EP2954106B1 - Gewebestruktur mit zellularem aufbau - Google Patents

Gewebestruktur mit zellularem aufbau Download PDF

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EP2954106B1
EP2954106B1 EP14712569.4A EP14712569A EP2954106B1 EP 2954106 B1 EP2954106 B1 EP 2954106B1 EP 14712569 A EP14712569 A EP 14712569A EP 2954106 B1 EP2954106 B1 EP 2954106B1
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EP
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threads
fabric structure
weft
warp
dimensional
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Cornelia Sennewald
Gerald Hoffmann
Chokri Cherif
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Technische Universitaet Dresden
Original Assignee
Technische Universitaet Dresden
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    • D10B2403/02—Cross-sectional features
    • D10B2403/021—Lofty fabric with equidistantly spaced front and back plies, e.g. spacer fabrics

Definitions

  • Typical cellular lightweight metallic structures are metal foams. The production of these metal foams is very time consuming and costly. There are also lightweight structures made of lattice-shaped and honeycomb-structured polymeric materials. Recently, there have been isolated research activities on three-dimensional wire structures. For example, at the Chonnam National University in South Korea, test structures made of wire helices have been manufactured in a very complex 6-axis manufacturing process in a semi-automated process, such as Lee, Y.-H. et al. in A wire-woven cellular metal: Part II, Evaluation by experiments and numerical simulations. Materials & Design, 30, pages 4459-4468, (2009 ), as well as in Wire-woven bulk Kagome truss cores.
  • the invention thus provides cellular three-dimensional self-supporting displacement-resistant structures, which are particularly suitable for lightweight construction.
  • the structures are of cellular construction, have reinforcing material in three spatial directions, are self-supporting and displacement-stable in all directions x, y, z.
  • the fabric structures may consist of wires as well as of non-metallic materials. By an appropriate material selection and combination of optionally different materials, the properties of the fabric structure can be set defined depending on the direction.
  • the fabric structure contains one or more additional cover layers, consisting at least of warp threads.
  • additional cover layers consisting at least of warp threads.
  • multilayer structures can be produced, wherein also dimensionally stable three-dimensional weft threads are used to ensure the displacement stability.
  • the weft threads are in turn at least two levels between the superimposed at least three cover layers inserted, wherein a fabric structure between the superimposed cover layers is formed by a plurality of three-dimensional cells.
  • the height of each individual cell is determined by the distance between two warp threads of adjacent layers which lie one on the other in the height direction z
  • the length of the cell is defined by the distance between two warp threads of a layer adjacent to one another in the weft direction x and the width of a cell by the weft thread extension in the warp direction y and / or defined by the distance between two weft threads opposite each other in the warp direction y and adjacent to the respective cell.
  • dimensionally stable, three-dimensionally extending weft threads and / or dimensionally stable, three-dimensionally extending threads in the warp direction y with a different orientation direction in the case of spiral-shaped threads with a different direction of rotation of the turn, can be arranged.
  • orientation directions of dimensionally stable, three-dimensional threads of adjacent layers may differ from each other.
  • dimensionally stable, three-dimensionally extending threads of the type described above in the weft direction x on the one hand and in the warp direction y on the other hand, multi-layered crossed to each other.
  • dimensionally stable, three-dimensionally extending threads of the type described above are woven in at least one layer exclusively as weft threads in the weft direction x and in the layer lying above or below exclusively in the warp direction y.
  • profiled threads of any shape can be woven in the warp direction y and / or in the weft direction x.
  • the profiled threads preferably have two-dimensional triangular or trapezoidal shapes.
  • the profiled threads are advantageously tied off by the warp threads of the base and the cover layer and / or - in the presence of several adjacent cover layers - by the warp threads of these mutually adjacent cover layers and cause the distance between the base and the cover layer or between two adjacent cover layers.
  • Each thread of the fabric structure advantageously has a defined cross-sectional geometry, which may be circular, triangular or rectangular.
  • the threads of the fabric structure may be made of metal or plastic.
  • all threads of the fabric structure are formed in the form of wires or as yarn.
  • the yarn used is preferably filaments or fiber yarn.
  • warp threads There may be individual, identically or variably spaced warp threads;
  • the warp threads can also be designed as closely adjacent groups of warp threads, in particular as warp thread pairs, these closely spaced warp thread groups being spaced apart from other warp thread groups.
  • the distance between the warp thread groups of a layer in the weft direction x in each case forms one cell length.
  • the cover layers are designed such that they are executed webtechnisch dense.
  • the distances between the warp threads and the distances between the weft threads almost correspond to the theoretically minimum achievable distances, that is, it creates the densest packing.
  • rows of cells with or without weft threads aligned in the weft direction x are contained in the fabric structure.
  • rows of cells with and without weft threads are arranged alternately.
  • tissue structures are possible in which the cell dimensions along the warp direction y and / or the weft direction x and / or - in the presence of multiple cover layers - vary along the height direction z.
