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Die Erfindung betrifft einen dreidimensionalen Webstoff mit profiliertem
Querschnitt, beispielsweise einen Webstoff mit I-förmigem, T-förmigem, L-
förmigem, U-förmigem oder sonstigem Querschnitt, womit eine textile Struktur
zur Verfügung gestellt wird, die sich zur Verwendung in faserverstärktem
Kompositmaterial, wie beispielsweise faserverstärktem
Kunststoff-Kompositmaterial oder -gewebe, eignet, wie es in den beiliegenden Abbildungen 4 und 7
dargestellt ist.
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Die Offenlegungsschrift zur japanischen Gebrauchsmusteranmeldung Nr. Showa
62-79900 zeigt einen dreidimensionalen Webstoff mit profiliertem Querschnitt,
der sich kreuzende Längs-, Quer- und Vertikalfäden aufweist. Fig. 8 zeigt
eines dieser bekannten Gewebe im Querschnitt, wobei mehrere Fäden X in
Längsrichtung in unterschiedlich breiten horizontalen und vertikalen zu einander
parallelen Ebenenen angeordnet sind, so daß sich eine I-förmige Anordnung
ergibt. Ein Querfaden Y verläuft in Querrichtung hin- und hergehend aufwärts,
und zwar in einem Bereich, der sich mit der Breite der Ebenen der Längsfäden
X ändert, bis er die oberste Ebene der in Längsrichtung verlaufenden X-Fäden
erreicht hat, und anschließend nach unten hin- und her gehend quer durch die
Ebenen der Längsfäden X. Dieser Verlauf wiederholt sich, damit durchgehend in
Querrichtung verlaufende Ebenen horizontaler Y-Fäden zwischen vertikal
aneinander grenzenden Ebenen von Längsfäden X gebildet werden, und erstreckt
sich über die äußeren Enden der horizontalen Ebenen von X-Fäden. Andererseits
verläuft ein vertikaler Faden Z in Längsrichtung, während er vertikal in
einer zum Querfaden Y senkrechten Ebene hin und her verläuft, und zwar in dem
der Höhe der verschiedenen Ebenen der Längsfäden X und der Länge der Ebenen
der Querfäden Y entsprechenden Bereich; er ist durchgehend zwischen von den
Y-Fäden in aneinandergrenzenden horizontalen Y-Faden-Ebenen gebildeten
Längsebenen angeordnet. Die quer verlaufenden horizontalen Y-Fäden und die
längs verlaufenden X-Fäden sind miteinander verbunden.
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Bei dem dreidimensionalen Webstoff gemäß der vorgenannten japanischen
Gebrauchsmusteranmeldung ist der vertikale Faden Z durchgehend zwischen
Längsebenen angeordnet, die von den Y-Fäden in angrenzenden horizontalen Y-Faden-
Ebenen gebildet werden, und die quer verlaufenden Y-Fäden und die vertikal
verlaufenden Z-Fäden sind abwechselnd entlang eines Längsfadens X angeordnet.
Wenn also der quer verlaufende Y-Faden (Fig. 8) das Ende der horizontalen X-
Faden-Ebene erreicht und - in Fig. 8 - die Verlaufsrichtung ändert, entsteht
auf der gegenüberliegenden Seite des dreidimensionalen Webstoffs jeweils eine
Lücke 1 zwischen benachbarten horizontalen Ebenen von X-Fäden. Damit ergibt
sich ein unsymmetrischer Querschnitt. An der oberen linken Kante und an der
unteren rechten Kante des dreidimensionalen Webstoffs, wo ein Längsfaden X
und die ihn umgebende Schleife des quer verlaufenden Y-Fadens fehlen,
entstehen Längsrillen 1. Diese stellen ein Problem dar, wenn der Webstoff zur
Herstellung eines faserverstärken Kompositmaterials mit Kunstharz getränkt
wird, weil sie sich mit dem Harz füllen, wodurch Mikrorisse entstehen.
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Wenn der hin und her quer verlaufende Y-Faden das obere Ende erreicht und,
wie in Fig. 9 und 10 gezeigt, die Richtung ändert und zum unteren Ende der
Längsfäden X zurückkehrt, entstehen Querrillen 2 (Fig. 10) an der Ober- und
an der Unterseite, die sich mit Harz füllen, wenn der Webstoff mit Harz
getränkt wird, wodurch ebenfalls Mikrorisse entstehen.
