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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Kettfadenzufuhr an Wirk- und
Strickmaschinen und ein Verfahren zur Herstellung dieser Vorrichtung.
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Mehrlagengestricke
verbinden die Vorteile unverstärkter Gestricke, wie zum
Beispiel eine gute Drapierbarkeit, sowie die Vorteile klassischer
Gelegekonstruktion, hier insbesondere das Vorhandensein von gestreckten
Verstärkungsfadenlagen aus Kettfäden und Schussfäden.
Sie erzielen als Verstärkungshalbzeuge für Faserverbundwerkstoffe hohe
Verbundsteifigkeiten. Mehrlagengestricke sind durch gestreckt angeordnete
Verstärkungsfäden in mehreren Lagen und unterschiedlicher
Ausrichtung verstärkt, wobei die einzelnen Verstärkungsfadenlagen
durch Maschenfäden fixiert werden. Die Qualität der
Mehrlagengestricke hat auf die Eigenschaften der daraus gefertigten
Faserverbundwerkstoff-Bauteile einen unmittelbaren Einfluss.
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In
der
DE 44 19 985 C2 ist
ein Mehrlagengestrick offenbart, was aus zwei RL-Gestrickbahnen
besteht, die mit ihren linken Warenseiten einander zugewandt sind
und durch ein drittes Fadensystem miteinander verbunden sind. Es
sind Lagen aus Kett- und Schussfäden in zwei RL-Gestrickbahnen
eingebunden, wobei die linksseitigen Bögen durch die Lagen
aus Kett- und Schussfäden verlaufen. Dabei verlaufen die
linksseitigen Bögen über den äußeren Kettfaden
der Lagen. Die rechtsseitigen Maschen verlaufen bis über
den äußeren Schussfaden der Lagen. Durch die gestreckten
Lagen der Kett- und Schussfäden werden die Kräfte
im Faserverbundwerkstoff aufgenommen. Der Zusammenhalt der Lagen über
die beiden Maschenfadensysteme gewährleistet eine hohe
Drapierbarkeit des Gestricks.
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Insgesamt
sind die folgenden Eigenschaften der Mehrlagengestricke für
die Qualität eines Faserverbundwerkstoff-Bauteils ausschlaggebend:
- – eine möglichst gestreckte
Verstärkungsfadenanordnung,
- – keine Vorschädigung der Verstärkungsfasern durch
den Fertigungsprozess,
- – gleichmäßige Kett- und Schussfadendichten,
- – eine einstellbare Drapierbarkeit,
- – kein Verzug innerhalb des Mehrlagengestricks.
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Diese
Qualitätsmerkmale müssen bei der Herstellung von
Mehrlagengestricken und deren späterer Verwendung für
Faserverbundwerkstoff-Bauteile erreicht und sichergestellt werden.
Ein Nachteil bisheriger Verfahren zur Fertigung von Mehrlagengestricken
besteht darin, dass eine Reproduzierbarkeit der Eigenschaften der
Mehrlagengestricke auf Grund der Zufuhrbedingungen der Verstärkungsfäden
nicht oder nur eingeschränkt gewährleistet ist.
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Gemäß den
Verfahren des Standes der Technik werden die Kettfäden
der Strickstelle teilungsgerecht zugeführt. Dabei laufen
die Kettfäden über Umlenkstellen in Kettfadenführerröhrchen
ein, um sie an der Strickstelle vor einem Anstechen der austreibenden
Nadeln während des Strickvorgangs zu schützen.
Für die teilungsgerechte Zuführung sind die Kettfadenführerröhrchen
auf einem Blech teilungsgerecht angebracht. Unter einer teilungsgerechten
Anbringung versteht man, dass die Kettfadenführerröhrchen
mit einem Abstand zueinander positioniert sind, der dem Abstand
zweier benachbarter Nadeln in der Flachstrickmaschine entspricht.