  • the fabric take-off is done linearly without application and stress of the fabric structure by superimposed rolls.
  • other forms of fabric removal in which the fabric structure in the z-direction is not irreversibly deformed, such as by the use of spaced needle rollers, are possible.
  • a fabric structure according to the invention in all the above-mentioned embodiments as a lightweight material.
  • the structures can be used as a lightweight material and as crash or energy absorbing elements, inter alia, in mechanical engineering, plant construction and vehicle construction, in aerospace engineering as well as in medical technology or filter technology.
  • Tissue structures according to the invention can also be used in architecture, where they are suitable both as functional and / or design elements both in the outer and in the inner area.
  • the mechanical properties of the structure can be adjusted by material variation / combination and by varying the cell sizes, ie the distances between the threads or the wires, according to the requirements.
  • the pictures in the FIGS. 1a to 1d represent only one of the possible arrangements for the reinforcing material.
  • the Fig. 1a shows a side view of a schematically illustrated inventive fabric structure 1 along the weft direction x.
  • the weft thread 2 is a so-called spiral wire 2.
  • this weft thread 2 runs dimensionally stable in three dimensions and winds along the weft direction x about an axis 4 extending in the weft direction x and in each case through a row of cells 3.
  • FIGS. 1a and 1b in the side views of the fabric structure 1 in the weft direction x and in the warp direction y a base 6 and a cover layer 7, between which a plurality of dimensionally stable helical weft threads 2 are woven.
  • the tissue structure 1 is of cellular construction. There are - according to Fig. 1b - In addition to cells 3, through which a weft thread 2 extends, even cells 9 through which no weft thread passes.
  • the height 8 of each individual cell 3, 9 is defined by the distance 8 between two warp threads 10, 11 of the adjacent layers 6 and 7 superposed in the height direction z.
  • the Fig. 1c finally shows a plan view of the fabric structure 1, wherein in this plan view, the warp threads 11 of the cover layer 7 and the weft threads 2 intersect.
  • the synopsis of Figures 1c and 1b shows that the fabric structure 1 is formed by a plurality of three-dimensional cells 3, 9.
  • the Fig. 1c shows the length 12 of the cells 3, 9 as the distance 12 between two adjacent in the weft direction warp threads 11 11 a layer 7, in this case the cover layer 7.
  • As length 12 of the cells 3, 9 but also applies the distance between two in the weft direction x adjacent warp yarns 10 of the base 6 (in Fig. 1c not shown, compare Fig. 1b ).
  • the width 13 of these cells 3 is defined in each case by the extent 13 of the weft thread course in the warp direction y.
  • the width 14 of a cell 9 results in each case by the distance 14 between two opposite in the warp direction y and to the cell 9 adjacent weft threads. 2
  • the distances 8 between the layers 6, 7 or between the warp threads 10, 11 and the number and arrangement of the weft threads 2 can be varied as desired. According to the schematically illustrated Embodiment in the FIGS. 1a to 1c both the warp threads 10, 11 and the weft threads 2 are designed as wires 2.
  • the Fig. 1d shows a perspective, in all three spatial directions x, y, z illustrated schematic view of a fabric structure 1 according to the invention with a cellular structure. Shown are the weft threads 2, which intersect with the warp threads 11 of the cover layer 7, whereby cells 3, 9 are formed.
  • spiral wires In addition to the spiral wires, it is also possible to use straight, stretched threads and profiled threads 15, 16 or wires known per se from the prior art, for example with trapezoidal profile 15 or triangular profile 16, as in FIG Fig. 2 represented, processed.
  • the individual wires can be combined arbitrarily and locally with each other differently. A subsequent transformation of the structures to single or multiple curved structures is possible.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Textile Engineering (AREA)
  • Woven Fabrics (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Gewebestruktur mit zellularem Aufbau. Diese Gewebestruktur ist zum Beispiel für eine Verwendung im Leichtbau vorgesehen.
