DE3546267A1

DE3546267A1 - Dreidimensionales konstruktionselement

Info

Publication number: DE3546267A1
Application number: DE19853546267
Authority: DE
Inventors: Kohtaro Fukui Ono
Original assignee: Nippon Mayer Co Ltd
Current assignee: Nippon Mayer Co Ltd
Priority date: 1984-12-29
Filing date: 1985-12-28
Publication date: 1986-08-14
Also published as: JPS61179731A; JPH0152177B2; US4686134A

Description

Nippon Mayer Co., Ltd., Fukui City, Japan Dreidimensionales Konstruktionselement

Die Erfindung bezieht sich auf ein dreidimensionales Konstruktionselement mit wenigstens zwei ebenen Strukturabschnitten land insbesondere auf ein dreidimensionales Konstruktionselement, das für eine universelle Verwendung als industrielles Verbund-Konstruktionselement geeignet ist, beispielsweise als Einbauteil für ein Flugzeug oder ein anderes Fahrzeug, als Polsterungs- oder Baumaterial.

Bei verschiedenen industriellen Konstruktionselernenten, wie Innenteile von Flugzeugen oder anderen Fahrzeugen, Polstermaterialen oder Baumaterialien ist es wichtig, daß sie ein möglichst geringes Gewicht haben und trotzdem eine ausreichende Steifigkeit und Festigkeit behalten. Aus diesem Grund werden solche Konstruktionselemente üblicherweise nicht in der Form einer flachen oder gekrümmten Platte vorgesehen, sondern als dreidimensionale Konstruktion mit einer Mehrzahl von ebenen, einander kreuzenden, kontinuierlich zusammenhängenden Strukturabschnitten, beispielsweise mit einem Querschnitt, der im wesentlichen T-, Y-, I- oder Η-Form hat.

Üblicherweise werden Konstruktionselemente aus Kunststoff, der durch Fasern verstärkt ist, einem sogenannten

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faserglasverstärkten Kunststoff (FRP), in weitern Umfang benutzt. Wenn jedoch ein solches Konstruktionselement in dreidimensionaler Form mit einer Mehrzahl von ebenen Strukturabschnitten, wie erwähnt, hergestellt wird, ergibt sich ein Problem bezüglich der Festigkeit und Lebensdauer¹ insbesondere an den Verbindungsbereichen, wo die ebenen Strukturabschnitte miteinander verbunden sind. Des weiteren neigen solche Konstruktionselemente zu einer Verwerfung oder Verformung und bei Belastung ist eine IC Knickung, eine Deformation oder ein Abschälen möglich, sodaß die Festigkeit nicht ausreicht.

Insbesondere bei Konstruktionselementen, die als Einbauteil für ein Flugzeug oder ein anderes Fahrzeug benutzt werden, ergibt sich der Wunsch, daß eine solche dreidimensionale Konstruktion gegen Biegung widerstandsfähig und leicht ist sowie einer dauernden Schwingungs- oder Stoßbelastung widerstehen kann. Konstruktionselemente, die allein aus Kunststoff geformt sind, können diese Anforderangen jedoch nicht erfüllen.

Aus diesem Grund sind in den vergangenen Jahren Versuche gemacht worden, textile Stoffe als Verstärkungskernmaterial zu verwenden, die mit einem Kunstharz imprägniert, danach in einer Form behandelt und verfestigt und zu einem dreidimensionalen Konstruktionselement mit einem im wesentlichen T- oder I-förmigen Querschnitt geformt werden. Für derartige Verstärkungskernmaterialien sind verschiedene Vorschläge gemacht worden.

Beispielsweise offenbart JP-OS 176 332/1982 eine Technik, bei der Fasergruppen einer ersten Richtung, die Kettfadenschichten bilden und Fasergruppen einer zweiten Richtung, die Schußfadenschichten bilden, abwechselnd in großer Zahl aufeinander geschichtet werden, ohne daß sie miteinander verwebt werden, sodaß sich eine laminare Struktur

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ergibt, wobei die Kett- und Schußfadenschichten mit Hilfe einer dritten Fasergruppe verbunden werden, um eine laminare Form darzubieten, die an den gegenüberliegenden seitlichen Rändern in Längsrichtung in zwei Hälften ge-5 teilt ist. Auf diese Weise ergibt sich ein Stoff, der als Verstärkungskernmaterial verwendbar ist. Er wird mit Harz imprägniert und geformt, worauf die gegabelten . Teile geöffnet und die Konstruktion verfestigt wird, ^: sodaß sich eine H-fÖrmige Konstruktion ergibt. Mit diesem :10 Verfahren erhält man ein Konstruktionselement mit dicken : ebenen Strukturabschnitten; da jedoch die Kett- und Schußfadenschichten nicht miteinander vernetzt sind, sind i die beiden Fadenschichten verhältnismäßig schwach miteinander verbunden und insbesondere liegen die in Seitenrichj 15 tung verteilten Kettfäden an den Seitenrändern des Stoffes

in gebrochenem Zustand vor, wodurch sich die Gefahr eines ·. Ausfransens der Schußfäden ergibt, bevor das Imprägnieren • mit Harz und das Verfestigen abgeschlossen ist, sodaß j die Haftung am Harz, mit dem die Imprägnierung erfolgte, 20 gering ist. Daher ist es unmöglich, eine ausreichende i mechanische Festigkeit, wie Schwingungs- und Stoßbestän- ; digkeit, zu erreichen.

