DE3813740A1 - Gewebe zur herstellung eines bauteils - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Gewebe gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Durch die EP-Pat.-Anm. 00 56 351 ist es bekannt, aus einem Mehrlagengewebe bestehende faserverstärkte Verbundkörper durch Addition separater Gewebeteile zu verstärken. Solche separaten Verstärkungsleisten bilden naturgemäß Schwachstellen, da ihr Gewebeverbund zum Mehrlagengewebe hin fehlt.

Durch die US-PS 34 81 427 existiert der Vorschlag, ein texti­ les, webtechnisch erzeugbares Bauteil zu kammern. Dabei kommt Fiberglas zur Anwendung. Die Kammerung erreicht man im Hohlwebeverfahren; es liegen also in der dritten Dimensi­ on verbindende Wände vor.

Zu Verbundwerkstoffen herangezogene Textilstrukturen solcher Art haben ein weites Anwendungsfeld, vornehmlich auch in der Luft- und Raumfahrt. Zum Beispiel werden sie in Triebwerkskammern eingesetzt. Um auf die gewünschte Dicke zu kommen, geht man in aller Regel den Weg der Stape­ lung bzw. des Übereinanderwickelns der textilen Einzella­ gen. Das Aufeinanderlegen mehrerer Gewebe ist aber sehr aufwendig und erfordert zur Vermeidung des Verrutschens einzelner Lagen einen zusätzlichen Nähprozeß, der bei Ein­ satz von Hochleistungsfasern zu ungewünschten, teilweisen Beschädigungen derselben führt.

Aufgabe der Erfindung ist es, mit baulich einfachen Mitteln eine Erhöhung des Anteils der armierenden Textilstruktur, d. h. der Dicke, zu erzielen, ohne die erläuterte Lagenaddi­ tion anwenden zu müssen.

Gelöst ist diese Aufgabe durch die in den Ansprüchen 1 und 6 angegebene Erfindung.

Die Unteransprüche sind vorteilhafte Weiterbildungen.

Zufolge solcher Ausgestaltung ist mit einfachen Mitteln und unter Verzicht auf zeitraubende und teure Addition von Lagen die gewünschte Ausgangsdicke einstückig realisierbar. Die Fertigung läßt sich auf üblichen Webmaschinen einrichten. Das Gewebe behält eine hochgradige Geschmeidigkeit (gegenüber einem selbstsperrend wirkenden vernähten oder sonstwie verbundenen Laminat). Die Materialanhäufung in der dritten Dimension beruht auf einer reichen, äußerst eng einstellbaren Faltenstruktur, einer Art Plisseegewebe. Die Falten sind in ihrer Länge einstellbar und untereinander variierbar. Da sie einer Grundebene entspringen, ist das Gewebe auch in der Fertigung bestens beherrschbar. In vor­ teilhafter Weise wird so vorgegangen, daß das Gewebe aus zwei Kettsystemen besteht, deren zweites zur Bildung von im Querschnitt beidendig an dem ersten Kettsystem befestigten Falten dient, wobei beide Kettsysteme mittels Fixierschüssen an den Faltenenden miteinander verbunden sind. Neben dem Vorteil größerer Dicken liegt eine aus der Sicht der Bean­ spruchung optimale Faserorientierung vor. Belastungsschwer­ punkte bzw. -richtungen lassen sich demzufolge bestens be­ rücksichtigen. Dabei erweist es sich weiter als vorteil­ haft, daß die Schußfäden des ersten Kettsystems die Fixier­ schüsse sind. Diese erstrecken sich in der Ebene der ge­ spannt gehaltenen Grundkette, die praktisch als eine Art Führungsschiene für das Anschlagen der Falten genutzt wird. Vorteilhaft ist es darüber hinaus, daß die Ausstülpungen des Faltengewebes jeweils auf derselben Seite des Grundgewebes angeordnet sind. Die doppelschenklige, kammartige Faltstruk­ tur kann in vorteilhafter Weiterbildung so ausfallen, daß die Falten eine dachschindelartige Überlappungsstruktur einnehmen. In diesem Zusammenhang ist es vorteilhaft, daß die Kettfäden für die Fixierschüsse aus einem dünneren Mate­ rial als die Kettfäden für das Faltengewebe bestehen. Ein vorteilhaftes Verfahren zur Herstellung eines Gewebes für ein Bauteil, insbesondere ein ausgehärtet harzgetränktes Bauteil, wobei das Gewebe aus einem technischen Garn, wie insbesondere Aramidfaser, Kohlefaser, Keramikfaser oder Glasfaser besteht, wobei weiter das Gewebe aus zwei Kettsy­ stemen besteht, deren zweites zur Ausbildung von im Quer­ schnitt beidendig an dem ersten Kettsystem befestigten Fal­ ten dient und wobei beide Kettsysteme mittels Fixierschüssen an den Faltenenden miteinander verbunden sind, besteht da­ rin, daß zunächst das Grundgewebe und das Faltengewebe mit gleicher Länge gewebt werden und sodann zur Ausbildung der Falten das Grundgewebe mittels einer Warenabzugswalze ver­ kürzt wird. Dabei ist weiter so vorgegangen, daß die Waren­ abzugswalze zur Bildung der Falten zurückgedreht wird. Zur Wiederherstellung der Arbeitsspannung der Grundkette wird diese sodann mittels eines Wickelgetriebemotors auf den Kettbaum zurückgewickelt.

