EP4148171A1 - Reinforcement structure for component, component comprising the reinforcement structure, and method for producing the reinforcement structure and method for producing the component - Google Patents

Reinforcement structure for component, component comprising the reinforcement structure, and method for producing the reinforcement structure and method for producing the component Download PDF

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Publication number
EP4148171A1
EP4148171A1 EP22194810.2A EP22194810A EP4148171A1 EP 4148171 A1 EP4148171 A1 EP 4148171A1 EP 22194810 A EP22194810 A EP 22194810A EP 4148171 A1 EP4148171 A1 EP 4148171A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
fabric layer
fabric
layer
woven
fibers
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP22194810.2A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Prof. Dr. Frank Ficker
Daniela Albert
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Original Assignee
Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV filed Critical Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Publication of EP4148171A1 publication Critical patent/EP4148171A1/en
Pending legal-status Critical Current

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    • DTEXTILES; PAPER
    • D03WEAVING
    • D03DWOVEN FABRICS; METHODS OF WEAVING; LOOMS
    • D03D1/00Woven fabrics designed to make specified articles
    • DTEXTILES; PAPER
    • D03WEAVING
    • D03DWOVEN FABRICS; METHODS OF WEAVING; LOOMS
    • D03D25/00Woven fabrics not otherwise provided for
    • D03D25/005Three-dimensional woven fabrics
    • DTEXTILES; PAPER
    • D10INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBLASSES OF SECTION D, RELATING TO TEXTILES
    • D10BINDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBLASSES OF SECTION D, RELATING TO TEXTILES
    • D10B2505/00Industrial
    • D10B2505/02Reinforcing materials; Prepregs

Definitions

  • the present invention relates to an armor structure for components.
  • the reinforcement structure comprises a multi-layer fabric with at least one first fabric layer, which is designed as a first ring-shaped element, at least one second fabric layer, which is designed as a second ring-shaped element, and at least one between the at least one first fabric layer and the at least one second fabric layer arranged and partially with the at least one first fabric layer and with the at least one second fabric layer woven third fabric layer, which is at least partially in the form of webs, via which the first ring-shaped element and the second ring-shaped element are connected to one another, the webs not having a joint.
  • the present invention also relates to a component which includes the reinforcement structure according to the invention and a matrix in which the reinforcement structure is embedded.
  • the present invention also relates to a method for producing the reinforcement structure according to the invention and also a method for producing the component according to the invention.
  • the composite construction can be mentioned separately as part of the differential construction.
  • a reinforcement component is used here, e.g. fibers in a textile preform.
  • the composite construction is currently still associated with high assembly costs, since the blades are subsequently joined (e.g. by sewing).
  • the peripheral speed can be increased due to the lightweight character, but is limited by the joints at the same time.
  • Fan wheels can be milled out of one piece using 5-axis milling.
  • the method has a very high material consumption and is also very time-consuming.
  • the textile manufacturing process of winding is one way of producing a textile reinforcement structure for a fan wheel.
  • a fan wheel is known in which the blades are segments of a coiled tube (see Raether F., "Systematically developing sustainable heat treatment processes", final report of the EnerTHERM project, 1st ed., Frankfurt am Main, VDMA Verlag, 2018).
  • the carrier and cover disk consists of a laminate of 2D fabrics (wet prepreg). After sintering, the laminates are further processed mechanically.
  • the discs are provided with slots into which the blades are inserted with a precise fit. The joining takes place with a glass solder.
  • a material-fitting connection can also be created. In the joint area, however, the porosity is higher than in the other areas, which means that the joints remain weak points.
  • a fiber-reinforced fan wheel This is a fibre-reinforced plastic component and meets the criteria of lightweight construction, such as low weight and the use of material only in the required areas.
  • the reinforcement structure of the fan wheel is made up of many individual pieces that have to be joined together. The large number of joints that occur here make the manufacturing process very complex in terms of costs and time. With this procedure, the webs or blades themselves are already joined. A web or a blade is composed of two individual parts that are joined together, preferably sewn. These individual blade segments are then further processed into sub-segments. A fan wheel is therefore made up of several sub-segments sewn together.
  • the fan wheel described thus has a total of more than twenty joints.
  • another fabric panel is sewn on the upper and lower side for stabilization. The manufacturing effort and thus the susceptibility to errors are enormously high with this approach.
  • the reinforcement structure comprises a multi-layer fabric with at least a first fabric layer, which is designed as a first ring-shaped element, at least a second fabric layer, which is designed as a second ring-shaped element, and at least one arranged between the at least one first fabric layer and the at least one second fabric layer and partially (or in some areas) connected to the at least one first fabric layer and with the at least one second fabric layer woven (i.e.
  • third fabric layer which is at least partially (or partially) in the form of webs, over which the first ring-shaped element and the second ring-shaped Element are connected to each other, wherein the webs (each) have no joint (or the at least one third fabric layer in the area of the webs has no joint).
  • the reinforcement structure according to the invention comprises a multi-layer fabric which has at least three fabric plies, namely at least a first fabric ply, at least a second fabric ply and at least a third fabric ply.
  • the at least one third fabric layer is arranged between the at least one first fabric layer and the at least one second fabric layer.
  • the at least one third fabric layer is woven (i.e. connected or woven through the fabric) both partially or in certain areas with the at least one first fabric layer and partially or in certain areas with the at least one second fabric layer. Due to the weaving of the fabric layers only partially or in certain areas, the multi-layer fabric can also be referred to as a 2.5D multi-layer structure.
  • This can be in the form of a planar structure and can be in the form of a structure erected (or rotated) in the third dimension, with the planar structure and the structure erected in the third dimension being convertible into one another, preferably multiple times or as often as desired.
  • the first ring-shaped element can also be referred to, for example, as a cover disk (or as a carrier disk).
  • the second ring-shaped element can also be referred to, for example, as a carrier disk (or as a cover disk).
  • the at least one first fabric layer can, for example, also be referred to as at least one upper fabric layer (or as at least one lower fabric layer).
  • the at least one second fabric layer can, for example, also be used as at least one lower fabric layer (or as at least one upper fabric layer).
  • the at least one third fabric layer can also be referred to as at least one middle fabric layer, for example.
  • the multi-layer fabric initially has one or more first fabric layers, which are designed as a first ring-shaped element.
  • the multi-layer fabric can only have a first fabric layer, which is designed as a first ring-shaped element.
  • the multi-layer fabric can also have a plurality of first fabric layers (overlying one another) which are formed together as a first ring-shaped element.
  • these several first fabric layers are preferably woven together (through the fabric), particularly preferably completely woven together (through the fabric).
  • preferably only the first fabric layers that are adjacent to one another (or those that are in each case directly next to one another) are woven together, preferably completely woven together.
  • the multi-layer fabric has one or more second fabric layers, which are designed as a second ring-shaped element.
  • the multi-layer fabric can have only a second fabric layer, which is designed as a second ring-shaped element.
  • the multi-layer fabric can also have a plurality of second fabric layers (overlying one another) which are formed together as a second ring-shaped element.
  • these several second fabric layers are preferably woven together (through the fabric), particularly preferably completely woven together (through the fabric).
  • preferably only the second fabric layers that are respectively adjacent to one another (or those that are in each case directly next to one another) are woven with one another, preferably completely woven with one another.
  • the multi-layer fabric has one or more third fabric layers.
  • the webs can each have one or more layers of fabric exhibit.
  • the multi-layer fabric can have only a third fabric layer, which is designed at least in some areas in the form of webs.
  • the multi-layer fabric can also have, for example, a plurality of third fabric layers (located one on top of the other) which are designed at least in regions in the form of webs, with each of the webs then having a plurality of fabric layers.
  • these several third fabric layers are preferably woven together (through the fabric), particularly preferably completely woven together (through the fabric). In this case, preferably only the third fabric layers that are respectively adjacent to one another (or the third fabric layers that are in each case directly next to one another) are woven together, preferably completely woven together.
  • the webs (each) have no joint.
  • a joint can be understood to mean a point at which two or more parts of one or more fabric layers are not connected by fabric per se but are joined together (by an additional joining process).
  • the third fabric layer(s) is/are arranged between the at least one first fabric layer and the at least one second fabric layer.
  • the third fabric layer(s) can be arranged on the outside of the at least one first fabric layer and the at least one second fabric layer.
  • the third fabric layer(s) is/are woven both partially or in regions with the at least one first fabric layer and also partially or in regions with the at least one second fabric layer.
  • One or more areas or parts of the at least one third fabric layer can be woven with one or more areas or parts of the at least one first fabric layer and one or more other areas or other parts of the at least one third fabric layer can be woven with one or more areas or Be woven into parts of the at least one second fabric layer.
  • the multi-layer fabric has several third fabric layers, it is possible that only one of the several third fabric layers partially or in areas with the at least a first fabric layer is woven and only one (another) of the plurality of third fabric layers is partially or partially woven with the at least one second fabric layer.
  • the multi-layer fabric has a plurality of first fabric layers, it is possible for only one of the plurality of first fabric layers to be woven partially or in regions with the at least one third fabric layer.
  • the multi-layer fabric has a plurality of second fabric plies, it is possible for only one of the plurality of second fabric plies to be woven partially or in regions with the at least one third fabric ply.
  • the multi-layer fabric can have a plurality of first fabric plies, a plurality of second fabric plies and a plurality of third fabric plies. In this case, it is possible that only one of the multiple third fabric layers is partially or partially woven with only one of the multiple first fabric layers and only one (other) of the multiple third fabric layers is partially or partially interwoven with only one of the multiple second fabric layers .
  • the at least one third fabric layer is partially or partially in the form of webs, via which the first ring-shaped element and the second ring-shaped element are connected to one another. In this case, several areas or parts of the at least one third fabric layer can be designed as such webs. Because the at least one third fabric layer is woven both partially or in areas with the at least one first fabric layer and also partially or in areas with the at least one second fabric layer, there is a (preferably completely woven) connection between the first ring-shaped element and the second ring-shaped element Elements with each other via the webs, which is also present when the structure is set up in the third dimension.
  • the at least one third fabric layer can have one or more first areas where it is woven with the at least one first fabric layer, can have one or more second areas where it is/are woven with the at least one second fabric layer, and may have a plurality of third portions formed in the form of ridges connecting the first annular member and the second annular member to each other.
  • the at least one third fabric layer can be subdivided into several (each continuously woven) sections which are preferably not directly connected or not directly connected to one another. These sections preferably each have a first area where the respective section is woven with the at least one first fabric layer (or connected by the fabric), and each have a second area where the respective section is woven with the at least one second fabric layer (or connected by the tissue) and each have a third area (arranged between the first area and the second area) on which the respective section is designed in the form of a web over which the first ring-shaped element and the second ring-shaped elements are connected to each other.
  • the web (or the third region) can be connected to the first annular element via the first region and connected to the second annular element via the second region.
  • the respective third area is connected to the respective first area and the respective second area by the fabric, i.e. the sections are each woven continuously and have no joints.
  • the said sections into which the at least one third fabric layer is subdivided are separated from one another by severed floating threads.
  • the reinforcement structure according to the invention is characterized in particular by the fact that it comprises a multi-layer fabric with a plurality of fabric layers that are woven together in some areas or partially, and the at least one third fabric layer, which is located between the at least one first and the at least one second fabric layer, partially with the at least one first fabric layer and is woven with the at least one second fabric layer and is at least partially designed in the form of webs that have no joint. Because the at least one third fabric layer is partially woven with the at least one first fabric layer and with the at least one second fabric layer, and the webs themselves are not Having a joint, the complete connection between the first ring-shaped element with the second ring-shaped element can take place via the webs without a joint.
  • the reinforcement structure according to the invention can have significantly fewer joints than the reinforcement structures produced by means of differential construction known in the prior art.
  • the reinforcement structure according to the invention can have only two joints or no joints at all.
  • the reinforcement structure according to the invention can thus serve as a reinforcement structure for a (three-dimensional) component such as a fan wheel, and due to the presence of significantly fewer joints it also has significantly fewer weak points in its structure than reinforcement structures produced previously in the prior art by means of differential construction.
  • a higher performance and durability of the component can also be achieved than by using reinforcement structures previously produced in the prior art by means of differential construction.
  • the reinforcement structure according to the invention can be produced in a simpler and more time-saving manner than reinforcement structures previously produced in the prior art by means of an integral construction. Furthermore, due to the fact that it is based on a multi-layer fabric, the reinforcement structure according to the invention has a lightweight character, which means that a component reinforced with it can be used more efficiently in various application areas (energy, economy in production and operation, resources).
  • a reinforcement structure for a component which can be produced in a simple and time-saving manner and leads to a higher performance and durability of the component.
  • the webs are each woven continuously.
  • the reinforcement structure according to the invention preferably has a rotationally symmetrical and/or rotationally symmetrical basic shape, for example a wheel-shaped basic shape.
  • the reinforcement structure according to the invention is preferably a reinforcement structure for a component with a rotationally symmetrical and/or rotationally symmetrical basic shape, eg with a wheel-shaped basic shape.
  • the reinforcement structure according to the invention particularly preferably has a rotationally symmetrical and/or rotationally symmetrical basic shape, e.g. a wheel-shaped basic shape
  • the reinforcement structure according to the invention is a reinforcement structure for a component with a rotationally symmetrical and/or rotationally symmetrical basic shape, e.g. with a wheel-shaped basic shape.
  • the fact that the reinforcing structure has a rotationally symmetrical and/or rotationally symmetrical basic shape can be understood to mean that only the basic shape of the reinforcing structure is rotationally symmetrical and/or rotationally symmetrical, but the reinforcing structure itself (e.g. due to irregularly woven or protruding threads, due to an asymmetrical weave structure, or due to asymmetrically arranged joints) is not completely rotationally symmetrical and/or rotationally symmetrical.
  • the fact that the component has a rotationally symmetrical and/or rotationally symmetrical basic shape can be understood to mean that only the basic shape of the component is rotationally symmetrical and/or rotationally symmetrical, but the component itself (e.g. due to an asymmetrical structure, or due to asymmetrically arranged joints) is not completely rotationally symmetrical and/or rotationally symmetrical.
  • the reinforcement structure according to the invention preferably has a wheel-shaped basic shape.
  • the reinforcement structure according to the invention is preferably a reinforcement structure for a component with a wheel-shaped basic shape.
  • the reinforcement structure according to the invention particularly preferably has a wheel-shaped basic shape and the reinforcement structure according to the invention is a reinforcement structure for a component with a wheel-shaped basic shape.
  • the reinforcement structure according to the invention is preferably a (essentially) rotationally symmetrical reinforcement structure and/or a reinforcement structure for a (essentially) rotationally symmetrical component.
  • the reinforcement structure according to the invention is preferably a wheel-shaped reinforcement structure and/or a reinforcement structure for a wheel-shaped, rotationally symmetrical component.
  • the webs are preferably arranged at regular intervals (along a running direction or circumferential direction of the reinforcement structure).
  • the (entire) at least one third fabric layer (each) no joint Preferably, the (entire) at least one third fabric layer (each) no joint.
  • the webs have no joints or the at least one third fabric layer has no joints in the area of the webs.
  • the entire at least one third fabric layer can also have no joints.
  • the at least one first fabric layer may not have a joint and the at least one second fabric layer may not have a joint.
  • the at least one first fabric layer and the at least one second fabric layer each have only a small number of joints, e.g. each have a maximum of two joints or each have a maximum of one joint.
  • the reinforcement structure according to the invention has no joints or (at most) two joints.
  • the at least one third fabric layer has severed--preferably cut open--floating threads (or floating thread sections). “Severed” can be understood here to mean that the floating threads (or floating thread sections) are each completely severed at at least one point.
  • the at least one third fabric layer can be divided into a number of sections which are preferably not directly connected or not directly connected to one another. In this case, the said sections into which the at least one third fabric layer is divided are preferably separated from one another by the severed floating threads.
  • the severed (or cut open) floating threads are preferably warp threads of the at least one third fabric layer.
  • the fact that the at least one third fabric layer is severed--preferably cut open--floating threads (or floating Thread sections) has, the setting up (or untwisting) of the reinforcement structure are made possible in the third dimension. It is thus possible that during the production of the reinforcement structure the at least one third fabric layer is returned via the floating threads from the at least one second fabric layer to the at least one first fabric layer (after the at least one third fabric layer has been woven with the at least one first fabric layer, then in guided in the form of woven webs to the at least one second fabric layer, and then woven with the at least one second fabric layer).
  • the floating threads can allow the reinforcement structure to be set up or untwisted into the third dimension become.
  • the said floating threads of the at least one third fabric layer are located on a part of the fabric during production that lies outside of the part of the fabric that is End serves as the reinforcement structure, ie the areas with the floating threads are completely cut away during manufacture and are therefore no longer present in the reinforcement structure produced.
  • the at least one third fabric layer of the reinforcement structure would have no floating threads and therefore no floating threads that were severed or cut open (or floating thread sections). Nevertheless, this reinforcement structure could be set up (or turned up) in the third dimension.
  • a further preferred embodiment of the reinforcement structure according to the invention is characterized in that the multi-layer fabric comprises or consists of fibers which are preferably selected from the group consisting of glass fibers; carbon fibers; basalt fibers; Ceramic fibers, preferably Al 2 O 3 fibers, mullite fibers, SiC fibers; metal fibers; Polymer fibres, preferably polyamide fibres, for example aramid fibres, polyethylene terephthalate fibres, polypropylene fibres, polyethylene fibres, polyacrylonitrile fibres, polyether ether ketone fibres; and mixtures thereof. Polymer fibers can be particularly easy to process due to their mechanical properties (brittleness, strength, etc.).
  • connection areas are designed in such a way that the web length (e.g. blade length) is constant over the entire width.
  • the web length e.g. blade length
  • at least three shuttles are required when using a shuttle weaving machine with which the reinforcement structure can be produced, for example. If the number of webs (e.g. number of blades) is increased and at the same time the distance between the webs (e.g. blade spacing) is reduced, additional shuttles are required.
  • At least four shuttles are used for forward-curved webs (e.g. blades), since two shuttles are used here when connecting and tying off pages must be worked.
  • the number of possible webs e.g. impeller blades
  • the strength and stability of the individual layers depends on the warp thread density and the fabric weave, e.g. angle interlock or orthogonal weaves increase stability.
  • At least six shafts are necessary for the formation of an impeller in a dobby weaving machine. A jacquard weaving machine is preferable because the profiling of the blades can be worked out more precisely.
  • the size of the impeller depends on the geometry of the conical goods take-off. The number of scoops could be increased on a weaving machine.
  • the webs have a width that is at least as large as the width of the at least one first fabric layer and/or the at least one second fabric layer.
  • the width of the web can be wider than the width of the at least one first fabric layer and/or the at least one second fabric layer.
  • the web should not protrude on the inner and outer edge of the at least one first fabric layer and/or the at least one second fabric layer, but due to the curvature of the web it can still be wider than the at least one first fabric layer and/or the at least one second fabric layer . The same applies if the webs are not curved but inclined.
  • the multi-layer fabric is a radial weave or a linear weave (e.g., a jacquard) weave.
  • a woven fabric with a linear thread course can be understood to mean a woven fabric in which the warp threads are aligned in the 0° direction. The weft threads can be aligned in a 90° direction.
  • a radial fabric has a radial thread course, which means that the warp threads are not aligned in the 0° direction. In a fabric with a linear thread course, the warp threads therefore run linearly or straight and not bent or radially.
  • the multi-layer fabric is a radial fabric, wherein the at least one first fabric layer has at least one joint, preferably one or two joints, particularly preferably (precisely) one joint, via which one end of the at least one first fabric layer is connected to a further end of the at least one first fabric layer, and the at least one second Fabric layer has at least one joint, preferably one or two joints, particularly preferably (precisely) one joint, via which one end of the at least one second fabric layer is connected to a further end of the at least one second fabric layer.
  • the at least one first fabric layer can have a maximum of eight, preferably a maximum of four, joints and/or the at least one second fabric layer can have a maximum of eight, preferably a maximum of four, joints.
  • the reinforcement structure By designing the reinforcement structure as a radial fabric, high costs or high expenditure of energy and materials during production can be avoided. In addition, the occurrence of potential weak points caused by joining is minimized.
  • the number of joints can preferably be reduced to a total of two (one joint in the at least one first fabric layer and one joint in the at least one second fabric layer).
  • the (preferably rotationally symmetrical) fabric structure contains webs that can act as impeller blades. The webs are (due to the fabric structure) firmly incorporated into the cover and carrier disk. In terms of binding technology, the strength of the connection of the webs (e.g. blades) can be adjusted. There is no subsequent joining process for the webs (e.g. impeller blades). Since it is a radial fabric, the fibers are also in the direction of the load. This brings further advantages in terms of the achievable performance.
  • the multi-layer fabric is a radial fabric comprising one or more radially woven sections, each comprising a section of the at least one first fabric layer, a section of the at least one second fabric layer and a section of the at least one third fabric layer, each section of the at least one first Fabric layer and each portion of the at least one second fabric layer has a first end and a second end, wherein the at least one first fabric layer has one or more joints via which two of the ends of the sections of the at least one first fabric layer are connected to one another, and wherein the at least one second fabric layer has one or more joints via which two of the ends of the sections of the at least one second Fabric layer are connected to each other.
  • the at least one joint of the at least one first fabric layer and/or the at least one joint of the at least one second fabric layer is a woven joint, a textile hinge, an anchor belt connector, a material connection, preferably by welding or gluing, a form-fitting connection, preferably by riveting or sewing, or a material and form-fitting connection, preferably by a combination of gluing and riveting.
  • the open fabric ends (or the ends of the at least one first fabric layer and the ends of the at least one second fabric layer) can be connected to one another in different ways. Preferred versions are:
  • At least one woven pocket can be inserted into the at least one first fabric layer and the at least one second fabric layer as a conclusion be woven through which a pin is pushed.
  • straps can be introduced into the fabric ends (i.e. into the ends of the at least one first fabric layer and into the ends of the at least one second fabric layer).
  • the respective two ends may be assembled (like a zipper) with the straps.
  • a rod can be pushed through the straps in the middle in order to connect the respective two ends or straps.
  • a sewing technique may have been used for sewing, for example: overlapping layers and sewing them together, or dividing layers at the ends, nesting individual layers and sewing them together.
  • a further preferred embodiment of the reinforcement structure according to the invention is characterized in that the multi-layer fabric is a fabric with a linear thread guide, preferably a Jacquard fabric, which has no joints.
  • a woven fabric with a linear thread course can be understood to mean a woven fabric in which the warp threads are aligned in the 0° direction. The weft threads can be aligned in a 90° direction.
  • a radial fabric has a radial thread course, which means that the warp threads are not aligned in the 0° direction. In a fabric with a linear thread course, the warp threads therefore run linearly or straight and not bent or radially.
  • the woven fabric with linear thread guidance can be produced, for example, by using a weaving machine (without a conical take-off—fiber orientation in the 0° and 90° direction), preferably a jacquard weaving machine.
  • the multi-layer fabric is at least three layers. The middle layer can be connected again and again to the upper and lower layer, whereby webs (e.g. blades) are formed. The webs can be formed directly in the weaving process and are therefore not joined. Due to the fact that the multi-layer fabric is a fabric with a linear thread guide, it can be produced particularly cost-effectively since, depending on the machine size and the number of repeats, several components can be produced at the same time. In addition, there are no weak points caused by joining, since the fabric with linear thread guidance has no joining point.
  • the present invention also relates to a component (or fiber composite component) comprising a reinforcement structure according to the invention and a matrix in which the reinforcement structure is embedded.
  • a preferred embodiment of the component according to the invention is characterized in that the matrix contains or consists of a material which is selected from the group consisting of metals, ceramics, polymers (e.g. epoxy resin) and mixtures thereof.
  • the component is a wheel, preferably a fan wheel.
  • the at least one third fabric layer can preferably be woven in such a way that it has a plurality of sections, the at least one third fabric layer in each of the sections first being woven with the at least one first fabric layer for a part of the section, and then for a further one Part of the section is further woven in the form of a web and is thereby guided to the at least one second fabric layer and then for a further part of the section is woven with the at least one second fabric layer, with preferably the at least one third fabric layer then (in each of the sections) for one further part of the section is returned in the form of floating threads to the at least one first fabric layer, where the next of the plurality of sections then begins.
  • the webs are each woven continuously.
  • these floating threads are located on the part of the fabric during production that ultimately serves as the reinforcement structure, severing, preferably cutting open, the floating threads can allow the reinforcement structure to be set up or untwisted into the third dimension become.
  • the said floating threads of the at least one third fabric layer are located during production on a part of the fabric that lies outside of the part of the fabric that is End serves as the reinforcement structure, ie the areas with the floating threads are completely cut away during manufacture and are therefore no longer present in the reinforcement structure produced.
  • the at least one third fabric layer of the manufactured reinforcement structure obtained after such cutting away would no longer have any floating threads and therefore no floating threads would be severed in the process either. Nevertheless, this reinforcement structure can be set up (or rotated) into the third dimension.
  • the planar multi-layer fabric is woven from fibers which are preferably selected from the group consisting of glass fibers; carbon fibers; basalt fibers; Ceramic fibers, preferably Al 2 O 3 fibers, mullite fibers, SiC fibers; metal fibers; Polymer fibres, preferably polyamide fibres, for example aramid fibres, polyethylene terephthalate fibres, polypropylene fibres, polyethylene fibres, polyacrylonitrile fibres, polyether ether ketone fibres; and mixtures thereof.
  • fibers which are preferably selected from the group consisting of glass fibers; carbon fibers; basalt fibers; Ceramic fibers, preferably Al 2 O 3 fibers, mullite fibers, SiC fibers; metal fibers; Polymer fibres, preferably polyamide fibres, for example aramid fibres, polyethylene terephthalate fibres, polypropylene fibres, polyethylene fibres, polyacrylonitrile fibres, polyether ether ketone fibres; and mixtures thereof.
  • the planar multi-layer fabric woven in step a) is preferably a radial fabric or a fabric with a linear yarn guide, e.g. a Jacquard fabric.
  • the (preferably rotationally symmetrical) fabric structure contains webs that can act as impeller blades.
  • the webs are (due to the fabric structure) firmly incorporated into the cover and carrier disk.
  • the strength of the connection of the webs e.g. blades
  • Floating threads can preferably be severed (preferably cut open) during production (preferably at each web) in order to be able to erect the reinforcement structure (e.g. the impeller).
  • the fabric can be made endless and then cut to the appropriate length.
  • the fabric ends must be joined in the at least one first fabric layer and the at least one second fabric layer.
  • the number of joints can preferably be reduced to a total of two (one joint in the at least one first fabric layer and one joint in the at least one second fabric layer). Since it is a radial fabric, the fibers are also in the direction of the load. This brings further advantages in terms of the achievable performance.
  • the at least one first fabric layer and/or the at least one second fabric layer and/or the at least one third fabric layer is/are preferably radially woven.
  • the joining process is selected from the group consisting of weaving; forming a textile hinge; forming an anchor strap connector; Forming a material connection, preferably welding, gluing; forming a positive connection, preferably riveting, sewing; and forming a material and form-fitting connection, preferably a combination of gluing and riveting.
  • the open fabric ends (or the ends of the at least one first fabric layer and the ends of the at least one second fabric layer) can be connected to one another in different ways. Preferred variants are:
  • At least one woven pocket can be woven into the at least one first fabric layer and the at least one second fabric layer as a closure, through which a pin is pushed.
  • straps can be introduced into the fabric ends (i.e. into the ends of the at least one first fabric layer and into the ends of the at least one second fabric layer).
  • the respective two ends can be put together with the straps (like a zipper).
  • a rod can be pushed through the straps in the middle in order to connect the two ends or straps.
  • an integral connection can be achieved by gluing and/or welding.
  • a positive connection can be achieved by riveting and/or sewing.
  • a sewing technique can be used for sewing, for example: overlapping layers and sewing them together, or splitting layers at the ends, nesting individual layers and sewing them together.
  • a material and form-fitting connection can be achieved by a combination of gluing and riveting.
  • the planar, multi-layer fabric with linear thread guidance can preferably be produced by using a weaving machine (without a conical take-off—fiber orientation in the 0° and 90° direction), preferably a jacquard weaving machine.
  • the multi-layer fabric produced has at least three layers.
  • the middle layer can always connect to the upper and lower layer and thus forms webs (e.g. blades).
  • the webs are formed directly in the weaving process and do not have to be joined.
  • the connection and binding areas can also be designed in such a way that the web length (eg blade length) is constant over the entire width of the ring.
  • the connection and binding areas are determined via geometric relationships. With this variant, the setting of the fabric thickness depends on the thread density in the warp and weft directions.
  • the fabric thickness can be controlled via the fabric weave and the weft thread density.
  • the advantage of this variant ie the production of the multi-layer fabric as a fabric with linear thread guidance
  • the focus here is on profitability.
  • the woven structures have to be cut out of the fabric.
  • a preferred variant according to the invention provides that the matrix is produced by infiltration with at least one resin or resin system.
  • the reinforcement structure is infiltrated with a resin system, which comprises a resin and a hardener added to the resin to harden the resin.
  • the resin is preferably selected from the group consisting of epoxy resins, unsaturated polyester resins, melamine resins and mixtures thereof.
  • the present invention also relates to the use of the component according to the invention as a fan wheel in fans, preferably hot gas fans, centrifugal fans; ventilation systems; air conditioners; or wind turbines, preferably small wind turbines.
  • fans preferably hot gas fans, centrifugal fans; ventilation systems; air conditioners; or wind turbines, preferably small wind turbines.
  • the present invention also relates to the following aspects:
  • Reinforcement structure for components comprising a multi-layer fabric with at least one first fabric layer, which is designed as a first ring-shaped element (1), at least one second fabric layer, which is designed as a second ring-shaped element (2), and at least one between the at least one first fabric layer and the at least one second fabric layer and partially woven with the at least one first fabric layer and with the at least one second fabric layer third fabric layer, which is at least partially in the form of webs (3) via which the first ring-shaped element and the second ring-shaped element are connected to one another are connected, the webs (3) having no joint.
  • the multi-layer fabric comprises or consists of fibers which are selected from the group consisting of glass fibres; carbon fibers; basalt fibers; Ceramic fibers, preferably Al 2 O 3 fibers, mullite fibers, SiC fibers; metal fibers; Polymer fibres, preferably polyamide fibres, for example aramid fibres, polyethylene terephthalate fibres, polypropylene fibres, polyethylene fibres, polyacrylonitrile fibres, polyether ether ketone fibres; and mixtures thereof.
  • fibers which are selected from the group consisting of glass fibres; carbon fibers; basalt fibers; Ceramic fibers, preferably Al 2 O 3 fibers, mullite fibers, SiC fibers; metal fibers; Polymer fibres, preferably polyamide fibres, for example aramid fibres, polyethylene terephthalate fibres, polypropylene fibres, polyethylene fibres, polyacrylonitrile fibres, polyether ether ketone fibres; and mixtures thereof.
  • the multi-layer fabric is a radial fabric, wherein the at least one first fabric layer has at least one joint via which one end of the at least one first fabric layer is connected to a further end of the at least one first fabric layer, and the at least one second fabric layer has at least one joint via which one end of the at least one second fabric layer is connected to a further end of the at least one second fabric layer.
  • the at least one joint of the at least one first fabric layer and/or the at least one joint of the at least one second fabric layer is a woven joint, a textile hinge, an anchor belt connector, an integral connection, preferably by welding or gluing, an interlocking connection, preferably by riveting or sewing, or an integral and interlocking connection, preferably by a combination of gluing and riveting.
  • Reinforcement structure according to one of aspects 1 to 4, characterized in that the multi-layer fabric is a fabric with a linear thread path which has no joints.
  • Component comprising a reinforcement structure according to one of the preceding aspects, and a matrix in which the reinforcement structure is embedded.
  • the matrix contains or consists of a material which is selected from the group consisting of metals, ceramics, polymers and mixtures thereof.
  • Component according to aspect 8 or 9 characterized in that the component is a wheel, preferably a fan wheel.
  • planar multi-layer fabric is woven from fibers selected from the group consisting of glass fibers; carbon fibers; basalt fibers; Ceramic fibers, preferably Al 2 O 3 fibers, mullite fibers, SiC fibers; metal fibers; Polymer fibres, preferably polyamide fibres, for example aramid fibres, polyethylene terephthalate fibres, polypropylene fibres, polyethylene fibres, polyacrylonitrile fibres, polyether ether ketone fibres; and mixtures thereof.
  • fibers selected from the group consisting of glass fibers; carbon fibers; basalt fibers; Ceramic fibers, preferably Al 2 O 3 fibers, mullite fibers, SiC fibers; metal fibers; Polymer fibres, preferably polyamide fibres, for example aramid fibres, polyethylene terephthalate fibres, polypropylene fibres, polyethylene fibres, polyacrylonitrile fibres, polyether ether ketone fibres; and mixtures thereof.
  • Method according to aspect 14 characterized in that the joining process is selected from the group consisting of weaving; forming a textile hinge; forming an anchor strap connector; Forming a material connection, preferably welding, gluing; forming a positive connection, preferably riveting, sewing; and forming a material and form-fitting connection, preferably a combination of gluing and riveting.
  • Method for producing a component in which first a reinforcement structure is produced using a method according to one of aspects 11 to 16 or a reinforcement structure is provided according to one of aspects 1 to 6 and then a matrix is produced in which the reinforcement structure is embedded.
  • a component according to one of aspects 8 to 10 as a fan wheel in fans, preferably hot gas fans, radial fans; ventilation systems; air conditioners; or wind turbines, preferably small wind turbines.
  • the reinforcement structure comprises a multi-layer fabric with at least one first fabric layer, which is designed as the first ring-shaped element 1, at least one second fabric layer, which is designed as the second ring-shaped element 2, and at least one between the at least one first fabric layer and the at least one second fabric layer and partially woven with the at least one first fabric layer and with the at least one second fabric layer third fabric layer, which has severed floating threads and is partially designed in the form of webs 3, over which the first ring-shaped element 1 and the second ring-shaped Element 2 are interconnected.
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a further exemplary embodiment of the reinforcement structure according to the invention.
  • the webs 3 are curved backwards.
  • the multi-layer fabric of the reinforcement structure according to the invention is a radial fabric
  • the reinforcement structure has at least two joints (at least one joint in the at least one first fabric layer and at least one joint in the at least one second fabric layer). Two ends of the respective fabric layer are joined to one another at these joints. This joining can be done in different ways.
  • the joining can take place by forming a textile hinge.
  • At least one woven pocket is woven into the at least one first fabric layer and the at least one second fabric layer as a closure, through which a pin is pushed.
  • a schematic representation of such a textile hinge is in 3 shown.
  • the joining can take place by means of weaving, with different weaving variants being possible here.
  • semicircles are woven and the ends of the fabric layers (or the threads of the ends of the fabric layers) are woven directly together.
  • the procedure for weaving semicircles is in 4 shown schematically.
  • thread end A is woven with thread end D and thread end B is woven with thread end C.
  • the fan wheel is woven in half, the number of layers is doubled.
  • the course of the thread and the exact procedure for this end connection is in Figures 5a to 5h shown.
  • Figure 5a shows a representation of the thread course at the transition between two woven future reinforcement structures, which were woven here endlessly as a radial fabric.
  • the yarns (5, 6) of the backing layer float while the yarns (7, 8) of the top layer are woven together.
  • Figure 5b shows the placement of the cut at the transition between the two future woven reinforcement structures.
  • Figure 5c shows the unfolded reinforcement structure with the ends still protruding.
  • Figure 5d shows the cutting off of the protruding threads in the top layer.
  • Figure 5e shows the folding of the joint in the top layer.
  • Fig. 5f shows the weft threads being pushed open in the carrier layer.
  • Fig. 5g shows the cutting off of the protruding ends.
  • Figure 5h finally shows the finished joint.
  • a planar multi-layer radial fabric is woven with a first fabric layer, a second fabric layer and a third fabric layer arranged between the first fabric layer and the second fabric layer.
  • the third fabric layer is partially woven with the first fabric layer and with the second fabric layer, with the third fabric layer also being woven in regions in the form of webs, via which the first fabric layer and the second fabric layer are connected to one another.
  • the radial fabric is woven, for example, using a weaving machine with a conical take-off.
  • the first fabric layer and the second fabric layer of the woven radial fabric each have a first end and a second end.
  • the third fabric layer of the woven radial fabric has floating yarns.
  • a schematic representation of a portion of the woven radial fabric is shown in Figures 6a and 6b shown. There, the floating threads are marked with arrows.
  • the floating threads of the third layer of fabric are severed. Thereafter, the first end of the first fabric layer is connected to the second end of the first fabric layer by a joining process, for example by weaving together and thereby forming the first fabric layer as a first annular member.
  • the first end of the second fabric layer is connected to the second end of the second fabric layer by a joining process, for example by weaving together, and the second fabric layer is formed as a second ring-shaped element.
  • the multi-layer fabric can then be set up (or untwisted) into a three-dimensional structure.
  • a flat multi-layer fabric is woven with a linear (0°) yarn guide, which fabric has a first fabric layer, a second fabric layer and a third fabric layer arranged between the first fabric layer and the second fabric layer.
  • the third fabric layer is partially woven with the first fabric layer and the second fabric layer, with the third fabric layer also being woven in regions in the form of webs, via which the first fabric layer and the second fabric layer are connected to one another.
  • the weaving of the fabric with linear thread guidance takes place, for example, on a weaving machine with linear (0°) warp threads, e.g. a Jacquard weaving machine.
  • the manufactured fabric with more linear thread guidance is cut (ring-shaped) and the fabric layer is formed as a first ring-shaped element and the second fabric layer is formed as a second ring-shaped element.
  • floating threads of the third fabric layer can be cut away if they are not arranged on the part of the fabric that belongs to the finished reinforcement structure. Should floating threads of the third fabric layer be arranged on the part of the fabric that belongs to the finished reinforcement structure, these floating threads of the third fabric layer are severed.
  • the multi-layer fabric can then be set up in a three-dimensional structure.
  • the reinforcement structure obtained in exemplary embodiment 1 is infiltrated with an epoxy resin and a hardener added to the epoxy resin to harden the epoxy resin and then hardened at room temperature.
  • a component with an epoxy resin matrix is obtained, in which the reinforcement structure is embedded.
  • the reinforcement structure obtained in exemplary embodiment 2 is infiltrated with an epoxy resin and a hardener added to the epoxy resin to harden the epoxy resin and then over-hardened.
  • a component with an epoxy resin matrix is obtained, in which the reinforcement structure is embedded.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Armierungsstruktur für Bauteile. Die Armierungsstruktur umfasst ein Mehrlagengewebe mit mindestens einer ersten Gewebelage, die als erstes ringförmiges Element ausgebildet ist, mindestens einer zweiten Gewebelage, die als zweites ringförmiges Element ausgebildet ist, und mindestens einer zwischen der mindestens einen ersten Gewebelage und der mindestens einen zweiten Gewebelage angeordneten und teilweise mit der mindestens einen ersten Gewebelage und mit der mindestens einen zweiten Gewebelage verwebten dritten Gewebelage, die zumindest bereichsweise in Form von Stegen ausgebildet ist, über die das erste ringförmige Element und das zweite ringförmige Element miteinander verbunden sind, wobei die Stege keine Fügestelle aufweisen. Zudem betrifft die vorliegende Erfindung auch ein Bauteil, welches die erfindungsgemäße Armierungsstruktur sowie eine Matrix, in welche die Armierungsstruktur eingebettet ist, umfasst. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Armierungsstruktur sowie auch ein Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Bauteils.