  • Typische zellulare metallische Leichtbaustrukturen sind Metallschäume. Die Herstellung dieser Metallschäume ist sehr zeit- und kostenintensiv. Es gibt auch Leichtbaustrukturen aus gitterförmig und wabenförmig aufgebauten polymeren Werkstoffen. In jüngster Zeit gab es vereinzelte Forschungsaktivitäten an dreidimensionalen Drahtstrukturen. So sind an der Chonnam National University in Südkorea Versuchsstrukturen aus Drahthelices in einem sehr aufwendigem 6-achsigen Herstellungsverfahren in einem halbautomatisierten Prozess gefertigt worden, wie von Lee, Y.-H. et al. in A wire-woven cellular metal: Part-II, Evaluation by experiments and numerical simulations. Materials & Design, 30, Seiten 4459 bis 4468, (2009 ), sowie in Wire-woven bulk Kagome truss cores. Acta Materialia, 55, Seiten 6084 bis 6094, (2007 ), berichtet. Diese Strukturen sind aber weder selbsttragend noch verschiebestabil, sondern müssen in einer definierten Fixierstellung gehalten und durch Kleben, Löten oder Schweißen fixiert werden. Ein ähnliches, jedoch wesentlich einfacheres Herstellungsverfahren wird von der Firma Kieselstein® in Chemnitz angewendet, wie es unter anderem aus Kieselstein et al. Cellular metals based on 3d-wire structures, CELL-MET2008, 2nd International Symposium, October 8th - 10th, 2008 , Dresden, bekannt ist. Bei diesem Prozess werden speziell geformte Drahtspiralen in einem dreiachsigen Verfahren zu dreidimensionalen Strukturen zusammengedreht. Dieses Verfahren ist auch sehr aufwändig und aufgrund der komplexen Anforderungen noch nicht vollständig automatisiert. Die DE 10 2008 036 251 A1 beschreibt einen dreidimensionalen Textilstrukturmaterialkörper und ein Verfahren zu dessen Herstellung, wobei ein eine dreidimensionale Struktur zumindest mitbestimmendes Strukturelement aus einem Formgedächtniswerkstoff besteht. Dieses Strukturelement kann zum Beispiel ein spiralförmiges Federelement sein. In der EP 0 299 308 A2 ist ein Bauteil auf Velours-Gewebebasis, mit mindestens einer ersten Lage und einer zweiten Lage und diese Lagen verbindenden Zwischenstegen, beschrieben, wobei die Zwischenstege starre Beabstandungselemente der ersten Lage und zweiten Lage bilden. Aus der US 2010/071300 A1 sind dreidimensionale Strukturen bekannt, die unter anderem aus spiralförmigen Drähten aufgebaut sind.
  • Die aus dem Stand der Technik bekannten Strukturen sind zum Teil nicht selbsttragend und nicht dimensionsstabil, das heißt, die einzelnen Lagen der Strukturen sind gegeneinander teilweise verschiebbar. Keine der bekannten Strukturen kann vollständig automatisiert gefertigt werden, beziehungsweise die Fertigung erfolgt in mehrstufigen Prozessen. Eine wirtschaftliche Fertigung dieser Leichtbaustrukturen ist damit nicht möglich.
  • Daher ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, zellulare Strukturen bereitzustellen, die insbesondere den Anforderungen für den Leichtbau entsprechen und automatisiert herstellbar sind.
  • Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch eine Gewebestruktur mit zellularem Aufbau nach einem der Ansprüche 1 bis 16. Eine solche Gewebestruktur umfasst
    • mindestens eine Grundlage, bestehend aus Kettfäden,
    • mindestens eine Decklage, bestehend aus Kettfäden, und
    • dazwischen eingelegte Schussfäden,
    wobei die Gewebestruktur durch eine Vielzahl von dreidimensionalen Zellen ausgebildet ist und die Höhe jeder einzelnen Zelle durch den Abstand zwischen zwei in der Höhenrichtung z übereinanderliegenden Kettfäden benachbarter Lagen, die Länge der Zelle durch den Abstand zwischen zwei in Schussrichtung x benachbarten Kettfäden einer Lage und die Breite einer Zelle durch die Ausdehnung des Schussfadenverlaufs in Kettrichtung y und/oder durch den Abstand zwischen zwei in Kettrichtung y gegenüberliegenden und zur jeweiligen Zelle benachbarten Schussfäden definiert sind. Erfindungsgemäß verläuft in der Gewebestruktur zumindest bereichsweise jeder Schussfaden formstabil dreidimensional und windet sich entlang der Schussrichtung x um eine durch eine in Schussrichtung x und jeweils durch eine Reihe von Zellen verlaufende Achse und schließt dabei um diese Achse einen gedachten, durch die Zellen verlaufenden dreidimensionalen länglichen Hohlkörper mit beliebiger Stirnfläche ein. Dabei sind die Schussfäden mit den Kettfäden derart miteinander verkreuzt, dass sich die Schussfäden und Kettfäden gegenseitig halten und sich die Gewebestruktur selbst trägt.
  • Durch die Erfindung können somit zellulare dreidimensionale selbsttragende verschiebestabile Strukturen bereitgestellt werden, die insbesondere für den Leichtbau geeignet sind. Die Strukturen sind zellulär aufgebaut, verfügen über Verstärkungsmaterial in drei Raumrichtungen, sind selbsttragend und in alle Richtungen x, y, z verschiebestabil. Weiterhin können die Gewebestrukturen aus Drähten sowie aus nichtmetallischen Materialien bestehen. Durch eine entsprechende Materialauswahl und Kombination von gegebenenfalls verschiedenen Materialien können die Eigenschaften der Gewebestruktur richtungsabhängig definiert eingestellt werden.
