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Patent Searching and Data


Title:
METHOD AND DEVICE FOR ATTACHING TEXTILES AND TEXTILE PRODUCTS PRODUCED THEREWITH
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2011/072832
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a method for attaching at least two textiles to each other, wherein said method overcomes the problems that usually occur during sewing. The invention further relates to a device for carrying out such a method and to a textile product which is or can be produced by means of the method.

Inventors:
THOMA BERND (DE)
HENNING FRANK (DE)
Application Number:
PCT/EP2010/007577
Publication Date:
June 23, 2011
Filing Date:
December 13, 2010
Export Citation:
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Assignee:
FRAUNHOFER GES FORSCHUNG (DE)
THOMA BERND (DE)
HENNING FRANK (DE)
International Classes:
D04H1/62; B29C65/00; B32B5/26; D04H13/00; D05B17/00; D05B23/00
Domestic Patent References:
WO1996000810A11996-01-11
Foreign References:
DE4423026A11996-01-04
DE888041C1953-08-27
US2557668A1951-06-19
US4715758A1987-12-29
Other References:
None
Attorney, Agent or Firm:
PFENNING, MEINIG & PARTNER (DE)
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Claims:
Patentansprüche

Verfahren zum Fixieren zumindest zweier Textilien zueinander, wobei

die zumindest zwei Textilien dort aneinander an¬ geordnet werden, wo sie zueinander fixiert werden,

in die zumindest zwei Textilien dort, wo sie zueinander fixiert werden, eingestochen wird, so dass zumindest ein Einstichkanal entsteht, der sich durch die zumindest zwei Textilien erstreckt und

Klebstoff in den zumindest einen Einstichkanal so eingebracht wird, dass er die zumindest zwei Textilien miteinander verklebt.

Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Klebstoff während und/oder unmittelbar nach dem Einbringen ausgehärtet wird.

Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass mittels zumindest einer Nadel, die einen Hohlkanal aufweist, durch welchen Klebstoff leitbar ist, in die zumindest zwei Textilien eingestochen wird und dass der Klebstoff durch den Hohlkanal in den Einstichkanal geleitet wird.

Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche ,

dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest zwei Textilien ein Faserhalbzeug, vorzugsweise ein trockenes Faserhalbzeug, und/oder einen Preform bilden .

Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass der Klebstoff mit¬ tels elektromagnetischer Strahlung, vorzugsweise mittels Licht und/oder Mikrowellenstrahlung, besonders bevorzugt mittels UV-Licht und/oder mittels Ultraschall aushärtbar ist.

Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die elektromagneti¬ sche Strahlung und/oder der Ultraschall auf den Klebstoff eingestrahlt wird, während die zumin¬ dest eine Nadel aus dem zumindest einen Einstichkanal zurückgezogen wird und/oder unmittelbar, nachdem die zumindest eine Nadel den zumin¬ dest einen Einstichkanal verlassen hat.

Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprü¬ che ,

dadurch gekennzeichnet, dass der Klebstoff so ausgehärtet wird, dass er die zumindest eine Nadel mit den Textilien verbindet und/oder verklebt, nachdem die zumindest eine Nadel den entsprechenden Einstichkanal verlassen hat.

Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche ,

dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest zwei Textilien nach dem Fixieren mittels der zumindest einen Nadel bewegt und/oder gehandhabt werden und/oder die Nadel von den Textilien dadurch gelöst wird, dass die Nadel mit Ultraschall beaufschlagt wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest zwei Textilien vor dem Einstechen in einer Form, einem Formwerkzeug oder einem Preformwerkzeug angeordnet werden.

Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine oder alle der Textilien eine flächig ausgedehnte Tex- tillage ist.

Vorrichtung zum Fixieren zumindest zweier Textilien zueinander mit

zumindest einer Einstichvorrichtung, mit welcher in die zumindest zwei Textilien zur Erzeugung zumindest eines sich durch die zumindest zwei Textilien erstreckenden Einstichkanals dort einstechbar ist, wo die zumindest zwei Textilien zueinander fixiert werden, und mit

zumindest einer Klebevorrichtung zum Einbringen von Klebstoff in den zumindest einen Einstichkanal so, dass die zumindest zwei Textilien miteinander verklebt werden.

Vorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, gekennzeichnet durch zumindest eine

Aushärtvorrichtung zum Aushärten des Klebstoff während und/oder nach dem Einbringen.

Vorrichtung nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche ,

dadurch gekennzeichnet, dass die

Aushärtvorrichtung eine Lichtquelle, vorzugsweise eine UV-Lichtquelle, ein Laser, eine Mikro- wellenquelle und/oder eine Ultraschallquelle ist .

14. Vorrichtung nach einem der drei vorhergehenden Ansprüche ,

dadurch gekennzeichnet, dass die Einstichvor¬ richtung eine Nadel mit einem Hohlleiter als Klebevorrichtung ist, vorzugsweise dass die Einstichvorrichtung eine hohle Nadel ist.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, gekennzeichnet durch eine Mehrzahl von Einstichvorrichtungen, wobei elektromagnetische Strah¬ lung auf Klebstoff in den entsprechenden Einstichkanälen aus einer für mehrere Einstichvorrichtungen gemeinsamen Quelle einstrahlbar ist.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Vorrichtung ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10 durchführbar ist.

17. Textilprodukt mit zumindest zwei Textilien, wobei die zumindest zwei Textilien an zumindest einer Klebestelle zueinander fixiert sind, an welcher Klebstoff in zumindest einem sich durch die zumindest zwei Textilien erstreckenden Einstich die zumindest zwei Textilien miteinander verbindet oder verklebt .

18. Textilprodukt nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Textilprodukt nach dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10 hergestellt ist oder herstellbar ist.

Description:
Verfahren und Vorrichtung zum Fixieren von Textilien sowie hierdurch hergestelltes Textilprodukt

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Fixieren zu- mindest zweier Textilien zueinander, welches die normalerweise beim Nähen auftretenden Probleme überwindet. Die Erfindung betrifft außerdem eine Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens sowie ein mittels des Verfahrens hergestelltes oder herstellba- res Textilprodukt .

Das Preformen und die Handhabung von forminstabilen, textilen Flächengebilden stellt in der automatisierten Produktion eine große Herausforderung dar. Die etablierten Verfahren zur Herstellung von komplexen

Hochleistungsfaserverbundbauteilen (Resin Transfer Moulding (RTM) und Prepreg) nutzen heute vorwiegend manuelle Arbeitsschritte. Dies liegt einerseits an der Empfindlichkeit dieser textilen Flächengebilde als auch andererseits an der Komplexität der erfor- derlichen Arbeitsschritte. Zusätzlich wird die Handhabung durch die Forminstabilität und Luftdurchläs ¬ sigkeit der Faserstrukturen erschwert. Dies betrifft sowohl bereits vorimprägnierte klebrige Halbzeuge als auch trockene Faserstrukturen.

Die Akzeptanz neuer Fertigungsverfahren, insbesondere in der Automobilindustrie, hängt im Wesentlichen vom Grad der Automatisierbarkeit und den damit verbunde- nen Kosten ab. Die Anforderungen an eine komplett automatisierte Prozesskette und dabei insbesondere an die Handhabungstechnik sind hoch. Gefordert werden beschädigungsfreie und reproduzierbare Handhabungsprozesse bei gleichzeitig kurzen Taktzeiten. Wichtig für die Prozess-Sicherheit ist dabei eine präzise Po ¬ sitionierung von Zuschnitten und die Realisierung von komplexen Ablagemustern und Lagenaufbauten für anspruchsvolle Geometrien, bei denen die beanspru ¬ chungsgerechte Ablage der Faserverstärkungsstrukturen entsprechend der Faserorientierung entscheidend für die spätere Bauteilqualität ist.

Eine Grundvoraussetzung für eine wirtschaftliche und reproduzierbare Handhabung von Textilstrukturen ist eine stabile Preformstruktur . Unter einem textilen

Preform versteht man ein endkonturnahes , vorzugsweise trockenes, Fasergebilde mit einer belastungsgerechten Faserstruktur, auch Faservorformling genannt. Die Entwicklung geeigneter Preforming-Technologien ist für die Wirtschaftlichkeit von Injektionsverfahren von entscheidender Bedeutung, da hierbei der Handha- bungs- und Legeaufwand und dadurch auch die Zykluszeiten bei der Produktion drastisch verringert werden können. Außerdem sollte eine maschinelle Nachbearbei- tung nach erfolgter Injektion auf ein Minimum reduziert werden. Trotz der höheren Kosten für Preforms im Vergleich zu einfachen Halbzeugen können so die Gesamtkosten eines Bauteils aus faserverstärktem Kunststoff unter Umständen erheblich geringer ausfallen als mit traditionellen Verfahren.

