DE4006717A1 - Herstellung von gleichmaessig vernaehten dreidimensionalen koerpern aus faserstoffen - Google Patents
Herstellung von gleichmaessig vernaehten dreidimensionalen koerpern aus faserstoffenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines
homogenen Bewehrungskörpers aus zusammengenähten Gewebelagen
sowie die als Gewebelagen verwendeten Textilteile.
Derartige hochhomogene, vernähte Körper sind als Bewehrung
zur Bildung hochbelastbarer Bremselemente, Raketenmotorteile
oder anderer steifer, hitzebeständiger Körper vorgesehen.
Zur Herstellung derartiger Bewehrungskörper ist ein Textil
teil als Zwischenprodukt vorgesehen.
Die in Bremssystemen von Hochgeschwindigkeitsfahrzeugen wie
z.B. Rennwagen und Flugzeugen verwendeten Bremsscheiben sind
sehr hohen Bremslasten ausgesetzt und müssen entsprechend
widerstandsfähig ausgebildet sein. Genauer gesagt müssen die
Bremsscheiben derartige physikalische Kennwerte aufweisen,
daß sie den im Betrieb auftretenden hohen Spannungskräften
widerstehen können.
Ein besonderes Verfahren zur Herstellung dreidimensionaler
Körper aus Faserstoffen zur Verwendung als Bewehrung in Ver
bundmaterialien ist in dem US-Patent 47 90 052 beschrieben
und umfaßt das einzelne Zusammennähen aufeinanderfolgender
Faserstofflagen.
Die geforderte Homogenität des als Bewehrung vorgesehenen
dreidimensionalen Körpers verlangt, daß das Vernähen, mit
dem die einzelnen Lagen zusammengefügt werden, gleichmäßig
über aufeinanderfolgende Lagen erfolgt, die zur Bildung des
Körpers aufeinander gelegt werden. Das US-Patent 47 90 052
offenbart ein besonderes Verfahren, um diese Forderung zu
erfüllen.
In der gleichen Weise wie die Gleichmäßigkeit des Vernähens
von wesentlicher Bedeutung zur Erzielung des geforderten Ho
mogenitätsgrades des dreidimensionalen Körpers ist, ist auch
die Verwendung von einzelnen, fast gleichen Faserstofflagen
mit etwa ähnlichen physikalischen Kennwerten entscheidend.
Die zur Bildung eines dreidimensionalen Körpers üblicherwei
se zusammengefaßten einzelnen Lagen enthalten kardiertes
oder gewickeltes Vlies mit fortlaufenden Fäden oder Werg,
welches auf einen gewobenen Träger aufgenäht wird, wobei na
türlich das Vlies nicht gleichmäßig sein kann. Daher treten
Schwierigkeiten bei der Erzielung einer optimalen Homogeni
tät in dem dreidimensionalen Körper auf.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur
Herstellung einer Fadenstofflage zur Verwendung bei der Her
stellung von Bewehrungskörpern für Verbundmaterialien anzu
geben, welche die Bildung eines gleichförmigen Körpers großer
Homogenität gewährleisten.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß bei einem Verfahren
zur Herstellung eines Textilteils als Zwischenprodukt für
die Verwendung bei der Fertigung eines homogenen Bewehrungs
körpers durch schrittweises Zusammennähen von sukzessiv
übereinandergelegten Textilteilen ein kohärentes Textilge
webe, welches das Textilteil bildet, auf wenigstens einer
Seite einer Aufrauhbehandlung unterzogen wird. Das zusam
menhängende Gebilde ist vorzugsweise ein Gewebe, wobei ein
derartiges Gebilde z.B. eine vernähte Fasermasse umfassen
kann. Diese Fasermasse kann bedarfsweise ein gewebtes Trä
gertuch enthalten oder einfach durch mit Abstand parallel
verlaufende Fäden verstärkt sein, die von einer Spule zu
geführt sind.
Die Erfindung umfaßt auch das Textilteil als Zwischenprodukt
(die Textilzwischenlage) zur vorstehend genannten Anwendung,
mit einem Textilaufbau, der vorzugsweise aus multifilamenten
Kohlenstoff- oder Keramikvorläuferfasern hergestellt ist,
wobei der Textilaufbau auf wenigstens einer Seite eine an
gerauhte Oberfläche aufweist.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbei
spiels unter Bezugnahme auf die schematischen Zeichnungen
näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht auf ein erfindungs
gemäßes Gewebe, bei dem nur ein Teil der Ober
fläche angerauht ist,
Fig. 2 eine schematische Darstellung des Aufbaus eines
Stapels aus Gewebelagen und deren Vernähen zur
Erzielung eines homogenen Körpers,
Fig. 3 eine bei reinen Kohlenstoff-Garnen verwendete
Webstruktur.