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Wenn der quer verlaufende Y-Faden an dem in Querrichtung gegenüber liegenden
Ende die Richtung wechselt, legt er sich normalerweise um den Längsfaden X,
wobei der jeweils darüber liegende Längsfaden X frei bleibt. Dadurch wird der
wegen des freibleibenden X-Fadens schmale Bereich, wie in Fig. 11 gezeigt,
durch die Spannung im Querfaden Y in vertikaler Richtung gedehnt, was eine
Störung der Gewebetextur zur Folge hat.
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Mit der vorliegenden Erfindung wird ein dreidimensionaler Webstoff mit
profiliertem Querschnitt zur Verfügung gestellt, welcher mehrere sich kreuzende
Längs-(X-), Quer-(Y-) und Vertikal-(Z-)Fäden aufweist, die in Längs-, Quer-
und Vertikalebenen gewebt sind, wobei innerhalb eines Querschnitts des
Webstoffs senkrecht zu den längsgewebten Fadenebenen die Querebenen eine
unterschiedliche Breite und die Vertikalebenen eine unterschiedliche Höhe
aufweisen, wobei sich der gewebte Faden in den quer liegenden Fadenebenen
nach dem Überqueren der Längsfäden in der Breite der überquerten Längsebene
von einer Querebene zur nächsten Querebene bewegt, wobei sich der gewebte
Faden in den vertikal liegenden gewebten Fadenebenen nach dem Überqueren der
Längsfäden in der Höhe der überquerten Vertikalebene von einer Vertikalebene
zur nächsten Vertikalebene bewegt, wobei der quer liegende gewebte Faden und
der vertikal liegende gewebte Faden die Längs-, Quer- und Vertikalfäden
beklemmen und die gewebten Fäden zusammen zu einem dreidimensionalen Webstoff
mit profiliertem Querschnitt vereinigen, welcher dadurch gekennzeichnet ist,
daß in jede Querebene zwischen den Längsebenen und quer zwischen benachbarten
Fäden eine gerade Anzahl von Querfäden (Y) eingefügt ist und daß in jede
Schlinge, die durch benachbarte Vertikalfäden (Z) oberhalb der Längsfäden in
der obersten Längsebene und unterhalb der Längsfäden (X) in der untersten
Längsebene gebildet ist die Hälfte der Anzahl an Querfäden (Y) eingefügt ist.
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Mit dieser Erfindung wird ein dreidimensionaler Webstoff mit profiliertem
Querschnitt zur Verfügung gestellt, das leicht gewebt werden kann, ohne daß
Längs- oder Querrillen der Art entstehen, wie sie als Rillen 1 und 2 in den
Abbildungen 8 bis 11 von Gewebe nach dem bisherigen Stand der Technik
dargestellt sind. Ferner ist es bei der zur Verfügung gestellten dreidimensionalen
Gewebestruktur möglich, bei Bedarf schmale Bereiche, in denen die Textur oft
gestört ist, zu verstärken.
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Für die Längs-, Quer- und Vertikalfäden X, Y und Z können Kohlenstoffasern,
Glasfasern, Silikonfasern, Aluminiumfasern, Aramidfasern, Polyamidfasern,
Polyesterfasern und ähnliche Fasern einzeln oder in einer Kombination von
zwei oder mehr Fasern verwendet werden. Ferner können die Längsfäden so
angeordnet werden, daß sich ein beliebiges Profil, beispielsweise I, T, L
oder U, ergibt. Ferner können mehrere miteinander verzwirnte oder
nebeneinander angeordnete Fäden als Einzelfaden betrachtet werden.
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Bei einem bestimmten Webverfahren wird der erfindungsgemäße Webstoff dadurch
hergestellt, daß die Fachbildung, beginnend mit der obersten Lage, von Lage
zu Lage erfolgt, wobei die Längsfäden in örtlich unterschiedlicher Höhe bzw.
in unterschiedlichen Ebenen angeordnet werden und der Querfaden mit einem
Schiffchen abwechselnd von entgegengesetzten Seiten aus in ein Fach
eingebracht wird, und daß die Fachbildung, ausgehend von der untersten Lage bzw.