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Der
Strickstelle werden die Kettfäden in mehreren Kettfadenlagen
zugeführt, zwischen denen einzelne oder mehrere Schussfäden
pro Maschenreihen eingebracht werden. Dazu ist es notwendig, dass während
des Einlegeprozesses des Schussfadens die jeweils benachbarten Kettfadenlagen
temporär verdrängt werden, um die Bewegungsbahn
des Schussfadenführers freizugeben. Das heißt,
dass die Kettfadenführerröhrchen der Kettfadenzufuhreinrichtung
aus den Bahnen der vor und hinter den Kettfadenführerröhrchen
laufenden Schussfadenführer bewegt werden müssen,
um die Schussfäden in den einzelnen Lagen des Mehrlagengestricks
zu integrieren. Zu diesem Zweck sind die Kettfadenführerröhrchen
an Blechstreifen aus Federstahl befestigt, die im oberen Bereich
durch weitere Blechlagen versteift sind.
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Die
in Schussrichtung relativ biegesteifen, gegeneinander beweglichen
Einheiten (Blechstreifen) ermöglichen ein Ausweichen beziehungsweise Verdrängen
der Kettfäden, um Platz für das Einbringen der
Schussfäden zu schaffen. Dazu laufen die Schussfadenführer
gestaffelt, wie bei LePhuc, Konstruktive und technologische
Weiterentwicklung der Flachstricktechnik zur Herstellung von Multilager-Gestricken
mit bis zu neun Verstärkungslagen, S. 49–52, Technische
Universität Dresden, Fakultät Maschinenwesen,
Dissertation, 2005; TUDpress; M1272 beschrieben, in die
einzelnen Bahnen der Schussfadenlagen ein und legen den jeweiligen Schussfaden
zwischen die Kettfadenlagen. Die Bewegungsbahnen der Schussfadenführer
werden durch das Verdrängen der Blechstreifen und den daran
befestigten Kettfadenführerröhrchen frei gemacht.
Zu diesem Zweck sind am jeweiligen Schussfadenführer selbst
Verdrängerelemente angebracht.
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Die
Nachteile des beschriebenen Verfahrens ergeben sich unter anderem
daraus, dass beim Verdrängen der Kettfadenlagen durch die
Schussfadenführer mit ihren Verdrängerelementen
es zeitweise zum Tordieren der Kettfadenführerbleche um
deren Längsachse kommt. Dieses Tordieren wird durch eine
zumindest temporär bestehende zu hohe Reibung zwischen
dem Verdrängerelement und dem Kettfadenführerblech
oder durch das Auflaufen des Verdrängerelements auf die
Blechstreifenkante verursacht. Infolge dessen positionieren sich
die Kettfadenführerröhrchen in die Bewegungsbahnen
der austreibenden Stricknadeln, so dass es zu Nadelbrüchen,
Röhrchendeformationen, Röhrchenbrüchen und Beschädigungen
der Fadenführer kommt, die ungleichmäßige
Schussfadendichten, beschädigte Verstärkungsfäden
und Veränderung der Drapiereigenschaften nach sich ziehen.
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Die
gewünschte gestreckte Verstärkungsfadenanordnung
ohne Beschädigung beziehungsweise Vorschädigung
der Verstärkungsfäden wird durch das Einlegen
der Schuss- bzw. Kettfäden mit konstant niedriger Fadenspannung
realisiert. Besonders nachteilig wirkt sich beim gegenwärtigen
Stand der Technik der Umstand aus, dass es dabei auf Grund der temporär
zu hohen Reibung zwischen Fadenführern und Kettfadenführerröhrchen
zu Fadenzugkraftschwankungen kommt. Damit können eine gestreckte
Verstärkungsfadenanordnung und damit schädigungsfreie
Verstärkungsfäden nicht garantiert werden.
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Für
die volle Ausnutzung des Eigenschaftspotenzials der Verstärkungsfäden
im Faserverbundwerkstoff müssen Vorschädigungen
der Verstärkungsfasern während des Verarbeitungsprozesses
vermieden werden. Daher ist es als ein weiterer Nachteil beim gegenwärtigen
Stand der Technik anzusehen, dass es durch das Tordieren der Kettfadenführerbleche
zum Anstechen der Kettfäden durch die Nadeln kommt. Darüber
hinaus kommt es bei der Zuführung der Kettfäden
zu Mitnahmeeffekten. Das heißt, dass benachbarte Kettfäden
aneinander reiben und sich gegenseitig Filamente (Fasern) herausziehen.