Der Erfindungsgegenstand sowie das Verfahren zu seiner Her­ stellung wird anhand eines Ausführungsbeispieles nachfolgend näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Triebwerkswand in schematischer Darstellung mit angedeuteter Strömungsrichtung der heißen Gase,

Fig. 2 in perspektivischer Darstellung einen Gewebeabschnitt,

Fig. 3 eine Stirnansicht hierzu, durch die Faltenöffnungen gesehen,

Fig. 4 eine der Fig. 3 entsprechende Darstellung bei abgeklappter Faltenschar,

Fig. 5 eine Seitenansicht gegen das Webbild, in weitestgehend schematisierter Wiedergabe,

Fig. 6 den Bindebereich zwischen einander benachbarten Faltenwurzeln, und zwar weiter vergrößert,

Fig. 7 eine der Fig. 5 entsprechende Darstellung, jedoch nach Faltenbildung,

Fig. 8 die Darstellung gemäß Fig. 5 in Perspektive,

Fig. 9 die Darstellung gemäß Fig. 7 in Perspektive, beide vergrößert und

Fig. 10 eine Prinzipskizze der Webmaschine zur Herstellung von Faltengeweben.

Die Grundlage zur Erzielung einer Textilienstruktur eines Gewebes G größerer Dicke ist ein faltenförmiger Aufbau. Hierzu wird mit mindestens zwei Kettsystemen I, II gearbei­ tet.

Das eine Kettsystem I bildet eine Grundkette.

Das andere Kettsystem II bildet eine Faltenkette.

Das Kettsystem I übernimmt in Verbindung mit Fixierschüssen 1 und 2 die Trägerfunktion für die Falten F. Es bildet so den wahren Grund.

Die Schüsse im faltenbildenden zweiten Kettsystem II tragen die Bezugsziffer 3. Es sind die sogenannten Faltenschüsse.

