeitig zu
testen, ohne dass Kräfte in symmetrischer Weise angewendet
werden müssen. Neben den oben genannten Vorteilen ist an diesem
System die Fähigkeit vorteilhaft, Testproben in Kreuz form
zu testen, was die Bewertung von Leistungsparametern bei Proben
mit verschiedenen Größen ermöglicht,
alles unter Verwendung derselben Vorrichtung. Zum Beispiel ermöglicht
eine leichte Modifikation der Einspannmechanismen, Verbindungen, Kraftmessdosen
und anderer Komponenten die Verwendung einer einzigen Vorrichtung,
um Proben in einem weiten Größenbereich zu testen
und zu bewerten. Dadurch wird nicht nur die Kosteneffizienz des
Testverfahrens gesteigert, sondern es werden auch Probleme mit der
Probenvorbereitung umgangen. Was noch wichtiger ist, da nur eine
einzige Maschine verwendet wird, können die erzeugten Daten zwischen
Testdurchläufen genauer verglichen werden, auch wenn die
Probengrößen möglicherweise variieren.
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5 ist
ein Diagramm eines flexiblen Textillaminatmaterials oder Probetextils
in der erwähnten Kreuzform und eine Erklärung
der Belastungsfähigkeit einer Vorrichtung gemäß der
Erfindung. In dieser 5 und unter Bezugnahme auf die
in 1 gezeigte Vorrichtung wird durch die aktive primäre
Belastungsverbindung 24 eine Belastung in der orthogonalen
Hauptrichtung Nr. 1, die durch Pfeile 50 angezeigt ist,
ausgeübt. Entgegengesetzt zu dieser Belastung ist die Belastung,
die durch die passive primäre Belastungsverbindung 20 in
der orthogonalen Hauptrichtung Nr. 1, die durch Pfeile 50a angezeigt ist,
ausgeübt wird. Ähnlich wird durch die aktive und die
passive primäre Belastungsverbindung 24 bzw. 20,
die auf diesen Seiten des Textils platziert sind, eine Belastung
in der orthogonalen Hauptrichtung Nr. 2, die durch die Pfeile 52 und 52a angezeigt
ist, ausgeübt. Daneben wird eine gleichzeitige Scherspannung
ausgeübt. Die an entgegengesetzten Seiten oder Rändern
des Textils angelegte Belastung wird gleich sein, aktiv oder passiv,
obwohl die Kraft offensichtlich in entgegengesetzten axialen Richtungen ausgeübt
wird. Daher stellen die Pfeile 54 und 54a eine
Belastung dar, die durch ein Paar von angetriebenen Verbindungen 16 in
der Scherrichtung angelegt wird, während die Pfeile 56 und 56a eine
Belastung darstellen, die durch passive Verbindungen 18 in
der Scherrichtung angelegt wird.
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Daneben
sind die Ergebnisse der mit Hilfe der Vorrichtung und des vorliegenden
Verfahrens durchgeführten Tests skalierbar und lassen sich
daher leicht auf viele Gestaltungsanwendungen anwenden. Weiterhin
ermöglicht die flache Form der hochfesten flexiblen Textillaminatprobe
die Integration von Begleittestsituationen. In dieser Hinsicht liefern
der Permeabilitäts- und der Schälfestigkeitstest
nur zwei Beispiele für solche Begleittests, doch können
auch andere zur Verfügung stehen. Da die Belastungen unabhängig
voneinander gesteuert werden, gibt es uneingeschränkte
Kombinationen von Belastungsbedingungen, die bewertet werden können,
und zyklische und programmierbare Belastungsprofile, die angewendet
werden können, um eine beliebige Zahl von potentiellen
Verwendungen des Materials zu simulieren, so dass man einen Mechanismus
erhält, um potentielle Versagenspunkte eines bestimmten Materials
in einer bestimmten Verwendungssituation oder unter bestimmten Bedingungen
genauer zu bewerten.
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Zum
Beispiel ist eine Wechselbeanspruchung eine repetitive und gesteuerte
Belastung der Probe. Diese Art der Belastung wird verwendet, um das
Verhalten eines Materials zu bestimmen, während es Belastung
und Entlastung während des Betriebs und der zyklischen
Verwendung von Tag zu Tag erfährt. Diese Art der zyklischen
Belastung und Entlastung kann auch durch Schwingungen aus dem Antriebssystem
erzeugt werden.
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Die
Vorrichtung und das Verfahren zur Verwendung derselben gemäß der
Erfindung liefert wertvolle Informationen für eine Vielzahl
von potentiellen Materialanwendungen. Die Erfindung wurde hier zwar
in Bezug auf bestimmte Aspekte derselben beschrieben, doch sollen
diese Aspekte die Verwendungen der Vorrichtung oder des Verfahrens,
die in vielen ähnlichen Testsituationen Anwendung finden werden,
nicht einschränken.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - US 6074722 [0007]
- - US 6979479 [0007]