  • Nach einer Ausgestaltung der Erfindung enthält die Gewebestruktur eine oder mehrere zusätzliche Decklagen, bestehend zumindest aus Kettfäden. Somit können mehrlagige Strukturen erzeugt werden, wobei ebenfalls formstabile dreidimensionale Schussfäden zur Gewährleistung der Verschiebestabilität eingesetzt werden. Die Schussfäden sind dabei in mindestens zwei Ebenen wiederum zwischen den übereinanderliegenden mindestens drei Decklagen eingelegt, wobei eine Gewebestruktur zwischen den übereinanderliegenden Decklagen durch eine Vielzahl von dreidimensionalen Zellen ausgebildet ist. Dabei sind die Höhe jeder einzelnen Zelle durch den Abstand zwischen zwei in der Höhenrichtung z übereinanderliegenden Kettfäden benachbarter Lagen, die Länge der Zelle durch den Abstand zwischen zwei in Schussrichtung x benachbarten Kettfäden einer Lage und die Breite einer Zelle durch die Ausdehnung des Schussfadenverlaufs in Kettrichtung y und/oder durch den Abstand zwischen zwei in Kettrichtung y gegenüberliegenden und zur jeweiligen Zelle benachbarten Schussfäden definiert. Im Bereich der Gewebestruktur zwischen den übereinanderliegenden Decklagen verläuft zumindest bereichsweise jeder Schussfaden formstabil dreidimensional und windet sich entlang der Schussrichtung x um eine durch eine in Schussrichtung x und jeweils durch eine Reihe von Zellen verlaufende Achse und schließt dabei um diese Achse einen gedachten, durch die Zellen verlaufenden dreidimensionalen länglichen Hohlkörper beliebiger Stirnfläche ein. Die Schussfäden sind mit den Kettfäden derart miteinander verkreuzt, dass sich die Schussfäden und Kettfäden gegenseitig halten und sich die Gewebestruktur zwischen den beiden übereinanderliegenden Decklagen selbst trägt.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der gedachte dreidimensionale Hohlkörper eine kreiszylindrische Form auf, um die sich der formstabile, dreidimensional verlaufende Schussfaden entlang der Schussrichtung x spiralförmig, vorzugsweise helixförmig mit gleichbleibender Steigung, windet. Die Spiralfäden beziehungsweise Spiraldrähte sorgen für die Stabilität der Struktur, insbesondere deren Verschiebestabilität.
  • Alternativ weist der gedachte dreidimensionale Hohlkörper eine prismatische Form mit dreieckiger Stirnfläche auf, um die sich der formstabile, dreidimensional verlaufende Schussfaden entlang der Schussrichtung x zickzacklinienförmig windet. Wie bereits erwähnt, kann der gedachte dreidimensionale Hohlkörper beliebige Stirnflächen aufweisen, die somit zum Beispiel auch in Form eines Rechtecks vorliegen können.
  • Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung können in die Gewebestruktur zusätzlich formstabile, dreidimensional verlaufende Fäden in Kettrichtung y eingewebt sein, die sich um eine entlang der Kettrichtung y verlaufende Achse winden und dabei jeweils um diese Achse einen gedachten, durch die Zellen verlaufenden dreidimensionalen länglichen Hohlkörper mit beliebiger Stirnfläche einschließen. Der gedachte längliche Hohlkörper kann somit zum Beispiel ebenfalls kreiszylinderförmig, prismatisch oder quaderförmig ausgebildet sein und die entsprechenden zusätzlichen Fäden beziehungsweise Drähte können den jeweiligen gedachten Hohlkörper je nach Form spiralförmig oder zickzacklinienförmig umwinden. Innerhalb einer Lage können formstabile, dreidimensional verlaufende Schussfäden und/oder formstabile, dreidimensional verlaufende Fäden in Kettrichtung y mit unterschiedlicher Orientierungsrichtung, bei spiralenförmigen Fäden mit unterschiedlicher Drehrichtung der Windung, angeordnet sein. Natürlich können sich auch die Orientierungsrichtungen von formstabilen, dreidimensional verlaufenden Fäden benachbarter Lagen voneinander unterscheiden.
  • Gemäß einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung liegen in der Gewebestruktur formstabile, dreidimensional verlaufende Fäden der oben beschriebenen Art in Schussrichtung x einerseits und in Kettrichtung y andererseits mehrlagig gekreuzt zueinander vor. Das heißt mit anderen Worten, dass formstabile, dreidimensional verlaufende Fäden der oben beschriebenen Art in mindestens einer Lage ausschließlich als Schussfäden in Schussrichtung x und in der darüber oder darunter folgenden Lage ausschließlich in Kettrichtung y eingewebt sind.
  • Ebenso können zusätzlich gestreckte und/oder profilierte Fäden beliebiger Form in Kettrichtung y und/oder in Schussrichtung x eingewebt sein. Vorzugsweise weisen die profilierten Fäden dabei zweidimensionale Dreiecks- oder Trapezformen auf. Die profilierten Fäden werden vorteilhafterweise durch die Kettfäden der Grundlage und der Decklage und/oder - bei Vorhandensein mehrerer benachbarter Decklagen - durch die Kettfäden dieser zueinander benachbarten Decklagen abgebunden und bewirken den Abstand zwischen der Grundlage und der Decklage beziehungsweise zwischen zwei benachbarten Decklagen.