Ebene, von Lage zu Lage erfolgt, wenn die unterste Lage bzw. Ebene erreicht
ist, wobei der Querfaden in ein und dasselbe Fach in umgekehrter Richtung
eingebracht wird. Für den Vertikalfaden wird eine getrennte Fachbildung
vorgenommen, und zwar für jeden Abschnitt der Längsfäden, der sich in der
Höhe von dem unmittelbar vorausgehenden Abschnitt unterscheidet. Jedes Mal,
wenn der Querfaden eine vertikale Hin- und Herbewegung ausführt, während er
im Zickzack geführt wird, werden die obere und die untere Position vertauscht
und damit der Webvorgang fortgeführt. Außerdem kann je nach Querschnittsform
des dreidimensionalen Webstoffs statt eines Schlagvorgangs ein Schlagarm
eingesetzt werden, wie es in der Offenlegungsschrift zur japanischen
Patentanmeldung Nr. 296143/1986 beschrieben ist, so daß eine Schlagbewegung jedes
Mal dann ausgeführt wird, wenn der zweite Querfaden in ein bestimmtes Fach
eingebracht wird, und die obere und die untere Position der Querfäden
vertauscht werden. Zwischen die Vertikal- und die Längsfäden wird dann ein
Webeblatt geschoben und zum Andrücken bis zur Gewebekante geführt. So kann
ein Webstoff hoher Dichte erreicht werden.
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Durch Anordnung eines Abschlußfadens auf einer Querseite, bei der die
Fachbildung mit einer Litze erfolgen soll, und Eintrag des Querfadens von der dem
Abschlußfaden gegenüberliegenden Seite aus, wobei der Abschlußfaden unter dem
Fach angeordnet und nur der Abschlußfaden über das Fach geführt wird, so daß
der Querfaden nach Richtungsumkehr in dasselbe Fach eingetragen wird, ist es
möglich, in jedes Fach zwei Querfäden einzutragen und die Querfäden um den
Abschlußfaden herum zu führen.
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Fig. 1 ist ein Querschnitt einer bestimmten Ausführungsform der Erfindung.
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Fig. 2 ist ein Schnittbild entlang der Linie II-II von Fig. 1.
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Fig. 3 ist ein Schnittbild entlang der Linie III-III von Fig. 1.
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Fig. 4 ist ein Querschnitt durch den wichtigsten Teil einer anderen
Ausführungsform der Erfindung.
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Fig. 5 ist ein Schnittbild entlang der Linie V-V von Fig. 4.
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Fig. 6 ist ein Querschnitt entlang der Linie VI-VI von Fig. 4.
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Fig. 7 ist ein Querschnitt durch den wichtigsten Teil einer weiteren
Ausführungsform der Erfindung.
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Fig. 8 und Fig. 9 sind Querschnitte von Ausführungsformen nach dem bisherigen
Stand der Technik.
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Fig. 10 ist ein Schnittbild entlang der Linie X-X von Fig. 9.
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Fig. 11 ist ein Schnittbild eines schmalen vertikalen Abschnitts von Fig. 9.
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Fig. 1 zeigt ein Beispiel eines I-Querschnitts, der in der Mitte der Breite
einen vertikalen Abschnitt A und links und rechts von dem vertikalen
Abschnitt A jeweils an den gegenüberliegenden Enden horizontale Abschnitte B,
C, D und E aufweist. Im Abschnitt A sind vier vertikale Reihen von
Längsfäden X in horizontalen Ebenen unterschiedlicher Länge angeordnet, und im
horizontalen Abschnitt B oben links, im horizontalen Abschnitt C oben rechts,
im horizontalen Abschnitt D unten links und im horizontalen Abschnitt E unten
rechts sind jeweils drei Lagen von Längsfäden X angeordnet. Der Querfaden Y
verläuft nach unten, indem er sich in Querrichtung horizontal hin und her
über die gesamte Breite des horizontalen Abschnitts C oben rechts, den
Abschnitt über dem vertikalen Abschnitt A und den horizontalen Abschnitt B
unten links erstreckt, von wo aus er weiter nach unten verläuft, indem er
hin- und hergehend horizontal über die geringere Breite des mittleren
Abschnitts des vertikalen Abschnitts A verläuft; im weiteren Verlauf nach unten
erstreckt er sich horizontal hin- und hergehend über die gesamte Breite des
horizontalen Abschnitts E unten rechts, über den Abschnitt unter dem
vertikalen Abschnitt A und über den horizontalen Abschnitt D unten links und
geht dann von einem Ende des horizontalen Abschnitts D unten links aus auf
die Rückseite des Papiers, wird so eingeführt, daß er neben dem von oben nach
unten verlaufenden Teil des Querfadens Y zu liegen kommt und verläuft dann
nach oben, indem er sich auf der Rückseite des Papiers hin- und hergehend in
Querrichtung erstreckt (siehe die Fig. 2 und 3). Die Vertikalfäden Z dagegen
sind in jedem der horizontalen Abschnitte B, C, D und E oben und unten rechts
und links jeweils zwischen benachbarten Längsfasern X angeordnet. Immer wenn
der Querfaden Y in seinem Zickzack-Verlauf vertikal die Richtung ändert,
bewegen sich die benachbarten Vertikalfäden Z vertikal in jeweils
entgegengesetzter Richtung, um den Querfaden Y im vertikalen Abschnitt A und in den
horizontalen Abschnitten B, C D und E anzudrücken. Die Querfäden Y drücken
ihrerseits die Längsfäden X an. Dieser Vorgang wird so oft wiederholt, bis
ein dreidimensionaler Webstoff mit I-Querschnitt entstanden ist.