Figure imgaf001
The present invention relates to an armor structure for components. The reinforcement structure comprises a multi-layer fabric with at least one first fabric layer, which is designed as a first ring-shaped element, at least one second fabric layer, which is designed as a second ring-shaped element, and at least one between the at least one first fabric layer and the at least one second fabric layer arranged and partially with the at least one first fabric layer and with the at least one second fabric layer woven third fabric layer, which is at least partially in the form of webs, via which the first ring-shaped element and the second ring-shaped element are connected to one another, the webs not having a joint. In addition, the present invention also relates to a component which includes the reinforcement structure according to the invention and a matrix in which the reinforcement structure is embedded. The present invention also relates to a method for producing the reinforcement structure according to the invention and also a method for producing the component according to the invention.
Figure imgaf001

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Armierungsstruktur für Bauteile. Die Armierungsstruktur umfasst ein Mehrlagengewebe mit mindestens einer ersten Gewebelage, die als erstes ringförmiges Element ausgebildet ist, mindestens einer zweiten Gewebelage, die als zweites ringförmiges Element ausgebildet ist, und mindestens einer zwischen der mindestens einen ersten Gewebelage und der mindestens einen zweiten Gewebelage angeordneten und teilweise mit der mindestens einen ersten Gewebelage und mit der mindestens einen zweiten Gewebelage verwebten dritten Gewebelage, die zumindest bereichsweise in Form von Stegen ausgebildet ist, über die das erste ringförmige Element und das zweite ringförmige Element miteinander verbunden sind, wobei die Stege keine Fügestelle aufweisen. Zudem betrifft die vorliegende Erfindung auch ein Bauteil, welches die erfindungsgemäße Armierungsstruktur sowie eine Matrix, in welche die Armierungsstruktur eingebettet ist, umfasst. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Armierungsstruktur sowie auch ein Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Bauteils.The present invention relates to an armor structure for components. The reinforcement structure comprises a multi-layer fabric with at least one first fabric layer, which is designed as a first ring-shaped element, at least one second fabric layer, which is designed as a second ring-shaped element, and at least one between the at least one first fabric layer and the at least one second fabric layer arranged and partially with the at least one first fabric layer and with the at least one second fabric layer woven third fabric layer, which is at least partially in the form of webs, via which the first ring-shaped element and the second ring-shaped element are connected to one another, the webs not having a joint. In addition, the present invention also relates to a component which includes the reinforcement structure according to the invention and a matrix in which the reinforcement structure is embedded. The present invention also relates to a method for producing the reinforcement structure according to the invention and also a method for producing the component according to the invention.

In der Literatur sind verschiedene Bauweisen bekannt, nach deren Prinzip Lüfterräder hergestellt werden können (Differential- und Integralbauweise). Bei der Integralbauweise wird das Lüfterrad an einem Stück (komplexe Form) hergestellt. Zwar weist das so hergestellte Lüfterrad keine Fügestellen auf, woraus eine hohe Leistungsfähigkeit (Performance) resultiert. Doch ist die Fertigung sehr kosten- und zeitintensiv. Die Differentialbauweise basiert auf einer Massenfertigung von Einzelteilen einer Geometrie. Hier müssen die Schaufeln nachträglich an die Deck- und Trägerscheibe gefügt werden. Die so entstehenden Fügestellen (mindestens 2 pro Schaufel) stellen Schwachstellen bzw. potentielle Schadstellen dar, aus denen während des Betriebs Spannungsspitzen im Material resultieren. Dies führt zu einer Verringerung der Lebensdauer eines Lüfterrads sowie zu einer geringen Leistungsfähigkeit bzw. einer Limitierung der maximalen Leistungsfähigkeit aufgrund einer verringerten Umfangsgeschwindigkeit, woraus eine geringere Effizienz resultiert.Various designs are known in the literature, according to the principle of which fan wheels can be manufactured (differential and integral design). With the integral design, the fan wheel is manufactured in one piece (complex shape). The fan wheel produced in this way does not have any joints, which results in high performance. However, the production is very costly and time-consuming. The differential construction is based on a mass production of individual parts of a geometry. In this case, the blades have to be subsequently joined to the cover and carrier disk. The resulting joints (at least 2 per blade) represent weak points or potential damage points, which result in stress peaks in the material during operation. This leads to a reduction in the service life of a fan wheel and to low performance or a limitation of the maximum performance due to a reduced peripheral speed, which results in lower efficiency.

Weiterhin kann die Verbundbauweise im Hinblick auf faserverstärkte Werkstoffe separat als Teil der Differentialbauweise genannt werden. Hierbei kommt eine Verstärkungskomponente zum Einsatz, z.B. Fasern in einer textilen Preform. Die Verbundbauweise ist aktuell noch mit hohem Konfektionsaufwand verbunden, da die Schaufeln nachträglich gefügt werden (z.B. durch Nähen). Die Umfangsgeschwindigkeit kann durch den Leichtbaucharakter erhöht werden, ist jedoch durch die Fügestellen gleichzeitig limitiert.Furthermore, with regard to fiber-reinforced materials, the composite construction can be mentioned separately as part of the differential construction. A reinforcement component is used here, e.g. fibers in a textile preform. The composite construction is currently still associated with high assembly costs, since the blades are subsequently joined (e.g. by sewing). The peripheral speed can be increased due to the lightweight character, but is limited by the joints at the same time.

Übergreifend kommt der Leichtbauaspekt hinzu, der bei Lüfterrädern sehr wichtig ist. Hierbei führt ein lastgerechter Materialeinsatz zu einer Gewichtsreduktion. In der Folge kann die Umfangsgeschwindigkeit erhöht werden, da sich die auftretenden Zentripetalkräfte linear zur verringerten Masse des Teils verkleinern, wodurch weniger Spannungen im Material entstehen.There is also the overall lightweight aspect, which is very important for fan wheels. A load-oriented use of material leads to a weight reduction. As a result, the peripheral speed can be increased, since the centripetal forces that occur decrease linearly with the reduced mass of the part, resulting in less stress in the material.

Die Bauweise hängt teilweise von den eingesetzten Materialien ab, nicht mit jeder Technologie kann jedes Material bearbeitet werden. Im Folgenden werden verschiedene Verfahren kurz beschrieben, mit denen aktuell Lüfterräder hergestellt werden können.The construction partly depends on the materials used, not every material can be processed with every technology. Various methods are briefly described below that can currently be used to manufacture fan wheels.

5-Achs-Fräsen (CNC) - Integralbauweise 5-axis milling (CNC) - integral design

Mittels 5-Achs-Fräsen können Lüfterräder aus einem Stück herausgefräst werden. Das Verfahren weist einen sehr hohen Materialverbrauch auf und ist zudem sehr zeitaufwändig.Fan wheels can be milled out of one piece using 5-axis milling. The method has a very high material consumption and is also very time-consuming.

Gießen, Spritzguss, Heißisostatisches Pressen - Integralbauweise Casting, injection molding, hot isostatic pressing - integral design

Beim Gießen (Metall), Spritzguss (Kunststoff) oder heißisostatischen Pressen (Keramik) werden für die Herstellung von Lüfterrädern Werkzeuge mit vielen Hinterschnitten benötigt, was das Werkzeug sehr komplex macht. Für jede Größe eines Lüfterrades wird ein neues Werkzeug benötigt. Die Anschaffungskosten für Werkzeuge sind dabei vor allem in dieser Komplexität sehr kostenintensiv. Die Einbringung von textilen Schnittfasern zur Erhöhung der Festigkeit ist bei einigen Verfahren möglich, jedoch können die relativ kurzen Fasern nicht optimal entsprechend dem Kraftfluss im Bauteil ausgerichtet werden, sodass deren Festigkeitspotential nicht vollständig genutzt werden kann. Zufriedenstellende Lösungen für eine endkonturnahe, belastungsoptimierte Lösung mit textiler Verstärkung sind derzeit nicht vorhanden.When casting (metal), injection molding (plastic) or hot isostatic pressing (ceramic), tools with many undercuts are required for the production of fan wheels, which makes the tool very complex. A new tool is required for each size of fan wheel. The acquisition costs for tools are very expensive, especially in this complexity. The introduction of textile cut fibers to increase strength is possible with some processes, but the relatively short fibers cannot be optimally aligned according to the flow of forces in the component, so that their strength potential cannot be fully utilized. Satisfactory solutions for a near-net shape, load-optimized solution with textile reinforcement are currently not available.