Nach dem Stand der Technik werden zur Stabilisierung von Preforms bzw. zum Fügen von Sub-Preforms Lagen normalerweise mittels Hilfsfäden miteinander vernäht. Wenn es sich dabei lediglich um das Fixieren bzw. Fügen von Sub-Preforms oder einzelner Faserlagen handelt, spricht man dabei von konfektionellem Nähen.

Zur Bearbeitung von dreidimensionalen Faserstrukturen existieren robotergeführte Einseitennähköpfe , die ohne ein Nähkopfunterteil auskommen und daher große und komplexe Strukturen vernähen können. Fast alle Einkopfnähverfahren haben die Gemeinsamkeit, dass sie für die Fadendurchführung und Fadenübergabe einen Freiraum oder eine weiche Unterlage unterhalb der zu bearbeitenden Textilstruktur bzw. des Preform benötigen. Daher kann nicht direkt im Formwerkzeug vernäht werden. Außerdem ist die zu bearbeitende Lagendicke begrenzt. Begrenzender Faktor ist z.B. bei der Blindstich-Nähtechnik die Geometrie (Radius) der eingesetzten Bogennadel und bei der Zwei-Nadel-Nähtechnik der Treffpunkt der Nadelspitzen.

Außerdem wirken sich die in das Preform eingebrachten Nähte nachteilig auf die Eigenschaften des späteren Verbundbauteils aus. So werden die in-plane Kennwerte (Zug- und Druck-Festigkeiten) des Verbundbauteils durch Wellungen, Faserverschiebungen und Beschädigungen einzelner Filamente stark reduziert. Diese sogenannten Ondulationen führen zu Vorzugsrichtungen beim Ausknicken von Faserverbundbauteilen unter Druckbelastung. Weiter führt die Fadenspannung zu einer Ein- schnürung des Rovings, wodurch sich in den eingeschnürten Bereichen Harz ansammelt. Diese Harzansammlungen wirken wie Kerbstellen und sind somit potentielle Rissausbreitungszonen .

Ein weiterer Nachteil des Nähens ist der oft nicht unerhebliche Eintrag von zusätzlichem Garn in die Faserstruktur, was bei Fixierungsnähten zu einem unnötigen Masseanstieg des Preforms führt. Bei einigen Nähverfahren werden bis zu 17 m Garn für einen Meter

Naht in das Bauteil eingebracht.

Zur Fixierung der verschiedenen textilen Lagen eines Preforms werden häufig auch spezielle Binder-Systeme eingesetzt. Dies sind bei Raumtemperatur feste oder flüssige Epoxydharze bzw. Co-Plyamide, die flächig auf die Lagen aufgetragen werden und zur Anbindung im Preformzustand erhitzt werden. Diese Klebstoffe haben sich in verschiedenen Industrien etabliert. Diese flächig aufgetragene erhärtete Klebstoffschicht be- einflusst jedoch sehr stark den Tränkvorgang des Mat ¬ rixharzes beim RTM-/T-RTM-Verfahren (unter dem T-RTM Verfahren versteht man ein thermoplastisches RTM Verfahren, bei dem ein thermoplastisches reaktives Harz- System anstelle des sonst üblichen duroplastischen

Harzsystems injeziert wird) , da dadurch die Permeabilität der Verstärkungsfasern herabgesetzt wird und reduziert somit die mechanischen Eigenschaften des Endprodukts. Außerdem wird ein evtl. zusätzlich er- forderlicher Nähprozess (Strukturnaht zur Verbesserung der out-of-plane Eigenschaften) erschwert, da durch den flächig aufgetragenen und ausgehärteten Binder die Nadeleinstichskräfte erheblich erhöht werden .