25 Aus JP-OS 133 241/1982 ist eine Konstruktion bekannt, i bei der ein Stoff aus einander kreuzenden Kett- und Schußfäden an einem oder beiden Enden in der Breitenrichtung I in Form einer doppelten Ware gewebt ist. Dieses Verfahren

beruht aber einfach auf dem Kreuzen von Fäden in zwei 30 Richtungen, als Kette und Schuß, und da die in Breitenrichtung verteilten Kettfäden an den seitlichen Enden ^! des Stoffes gebrochen werden, besteht die Gefahr, daß

die Schußfäden an den seitlichen Enden während der Behandlung ausfransen, bevor die Imprägnierung mit Harz und 35 das Verfestigen abgeschlossen sind, sodaß der integrale , Zusammenhang mit dem verfestigten Harz mangelhaft ist.

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Daher ist es nicht möglich, eine ausreichende mechanische Festigkeit, beispielsweise bezüglich der Schwingungsund StoßbestMndigkeit, zu erreichen.

Die vorliegende Erfindung hat unter Berücksichtung der vorstehenden Erläuterungen die Aufgabe, ein dreidimensionales Konstruktionselement zu schaffen, das ein geringes Gewicht hat, Festigkeit aufweist und Zugspannungen sowie wiederholten oder Wechselbelastungen widersteht, wobei

IQ der als Verstärkungskernmaterial dienende Einlagenstoff kaum ausfranst und einen besseren integralen Zusammenhang mit dem verfestigten Harz besitzt, sodaß das Konstruktionselement eine bessere Schwingungs- und Stoßbeständigkeit hat und in weitem Umfang als industrielles Verbund-

"L5 Konstruktionselement, beispielsweise als Einbauteil eines Flugzeugs oder anderen Fahrzeuges, verwendbar ist»

Zur Lösung dieser Aufgabe wird von einem dreidimensionalen Konstruktionselement mit einer Mehrzahl von ebenen Strukturabschnitten ausgegangen, bei dem ein als Kernmaterial dienender Verstärkungseinlagenstoff mit einem formhaltenden Mittel, wie Kunstharz- oder Keramikmaterial, imprägniert oder beschichtet und dann unter Bildung einer vorbestimmten dreidimensionalen Struktur verfestigt wird oder bei dem der Verstärkungseinlagenstoff zur Bildung der dreidimensionalen Struktur entfaltet und dann mit dem formhaltenden Mittel imprägniert oder beschichtet sowie verfestigt wird. Das Kennzeichen besteht darin, daß der Verstärkungseinlagenstoff aus in Längsrichtung kontinuierlich angeordneten Fäden besteht, daß Stoffbereiche, die durch eine Mehrzahl von unter Verwendung einer Mehrzahl von Gruppen von Fäden erzeugten Flächen definiert sind, in integraler Forin hergestellt sind, wobei die Fäden in jeder Gruppe die gleiche Bewegung durchführen, und daß die Faden wenigstens einer Gruppe so angeordnet sind, daß sie in der Längsrichtung kontinu-

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ierlich verlaufen, und zwar stetig mit quer und/oder schräg verlaufenden geraden Abschnitten in den Stoffbereichen und gekrümmten oder gebogenen Abschnitten an den seitlichen Enden der Stoffbereiche und an der Grenze zwischen den Stoffbereichen, oder daß sie kontinuierlich in der Längsrichtung verlaufen, während sie kontinuierliche Maschen bilden, und daß die zu dieser Gruppe gehörenden Fäden miteinander und/oder mit den Fäden einer anderen Gruppe, die in der Längsrichtung kontinuierlich angeordnet 1.0 sind, vernetzt werden, wobei diese Fadengruppen miteinander verbunden und in der Längsrichtung kontinuierlich angeordnet sind.

Bei einem solchen erfindungsgemäßen dreidimensionalen Konstruktionselement bildet der Verstärkungseinlagenstoff, der durch eine Mehrzahl von Flächen definierte Stoffbereiche aufweist, eine Konstruktion, bei der, wie oben beschrieben, individuelle Fäden kontinuierlich miteinander vernetzt sind, ohne daß Fadenenden an den die Breite bestimmenden Seitenkanten, d. h. am Rand des Stoffes, gebildet werden.

Im Ergebnis besteht keine Gefahr des Ausfransens an den seitlichen Rändern, bevor der Verstärkungseinlagenstoff mit einem formhaltenden Mittel, wie Kunstharz, imprägniert oder beschichtet, sowie geformt und verfestigt wird. Des weiteren sind die Fäden in den Stoffbereichen kompliziert vernetzt, sodaß keine Gefahr besteht, daß die Maschen des Stoffes leicht oder übermäßig geöffnet werden. Das bedeutet, daß der Einlagenstoff selbst gegen Zugspannung beständig ist und ein verbessertes Formhaltevermögen hat. Des weiteren dringt das Formhaltemittel, wie Kunstharz, in die Maschen der aus Fäden bestehenden Stoffbereiche in dem Verstärkungseinlagenstoff, der das Kernmaterial bildet, ein und verfestigt sich unter Ausnut-

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zung der Unebenheit der Oberfläche des Einlagenstoffes, wodurch die Bindungskräfte zwischen dem Einlagenstoff und dem Formhaltemittel erhöht werden. Dieses Merkmal in Verbindung mit der Festigkeit des Formhaltemittels und der Zähigkeit und dreidimensionalen Struktur des Verstärkungseinlagenstoffes fuhrt zu vermindertem Gewicht, Festigkeit sowie hoher Beständigkeit gegen Zugspannung und Biegen und auch gegenüber Wechselbelastungen, Schwingungen und Stoßen. Die erforderliche Festigkeit wird erreicht, ohne daß die Dicke zu sehr vergrößert werden muß. Insbesondere kann der Verstärkungseinlagenstoff, trotz der durch die ebenen, einander kreuzenden Strukturabschnitte definierten, kontinuierlichen Gestaltung, mit seinen Stoffbereichen in zusammenhängender Form in Übereinstimmung mit der Konfiguration des Einlagenstoffes hergestellt v/erden, mit dem Ergebnis, daß die Festigkeit der Verbindungsabschnitte der Stoffbereiche erhöht wird, so daß" kaum eine Möglichkeit der Verwerfung oder Verformung besteht, bei Belastung keine Gefahr des Knackens, Schälens, Deformierens oder Brechens auftritt und sich eine zufriedenstellende Schwingungs- und Stoßbeständigkeit sowie eine ausgezeichnete Lebensdauer ergeben.

