DE19728385C2

DE19728385C2 - Verfahren zur Gewinnung eines aus Fäden bestehenden Flächen- und Körpergebildes

Info

Publication number: DE19728385C2
Application number: DE19728385A
Authority: DE
Inventors: Walter Mueller-Litz; Rudolf Breunung; Brigitte Neudeck; Wolfgang Scheibner; Manuela Roth
Original assignee: Textilforschungsinstitut Thueringen Vogtland TITV eV
Current assignee: Textilforschungsinstitut Thueringen Vogtland TITV eV
Priority date: 1997-07-03
Filing date: 1997-07-03
Publication date: 2001-02-22
Anticipated expiration: 2017-07-04
Also published as: DE19728385A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung eines aus Fäden bestehenden Flächen- und Körpergebildes.

Diese Flächen- und Körpergebilde sind vorzugsweise einsetz bar in Verbundbauteilen in Kombination mit unterschiedlichen Matrixmaterialien, wie Kunststoff, Beton, Keramik u. a.

Der Einsatz der Sticktechnik zum Aufbringen von Verstärkungs fäden auf ein in einer Ebene aufgespanntes Trägermaterial als Stickgrund ist in JP 60011339 A beschrieben. Hierbei wird die nach dem Entfernen des Trägermaterials, z. B. durch Ätzen, erhaltene aus Verstärkungsfasern bestehende Stickerei als Basismaterial für einen faserverstärkten Kunststoffverbund benutzt.

Die DE 42 14 636 A1 beschreibt ein formbares, multiaxiales Verstärkungsgebilde, bei dem die Verstärkungsfäden zumindest bereichsweise entsprechend den im Formteil auftretenden Belastungen kraftlinienorientiert eingelagert und durch Sticken fixiert sind.

Bei dem nach EP 0 754 795 A1 mehrlagig aufgebauten Verstär kungsgebilde sind die Verstärkungsfäden in jeder Lage parallel und in einer Ebene angeordnet, wobei alle Lagen miteinander durch Nähen verbunden werden.

Das US-Patent 4 665 844 beinhaltet eine Konstruktion eines gewölbten Spannrahmens für eine Mehrkopfstickmaschine. Mit dieser Vorrichtung ist es möglich, lediglich auf einen zylinderförmig gewölbten Untergrund mittels der Mehrkopftechnik zu sticken.

Die DE-PS 599 771 beinhaltet ein Verfahren zum Herstellen von Formkörpern annähernd sphärischer Form. Das Verfahren beschränkt sich auf durch den Mittelpunkt des Formkörpers laufender Fadenkreisbögen. Dabei ist die Entfernung des Gewebes, auf das die Stickerei nach der Erfindung auf gebracht wird, unbedingt erforderlich, da die Stickerei auf dem Gewebe eben bleiben würde und sich nicht ver schieben könnte.

Die DE 44 31 318 C2 beinhaltet eine Nähvorrichtung mit einem Nadelsystem und einem mit diesem zusammenwirkenden Greifersystem. Das Prinzip besteht darin, das Nadelsystem und das Greifersystem, d. h., die dem herkömmlichen Näh maschinenoberteil und Nähmaschinenunterteil entsprechenden Teile der Nähvorrichtung mechanisch vollständig voneinander zu trennen und über die elektronische Steuervorrichtung wieder miteinander zu koppeln. Das Greifersystem kann für Steppstich-, Zweifadenkettstich- oder Einfadenkettstich ausgeführt sein, kann jedoch nicht für Flächen in einer Grundebene als Stickgrund verwendet werden.

Ein Nachteil der den Stand der Technik charakterisierenden Lösungen besteht darin, dass die verwendeten Fäden aus schließlich der Verstärkung von Bauteilen dienen und die Herstellung der Verstärkungsgebilde in einer ebenen Fläche entsprechend der Flächenabwicklung des herzustellenden Bauteils erfolgt.

Weiterhin muß nach JP 60011339 das Trägermaterial in einem zusätzlichen Arbeitsgang entfernt werden oder seine Funktion ist beschränkt auf die übliche Hilfsfunktion des Stick grundes als ein Substrat.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Gewinnung eines aus Fäden bestehenden Flächen- und Körpergebildes, vorzugsweise funktionalisierte Flächen- und Körpergebilde, in jeder beliebigen Form herzustellen, die auf herkömmlichen Stickmaschinen erzeugt werden können und die die Nachteile der bekannten technischen Lösungen ver meiden, wobei der Stickgrund erhalten bleibt.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch den kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst und durch die Merkmale der Ansprüche 2 bis 4 weitergebildet.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von 4 Ausführungs beispielen näher erläutert.

