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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung umfasst im Allgemeinen ein System und Verfahren zum Verstärken eines Substrats. Besondere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können ein ein- oder mehrschichtiges, spiralförmig verstärktes Substrat mit verbessertem Scher- und/oder Reißverhalten erzeugen.
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ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
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Im Fachgebiet sind verschiedene Verfahren zum Verbessern des Festigkeits- und Reißverhaltens von Substraten bekannt. So kann beispielsweise ein Substrat wie eine Folie, Platte, Hülle oder ähnliche Geometrie, die aus parallelen Lagen von Schichtstoffen hergestellt ist, entlang der parallelen Lagen leicht reißen. Ein verbessertes Substrat kann deshalb abwechselnde Schichten aus kreuzweise gelegten Schichtstoffen aufweisen, wobei jede Schicht der Schichtstoffe ungefähr 90 Grad zu benachbarten Schichten gedreht ist. Obwohl kreuzweise gelegte Schichtstoffe die Reißfestigkeit des Substrats parallel zu jeder Lage verbessern, können kreuzweise gelegte Schichtstoffe weiterhin orthotrope Eigenschaften aufweisen, bei denen die Festigkeit und Steifigkeit des Substrats vorzeitig überschritten werden können. Insbesondere können kreuzweise gelegte Substrate, die ein Loch oder eine Öffnung durch das Substrat aufweisen, um den äußeren Rand des Lochs oder der Öffnung leicht reißen, abscheren oder Risse bekommen. Es wäre deshalb ein verbessertes System und Verfahren zum Verstärken eines Substrats von Nutzen.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Aspekte und Vorteile der Erfindung sind nachstehend in der folgenden Beschreibung dargelegt oder können aus der Beschreibung ersichtlich sein oder können durch Anwendung der Erfindung in Erfahrung gebracht werden.
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Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein System zum Verstärken eines Substrats. Das System umfasst eine Drehvorrichtung, eine erste Führung, die mit der Drehvorrichtung verbunden ist, und eine Form, die an der ersten Führung platziert ist. Eine Verstärkung wird zugeführt, um sich um die Form herum und gegen die erste Führung zu wickeln.
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Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein System zum Verstärken eines Substrats. Das System umfasst eine Drehvorrichtung, eine Vielzahl von Führungen, die mit der Drehvorrichtung verbunden sind, und eine Form zwischen benachbarten Führungen. Eine Verstärkung ist eingerichtet, sich um jede Form zwischen benachbarten Führungen herum und gegen mindestens eine Führung zu wickeln.
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Die vorliegende Erfindung kann auch ein Verfahren zum Verstärken eines Substrats umfassen. Das Verfahren umfasst das Verbinden einer ersten Führung mit einer Drehvorrichtung und das Platzieren einer Form auf einer ersten Seite der ersten Führung. Das Verfahren umfasst ferner das Wickeln einer Verstärkung um die Form herum und gegen die erste Seite der ersten Führung.
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Anhand der Beschreibung erkennt der Durchschnittsfachmann besser die Merkmale und Aspekte dieser und weiterer Ausführungsformen.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Eine vollständige und nacharbeitbare Offenbarung der vorliegenden Erfindung, einschließlich der für einen Fachmann besten Ausführung derselben, ist insbesondere in der übrigen Beschreibung dargelegt und bezieht sich auf die zugehörigen Figuren, in denen:
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1 eine perspektivische Darstellung eines Systems zum Verstärken eines Substrats gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist,
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2 eine Draufsicht auf das System, das in 1 dargestellt ist, entlang der Linie A-A ist,
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3 eine perspektivische Darstellung eines Systems zum Verstärken eines Substrats gemäß einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, und
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4 eine perspektivische Ansicht eines Produkts ist, das mit dem System, das in 3 dargestellt ist, hergestellt ist.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Es wird nun ausführlich auf vorliegende Ausführungsformen der Erfindung Bezug genommen, für die ein oder mehrere Beispiele in den zugehörigen Zeichnungen veranschaulicht sind. In der ausführlichen Beschreibung werden Ziffern- und Buchstabenbezeichnungen verwendet, um auf Merkmale in den Zeichnungen Bezug zu nehmen. In den Zeichnungen und der Beschreibung sind gleichartige oder ähnliche Bezeichnungen verwendet worden, um auf gleichartige oder ähnliche Teile der Erfindung Bezug zu nehmen.