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Die Abbildungen 4 bis 6 zeigen ein Beispiel, bei dem die Breite des Bereichs,
in dem der vertikale Abschnitt A die horizontalen Abschnitte D und E kreuzt,
zu Verstärkungszwecken schrittweise vergrößert wird, während ein
Abschlußfaden T hinzugefügt wird. Dabei werden Längsfäden X im Hauptteil des vertikalen
Abschnitts A (oberes Ende, siehe Fig. 4) zunächst in zwei Reihen und
anschließend darunter in vier, sechs und acht Reihen angeordnet, so daß sich
ein treppenartiger Abschnitt Ab ergibt. Anschließend werden die aus vier
Lagen bestehenden horizontalen Abschnitte D und E unten links und rechts
gebildet. Der von links unterhalb der Längsfäden X in der untersten Lage
eingeführte Querfaden Y wird von unten rechts in ein eine Lage höher
liegendes Fach eingeführt und wird bei Erreichen des linken Endes um den
Abschlußfaden T herum geführt und anschließend in entgegengesetzter Richtung in
dasselbe Fach eingeführt. Dieser Vorgang wird beim Weben wiederholt, so daß
der Querfaden Y im Zickzack aufwärts geführt wird, während die Breite der
Zickzackstrecke entsprechend der Anordnung der Längsfäden X verringert wird.
Immer wenn der Y-Faden die Richtung wechselt, umschlingt er den Abschlußfaden
T am linken Ende, und wenn er die oberste Lage erreicht, ändert er die
Richtung, um sich nach unten zu bewegen, und der Abschlußfaden T wird nach
unten gedreht.
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Bei der in Fig. 1 abgebildeten Ausführungsform erhält man durch Weglassen der
unteren horizontalen Abschnitte D und E einen dreidimensionalen Webstoff mit
T-Querschnitt. Durch Weglassen der oberen linken und rechten horizontalen
Abschnitte B und C und des unteren linken horizontalen Abschnitts D ergibt
sich ein dreidimensionaler Webstoff mit L-Querschnitt, und durch Weglassen
der oberen und der unteren linken horizontalen Abschnitte B und D ergibt sich
ein dreidimensionaler Webstoff mit U-Querschnitt. Und bei diesen
dreidimensionalen Geweben mit I-, T-, L- und U-Querschnitt kann innerhalb des
Kreuzungsbereichs zwischen dem vertikalen Abschnitt A und den horizontalen
Abschnitten B, C, D und E zur Verstärkung dieses Bereichs ein treppenartiger
Abschnitt Ab (entsprechend dem in Fig. 4 gezeigten) eingearbeitet werden.
Ferner kann bei der Ausführungsform gemäß Fig. 4 der Abschlußfaden T entweder
nur in den schmalen Bereich der über die Breite angeordneten Längsfäden X
oder aber über die gesamte Höhe eingearbeitet werden. Außerdem wurde bei den
Ausführungsformen der Fig. 1 bis 6 ein einziger Querfaden Y vertikal über die
gesamte Höhe hin- und hergeführt, während er in Querrichtung hin- und
hergeführt wurde. Der Querfaden kann auch von Stelle zu Stelle geändert werden.