Damit ist eine schädigungsfreie Verarbeitung von Verstärkungsfäden
in Mehrlagengestricken nicht möglich.
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Für
gleichmäßige Eigenschaften von Mehrlagengestricken
und damit reproduzierbare Faserverbundwerkstoffeigenschaften sind
unter anderem auch gleichmäßige Schussfadendichten
des Mehrlagengestricks notwendig. Beim gegenwärtigen Stand der
Technik kommt es durch die Deformation beziehungsweise den Bruch
der Kettfadenführerröhrchen infolge des Tordierens
der Kettfadenführerbleche zu Stillstandzeiten der Strickmaschine und
damit zu so genannten Standreihen. Damit sind konstante Schussfadendichten über
ein längeres Gestrickstück (> 2 m) nicht gegeben.
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Eine
reproduzierbare und einstellbare Drapierbarkeit des Mehrlagengestricks
ist ebenfalls, wie bereits erwähnt, ein Kriterium für
eine hohe Qualität von Mehrlagengestricken beziehungsweise
Faserverbundwerkstoffen. Unter Drapierbarkeit versteht man die sphärische
Verformbarkeit von Textilien, also die Eigenschaft der Mehrlagengestricke,
sich an die Kontur dreidimensionaler Oberflächen anpassen
zu können. Die Drapierbarkeit ist unter anderem abhängig
von den folgenden Eigenschaften:
- – der
Art der textilen Bindung,
- – der Kuliertiefe, die den Einstellwert der Maschenlänge
bildet,
- – der Kett- und Schussfadendichten,
- – der Maschenfestigkeit,
- – dem Verstärkungsfadenmaterial und
- – der Garnstruktur.
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Durch
das Tordieren der Kettfadenführerbleche und das Anstechen
von Schussfäden werden die Schussfäden diskret
geschädigt, was zu lokalen Veränderungen der Maschenstruktur
führt und damit die Drapierbarkeit beeinträchtigt.
Des Weiteren kommt es durch diesen Vorgang zu Fehlmaschen, das heißt, die
Verstärkungsfäden werden lokal nicht vermascht und
zu Maschenplatzern. Dies führt ebenfalls zur Beeinträchtigung
der Drapierbarkeit. Somit kann eine reproduzierbare Drapierbarkeit
des Mehrlagengestricks nicht gewährleistet werden.
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Gemäß dem
Stand der Technik wird den genannten Unzulänglichkeiten
bisher mit herabgesetzten Strickgeschwindigkeiten begegnet, die
aber wiederum den Nachteil haben, dass damit die Produktivität
der Mehrlagengestricke-Herstellung stark einschränkt wird.
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Hinzu
kommt als Nachteil bisheriger Verfahren, dass bei diesen die Bandbreite
der Verarbeitbarkeit von Verstärkungsfäden mit
hoher Fadenfeinheit begrenzt ist. Auf Grund von Fertigungstoleranzen
bei der Verbindungstechnik der Kettfadenführerröhrchen mit
den Blechstreifen, insbesondere beim Löten der Kettfadenführerröhrchen
auf die Kettfadenführerbleche, kann der Zwischenraum zwischen
zwei ausgetriebenen Stricknadeln nicht vollständig ausgenutzt werden.
Das erfordert eine Reduzierung des Querschnitts der Kettfadenführerröhrchen
und senkt damit die verarbeitbare Verstärkungsfadenfeinheit.
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Aus
den zahlreichen oben beschriebenen Nachteilen des Standes der Technik
ergibt sich die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe, ein Vorrichtung
für die Fertigung von Mehrlagengestricken mit deutlich
verbesserter Qualität hinsichtlich ihres Einsatzes in Faserverbundwerkstoff-Bauteilen
bereitzustellen. Die Vorrichtung soll eine wesentlich höhere Produktivität
des Mehrlagenstrickens ermöglichen. Des Weiteren besteht
die Aufgabe in einer wesentlichen Verringerung des Verschleißes
und des Wartungsaufwandes im Vergleich zu bisherigen Vorrichtungen
der Kettfadenzufuhr.