Daher ist der Vorgang des Bindens bei komplexen Bauteilen sehr aufwändig, da das Binderpulver für gute Permeabilität gleichmäßig und in korrekter Dosierung aufgetragen werden muss. Ein weiterer negativer Nebeneffekt der geringeren Permeabilität der Faserstrukturen ist die Erhöhung der Infiltrationszeit, was sich negativ auf die Gesamt Zykluszeit des Her ¬ stellungsprozesses auswirkt.

Ausgehend vom Stand der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vor- richtung zum Fixieren von Textilien zueinander anzugeben, welches die oben genannten Probleme überwindet. Insbesondere vermeidet das Verfahren vorzugsweise Störstellen und erlaubt eine hohe Textilpermeabi- lität. Durch das Verfahren sollen Einschnürungen und Unebenheiten vermieden werden, wodurch Bereiche vermeidbar sind, in denen sich Harz ansammelt. Das Verfahren sollte vorzugsweise mit beliebig vielen Tex- tillagen durchführbar sein und ein zusätzlicher Masseeintrag sollte gering gehalten werden. Vorzugsweise sollte das Verfahren direkt in einem Formwerkzeug ausführbar sein und ohne Freiraum unterhalb der zu verbindenden Textilien auskommen. Vorzugsweise sollte das Verfahren auch eine Handhabung der Textilprodukte ermöglichen .

Die genannten Aufgaben werden durch das Verfahren zum Fixieren zumindest zweier Textilien zueinander nach Anspruch 1, durch die Vorrichtung zum Fixieren zumindest zweier Textilien nach Anspruch 10 sowie das Tex- tilprodukt nach Anspruch 16 gelöst. Die jeweiligen abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens, der erfindungsgemäßen Vorrichtung und des erfindungsgemäßen Textil- produkts an.

Gemäß der Erfindung wird zunächst ein Verfahren zum Fixieren zumindest zweier Textilien zueinander angegeben. Unter Fixieren wird hierbei das Herstellen einer festen Verbindung zwischen den zumindest zwei Textilien verstanden, was insbesondere verbinden und/oder fügen umfasst . Unter einer Textilie wird ein vorzugsweise flexibles Material verstanden, das einen Verbund von Fasern aufweist. Besonders vorteilhaft ist das Verfahren auf Textillagen anwendbar, d.h.

flächig ausgedehnte Textilien, insbesondere solche, die sich im Wesentlichen zweidimensional erstrecken, wenn sie auf einer Ebene ausgebreitet werden.

Erfindungsgemäß werden nun zumindest zwei Textilien in jenen Bereichen aneinander angrenzend angeordnet, in welchen die Textilien zueinander fixiert bzw. miteinander verbunden oder gefügt werden sollen. Sofern keine Zwischenlagen, insbesondere keine Textilzwi- schenlagen vorgesehen sind, berühren die zumindest zwei Textilien sich vorzugsweise in diesen Bereichen.

Es wird nun in jenen Bereichen, in welchen die Fixierung bzw. Verbindung hergestellt werden soll, in die zumindest zwei Textilien mit zumindest einem Stich eingestochen, so dass zumindest ein Einstichkanal entsteht, der sich durch die zumindest zwei Textilien erstreckt. Der Einstichkanal sollte sich über jene Grenzflächen erstrecken, an welchen die Textilien aneinander grenzen oder sich berühren. Werden Textillagen miteinander verbunden, so sollte sich der Ein- stichkanal bevorzugt vollständig durch die miteinander zu fixierenden Lagen hindurch erstrecken.

Es wird nun Klebstoff in den zumindest einen Einstichkanal so eingebracht, dass dieser Klebstoff die miteinander zu fixierenden Textilien miteinander verklebt. Der Einstichkanal ist zwischen den miteinander zu fixierenden Textilien durchgehend, so dass die Zuführung des Klebstoffs von einer Seite der Anordnung von Textilien aus erfolgen kann.

Vorzugsweise werden die Textilien mit einer Mehrzahl oder Vielzahl derartiger Stiche miteinander verbunden .

Zur Beschleunigung des Verfahrens ist es bevorzugt, wenn das Verfahren mit einer Vielzahl von Einstichen und Einstichkanälen gleichzeitig durchgeführt wird.