Daher kann das dreidimensionale Konstruktionselement gemäß der Erfindung in weitem Umfang und über die bisherigen Anwendungszwecke hinaus als industrielles Verbund-Konstruktionselement verwendet werden, beispielsweise als Bauteil eines Flugzeugs oder als Baumaterial, wo Schwingungs- und Stoßbeständigkeit erforderlich ist. Wenn eine Mehrzahl dieser Konstruktionselemente miteinander kombiniert wird oder wenn dieses Konstruktionselement mit einem anderen steifen Material kombiniert wird, kann diese Kombination an Stellen verwendet werden, v/o eine höhere Festigkeit erforderlich ist.

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Da der Verstärkungseinlagenstoff durch die kontinuierliche Anordnung von Fäden in Längsrichtung des Einlagenstoffes hergestellt wird, ist es möglich, einen langgestreckten, kontinuierlichen Einlagenstoff zu erhalten, mit dessen Hilfe ein langgestrecktes dreidimensionales Konstruktionselement hergestellt werden kann. Insbesondere kann der Verstärkungseinlagenstoff durch Klöppeln, beispielsweise mittels einer Spitzen-Klöppel-Maschine, oder durch Kettenwirken hergestellt werden. Dies ergibt eine einfache Produktion und es können dreidimensionale Strukturen der verschiedensten Form, beispielsweise mit T- oder I-förmigem Querschnitt, gemäß dem beabsichtigen Verwendungszweck erzeugt werden.

Weitere Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand in der Zeichnung dargestellter bevorzugter Ausführungsbeispiele näher

erläutert. Es zeigen:
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Fig. 1 eine perspektivische Teilansicht eines dreidimensionalen Konstruktionselements gemäß der Erfindung ,

!25 Fig. 2 in einer vergrößerten Teilansicht ein Beispiel einer Struktur, wenn der Verstärkungseinlagenstoff durch eine Klöppelvorrichtung hergestellt

ι wird,

Fig. 3 in einer perspektivischen Darstellung den Verlauf einiger Fäden in dem Verstärkungseinlagenstoff, der durch eine KlÖppelvorrichtung hergestellt ist,

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Fig. 4 in einer perspektivischen Darstellung den Verlauf einiger Fäden in einem anderen Verstarkungsexnlagenstoff, der durch eine Klöppelvorrichtung hergestellt ist,

Fig. 5 einen Querschnitt durch ein dreidimensionales Konstruktionselement gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 6 in einer schematischen Draufsicht die Klöppelvorrichtung einer Spitzen-Klöppel-Maschine zum Klöppeln eines Verstärkungseinlagenstoffes,

Fig. 7 einen Schnitt durch einen Verstärkungseinlagenstoff, der mit der Maschine der Fig. 6 geklöppelt worden ist,

Fig. 8 einen Querschnitt eines dreidimensionalen Konstruktionselements gemäß einer weiteren Ausführungsform,

Fig. 9 einen Schnitt durch einen Verstarkungsexnlagenstoff, wie er für das Konstruktionselement der Fig. 8 verwendet wird,

Fig. 10 und 11 in räumlicher Darstellung den Verlauf einiger Fäden in einem Verstarkungsexnlagenstoff der Fig. 9,

Fig. 12 in einem Querschnitt ein dreidimensionales Konstruktionselement gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung,

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Fig. 13 und 14 in schernatischen, räumlichen Darsieilungen jeweils einen Verstärkungseinlagenstoff, der durch Kettenwirken hergestellt ist und

Fig. 15 und 16 Querschnitte von Verstärkungseinlagenstoffen gemäß weiteren Aus'führungsbeispielen der Erfindung.

Fig. 1 zeigt ein dreidimensionales Konstruktionselement 1 mit zv/ei ebenen Strukturabschnitten la und Ib, die zusammenhängend gebildet sind und einen im wesentlichen T-förmigen Querschnitt haben. Dieses dreidimensionale Konstruktionselement 1 verwendet als Kernmaterial einen Verstärkungseinlagenstoff 2 von langgestreckter dreidirnensionaler Konstruktion, bei dem Stoffbereiche 2a und 2b eine durch eine Mehrzahl von Flächen definierte zusammenhängende Konstruktion bilden. Der Verstärkungseinlagenstoff 2 ist teilweise mit einem Formhaltemittel 3, wie Kunstharz, imprägniert oder mit diesem Formhaltemittel beschichtet, beispielsweise durch eine Beschichtungsvorrichtung, die ihn mit diesem Mittel in laminarer Form umhüllt, worauf das Ganze zur Bildung einer vorbestimmten dreidimensionalen Konstruktion geformt und verfestigt wird. Stattdessen kann der Verstärkungseinlagenstoff 2 zur Bildung einer vorbestimmten dreidimensionalen Konstruktion entfaltet werden und in diesem Zustand mit dem Formhaltemittel 3 imprägniert oder beschichtet und dann geformt und verfestigt werden.