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Jedes Beispiel ist zur Erläuterung der Erfindung, nicht zur Einschränkung der Erfindung aufgeführt. So ist es für einen Fachmann ersichtlich, dass an der vorliegenden Erfindung ohne Abweichung vom Geltungsbereich oder Geist derselben Abwandlungen und Varianten vorgenommen werden können. So können zum Beispiel Merkmale, die als Teil einer Ausführungsform dargestellt oder beschrieben sind, bei einer anderen Ausführungsform verwendet werden, um noch eine weitere Ausführungsform zu erzeugen. Es ist somit beabsichtigt, dass die vorliegende Erfindung derartige Abwandlungen und Varianten, die in den Geltungsbereich der beigefügten Ansprüche fallen, und ihre Entsprechungen umfasst.
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Verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung umfassen ein System und Verfahren zum Verstärken eines Substrats. Das Substrat kann jedes Material oder jede Kombination von Materialien umfassen, das bzw. die verstärkt werden soll. Das Substrat kann beispielsweise einen homogenen oder monolithischen Werkstoff, einen Verbundwerkstoff aus Kreuzlagen und/oder eine geschichtete Kombination aus homogenen Werkstoffen und Verbundwerkstoffen umfassen. In besonderen Ausführungsformen kann eine Verstärkung direkt auf eine oder beide Seiten des Substrats aufgebracht werden. In anderen besonderen Ausführungsformen kann die Verstärkung separat geformt und anschließend an eine bestimmte Stelle an dem Substrat, die eine Verstärkung benötigt, übertragen werden. Die Verstärkung kann beispielsweise nach einem bestehenden oder beabsichtigten Loch oder einer bestehenden oder beabsichtigten Öffnung durch das Substrat ausgerichtet werden, um das Scher- und/oder Reißverhalten der Ränder des Lochs oder der Öffnung durch das Substrat zu verbessern.
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1 stellt eine perspektivische Darstellung eines Systems 10 zum Verstärken eines Substrats 12 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar und 2 stellt eine Draufsicht auf das System 10, das in 1 dargestellt ist, entlang der Linie A-A dar. Das System 10 umfasst im Allgemeinen eine Drehvorrichtung 14, eine oder mehrere Führungen 16, eine oder mehrere Formen 18 und eine Verstärkung 20. Die Drehvorrichtung 14 kann jede manuelle oder automatisierte Vorrichtung umfassen, die einem Durchschnittsfachmann zum Drehen einer Komponente bezogen auf eine andere bekannt ist. Die Drehvorrichtung 14 kann beispielsweise eine manuelle Handkurbel, ein Gesperre, eine Riemenanordnung oder einen Pneumatik-, Hydraulik- oder Elektromotor 22 umfassen, wie in 1 dargestellt ist.
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Die eine oder mehreren Führungen 16 sind mit der Drehvorrichtung 14 verbunden und lenken die Verteilung und/oder Anordnung der Verstärkung 20. Die Führung(en) 16 kann bzw. können jede Größe oder Form aus praktisch jedem Material umfassen. Die Führung(en) 16 kann bzw. können zum Beispiel eine kreisförmige Scheibe 24 oder eine quadratische Platte 26 umfassen, wie in 1 dargestellt ist. In besonderen Ausführungsformen kann bzw. können die Führung(en) 16 sogar das zu verstärkende Substrat 12 umfassen. Alternativ oder zusätzlich kann das Substrat 12 an einer Fläche der einen oder mehreren Führung(en) 16 aufgebracht oder fixiert werden. In jedem Fall kann bzw. können die Führung(en) 16 entsprechend der gewünschten Dicke der Verstärkung 20 im Allgemeinen im Wesentlichen parallel zueinander und getrennt voneinander sein. Benachbarte Führungen 16 können beispielsweise voneinander durch weniger als ungefähr zweimal die Dicke der Verstärkung 20 getrennt sein. Auf diese Weise können die Führungen 16 ermöglichen, dass zwischen benachbarte Führungen 16 eine einzige Lage oder Schicht der Verstärkung 20 passt, wodurch die Endstärke der Verstärkung 20, die auf das Substrat 12 aufgebracht wird, begrenzt wird. Ein Durchschnittsfachmann erkennt ohne Weiteres, dass der Abstand zwischen benachbarten Führungen 16 entsprechend der besonderen Ausführungsform wie gewünscht verändert werden kann und der Abstand zwischen benachbarten Führungen 16 keine Einschränkung der vorliegenden Erfindung ist, sofern nicht konkret in den Ansprüchen angegeben.