Beispielsweise kann bei dem in Fig. 1 abgebildeten dreidimensionalen Webstoff
mit I-Querschnitt beim Weben des oberen linken horizontalen Abschnitts B, des
oberen Endes des vertikalen Abschnitts A und des oberen rechten horizontalen
Abschnitts C ein erster Querfaden Y eingearbeitet werden, während in den
mittleren Bereich des vertikalen Abschnitts A ein zweiter Querfaden Y und in
den unteren linken horizontalen Abschnitt D, das untere Ende des vertikalen
Abschnitts A und den unteren rechten horizontalen Abschnitt E ein dritter
Querfaden Y eingearbeitet wird.
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Fig. 7 zeigt ein Beispiel, bei dem die Breite des Bereichs, in welchem der
vertikale Abschnitt A die horizontalen Abschnitte D und E kreuzt, zu
Verstärkungszwecken stufenweise vergrößert wird, und bei dem im schmalen Teil
des vertikalen Abschnitts A ein Abschlußfaden T eingearbeitet und ein anderer
Querfaden (Y2) verwendet wird als in einem anderen Abschnitt (Querfaden Y1).
Das heißt, im schmalen Teil des vertikalen Abschnitts A, der zum Hauptteil Aa
wird, sind zwei Reihen von Längsfäden X angeordnet, und daran anschließend
kommt ein treppenartiger Teil Ab mit jeweils vier, sechs und acht Reihen.
Quer dazu werden unten links und rechts horizontale Abschnitte D und E mit je
fünf Lagen ausgebildet. Der von links unterhalb der Längsfäden X in der
untersten Lage eingeführte Querfaden Y1 führt nach oben, wobei er in
Querrichtung hin- und hergehend über die gesamte Breite der horizontalen
Abschnitte D und E und des treppenartigen Teils Ab verläuft und vom
treppenartigen Teil Ab oben rechts aus zur Rückseite des eine Lage darunter
angeordneten Papiers geht, von wo aus er so eingeführt wird, daß er neben dem
aufwärts führenden Teil des Querfadens Y1 zu liegen kommt, und in Querrichtung
hin- und hergehend auf der auf der Rückseite des Papiers liegenden Seite nach
unten wandert, bis er das linke Ende der Oberseite des Längsfadens X in der
untersten Lage des linken unteren horizontalen Abschnitts D erreicht. Der
Querfadem Y2 dagegen, der den Hauptteil Aa des vertikalen Abschnitts bildet,
wird von der rechten Seite der untersten Lage des Hauptteils Aa aus
eingeführt und bei Erreichen des linken Endes um den Abschlußfaden T geschlungen
und in umgekehrter Richtung in dasselbe Fach eingeführt. Bei Wiederholung
dieses Vorgangs bewegt sich der Querfaden Y2 nach oben; er wird nach jedem
Durchgang in Querrichtung nach Umschlingen des Abschlußfadens T am linken
Ende angeschlagen. Bei Erreichen der obersten Lage ändert der Faden Y2 seine
Verlaufsrichtung, und er wandert im Zickzack, jeweils mit Umschlingung des
Abschlußfadens T, der ebenfalls nach unten gerichtet wird, nach unten.
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Erfindungsgemäß sind an den Umkehrpunkten in der obersten und in der
untersten Lage entlang der Längsfäden 1 bis 2 Quer- und Vertikalfäden angeordnet,
während in den übrigen Bereichen zwei Längsfäden mit einem Vertikalfaden
abwechseln. Das Ergebnis davon ist, daß sich, anders als bisher, in den
Seitenflächen und in den unteren und oberen Oberflächen von dreidimensionalen
Webstoffen keine Längs- oder Querrillen mehr bilden. Somit kann sich keine
Harzansammlung mehr bilden, die zu Mikrorissen führt. Außerdem lassen sich
lange Gegenstände leicht herstellen. Wird auf einer Seite eines in einem
Querschnitt angeordneten Querfadens an einer Umkehrstelle ein Abschlußfaden
angeordnet, wird durch den Zug im Querfaden verhindert, daß die schmale
Breitseite der Längsfäden sich vertikal ausdehnt. Werden zwei oder mehr
mehr Querfäden verwendet, können Stärke und Textur stellenweise verändert
werden, und ein Abschlußfaden kann auch nur an der gewünschten Stelle
eingearbeitet werden.