  • Jeder Faden der Gewebestruktur weist vorteilhaft eine definierte Querschnittsgeometrie auf, die kreisförmig, dreieckig oder rechteckig sein kann. Die Fäden der Gewebestruktur können aus Metall oder Kunststoff bestehen. Vorzugsweise sind alle Fäden der Gewebestruktur in Form von Drähten oder als Garn ausgebildet. Als Garn werden bevorzugt Filamente oder Fasergarn verwendet.
  • Es können einzelne, gleich oder variabel beabstandete Kettfäden vorliegen; die Kettfäden können aber auch als eng aneinanderliegende Gruppen von Kettfäden, insbesondere als Kettfadenpaare, ausgebildet sein, wobei diese eng aneinanderliegenden Kettfadengruppen zu anderen Kettfadengruppen beabstandet sind. Dabei bildet der Abstand zwischen den Kettfadengruppen einer Lage in Schussrichtung x jeweils eine Zellenlänge.
  • In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind die Decklagen derart gestaltet, dass sie webtechnisch dicht ausgeführt sind. Dabei entsprechen die Abstände zwischen den Kettfäden und die Abstände zwischen den Schussfäden nahezu den theoretisch minimal erzielbaren Abständen, das heißt es entsteht die dichteste Packung.
  • Nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung sind in der Gewebestruktur in Schussrichtung x ausgerichtete Reihen von Zellen mit oder ohne Schussfäden enthalten. Dabei sind entsprechend einer vorteilhaften Ausführungsvariante entlang der Kettrichtung y und/oder - bei Vorhandensein mehrerer Decklagen - entlang der Höhenrichtung z in Schussrichtung x ausgerichtete Reihen von Zellen mit und ohne Schussfäden alternierend angeordnet.
  • Des Weiteren sind im Rahmen der Erfindung Gewebestrukturen möglich, bei denen die Zellenabmessungen entlang der Kettrichtung y und/oder der Schussrichtung x und/oder - bei Vorhandensein mehrerer Decklagen - entlang der Höhenrichtung z variieren.
  • Eine automatisierte Fertigung der Strukturen in einem modifizierten Webprozess ist möglich. Die Strukturen sind aufgrund ihrer Stabilität gut händelbar und können in nachgelagerten Prozessstufen weiterverarbeitet werden. Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft dementsprechend ein Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Gewebestruktur, bei dem
    1. a eine Zuführung von mindestens zwei übereinanderliegenden Lagen Kettfäden erfolgt,
    2. b nach Fachbildung zwischen den übereinanderliegenden Kettfäden Schussfäden eingewebt werden, wobei ein Schussfaden jeweils formstabil dreidimensional verläuft und sich entlang der Schussrichtung x um eine durch eine Reihe von Zellen verlaufende Achse windet und dabei um diese Achse einen gedachten, durch die Zellen verlaufenden dreidimensionalen länglichen Hohlkörper mit beliebiger Stirnfläche einschließt,
    3. c durch den Kettwechsel eine Verkreuzung zwischen Kett- und Schussfäden entsteht und
    4. d nach dem Webvorgang ein Warenabzug in der Weise erfolgt, dass die Gewebestruktur in z-Richtung nicht irreversibel verformt wird.
  • Vorzugsweise erfolgt der Warenabzug dabei linear ohne Anwendung und Beanspruchung der Gewebestruktur durch übereinanderliegende Walzen. Aber auch andere Formen des Warenabzugs, bei denen die Gewebestruktur in z-Richtung nicht irreversibel verformt wird, wie zum Beispiel durch die Anwendung voneinander beabstandeter Nadelwalzen, sind möglich.
  • Der Abzug der Drahtstrukturen erfolgt vorzugsweise durch einen intermittierenden linear arbeitenden Klauenabzug. Das Gewebe wird zwischen zwei Klauen geklemmt und synchron zur Webmaschine über eine definierte Länge abgezogen. Danach wird die Klemmeinrichtung geöffnet und wieder an den Anfang versetzt und geschlossen. Das abgezogene Gewebestück wird abgeschnitten und gespeichert.
  • Die Weiterverarbeitung der Gewebe erfolgt durch in der Textilindustrie beziehungsweise in der Metallbearbeitung übliche Zuschnitt- und Umformprozesse.
  • Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft die Verwendung einer erfindungsgemäßen Gewebestruktur in allen oben aufgeführten Ausführungsformen als Leichtbauwerkstoff. Die Strukturen können als Leichtbauwerkstoff und als crash- beziehungsweise energieabsorbierende Elemente unter anderem im Maschinen-, Anlagen- und Fahrzeugbau, in der Luft- und Raumfahrttechnik sowie in der Medizintechnik beziehungsweise Filtertechnik eingesetzt werden. Erfindungsgemäße Gewebestrukturen können auch in der Architektur eingesetzt werden, wo sie sowohl im Außen- als auch im Innenbereich als funktionale und/oder Designelemente geeignet sind. Die mechanischen Eigenschaften der Struktur lassen sich durch Materialvariation/ -kombination sowie durch Variation der Zellgrößen, das heißt den Abständen zwischen den Fäden beziehungsweise den Drähten, anforderungsgerecht einstellen.
  • Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen mit Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen. Es zeigen:
    • Fig. 1a:
    eine Seitenansicht einer schematisch dargestellten erfindungsgemäßen Gewebestruktur entlang der Schussrichtung x,
    Fig. 1b:
    eine Seitenansicht der Gewebestruktur entlang der Kettrichtung y,
    Fig. 1c:
    eine Draufsicht auf die Gewebestruktur,
    Fig. 1d:
    eine perspektivische Ansicht der Gewebestruktur und
    Fig. 2:
    profilierte Fäden mit Trapez- und Dreiecksprofil, Stand der Technik.
  • Die Abbildungen in den Figuren 1a bis 1d stellen nur eine der möglichen Anordnungen für das Verstärkungsmaterial dar. Die Fig. 1a zeigt eine Seitenansicht einer schematisch dargestellten erfindungsgemäßen Gewebestruktur 1 entlang der Schussrichtung x. Der Schussfaden 2 ist dabei ein sogenannter Spiraldraht 2. Wie die Fig. 1a in Kombination mit der Seitenansicht der Fig. 1b entlang der Kettrichtung y zeigt, verläuft dieser Schussfaden 2 dreidimensional formstabil und windet sich entlang der Schussrichtung x um eine durch eine in Schussrichtung x und jeweils durch eine Reihe von Zellen 3 verlaufende Achse 4. Dabei schließt der Schussfaden 2 um diese Achse 4 einen gedachten, durch die Zellen 3 verlaufenden dreidimensionalen länglichen Hohlkörper mit kreisförmiger Stirnfläche 5 ein, womit der gedachte dreidimensionale Hohlkörper eine kreiszylindrische Form aufweist, um die sich der formstabile, dreidimensional verlaufende Schussfaden 2 entlang der Schussrichtung x spiralförmig windet.
  • Darüber hinaus zeigen die Figuren 1a und 1b in den Seitenansichten der Gewebestruktur 1 in Schussrichtung x und in Kettrichtung y eine Grundlage 6 und eine Decklage 7, zwischen die mehrere formstabile spiralförmige Schussfäden 2 eingewebt sind. Die Gewebestruktur 1 ist zellular aufgebaut. Dabei gibt es - gemäß Fig. 1b - neben Zellen 3, durch die ein Schussfaden 2 verläuft, auch Zellen 9, durch die kein Schussfaden verläuft. Die Höhe 8 jeder einzelnen Zelle 3, 9 ist durch den Abstand 8 zwischen zwei in der Höhenrichtung z übereinanderliegenden Kettfäden 10, 11 der benachbarten Lagen 6 und 7 definiert.
  • Die Fig. 1c zeigt schließlich eine Draufsicht auf die Gewebestruktur 1, wobei sich in dieser Draufsicht die Kettfäden 11 der Decklage 7 und die Schussfäden 2 kreuzen. Die Zusammenschau der Figuren 1c und 1b zeigt, dass die Gewebestruktur 1 durch eine Vielzahl von dreidimensionalen Zellen 3, 9 ausgebildet ist. Die Fig. 1c zeigt die Länge 12 der Zellen 3, 9 als den Abstand 12 zwischen zwei in Schussrichtung x benachbarten Kettfäden 11 einer Lage 7, in diesem Falle der Decklage 7. Als Länge 12 der Zellen 3, 9 gilt aber ebenso der Abstand zwischen zwei in Schussrichtung x benachbarten Kettfäden 10 der Grundlage 6 (in Fig. 1c nicht gezeigt, vergleiche Fig. 1b ).
  • Dagegen ist, wie in den Figuren 1b und 1c gekennzeichnet, im Falle von Zellen 3 mit Schussfaden 2 die Breite 13 dieser Zellen 3 jeweils durch die Ausdehnung 13 des Schussfadenverlaufs in Kettrichtung y definiert. Im Falle von Zellen 9 ohne Schussfaden 2 ergibt sich die Breite 14 einer Zelle 9 jeweils durch den Abstand 14 zwischen zwei in Kettrichtung y gegenüberliegenden und zu der Zelle 9 benachbarten Schussfäden 2.
  • Die Abstände 8 zwischen den Lagen 6, 7 beziehungsweise zwischen den Kettfäden 10, 11 sowie die Anzahl und Anordnung der Schussfäden 2 können beliebig variiert werden. Gemäß dem schematisch dargestellten Ausführungsbeispiel in den Figuren 1a bis 1c sind sowohl die Kettfäden 10, 11 als auch die Schussfäden 2 als Drähte 2 ausgeführt.