3D-Druck - Integralbauweise 3D printing - integral construction

Beim 3D-Druck mit Metall oder Kunststoff können nur sehr kleine Stückzahlen hergestellt werden. Je nachdem wie hoch der Füllgehalt ist, desto mehr Stabilität hat die Struktur. Wenn das Lüfterrad lediglich aus Kunststoff hergestellt wird, kann es nur für einen niedrigen Temperaturbereich eingesetzt werden. Der Prozess ist nicht großserientauglich und zudem zeitaufwändig.When 3D printing with metal or plastic, only very small quantities can be produced. Depending on how high the filling content is, the more stability the structure has. If the fan wheel is only made of plastic, it can only be used for a low temperature range. The process is not suitable for mass production and is also time-consuming.

Blech-/Metallverarbeitende Industrie - Differentialbauweise Sheet metal / metal processing industry - differential construction

Gängig sind Verfahren, bei denen die Schaufeln und die Träger- und Deckscheibe separat hergestellt werden. Hier können Standard-Produktionsverfahren zum Einsatz kommen. Anschließend werden die Bleche zusammengesetzt und beispielsweise mittels Schweißen, Verstemmen oder Verlappen abhängig vom verwendeten Material verbunden. Jede Fügestelle ist hierbei eine potentielle Versagensstelle.Methods are common in which the blades and the carrier and cover disks are manufactured separately. Standard production processes can be used here. The metal sheets are then assembled and connected, for example by means of welding, caulking or lapping, depending on the material used. Every joint here is a potential point of failure.

Wickeltechnik - Differentialbauweise Winding technology - differential construction

Der textile Herstellungsprozess des Wickelns ist eine Möglichkeit, eine textile Armierungsstruktur für ein Lüfterrad herzustellen. Es ist ein Lüfterrad bekannt, bei dem die Schaufeln Segmente eines gewickelten Rohres sind (siehe Raether F., "Nachhaltige Wärmebehandlungsprozesse systematisch entwickeln", Abschlussbericht Projekt EnerTHERM, 1. Aufl., Frankfurt am Main, VDMA Verlag, 2018). Die Träger- und Deckscheibe besteht dabei aus einem Laminat aus 2D-Geweben (Nass-Prepreg). Die Laminate werden nach dem Sintern mechanisch weiterverarbeitet. Die Scheiben sind mit Schlitzen versehen, in die die Schaufeln passgenau eingesetzt werden. Die Fügung erfolgt mit einem Glaslot. So kann neben der formschlüssigen auch eine stoffschlüssige Verbindung erzeugt werden. Im Fügebereich ist die Porosität jedoch höher als in den anderen Bereichen, wodurch die Fügestellen dennoch Schwachstellen bleiben.The textile manufacturing process of winding is one way of producing a textile reinforcement structure for a fan wheel. A fan wheel is known in which the blades are segments of a coiled tube (see Raether F., "Systematically developing sustainable heat treatment processes", final report of the EnerTHERM project, 1st ed., Frankfurt am Main, VDMA Verlag, 2018). The carrier and cover disk consists of a laminate of 2D fabrics (wet prepreg). After sintering, the laminates are further processed mechanically. The discs are provided with slots into which the blades are inserted with a precise fit. The joining takes place with a glass solder. In addition to the form-fitting connection, a material-fitting connection can also be created. In the joint area, however, the porosity is higher than in the other areas, which means that the joints remain weak points.

Faserverstärktes Lüfterrad mit Gewebe - Differentialbauweise Fiber reinforced impeller with fabric - differential construction

In der DE 101 04 170 A1 wird die Herstellung eines faserverstärkten Lüfterrads beschrieben. Dieses ist ein faserverstärktes Kunststoffbauteil und erfüllt die Kriterien des Leichtbaus wie geringes Gewicht und Materialeinsatz nur an den erforderlichen Stellen. Die Armierungsstruktur des Lüfterrads setzt sich aus vielen Einzelstücken zusammen, die mit einander gefügt werden müssen. Die große Anzahl hierbei auftretenden Fügestellen machen den Herstellungsprozess sehr aufwendig im Hinblick auf Kosten und Zeit. Bei dieser Vorgehensweise sind die Stege bzw. Schaufeln selbst bereits gefügt. Ein Steg bzw. eine Schaufel setzt sich aus zwei Einzelteilen zusammen, die miteinander gefügt, vorzugsweise vernäht, werden. Diese einzelnen Schaufelsegmente werden dann zu Teilsegmenten weiterverarbeitet. Ein Lüfterrad setzt sich somit aus mehreren zusammengenähten Teilsegmenten zusammen. Das in der DE 101 04 170 A1 beschriebene Lüfterrad weist somit in der Gesamtheit mehr als zwanzig Fügestellen auf. Zudem wird zur Stabilisation auf der oberen und unteren Seite noch eine weitere Gewebebahn aufgenäht. Der Konfektionsaufwand und damit die Fehleranfälligkeit sind bei dieser Herangehensweise enorm hoch.In the DE 101 04 170 A1 describes the production of a fiber-reinforced fan wheel. This is a fibre-reinforced plastic component and meets the criteria of lightweight construction, such as low weight and the use of material only in the required areas. The reinforcement structure of the fan wheel is made up of many individual pieces that have to be joined together. The large number of joints that occur here make the manufacturing process very complex in terms of costs and time. With this procedure, the webs or blades themselves are already joined. A web or a blade is composed of two individual parts that are joined together, preferably sewn. These individual blade segments are then further processed into sub-segments. A fan wheel is therefore made up of several sub-segments sewn together. That in the DE 101 04 170 A1 The fan wheel described thus has a total of more than twenty joints. In addition, another fabric panel is sewn on the upper and lower side for stabilization. The manufacturing effort and thus the susceptibility to errors are enormously high with this approach.

Ausgehend hiervon war es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Armierungsstruktur für ein Bauteil bereitzustellen, die auf einfache und zeitsparende Weise herstellbar ist und zu einer höheren Leistungsfähigkeit und Haltbarkeit des Bauteils führt.Proceeding from this, it was the object of the present invention to provide a reinforcement structure for a component that can be produced in a simple and time-saving manner and leads to higher performance and durability of the component.

Diese Aufgabe wird bezüglich einer Armierungsstruktur mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, bezüglich eines Bauteils mit den Merkmalen des Patentanspruchs 6, bezüglich eines Verfahrens zur Herstellung einer Armierungsstruktur mit den Merkmalen des Patentanspruchs 8 und bezüglich eines Verfahrens zur Herstellung eines Bauteils mit den Merkmalen des Patentanspruchs 13 gelöst. In Patentanspruch 15 werden Verwendungsmöglichkeiten des Bauteils angegeben. Die jeweilig abhängigen Patentansprüche stellen vorteilhafte Weiterbildungen dar.This object is achieved with regard to a reinforcement structure having the features of patent claim 1, relating to a component having the features of patent claim 6, relating to a method for producing a reinforcement structure having the features of patent claim 8 and relating to a method for producing a component having the features of patent claim 13 solved. In claim 15 uses of the component are specified. The respective dependent patent claims represent advantageous developments.

Erfindungsgemäß wird somit eine Armierungsstruktur für Bauteile bereitgestellt. Die Armierungsstruktur umfasst ein Mehrlagengewebe mit mindestens einer ersten Gewebelage, die als erstes ringförmiges Element ausgebildet ist, mindestens einer zweiten Gewebelage, die als zweites ringförmiges Element ausgebildet ist, und mindestens einer zwischen der mindestens einen ersten Gewebelage und der mindestens einen zweiten Gewebelage angeordneten und teilweise (bzw. bereichsweise) mit der mindestens einen ersten Gewebelage und mit der mindestens einen zweiten Gewebelage verwebten (d.h. durch das Gewebe verbundenen bzw. verwebten) dritten Gewebelage, die zumindest bereichsweise (bzw. teilweise) in Form von Stegen ausgebildet ist, über die das erste ringförmige Element und das zweite ringförmige Element miteinander verbunden sind, wobei die Stege (jeweils) keine Fügestelle aufweisen (bzw. die mindestens eine dritte Gewebelage im Bereich der Stege keine Fügestelle aufweist).According to the invention, a reinforcement structure for components is thus provided. The reinforcement structure comprises a multi-layer fabric with at least a first fabric layer, which is designed as a first ring-shaped element, at least a second fabric layer, which is designed as a second ring-shaped element, and at least one arranged between the at least one first fabric layer and the at least one second fabric layer and partially (or in some areas) connected to the at least one first fabric layer and with the at least one second fabric layer woven (i.e. connected or woven by the fabric) third fabric layer, which is at least partially (or partially) in the form of webs, over which the first ring-shaped element and the second ring-shaped Element are connected to each other, wherein the webs (each) have no joint (or the at least one third fabric layer in the area of the webs has no joint).

Die erfindungsgemäße Armierungsstruktur umfasst ein Mehrlagengewebe, welches mindestens drei Gewebelagen aufweist, nämlich mindestens eine erste Gewebelage, mindestens eine zweite Gewebelage und mindestens eine dritte Gewebelage. Die mindestens eine dritte Gewebelage ist dabei zwischen der mindestens einen ersten Gewebelage und der mindestens einen zweiten Gewebelage angeordnet. Zudem ist die mindestens eine dritte Gewebelage sowohl teilweise bzw. bereichsweise mit der mindestens einen ersten Gewebelage als auch teilweise bzw. bereichsweise mit der mindestens einen zweiten Gewebelage verwebt (d.h. durch das Gewebe verbunden bzw. verwebt). Durch das nur teilweise bzw. bereichsweise Verweben der Gewebelagen kann das Mehrlagengewebe auch als eine 2,5D-Mehrlagenstruktur bezeichnet werden. Diese kann als plane Struktur vorliegen und kann als in die dritte Dimension aufgestellte (bzw. aufgedrehte) Struktur vorliegen, wobei die plane Struktur und die in die dritte Dimension aufgestellte Struktur, vorzugsweise mehrfach oder beliebig häufig, ineinander überführbar sind.The reinforcement structure according to the invention comprises a multi-layer fabric which has at least three fabric plies, namely at least a first fabric ply, at least a second fabric ply and at least a third fabric ply. The at least one third fabric layer is arranged between the at least one first fabric layer and the at least one second fabric layer. In addition, the at least one third fabric layer is woven (i.e. connected or woven through the fabric) both partially or in certain areas with the at least one first fabric layer and partially or in certain areas with the at least one second fabric layer. Due to the weaving of the fabric layers only partially or in certain areas, the multi-layer fabric can also be referred to as a 2.5D multi-layer structure. This can be in the form of a planar structure and can be in the form of a structure erected (or rotated) in the third dimension, with the planar structure and the structure erected in the third dimension being convertible into one another, preferably multiple times or as often as desired.

Das erste ringförmige Element kann z.B. auch als Deckscheibe (oder als Trägerscheibe) bezeichnet werden. Das zweite ringförmige Element kann z.B. auch als Trägerscheibe (oder als Deckscheibe) bezeichnet werden. Die mindestens eine erste Gewebelage kann z.B. auch als mindestens eine obere Gewebelage (oder als mindestens eine untere Gewebelage) bezeichnet werden. Die mindestens eine zweite Gewebelage kann z.B. auch als mindestens eine untere Gewebelage (oder als mindestens eine obere Gewebelage) bezeichnet werden. Die mindestens eine dritte Gewebelage kann z.B. auch als mindestens eine mittlere Gewebelage bezeichnet werden.The first ring-shaped element can also be referred to, for example, as a cover disk (or as a carrier disk). The second ring-shaped element can also be referred to, for example, as a carrier disk (or as a cover disk). The at least one first fabric layer can, for example, also be referred to as at least one upper fabric layer (or as at least one lower fabric layer). The at least one second fabric layer can, for example, also be used as at least one lower fabric layer (or as at least one upper fabric layer). The at least one third fabric layer can also be referred to as at least one middle fabric layer, for example.

Das Mehrlagengewebe weist zunächst eine oder mehrere erste Gewebelagen auf, die als erstes ringförmiges Element ausgebildet sind. Beispielsweise kann das Mehrlagengewebe nur eine erste Gewebelage aufweisen, die als erstes ringförmiges Element ausgebildet ist. Alternativ kann das Mehrlagengewebe auch mehrere (übereinander liegende) erste Gewebelagen aufweisen, die zusammen als ein erstes ringförmiges Element ausgebildet sind. Für den Fall, dass das Mehrlagengewebe mehrere erste Gewebelagen aufweist, sind diese mehreren ersten Gewebelegen (oder zumindest ein Teil dieser mehreren ersten Gewebelagen) vorzugsweise (durch das Gewebe) miteinander verwebt, besonders bevorzugt (durch das Gewebe) vollständig miteinander verwebt. Hierbei sind vorzugsweise nur die jeweils miteinander benachbarten (bzw. die jeweils direkt nebeneinander liegenden) ersten Gewebelagen miteinander verwebt, bevorzugt vollständig miteinander verwebt.The multi-layer fabric initially has one or more first fabric layers, which are designed as a first ring-shaped element. For example, the multi-layer fabric can only have a first fabric layer, which is designed as a first ring-shaped element. Alternatively, the multi-layer fabric can also have a plurality of first fabric layers (overlying one another) which are formed together as a first ring-shaped element. If the multi-layer fabric has several first fabric layers, these several first fabric layers (or at least a part of these several first fabric layers) are preferably woven together (through the fabric), particularly preferably completely woven together (through the fabric). In this case, preferably only the first fabric layers that are adjacent to one another (or those that are in each case directly next to one another) are woven together, preferably completely woven together.

Zudem weist das Mehrlagengewebe eine oder mehrere zweite Gewebelagen auf, die als zweites ringförmiges Element ausgebildet sind. Beispielsweise kann das Mehrlagengewebe nur eine zweite Gewebelage aufweisen, die als zweites ringförmiges Element ausgebildet ist. Alternativ kann das Mehrlagengewebe auch mehrere (übereinander liegende) zweite Gewebelagen aufweisen, die zusammen als ein zweites ringförmiges Element ausgebildet sind. Für den Fall, dass das Mehrlagengewebe mehrere zweite Gewebelagen aufweist, sind diese mehreren zweiten Gewebelegen (oder zumindest ein Teil dieser mehreren zweiten Gewebelagen) vorzugsweise (durch das Gewebe) miteinander verwebt, besonders bevorzugt (durch das Gewebe) vollständig miteinander verwebt. Hierbei sind vorzugsweise nur die jeweils miteinander benachbarten (bzw. die jeweils direkt nebeneinander liegenden) zweiten Gewebelagen miteinander verwebt, bevorzugt vollständig miteinander verwebt.In addition, the multi-layer fabric has one or more second fabric layers, which are designed as a second ring-shaped element. For example, the multi-layer fabric can have only a second fabric layer, which is designed as a second ring-shaped element. Alternatively, the multi-layer fabric can also have a plurality of second fabric layers (overlying one another) which are formed together as a second ring-shaped element. In the event that the multi-layer fabric has several second fabric layers, these several second fabric layers (or at least a part of these several second fabric layers) are preferably woven together (through the fabric), particularly preferably completely woven together (through the fabric). In this case, preferably only the second fabric layers that are respectively adjacent to one another (or those that are in each case directly next to one another) are woven with one another, preferably completely woven with one another.

Ferner weist das Mehrlagengewebe eine oder mehrere dritte Gewebelagen auf. In der Folge können auch die Stege jeweils eine oder mehrere Gewebelagen aufweisen. Beispielsweise kann das Mehrlagengewebe nur eine dritte Gewebelage aufweisen, die zumindest bereichsweise in Form von Stegen ausgebildet ist. Alternativ kann das Mehrlagengewebe beispielsweise auch mehrere (übereinander liegende) dritte Gewebelagen aufweisen, die zumindest bereichsweise in Form von Stegen ausgebildet sind, wobei dann jeder der Stege mehrere Gewebelagen aufweist. Für den Fall, dass das Mehrlagengewebe mehrere dritte Gewebelagen aufweist, sind diese mehreren dritten Gewebelegen vorzugsweise (durch das Gewebe) miteinander verwebt, besonders bevorzugt (durch das Gewebe) vollständig miteinander verwebt. Hierbei sind vorzugsweise nur die jeweils miteinander benachbarten (bzw. die jeweils direkt nebeneinander liegenden) dritten Gewebelagen miteinander verwebt, bevorzugt vollständig miteinander verwebt.Furthermore, the multi-layer fabric has one or more third fabric layers. As a result, the webs can each have one or more layers of fabric exhibit. For example, the multi-layer fabric can have only a third fabric layer, which is designed at least in some areas in the form of webs. Alternatively, the multi-layer fabric can also have, for example, a plurality of third fabric layers (located one on top of the other) which are designed at least in regions in the form of webs, with each of the webs then having a plurality of fabric layers. If the multi-layer fabric has several third fabric layers, these several third fabric layers are preferably woven together (through the fabric), particularly preferably completely woven together (through the fabric). In this case, preferably only the third fabric layers that are respectively adjacent to one another (or the third fabric layers that are in each case directly next to one another) are woven together, preferably completely woven together.

Erfindungsgemäß weisen die Stege (jeweils) keine Fügestelle auf. Unter einer Fügestelle kann dabei eine Stelle verstanden werden, an der zwei oder mehr Teile einer oder mehrerer Gewebelagen nicht das durch Gewebe an sich verbunden sondern (durch einen zusätzlichen Fügeprozess) zusammengefügt sind.According to the invention, the webs (each) have no joint. A joint can be understood to mean a point at which two or more parts of one or more fabric layers are not connected by fabric per se but are joined together (by an additional joining process).

Die dritte(n) Gewebelage(n) ist/sind zwischen der mindestens einen ersten Gewebelage und der mindestens einen zweiten Gewebelage angeordnet. Alternativ ist es möglich, dass die dritte(n) Gewebelagen auf den Außenseiten der mindestens einen ersten Gewebelage und der mindestens einen zweiten Gewebelage angeordnet. Außerdem ist/sind die dritte(n) Gewebelage(n) sowohl teilweise bzw. bereichsweise mit der mindestens einen ersten Gewebelage als auch teilweise bzw. bereichsweise mit der mindestens einen zweiten Gewebelage verwebt. Hierbei können ein oder mehrere Bereiche bzw. Teile der mindestens einen dritten Gewebelage mit ein oder mehreren Bereichen bzw. Teilen der mindestens einen ersten Gewebelage verwebt sein und ein oder mehrere andere Bereiche bzw. andere Teile der mindestens einen dritten Gewebelage mit ein oder mehreren Bereichen bzw. Teilen der mindestens einen zweiten Gewebelage verwebt sein. Für den Fall, dass das Mehrlagengewebe mehrere dritte Gewebelagen aufweist, ist es möglich, dass nur eine der mehreren dritten Gewebelagen teilweise bzw. bereichsweise mit der mindestens einen ersten Gewebelage verwebt ist und nur eine (andere) der mehreren dritten Gewebelagen teilweise bzw. bereichsweise mit der mindestens einen zweiten Gewebelage verwebt ist.The third fabric layer(s) is/are arranged between the at least one first fabric layer and the at least one second fabric layer. Alternatively, it is possible for the third fabric layer(s) to be arranged on the outside of the at least one first fabric layer and the at least one second fabric layer. In addition, the third fabric layer(s) is/are woven both partially or in regions with the at least one first fabric layer and also partially or in regions with the at least one second fabric layer. One or more areas or parts of the at least one third fabric layer can be woven with one or more areas or parts of the at least one first fabric layer and one or more other areas or other parts of the at least one third fabric layer can be woven with one or more areas or Be woven into parts of the at least one second fabric layer. In the event that the multi-layer fabric has several third fabric layers, it is possible that only one of the several third fabric layers partially or in areas with the at least a first fabric layer is woven and only one (another) of the plurality of third fabric layers is partially or partially woven with the at least one second fabric layer.

Für den Fall, dass das Mehrlagengewebe mehrere erste Gewebelagen aufweist, ist es möglich, dass nur eine der mehreren ersten Gewebelagen teilweise bzw. bereichsweise mit der mindestens einen dritten Gewebelage verwebt ist. Für den Fall, dass das Mehrlagengewebe mehrere zweite Gewebelagen aufweist, ist es möglich, dass nur eine der mehreren zweiten Gewebelagen teilweise bzw. bereichsweise mit der mindestens einen dritten Gewebelage verwebt ist. Beispielsweise kann das Mehrlagengewebe mehrere erste Gewebelagen, mehrere zweite Gewebelagen und mehrere dritte Gewebelagen aufweisen. In diesem Fall ist es möglich, dass nur eine der mehreren dritten Gewebelagen teilweise bzw. bereichsweise mit nur einer der mehreren ersten Gewebelagen verwebt ist und nur eine (andere) der mehreren dritten Gewebelagen teilweise bzw. bereichsweise mit nur einer der mehreren zweiten Gewebelagen verwebt ist.If the multi-layer fabric has a plurality of first fabric layers, it is possible for only one of the plurality of first fabric layers to be woven partially or in regions with the at least one third fabric layer. In the event that the multi-layer fabric has a plurality of second fabric plies, it is possible for only one of the plurality of second fabric plies to be woven partially or in regions with the at least one third fabric ply. For example, the multi-layer fabric can have a plurality of first fabric plies, a plurality of second fabric plies and a plurality of third fabric plies. In this case, it is possible that only one of the multiple third fabric layers is partially or partially woven with only one of the multiple first fabric layers and only one (other) of the multiple third fabric layers is partially or partially interwoven with only one of the multiple second fabric layers .

Die mindestens eine dritte Gewebelage ist bereichsweise bzw. teilweise in Form von Stegen ausgebildet ist, über die das erste ringförmige Element und das zweite ringförmige Element miteinander verbunden sind. Hierbei können mehrere Bereiche bzw. Teile der mindestens einen dritten Gewebelage als solche Stege ausgebildet sein. Dadurch, dass die mindestens eine dritte Gewebelage sowohl teilweise bzw. bereichsweise mit der mindestens einen ersten Gewebelage als auch teilweise bzw. bereichsweise mit der mindestens einen zweiten Gewebelage verwebt ist, besteht eine (vorzugsweise vollständig gewebte) Verbindung des ersten ringförmigen Elements und des zweiten ringförmigen Elements miteinander über die Stege, die auch dann vorhanden ist, wenn die Struktur in die dritte Dimension aufgestellt ist.The at least one third fabric layer is partially or partially in the form of webs, via which the first ring-shaped element and the second ring-shaped element are connected to one another. In this case, several areas or parts of the at least one third fabric layer can be designed as such webs. Because the at least one third fabric layer is woven both partially or in areas with the at least one first fabric layer and also partially or in areas with the at least one second fabric layer, there is a (preferably completely woven) connection between the first ring-shaped element and the second ring-shaped element Elements with each other via the webs, which is also present when the structure is set up in the third dimension.

Die mindestens eine dritte Gewebelage kann einen oder mehrere erste Bereiche aufweisen, an dem/denen sie mit der mindestens einen ersten Gewebelage verwebt ist, kann ein oder mehrere zweite Bereiche aufweisen, an dem/denen sie mit der mindestens einen zweiten Gewebelage verwebt ist, und kann mehrere dritte Bereiche aufweisen, die in Form von Stegen ausgebildet sind, über welche das erste ringförmige Element und das zweite ringförmige Element miteinander verbunden sind.The at least one third fabric layer can have one or more first areas where it is woven with the at least one first fabric layer, can have one or more second areas where it is/are woven with the at least one second fabric layer, and may have a plurality of third portions formed in the form of ridges connecting the first annular member and the second annular member to each other.