Wie den Zeichnungen entnehmbar, wird die Faltenkette (Kettsystem II) im Bereich der Fixierschüsse 1 und 2 in das von den Fäden 4 der Grundkette (Kettsystem I) und den Fixier­ schüssen 1 und 2 gebildete Grundgewebe angeheftet. Je nach gewünschter Faltenhöhe H werden darauf folgend Schüsse nur in die Faltenkette eingetragen; deren Fäden mit 5 bezeichnet sind. Sie treten jeweils wechselweise über und kreuzen einander. Die maximale Faltenhöhe ist bestimmt durch den Abstand zwischen dem Webblatt 6 bei Blattanschlag und der Warenabzugswalze 7 der Webmaschine und kann mehr als 10 cm betragen. Dabei findet ein der gewünschten Schußdichte entsprechender Warenabzug statt. Je nach Erreichung der gewünschten Schußzahl (Schußzahl = Schußdichte × Faltenhöhe × 2) wird, gesteuert von der Schaftkarte der Webmaschine, die Stillsetzung bewirkt. Die Grundkett-Fäden 4 sind ge­ schwärzt und die Falten-Kettfäden 5 weiß gelassen. Beide Systeme I, II haben einen eigenen Kettbaum.

Die, im Querschnitt gesehen, an beiden Enden im Grundgewebe wurzelnden Falten F stülpen beim Ausführungsbeispiel sämt­ lich auf derselben Seite des Gewebes G aus. Auch sind sie von gleicher Höhe. Gemäß Variante Fig. 3 stehen sie senk­ recht zur Ebene E-E des Gewebes G ab. Die Variante gemäß Fig. 4 zeigt eine parallellagige Ausrichtung außerhalb der besagten Senkrechten. Sie nehmen dort eine dachschindelarti­ ge Struktur an in einem spitzen Neigungswinkel Alpha von bspw. 45°.

Je nach dem gewünschten Faltenabstand können mehr oder weni­ ger Fixierschüsse 1, 2 eingetragen werden. Wird z. B. ein dichter, senkrechter Faltenstand angestrebt (vergl. Fig. 3), so werden nur ein oder zwei Fixierschüsse eingetragen, wobei diese zur Verstärkung des Effektes zusätzlich aus dünnerem Material bestehen können. Das Ausführungsbeispiel zeigt allerdings bezüglich der Schüsse eine gleiche Fadendicke. Soll dagegen ein bestimmter Winkel der Falten F in der ferti­ gen Struktur erreicht werden, so wird dieser Winkel vom Abstand der Falten im Grundgewebe gesteuert.

Durch Einsatz von mehr als einer Faltenkette (Kettsystem II) können abwechselnd Falten aus unterschiedlichem Kett- und Schußmaterial hergestellt werden. Auch sonstige Mischformen sind denkbar und dem beabsichtigten Zweck entsprechend zu wählen. So können bspw. mittels Schußwechsels in den einzel­ nen Falten F unterschiedliche Schußmaterialien eingesetzt werden, so daß sich ein - besonders für Ablationsmaterialien - geeigneter Aufbau herstellen läßt.

Während des Webprozesses wird die Grundkette (Kettsystem I) unter Vorspannung gehalten (Fig. 10). Mittels einer elektro­ nisch gesteuerten Rücklaufeinrichtung wird die Warenabzugs­ walze 7 um den Betrag des Faltengewebes zurückgedreht. Die dadurch locker werdende Grundkette wird mittels eines Wickel­ motors auf den Kettbaum 8 zurückgewickelt. Die Kettrück­ nahme entsprechend der Faltenlänge geschieht in Pfeilrich­ tung y. Nach Wiedererreichen der Arbeitsspannung der Grund­ kette (Kettsystem I) setzt sich die Webmaschine automatisch wieder in Betrieb. Der darauf folgende Blattanschlag schiebt den ersten Fixierschuß des neuen Bindungsrapports in den zweiten Fixierschuß des vorhergehenden Bindungsrapports und wirft damit das Gewebe, gebildet aus der Faltenkette und dem Faltenschuß, zur Falte auf. Der Fixierschuß 2 trägt dabei zur weiteren Fixierung der Falte bei. Der Kettabzug entsprechend der Schußdichte erfolgt in Pfeilrichtung z. Der Kettbaum für die Faltenkette (Kettsystem II) ist mit 9 bezeichnet. Die Schäfte 10 sind wie auch das vor dem Waren­ rand 11 stehene Webblatt 6 nur schematisch dargestellt.