Als Formhaltemittel 3 können Materialien verwendet werden, die sich verfestigen, wenn sie nach Imprägnierung oder Beschichtung geformt werden, beispielsweise warmhärtende Harze wie Epoxy-, Polyester-, Phenol-, Vinylester-, Silikon- und Acrylharze, thermoplastische Harze, wie Polyamid-, Polyolefin-, Polycarbonat-, ABS- und PoIy-

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butylenterephthalat- oder andere Kunstharze, oder keramische Materialien, wie Aluminiumoxid oder Cirkoniumoxid. Um die Bindekraft zwischen dem formhaltenden Mittel 3 aus einem derartigen Material und dem Verstärkungseinlagenstoff 2 zu erhöhen, kann man ein Haftmittel zwischen dem Einlagenstoff 2 und dem Forinhaltemittel 3 anordnen, falls dies notwendig ist. Als Haftmittel 3 kann auch ein zusammengesetztes Mittel, das aus einer Kombination ■ von zwei oder mehreren der genannten Materialien besteht, verwendet werden, oder es kann eine Schichtkonstruktion mit einer Mehrzahl von einzelnen aus diesen Materialien geformten Schichten erzeugt werden. \

Der Verstärkungseinlagenstoff 2 kann unter Verwendung IS eines Fadens aus gewöhnlichem Fasermaterial oder, noch besser, einem Faden aus sogenanntem Verstärkungsfasermaterial, wie Glasfaser, Kohlefaser, Aramidfaser (aromatische Polyamidfaser) oder verstärkte Kunststoffaser, .ι

der eine geringere Dehnung und eine höhere Biegefestig- j keit hat-, hergestellt werden. Des weiteren umfassen die : erfindungsgemäß verwendbaren Fäden Monofilamente aus Kunstharz, einen Faden, der aus einer Mehrzahl von miteinander verdrehten dünnen Fäden besteht, und ein lineares aus Fasern hergestelltes Erzeugnis. 25

Bei dem erfindungsgemäß verwendeten Verstärkungseinlagenstoff 2 sind die Stoffbereiche 2a und 2b zusammenhängend aus einer Mehrzahl von Gruppen von Fäden 4,5 und 6 hergestellt, wobei die Fäden in der gleichen Gruppe die i gleiche Bewegung durchfuhren (oder sich in der gleichen Weise erstrecken). Der Stoff kann unter Verwendung von Klöppelvorrichtungen, beispielsweise einer Spitzen-Klöppel-Maschine, vorzugsweise einer für die Herstellung von Torchon-Spitzen geeigneten Maschine, hergestellt werden, wie es weiter unten beschrieben wird.

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Fig. 2 ist eine vergrößerte Teildarstellung, die ein Beispiel einer Grundstruktür eines durch Klöppeln hergestellten Verstärkungseinlagenstoffes zeigt. Es gibt die ι schräg verlaufenden Klöppelfäden 4 und 5 und die in Längs- oder Kettrichtung sich erstreckenden Fäden 6. Die Fäden 4, 5 und 6 in diesen Gruppen liegen jeweils zu zweit nebeneinander und erstrecken sich in drei Richtungen, die einander mit 60° schneiden.

In Fig. 3 ist ein T-förmiger Verstärkungseinlagenstoff 2 gezeigt. Er besitzt drei Gruppen von Klöppelfäden 4, 5 und 6, wobei die Fäden der gleichen Gruppe die gleiche Bewegung durchführen. Der Klöppelfaden 4 ist so angeordnet, daß er sich kontinuierlich in Zick-Zack-Form in der Längsrichtung erstreckt und zwar stetig mit schräg verlaufenden geraden Abschnitten 4' in einer Hälfte 2b' eines ebenen Stoffbereichs 2b und gekrümmten oder gebogenen Abschnitten 4" an den seitlichen Enden 8 des Stoffbereichs und an der Grenze 7 zwischen den Stoffbereichen 2a und 2b, während der Klöppelfaden 5 in der Längsrichtung kontinuierlich so angeordnet ist, daß er fortschreitend in den Stoffbereich 2a und die andere Hälfte 2b" des Stoffbereichs 2b eingelegt wird, wobei stetig schräg verlaufende gerade Abschnitte 5· und gekrümmte oder gebogene Abschnitte 5" am seitlichen Ende 8 und an der Grenze 7 aufeinanderfolgen. Die Faden 4 und 5 sind mit dem Klöppelfaden 6 in den Stoffbereichen 2a und 2b in Längsrichtung verflochten. In Fig. 3 sind zwei Klöppelfäden 4, 4 gezeigt, von denen einer in Längsrichtung um eine halbe Teilung verschoben ist. Die anderen nicht dargestellten Fäden in jeder dieser Gruppen sind in gleicher V/eise eingelegt, wodurch der Verstärkungseinlagenstoff 2 mit dreidimensionaler Konstruktion gebildet wird, der einen im wesentlichen T-förrnigen Querschnitt hat. Die Grenze 7 zwischen den Stoffbereichen 2a und 2b ist durch die

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Verbindung der einzelnen Klöppelfäden definiert und umfaßt den Verbindungsbereich A der Klöppelfäden 4 und 5; die beiden Stoffbereiche 2a und 2b sind daher zur Bildung einer Integralstruktur miteinander vereinigt. Der so aufgebaute Verstärkungseinlagenstoff 2 wird als Kernmaterial benutzt und mit einem Formhaltemittel 3 durch eine geeignete Vorrichtung imprägniert oder durch eine Beschichtungsvorrichtung beschichtet und dann im Zustand der vorbestimmten dreidimensionalen Konstruktion geformt und verfestigt. Alternativ kann der Verstärkungseinlagenstoff 2 in die vorbestimmte dreidimensionale Struktur entfaltet, mit dem Formhaltemittel 3 imprägniert oder beschichtet werden, worauf das Formen und Verfestigen erfolgt. Hierdurch erhält man das dreidimensionale Konstruktionselement 1 gemäß der Erfindung.