Die mindestens eine dritte Gewebelage kann in mehrere (jeweils durchgängig gewebte) Abschnitte unterteilt sein, die vorzugsweise nicht direkt zusammenhängen bzw. nicht direkt miteinander verbunden sind. Diese Abschnitte weisen vorzugsweise jeweils einen ersten Bereich auf, an dem der jeweilige Abschnitt mit der mindestens einen ersten Gewebelage verwebt (bzw. durch das Gewebe verbunden) ist, jeweils einen zweiten Bereich auf, an dem der jeweilige Abschnitt mit der mindestens einen zweiten Gewebelage verwebt (bzw. durch das Gewebe verbunden) ist, und jeweils einen (zwischen dem ersten Bereich und dem zweiten Bereich angeordneten) dritten Bereich auf, an dem der jeweilige Abschnitt in Form eines Stegs ausgebildet ist, über den das erste ringförmige Element und das zweite ringförmige Element miteinander verbunden sind. In der Folge kann der Steg (bzw. der dritte Bereich) über den ersten Bereich mit dem ersten ringförmigen Element verbunden sein und über den zweiten Bereich mit dem zweiten ringförmigen Element verbunden sein. In jedem der Abschnitte ist der jeweilige dritte Bereich durch das Gewebe mit dem jeweiligen ersten Bereich und dem jeweiligen zweiten Bereich verbunden, d.h. die Abschnitte sind jeweils durchgängig gewebt und weisen keine Fügestelle auf. Vorzugsweise sind die genannten Abschnitte, in die die mindestens eine dritte Gewebelage unterteilt ist, durch durchtrennte flottierende Fäden voneinander getrennt.The at least one third fabric layer can be subdivided into several (each continuously woven) sections which are preferably not directly connected or not directly connected to one another. These sections preferably each have a first area where the respective section is woven with the at least one first fabric layer (or connected by the fabric), and each have a second area where the respective section is woven with the at least one second fabric layer (or connected by the tissue) and each have a third area (arranged between the first area and the second area) on which the respective section is designed in the form of a web over which the first ring-shaped element and the second ring-shaped elements are connected to each other. As a result, the web (or the third region) can be connected to the first annular element via the first region and connected to the second annular element via the second region. In each of the sections, the respective third area is connected to the respective first area and the respective second area by the fabric, i.e. the sections are each woven continuously and have no joints. Preferably, the said sections into which the at least one third fabric layer is subdivided are separated from one another by severed floating threads.

Die erfindungsgemäße Armierungsstruktur zeichnet sich besonders dadurch aus, dass sie ein Mehrlagengewebe mit mehreren bereichsweise bzw. teilweise miteinander verwebten Gewebelagen umfasst und die mindestens eine dritte Gewebelage, die sich zwischen der mindestens einen ersten und der mindestens einen zweiten Gewebelage befindet, teilweise mit der mindestens einen ersten Gewebelage und mit der mindestens einen zweiten Gewebelage verwebt ist und zumindest bereichsweise in Form von Stegen ausgebildet ist, die keine Fügestelle aufweisen. Dadurch, dass die mindestens eine dritte Gewebelage teilweise mit der mindestens einen ersten Gewebelage und mit der mindestens einen zweiten Gewebelage verwebt ist, und die Stege selbst keine Fügestelle aufweisen, kann die komplette Verbindung zwischen dem ersten ringförmigen Element mit dem zweiten ringförmigen Element über die Stege ohne Fügestelle erfolgen. In der Folge kann die erfindungsgemäße Armierungsstruktur deutlich weniger Fügestellen aufweisen als im Stand der Technik bekannte mittels Differentialbauweise hergestellte Armierungsstrukturen. Beispielsweise kann die erfindungsgemäße Armierungsstruktur nur zwei Fügestellen oder gar keine Fügestelle aufweisen. Die erfindungsgemäße Armierungsstruktur kann somit als Armierungsstruktur für ein (dreidimensionales) Bauteil, wie z.B. ein Lüfterrad, dienen, wobei sie durch die Anwesenheit von deutlich weniger Fügestellen auch deutlich weniger Schwachstellen in ihrer Struktur als bisher im Stand der Technik mittels Differentialbauweise hergestellte Armierungsstrukturen aufweist. Infolge dessen kann durch die Verwendung der erfindungsgemäßen Armierungsstruktur in einem Bauteil auch eine höhere Leistungsfähigkeit und Haltbarkeit des Bauteils erreicht werden als durch die Verwendung von bisher im Stand der Technik mittels Differentialbauweise hergestellten Armierungsstrukturen.The reinforcement structure according to the invention is characterized in particular by the fact that it comprises a multi-layer fabric with a plurality of fabric layers that are woven together in some areas or partially, and the at least one third fabric layer, which is located between the at least one first and the at least one second fabric layer, partially with the at least one first fabric layer and is woven with the at least one second fabric layer and is at least partially designed in the form of webs that have no joint. Because the at least one third fabric layer is partially woven with the at least one first fabric layer and with the at least one second fabric layer, and the webs themselves are not Having a joint, the complete connection between the first ring-shaped element with the second ring-shaped element can take place via the webs without a joint. As a result, the reinforcement structure according to the invention can have significantly fewer joints than the reinforcement structures produced by means of differential construction known in the prior art. For example, the reinforcement structure according to the invention can have only two joints or no joints at all. The reinforcement structure according to the invention can thus serve as a reinforcement structure for a (three-dimensional) component such as a fan wheel, and due to the presence of significantly fewer joints it also has significantly fewer weak points in its structure than reinforcement structures produced previously in the prior art by means of differential construction. As a result, by using the reinforcement structure according to the invention in a component, a higher performance and durability of the component can also be achieved than by using reinforcement structures previously produced in the prior art by means of differential construction.

Im Weiteren ist die erfindungsgemäße Armierungsstruktur aufgrund der Tatsache, dass sie auf einem Mehrlagengewebe basiert, einfacher und zeitsparender herstellbar als bisher im Stand der Technik mittels Integralbauweise hergestellte Armierungsstrukturen. Ferner weist die erfindungsgemäße Armierungsstruktur aufgrund der Tatsache, dass sie auf einem Mehrlagengewebe basiert einen Leichtbaucharakter auf, aufgrund dessen ein damit verstärktes Bauteil in diversen Anwendungsbereichen (Energie, Wirtschaftlichkeit bei der Herstellung und im Betrieb, Ressourcen) effizienter verwendet werden kann.Furthermore, due to the fact that it is based on a multi-layer fabric, the reinforcement structure according to the invention can be produced in a simpler and more time-saving manner than reinforcement structures previously produced in the prior art by means of an integral construction. Furthermore, due to the fact that it is based on a multi-layer fabric, the reinforcement structure according to the invention has a lightweight character, which means that a component reinforced with it can be used more efficiently in various application areas (energy, economy in production and operation, resources).

Mit der erfindungsgemäßen Armierungsstruktur kann eine Reduktion der Anzahl an Fügestellen erreicht werden, was zu weniger Schwachstellen in einem durch die Armierungsstruktur verstärkten Bauteil führt. So ist (durch die Gewebestruktur) eine direkte Anbindung der Stege (z.B. Laufradschaufeln) ohne Fügestellen an das erste und zweite ringförmige Element (bzw. an die Deck- und Trägerscheibe) vorhanden, woraus eine Vermeidung von Spannungsspitzen in einem durch die Armierungsstruktur verstärkten Bauteil führt. Zudem kann eine lastgerechte Leichtbauweise erreicht werden, da ein gezielter Materialeinsatz, wo es notwendig ist, möglich ist. Es kann ferner eine Material- und Zeitersparnis erreicht werden, was auf eine starke Verringerung des Konfektionsaufwands sowie die Möglichkeit der Automatisierbarkeit einiger Prozessschritte bei der Herstellung zurückführbar ist.With the reinforcement structure according to the invention, a reduction in the number of joints can be achieved, which leads to fewer weak points in a component reinforced by the reinforcement structure. Thus (due to the fabric structure) there is a direct connection of the webs (e.g. impeller blades) without joints to the first and second ring-shaped element (or to the cover and carrier disc), which avoids stress peaks in a component reinforced by the reinforcement structure . In addition a load-bearing lightweight construction can be achieved, since a targeted use of material is possible where necessary. Furthermore, a saving of material and time can be achieved, which can be attributed to a great reduction in the manufacturing effort and the possibility of automating some process steps during manufacture.

In der Folge wird mit der erfindungsgemäßen Armierungsstruktur eine Armierungsstruktur für ein Bauteil bereitgestellt, die auf einfache und zeitsparende Weise herstellbar ist und zu einer höheren Leistungsfähigkeit und Haltbarkeit des Bauteils führt.As a result, with the reinforcement structure according to the invention, a reinforcement structure for a component is provided which can be produced in a simple and time-saving manner and leads to a higher performance and durability of the component.

Vorzugsweise sind die Stege jeweils durchgängig gewebt.Preferably, the webs are each woven continuously.

Vorzugsweise weist die erfindungsgemäße Armierungsstruktur eine drehsymmetrische und/oder rotationssymmetrische Grundform, z.B. eine radförmige Grundform, auf. Vorzugsweise handelt es sich bei der erfindungsgemäßen Armierungsstruktur um eine Armierungsstruktur für ein Bauteil mit einer drehsymmetrischen und/oder rotationssymmetrischen Grundform, z.B. mit einer radförmigen Grundform. Besonders bevorzugt weist die erfindungsgemäße Armierungsstruktur eine drehsymmetrische und/oder rotationssymmetrische Grundform, z.B. eine radförmige Grundform, auf und es handelt sich bei der erfindungsgemäßen Armierungsstruktur um eine Armierungsstruktur für ein Bauteil mit einer drehsymmetrischen und/oder rotationssymmetrischen Grundform, z.B. mit einer radförmigen Grundform. Darunter, dass die Armierungsstruktur eine drehsymmetrische und/oder rotationssymmetrische Grundform (oder radförmige Grundform) aufweist, kann verstanden werden, dass lediglich die Grundform der Armierungsstruktur drehsymmetrisch und/oder rotationssymmetrisch ist, aber die Armierungsstruktur an sich (z.B. aufgrund unregelmäßig gewebter oder abstehender Fäden, aufgrund einer unsymmetrischen Webstruktur, oder aufgrund unsymmetrisch angeordneter Fügestellen) nicht vollständig drehsymmetrisch und/oder rotationssymmetrisch ist. Darunter, dass das Bauteil eine drehsymmetrische und/oder rotationssymmetrische Grundform aufweist, kann verstanden werden, dass lediglich die Grundform des Bauteils drehsymmetrisch und/oder rotationssymmetrisch ist, aber das Bauteil an sich (z.B. aufgrund einer unsymmetrischen Struktur, oder aufgrund unsymmetrisch angeordneter Fügestellen) nicht vollständig drehsymmetrisch und/oder rotationssymmetrisch ist.The reinforcement structure according to the invention preferably has a rotationally symmetrical and/or rotationally symmetrical basic shape, for example a wheel-shaped basic shape. The reinforcement structure according to the invention is preferably a reinforcement structure for a component with a rotationally symmetrical and/or rotationally symmetrical basic shape, eg with a wheel-shaped basic shape. The reinforcement structure according to the invention particularly preferably has a rotationally symmetrical and/or rotationally symmetrical basic shape, e.g. a wheel-shaped basic shape, and the reinforcement structure according to the invention is a reinforcement structure for a component with a rotationally symmetrical and/or rotationally symmetrical basic shape, e.g. with a wheel-shaped basic shape. The fact that the reinforcing structure has a rotationally symmetrical and/or rotationally symmetrical basic shape (or wheel-shaped basic shape) can be understood to mean that only the basic shape of the reinforcing structure is rotationally symmetrical and/or rotationally symmetrical, but the reinforcing structure itself (e.g. due to irregularly woven or protruding threads, due to an asymmetrical weave structure, or due to asymmetrically arranged joints) is not completely rotationally symmetrical and/or rotationally symmetrical. The fact that the component has a rotationally symmetrical and/or rotationally symmetrical basic shape can be understood to mean that only the basic shape of the component is rotationally symmetrical and/or rotationally symmetrical, but the component itself (e.g. due to an asymmetrical structure, or due to asymmetrically arranged joints) is not completely rotationally symmetrical and/or rotationally symmetrical.

Vorzugsweise weist die erfindungsgemäße Armierungsstruktur eine radförmige Grundform auf. Vorzugsweise handelt es sich bei der erfindungsgemäßen Armierungsstruktur um eine Armierungsstruktur für ein Bauteil mit einer radförmigen Grundform. Besonders bevorzugt weist die erfindungsgemäße Armierungsstruktur eine radförmige Grundform auf und es handelt sich bei der erfindungsgemäßen Armierungsstruktur um eine Armierungsstruktur für ein Bauteil mit einer radförmigen Grundform.The reinforcement structure according to the invention preferably has a wheel-shaped basic shape. The reinforcement structure according to the invention is preferably a reinforcement structure for a component with a wheel-shaped basic shape. The reinforcement structure according to the invention particularly preferably has a wheel-shaped basic shape and the reinforcement structure according to the invention is a reinforcement structure for a component with a wheel-shaped basic shape.

Vorzugsweise ist die erfindungsgemäße Armierungsstruktur eine (im Wesentlichen) drehsymmetrische Armierungsstruktur und/oder eine Armierungsstruktur für ein (im Wesentlichen) drehsymmetrisches Bauteil. Vorzugsweise ist die erfindungsgemäße Armierungsstruktur eine radförmige Armierungsstruktur und/oder eine Armierungsstruktur für ein radförmiges drehsymmetrisches Bauteil.The reinforcement structure according to the invention is preferably a (essentially) rotationally symmetrical reinforcement structure and/or a reinforcement structure for a (essentially) rotationally symmetrical component. The reinforcement structure according to the invention is preferably a wheel-shaped reinforcement structure and/or a reinforcement structure for a wheel-shaped, rotationally symmetrical component.

Vorzugweise sind die Stege in regelmäßigen Abständen (entlang einer Laufrichtung bzw. Umfangsrichtung der Armierungsstruktur) angeordnet.The webs are preferably arranged at regular intervals (along a running direction or circumferential direction of the reinforcement structure).

Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Armierungsstruktur zeichnet sich dadurch aus, dass

  • die mindestens eine dritte Gewebelage durchtrennte flottierende Fäden aufweist, und/oder
  • die mindestens eine erste Gewebelage und die mindestens eine zweite Gewebelage
    • (jeweils) keine Fügestelle aufweisen, oder
    • (jeweils) eine Anzahl an Fügestellen aufweisen, die geringer ist als die Anzahl der Stege, bevorzugt (jeweils) maximal zwei Fügestellen aufweisen, besonders bevorzugt (jeweils) maximal eine Fügestelle aufweisen.
A preferred embodiment of the reinforcement structure according to the invention is characterized in that
  • the at least one third fabric layer has severed floating threads, and/or
  • the at least one first layer of fabric and the at least one second layer of fabric
    • (each) have no joint, or
    • (each) have a number of joints that is less than the number of webs, preferably (each) have a maximum of two joints, particularly preferably (each) have a maximum of one joint.

Vorzugweise weist die (gesamte) mindestens eine dritte Gewebelage (jeweils) keine Fügestelle auf.Preferably, the (entire) at least one third fabric layer (each) no joint.

Je weniger Fügestellen die Armierungsstruktur aufweist, desto weniger Schwachstellen bzw. potenzielle Schadstellen hat diese und desto höher ist die Leistungsfähigkeit und Haltbarkeit des mit der Armierungsstruktur verstärkten Bauteils. Erfindungsgemäß weisen die Stege keine Fügestelle auf bzw. die mindestens eine dritte Gewebelage weist im Bereich der Stege keine Fügestelle auf. Beispielsweise kann auch die gesamte mindestens eine dritte Gewebelage keine Fügestelle aufweisen. Ferner kann zum Beispiel die mindestens eine erste Gewebelage keine Fügestelle aufweisen und die mindestens eine zweite Gewebelage keine Fügestelle aufweisen. Alternativ ist es auch möglich, dass die mindestens eine erste Gewebelage und die mindestens eine zweite Gewebelage jeweils nur eine geringe Anzahl an Fügestellen aufweisen, z.B. jeweils maximal zwei Fügestellen aufweisen oder jeweils maximal eine Fügestelle aufweisen.The fewer joints the reinforcement structure has, the fewer weak points or potential damage points it has and the higher the performance and durability of the component reinforced with the reinforcement structure. According to the invention, the webs have no joints or the at least one third fabric layer has no joints in the area of the webs. For example, the entire at least one third fabric layer can also have no joints. Furthermore, for example, the at least one first fabric layer may not have a joint and the at least one second fabric layer may not have a joint. Alternatively, it is also possible that the at least one first fabric layer and the at least one second fabric layer each have only a small number of joints, e.g. each have a maximum of two joints or each have a maximum of one joint.

Ganz besonders bevorzugt weist die erfindungsgemäße Armierungsstruktur keine Fügestelle oder (maximal) zwei Fügestellen auf.Very particularly preferably, the reinforcement structure according to the invention has no joints or (at most) two joints.

Es ist bevorzugt, dass die mindestens eine dritte Gewebelage durchtrennte - vorzugsweise aufgeschnittene - flottierende Fäden (oder flottierende Fadenabschnitte) aufweist. Unter "durchtrennt" kann hierbei verstanden werden, dass die flottierenden Fäden (oder flottierenden Fadenabschnitte) jeweils an mindestens einer Stelle vollständig durchtrennt sind. Beispielsweise kann die mindestens eine dritte Gewebelage in mehrere Abschnitte unterteilt sein, die vorzugsweise nicht direkt zusammenhängen bzw. nicht direkt miteinander verbunden sind. Vorzugsweise sind hierbei die genannten Abschnitte, in die die mindestens eine dritte Gewebelage unterteilt ist, durch die durchtrennten flottierenden Fäden voneinander getrennt. Vorzugsweise handelt es sich bei den durchtrennten (bzw. aufgeschnittenen) flottierenden Fäden um Kettfäden der mindestens einen dritten Gewebelage.It is preferred that the at least one third fabric layer has severed--preferably cut open--floating threads (or floating thread sections). “Severed” can be understood here to mean that the floating threads (or floating thread sections) are each completely severed at at least one point. For example, the at least one third fabric layer can be divided into a number of sections which are preferably not directly connected or not directly connected to one another. In this case, the said sections into which the at least one third fabric layer is divided are preferably separated from one another by the severed floating threads. The severed (or cut open) floating threads are preferably warp threads of the at least one third fabric layer.

Vorzugsweise kann dadurch, dass die mindestens eine dritte Gewebelage durchtrennte - vorzugsweise aufgeschnittene - flottierende Fäden (oder flottierende Fadenabschnitte) aufweist, das Aufstellen (bzw. Aufdrehen) der Armierungsstruktur in die dritte Dimension ermöglicht werden. So ist es möglich, dass während der Herstellung der Armierungsstruktur die mindestens eine dritte Gewebelage über die flottierenden Fäden von der mindestens einen zweiten Gewebelage zur mindestens einen ersten Gewebelage zurückgeführt wird (nachdem die mindestens eine dritte Gewebelage mit der mindestens einen ersten Gewebelage verwebt, dann in Form von gewebten Stegen zur mindestens einen zweiten Gewebelage geführt, und dann mit der mindestens einen zweiten Gewebelage verwebt wurde). Für den Fall, dass sich diese flottierenden Fäden während der Herstellung auf dem Teil des Gewebes befinden, der am Ende als die Armierungsstruktur dient, kann durch das Durchtrennen, vorzugsweise Aufschneiden, der flottierenden Fäden ein Aufstellen bzw. Aufdrehen der Armierungsstruktur in die dritte Dimension ermöglicht werden. Es ist jedoch auch möglich (z.B. bei einem Gewebe mit linearem Fadenverlauf, insbesondere einem Jacquardgewebe), dass sich die genannten flottierenden Fäden der mindestens einen dritten Gewebelage bei der Herstellung auf einem Teil des Gewebes befinden, der außerhalb des Teils des Gewebes liegt, der am Ende als die Armierungsstruktur dient, d.h. die Bereiche mit den flottierenden Fäden während der Herstellung komplett weggeschnitten werden und somit in der hergestellten Armierungsstruktur nicht mehr vorhanden sind. In diesem Fall würde die mindestens eine dritte Gewebelage der Armierungsstruktur keine flottierenden Fäden und somit auch keine durchtrennten oder aufgeschnittenen flottierenden Fäden (oder flottierenden Fadenabschnitte) aufweisen. Trotzdem könnte diese Armierungsstruktur in die dritte Dimension aufgestellt (bzw. aufgedreht) werden.Preferably, the fact that the at least one third fabric layer is severed--preferably cut open--floating threads (or floating Thread sections) has, the setting up (or untwisting) of the reinforcement structure are made possible in the third dimension. It is thus possible that during the production of the reinforcement structure the at least one third fabric layer is returned via the floating threads from the at least one second fabric layer to the at least one first fabric layer (after the at least one third fabric layer has been woven with the at least one first fabric layer, then in guided in the form of woven webs to the at least one second fabric layer, and then woven with the at least one second fabric layer). In the event that these floating threads are located on the part of the fabric during production that ultimately serves as the reinforcement structure, severing, preferably cutting open, the floating threads can allow the reinforcement structure to be set up or untwisted into the third dimension become. However, it is also possible (e.g. in the case of a fabric with a linear thread course, in particular a jacquard fabric) that the said floating threads of the at least one third fabric layer are located on a part of the fabric during production that lies outside of the part of the fabric that is End serves as the reinforcement structure, ie the areas with the floating threads are completely cut away during manufacture and are therefore no longer present in the reinforcement structure produced. In this case, the at least one third fabric layer of the reinforcement structure would have no floating threads and therefore no floating threads that were severed or cut open (or floating thread sections). Nevertheless, this reinforcement structure could be set up (or turned up) in the third dimension.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Armierungsstruktur ist dadurch gekennzeichnet, dass das Mehrlagengewebe Fasern umfasst oder daraus besteht, die vorzugsweise ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Glasfasern; Kohlenstofffasern; Basaltfasern; Keramikfasern, bevorzugt Al2O3-Fasern, Mullitfasern, SiC-Fasern; Metallfasern; Polymerfasern, bevorzugt, Polyamidfasern, z.B. Aramidfasern, Polyethylenterephthalatfasern, Polypropylenfasern, Polyethylenfasern, Polyacrylnitrilfasern, Polyetheretherketonfasern; und Mischungen hiervon. Polymerfasern lassen sich aufgrund ihrer mechanischen Eigenschaften (Sprödigkeit, Festigkeit, etc.) besonders leicht verarbeiten.A further preferred embodiment of the reinforcement structure according to the invention is characterized in that the multi-layer fabric comprises or consists of fibers which are preferably selected from the group consisting of glass fibers; carbon fibers; basalt fibers; Ceramic fibers, preferably Al 2 O 3 fibers, mullite fibers, SiC fibers; metal fibers; Polymer fibres, preferably polyamide fibres, for example aramid fibres, polyethylene terephthalate fibres, polypropylene fibres, polyethylene fibres, polyacrylonitrile fibres, polyether ether ketone fibres; and mixtures thereof. Polymer fibers can be particularly easy to process due to their mechanical properties (brittleness, strength, etc.).

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Armierungsstruktur zeichnet sich dadurch aus, dass die Stege

  • streifenförmig oder schaufelförmig sind, und/oder
  • gerade oder gekrümmt verlaufen, und/oder
  • in einer Laufrichtung (bzw. Umfangsrichtung) der ersten und zweiten Gewebelage geneigt sind,
  • mindestens vier Stege, bevorzugt mindestens acht Stege, umfassen.
A further preferred embodiment of the reinforcement structure according to the invention is characterized in that the webs
  • are strip-shaped or shovel-shaped, and/or
  • straight or curved, and/or
  • are inclined in a running direction (or circumferential direction) of the first and second fabric layer,
  • at least four webs, preferably at least eight webs.