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Die
Aufgabe der Erfindung wird durch eine Vorrichtung zur Kettfadenzufuhr
an Wirk- und Strickmaschinen gelöst, die Kettfadenführerröhrchen
aufweist. Durch diese Kettfadenschar werden die Kettfäden
als Kettfadenschar über die gesamte Strickbreite der Strickstelle
zugeführt. Die Kettfadenführerröhrchen
sind erfindungsgemäß über die gesamte
Strickbreite der Maschine auf jeweils nur einem elastischen Träger
mit einstellbarer Biegesteifigkeit teilungsgerecht befestigt, wobei
sie in Strickschlittenbewegungsrichtung unbeweglich sind. Dagegen
bleiben die Kettfadenführerröhrchen quer zur Strickschlittenbewegung
auslenkbar.
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Die
Konzeption der Erfindung besteht in der Verbindung von einer hochpräzisen,
teilungsgerechten Positionierung der Kettfadenführerröhrchen über die
gesamte Strickbreite auf einem elastischen Träger mit einer
einstellbaren Biegesteifigkeit quer zur Strickrichtung für
eine reproduzierbare Fertigung von Mehrlagengestricken. Der Träger
ist über die gesamte Breite der Kettfadenzufuhr zur Flachsstrickmaschine
durchgängig. Bisherige Träger waren im Vergleich dazu
immer unterteilt und wurden daher abschnittsweise ausgelenkt. Der
elastische Träger weist im Vergleich zu bisher unterteilten
Träger eine wesentlich geringere Biegesteifigkeit auf.
Damit ist garantiert, dass die Auslenkung des Trägers mit
den Kettfadenröhrchen leicht und ohne Verklemmen vor sich geht.
Somit ist die Kettfadenzufuhrvorrichtung so gestaltet, dass sie
sich leicht und störungsfrei und senkrecht zur Bewegungsrichtung
des Strickschlittens der Flachstrickmaschine auslenken lässt.
Dadurch wird der Verschleiß und der Wartungsaufwand der
Anlage deutlich verringert. Für die Schussfadenzuführung kann
durch das elastische Verbiegen des Trägers quer zur Strickrichtung
ein Verdrängerprinzip zur Anwendung kommen. Durch die Biegung
des Trägers wird die temporäre und lokale Verdrängung
der Kettfadenführerröhrchen zur Einbringung von
Schussfäden in Querrichtung zur Bewegungsrichtung des Strickschlittens
ermöglicht, ohne dass die Kettfadenführerröhrchen
in die Bewegungsbahnen der Nadeln gelangen.
- Allgemein
werden durch die Erfindung folgende Vorteile erzielt:
- – die reproduzierbare Fertigung von Mehrlagengestricken,
- – ein gegenüber bisherigen Vorrichtungen wesentlich
geringerer Verschleiß- und Wartungsaufwand der erfindungsgemäßen
Vorrichtung,
- – qualitativ höherwertige Mehrlagengestricke
und
- – Erhöhung der Produktivität des
Mehrlagenstrickens.
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Vorzugsweise
ist der Träger der Kettfadenführerröhrchen
ein biegeweiches Federstahlblech. Dabei ist das Federstahlblech
in beliebiger Teilung (bezogen auf den Abstand der Kettfadenführerröhrchen)
an seinen Enden bevorzugt an einem steifen Bügel befestigt
und kann mittels dieses Bügels über eine Spannvorrichtung
mehr oder weniger gespannt werden, wodurch der Verdrängerweg
in Abhängigkeit von der Steifigkeit des Schussfadenführers
einstellbar ist. Somit kann die Steifigkeit beziehungsweise der
Verdrängungswiderstand an unterschiedliche Ausführungsformen
der Schussfadenführer und an unterschiedlich hohe Spannungen
des Schussfadens angepasst werden.
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In
einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung ist das Trägermaterial
ein elektroaktives Polymer. Dabei würde die Einstellung
der Biegung beziehungsweise Biegesteifigkeit über die dem
Träger zugeführte Stromstärke erreicht
werden.