In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung gemäß Fig. 1 ist
ein Gewebe 11, vorzugsweise ein - nicht als solches darge
stelltes - Köpergewebe vorgeschlagen, bei dem die Kettfäden
12 und die Schußfäden 13 jeweils mehrfädige P.A.N.-Garne
enthalten (P.A.N. = Polyacrylonitril, ein Kohlenstoffzwi
schenprodukt). Das Gewebe wird einer an sich bekannten Rauh
behandlung unterzogen, um einen Flor 14 auf jeder Seite des
Gewebes zu schaffen (nur eine Seite ist gezeigt), wobei der
Grad der Rauhbearbeitung durch die gewünschte Höhe des Flors
bestimmt ist.
In Abhängigkeit von der gleichmäßigen Beschaffenheit der
Webstruktur wird die Florhöhe im wesentlichen konstant sein
und daher insbesondere leicht reproduzierbar sein.
Der aufgerauhte Stoff gemäß Fig. 1 wird zum Aufbau eines
äußerst homogenen Körpers von gewünschter Dicke verwendet,
wozu aufeinanderfolgend Gewebelagen zur Bildung eines Sta
pels übereinandergelegt werden. Der Stapel wird derart ver
näht, daß über die ganze Dicke des Stapels eine gleichmäßige
Vernähung gegeben ist. Ein derartiges Verfahren ist schema
tisch in den Fig. 2A bis 2C dargestellt und entspricht im
wesentlichen dem in dem US-Patent 47 90 052 beschriebenen
Verfahren. In Fig. 2A ist ein Zwischenstadium des auf einer
Auflageplatte 22 aufgebauten Stapels 21 gezeigt. Die auf und
ab gehenden Nadeln 23 sind in einer Nadelstange 24 gehalten
und in ihrer tiefsten Eindringlage dargestellt. Die unter
sten Lagen des Stapels sind dabei in den Nähvorgang nicht
mehr einbezogen. In den Fig. 2B und 2C ist die Art und Weise
dargestellt, wie die Auflageplatte 22 fortschreitend abge
senkt wird, während der Stapel anwächst. Der Nähvorgang ist
dabei immer auf den oberen Abschnitt 25 des Stapels be
schränkt. Zu Anfang des Stapelaufbaus werden die auf und ab
gehenden Nadeln den gesamten Stapel durchdringen und in die
Löcher 26 der Auflageplatte 22 einfahren. Wenn jedoch der
Aufbau des Stapels fortschreitet, wird die Auflageplatte in
bezug zum unteren Totpunkt des Nadelhubs abwärtsbewegt, der
art, daß bald die untersten Gewebelagen nicht länger am Näh
vorgang teilhaben. Der Nähvorgang wird auch nach Erreichen
der erforderlichen Dicke des Stapels fortgesetzt, wobei die
Auflageplatte während des Nähvorgangs weiterhin abgesenkt
wird, bis auch die oberste Lage 27 A in einem Umfang vernäht
ist wie die unterste Lage 27 B und die Zwischenlagen 27 C.
Das vernähte Gewebe wird einer an sich bekannten Karbonisa
tion unterworfen (um das voroxidierte P.A.N. in Kohlenstoff
umzuwandeln) und in bekannter Weise durch chemische Dampfin
filtration von Pyrokohlenstoff verdichtet. Das erhaltene Ma
terial ist zur Verwendung als Bremsbelag unter extremen Um
gebungseinflüssen geeignet. Die Regelmäßigkeit des auf den
einzelnen Lagen gebildeten Flors gewährleistet einen hohen
Homogenitätsgrad des Bremsbelages und trägt zur Widerstands
fähigkeit des Belages sowie zu einer hohen Spannungsfestig
keit bei.
Der Flor selbst kann vor der Verwendung der Lagen zur Erhö
hung der Lagen auf der Nähmaschine flach gehalten werden,
wie durch eine Behandlung der Gewebelage durch Heißka
landrieren. Auch kann die Gewebelage derart behandelt wer
den, daß der Flor in einer Stellung liegt, in der er recht
winklig nach außen von der Webstruktur absteht. In der
letztgenannten Ausbildung des Flors kann es wünschenswert
sein, die angerauhte Fläche zu scheren, um einen Flor von im
wesentlichen gleichmäßiger Höhe zu erhalten.