In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1a ein Schnittbild eines gewölbten, durch Aufsticken von Verstärkungs- und funk tionalisierten Fäden hergestellten mehrlagigen Bauteiles mit einer Öffnung

Fig. 1b Einzelheit E in Schnittdarstellung vergrößert

Fig. 2a eine Seitenansicht des Bauteiles nach Fig. 1a mit in Form eines Netzwerkes gestickten funktionalisierten Fäden

Fig. 2b eine Draufsicht zu Fig. 2a

Fig. 3 eine bevorzugte Anordnung der Faden systeme auf einem Trägermaterial

Fig. 4a eine Seitenansicht eines Flächen- und Körpergebildes mit beidseitig aufge stickten Fäden

Fig. 4b eine Draufsicht zu Fig. 4a

Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung ist das in den Fig. 1a und 1b als Schnittbild dargestellte gewölbte Bauteil 1 mit einer Öffnung 2. In der Einzelheit E wird eine vergrößerte Darstellung gezeigt, in der auf das Trägermaterial 3 Fäden in den Lagen 4, 5, 6, 7 und sinngemäß weitere aufgestickt sind. Das Trägermaterial 3 und als Folge davon alle weiteren Lagen 4 bis 7 aller aufgebrachten Fäden sind so geformt, daß diese mit der gewünschten Form des Bau teiles 1 übereinstimmen bzw. dieser weitgehend angepaßt sind. Neben den herkömmlicherweise eingesetzten Verstärkungsfäden sind funktionalisierte Fäden 8, 8', 8" und sinngemäß weitere solcher Fäden angeordnet.

Die Fig. 2a und 2b zeigen in Form eines Netzwerkes gestickte funktionalisierte Fäden 9 in einem Fig. 1a ent sprechend geformten Bauteil 1 mit einer Öffnung 2. Diese Fäden 9 können beispielsweise Röntgenkontrastwirkung besitzen, womit auf entsprechenden Prüfeinrichtungen die Anordnung der einzelnen Schichten in dem Flächen- und Körpergebilde sowie deren Zustand nach Belastungen sichtbar werden, wenn visuelle Methoden infolge fehlender Transparenz oder großer Materialdicke nicht anwendbar sind. Eine zweite Anwendungsmöglichkeit ist das Einbringen funktionalisierter Fäden, die abschirmende Eigenschaften gegenüber elektro magnetischer Strahlung - Elektrosmog - haben.

Fig. 3 zeigt eine bevorzugte Anordnung der Fadensysteme 10 und 11 auf einem Trägermaterial 3, wobei die Verstär kungs- bzw. funktionalisierten Fäden 10 in gestreckter Lage auf das Trägermaterial 3 aufgebracht sind.

Die Fig. 4a und 4b zeigen das aus mehreren Bestand teilen in Form von Lagen 12', 12" und sinngemäß weiteren Lagen aufgebaute Trägermaterial 12. Diesen Lagen 12', 12" und weiteren sind bestimmte Funktionen. z. B. Verstärkungsfunktionen, zugeordnet. Auf dem Trägermaterial 12 sind verschiedenartige Verstärkungs- und Funktionselemente 13, 14, 15, 16 aufgestickt. Diese Funktionselemente 13 bis 16 können mit elektrischen, magnetischen, optischen, strahlenphysikalischen und weiteren Eigenschaften ausge stattet sein. Auf dem Trägermaterial 12 befinden sich weiterhin die in unterschiedlicher Gestalt aufgestickten Leitelemente 17 und 18. Diese Leitelemente 17 und 18 dienen der Beeinflussung des Fließfrontverhaltens beim Injizieren des flüssigen Matrixmaterials, wie beispielsweise Kunstharz, bei der weiteren Verarbeitung der Flächen- und Körpergebilde nach dem bekannten Resin Transfer Moulding-Verfahren.

Zur Herstellung des aus Fäden bestehenden Flächen- und Körpergebildes, vorzugsweise funktionalisierten Flächen- und Körpergebildes, nach Fig. 1a und 1b, wird das Träger material 3 so aufgespannt, daß seine Form dem herzustellenden Bauteil 1 entsprechend ausgebildet ist und mithin keine ebene Fläche darstellt. Das Aufbringen der Fäden in den Lagen 4 bis 7 oder weiteren erfolgt unter Benutzung einer Groß- oder Mehrkopf-Stickmaschine. Gleichzeitig werden hierbei so viele mit verschiedenartigen Funktionen ausgestattete Fäden 8, 8', 8" und weitere eingebracht, wie es die Funktion des herzustellenden Bauteiles 1 erfordert.

Die entsprechend Fig. 1b aufgestickten Fäden können sich über das gesamte Flächen- und Körpergebilde erstrecken oder partiell an bestimmten Stellen angeordnet sein. Dies kann entweder vorteilhaft unter Anwendung der Großstick technik oder Mehrkopf-Sticktechnik geschehen. Aufgrund der üblicherweise für gestalterische Zwecke - filigrane Muster - genutzten Variationsbreite der Sticktechnik ergeben sich dabei für die richtungsabhängige Anordnung aller Fäden viel fältige Möglichkeiten, die mit anderen Flächenbildungstechniken nicht erreichbar sind. Erforderlichenfalls ist das Träger material 3, 12 so um 180° drehbar angeordnet, daß das Auf bringen aller Fäden von beiden Seiten her erfolgen kann.