Da die schräg verlaufende gerade Abschnitte 4' und 5¹ aufweisenden Klöppelfäden 4 und 5 an den seitlichen Enden (Rändern) der Stoffbereiche 2a und 2b gekrümmt oder gebogen sind und kontinuierlich verlaufen, gibt es keine !Möglichkeit des Ausfransens, bevor das Imprägnieren mit dem Formhaltemittel 3 und das Verfestigen abgeschlossen ist, welche Gefahr bei einem gewebten Stoff bestünde. Da die Klöppelfäden 6 mit Bezug auf die Klöppelfäden 4 und 5 geradlinig in der Längsrichtung des Einlagenstoffes 2 verlaufen, kann sich der Verstärkungseinlagenstoff 2 selbst nicht in Längsrichtung dehnen, was der Zugfestigkeit in Längsrichtung zugute kommt.

In Fig. 4 ist ein Verstärkungseinlagenstoff 2 veranschaulicht, der auf andere Weise geklöppelt wurde. Die Klöppelfäden 4, 5 und 6 in den entsprechenden Gruppen haben schräg und quer verlaufende gerade Abschnitte 4', 5¹ und 6' und sind so angeordnet, daß sie in Längsrichtung kontinuierlich verlaufen, wenn sie fortschreitend in die Stoffbereiche 2a und 2b eingelegt werden, wobei stetig

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gerade Abschnitte 4·, 5' und β¹ und gekrümmte oder gebogene Abschnitte 4", 5" und G" an den Seitenenden 8 der Stoffbereiche und an der Grenze 7 vorgesehen sind; der Verstärkungseinlagenstoff 2 wird durch ein solches Verflechten der Fäden gebildet. Diese Klöppelstruktur, bei der wenigstens eine Fadengruppe sich in Querrichtung erstreckende gerade Abschnitte aufweist, ergibt einen höheren Widerstand gegenüber Zugspannung in der Breitenrichtung.

Bei dem vorstehenden Ausführungsbeispiel hat das dreidimensionale Konstruktionselement 1 einen im wesentlichen T-förmigen Querschnitt. Es kann aber auch ein dreidimensionales Konstruktionselement 1 mit im wesentlichen Y-förmigem Querschnitt und drei ebenen Strukturabschnitten la, la, Ib hergestellt werden, wie Fig. 5 zeigt, wobei der Verstärkungseinlagenstoff 2 längs der Grenze 7 in Y-Form gebogen wird, sodaß zwei ebene Stoffbereiche 2a jeweils einen Winkel von 60° mit dem anderen Stoffbereich 2b bilden. Dieser Stoff wird mit dem Formhaltemittel imprägniert oder beschichtet, worauf das Formen und Verfestigen erfolgt. Alternativ kann der Verstärkungseinlagenstoff, nachdem er mit dem Formhaltemittel 3 imprägniert oder beschichtet worden ist, in Y-Form gebogen und dann in einer Form behandelt und verfestigt werden.

Das Klöppeln des vorgenannten Verstärkungseinlagenstoffes 2 kann unter Verwendung beispielsweise einer Spitzen-Klöppel-Maschine erfolgen, wie sie in der JP-OS 150 150/1984 der Anrnelderin beschrieben ist, d. h. einer Spitzen-Klöppelmaschine mit zwei Laufbahnen für die Bewegung der Klöppelfadenspulen. Der Klöppelvorgang wird nun in Verbindung mit Fig. 6 beschrieben. Diese zeigt in Draufsicht den Umriß des Klöppelmechanismus dieser Maschine. Eine obere Laufbahn 10 und eine untere Laufbahn 11 sind übereinander in einer Richtung rechtwinklig zur Papierebene

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angeordnet. Eine gewünschte Anzahl von Spulen 12 ist auf jeder der Laufbahnen IO und 11 vorgesehen, sodaß sLe entlang der Laufbahnen bewegt werden können. Klöppelgarne 13 werden von den Spulen 12 abgezogen und im Kl öppelabschnitt 14 in der I-laschinenmitte geklöppelt, wodurch ein Stoff 2', wie es Fig. 7 zeigt, hergestellt wird, dessen Querschnittsaufbau einen einfachen Abschnitt und einen doppelten Abschnitt besitzt und der zu einer im wesentlichen T- oder Y-förmigen Querschnittsgestaltung geformt werden kann, wobei der doppelte Abschnitt zur Bildung eines Verstärkungseinlagenstoffes 2 mit einer gewünschten dreidimensionalen Struktur, wie sie in den Fig. 3 oder 4 gezeigt ist, entsprechend entfaltet wird. Der oben beschriebene Verstärkungseinlagenstoff 2 weist zwei Flächen, nämlich die Stoffbereiche 2a und 2b, auf, wobei wenigstens eine Gruppe der Klöppelfäden 13 in Fig. 3 fortschreitend in die beiden Stoffbereiche 2a und 2b eingelegt wird, und zwar stetig mit quer und/oder schräg verlaufenden geraden Abschnitten in den beiden Stoffbereichen 2a und 2b und mit gekrümmten oder gebogenen Abschnitten an den Seitenenden 8 der Stoffbereiche und an der Grenze 7, oder die Fäden werden in der Längsrichtung kontinuierlich geklöppelt, wenn sie mit den Fäden aus dem anderen Stoffbereich in der Nähe der Grenze 7 vernetzt und dadurch verbunden werden. Der Stoffbereich 2a wird aus Fäden der Spule 12 gebildet, die sich längs der Laufbahn 10 bewegen, während der Stoffbereich 2b von Fäden gebildet wird, die von längs der Laufbahn 11 sich bewegenden Spulen 12 kommen, und die Stoffbereiche 2a und 2b werden miteinander durch die Spulen 12 verbunden, die eine Verbindungsiaufbahn 15 durchqueren, wodurch die Grenze 7 gebildet wird. Der so erhaltene Einlagenstoff 2 von dreidimensionaler Konstruktion wird mit einem Forrnhal.temi.ttel 3>- wie Kunstharz, imprägniert oder beschichtet und dann in einer Form behandelt und verfestigt,