Es ist bemerkenswert, daß bei der Auswahl eines geeigneten
Köperstoffes in dessen angerauhten Oberflächen ein Muster
geschaffen werden kann aus gerauhten und ungerauhten Be
reichen. Diese nach Art eines bestimmten Musters, z.B.
Schachbrettmuster oder dgl., gerauhten und ungerauhten
Bereiche sind zur Aufnahme komplementärer ungerauhter und
gerauhter Bereiche einer aufgelegten gleichen Gewebelage
vorgesehen. Vorzugsweise sind die gerauhten und ungerauhten
Bereiche in komplementären Lagen auf den entsprechenden
Oberflächen des Gewebes vorgesehen. Auf diese Weise wird ein
natürliches Ineinandergreifen zwischen benachbarten Lagen
erzielt, was die Scherfestigkeit des Endproduktes weiter
erhöht.
Wird ferner z.B. eine Schußatlasbindung verwendet und werden
die Oberflächen unterschiedlich aufgerauht, kann auf einfa
che Weise eine Gewebelage mit unterschiedlichem Flor auf den
entsprechenden Seiten erzielt werden.
Durch das weite Feld der möglichen Bindungsstrukturen kann
selbstverständlich eine entsprechende Vielzahl von geflorten
Stoffen (aufgerauhten Stoffen) erzielt werden, insbesondere
kann jede Florstärke, Florverteilung und Florkombination er
zielt werden. So kann z.B. ein gebrochener Köper mit domi
nantem Schuß, insbesondere einer mit mehreren zusammengeweb
ten Schußfäden, zur Bildung eines Gewebes mit einem schweren
Flor auf jeder Gewebeseite herangezogen werden.
Wird die das Zwischenprodukt bildende Textilstruktur voll
ständig oder im wesentlichen vollständig aus Kohlenstoffäden
gebildet, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, eine durch
eine mehrlagige Struktur gegebene Bindung vorzusehen. Die
Schaffung eines Flors auf einer Oberseite dieses Gewebes hat
keine ungünstige Wirkung auf die Lagen, die von der Oberflä
che entfernt liegen. Dies gilt ungeachtet der zerbrechlichen
Natur der Kohlenstoffäden und der auf der Gewebeoberfläche
auftretenden Beschädigung der Fäden durch die Aufrauhbehand
lung. Ein vorteilhaftes Bindungsmuster zur Verwendung bei
aus puren oder im wesentlichen puren Kohlenstoffgarnen gewo
benen Teilen zeigt Fig. 3.
Andere Bindungsstrukturen sind selbstverständlich dem Fach
mann geläufig.
Auch wenn die Erfindung anhand einer Webstruktur beschrieben
ist, welche zur Erzielung eines Flors aufgerauht wird und
eine Vielzahl von Stofflagen dieser Art zusammengenäht wer
den, kann auch eine Stofflage zur Herstellung eines dreidi
mensionalen Bewehrungskörpers eine kardierte Faserlage zwi
schen zwei gerauhten Stoffen umfassen, welche auf einer Fa
serbefestigungsmaschine einteilig zusammengefügt wird.
Die Erfindung ist nicht beschränkt auf die Details der vor
stehend beschriebenen Ausführungsbeispiele, da sich weitere
Abwandlungen für den Fachmann von selbst ergeben. So kann
z.B. das relative Gewicht von Kette und Schuß unterschied
lich sein und die Bindung derart vorgesehen werden, daß nach
der Rauhbehandlung das aktuelle Gewicht der Fäden in Kette
und Schuß gleich ist; der Überschuß des vorher dominanten
Fadens bildet den Flor bzw. die faserige Verstärkung.
Selbstverständlich kann ein anwendbarer Stoff auch anders
als durch Weben gebildet sein und kann z.B. eine fest
gesteppte Fasermasse aufweisen, z.B. mit einem Gewicht von
500 g/m2, dessen Oberfläche leicht angerauht ist, um einen
Flaum für die innige Bindung zu erhalten. Die festgesteppte
Masse kann eine Versteifung umfassen, welche typischerweise
aus einer in der Fasermasse angeordneten Webstruktur
bestehen kann. Auch können lediglich mit Abstand zueinander
liegende, parallel verlaufende Fäden zum gleichen Zweck
angeordnet werden.