Unterliegen die aus Fäden bestehenden Flächen- und Körpergebilde bei ihrer Weiterverarbeitung Verformungen - Drapiervorgänge -, so werden diese bereits im Stadium der Mustergestaltung - Punchen - von der Stichlage, der Stich zahl und der Stichlänge her funktionsbedingt berücksichtigt. Damit ist eine weitgehende Beeinflussung des Verformungs verhaltens von Bauteilen, wie 1, gegeben. In analoger Weise findet eine mögliche Weiterverarbeitung des erfindungs gemäßen Flächen- und Körpergebildes durch Ausfüllung des selben mit einem Matrixmaterial, z. B. Kunstharz, Berück sichtigung, indem der Fließfrontverlauf des Matrixmaterials als funktionsbedingte Notwendigkeit während des Befüllens von Formen und dergleichen durch gezielt eingestellte Erhö hung bzw. Erniedrigung der Fadendichte beim Sticken in vor teilhafter Weise beeinflußt wird. Dies kann entsprechend Fig. 4b durch Leitelemente unterschiedlicher Gestalt 17, 18 erfolgen.

Diese Leitelemente unterschiedlicher Gestalt 17, 18 sind unter Nutzung der Möglichkeiten der Stickerei in weiten Grenzen variierbar. Die dadurch gegebene Beeinflussung des Fließverlaufes des Matrixmaterials verhindert Quali tätsverluste, die z. B. durch Gaseinschlüsse und Bindenähte beim Aufeinandertreffen verschiedener Fließfronten entstehen. Die Technologie zum Aufsticken aller Fäden wird mittels Soutacheeinrichtungen für je einen Rapport der Stickerei so ausgeführt, daß die Konstruktionsbreite der Maschine voll ausgeschöpft wird. Erfolgt das Aufsticken aller Fäden direkt, d. h. ohne Soutacheeinrichtung, so ergeben sich herkömmlicher weise Unterbrechungen des Kraftflusses, da diese Fäden auf grund von im Stickprozeß entstehenden Umschlingungen und Zwischenräumen nicht in gestreckter Länge vorliegen.

Erfindungsgemäß wird dieses Problem durch die definierte Einstellung der textil-physikalischen Eigenschaften der Verstärkungs- bzw. funktionalisierten Fäden in gestreckter Anordnung 10, der Unter- bzw. Hinterfäden 11, deren Zug kräfte und der Eigenschaften des Trägermaterials 3 gelöst. Hierbei erfolgt eine fast vollständige Kompensation der unerwünschten Unterbrechungen des Kraftflusses zwischen den Fadenbereichen, welche den einzelnen Stichen entspre chend Fig. 3 zuzuordnen sind. Die Verstärkungs- und funk tionalisierten Fäden 10 liegen somit in gestreckter Form auf dem Trägermaterial 3 auf.

Laut den Ausführungsbeispielen ist erkennbar, daß die Form des Trägermaterials 3 der Form des zu fertigenden Bauteiles 1 angepaßt ist. Deshalb entfallen Verformungsvorgänge, die sonst notwendig wären, um das Bauteil 1 in seine endgültige Form zu bringen, weitestgehend. Die Genauigkeit der Stick technik beim Platzieren der Fäden wird somit für die Fertigung des Bauteiles 1 voll ausgeschöpft. Auch das Einarbeiten der Öffnung 2 bereitet dabei keine Schwierig keiten.

Weiterhin ist hervorzuheben, daß unter Ausnutzung der Sticktechnik funktionalisierte Fäden eingebracht werden, die das Eigenschafts- und Leistungs spektrum des Flächen- und Körpergebildes aufwerten.

Im Stadium der Mustergestaltung erfolgt die Berücksichti gung weiterer Arbeitsschritte, z. B. das Befüllen des Flächen- und Körpergebildes mit Kunstharz.

Claims

1. Verfahren zur Gewinnung eines aus Fäden bestehenden Flächen- und Körpergebildes, dadurch ge kennzeichnet dass

- ein Trägermaterial (3) - Stickgrund - so aufgespannt wird, dass seine Form dem herzustellenden Bauteil (1) entsprechend ausgebildet ist;
- anschließend die Aufbringung der Fäden in Lagen (4-7) und gleichzeitig mit den verschiedenartigen Funktionen ausgestatteten Fäden (8, 8', 8") durch Sticktechnik erfolgt;
- sodann Verstärkungsfäden und die funktionalisierten Fäden (8, 8', 8") sich über das gesamte Flächen- und Körpergebilde erstrecken oder partiell aufge stickt werden;
- sowie dass eine Weiterverarbeitung mit zu injizieren dem Matrixmaterial (z. B. Kunstharz) vorgesehen ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet dass das Aufsticken aller Fäden auf das Trägermaterial - Stickgrund - (3, 12) wahl weise beidseitig durch Drehen desselben um 180° erfolgt.

3. Verfahren nach Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass bereits im Stadium der Mustergestaltung die Flächen- und Körpergebilde von der Stichlage, der Stichzahl und der Stichlänge funktionsbezogen beeinflußt werden.

4. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Träger material (3) Leitelemente (17, 18) für die Weiter verarbeitung mit dem zu injizierendem Matrixmaterial aufgestickt werden.