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um eine vorbestimmte dreidimensionale Struktur zu erhalten. Oder der Verstärkungseinlagenstoff 2 wird in eine vorbestimmte dreidimensionale Struktur verformt und dann mit dem Forrnhalternittel imprägniert oder beschichtet und verfestigt, wodurch ein dreidimensionales Konstruktionselement 1 mit einer Mehrzahl von ebenen Strukturabschnitten la und Ib, wie die Flg. 1 oder 5 gezeigt, erhalten wird.

Fig. 8 zeigt ein dreidimensionales Konstruktionselement: 1 mit drei ebenen Strukturabschnitten la, Ib und Ic gemäß der Erfindung. Ein Verstärkungseinlagenstoff 2, der als Kernmaterial dient, wird durch Klöppeln eines Stoffes 2" erzielt, der einen einfachen Abschnitt in der Mitte der Breite und Doppelabschnitte an seinen Enden aufweist, wie es Fig. 9 zeigt. Dies geschieht unter Verwendung einer Spitzen-Klöppel-Maschine ähnlich der oben beschriebenen Maschine oder durch Verwendung von Abschnitten 17 und 18 auf der unteren Laufbahn 11, die gestrichelt in Fi£. 6 angegeben sind, worauf die doppelten Abschnitte des Stoffes 2" in die gleiche Ebene umgefaltet werden, wodurch sich eine Konstruktion mit I-förmigem Querschnitt ergibt, wie es die Fig. 10 und 11 zeigen, wobei die Stoffbereiche 2a, 2b und 2c in drei Flächen liegen.

Der Verstärkungseinlagenstoff 2, der in Fig. 10 gezeigt ist, weist vier Gruppen von Klöppelfäden 4, 4, 5 und 6 auf, wobei die Klöppelfäden 4, 4 stetig eingelegt werden mit schräg verlaufenden geraden Abschnitten 4^!, 4' in den Hälften 2b¹ und 2c¹ der Stoffbereiche 2b und 2c und mit gekrümmten oder gebogenen Abschnitten 4", 4" an den Enden 3 der Stoffbereiche und an der Grenze 7, während der Klöppelfäden 5 fortschreitend in die Hälften 2b" und 2c" der Stoffbereiche 2b und 2c und in den Stoffbereich 2a stetig eingelegt werden mit sich schräg erstreckenden geraden Abschnitten 5· und gekrümmten oder

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gebogenen Abschnitten 5" an den Enden 8 der Stoffbereiche und an der Grenze 7. Die Fäden 4, 4 und 5 sind in Längsrichtung kontinuierlich angeordnet und mit den sich in Längsrichtung gerade erstreckenden Fäden 6 in den Stoffbereichen 2a, 2b und 2c verflochten. Die nicht veranschaulichten Fäden in den entsprechenden Gruppen sind in gleicher Weise geklöppelt, wodurch sich eine dreidimensionale Struktur mit im wesentlichen I-förmigem Querschnitt ergibt. Die geraden Klöppelfäden 6 sind der Einfachheit halber im Stoffbereich 2a nicht veranschaulicht. Die Grenze 7 zwischen den Stoffbereichen 2a, 2b und 2c ist durch die Verbindung der Klöppelgarne 4 und 5 zusammengehalten. In diesem Fall ist der Zugspannungswiderstand in Längsrichtung weiter erhöht.

Bei dem Verstärkungseinlagenstoff 2 der Fig. 11 sind die Klöppelfäden 4, 5 und δ in den Stoffbereichen 2a, 2b und 2c in drei Richtungen verflochten, wobei der Faden 6 in wenigstens einer Gruppe schräg und quer verlaufende gerade Abschnitte 6" in den Stoffbereiehen 2a, 2b und 2c aufweist und fortschreitend in die Stoffbereiche 2a, 2b und 2c stetig eingelegt wird mit geraden Abschnitten 6' und gekrümmten oder gebogenen Abschnitten 6" an den Enden 8 der Stoffbereiche und an der Grenze 7. Die Fäden sind in Längsrichtung kontinuierlich geklöppelt. Dieses Klöppelverfahren, bei dem wenigstens eine Gruppe der Fäden sich in Breitenrichtung erstreckende gerade Abschnitte besitzt, ergibt einen größeren Zugspannungswiderstand in Breitenrichtung.

Jeder der Verstärkungseinlagenstoffe 2 wird mit dem Formhaltemittel, beispielsweise Kunstharz, imprägniert oder damit beschichtet, beispielsweise auf einer Beschichtungsvorrichtung, und dann in einer Form behandelt und verfestigt, sodaß sich eine vorbestimnite dreidimensionale Struktur ergibt. Alternativ'kann, der Verstärkungseinlagen-

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stoff 2 nach dem Entfalten in eine gewünschte dreidimensionale Struktur mit dem Formhaltemittel imprägniert oder beschichtet und dann verfestigt werden. In beiden Fällen ergibt sich ein dreidimensionales Konstruktionselement 1 gernäß Fig. 8. Da bei einem so hergestellten Konstruktionselement 1 der Verstärkungseinlagenstoff 2 nur aus solchen Fäden hergestellt ist, die in Längsrichtung kontinuierlich sind, d. h. daß die Fäden an den seitlichen Enden der Stoffbereiche gekrümmt oder gebogen und damit kontinuierlich sind, besteht keine Gefahr, ; daß der Einlagenstoff selbst ausfranst, bevor das Forinhaltemittel verfestigt ist.