Bindungstechnisch ist es möglich, rückwärts gekrümmte, gerade und rückwärts geneigte gerade Stege (z.B. Laufradschaufeln) im Gewebe auszuprägen. Bei Bauteilen (z.B. Lüfterrädern) mit vorwärtsgekrümmten Stegen (z.B. Laufrädern) ist oftmals eine deutlich höhere Stegdichte (z.B. Schaufeldichte) notwendig. Das bedeutet, dass die Anzahl der Lagen sehr viel höher sein sollte. Eine Webmaschine sollte daher genau darauf abgestimmt werden, um eine ausreichende Kettfadendichte in den einzelnen Lagen gewährleisten zu können. Vorzugsweise ist die Länge der Stege (z.B. Schaufellänge) an allen Stellen (am Innen- oder Außendurchmesser) gleich. Der konische Abzug ist dafür verantwortlich, dass die Abbindung der Stege (z.B. Schaufeln) an das erste ringförmige Element (z.B. Trägerscheibe) eine stärkere Ausprägung aufweist als die Abbindung der Stege (z.B. Schaufeln) an das zweite ringförmige Element (z.B. Deckscheibe) oder umgekehrt. Die Auslegung der Abbindungsbereiche wird dabei so gestaltet, dass die Steglänge (z.B. Schaufellänge) über die gesamte Breite konstant ist. Bei geraden, rückwärts geneigten geraden und bei rückwärtsgekrümmten Stegen (z.B. Schaufeln) werden bei Verwendung einer Schützenwebmaschine, mit welcher die Armierungsstruktur beispielsweise hergestellt werden kann, mindestens drei Webschützen benötigt. Bei Erhöhung der Anzahl der Stege (z.B. Schaufelanzahl) und gleichzeitiger Verringerung des Abstands der Stege (z.B. Schaufelabstands), sind weitere Webschützen nötig. Für vorwärtsgekrümmte Stege (z.B. Schaufeln) kommen mindestens vier Webschützen zum Einsatz, da hier bei der An- und Abbindung von zwei Seiten gearbeitet werden muss. Die Anzahl der möglichen Stege (z.B. Laufradschaufeln) ist abhängig von der Webmaschine (Fadendichte). Die Festigkeit und Stabilität der einzelnen Lagen hängt von der Kettfadendichte und der Gewebebindung ab, z.B. erhöhen Angle Interlock- oder Orthogonalbindungen die Stabilität. Für die Bildung eines Laufrades sind mindestens sechs Schäfte, bei einer Schaftwebmaschine notwendig. Eine Jaquardwebmaschine ist zu bevorzugen, da die Profilierung der Schaufeln präziser ausgearbeitet werden kann. Die Größe des Laufrads ist abhängig von der Geometrie des konischen Warenabzugs. Die Anzahl der Schaufeln könnte auf einer Webmaschine noch erhöht werden.In terms of binding, it is possible to create backward-curved, straight and backward-sloping straight webs (e.g. impeller blades) in the fabric. In the case of components (eg fan wheels) with forward-curved webs (eg impellers), a significantly higher web density (eg blade density) is often necessary. This means that the number of layers should be much higher. A weaving machine should therefore be precisely matched to this in order to be able to guarantee sufficient warp thread density in the individual layers. The length of the webs (eg blade length) is preferably the same at all points (on the inside or outside diameter). The conical trigger is responsible for the fact that the binding of the webs (e.g. blades) to the first ring-shaped element (e.g. carrier disk) is more pronounced than the binding of the webs (e.g. blades) to the second ring-shaped element (e.g. cover disk) or vice versa. The design of the connection areas is designed in such a way that the web length (e.g. blade length) is constant over the entire width. In the case of straight webs, straight webs inclined backwards, and webs curved backwards (eg blades), at least three shuttles are required when using a shuttle weaving machine with which the reinforcement structure can be produced, for example. If the number of webs (e.g. number of blades) is increased and at the same time the distance between the webs (e.g. blade spacing) is reduced, additional shuttles are required. At least four shuttles are used for forward-curved webs (e.g. blades), since two shuttles are used here when connecting and tying off pages must be worked. The number of possible webs (e.g. impeller blades) depends on the weaving machine (thread count). The strength and stability of the individual layers depends on the warp thread density and the fabric weave, e.g. angle interlock or orthogonal weaves increase stability. At least six shafts are necessary for the formation of an impeller in a dobby weaving machine. A jacquard weaving machine is preferable because the profiling of the blades can be worked out more precisely. The size of the impeller depends on the geometry of the conical goods take-off. The number of scoops could be increased on a weaving machine.

Weiterhin ist es bevorzugt, dass die Stege eine Breite aufweisen, die mindestens genauso groß ist wie die Breite der mindestens einen ersten Gewebelage und/oder der mindestens einen zweiten Gewebelage. Insbesondere wenn der Steg gekrümmt vorliegt, kann die Breite des Stegs breiter als die Breite der mindestens einen ersten Gewebelage und/oder der mindestens einen zweiten Gewebelage. Der Steg soll nicht überstehen am inneren und am äußeren Rand der mindestens einen ersten Gewebelage und/oder der mindestens einen zweiten Gewebelage, aber durch die Krümmung des Stegs kann er dennoch breiter sein als die mindestens eine erste Gewebelage und/oder die mindestens eine zweite Gewebelage. Das gleiche gilt, wenn die Stege nicht gekrümmt sondern geneigt verlaufen.Furthermore, it is preferred that the webs have a width that is at least as large as the width of the at least one first fabric layer and/or the at least one second fabric layer. In particular when the web is curved, the width of the web can be wider than the width of the at least one first fabric layer and/or the at least one second fabric layer. The web should not protrude on the inner and outer edge of the at least one first fabric layer and/or the at least one second fabric layer, but due to the curvature of the web it can still be wider than the at least one first fabric layer and/or the at least one second fabric layer . The same applies if the webs are not curved but inclined.

Vorzugsweise handelt es sich bei dem Mehrlagengewebe um ein Radialgewebe oder um ein Gewebe mit linearem Fadenverlauf (z.B. ein Jacquardgewebe). Unter einem Gewebe mit linearem Fadenverlauf kann ein Gewebe verstanden werden, bei dem die Kettfäden in 0°-Richtung ausgerichtet sind. Die Schussfäden können hierbei 90°-Richtung ausgerichtet sein. Im Gegensatz hierzu weist ein Radialgewebe einen radialen Fadenverlauf auf, was bedeutet, dass die Kettfäden nicht in 0°-Richtung ausgerichtet sind. In einem Gewebe mit linearem Fadenverlauf verlaufen die Kettfäden somit linear bzw. gerade und nicht gebogen oder radial.Preferably, the multi-layer fabric is a radial weave or a linear weave (e.g., a jacquard) weave. A woven fabric with a linear thread course can be understood to mean a woven fabric in which the warp threads are aligned in the 0° direction. The weft threads can be aligned in a 90° direction. In contrast to this, a radial fabric has a radial thread course, which means that the warp threads are not aligned in the 0° direction. In a fabric with a linear thread course, the warp threads therefore run linearly or straight and not bent or radially.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Armierungsstruktur ist das Mehrlagengewebe ein Radialgewebe, wobei die mindestens eine erste Gewebelage mindestens eine Fügestelle, bevorzugt ein oder zwei Fügestellen, besonders bevorzugt (genau) eine Fügestelle, aufweist, über die ein Ende der mindestens einen ersten Gewebelage mit einem weiteren Ende der mindestens einen ersten Gewebelage verbunden ist, und die mindestens eine zweite Gewebelage mindestens eine Fügestelle, bevorzugt ein oder zwei Fügestellen, besonders bevorzugt (genau) eine Fügestelle, aufweist, über die ein Ende der mindestens einen zweiten Gewebelage mit einem weiteren Ende der mindestens einen zweiten Gewebelage verbunden ist. Beispielsweise kann die mindestens eine erste Gewebelage maximal acht, vorzugsweise maximal vier Fügestellen, aufweisen und/oder die mindestens eine zweite Gewebelage maximal acht, vorzugsweise maximal vier Fügestellen, aufweisen.According to a further preferred embodiment of the reinforcement structure according to the invention, the multi-layer fabric is a radial fabric, wherein the at least one first fabric layer has at least one joint, preferably one or two joints, particularly preferably (precisely) one joint, via which one end of the at least one first fabric layer is connected to a further end of the at least one first fabric layer, and the at least one second Fabric layer has at least one joint, preferably one or two joints, particularly preferably (precisely) one joint, via which one end of the at least one second fabric layer is connected to a further end of the at least one second fabric layer. For example, the at least one first fabric layer can have a maximum of eight, preferably a maximum of four, joints and/or the at least one second fabric layer can have a maximum of eight, preferably a maximum of four, joints.

Durch die Ausführung der Armierungsstruktur als Radialgewebe können hohe Kosten bzw. hoher Energie- und Materialaufwand bei der Herstellung vermieden werden. Zudem wird auch das Auftreten potentieller Schwachstellen verursacht durch Fügen minimiert. Die Anzahl der Fügestellen kann vorzugsweise auf insgesamt zwei (eine Fügestelle in der mindestens einen ersten Gewebelage und eine Fügestelle in der mindestens einen zweiten Gewebelage) reduziert werden. Die (vorzugsweise rotationssymmetrische) Gewebestruktur enthält dabei Stege, die als Laufradschaufeln fungieren können. Die Stege sind (durch die Gewebestruktur) fest in die Deck- und Trägerscheibe eingearbeitet. Bindungstechnisch kann die Festigkeit der Anbindung der Stege (z.B. Schaufeln) eingestellt werden. Es entfällt ein anschließender Fügeprozess der Stege (z.B. Laufradschaufeln). Da es sich um ein Radialgewebe handelt, liegen die Fasern zudem in Lastrichtung vor. Dies bringt weitere Vorteile hinsichtlich der erreichbaren Leistungsfähigkeit.By designing the reinforcement structure as a radial fabric, high costs or high expenditure of energy and materials during production can be avoided. In addition, the occurrence of potential weak points caused by joining is minimized. The number of joints can preferably be reduced to a total of two (one joint in the at least one first fabric layer and one joint in the at least one second fabric layer). The (preferably rotationally symmetrical) fabric structure contains webs that can act as impeller blades. The webs are (due to the fabric structure) firmly incorporated into the cover and carrier disk. In terms of binding technology, the strength of the connection of the webs (e.g. blades) can be adjusted. There is no subsequent joining process for the webs (e.g. impeller blades). Since it is a radial fabric, the fibers are also in the direction of the load. This brings further advantages in terms of the achievable performance.

Vorzugsweise ist das Mehrlagengewebe ein Radialgewebe, welches einen oder mehrere radial gewebte Abschnitte umfasst, die jeweils einen Abschnitt der mindestens einen ersten Gewebelage, einen Abschnitt der mindestens einen zweiten Gewebelage und einen Abschnitt der mindestens einen dritten Gewebelage umfassen, wobei jeder Abschnitt der mindestens einen ersten Gewebelage und jeder Abschnitt der mindestens einen zweiten Gewebelage ein erstes Ende und ein zweites Ende aufweist, wobei die mindestens eine erste Gewebelage eine oder mehrere Fügestellen aufweist, über die jeweils zwei der Enden der Abschnitte der mindestens einen ersten Gewebelage miteinander verbunden sind, und wobei die mindestens eine zweite Gewebelage eine oder mehrere Fügestellen aufweist, über die jeweils zwei der Enden der Abschnitte der mindestens einen zweiten Gewebelage miteinander verbunden sind.Preferably, the multi-layer fabric is a radial fabric comprising one or more radially woven sections, each comprising a section of the at least one first fabric layer, a section of the at least one second fabric layer and a section of the at least one third fabric layer, each section of the at least one first Fabric layer and each portion of the at least one second fabric layer has a first end and a second end, wherein the at least one first fabric layer has one or more joints via which two of the ends of the sections of the at least one first fabric layer are connected to one another, and wherein the at least one second fabric layer has one or more joints via which two of the ends of the sections of the at least one second Fabric layer are connected to each other.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Armierungsstruktur ist dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der mindestens einen Fügestelle der mindestens einen ersten Gewebelage und/oder bei der mindestens einen Fügestelle der mindestens einen zweiten Gewebelage um eine gewebte Fügestelle, um ein textiles Scharnier, um einen Anker-Riemenverbinder, um eine stoffschlüssige Verbindung, vorzugsweise durch Schweißen oder Kleben, um eine formschlüssige Verbindung, vorzugsweise durch Nieten oder Nähen, oder um eine stoff- und formschlüssige Verbindung, vorzugsweise durch eine Kombination von Kleben und Nieten, handelt.Another preferred embodiment of the reinforcement structure according to the invention is characterized in that the at least one joint of the at least one first fabric layer and/or the at least one joint of the at least one second fabric layer is a woven joint, a textile hinge, an anchor belt connector, a material connection, preferably by welding or gluing, a form-fitting connection, preferably by riveting or sewing, or a material and form-fitting connection, preferably by a combination of gluing and riveting.

Die offenen Gewebeenden (bzw. die Enden der mindestens einen ersten Gewebelage und die Enden der mindestens einen zweiten Gewebelage) können auf unterschiedliche Art und Weise miteinander verbunden sein. Bevorzugte Ausführungen sind:The open fabric ends (or the ends of the at least one first fabric layer and the ends of the at least one second fabric layer) can be connected to one another in different ways. Preferred versions are:

Gewebte Fügestellen:Woven joints:

  • Beispielsweise können die Enden (bzw. die Fäden der Enden) zusammengewebt sein: Enden der beiden Gewebe sind zusammengelegt und miteinander verwebt. Dabei sind die ehemaligen Kettfäden nun Schussfäden. Es sind "neue" Kettfäden senkrecht zu den "alten" eingefügt.For example, the ends (or the threads of the ends) can be woven together: ends of the two fabrics are placed together and woven together. The former warp threads are now weft threads. "New" warp threads are inserted perpendicular to the "old" ones.
  • Beispielsweise können Halbkreise gewebt und die Enden (bzw. die Fäden der Enden) direkt zusammengewebt sein: Die Armierungsstruktur (z.B. das Lüfterrad) ist halbiert gewebt. Die Lagenanzahl ist verdoppelt.For example, semicircles can be woven and the ends (or the threads of the ends) can be woven together directly: The reinforcement structure (e.g. the fan wheel) is woven in half. The number of layers is doubled.
Textiles Scharnier:Textile hinge:

Hierbei kann jeweils mindestens eine gewebte Tasche in die mindestens eine erste Gewebelage und die mindestens eine zweite Gewebelage als Abschluss eingewebt sein, durch die ein Stift geschoben ist.At least one woven pocket can be inserted into the at least one first fabric layer and the at least one second fabric layer as a conclusion be woven through which a pin is pushed.

Anker-RiemenverbinderAnchor strap connector

Hierbei können Riemen in die Gewebeenden (d.h. in die Enden der mindestens einen ersten Gewebelage und in die Enden der mindestens einen zweiten Gewebelage) eingebracht sein. Die jeweiligen beiden Enden können mit den Riemen zusammengesetzt sein (wie ein Reißverschluss). Hierfür kann in der Mitte kann ein Stab durch die Riemen geschoben sein, um die jeweiligen beiden Enden bzw. Riemen zu verbinden.In this case, straps can be introduced into the fabric ends (i.e. into the ends of the at least one first fabric layer and into the ends of the at least one second fabric layer). The respective two ends may be assembled (like a zipper) with the straps. For this purpose, a rod can be pushed through the straps in the middle in order to connect the respective two ends or straps.

Stoffschlüssige VerbindungMaterial connection

Beispielsweise kann eine stoffschlüssige Verbindung durch Kleben und/oder Schweißen vorhanden sein.For example, there can be a material connection by gluing and/or welding.

Formschlüssige VerbindungPositive-locking connection

Beispielsweise kann eine formschlüssige Verbindung durch Nieten und/oder Nähen vorhanden sein. Zum Nähen kann eine Nähtechnik verwendet worden sein, beispielsweise: Lagen überlappen und zusammennähen, oder Lagen an den Enden teilen, Einzellagen ineinanderschieben und zusammennähen.For example, there can be a positive connection by riveting and/or sewing. A sewing technique may have been used for sewing, for example: overlapping layers and sewing them together, or dividing layers at the ends, nesting individual layers and sewing them together.

Stoff- und formschlüssige VerbindungMaterial and form-fitting connection

Beispielsweise kann eine stoff- und formschlüssige Verbindung durch eine Kombination von Kleben und Nieten vorhanden sein.For example, there can be a material and form-fitting connection through a combination of gluing and riveting.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Armierungsstruktur zeichnet sich dadurch aus, dass das Mehrlagengewebe ein Gewebe mit linearer Fadenführung, vorzugsweise ein Jacquardgewebe, ist, welches keine Fügestelle aufweist. Unter einem Gewebe mit linearem Fadenverlauf kann ein Gewebe verstanden werden, bei dem die Kettfäden in 0°-Richtung ausgerichtet sind. Die Schussfäden können hierbei 90°-Richtung ausgerichtet sein. Im Gegensatz hierzu weist ein Radialgewebe einen radialen Fadenverlauf auf, was bedeutet, dass die Kettfäden nicht in 0°-Richtung ausgerichtet sind. In einem Gewebe mit linearem Fadenverlauf verlaufen die Kettfäden somit linear bzw. gerade und nicht gebogen oder radial.A further preferred embodiment of the reinforcement structure according to the invention is characterized in that the multi-layer fabric is a fabric with a linear thread guide, preferably a Jacquard fabric, which has no joints. A woven fabric with a linear thread course can be understood to mean a woven fabric in which the warp threads are aligned in the 0° direction. The weft threads can be aligned in a 90° direction. In contrast to this, a radial fabric has a radial thread course, which means that the warp threads are not aligned in the 0° direction. In a fabric with a linear thread course, the warp threads therefore run linearly or straight and not bent or radially.

Das Gewebe mit linearer Fadenführung kann beispielsweise durch Verwendung einer Webmaschine (ohne konischen Abzug - Faserausrichtung in 0° und 90°-Richtung), vorzugsweise einer Jacquardwebmaschine, hergestellt sein. Das Mehrlagengewebe ist dabei mindestens dreilagig. Die Mittellage kann immer wieder mit der oberen und unteren Lage verbunden sein, wodurch Stege (z.B. Schaufeln) ausgebildet sind. Die Stege können direkt im Webprozess gebildet sein und sind daher nicht gefügt. Dadurch, dass das Mehrlagengewebe ein Gewebe mit linearer Fadenführung ist, ist es besonders kostengünstig herstellbar, da je nach Maschinengröße und Rapportanzahl mehrere Bauteile gleichzeitig hergestellt werden können. Zudem ist keine durch Fügen verursachte Schwachstelle vorhanden, da das Gewebe mit linearer Fadenführung keine Fügestelle aufweist.The woven fabric with linear thread guidance can be produced, for example, by using a weaving machine (without a conical take-off—fiber orientation in the 0° and 90° direction), preferably a jacquard weaving machine. The multi-layer fabric is at least three layers. The middle layer can be connected again and again to the upper and lower layer, whereby webs (e.g. blades) are formed. The webs can be formed directly in the weaving process and are therefore not joined. Due to the fact that the multi-layer fabric is a fabric with a linear thread guide, it can be produced particularly cost-effectively since, depending on the machine size and the number of repeats, several components can be produced at the same time. In addition, there are no weak points caused by joining, since the fabric with linear thread guidance has no joining point.

Die vorliegende Erfindung betrifft zudem ein Bauteil (bzw. Faserverbundbauteil) umfassend eine erfindungsgemäße Armierungsstruktur sowie eine Matrix, in welche die Armierungsstruktur eingebettet ist.The present invention also relates to a component (or fiber composite component) comprising a reinforcement structure according to the invention and a matrix in which the reinforcement structure is embedded.

Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Bauteils zeichnet sich dadurch aus, dass die Matrix ein Material enthält oder aus diesem besteht, welches ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Metallen, Keramiken, Polymeren (z.B. Epoxidharz), und Mischungen hiervon.A preferred embodiment of the component according to the invention is characterized in that the matrix contains or consists of a material which is selected from the group consisting of metals, ceramics, polymers (e.g. epoxy resin) and mixtures thereof.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Bauteils handelt es sich bei dem Bauteil um ein Rad, vorzugsweise um ein Lüfterrad.According to a further preferred embodiment of the component according to the invention, the component is a wheel, preferably a fan wheel.

Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Armierungsstruktur, bei welchem

  1. a) ein planes Mehrlagengewebe mit mindestens einer ersten Gewebelage, mindestens einer zweiten Gewebelage und mindestens einer zwischen der mindestens einen ersten Gewebelage und der mindestens einen zweiten Gewebelage angeordneten dritten Gewebelage gewebt wird, wobei die mindestens eine dritte Gewebelage teilweise (bzw. bereichsweise) mit der mindestens einen ersten Gewebelage und mit der mindestens einen zweiten Gewebelage verwebt wird und zumindest bereichsweise (bzw. teilweise) in Form von Stegen gewebt wird, über die die mindestens eine erste Gewebelage und die mindestens eine zweite Gewebelage miteinander verbunden werden, und
  2. b) die mindestens eine erste Gewebelage als ein erstes ringförmiges Element (1) ausgebildet wird und die mindestens eine zweite Gewebelage als ein zweites ringförmiges Element (2) ausgebildet wird.
The present invention further relates to a method for producing a reinforcement structure according to the invention, in which
  1. a) a flat multi-layer fabric is woven with at least one first fabric layer, at least one second fabric layer and at least one third fabric layer arranged between the at least one first fabric layer and the at least one second fabric layer, the at least one third fabric layer being partially (or in some areas) connected to the at least one first fabric layer and is woven with the at least one second fabric layer and is woven at least in regions (or partially) in the form of webs, via which the at least one first fabric layer and the at least one second fabric layer are connected to one another, and
  2. b) the at least one first fabric layer is designed as a first ring-shaped element (1) and the at least one second fabric layer is designed as a second ring-shaped element (2).

In Schritt a) kann vorzugweise die mindestens eine dritte Gewebelage so gewebt werden, dass sie mehrere Abschnitte aufweist, wobei die mindestens eine dritte Gewebelage in jedem der Abschnitte zunächst für einen Teil des Abschnitts mit der mindestens einen ersten Gewebelage verwebt wird, danach für einen weiteren Teil des Abschnitts in Form eines Stegs weitergewebt und dabei zur mindestens einen zweiten Gewebelage geführt wird und danach für einen weiteren Teil des Abschnitts mit der mindestens einen zweiten Gewebelage verwebt wird, wobei vorzugsweise die mindestens eine dritte Gewebelage danach (in jedem der Abschnitte) für einen weiteren Teil des Abschnitts in Form flottierender Fäden zur mindestens einen ersten Gewebelage zurückgeführt wird, wo dann der nächste der mehreren Abschnitte beginnt.In step a), the at least one third fabric layer can preferably be woven in such a way that it has a plurality of sections, the at least one third fabric layer in each of the sections first being woven with the at least one first fabric layer for a part of the section, and then for a further one Part of the section is further woven in the form of a web and is thereby guided to the at least one second fabric layer and then for a further part of the section is woven with the at least one second fabric layer, with preferably the at least one third fabric layer then (in each of the sections) for one further part of the section is returned in the form of floating threads to the at least one first fabric layer, where the next of the plurality of sections then begins.

Vorzugsweise werden die Stege jeweils durchgängig gewebt.Preferably, the webs are each woven continuously.