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Die Form 18 kann an einer oder mehreren der Führungen 16 platziert sein, um eine Fläche bereitzustellen, um die herum die Verstärkung 20 geformt wird. Die Form 18 kann beispielsweise an eine Fläche von einer oder mehreren der Führungen 16 angrenzen oder die Form 18 kann nach einer Öffnung 28 oder einem Loch in einer oder mehreren der Führungen 16 ausgerichtet sein und/oder dort hindurch verlaufen, wie in 1 dargestellt ist. In besonderen Ausführungsformen kann die Form 18 zwischen benachbarten Führungen 16 platziert sein, um auch für den gewünschten Abstand zwischen den benachbarten Führungen 16 zu sorgen. Obwohl sie in jeder Ausführungsform als eine im Allgemeinen zylindrische Form dargestellt ist, kann die Form 16 je nach der gewünschten Endgröße und -form der Verstärkung 20 jede Größe oder Form aufweisen.
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Die Verstärkung 20 wird zugeführt, um sich um die Form 18 herum und gegen die erste Führung 16 zu wickeln. Die Verstärkung 20 kann jedes geeignete Material umfassen, das einem Durchschnittsfachmann zum Verstärken eines Substrats bekannt ist. Wie in 1 und 2 dargestellt ist, kann die Verstärkung 20 beispielsweise eine(n) Endlos-, Spinnvlies- oder Web-Faser oder -Strang umfassen, die bzw. der mit dem darunterliegenden Substrat 12 kompatibel ist. Durchmesser und Steifigkeit der Verstärkung 20 hängen von der gewünschten Größe und Festigkeit der Verstärkung 20 ab. In besonderen Ausführungsformen können beispielsweise einzelne Fasern oder Stränge in der Verstärkung 20 einen Durchmesser in der Größenordnung von ungefähr 6 bis 10 mil aufweisen und eine Steifigkeit von ungefähr 1 Zoll Durchhängung je 4 Zoll freier Länge. Die Verstärkung 20 kann zusätzlich in eine wässrige Masse auf Harzbasis, die aus beispielsweise einem Polyvinylbutyral-Polymerbindemittel gebildet ist, getaucht oder damit beschichtet werden. Wenn sie verwendet wird, kann die wässrige Masse auf Harzbasis auf die Verstärkung 20 aufgebracht werden, bevor oder nachdem die Verstärkung 20 um die Form 18 gewickelt oder auf das Substrat 12 aufgebracht wurde. Die wässrige Masse auf Harzbasis kann einen Klebstoff enthalten, der die Verstärkung 20 mit sich selbst, den Führungen 16 und/oder dem Substrat 12 verbinden kann. Falls gewünscht, kann die wässrige Masse auf Harzbasis in Gegenwart von Wärme, beispielsweise Wärme, die während eines Ausbrenn- oder Aushärtprozesses auf die Verstärkung 20 angewendet wird, flüchtig sein.
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3 stellt eine perspektivische Darstellung eines Systems 40 zum Verstärken eines Substrats 12 gemäß einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar und 4 stellt eine perspektivische Darstellung des verstärkten Substrats 12 dar, das mit dem System 40, das in 3 dargestellt ist, hergestellt ist. Wie in 3 dargestellt ist, weist das System 40 erneut die Drehvorrichtung 14, die Führungen 16, die Form 18 und die Verstärkung 20 auf, wie zuvor bezogen auf die Ausführungsform beschrieben wurde, die in 1 und 2 dargestellt ist. Insbesondere sind die Führungen 16 mit der Drehvorrichtung 14 verbunden und die Form 18 verläuft zwischen benachbarten und durch benachbarte Führungen 16. In dieser besonderen Ausführungsform umfassen die Führungen 16 das Substrat 12 und die Verstärkung 20 wird zwischen benachbarten Führungen 16 oder Substraten 12 nahe der bestehenden Öffnung 28 in den Führungen 16 oder dem Substrat 12 zugeführt. Wie in 4 dargestellt ist, umfasst das Endprodukt mehrere Schichten des Substrats 12, wobei sich die Verstärkung 20 zwischen benachbarten Substraten 12 befindet, um den äußeren Rand um die Öffnung 28 herum zu verstärken.