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In
einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der Träger
der Kettfadenführerröhrchen zusätzlich
an Verstärkungselementen befestigt, die die durch Reibung
entstehenden Zugkräfte aufnehmen können. Dabei
können diese Verstärkungselemente unter anderem
Drähte oder Bleche sein. Durch Aufnahme von durch Reibung
verursachte Zug-, Druck- und Querkräften in Richtung der
Bewegung des Strickschlittens der Strickmaschine wird die unveränderliche
Position der Kettfadenführerröhrchen sichergestellt.
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Vorzugsweise
werden die Kettfäden den Kettfadenführerröhrchen
teilungsgerecht und ohne gegenseitige Mitnahmeeffekte über
auf einem Druckstab befestigte Fadenleitelemente zugeführt.
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Ein
weiterer Aspekt der Lösung der Aufgabe der Erfindung besteht
in einem Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen
Vorrichtung sowie ihrer oben genannten Ausgestaltungen. Das Verfahren läuft
im Allgemeinen in den folgenden Schritten ab:
- a)
Bereitstellen eines Werkzeugs mit ausgefrästen Rillen,
die in der Form mit den Abmaßen der Kettfadenführerröhrchen übereinstimmen
und einen Abstand zueinander aufweisen, der dem Abstand der gewünschten
Teilung der aufzubringenden Kettfadenführerröhrchen
entspricht,
- b) Einlegen der Kettfadenführerröhrchen in
die ausgefrästen Rillen,
- c) Auflegen des Trägers auf das Werkzeug und die in
die Rillen eingelegten Kettfadenführerröhrchen,
- d) formschlüssiges Verbinden der in die Rillen eingelegten
Kettfadenführerröhrchen durch ein Verbindungsverfahren.
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Für
die Verbindung der Kettfadenführerröhrchen mit
dem Träger wird die Anwendung eines stoffschlüssigen
Verbindungsverfahrens, ausgewählt aus den drei Verbindungsverfahren
Kleben, Laserstrahlschweißen und elektrisches Widerstandspunktschweißen,
bevorzugt. Durch die Nutzung eines dieser stoffschlüssigen
Verbindungsverfahren für die Verbindung der Kettfadenführerröhrchen
mit dem Träger anstelle des Lötens kann das Positionieren der
einzelnen Kettfäden zwischen den austreibenden Stricknadeln
mit einer Genauigkeit erreicht werden, die das Ausnutzen des Zwischenraums
zwischen zwei Nadeln zur Positionierung eines Kettfadens mit möglichst
hoher Tex-Zahl, was ein Maß für die Fadenfeinheit
ist, ermöglicht.
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Weitere
Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus
der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels
mit Bezugnahme auf die Figur. Es zeigt:
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1:
eine Vorrichtung zur Kettfadenzufuhr.
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Eine
Vorrichtung zur Kettfadenzufuhr besteht gemäß 1 aus
zwei parallel zueinander orientierten steifen Bügeln 1.
An diesen steifen Bügeln 1 sind drei senkrecht
zu diesen orientierte parallele Querverbindungen 2, 3 und 4 mit
ihren Enden so angebracht, dass sie die beiden steifen Bügel 1 jeweils miteinander verbinden.
Eine der Querverbindungen besteht in Form eines elastischen Träger 4,
zum Beispiel eines Federstahlblechs 4, das an seinen Enden mittels
zusätzlicher Verbindungsteile 4a mit dem steifen
Bügel 1 verbunden ist. Auf dem elastischen Träger 4 sind
die Kettfadenführerröhrchen 5, durch
welche die Kettfäden der Strickstelle von oben zugeführt werden, über
die gesamte Strickbreite der Strickmaschine in Strickschlittenbewegungsrichtung
teilungsgerecht starr und untrennbar befestigt. Dabei ist „teilungsgerecht"
definiert als Abstand äquivalent dem Abstand zweier benachbarter
Nadeln der Strickmaschine. Der Träger 4 der Kettfadenführerröhrchen 5 ist
außerdem an mehreren senkrecht zu dem Träger orientierten
Verstärkungselementen 6, gemäß 1 von
Drähten 6 befestigt, die die durch Reibung entstehenden
Zugkräfte aufnehmen können. Die Drähte 6 verbinden
den Träger 4, der die steifen Bügel 1 an zwei
Bügelenden 1a auf gleicher Höhe verbindet,
mit dem parallel dazu orientierten Druckstab 3, dessen Enden
jeweils nahe des mittleren Bereiches 1b der steifen Bügel 1 befestigt
sind und somit für eine zweite Verbindung der beiden steifen
Bügel 1 sorgen. Auf dem Druckstab 3 sind über
die gesamte Strickbreite Fadenleitelemente 7 angeordnet.