Eine bevorzugte Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass

  • (mehrere) flottierende Fäden (oder flottierende Fadenabschnitte) der mindestens einen dritten Gewebelage durchtrennt - vorzugsweise aufgeschnitten -werden, wobei dies vorzugsweise zwischen Schritt a) und b), während Schritt b) und/oder nach Schritt b) erfolgt, und/oder
  • das plane Mehrlagengewebe in eine dreidimensionale Struktur aufgestellt (oder aufgedreht) wird, wobei dies vorzugsweise zwischen Schritt a) und b), während Schritt b) und/oder nach Schritt b) erfolgt.
A preferred variant of the method according to the invention is characterized in that
  • (several) floating threads (or floating thread sections) of the at least one third fabric layer are severed--preferably cut open--this preferably taking place between step a) and b), during step b) and/or after step b), and/or
  • the planar multi-layer fabric is set up (or untwisted) into a three-dimensional structure, this preferably taking place between steps a) and b), during step b) and/or after step b).

Besonders bevorzugt ist, dass zunächst (mehrere) flottierende Fäden (oder flottierende Fadenabschnitte) der mindestens einen dritten Gewebelage durchtrennt - vorzugsweise aufgeschnitten - werden und danach das plane Mehrlagengewebe in eine dreidimensionale Struktur aufgestellt (oder aufgedreht) wird, wobei dies (d.h. das Durchtrennen und das Aufstellen) vorzugsweise zwischen Schritt a) und b), während Schritt b) und/oder nach Schritt b) erfolgt.It is particularly preferred that initially (several) floating threads (or floating thread sections) of the at least one third fabric layer are severed - preferably cut open - and then the planar multi-layer fabric is erected (or untwisted) into a three-dimensional structure, this (i.e. the severing and erecting) preferably between steps a) and b), while Step b) and/or after step b).

Vorzugsweise kann dadurch, dass (mehrere) flottierende Fäden (oder flottierende Fadenabschnitte) der mindestens einen dritten Gewebelage durchtrennt - vorzugsweise aufgeschnitten - werden, das Aufstellen (bzw. Aufdrehen) der Armierungsstruktur in die dritte Dimension ermöglicht werden. So ist es möglich, dass während der Herstellung der Armierungsstruktur die mindestens eine dritte Gewebelage über die flottierenden Fäden von der mindestens einen zweiten Gewebelage zur mindestens einen ersten Gewebelage zurückgeführt wird (nachdem die mindestens eine dritte Gewebelage mit der mindestens einen ersten Gewebelage verwebt, dann in Form von gewebten Stegen zur mindestens einen zweiten Gewebelage geführt, und dann mit der mindestens einen zweiten Gewebelage verwebt wurde). Für den Fall, dass sich diese flottierenden Fäden während der Herstellung auf dem Teil des Gewebes befinden, der am Ende als die Armierungsstruktur dient, kann durch das Durchtrennen, vorzugsweise Aufschneiden, der flottierenden Fäden ein Aufstellen bzw. Aufdrehen der Armierungsstruktur in die dritte Dimension ermöglicht werden. Es ist jedoch auch möglich (z.B. bei einem Gewebe mit linearer Fadenführung, insbesondere einem Jacquardgewebe), dass sich die genannten flottierenden Fäden der mindestens einen dritten Gewebelage bei der Herstellung auf einem Teil des Gewebes befinden, der außerhalb des Teils des Gewebes liegt, der am Ende als die Armierungsstruktur dient, d.h. die Bereiche mit den flottierenden Fäden während der Herstellung komplett weggeschnitten werden und somit in der hergestellten Armierungsstruktur nicht mehr vorhanden sind. In diesem Fall würde die nach einem solchen Wegschneiden erhaltene mindestens eine dritte Gewebelage der hergestellten Armierungsstruktur keine flottierenden Fäden mehr aufweisen und es würden somit im Verfahren auch keine flottierenden Fäden durchtrennt werden. Trotzdem kann diese Armierungsstruktur in die dritte Dimension aufgestellt (bzw. aufgedreht) werden.Preferably, the fact that (several) floating threads (or floating thread sections) of the at least one third fabric layer are severed--preferably cut open--can enable the reinforcement structure to be set up (or untwisted) into the third dimension. It is thus possible that during the production of the reinforcement structure the at least one third fabric layer is returned via the floating threads from the at least one second fabric layer to the at least one first fabric layer (after the at least one third fabric layer has been woven with the at least one first fabric layer, then in guided in the form of woven webs to the at least one second fabric layer, and then woven with the at least one second fabric layer). In the event that these floating threads are located on the part of the fabric during production that ultimately serves as the reinforcement structure, severing, preferably cutting open, the floating threads can allow the reinforcement structure to be set up or untwisted into the third dimension become. However, it is also possible (e.g. in the case of a fabric with linear thread guidance, in particular a jacquard fabric) that the said floating threads of the at least one third fabric layer are located during production on a part of the fabric that lies outside of the part of the fabric that is End serves as the reinforcement structure, ie the areas with the floating threads are completely cut away during manufacture and are therefore no longer present in the reinforcement structure produced. In this case, the at least one third fabric layer of the manufactured reinforcement structure obtained after such cutting away would no longer have any floating threads and therefore no floating threads would be severed in the process either. Nevertheless, this reinforcement structure can be set up (or rotated) into the third dimension.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das plane Mehrlagengewebe aus Fasern gewebt, die vorzugsweise ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Glasfasern; Kohlenstofffasern; Basaltfasern; Keramikfasern, bevorzugt Al2O3-Fasern, Mullitfasern, SiC-Fasern; Metallfasern; Polymerfasern, bevorzugt, Polyamidfasern, z.B. Aramidfasern, Polyethylenterephthalatfasern, Polypropylenfasern, Polyethylenfasern, Polyacrylnitrilfasern, Polyetheretherketonfasern; und Mischungen hiervon.According to a further preferred variant of the method according to the invention, the planar multi-layer fabric is woven from fibers which are preferably selected from the group consisting of glass fibers; carbon fibers; basalt fibers; Ceramic fibers, preferably Al 2 O 3 fibers, mullite fibers, SiC fibers; metal fibers; Polymer fibres, preferably polyamide fibres, for example aramid fibres, polyethylene terephthalate fibres, polypropylene fibres, polyethylene fibres, polyacrylonitrile fibres, polyether ether ketone fibres; and mixtures thereof.

Vorzugsweise handelt es sich bei dem in Schritt a) gewebten planen Mehrlagengewebe um ein Radialgewebe oder um ein Gewebe mit linearer Fadenführung, z.B. ein Jacquardgewebe.The planar multi-layer fabric woven in step a) is preferably a radial fabric or a fabric with a linear yarn guide, e.g. a Jacquard fabric.

Eine weitere bevorzugte Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass

  • in Schritt a) ein planes mehrlagiges Radialgewebe mit mindestens einer ersten Gewebelage, mindestens einer zweiten Gewebelage und mindestens einer zwischen der mindestens einen ersten Gewebelage und der mindestens einen zweiten Gewebelage angeordneten dritten Gewebelage gewebt wird, wobei die mindestens eine dritte Gewebelage teilweise (bzw. bereichsweise) mit der mindestens einen ersten Gewebelage und mit der mindestens einen zweiten Gewebelage verwebt wird und zumindest bereichsweise (bzw. teilweise) in Form von Stegen gewebt wird, über die die mindestens eine erste Gewebelage und die mindestens eine zweite Gewebelage miteinander verbunden werden, und
  • in Schritt b) ein Ende der mindestens einen ersten Gewebelage mit einem weiteren Ende der mindestens einen ersten Gewebelage durch einen Fügeprozess verbunden wird und dabei die mindestens eine erste Gewebelage als das erste ringförmige Element ausgebildet wird und ein Ende der mindestens einen zweiten Gewebelage mit einem weiteren Ende der mindestens einen zweiten Gewebelage durch einen Fügeprozess verbunden wird und dabei die mindestens eine zweite Gewebelage als das zweite ringförmige Element ausgebildet wird.
A further preferred variant of the method according to the invention is characterized in that
  • in step a), a planar multi-layer radial fabric is woven with at least one first fabric layer, at least one second fabric layer and at least one third fabric layer arranged between the at least one first fabric layer and the at least one second fabric layer, the at least one third fabric layer being partially (or in some areas ) is woven with the at least one first fabric layer and with the at least one second fabric layer and is woven at least in certain areas (or partially) in the form of webs, via which the at least one first fabric layer and the at least one second fabric layer are connected to one another, and
  • in step b) one end of the at least one first fabric layer is connected to a further end of the at least one first fabric layer by a joining process and the at least one first fabric layer is formed as the first ring-shaped element and one end of the at least one second fabric layer is formed to a further one End of the at least one second fabric layer is connected by a joining process and the at least one second fabric layer is formed as the second annular element.

Durch die Ausführung der Armierungsstruktur als Radialgewebe können hohe Kosten bzw. hoher Energie- und Materialaufwand bei der Herstellung vermieden werden. Zudem wird auch das Auftreten potentieller Schwachstellen verursacht durch Fügen minimiert. Die (vorzugsweise rotationssymmetrische) Gewebestruktur enthält dabei Stege, die als Laufradschaufeln fungieren können. Die Stege sind (durch die Gewebestruktur) fest in die Deck- und Trägerscheibe eingearbeitet. Bindungstechnisch kann die Festigkeit der Anbindung der Stege (z.B. Schaufeln) eingestellt werden. Es entfällt ein anschließender Fügeprozess der Stege (z.B. Laufradschaufeln). Vorzugsweise können bei der Herstellung (bevorzugt bei jedem Steg) flottierende Fäden durchtrennt (vorzugsweise aufgeschnitten) werden, um die Armierungsstruktur (z.B. das Laufrad) aufstellen zu können. Das Gewebe kann endlos hergestellt und anschließend in der entsprechenden Länge abgeschnitten werden. Die Gewebeenden müssen in der mindestens einen ersten Gewebelage und der mindestens einen zweiten Gewebelage gefügt werden. Die Anzahl der Fügestellen kann vorzugsweise auf insgesamt zwei (eine Fügestelle in der mindestens einen ersten Gewebelage und eine Fügestelle in der in der mindestens einen zweiten Gewebelage) reduziert werden. Da es sich um ein Radialgewebe handelt, liegen die Fasern zudem in Lastrichtung vor. Dies bringt weitere Vorteile hinsichtlich der erreichbaren Leistungsfähigkeit. Es besteht außerdem die Möglichkeit eine Trägerscheibe direkt mit zu weben. Dazu muss der Abzug so konzipiert werden, dass ein sehr kleiner Innendurchmesser umgesetzt werden kann.By designing the reinforcement structure as a radial fabric, high costs or high expenditure of energy and materials during production can be avoided. In addition, the occurrence of potential weak points caused by joining is minimized. The (preferably rotationally symmetrical) fabric structure contains webs that can act as impeller blades. The webs are (due to the fabric structure) firmly incorporated into the cover and carrier disk. In terms of binding technology, the strength of the connection of the webs (e.g. blades) can be adjusted. There is no subsequent joining process for the webs (e.g. impeller blades). Floating threads can preferably be severed (preferably cut open) during production (preferably at each web) in order to be able to erect the reinforcement structure (e.g. the impeller). The fabric can be made endless and then cut to the appropriate length. The fabric ends must be joined in the at least one first fabric layer and the at least one second fabric layer. The number of joints can preferably be reduced to a total of two (one joint in the at least one first fabric layer and one joint in the at least one second fabric layer). Since it is a radial fabric, the fibers are also in the direction of the load. This brings further advantages in terms of the achievable performance. There is also the option of directly weaving a carrier disc. To do this, the trigger must be designed in such a way that a very small inner diameter can be implemented.

Vorzugsweise ist/sind die mindestens eine erste Gewebelage und/oder die mindestens eine zweite Gewebelage und/oder die mindestens eine dritte Gewebelage radial gewebt.The at least one first fabric layer and/or the at least one second fabric layer and/or the at least one third fabric layer is/are preferably radially woven.

Eine weitere bevorzugte Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass

  • in Schritt a) ein oder mehrere plane mehrlagige radial gewebte Abschnitte mit jeweils mindestens einer ersten Gewebelage, mindestens einer zweiten Gewebelage und mindestens einer zwischen der mindestens einen ersten Gewebelage und der mindestens einen zweiten Gewebelage angeordneten dritten Gewebelage gewebt werden, wobei jeweils die mindestens eine dritte Gewebelage zumindest bereichsweise in Form von Stegen gewebt wird, über die die mindestens eine erste Gewebelage und die mindestens eine zweite Gewebelage miteinander verbunden werden, und
  • in Schritt b) der eine plane mehrlagige radial gewebte Abschnitt bzw. die mehreren planen mehrlagigen radial gewebten Abschnitte zu einem Radialgewebe zusammengefügt werden, indem Enden der ersten Gewebelage des radial gewebten Abschnitts bzw. der ersten Gewebelagen der radial gewebten Abschnitte durch einen Fügeprozess verbunden werden und dabei die erste Gewebelage des radial gewebten Abschnitts bzw. die ersten Gewebelagen der radial gewebten Abschnitte als das erste ringförmige Element ausgebildet wird/werden und indem Enden der zweiten Gewebelage des radial gewebten Abschnitts bzw. der zweiten Gewebelagen der radial gewebten Abschnitte durch einen Fügeprozess verbunden werden und die zweite Gewebelage des radial gewebten Abschnitts bzw. die zweiten Gewebelagen der radial gewebten Abschnitte als das zweite ringförmige Element ausgebildet wird/werden.
A further preferred variant of the method according to the invention is characterized in that
  • in step a) one or more planar multi-layer radially woven sections are woven, each with at least one first fabric layer, at least one second fabric layer and at least one third fabric layer arranged between the at least one first fabric layer and the at least one second fabric layer, with the at least one third Fabric layer is at least partially woven in the form of webs over which the at least one first fabric layer and the at least one second fabric layer are joined together, and
  • in step b) the one planar multi-layer radially woven section or the several planar multi-layer radially woven sections are joined to form a radial fabric by connecting ends of the first fabric layer of the radially woven section or of the first fabric layers of the radially woven sections by a joining process and the first fabric layer of the radially woven section or the first fabric layers of the radially woven sections is/are formed as the first annular element and by ends of the second fabric layer of the radially woven section or the second fabric layers of the radially woven sections being connected by a joining process and the second ply of fabric of the radially woven portion or plies of fabric of the radially woven portions is/are formed as the second annular member.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens ist der Fügeprozess ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Weben; Bilden eines textilen Scharniers; Bilden eines Anker-Riemenverbinders; Bilden einer stoffschlüssigen Verbindung, vorzugsweise Schweißen, Kleben; Bilden einer formschlüssigen Verbindung, vorzugsweise Nieten, Nähen; und Bilden einer stoff- und formschlüssigen Verbindung, vorzugsweise einer Kombination von Kleben und Nieten.According to a further preferred variant of the method according to the invention, the joining process is selected from the group consisting of weaving; forming a textile hinge; forming an anchor strap connector; Forming a material connection, preferably welding, gluing; forming a positive connection, preferably riveting, sewing; and forming a material and form-fitting connection, preferably a combination of gluing and riveting.

Die offenen Gewebeenden (bzw. die Enden der mindestens einen ersten Gewebelage und die Enden der mindestens einen zweiten Gewebelage) können auf unterschiedliche Art und Weise miteinander verbunden werden. Bevorzugte Varianten sind:The open fabric ends (or the ends of the at least one first fabric layer and the ends of the at least one second fabric layer) can be connected to one another in different ways. Preferred variants are:

Gewebte Fügestellen:Woven joints:

  • Beispielsweise können die Enden zusammengewebt werden: Enden der beiden Gewebe werden zusammengelegt und miteinander verwebt. Dabei werden die ehemaligen Kettfäden zu Schussfäden. Es werden "neue" Kettfäden senkrecht zu den "alten" eingefügt.For example, the ends can be woven together: ends of the two fabrics are placed together and woven together. The former warp threads become weft threads. "New" warp threads are inserted perpendicular to the "old".
  • Beispielsweise können Halbkreise gewebt und die Enden direkt zusammengewebt werden: Die Armierungsstruktur (z.B. das Lüfterrad) wird halbiert gewebt. Die Lagenanzahl verdoppelt sich.For example, semicircles can be woven and the ends woven together directly: The reinforcement structure (e.g. the fan wheel) is woven in half. The number of layers doubles.
Textiles Scharnier:Textile hinge:

Hierbei kann jeweils mindestens eine gewebte Tasche in die mindestens eine erste Gewebelage und die mindestens eine zweite Gewebelage als Abschluss eingewebt werden, durch die ein Stift geschoben ist.At least one woven pocket can be woven into the at least one first fabric layer and the at least one second fabric layer as a closure, through which a pin is pushed.

Anker-RiemenverbinderAnchor strap connector

Hierbei können Riemen in die Gewebeenden (d.h. in die Enden der mindestens einen ersten Gewebelage und in die Enden der mindestens einen zweiten Gewebelage) eingebracht werden. Die jeweiligen beiden Enden können mit den Riemen zusammengesetzt werden (wie ein Reißverschluss). Hierfür kann in der Mitte kann ein Stab durch die Riemen geschoben werden, um die jeweiligen beiden Enden bzw. Riemen zu verbinden.Here, straps can be introduced into the fabric ends (i.e. into the ends of the at least one first fabric layer and into the ends of the at least one second fabric layer). The respective two ends can be put together with the straps (like a zipper). For this purpose, a rod can be pushed through the straps in the middle in order to connect the two ends or straps.

Stoffschlüssige VerbindungMaterial connection

Beispielsweise kann eine stoffschlüssige Verbindung durch Kleben und/oder Schweißen erreicht werden.For example, an integral connection can be achieved by gluing and/or welding.

Formschlüssige VerbindungPositive-locking connection

Beispielsweise kann eine formschlüssige Verbindung durch Nieten und/oder Nähen erreicht werden. Zum Nähen kann eine Nähtechnik verwendet werden, beispielsweise: Lagen überlappen und zusammennähen, oder Lagen an den Enden teilen, Einzellagen ineinanderschieben und zusammennähen.For example, a positive connection can be achieved by riveting and/or sewing. A sewing technique can be used for sewing, for example: overlapping layers and sewing them together, or splitting layers at the ends, nesting individual layers and sewing them together.

Stoff- und formschlüssige VerbindungMaterial and form-fitting connection

Beispielsweise kann eine stoff- und formschlüssige Verbindung durch eine Kombination von Kleben und Nieten erreicht werden.For example, a material and form-fitting connection can be achieved by a combination of gluing and riveting.

Eine weitere bevorzugte Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass

  • in Schritt a) ein planes mehrlagiges Gewebe mit linearer Fadenführung (z.B. ein Jacquardgewebe) gewebt wird, welches mindestens eine erste Gewebelage, mindestens eine zweite Gewebelage und mindestens eine zwischen der mindestens einen ersten Gewebelage und der mindestens einen zweiten Gewebelage angeordnete dritte Gewebelage aufweist, wobei die mindestens eine dritte Gewebelage teilweise (bzw. bereichsweise) mit der mindestens einen ersten Gewebelage und mit der mindestens einen zweiten Gewebelage verwebt wird und zumindest bereichsweise (bzw. teilsweise) in Form von Stegen gewebt wird, über die die mindestens eine erste Gewebelage und die mindestens eine zweite Gewebelage miteinander verbunden werden, und
  • in Schritt b) das plane mehrlagige Gewebe mit linearerer Fadenführung (z.B. Jacquardgewebe) (ringförmig) zugeschnitten wird und dabei die mindestens eine erste Gewebelage als das erste ringförmige Element ausgebildet wird und die mindestens eine zweiten Gewebelage als das zweite ringförmige Element ausgebildet wird.
A further preferred variant of the method according to the invention is characterized in that
  • in step a) a flat multi-layer fabric with linear thread guidance (e.g. a Jacquard fabric) is woven, which has at least one first fabric layer, at least one second fabric layer and at least one third fabric layer arranged between the at least one first fabric layer and the at least one second fabric layer, wherein the at least one third fabric layer is partially (or partially) woven with the at least one first fabric layer and with the at least one second fabric layer and is woven at least partially (or partially) in the form of webs, over which the at least one first fabric layer and the at least one second layer of fabric is connected to one another, and
  • in step b) the planar multi-layer fabric is cut (ring-shaped) with linear thread guidance (e.g. Jacquard fabric) and the at least one first fabric layer is formed as the first ring-shaped element and the at least one second fabric layer is formed as the second ring-shaped element.

Das plane mehrlagige Gewebe mit linearer Fadenführung kann vorzugsweise durch Verwendung einer Webmaschine (ohne konischen Abzug - Faserausrichtung in 0° und 90°-Richtung), vorzugsweise einer Jacquardwebmaschine, hergestellt werden. Das hergestellte Mehrlagengewebe ist dabei mindestens dreilagig. Die Mittellage kann sich immer wieder mit der oberen und unteren Lage verbinden und bildet dadurch Stege (z.B. Schaufeln) aus. Die Stege werden direkt im Webprozess gebildet und müssen nicht gefügt werden. Die An- und Abbindungsbereiche können dabei auch so ausgelegt werden, dass die Steglänge (z.B. Schaufellänge) über die ganze Ringbreite konstant ist. Die Ermittlung der An- und Abbindungsbereiche erfolgt über geometrische Zusammenhänge. Die Einstellung der Gewebedicke ist bei dieser Variante abhängig von der Fadendichte in Kett- und Schussrichtung. Die Gewebedicke kann über die Gewebebindung und die Schussfadendichte gesteuert werden. Der Vorteil dieser Variante (d.h. der Herstellung des Mehrlagengewebes als Gewebe mit linearer Fadenführung) ist, dass je nach Maschinengröße und Rapportanzahl mehrere Bauteile gleichzeitig hergestellt werden können. Die Wirtschaftlichkeit steht hier im Vordergrund. Die gewebten Strukturen müssen zum Schluss aus dem Gewebe herausgeschnitten werden.The planar, multi-layer fabric with linear thread guidance can preferably be produced by using a weaving machine (without a conical take-off—fiber orientation in the 0° and 90° direction), preferably a jacquard weaving machine. The multi-layer fabric produced has at least three layers. The middle layer can always connect to the upper and lower layer and thus forms webs (e.g. blades). The webs are formed directly in the weaving process and do not have to be joined. The connection and binding areas can also be designed in such a way that the web length (eg blade length) is constant over the entire width of the ring. The connection and binding areas are determined via geometric relationships. With this variant, the setting of the fabric thickness depends on the thread density in the warp and weft directions. The fabric thickness can be controlled via the fabric weave and the weft thread density. The advantage of this variant (ie the production of the multi-layer fabric as a fabric with linear thread guidance) is that, depending on the machine size and the number of repeats, several components can be produced at the same time. The focus here is on profitability. Finally, the woven structures have to be cut out of the fabric.

Die vorliegende Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils (bzw. Faserverbundbauteils), bei welchem zunächst

  • eine Armierungsstruktur mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung einer Armierungsstruktur hergestellt wird, oder
  • eine erfindungsgemäße Armierungsstruktur bereitgestellt wird,
und danach eine Matrix hergestellt wird, in welche die Armierungsstruktur eingebettet ist.The present invention also relates to a method for producing a component (or fiber composite component), in which initially
  • a reinforcement structure is produced using the method according to the invention for the production of a reinforcement structure, or
  • a reinforcement structure according to the invention is provided,
and thereafter a matrix is produced in which the reinforcement structure is embedded.