Der Verstärkungseinlagenstoff 2 kann in der Form einer dreidimensionalen Struktur hergestellt werden, die zu der Querschnittsform der Fig. 12 entfaltet werden kann, indem die Verbindungslaufbahn 5 bemitzt wird, um die Verbindungsabschnitte des Stoffes miteinander übereinstiuirnen zu lassen. In diesem Fall werden die Stoffbereiche

; 20 2a und 2b, 2c durch die obere Laufbahn 10 bzw. die untere Laufbahn 1.1. erzeugt. Daher kann der Verstärkungse.inlagen-

'. stoff 2 in eine dreidimensionale Struktur mit X- oder +-fo'rmigem Querschnitt gebracht werden, indem die doppelten Teile des Stoffes entfaltet werden. In dem Fall dieses Verstärkungseinlagenstoffes wird wiederum wie in den oben beschriebenen Fällen der E.inlagenstoff 2 mit dem Formhaltemittel imprägniert oder beschichtet und dann in einer Form behandelt und verfestigt, um eine vorbestimmte dreidimensionale Struktur zu erhalten, oder der Verstärkungseinlagenstoff wird zunächst in eine vorbestimmte dreidimensionale Struktur entfaltet, mit dein Formhaitemittel 3 imprägniert oder beschichtet und dann verfestigt, sodaß sich ein dreidimensionales Konstruktionselement ergibt, wie es beispielsweise in Fig. 12 gezeigt ist.

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Die Verstärkungseinlagenstoffe sind nicht auf solche beschränkt, die durch Klöppeln hergestellt sind, wie es vorstehend beschrieben wurde. Vielmehr können sie auch durch andere Mittel, beispielsweise durch Kettenwirken, hergestellt werden, wobei nur solche Fäden verwendet werden, die in Längsrichtung kontinuierlich verlaufen. Beispielsweise zeigt Fig. 13 wenigstens eine Gruppe von Fäden 24, die in Längsrichtung kontinuierlich angeordnet sind und kontinuierlich Maschen 24' in den Stoffbereichen 22a, 22b und 22c bilden, wobei die maschenbildenden Fäden 24 miteinander oder mit eingelegten Fäden 26, wie Kettschuß- oder Teilschußfäden, verbunden sind, die über eine Mehrzahl von Maschenstäbchen in die Maschen der Fäden 24 eingelegt sind, wodurch sich ein Kettengewirk mit zwei oder mehr Stoffbereichen 22a, 22b und 22c ergibt. Dieses Kettengewirk kann als Verstärkungseinlagenstoff 2 verwendet werden. An Abschnitten 25 sind die Fäden

24 miteinander verbunden; diese Abschnitte bilden die Grenzen der Stoffbereiche. Wenn ein solches Kettengewirk als Verstärkungseinlagenstoff verwendet wird, wie es in Fig. 14 gezeigt ist, ist es möglich, zusätzlich zu den inaschenbildenden Fäden 24 und den eingelegten Fäden

25 gerade Schußfäden 27 einzulegen, die sich rechtwinklig zu den Maschenstäbchen erstrecken, und/oder gerade Stehfäden 28, die sich in Längs- oder Kettrichtung zwischen den Maschenstäbchen erstrecken; in diesem Fall wird die Zugfestigkeit des Einlagestoffes erhöht.

Dieser Stoff wird mittels einer zweifonturigen Raschelmaschine mit zwei Virknadelreihen hergestellt. Wenn der Stoff gemäß den Fig. 13 oder 14 erzeugt werden soll, werden ein Abschnitt oder zwei Abschnitte mit der erforderlichen Breite an einem oder beiden seitlichen Enden doppelt gewirkt, wobei die vordere und hintere Wirknadelreihe benutzt wird, während die anderen Abschnitte kontinuierlich einfach gewirkt werden, indem die Fäden zwischen

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den vorderen und hinteren Nadelreihen wechseln. Durch entsprechendes Auffalten des oder der so gewirkten doppelten Abschnitte erhält man einen Einlagenstoff 2 mit im wesentlichen I-, Y- oder T-fö'rmigem Querschnitt. Der ' 5 so erzielte Verstärkungsexnlagenstoff wird mit dem Formhaltemittel 3, beispielsweise Kunstharz, imprägniert oder beschichtet und dann in einer Form behandelt und verfestigt, um eine vorbestimmte dreidimensionale Konstruktion zu erhalten oder alternativ wird der Verstär-. ίο kungseinlagenstoff 2 in die Gestalt einer vorbestimmten ; dreidimensionalen Struktur gebracht, anschließend mit J dem Formhaltemittel 3 imprägniert oder beschichtet und dann in einer Form behandelt und verfestigt, wodurch ein dreidimensionales Konstruktionselement ähnlich dem 15 in den Fig. 1,5,8 oder 10 erhalten werden kann. Da die maschenbildenden Fäden 24 und die in die Maschen ^: eingelegten Fäden 26 in Längsrichtung kontinuierlich sind, erreicht man auch in diesem Fall, anders als bei

■ einem Stoff, bei dem lediglich Schuß- und Kettfaden mit-

einander verbunden sind, einen Verstärkungseinlagenstoff, der praktisch nicht ausfranst, einen überlegenen Zusammenhalt besitzt und sicherer mit dem Formhaitemittel ver- : bunden ist.