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Die Ausführungsformen, die zuvor unter Bezug auf 1 bis 4 beschrieben und veranschaulicht sind, stellen auch ein Verfahren zum Verstärken des Substrats 12 bereit. Das Verfahren kann das Verbinden von einer oder mehreren Führung(en) 16 mit der Drehvorrichtung 14 und das Platzieren der Form 18 auf, an oder durch eine(r) oder mehrere(n) der Führung(en) 16 umfassen. Alternativ oder zusätzlich können die Formen 18 durch eine bestehende oder beabsichtigte Öffnung 28 in der bzw. den Führung(en) 16 platziert, danach ausgerichtet oder durch sie geschoben werden. Das Verfahren kann ferner das Wickeln der Verstärkung 20 um die Form 18 und gegen die Führung(en) 16 umfassen, wie in 1 dargestellt ist, oder das Wickeln mehrerer Verstärkungen 20 um die Form 18 und zwischen benachbarten Führungen 16, wie in 3 dargestellt ist. Insbesondere kann die Drehvorrichtung 14 die Form 18 und/oder die Führungen 16 drehen, um die Verstärkung 20 auf und um die Form 18 zu ziehen, wenn die Führungen 16 die Platzierung der Verstärkung 20 lenken oder beeinflussen. Die entstehende Verstärkung 20 ist am deutlichsten in 2 und 4 als spiralförmige Wicklung um die Form 18 und/oder Öffnung 28 dargestellt. In besonderen Ausführungsformen, wie in 3, können die Führungen 16 das Substrat 12 umfassen oder das Substrat 12 kann mit einer Fläche der Führung(en) 16 verbunden sein oder daran haften, wobei die spiralförmig gewickelte Verstärkung 20 in diesem Fall direkt auf das Substrat 12 aufgebracht wird. Alternativ kann die spiralförmig gewickelte Verstärkung 20 wie gewünscht auf oder an der bzw. den Führung(en) 16 geformt werden und anschließend aus den Führungen 16 herausgenommen und auf das Substrat 12 aufgebracht werden.
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Sobald die Verstärkung 20 um die Form 18 und/oder gegen oder zwischen die Führungen 16 gewickelt ist, kann die Form 18 aus der bzw. den Führung(en) 16 herausgenommen werden und die Verstärkung 20 kann wärmebehandelt oder ausgehärtet werden, wie im Fachgebiet bekannt ist. Alternativ oder zusätzlich kann, wenn es erwünscht ist, die Form 18 auf einer entgegengesetzten Seite der Führungen 16 oder des Substrats 12 platziert werden und der Prozess kann wiederholt werden, um die Verstärkung 20 auf die entgegengesetzte Seite der Führungen 16 oder des Substrats 12 aufzubringen. In beiden Fällen können die Führungen 16 voneinander durch die gewünschte Dicke der Verstärkung 20 getrennt sein. Die Führungen 16 können beispielsweise durch weniger als ungefähr zweimal die Dicke der Verstärkung 20 getrennt sein.
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In dieser schriftlichen Beschreibung werden Beispiele verwendet, um die Erfindung, einschließlich der besten Ausführungsform, zu offenbaren und auch um es einem Fachmann zu ermöglichen, die Erfindung anzuwenden, einschließlich der Herstellung und Verwendung von Vorrichtungen oder Systemen und der Durchführung von darin enthaltenen Verfahren. Der patentierbare Umfang der Erfindung ist durch die Ansprüche definiert und kann weitere Beispiele umfassen, an die der Fachmann denkt. Diese weiteren Beispiele sollen in den Umfang der Ansprüche fallen, wenn sie Strukturelemente umfassen, die nicht vom genauen Wortlaut der Ansprüche abweichen oder wenn sie gleichwertige Strukturelemente mit unwesentlichen Unterschieden zum genauen Wortlaut der Ansprüche umfassen.
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Ein System 10 zum Verstärken eines Substrats 12 umfasst eine Drehvorrichtung 14, eine erste Führung 16, die mit der Drehvorrichtung 14 verbunden ist, und eine Form 18, die an der ersten Führung 16 platziert ist. Eine Verstärkung 20 wird zugeführt, um sich um die Form 18 herum und gegen die erste Führung 16 zu wickeln. Ein Verfahren zum Verstärken eines Substrats 12 umfasst das Verbinden einer ersten Führung 16 mit einer Drehvorrichtung 14 und das Platzieren einer Form 18 auf einer ersten Seite der ersten Führung 16. Das Verfahren umfasst ferner das Wickeln einer Verstärkung 20 um die Form 18 herum und gegen die erste Seite der ersten Führung 16.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- System
- 12
- Substrat
- 14
- Drehvorrichtung
- 16
- Führungen
- 18
- Formen
- 20
- Verstärkung
- 22
- Motor
- 24
- Kreisförmige Scheibe
- 26
- Quadratische Scheibe
- 28
- Öffnung
- 30
-
- 32
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- 34
-
- 36
-
- 38
-
- 40
- System – 3, 4