Eine bevorzugte des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass das Herstellen der Matrix

  • durch Infiltrieren der Armierungsstruktur mit mindestens einem Material, vorzugsweise mindestens einem Metall oder mindestens einem Polymer (z.B. einem Polymer ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Epoxidharzen, ungesättigten Polyesterharzen, Melaminharzen, sowie Mischungen hiervon), oder
  • durch Infiltrieren der Armierungsstruktur mit einem Schlicker (bzw. Keramik-Schlicker) und ein anschließendes Sintern der infiltrierten Armierungsstruktur erfolgt, oder
  • durch Gasphasenabscheidung, vorzugsweise chemische Gasphaseninfiltration (CVI = chemical vapour infiltration),
erfolgt.A preferred method according to the invention is characterized in that the production of the matrix
  • by infiltrating the reinforcement structure with at least one material, preferably at least one metal or at least one polymer (eg a polymer selected from the group consisting of epoxy resins, unsaturated polyester resins, melamine resins and mixtures thereof), or
  • by infiltrating the reinforcement structure with a slip (or ceramic slip) and subsequent sintering of the infiltrated reinforcement structure, or
  • by vapor deposition, preferably chemical vapor infiltration (CVI)
he follows.

Eine bevorzugte erfindungsgemäße Variante sieht vor, dass die Matrix durch Infiltrieren mit mindestens einem Harz bzw. Harzsystem hergestellt. Hierbei wird die Armierungsstruktur mit einem Harzsystem infiltriert, welches ein Harz sowie ein dem Harz zugesetzten Härter zur Aushärtung des Harzes umfasst. Das Harz ist hierbei vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Epoxidharzen, ungesättigten Polyesterharzen, Melaminharzen, sowie Mischungen hiervon.A preferred variant according to the invention provides that the matrix is produced by infiltration with at least one resin or resin system. Here, the reinforcement structure is infiltrated with a resin system, which comprises a resin and a hardener added to the resin to harden the resin. In this case, the resin is preferably selected from the group consisting of epoxy resins, unsaturated polyester resins, melamine resins and mixtures thereof.

Die vorliegende Erfindung betrifft ferner die Verwendung des erfindungsgemäßen Bauteils als Lüfterrad in Ventilatoren, vorzugsweise Heißgasventilatoren, Radialventilatoren; Lüftungsanlagen; Klimaanlagen; oder Windkraftanlagen, vorzugweise Kleinwindkraftanlagen.The present invention also relates to the use of the component according to the invention as a fan wheel in fans, preferably hot gas fans, centrifugal fans; ventilation systems; air conditioners; or wind turbines, preferably small wind turbines.

Die vorliegende Erfindung betrifft auch die folgenden Aspekte:The present invention also relates to the following aspects:

Aspekt 1aspect 1

Armierungsstruktur für Bauteile, umfassend ein Mehrlagengewebe mit mindestens einer ersten Gewebelage, die als erstes ringförmiges Element (1) ausgebildet ist, mindestens einer zweiten Gewebelage, die als zweites ringförmiges Element (2) ausgebildet ist, und mindestens einer zwischen der mindestens einen ersten Gewebelage und der mindestens einen zweiten Gewebelage angeordneten und teilweise mit der mindestens einen ersten Gewebelage und mit der mindestens einen zweiten Gewebelage verwebten dritten Gewebelage, die zumindest bereichsweise in Form von Stegen (3) ausgebildet ist, über die das erste ringförmige Element und das zweite ringförmige Element miteinander verbunden sind, wobei die Stege (3) keine Fügestelle aufweisen.Reinforcement structure for components, comprising a multi-layer fabric with at least one first fabric layer, which is designed as a first ring-shaped element (1), at least one second fabric layer, which is designed as a second ring-shaped element (2), and at least one between the at least one first fabric layer and the at least one second fabric layer and partially woven with the at least one first fabric layer and with the at least one second fabric layer third fabric layer, which is at least partially in the form of webs (3) via which the first ring-shaped element and the second ring-shaped element are connected to one another are connected, the webs (3) having no joint.

Aspekt 2aspect 2

Armierungsstruktur nach dem vorhergehenden Aspekt, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine dritte Gewebelage durchtrennte flottierende Fäden aufweist und/oder dass die mindestens eine erste Gewebelage und die mindestens eine zweite Gewebelage

  • jeweils keine Fügestelle aufweisen, oder
  • jeweils eine Anzahl an Fügestellen aufweisen, die geringer ist als die Anzahl der Stege, bevorzugt jeweils maximal zwei Fügestellen aufweisen, besonders bevorzugt jeweils maximal eine Fügestelle aufweisen.
Reinforcement structure according to the preceding aspect, characterized in that the at least one third fabric layer has severed floating threads and/or that the at least one first fabric layer and the at least one second fabric layer
  • each have no joint, or
  • each have a number of joints that is less than the number of webs, preferably each having a maximum of two joints, particularly preferably each having a maximum of one joint.

Aspekt 3aspect 3

Armierungsstruktur nach einem der vorhergehenden Aspekte, dadurch gekennzeichnet, dass das Mehrlagengewebe Fasern umfasst oder daraus besteht, die ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Glasfasern; Kohlenstofffasern; Basaltfasern; Keramikfasern, bevorzugt Al2O3-Fasern, Mullitfasern, SiC-Fasern; Metallfasern; Polymerfasern, bevorzugt, Polyamidfasern, z.B. Aramidfasern, Polyethylenterephthalatfasern, Polypropylenfasern, Polyethylenfasern, Polyacrylnitrilfasern, Polyetheretherketonfasern; und Mischungen hiervon.Reinforcement structure according to one of the preceding aspects, characterized in that the multi-layer fabric comprises or consists of fibers which are selected from the group consisting of glass fibres; carbon fibers; basalt fibers; Ceramic fibers, preferably Al 2 O 3 fibers, mullite fibers, SiC fibers; metal fibers; Polymer fibres, preferably polyamide fibres, for example aramid fibres, polyethylene terephthalate fibres, polypropylene fibres, polyethylene fibres, polyacrylonitrile fibres, polyether ether ketone fibres; and mixtures thereof.

Aspekt 4aspect 4

Armierungsstruktur nach einem der vorhergehenden Aspekte, dadurch gekennzeichnet, dass die Stege (3)

  • streifenförmig oder schaufelförmig sind, und/oder
  • gerade oder gekrümmt verlaufen, und/oder
  • in einer Laufrichtung der ersten und zweiten Gewebelage geneigt sind,
  • mindestens vier Stege, bevorzugt mindestens acht Stege, umfassen.
Reinforcement structure according to one of the preceding aspects, characterized in that the webs (3)
  • are strip-shaped or shovel-shaped, and/or
  • straight or curved, and/or
  • are inclined in a running direction of the first and second fabric layers,
  • at least four webs, preferably at least eight webs.

Aspekt 5aspect 5

Armierungsstruktur nach einem der vorhergehenden Aspekte, dadurch gekennzeichnet, dass das Mehrlagengewebe ein Radialgewebe ist, wobei die mindestens eine erste Gewebelage mindestens eine Fügestelle aufweist, über die ein Ende der mindestens einen ersten Gewebelage mit einem weiteren Ende der mindestens einen ersten Gewebelage verbunden ist, und die mindestens eine zweite Gewebelage mindestens eine Fügestelle aufweist, über die ein Ende der mindestens einen zweiten Gewebelage mit einem weiteren Ende der mindestens einen zweiten Gewebelage verbunden ist.Reinforcement structure according to one of the preceding aspects, characterized in that the multi-layer fabric is a radial fabric, wherein the at least one first fabric layer has at least one joint via which one end of the at least one first fabric layer is connected to a further end of the at least one first fabric layer, and the at least one second fabric layer has at least one joint via which one end of the at least one second fabric layer is connected to a further end of the at least one second fabric layer.

Aspekt 6aspect 6

Armierungsstruktur nach Aspekt 5, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der mindestens einen Fügestelle der mindestens einen ersten Gewebelage und/oder bei der mindestens einen Fügestelle der mindestens einen zweiten Gewebelage um eine gewebte Fügestelle, um ein textiles Scharnier, um einen Anker-Riemenverbinder, um eine stoffschlüssige Verbindung, vorzugsweise durch Schweißen oder Kleben, um eine formschlüssige Verbindung, vorzugsweise durch Nieten oder Nähen, oder um eine stoff- und formschlüssige Verbindung, vorzugsweise durch eine Kombination von Kleben und Nieten, handelt.Reinforcement structure according to aspect 5, characterized in that the at least one joint of the at least one first fabric layer and/or the at least one joint of the at least one second fabric layer is a woven joint, a textile hinge, an anchor belt connector, an integral connection, preferably by welding or gluing, an interlocking connection, preferably by riveting or sewing, or an integral and interlocking connection, preferably by a combination of gluing and riveting.

Aspekt 7aspect 7

Armierungsstruktur nach einem der Aspekte 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Mehrlagengewebe ein Gewebe mit linearem Fadenverlauf ist, welches keine Fügestelle aufweist.Reinforcement structure according to one of aspects 1 to 4, characterized in that the multi-layer fabric is a fabric with a linear thread path which has no joints.

Aspekt 8aspect 8

Bauteil umfassend eine Armierungsstruktur nach einem der vorhergehenden Aspekte, sowie eine Matrix, in welche die Armierungsstruktur eingebettet ist.Component comprising a reinforcement structure according to one of the preceding aspects, and a matrix in which the reinforcement structure is embedded.

Aspekt 9aspect 9

Bauteil nach Aspekt 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Matrix ein Material enthält oder aus diesem besteht, welches ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Metallen, Keramiken, Polymeren, und Mischungen hiervon.Component according to aspect 8, characterized in that the matrix contains or consists of a material which is selected from the group consisting of metals, ceramics, polymers and mixtures thereof.

Aspekt 10aspect 10

Bauteil nach Aspekt 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Bauteil um ein Rad, vorzugsweise ein Lüfterrad, handelt.Component according to aspect 8 or 9, characterized in that the component is a wheel, preferably a fan wheel.

Aspekt 11aspect 11

Verfahren zur Herstellung einer Armierungsstruktur nach einem der Aspekte 1 bis 7, bei welchem

  1. a) ein planes Mehrlagengewebe mit mindestens einer ersten Gewebelage, mindestens einer zweiten Gewebelage und mindestens einer zwischen der mindestens einen ersten Gewebelage und der mindestens einen zweiten Gewebelage angeordneten dritten Gewebelage gewebt wird, wobei die mindestens eine dritte Gewebelage teilweise mit der mindestens einen ersten Gewebelage und mit der mindestens einen zweiten Gewebelage verwebt wird und zumindest bereichsweise in Form von Stegen (3) gewebt wird, über die die mindestens eine erste Gewebelage und die mindestens eine zweite Gewebelage miteinander verbunden werden, und
  2. b) die mindestens eine erste Gewebelage als ein erstes ringförmiges Element (1) ausgebildet wird und die mindestens eine zweite Gewebelage als ein zweites ringförmiges Element (2) ausgebildet wird.
A method for producing an armor structure according to any one of aspects 1 to 7, in which
  1. a) a flat multi-layer fabric is woven with at least one first fabric layer, at least one second fabric layer and at least one third fabric layer arranged between the at least one first fabric layer and the at least one second fabric layer, wherein the at least one third fabric layer is partially connected to the at least one first fabric layer and is woven with the at least one second fabric layer and is woven at least in regions in the form of webs (3) via which the at least one first fabric layer and the at least one second fabric layer are connected to one another, and
  2. b) the at least one first fabric layer is formed as a first ring-shaped element (1) and the at least one second fabric layer as a second annular element (2) is formed.

Aspekt 12aspect 12

Verfahren nach Aspekt 11, dadurch gekennzeichnet, dass

  • flottierende Fäden der mindestens einen dritten Gewebelage durchtrennt werden, und/oder
  • das plane Mehrlagengewebe in eine dreidimensionale Struktur aufgestellt wird.
Method according to aspect 11, characterized in that
  • floating threads of the at least one third fabric layer are severed, and/or
  • the flat multi-layer fabric is set up in a three-dimensional structure.

Aspekt 13aspect 13

Verfahren nach Aspekt 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass das plane Mehrlagengewebe aus Fasern gewebt wird, die ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Glasfasern; Kohlenstofffasern; Basaltfasern; Keramikfasern, bevorzugt Al2O3-Fasern, Mullitfasern, SiC-Fasern; Metallfasern; Polymerfasern, bevorzugt, Polyamidfasern, z.B. Aramidfasern, Polyethylenterephthalatfasern, Polypropylenfasern, Polyethylenfasern, Polyacrylnitrilfasern, Polyetheretherketonfasern; und Mischungen hiervon.The method of aspect 11 or 12, characterized in that the planar multi-layer fabric is woven from fibers selected from the group consisting of glass fibers; carbon fibers; basalt fibers; Ceramic fibers, preferably Al 2 O 3 fibers, mullite fibers, SiC fibers; metal fibers; Polymer fibres, preferably polyamide fibres, for example aramid fibres, polyethylene terephthalate fibres, polypropylene fibres, polyethylene fibres, polyacrylonitrile fibres, polyether ether ketone fibres; and mixtures thereof.

Aspekt 14aspect 14

Verfahren nach einem der Aspekte 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass

  • in Schritt a) ein planes mehrlagiges Radialgewebe mit mindestens einer ersten Gewebelage, mindestens einer zweiten Gewebelage und mindestens einer zwischen der mindestens einen ersten Gewebelage und der mindestens einen zweiten Gewebelage angeordneten dritten Gewebelage gewebt wird, wobei die mindestens eine dritte Gewebelage teilweise mit der mindestens einen ersten Gewebelage und mit der mindestens einen zweiten Gewebelage verwebt wird und zumindest bereichsweise in Form von Stegen (3) gewebt wird, über die die mindestens eine erste Gewebelage und die mindestens eine zweite Gewebelage miteinander verbunden werden, und
  • in Schritt b) ein Ende der mindestens einen ersten Gewebelage mit einem weiteren Ende der mindestens einen ersten Gewebelage durch einen Fügeprozess verbunden wird und dabei die mindestens eine erste Gewebelage als das erste ringförmige Element (1) ausgebildet wird und ein Ende der mindestens einen zweiten Gewebelage mit einem weiteren Ende der mindestens einen zweiten Gewebelage durch einen Fügeprozess verbunden wird und dabei die mindestens eine zweite Gewebelage als das zweite ringförmige Element (2) ausgebildet wird.
Method according to one of aspects 11 to 13, characterized in that
  • in step a) a planar multi-layer radial fabric is woven with at least one first fabric layer, at least one second fabric layer and at least one third fabric layer arranged between the at least one first fabric layer and the at least one second fabric layer, wherein the at least one third fabric layer is partially connected to the at least one first fabric layer and is woven with the at least one second fabric layer and is woven at least in regions in the form of webs (3) via which the at least one first fabric layer and the at least one second fabric layer are connected to one another, and
  • in step b) one end of the at least one first fabric layer is connected to a further end of the at least one first fabric layer by a joining process and the at least one first fabric layer as the first ring-shaped element (1) is formed and one end of the at least one second fabric layer is connected to a further end of the at least one second fabric layer by a joining process, and the at least one second fabric layer is formed as the second ring-shaped element (2).

Aspekt 15aspect 15

Verfahren nach Aspekt 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Fügeprozess ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Weben; Bilden eines textilen Scharniers; Bilden eines Anker-Riemenverbinders; Bilden einer stoffschlüssigen Verbindung, vorzugsweise Schweißen, Kleben; Bilden einer formschlüssigen Verbindung, vorzugsweise Nieten, Nähen; und Bilden einer stoff- und formschlüssigen Verbindung, vorzugsweise einer Kombination von Kleben und Nieten.Method according to aspect 14, characterized in that the joining process is selected from the group consisting of weaving; forming a textile hinge; forming an anchor strap connector; Forming a material connection, preferably welding, gluing; forming a positive connection, preferably riveting, sewing; and forming a material and form-fitting connection, preferably a combination of gluing and riveting.

Aspekt 16aspect 16

Verfahren nach einem der Aspekte 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass

  • in Schritt a) ein planes mehrlagiges Gewebe mit linearem Fadenverlauf gewebt wird, welches mindestens eine erste Gewebelage, mindestens eine zweite Gewebelage und mindestens eine zwischen der mindestens einen ersten Gewebelage und der mindestens einen zweiten Gewebelage angeordnete dritte Gewebelage aufweist, wobei die mindestens eine dritte Gewebelage teilweise mit der mindestens einen ersten Gewebelage und mit der mindestens einen zweiten Gewebelage verwebt wird und zumindest bereichsweise in Form von Stegen (3) gewebt wird, über die die mindestens eine erste Gewebelage und die mindestens eine zweite Gewebelage miteinander verbunden werden, und
  • in Schritt b) das plane mehrlagige Gewebe mit linearem Fadenverlauf zugeschnitten wird und dabei die mindestens eine erste Gewebelage als das erste ringförmige Element (1) ausgebildet wird und die mindestens eine zweite Gewebelage als das zweite ringförmige Element (2) ausgebildet wird.
Method according to one of aspects 11 to 13, characterized in that
  • in step a) a flat multi-layer fabric is woven with a linear thread path, which has at least one first fabric layer, at least one second fabric layer and at least one third fabric layer arranged between the at least one first fabric layer and the at least one second fabric layer, the at least one third fabric layer is partially woven with the at least one first fabric layer and with the at least one second fabric layer and is woven at least in regions in the form of webs (3), via which the at least one first fabric layer and the at least one second fabric layer are connected to one another, and
  • in step b) the planar multi-layer fabric is cut with a linear thread path and the at least one first fabric layer is formed as the first ring-shaped element (1) and the at least one second fabric layer is formed as the second ring-shaped element (2).

Aspekt 17aspect 17

Verfahren zur Herstellung eines Bauteils, bei welchem zunächst eine Armierungsstruktur mit einem Verfahren nach einem der Aspekte 11 bis 16 hergestellt wird oder eine Armierungsstruktur nach einem der Aspekte 1 bis 6 bereitgestellt wird und danach eine Matrix hergestellt wird, in welche die Armierungsstruktur eingebettet ist.Method for producing a component, in which first a reinforcement structure is produced using a method according to one of aspects 11 to 16 or a reinforcement structure is provided according to one of aspects 1 to 6 and then a matrix is produced in which the reinforcement structure is embedded.

Aspekt 18aspect 18

Verfahren nach Aspekt 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Herstellen der Matrix

  • durch Infiltrieren der Armierungsstruktur mit mindestens einem Material, vorzugsweise mindestens einem Metall oder mindestens einem Polymer,
  • durch Infiltrieren der Armierungsstruktur mit einem Schlicker und ein anschließendes Sintern der infiltrierten Armierungsstruktur, oder
  • durch Gasphasenabscheidung,
erfolgt.Method according to aspect 17, characterized in that the preparation of the matrix
  • by infiltrating the reinforcement structure with at least one material, preferably at least one metal or at least one polymer,
  • by infiltrating the reinforcement structure with a slip and subsequent sintering of the infiltrated reinforcement structure, or
  • by vapor deposition,
he follows.

Aspekt 19aspect 19

Verwendung eines Bauteils nach einem der Aspekte 8 bis 10 als Lüfterrad in Ventilatoren, vorzugsweise Heißgasventilatoren, Radialventilatoren; Lüftungsanlagen; Klimaanlagen; oder Windkraftanlagen, vorzugweise Kleinwindkraftanlagen.Use of a component according to one of aspects 8 to 10 as a fan wheel in fans, preferably hot gas fans, radial fans; ventilation systems; air conditioners; or wind turbines, preferably small wind turbines.

Anhand der nachfolgenden Figuren und Beispiele soll die vorliegende Erfindung näher erläutert werden, ohne diese auf die hier gezeigten spezifischen Ausführungsformen und Parameter zu beschränken.The present invention is to be explained in more detail on the basis of the following figures and examples, without restricting it to the specific embodiments and parameters shown here.

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer beispielhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Armierungsstruktur. Die Armierungsstruktur umfasst ein Mehrlagengewebe mit mindestens einer ersten Gewebelage, die als erstes ringförmiges Element 1 ausgebildet ist, mindestens einer zweiten Gewebelage, die als zweites ringförmiges Element 2 ausgebildet ist, und mindestens einer zwischen der mindestens einen ersten Gewebelage und der mindestens einen zweiten Gewebelage angeordneten und teilweise mit der mindestens einen ersten Gewebelage und mit der mindestens einen zweiten Gewebelage verwebten dritten Gewebelage, die durchtrennte flottierende Fäden aufweist und bereichsweise in Form von Stegen 3 ausgebildet ist, über die das erste ringförmige Element 1 und das zweite ringförmige Element 2 miteinander verbunden sind. 1 shows a schematic representation of an exemplary embodiment of the reinforcement structure according to the invention. The reinforcement structure comprises a multi-layer fabric with at least one first fabric layer, which is designed as the first ring-shaped element 1, at least one second fabric layer, which is designed as the second ring-shaped element 2, and at least one between the at least one first fabric layer and the at least one second fabric layer and partially woven with the at least one first fabric layer and with the at least one second fabric layer third fabric layer, which has severed floating threads and is partially designed in the form of webs 3, over which the first ring-shaped element 1 and the second ring-shaped Element 2 are interconnected.

Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Armierungsstruktur. Hier sind die Stege 3 rückwärts gekrümmt. 2 shows a schematic representation of a further exemplary embodiment of the reinforcement structure according to the invention. Here the webs 3 are curved backwards.

In den Figuren 3, 4 und 5a bis 5h sind verschiedene Varianten von Fügestellen bzw. deren Herstellung dargestellt. Handelt es sich beim Mehrlagengewebe der erfindungsgemäßen Armierungsstruktur um ein Radialgewebe, so weist die Armierungsstruktur mindestens zwei Fügestellen (mindestens eine Fügestelle in der mindestens einen ersten Gewebelage und mindestens eine Fügestelle in der mindestens einen zweiten Gewebelage) auf. An diesen Fügestellen sind jeweils zwei Enden der jeweiligen Gewebelage aneinander gefügt. Dieses Fügen kann auf verschiedene Weisen erfolgen.In the Figures 3, 4 and 5a to 5h different variants of joints and their production are shown. If the multi-layer fabric of the reinforcement structure according to the invention is a radial fabric, the reinforcement structure has at least two joints (at least one joint in the at least one first fabric layer and at least one joint in the at least one second fabric layer). Two ends of the respective fabric layer are joined to one another at these joints. This joining can be done in different ways.

Beispielsweise kann das Fügen durch Bilden eines textilen Scharniers erfolgen. Hierbei wird jeweils mindestens eine gewebte Tasche in die mindestens eine erste Gewebelage und die mindestens eine zweite Gewebelage als Abschluss eingewebt, durch die ein Stift geschoben wird. Eine schematische Darstellung eines solchen textilen Scharniers ist in Fig. 3 dargestellt.For example, the joining can take place by forming a textile hinge. At least one woven pocket is woven into the at least one first fabric layer and the at least one second fabric layer as a closure, through which a pin is pushed. A schematic representation of such a textile hinge is in 3 shown.