Diese auf dem Druckstab 3 befestigten Fadenleitelemente 7 dienen dazu,
die Kettfäden den Kettfadenführerröhrchen 5 teilungsgerecht
ohne gegenseitige Mitnahmeeffekte zuzuführen.
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Eine
dritte Querverbindung zwischen den beiden steifen Bügeln
besteht in einer Spannvorrichtung 2. Diese Spannvorrichtung 2 ist
mit ihren Enden ebenfalls im mittleren Bereich des steifen Bügels 1 befestigt,
doch im Vergleich zum Druckstab 3 weiter in die Richtung
des dem Ende 1a mit dem Federstahlblech 4 entgegengesetzten
Endes 1b. Die Spannvorrichtung 2 ist an zwei Halterungsteile 8 angebracht,
die hakenförmig ausgebildet sind. Dabei besteht eine Verbindung
zwischen einer Fläche 8a jeweils eines Halterungsteils 8 mit
jeweils einem Bügel 1, wobei diese Fläche 8a über
den Bügelrand 9 hinaus in den Zwischenraum 10 zwischen
den beiden Bügeln 1 hineinragt. Am in den Zwischenraum 10 gerichteten
Ende des Halterungsteils 8 ist senkrecht zur Fläche 8a des
Halterungsteils 8 eine Fläche 8b des Halterungsteils 8 ausgebildet,
die parallel zum Bügel 1 ausgerichtet ist, wodurch
jeweils ein Zwischenraum 11 zwischen der Fläche 8b des
Halterungsteils 8 und dem Bügelrand 9 besteht.
Die Spannvorrichtung 2 weist eine Gewindeachse 12 auf,
die durch die Flächen 8b der Halterungsteile 8 hindurch
verlaufend, mit ihren Gewindeachsenenden 12a jeweils in
diese Zwischenräume 11 hineinragen und dort mit
koaxialen Einstellmuttern 13 versehen sind. Jede Einstellmutter 13 liegt
jeweils an eine Fläche 8b des Halterungsteils 8 an.
Durch die Drehung der Einstellmuttern 13 erfolgt eine längsaxiale
Verschiebung der Einstellmuttern 13 entlang der Gewindeachse 12 und
somit eine Veränderung des Drucks auf die Flächen 8b der
Halterungsteile 8, die wiederum mit den steifen Bügeln 1 verbunden
sind. Auf diese Weise wirken die Einstellmuttern 13 als
Spannelemente 13 der Spannvorrichtung 2, mit denen
das Federstahlblech 4 zwischen den steifen Bügeln 1 mehr
oder weniger gespannt werden kann.
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- 1
- Bügel,
steifer Bügel
- 1a
- Bügelende
- 1b
- Bügelende
- 2
- Spannvorrichtung
- 3
- Druckstab
- 4
- Federstahlblech,
Träger
- 4a
- Verbindungsteile
mit dem steifen Bügel 1
- 5
- Kettfadenführerröhrchen
- 6
- Verstärkungselemente,
Drähte
- 7
- Fadenleitelemente
- 8
- Halterungsteil
- 8a
- Fläche
des Halterungsteils 8
- 8b
- Fläche
des Halterungsteils 8
- 9
- Bügelrand
- 10
- Zwischenraum
(zwischen den beiden Bügeln 1)
- 11
- Zwischenraum
(zwischen Fläche 8a des Halteteils 8 und
Bügel 1)
- 12
- Gewindeachse
- 12a
- Gewindeachsenenden
- 13
- Einstellmuttern,
Spannelemente
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- - LePhuc, Konstruktive
und technologische Weiterentwicklung der Flachstricktechnik zur
Herstellung von Multilager-Gestricken mit bis zu neun Verstärkungslagen,
S. 49–52, Technische Universität Dresden, Fakultät
Maschinenwesen, Dissertation, 2005; TUDpress; M1272 [0008]