Je nach Einsatzgebiet werden Hochleistungsfasern in reiner Form oder auch in einer Mischform verarbeitet, wie Glasfa­ ser, Aramidfaser, Kohlefaser und mittels einer Harzmatrix zu einem Verbundwerkstoff verarbeitet. Als diesbezüglicher Produkthinweis mag die Darstellung in Fig. 1 genügen. Diese zeigt die faltenförmige Struktur an einer Triebwerkswand. Die umschlossene Kammer 12 ist im wesentlichen zylindrisch, läßt sich aber unter Nutzung der Geschmeidigkeit der Struk­ tur auch in andere Formen überführen. Die Strömungsrichtung der heißen Gase ist durch Pfeil x kenntlich gemacht.

Auch ist eine Einroll-Form möglich, wobei die Falten F bspw. nach außen weisen.

Alle in der Beschreibung erwähnten und in der Zeichnung dargestellten Merkmale sind erfindungswesentlich, auch soweit sie in den Ansprüchen nicht ausdrücklich erwähnt sind.

Claims (8)

1. Gewebe zur Herstellung eines Bauteils, insbesondere eines ausgehärtet harzgetränkten Bauteils, wobei das Gewebe aus einem technischen Garn, wie insbesondere Aramidfaser, Kohle­ faser, Keramikfaser oder Glasfaser besteht, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Gewebe (G) aus zwei Kettsystemen (I, II) besteht, deren zweites (II) zur Ausbildung von im Quer­ schnitt beidendig an dem ersten Kettsystem (I) befestigten Falten (F) dient, wobei beide Kettsysteme (I, II) mittels Fixierschüssen (1, 2) an den Faltenenden miteinander verbun­ den sind.

2. Gewebe, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Schußfäden des ersten Kettsystems (I) die Fix­ ierschüsse (1, 2) sind.

3. Gewebe, insbesondere nach einem oder mehreren der vorher­ gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Aus­ stülpungen des Faltengewebes jeweils auf derselben Seite des Grundgewebes angeordnet sind.

4. Gewebe, insbesondere nach einem oder mehreren der vorher­ gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Falten (F) eine dachschindelartige Überlappungsstruktur aufweisen.

5. Gewebe, insbesondere nach einem oder mehreren der vorher­ gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schußfä­ den für die Fixierschüsse (1, 2) aus einem dünneren Material als die Faltenschüsse (3) für das Faltengewebe bestehen.

6. Verfahren zur Herstellung eines Gewebes zur Herstellung eines Bauteils, insbesondere eines ausgehärtet harzgetränk­ ten Bauteils, wobei das Gewebe aus einem technischen Garn, wie insbesondere Aramidfaser, Kohlefaser, Keramikfaser oder Glasfaser besteht, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Gewebe (G), welches aus zwei Kettsystemen (I, II) besteht, deren zweites (II) zur Ausbildung von im Querschnitt beid­ endig an dem ersten Kettsystem (I) befestigten Falten (F) dient, wobei beide Kettsysteme (I, II) mittels Fixierschüs­ sen (1, 2) an den Faltenenden miteinander verbunden sind, zunächst das Kettsystem (I) (Grundkette) und das Kettsystem (II) (Faltenkette) mit im wesentlichen gleicher Länge gewebt werden, sodann zur Ausbildung der Falten (F) die Grundkette mittels der Warenabzugswalze (7) verkürzt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Warenabzugswalze (7) zur Bildung der Falten (F) zurückge­ dreht wird.

8. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Wiederher­ stellung der Arbeitsspannung der Grundkette (Kettsystem I) diese mittels eines Wickelgetriebemotors auf den Kettbaum (8) zurückgewickelt wird.