Gemäß eines alternativen Beispiels kann das Fügen mittels Weben erfolgen, wobei hier verschiedene Web-Varianten möglich sind. In einer beispielhaften Web-Variante werden Halbkreise gewebt und die Enden der Gewebelagen (bzw. die Fäden der Enden der Gewebelagen) direkt zusammen gewebt. Die Vorgehensweise beim Halbkreise weben ist in Fig. 4 schematisch dargestellt. Hierbei wird beispielsweise Fadenende A mit Fadenende D verwebt sowie Fadenende B mit Fadenende C verwebt. Das Lüfterrad wird halbiert gewebt, die Lagenanzahl verdoppelt sich. Der Fadenverlauf sowie die genaue Vorgehensweise bei dieser Endenverbindung ist in Fig. 5a bis Fig. 5h gezeigt. Fig. 5a zeigt eine Darstellung des Fadenverlaufs am Übergang zwischen zwei gewebten zukünftigen Armierungsstrukturen, die hier endlos als Radialgewebe gewebt wurden. Die Fäden (5, 6) der Trägerlage flottieren, während die Fäden (7, 8) der Decklage zusammengewebt werden. Fig. 5b zeigt die Platzierung des Schnitts am Übergang zwischen den beiden gewebten zukünftigen Armierungsstrukturen. Fig. 5c zeigt die auseinandergeklappte Armierungsstruktur mit noch überstehenden Enden. Fig. 5d zeigt das Abschneiden der überstehenden Fäden in der Decklage. Fig. 5e zeigt das Umklappen der Fügestelle in der Decklage. Fig. 5f zeigt das Aufschieben der Schussfäden in der Trägerlage. Fig. 5g zeigt das Abschneiden der überstehenden Enden. Fig. 5h zeigt schließlich die fertige Fügestelle.According to an alternative example, the joining can take place by means of weaving, with different weaving variants being possible here. In an exemplary weaving variant, semicircles are woven and the ends of the fabric layers (or the threads of the ends of the fabric layers) are woven directly together. The procedure for weaving semicircles is in 4 shown schematically. Here, for example, thread end A is woven with thread end D and thread end B is woven with thread end C. The fan wheel is woven in half, the number of layers is doubled. The course of the thread and the exact procedure for this end connection is in Figures 5a to 5h shown. Figure 5a shows a representation of the thread course at the transition between two woven future reinforcement structures, which were woven here endlessly as a radial fabric. The yarns (5, 6) of the backing layer float while the yarns (7, 8) of the top layer are woven together. Figure 5b shows the placement of the cut at the transition between the two future woven reinforcement structures. Figure 5c shows the unfolded reinforcement structure with the ends still protruding. Figure 5d shows the cutting off of the protruding threads in the top layer. Figure 5e shows the folding of the joint in the top layer. Fig. 5f shows the weft threads being pushed open in the carrier layer. Fig. 5g shows the cutting off of the protruding ends. Figure 5h finally shows the finished joint.

Ausführungsbeispiel 1Example 1

Zunächst wird ein planes mehrlagiges Radialgewebe mit einer ersten Gewebelage, einer zweiten Gewebelage und einer zwischen der ersten Gewebelage und der zweiten Gewebelage angeordneten dritten Gewebelage gewebt. Hierbei wird die dritte Gewebelage teilweise mit der ersten Gewebelage und mit zweiten Gewebelage verwebt, wobei zudem die dritte Gewebelage bereichsweise in Form von Stegen gewebt wird, über die die erste Gewebelage und die zweite Gewebelage miteinander verbunden werden. Das Weben des Radialgewebes erfolgt beispielsweise mithilfe einer Webmaschine mit konischem Warenabzug.First, a planar multi-layer radial fabric is woven with a first fabric layer, a second fabric layer and a third fabric layer arranged between the first fabric layer and the second fabric layer. Here, the third fabric layer is partially woven with the first fabric layer and with the second fabric layer, with the third fabric layer also being woven in regions in the form of webs, via which the first fabric layer and the second fabric layer are connected to one another. The radial fabric is woven, for example, using a weaving machine with a conical take-off.

Die erste Gewebelage und die zweite Gewebelage des gewebten Radialgewebes weisen jeweils ein erstes Ende und ein zweites Ende auf. Die dritte Gewebelage des gewebten Radialgewebes weist flottierende Fäden auf. Eine schematische Darstellung eines Bereichs des gewebten Radialgewebes ist in Fig. 6a und Fig. 6b dargestellt. Dort sind die flottierenden Fäden mit Pfeilen markiert.The first fabric layer and the second fabric layer of the woven radial fabric each have a first end and a second end. The third fabric layer of the woven radial fabric has floating yarns. A schematic representation of a portion of the woven radial fabric is shown in Figures 6a and 6b shown. There, the floating threads are marked with arrows.

Die flottierenden Fäden der dritten Gewebelage werden durchtrennt. Danach wird das erste Ende der ersten Gewebelage mit dem zweiten Ende der ersten Gewebelage durch einen Fügeprozess, z.B. durch Zusammenweben, verbunden und dabei die erste Gewebelage als ein erstes ringförmiges Element ausgebildet. Zudem wird das erste Ende der zweiten Gewebelage mit dem zweiten Ende der zweiten Gewebelage durch einen Fügeprozess, z.B. durch Zusammenweben, verbunden und dabei die zweite Gewebelage als zweites ringförmiges Element ausgebildet. Danach kann das Mehrlagengewebe in eine dreidimensionale Struktur aufgestellt (bzw. aufgedreht) werden.The floating threads of the third layer of fabric are severed. Thereafter, the first end of the first fabric layer is connected to the second end of the first fabric layer by a joining process, for example by weaving together and thereby forming the first fabric layer as a first annular member. In addition, the first end of the second fabric layer is connected to the second end of the second fabric layer by a joining process, for example by weaving together, and the second fabric layer is formed as a second ring-shaped element. The multi-layer fabric can then be set up (or untwisted) into a three-dimensional structure.

Ausführungsbeispiel 2Example 2

Zunächst wird ein planes mehrlagiges Gewebe mit linearer (0°) Fadenführung gewebt, welches eine erste Gewebelage, eine zweite Gewebelage und eine zwischen der ersten Gewebelage und der zweiten Gewebelage angeordnete dritte Gewebelage aufweist. Hierbei wird die dritte Gewebelage teilweise mit der ersten Gewebelage und mit der zweiten Gewebelage verwebt, wobei zudem die dritte Gewebelage bereichsweise in Form von Stegen gewebt wird, über die die erste Gewebelage und die zweite Gewebelage miteinander verbunden werden. Das Weben des Gewebes mit linearer Fadenführung erfolgt beispielsweise auf einer Webmaschine mit linear (0°) verlaufenden Kettfäden, z.B. einer Jacquardwebmaschine.First, a flat multi-layer fabric is woven with a linear (0°) yarn guide, which fabric has a first fabric layer, a second fabric layer and a third fabric layer arranged between the first fabric layer and the second fabric layer. Here, the third fabric layer is partially woven with the first fabric layer and the second fabric layer, with the third fabric layer also being woven in regions in the form of webs, via which the first fabric layer and the second fabric layer are connected to one another. The weaving of the fabric with linear thread guidance takes place, for example, on a weaving machine with linear (0°) warp threads, e.g. a Jacquard weaving machine.

Das hergestellte Gewebe mit linearerer Fadenführung wird (ringförmig) zugeschnitten und dabei die Gewebelage als erstes ringförmiges Element ausgebildet und die zweite Gewebelage als zweites ringförmiges Element ausgebildet. Durch das Zuschneiden können flottierende Fäden der dritten Gewebelage weggeschnitten werden, sofern diese nicht auf dem Teil des Gewebes angeordnet sind, der zur fertigen Armierungsstruktur gehört. Sollten flottierende Fäden der dritten Gewebelage auf dem Teil des Gewebes angeordnet sein, der zur fertigen Armierungsstruktur gehört, werden diese flottierenden Fäden der dritten Gewebelage durchtrennt. Anschließend kann das Mehrlagengewebe in eine dreidimensionale Struktur aufgestellt werden.The manufactured fabric with more linear thread guidance is cut (ring-shaped) and the fabric layer is formed as a first ring-shaped element and the second fabric layer is formed as a second ring-shaped element. By cutting to size, floating threads of the third fabric layer can be cut away if they are not arranged on the part of the fabric that belongs to the finished reinforcement structure. Should floating threads of the third fabric layer be arranged on the part of the fabric that belongs to the finished reinforcement structure, these floating threads of the third fabric layer are severed. The multi-layer fabric can then be set up in a three-dimensional structure.

Ausführungsbeispiel 3Example 3

Die in Ausführungsbeispiel 1 erhaltene Armierungsstruktur wird mit einem Epoxidharz sowie einem dem Epoxidharz zugesetzten Härter zur Härtung des Epoxidharzes infiltriert und anschließend bei Raumtemperatur ausgehärtet. Es wird ein Bauteil mit einer Epoxidharz-Matrix erhalten, in welche die Armierungsstruktur eingebettet ist.The reinforcement structure obtained in exemplary embodiment 1 is infiltrated with an epoxy resin and a hardener added to the epoxy resin to harden the epoxy resin and then hardened at room temperature. A component with an epoxy resin matrix is obtained, in which the reinforcement structure is embedded.

Ausführungsbeispiel 4Example 4

Die in Ausführungsbeispiel 2 erhaltene Armierungsstruktur wird mit einem Epoxidharz sowie einem dem Epoxidharz zugesetzten Härter zur Härtung des Epoxidharzes infiltriert und anschließend über ausgehärtet. Es wird ein Bauteil mit einer Epoxidharz-Matrix erhalten, in welche die Armierungsstruktur eingebettet ist.The reinforcement structure obtained in exemplary embodiment 2 is infiltrated with an epoxy resin and a hardener added to the epoxy resin to harden the epoxy resin and then over-hardened. A component with an epoxy resin matrix is obtained, in which the reinforcement structure is embedded.

Claims (15)

Armierungsstruktur für Bauteile, umfassend ein Mehrlagengewebe mit mindestens einer ersten Gewebelage, die als erstes ringförmiges Element (1) ausgebildet ist, mindestens einer zweiten Gewebelage, die als zweites ringförmiges Element (2) ausgebildet ist, und mindestens einer zwischen der mindestens einen ersten Gewebelage und der mindestens einen zweiten Gewebelage angeordneten und teilweise mit der mindestens einen ersten Gewebelage und mit der mindestens einen zweiten Gewebelage verwebten dritten Gewebelage, die zumindest bereichsweise in Form von Stegen (3) ausgebildet ist, über die das erste ringförmige Element und das zweite ringförmige Element miteinander verbunden sind, wobei die Stege (3) keine Fügestelle aufweisen.Reinforcement structure for components, comprising a multi-layer fabric with at least one first fabric layer, which is designed as a first ring-shaped element (1), at least one second fabric layer, which is designed as a second ring-shaped element (2), and at least one between the at least one first fabric layer and the at least one second fabric layer and partially woven with the at least one first fabric layer and with the at least one second fabric layer third fabric layer, which is at least partially in the form of webs (3) via which the first ring-shaped element and the second ring-shaped element are connected to one another are connected, the webs (3) having no joint. Armierungsstruktur nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine dritte Gewebelage durchtrennte flottierende Fäden aufweist und/oder dass die mindestens eine erste Gewebelage und die mindestens eine zweite Gewebelage - jeweils keine Fügestelle aufweisen, oder - jeweils eine Anzahl an Fügestellen aufweisen, die geringer ist als die Anzahl der Stege, bevorzugt jeweils maximal zwei Fügestellen aufweisen, besonders bevorzugt jeweils maximal eine Fügestelle aufweisen. Reinforcement structure according to the preceding claim, characterized in that the at least one third fabric layer has severed floating threads and/or that the at least one first fabric layer and the at least one second fabric layer - each have no joint, or each have a number of joints that is less than the number of webs, preferably each having a maximum of two joints, particularly preferably each having a maximum of one joint. Armierungsstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Mehrlagengewebe Fasern umfasst oder daraus besteht, die ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Glasfasern; Kohlenstofffasern; Basaltfasern; Keramikfasern, bevorzugt Al2O3-Fasern, Mullitfasern, SiC-Fasern; Metallfasern; Polymerfasern, bevorzugt, Polyamidfasern, z.B. Aramidfasern, Polyethylenterephthalatfasern, Polypropylenfasern, Polyethylenfasern, Polyacrylnitrilfasern, Polyetheretherketonfasern; und Mischungen hiervon.Reinforcement structure according to one of the preceding claims, characterized in that the multi-layer fabric comprises or consists of fibers which are selected from the group consisting of glass fibres; carbon fibers; basalt fibers; Ceramic fibers, preferably Al 2 O 3 fibers, mullite fibers, SiC fibers; metal fibers; polymer fibers, preferably polyamide fibers, for example aramid fibers, polyethylene terephthalate fibers, polypropylene fibers, polyethylene fibers, polyacrylonitrile fibers, polyetheretherketone fibers; and mixtures thereof. Armierungsstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stege (3) - streifenförmig oder schaufelförmig sind, und/oder - gerade oder gekrümmt verlaufen, und/oder - in einer Laufrichtung der ersten und zweiten Gewebelage geneigt sind, und/oder - mindestens vier Stege, bevorzugt mindestens acht Stege, umfassen. Reinforcement structure according to one of the preceding claims, characterized in that the webs (3) - are strip-shaped or shovel-shaped, and/or - straight or curved, and/or - are inclined in a running direction of the first and second fabric layer, and/or - At least four webs, preferably at least eight webs include. Armierungsstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Mehrlagengewebe - ein Radialgewebe ist, wobei die mindestens eine erste Gewebelage mindestens eine Fügestelle aufweist, über die ein Ende der mindestens einen ersten Gewebelage mit einem weiteren Ende der mindestens einen ersten Gewebelage verbunden ist, und die mindestens eine zweite Gewebelage mindestens eine Fügestelle aufweist, über die ein Ende der mindestens einen zweiten Gewebelage mit einem weiteren Ende der mindestens einen zweiten Gewebelage verbunden ist,
wobei es sich bei der mindestens einen Fügestelle der mindestens einen ersten Gewebelage und/oder bei der mindestens einen Fügestelle der mindestens einen zweiten Gewebelage vorzugsweise um eine gewebte Fügestelle, um ein textiles Scharnier, um einen Anker-Riemenverbinder, um eine stoffschlüssige Verbindung, bevorzugt durch Schweißen oder Kleben, um eine formschlüssige Verbindung, bevorzugt durch Nieten oder Nähen, oder um eine stoff- und formschlüssige Verbindung, bevorzugt durch eine Kombination von Kleben und Nieten, handelt,
oder
- ein Gewebe mit linearem Fadenverlauf ist, welches keine Fügestelle aufweist.
Reinforcement structure according to one of the preceding claims, characterized in that the multi-layer fabric - is a radial fabric, wherein the at least one first fabric layer has at least one joint via which one end of the at least one first fabric layer is connected to a further end of the at least one first fabric layer, and the at least one second fabric layer has at least one joint via which one end of the at least one second fabric layer is connected to another end of the at least one second fabric layer,
wherein the at least one joint of the at least one first fabric layer and/or the at least one joint of the at least one second fabric layer is preferably a woven joint, a textile hinge, an anchor-belt connector, an integral connection, preferably by Welding or gluing to create a positive connection, preferably by riveting or sewing, or to create a material and form-fitting connection, preferably through a combination of gluing and riveting,
or
- Is a fabric with a linear thread course, which has no joint.
Bauteil umfassend eine Armierungsstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, sowie eine Matrix, in welche die Armierungsstruktur eingebettet ist.Component comprising a reinforcement structure according to one of the preceding claims, and a matrix in which the reinforcement structure is embedded. Bauteil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass - die Matrix ein Material enthält oder aus diesem besteht, welches ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Metallen, Keramiken, Polymeren, und Mischungen hiervon,
und/oder
- es sich bei dem Bauteil um ein Rad, vorzugsweise ein Lüfterrad, handelt.
Component according to Claim 6, characterized in that - the matrix contains or consists of a material selected from the group consisting of metals, ceramics, polymers and mixtures thereof,
and or
- The component is a wheel, preferably a fan wheel.
Verfahren zur Herstellung einer Armierungsstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei welchem a) ein planes Mehrlagengewebe mit mindestens einer ersten Gewebelage, mindestens einer zweiten Gewebelage und mindestens einer zwischen der mindestens einen ersten Gewebelage und der mindestens einen zweiten Gewebelage angeordneten dritten Gewebelage gewebt wird, wobei die mindestens eine dritte Gewebelage teilweise mit der mindestens einen ersten Gewebelage und mit der mindestens einen zweiten Gewebelage verwebt wird und zumindest bereichsweise in Form von Stegen (3) gewebt wird, über die die mindestens eine erste Gewebelage und die mindestens eine zweite Gewebelage miteinander verbunden werden, und b) die mindestens eine erste Gewebelage als ein erstes ringförmiges Element (1) ausgebildet wird und die mindestens eine zweite Gewebelage als ein zweites ringförmiges Element (2) ausgebildet wird. A method of manufacturing a reinforcing structure according to any one of claims 1 to 5, wherein a) a flat multi-layer fabric is woven with at least one first fabric layer, at least one second fabric layer and at least one third fabric layer arranged between the at least one first fabric layer and the at least one second fabric layer, wherein the at least one third fabric layer is partially connected to the at least one first fabric layer and is woven with the at least one second fabric layer and is woven at least in regions in the form of webs (3) via which the at least one first fabric layer and the at least one second fabric layer are connected to one another, and b) the at least one first fabric layer is designed as a first ring-shaped element (1) and the at least one second fabric layer is designed as a second ring-shaped element (2). Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass - flottierende Fäden der mindestens einen dritten Gewebelage durchtrennt werden, und/oder - das plane Mehrlagengewebe in eine dreidimensionale Struktur aufgestellt wird. Method according to claim 8, characterized in that - Floating threads of the at least one third fabric layer are severed, and/or - the plane multi-layer fabric is set up in a three-dimensional structure. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das plane Mehrlagengewebe aus Fasern gewebt wird, die ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Glasfasern; Kohlenstofffasern; Basaltfasern; Keramikfasern, bevorzugt Al2O3-Fasern, Mullitfasern, SiC-Fasern; Metallfasern; Polymerfasern, bevorzugt, Polyamidfasern, z.B. Aramidfasern, Polyethylenterephthalatfasern, Polypropylenfasern, Polyethylenfasern, Polyacrylnitrilfasern, Polyetheretherketonfasern; und Mischungen hiervon.The method of claim 8 or 9, characterized in that the planar multi-layer fabric is woven from fibers selected from the group consisting of glass fibers; carbon fibers; basalt fibers; Ceramic fibers, preferably Al 2 O 3 fibers, mullite fibers, SiC fibers; metal fibers; Polymer fibres, preferably polyamide fibres, for example aramid fibres, polyethylene terephthalate fibres, polypropylene fibres, polyethylene fibres, polyacrylonitrile fibres, polyether ether ketone fibres; and mixtures thereof. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt a) ein planes mehrlagiges Radialgewebe mit mindestens einer ersten Gewebelage, mindestens einer zweiten Gewebelage und mindestens einer zwischen der mindestens einen ersten Gewebelage und der mindestens einen zweiten Gewebelage angeordneten dritten Gewebelage gewebt wird, wobei die mindestens eine dritte Gewebelage teilweise mit der mindestens einen ersten Gewebelage und mit der mindestens einen zweiten Gewebelage verwebt wird und zumindest bereichsweise in Form von Stegen (3) gewebt wird, über die die mindestens eine erste Gewebelage und die mindestens eine zweite Gewebelage miteinander verbunden werden, und in Schritt b) ein Ende der mindestens einen ersten Gewebelage mit einem weiteren Ende der mindestens einen ersten Gewebelage durch einen Fügeprozess verbunden wird und dabei die mindestens eine erste Gewebelage als das erste ringförmige Element (1) ausgebildet wird und ein Ende der mindestens einen zweiten Gewebelage mit einem weiteren Ende der mindestens einen zweiten Gewebelage durch einen Fügeprozess verbunden wird und dabei die mindestens eine zweite Gewebelage als das zweite ringförmige Element (2) ausgebildet wird, wobei der Fügeprozess vorzugsweise ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Weben; Bilden eines textilen Scharniers; Bilden eines Anker-Riemenverbinders; Bilden einer stoffschlüssigen Verbindung, bevorzugt Schweißen, Kleben; Bilden einer formschlüssigen Verbindung, bevorzugt Nieten, Nähen; und Bilden einer stoff- und formschlüssigen Verbindung, bevorzugt einer Kombination von Kleben und Nieten. The method according to any one of claims 8 to 10, characterized in that in step a) a planar multi-layer radial fabric is woven with at least one first fabric layer, at least one second fabric layer and at least one third fabric layer arranged between the at least one first fabric layer and the at least one second fabric layer, wherein the at least one third fabric layer is partially connected to the at least one first fabric layer and is woven with the at least one second fabric layer and is woven at least in regions in the form of webs (3) via which the at least one first fabric layer and the at least one second fabric layer are connected to one another, and in step b) one end of the at least one first fabric layer is connected to a further end of the at least one first fabric layer by a joining process and the at least one first fabric layer is formed as the first ring-shaped element (1) and one end of the at least one second fabric layer is connected to a further end of the at least one second fabric layer by a joining process and the at least one second fabric layer is formed as the second ring-shaped element (2), wherein the joining process is preferably selected from the group consisting of weaving; forming a textile hinge; forming an anchor strap connector; Forming a material connection, preferably welding, gluing; forming a positive connection, preferably riveting, sewing; and forming a material and form-fitting connection, preferably a combination of gluing and riveting. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt a) ein planes mehrlagiges Gewebe mit linearem Fadenverlauf gewebt wird, welches mindestens eine erste Gewebelage, mindestens eine zweite Gewebelage und mindestens eine zwischen der mindestens einen ersten Gewebelage und der mindestens einen zweiten Gewebelage angeordnete dritte Gewebelage aufweist, wobei die mindestens eine dritte Gewebelage teilweise mit der mindestens einen ersten Gewebelage und mit der mindestens einen zweiten Gewebelage verwebt wird und zumindest bereichsweise in Form von Stegen (3) gewebt wird, über die die mindestens eine erste Gewebelage und die mindestens eine zweite Gewebelage miteinander verbunden werden, und in Schritt b) das plane mehrlagige Gewebe mit linearem Fadenverlauf zugeschnitten wird und dabei die mindestens eine erste Gewebelage als das erste ringförmige Element (1) ausgebildet wird und die mindestens eine zweite Gewebelage als das zweite ringförmige Element (2) ausgebildet wird. The method according to any one of claims 8 to 10, characterized in that in step a) a flat multi-layer fabric is woven with a linear thread path, which has at least one first fabric layer, at least one second fabric layer and at least one third fabric layer arranged between the at least one first fabric layer and the at least one second fabric layer, the at least one third fabric layer is partially woven with the at least one first fabric layer and with the at least one second fabric layer and is woven at least in regions in the form of webs (3), via which the at least one first fabric layer and the at least one second fabric layer are connected to one another, and in step b) the planar, multi-ply fabric is cut with a linear thread path and the at least one first fabric ply is formed as the first annular element (1) and the at least one second fabric layer is formed as the second annular element (2). Verfahren zur Herstellung eines Bauteils, bei welchem zunächst eine Armierungsstruktur mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12 hergestellt wird oder eine Armierungsstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 5 bereitgestellt wird und danach eine Matrix hergestellt wird, in welche die Armierungsstruktur eingebettet ist.Method for producing a component, in which first a reinforcement structure is produced using a method according to one of claims 8 to 12 or a reinforcement structure is provided according to one of claims 1 to 5 and then a matrix is produced in which the reinforcement structure is embedded. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Herstellen der Matrix - durch Infiltrieren der Armierungsstruktur mit mindestens einem Material, vorzugsweise mindestens einem Metall oder mindestens einem Polymer, - durch Infiltrieren der Armierungsstruktur mit einem Schlicker und ein anschließendes Sintern der infiltrierten Armierungsstruktur, oder - durch Gasphasenabscheidung, erfolgt.Method according to claim 13, characterized in that the production of the matrix - by infiltrating the reinforcement structure with at least one material, preferably at least one metal or at least one polymer, - by infiltrating the reinforcement structure with a slip and subsequent sintering of the infiltrated reinforcement structure, or - by vapor deposition, he follows. Verwendung eines Bauteils nach Anspruch 6 oder 7 als Lüfterrad in Ventilatoren, vorzugsweise Heißgasventilatoren, Radialventilatoren; Lüftungsanlagen; Klimaanlagen; oder Windkraftanlagen, vorzugweise Kleinwindkraftanlagen.Use of a component according to claim 6 or 7 as a fan wheel in fans, preferably hot gas fans, radial fans; ventilation systems; air conditioners; or wind turbines, preferably small wind turbines.
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