Zwar ist die Erfindung vornehmlich auf die Anwendung eines
Zwischengewebes bei der Herstellung eines homogenen Beweh
rungskörpers abgestellt, der hohen thermomechanischen Kräf
ten widerstehen soll, weshalb das Gewebe Kohlenstoff- oder
Keramikfasern (oder Vorprodukte solcher Fasern) oder Kom
binationen hieraus aufweist. Die Erfindung beinhaltet aber
auch ein vorteilhaft verwendbares Gewebe für geringere Bean
spruchungen, wobei die verwendeten Materialien abhängig da
von sind, in welchem Zusammenhang der homogene Körper be
nutzt werden soll. In Abhängigkeit von einem derartigen Zu
sammenhang sind daher auch Naturfasern, künstliche oder syn
thetische Fasern oder Fäden verwendbar, sowohl einzeln als
auch in Kombination oder in anderer Weise.
Claims (16)
1. Anfertigung eines ein Zwischenprodukt bildenden Textil
teiles, welches bei der Herstellung eines homogenen Be
wehrungskörpers durch schrittweises Zusammennähen von
aufeinanderfolgend übereinandergelegter Textilteile
verwendet ist, wobei zumindest eine Seite eines kohären
ten Textilgebildes, welches das Textilteil bildet, einer
Gewebeaufrauhung unterzogen ist.
2. Verfahren zur Herstellung eines homogenen Bewehrungskör
pers mit den folgenden Verfahrensschritten:
- - aufeinanderfolgendes Übereinanderlegen von Lagen eines kohärenten Textilgebildes zu einem schrittweise ver nähten Stapel gleichen Gewebes;
- - Vernähen einer jeden aufeinanderfolgenden Lage mit dem Stapel, um dem Stapel die erforderliche Dicke zu ge ben;
- - das Vernähen wird derart durchgeführt, daß die ganze Dicke des Stapels im wesentlichen gleichmäßig vernäht ist,
dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Seite des
kohärenten Textilgebildes vor dessen Auflegen auf den
Stapel einer Gewebeaufrauhung unterworfen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß beide Seiten des kohärenten
Textilgebildes aufgerauht werden.
4. Verfahren nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, daß jede Seite des kohärenten
Textilgebildes in ausgewählten Bereichen aufgerauht ist,
um gerauhte und ungerauhte Bereiche zu erhalten.
5. Verfahren nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, daß die gerauhten und ungerauh
ten Bereiche auf den beiden Seiten des kohärenten Tex
tilgebildes komplementär zueinander liegen.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß jedes kohärente Textilgebil
de aus einem aus Kohlenstoffasern oder Keramikfasern
(oder Vorläufern davon) gefertigten Stoff gebildet ist
und das Verfahren eine Verdichtung umfaßt.
7. Textilteil als Zwischenprodukt, welches bei der Herstel
lung eines homogenen Bewehrungskörpers durch schrittwei
ses Zusammennähen von aufeinanderfolgend übereinanderge
legten Textilteilen verwendet ist,
dadurch gekennzeichnet, daß das Textilteil ein kohären
tes Textilgebilde ist, dessen wenigstens eine Seite
aufgerauht ist.
8. Textilteil nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, daß beide Seiten des kohärenten
Textilgebildes aufgerauht sind.
9. Textilteil nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, daß jede Seite des Gebildes be
reichsweise aufgerauht ist, um aufgerauhte und ungerauh
te Bereiche zu erhalten.
10. Textilteil nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, daß die gerauhten und ungerauh
ten Bereiche auf den beiden Seiten des kohärenten Tex
tilgebildes komplementär angeordnet sind.
11. Textilteil nach einem der Ansprüche 7 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, daß das Textilgebilde ein Gewebe
ist.
12. Textilteil nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet, daß das Gebilde ein gelochtes
Laminat aus zwei Geweben und einer dazwischen angeordne
ten Fasermatte (fibres batt) besteht.
13. Textilteil nach einem der Ansprüche 7 bis 12,
dadurch gekennzeichnet, daß es Kohlestoffasern oder Ke
ramikfasern oder Vorläufer davon enthält.
14. Textilteil nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet, daß es einen mehrlagigen Web
stoff aufweist.
15. Eine Mehrzahl von Textilteilen nach einem der Ansprüche
7 bis 14, die übereinanderliegend angeordnet und zur
Erzielung eines homogenen dreidimensionalen Bewehrungs
stoffes zusammengenäht sind.
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