  • Die Fig. 1d zeigt eine perspektivische, in allen drei Raumrichtungen x, y, z dargestellte schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Gewebestruktur 1 mit zellularem Aufbau. Dargestellt sind die Schussfäden 2, die sich mit den Kettfäden 11 der Decklage 7 kreuzen, wodurch Zellen 3, 9 ausgebildet werden.
  • Zusätzlich zu den Spiraldrähten können auch gerade verlaufende, gestreckte Fäden und an sich aus dem Stand der Technik bekannte profilierte Fäden 15, 16 beziehungsweise Drähte, zum Beispiel mit Trapezprofil 15 oder Dreiecksprofil 16, wie in Fig. 2 dargestellt, verarbeitet werden. Die einzelnen Drähte können beliebig sowie lokal unterschiedlich miteinander kombiniert werden. Eine nachträgliche Umformung der Strukturen zu einfach oder mehrfach gekrümmten Strukturen ist möglich.
    • LISTE DER BEZUGSZEICHEN
    • 1
    Gewebestruktur
    2
    Schussfaden, Schussfäden, Spiraldraht, Drähte
    3
    Zelle
    4
    Achse
    5
    Hohlkörper mit (beliebiger, zum Beispiel kreisförmiger) Stirnfläche
    6
    Grundlage, Lage
    7
    Decklage, Lage
    8
    Höhe, Abstand (zwischen benachbarten Lagen 6, 7)
    9
    Zelle
    10
    Kettfäden (der Grundlage 6)
    11
    Kettfäden (der Decklage 7)
    12
    Länge (der Zelle 3, 9), Abstand (zwischen benachbarten Kettfäden 10 beziehungsweise 11)
    13
    Breite einer Zelle 3 (mit Schussfaden 2), Ausdehnung des Schussfadenverlaufs in Kettrichtung y
    14
    Breite einer Zelle 9 (ohne Schussfaden), Abstand (zwischen gegenüberliegenden, zur Zelle 9 benachbarten Schussfäden 2)
    15
    profilierter Faden beziehungsweise Draht, Faden mit Trapezprofil
    16
    profilierter Faden beziehungsweise Draht, Faden mit Dreiecksprofil
    x
    Schussrichtung, Raumrichtung
    y
    Kettrichtung, Raumrichtung
    z
    Höhenrichtung, Raumrichtung

Claims (17)

  1. Gewebestruktur (1) mit zellularem Aufbau, umfassend
    • mindestens eine Grundlage (6), bestehend aus Kettfäden (10),
    • mindestens eine Decklage (7), bestehend aus Kettfäden (11), und
    • dazwischen eingelegte Schussfäden (2),
    wobei die Gewebestruktur (1) durch eine Vielzahl von dreidimensionalen Zellen (3, 9) ausgebildet ist und die Höhe (8) jeder einzelnen Zelle (3, 9) durch den Abstand (8) zwischen zwei in der Höhenrichtung z übereinanderliegenden Kettfäden (10, 11) benachbarter Lagen (6, 7), die Länge (12) der Zelle (3, 9) durch den Abstand (12) zwischen zwei in Schussrichtung x benachbarten Kettfäden (10) oder (11) einer Lage (6, 7) und die Breite (13, 14) einer Zelle (3, 9) durch die Ausdehnung (13) des Schussfadenverlaufs in Kettrichtung y und/oder durch den Abstand (14) zwischen zwei in Kettrichtung y gegenüberliegenden und zur jeweiligen Zelle (9) benachbarten Schussfäden (2) definiert sind, wobei in der Gewebestruktur (1) zumindest bereichsweise jeder Schussfaden (2) formstabil dreidimensional verläuft und sich entlang der Schussrichtung x um eine durch eine in Schussrichtung x und jeweils durch eine Reihe von Zellen (3) verlaufende Achse (4) windet und dabei um diese Achse (4) einen gedachten, durch die Zellen (3) verlaufenden dreidimensionalen länglichen Hohlkörper mit beliebiger Stirnfläche (5) einschließt und dass die Schussfäden (2) mit den Kettfäden (10, 11) derart miteinander verkreuzt sind, dass sich die Schussfäden (2) und Kettfäden (10, 11) gegenseitig halten und sich die Gewebestruktur (1) selbst trägt.