Gemäß der Erfindung kann aiich eine Mehrzahl von den genannten Verstärkungseinlagestoffen 2, wie in Fig. 3 5 und 16 veranschaulicht, an einer ihrer Stoffbereiche miteinander in Berührung gebracht werden, urn ein einziges Kernmaterial zu erzeugen, das dann mit dem Formhaltemittel 3 imprägniert oder beschichtet wird, worauf die Formbehandlung und Verfestigung erfolgt. Die Erfindung kann auch mit anderen, nicht dargestellten Formen einer dreidimensionalen Struktur verwirklicht werden.

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Claims

P a t e η t an sp rüc he

1. Dreidimensionales Konstruktionselement mit einer Mehrzahl von ebenen Strukturabschnitten (la, Ib, lc), bei dem ein als Kernmaterial dienender Verstärkungseinlagenstoff (2) mit einem formhaltenden Mittel (3), wie Kunstharz- oder Keramikrnaterial, imprägniert oder beschichtet und dann unter Bildung einer vorbestimmten dreidimensionalen Struktur verfestigt wird oder bei dem der Verstärkungseinlagenstoff (2) zur Bildung der dreidimensionalen Struktur entfaltet und dann mit dem formhaltenden Mittel (3) imprägniert oder beschichtet sowie verfestigt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärkungseinlagenstoff (2) aus in Längsrichtung kontinuierlich angeordneten Fäden besteht, daß Stoffbereiche (2a, 2b, 2c; 22a, 22b, 22c), die durch eine Mehrzahl von unter Verwendung einer Mehrzahl von Gruppen von Fäden (4, 5, 6; 24, 26) erzeugten Flächen definiert sind, in integraler Form hergestellt sind, wobei die Fäden in jeder Gruppe die gleiche Bewegung durchführen, und daß die Fäden (4, 5, 6; 24) wenigstens einer Gruppe so angeordnet sind, daß sie in der Längsrichtung kontinuierlich verlaufen und zwar stetig mit quer und/oder schräg vex'laufenden geraden Abschnitten (4', 5', 6') in den

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Stoffbereichen (2a, 2b, 2c; 22a, 22b, 22c) und gekrümmten oder gebogenen Abschnitten (4", 5", 6") an den seitlichen Enden (8) der Stoffbereiche und an der Grenze (7) zwischen den Stoffbereichen, oder daß sie in der Längsrichtung kontinuierlich verlaufen, während sie kontinuierlich Maschen (24') bilden, wobei die Fäden miteinander und/oder mit den Fäden (4, 5, 6; 24) anderer Gruppen, die in der Längsrichtung kontinuierlich angeordnet sind, vernetzt werden, wodurch diese Fäden miteinander verbunden sind.

2. Dreidimensionales Konstruktionselement nach Anspruch

1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärkungseinlagenstoff (2) durch eine Klöppelvorrichtung, belspielsweise eine Spitzen-Klöppelmaschine, unter Verwendung • von in wenigstens drei Richtungen miteinander verflochtenen Fäden (4, 5, 6) hergestellt ist, daß die Fäden (4, 5, 6) wenigstens einer Gruppe, die in der Längsrichtung kontinuierlich angeordnet sind,und zwar stetig ; 20 ^mit quer und/oder schräg verlaufenden geraden Abschnitten (4¹, 5', 6') und gekrümmten oder gebogenen Abschnitten (4", 5", 6") an den Enden (8) der Stoffbereiche und an der Grenze (7), in die Stoffbereiche (2a, 2b, 2c) entweder fortschreitend oder in einer 25 solchen Weise eingelegt sind, daß sie in der Nähe der Grenze (7) der Stoffbereiche (2a, 2b, 2c) gekrümmt oder gebogen sind und gleichzeitig mit den Fäden (4, 5, 6) der anderen Gruppen vernetzt und verbunden sind.

3. Dreidimensionales Konstruktionselement nach Anspruch

2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fäden (6) wenigstens einer Gruppe in den Stoffbereichen (2a, 2b, 2c) in Längsrichtung gerade angeordnet sind, daß die gerade verlaufenden Fäden (6) mit den Fäden (4, 5) der Gruppen verflochten sind, die so angeordnet sind, daß sie in der Längsrichtung kontinuierlich verlaufen,

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und zwar stetig mit schräg verlaufenden geraden Abschnitten (4¹, 5') und gebogenen Abschnitten (4", 5") an den Enden (8) der Stoffbereiche und an der Grenze (7).
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4. Dreidimensionales Konstruktionselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärkungseinlagenstoff (2) durch eine Kettenwirkware gebildet ist, in der Stoffbereiche (22a, 22b, 22c) gewirkt sind entweder durch eine Verbindung aufgrund einer Vermaschung der rnaschenbildenden Fäden (24), die in der Längsrichtung kontinuierlich Maschen bilden, oder durch eine Verbindung zwischen den maschenbildenden Fäden (24) und eingelegten Fäden (26), die über eine Mehrzahl von Maschenstäbchen in die Maschenreihen der Fäden (24) eingelegt und in der Längsrichtung kontinuierlich angeordnet sind.

5. Dreidimensionales Konstruktionselement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärkungseinlagenstoff (2) zwei oder drei Stoffbereiche umfaßt und im wesentlichen einen T-, Y-, I- oder H-förmigen Querschnitt hat.

6. Dreidimensionales Konstruktionselement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärkungseinlagenstoff (2) vier Stoffbereiche umfaßt und im wesentlichen einen +- oder X-fö'rmigen Querschnitt hat.

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