  2. Gewebestruktur (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere zusätzliche Decklagen (7), bestehend zumindest aus Kettfäden (11), vorgesehen sind und zwischen den übereinanderliegenden mindestens drei Decklagen (7) in mindestens zwei Ebenen Schussfäden (2) eingelegt sind, wobei eine Gewebestruktur (1) zwischen den übereinanderliegenden Decklagen (7) durch eine Vielzahl von dreidimensionalen Zellen (3, 9) ausgebildet ist und die Höhe (8) jeder einzelnen Zelle (3, 9) durch den Abstand (8) zwischen zwei in der Höhenrichtung z übereinanderliegenden Kettfäden (11) benachbarter Lagen (7), die Länge (12) der Zelle (3, 9) durch den Abstand (12) zwischen zwei in Schussrichtung x benachbarten Kettfäden (11) einer Lage (7) und die Breite (13, 14) einer Zelle (3, 9) durch die Ausdehnung (13) des Schussfadenverlaufs in Kettrichtung y und/oder durch den Abstand (14) zwischen zwei in Kettrichtung y gegenüberliegenden und zur jeweiligen Zelle (9) benachbarten Schussfäden (2) definiert sind, und dass in der Gewebestruktur (1) zwischen den übereinanderliegenden Decklagen (7) zumindest bereichsweise jeder Schussfaden (2) formstabil dreidimensional verläuft und sich entlang der Schussrichtung x um eine durch eine in Schussrichtung x und jeweils durch eine Reihe von Zellen (3) verlaufende Achse (4) windet und dabei um diese Achse (4) einen gedachten, durch die Zellen (3) verlaufenden dreidimensionalen länglichen Hohlkörper mit beliebiger Stirnfläche (5) einschließt und dass die Schussfäden (2) mit den Kettfäden (11) derart miteinander verkreuzt sind, dass sich die Schussfäden (2) und Kettfäden (11) gegenseitig halten und sich die Gewebestruktur (1) zwischen den beiden übereinanderliegenden Decklagen (7) selbst trägt.
  3. Gewebestruktur (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der gedachte dreidimensionale Hohlkörper eine kreiszylindrische Form aufweist, um die sich der formstabile, dreidimensional verlaufende Schussfaden (2) entlang der Schussrichtung x spiralförmig windet.
  4. Gewebestruktur (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der gedachte dreidimensionale Hohlkörper eine prismatische Form mit dreieckiger Stirnfläche (5) aufweist, um die sich der formstabile, dreidimensional verlaufende Schussfaden (2) entlang der Schussrichtung x zickzacklinienförmig windet.
  5. Gewebestruktur (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich formstabile, dreidimensional verlaufende Fäden, die sich um eine entlang der Kettrichtung y verlaufende Achse winden und dabei jeweils um diese Achse einen gedachten, durch die Zellen verlaufenden dreidimensionalen länglichen Hohlkörper mit beliebiger Stirnfläche (5) einschließen, in Kettrichtung y eingewebt sind.
  6. Gewebestruktur (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb einer Lage (6, 7) formstabile, dreidimensional verlaufende Schussfäden (2) und/oder formstabile, dreidimensional verlaufende Fäden (15, 16) in Kettrichtung y mit unterschiedlicher Orientierungsrichtung angeordnet sind.
  7. Gewebestruktur (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich gestreckte und/oder profilierte Fäden (15, 16) beliebiger Form in Kettrichtung y und/oder in Schussrichtung x eingewebt sind.
  8. Gewebestruktur (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die profilierten Fäden (15, 16) zweidimensionale Dreiecks- oder Trapezformen aufweisen.
  9. Gewebestruktur (1) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die profilierten Fäden (15, 16) durch die Kettfäden (10, 11) der Grundlage (6) und der Decklage (7) und/oder zueinander benachbarter Decklagen (7) abgebunden werden und den Abstand (8) zwischen der Grundlage (6) und der Decklage (7) und/oder zwischen zwei benachbarten Decklagen (7) bewirken.
  10. Gewebestruktur (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Fäden (2, 10, 11, 15, 16) eine definierte Querschnittsgeometrie aufweisen, die kreisförmig, dreieckig oder rechteckig ist.
  11. Gewebestruktur (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Fäden (2, 10, 11, 15, 16) aus Metall oder Kunststoff bestehen.
  12. Gewebestruktur (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass alle Fäden (2, 10, 11, 15, 16) der Gewebestruktur (1) in Form von Drähten und/oder als Garn ausgebildet sind.
  13. Gewebestruktur (1) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Garn in Form von Filamenten oder als Fasergarn vorliegt.
  14. Gewebestruktur (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass in Schussrichtung x ausgerichtete Reihen von Zellen (3, 9) mit oder ohne Schussfäden (2) in der Gewebestruktur (1) enthalten sind.
  15. Gewebestruktur (1) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass in Schussrichtung x ausgerichtete Reihen von Zellen (3, 9) mit und ohne Schussfäden (2) entlang der Kettrichtung y und/oder - bei Vorhandensein mehrerer Decklagen (7) - entlang der Höhenrichtung z alternierend angeordnet sind.
  16. Gewebestruktur (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Zellenabmessungen entlang der Kettrichtung y und/oder der Schussrichtung x und/oder - bei Vorhandensein mehrerer Decklagen (7) - entlang der Höhenrichtung z variieren.
  17. Verwendung einer Gewebestruktur (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 16 als Leichtbauwerkstoff.
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