Erfindungsgemäß können also zumindest zwei Textilien dadurch miteinander fixiert werden, dass zunächst die Textilien aneinander angeordnet werden, dann das Einstechen durchgeführt wird und anschließend der Klebstoff in den oder die Einstichkanäle eingebracht wird .

Vorteilhafterweise ist der Klebstoff flüssig bzw. wird in flüssiger Form in den oder die Einstichkanäle eingebracht. Der Klebstoff kann also ein Flüssigklebstoff bzw. ein flüssiger Klebstoff sein.

Es ist vorteilhaft, wenn der Klebstoff während und/oder unmittelbar nach dem Einbringen ausgehärtet wird. Hierdurch kann erreicht werden, dass sich die hergestellte Verbindung im Laufe der weiteren Verarbeitung nicht wieder löst. Hierfür sind besonders Klebstoffe geeignet, die aktiv aushärtbar sind. Solche Klebstoffe können Klebstoffe sein, die mittels elektromagnetischer Strahlung, wie Licht, UV-Licht oder Mikrowellenstrahlung aushärtbar sind. Geeignet sind auch Klebstoffe, die mittels Ultraschall aushärtbar sind. Die Klebstoffe können u.a. thermoplastische oder duromere Klebstoffe sein. Sofern das Verfahren mit mehr als einem Einstich und Einstichkanal durchgeführt wird, können diese Einstiche gleichzeitig hergestellt werden oder nacheinan- der. Insbesondere, wenn die Einstiche nacheinander hergestellt werden und nacheinander Klebstoff in diese Einstiche eingebracht wird, wird durch das Aushärten während und/oder unmittelbar nach dem Einbringen erreicht, dass sich die Verbindung an bereits vollen- deten Fixierungsstellen im Laufe der Herstellung der weiteren Fixierungen nicht mehr löst.

Erfindungsgemäß können die Einstichkanäle mittels einer oder mehrerer Nadeln hergestellt werden, die in die zumindest zwei Textilien eingestochen werden. Die

Nadeln werden hierbei so eingestochen, dass sie die miteinander zu verbindenden Textilien anstechen und im Falle von Textillagen bevorzugt durchstechen. Besonders bevorzugt werden erfindungsgemäß Nadeln verwendet, die einen Hohlkanal aufweisen, durch welchen der Klebstoff in den Einstichkanal eingeleitet werden kann. In diesem Fall kann die Nadel eingestochen werden und der Klebstoff kann durch die Nadel in den Einstichkanal eingeleitet werden, während die Nadel aus dem Einstichkanal herausgezogen wird.

Sofern die Aushärtung des Klebstoffs mittels elektromagnetischer Strahlung oder mittels Ultraschall er- folgt, kann die elektromagnetische Strahlung bzw. der

Ultraschall also während des Herausziehens der Nadel eingestrahlt werden oder unmittelbar nachdem die Nadel den ihr entsprechenden Einstichkanal verlassen hat .

In einer bevorzugten Ausführungsform kann das erfin- dungsgemäße Verfahren eine Handhabung oder Bewegung des durch das Fixieren entstandenen Textilproduktes umfassen. Hierzu kann der Klebstoff in der oben beschriebenen Weise ausgehärtet werden, so lange der im Einstichkanal vorliegende Klebstoff noch mit der Nadel in Kontakt ist. Es wird hierdurch das Textilpro- dukt also mit der Nadel verklebt. Das Produkt kann dann bewegt oder transportiert werden. Nach Abschluss des Handhabungsvorganges kann die Klebeverbindung getrennt werden. Hierzu kann die zumindest eine Nadel mit Ultraschall beaufschlagt werden.

Das durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellte Textilprodukt kann u.a. ein Faserhalbzeug, vorzugsweise ein trockenes Faserhalbzeug, und/oder einen Preform bilden.

Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, dass das Verfahren unabhängig davon durchgeführt werden kann, in welcher Lage und auf welchem Untergrund die Textilien vorliegen. Es ist daher bevorzugt, wenn die Textilien, insbesondere Textillagen, bereits in einem Formwerkzeug, wie beispielsweise einem Preformwerkzeug, aneinander ange- ordnet werden. Die Textilien können hierbei zunächst in dem Formwerkzeug entsprechend ihrer Zielform angeordnet werden. Es kann dann das erfindungsgemäße Verfahren ausgeführt werden, wobei insbesondere eine Fixierung in der Zielform möglich ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht also die Herstellung eines Textilproduktes und seine Handhabung, insbesondere von trockenen Faserhalbzeugen, unter minimalem Einsatz von Klebstoffen, die idealer- weise systemverträglich gewählt werden. Es wird hierbei, wie beim konfekt ionellen Nähen, eine Fixierung an lokal definierten Stellen, beispielsweise eines Preforms, hergestellt, allerdings ohne dabei einen zusätzlichen Faden in die Faserstruktur einzutragen. Die bisherige Aufgabe des Nähfadens wird beim erfin- dungsgemäßen Verfahren durch ein lokal eingebrachtes, vorzugsweise systemverträgliches KlebstoffSystem übernommen. Es werden hierbei minimale Klebstoffmengen ähnlich einer Naht in die Textilstruktur eingebracht und dort ausgehärtet.

Erfindungsgemäß wird auch eine Vorrichtung zur Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens angegeben. Die Vorrichtung weist zumindest einer Einstichvorrichtung auf, mit welcher in die zumindest zwei Tex- tilien zur Erzeugung eines Einstichkanals dort einstechbar ist, wo die zumindest zwei Textilien zueinander fixiert werden sollen. Der Einstichkanal ist dabei so erzeugbar, dass er sich durch die zumindest zwei Textilien erstreckt. Die erfindungsgemäße Vor- richtung weist außerdem zumindest eine Klebevorrichtung auf, mit welcher Klebstoff in den zumindest einen Einstichkanal so einbringbar ist, dass er die zu ¬ mindest zwei Textilien miteinander verklebt. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann außerdem zumindest eine Aushärtvorrichtung aufweisen, mit welcher der

Klebstoff während und/oder nach dem Einbringen aushärtbar ist. Eine solche Aushärtvorrichtung kann insbesondere eine Lichtquelle, eine UV-Lichtquelle, ein Laser, eine Mikrowellenquelle oder eine Ultraschall- quelle sein.

Die Einstichvorrichtung ist vorzugsweise eine Nadel, welche besonders bevorzugt als Hohlnadel ausgestaltet ist, so dass der Klebstoff durch die Nadel hindurch in den Einstichkanal leitbar ist. Zur Beschleunigung des Verfahrens können mehrere oder eine Vielzahl von Einstichvorrichtungen bzw. Nadeln vorgesehen sein. Zwar kann grundsätzlich jede Nadel mit einer eigenen Aushärtvorrichtung ausgestattet sein, bevorzugt ist es jedoch, wenn mehrere Nadeln, beispielsweise mehre- re Nadeln in einer Reihe, eine gemeinsame

Aushärtvorrichtung aufweisen. So kann beispielsweise an mehrere Spitzen von Nadeln mittels einer Lichtquelle, vorzugsweise eines Lasers, Licht über Spiegel eingestrahlt werden. Das Licht wird dann hierbei von einer Lichtquelle erzeugt und vorzugsweise mittels je eines Spiegels für jede Nadel auf die Spitze der entsprechenden Nadel umgelenkt.

Erfindungsgemäß wird außerdem ein Textilprodukt be- reitgestellt, welches zumindest zwei Textilien aufweist, die an zumindest einer Klebestelle zueinander fixiert sind. Die Fixierung besteht hierbei darin, dass in zumindest einem sich durch die Textilien erstreckenden Einstichkanal Klebstoff vorliegt, der die Textilien miteinander verklebt oder verbindet.

Im Rahmen dieser Anmeldung kann als Einstichkanal ein Bereich in den entsprechenden Textilien verstanden werden, welcher durch die Einstichvorrichtung geöff- net wird. Ist die Einstichvorrichtung hinreichend fein oder der Abstand von Fasern des Textils hinreichend groß, so kann auch die Nadel zwischen den Fa ¬ sern hindurch stechen, ohne den Zwischenbereich zu erweitern. Jener Zwischenbereich, in welchen die Na- del eingeführt wird, wird dann als Einstichkanal verstanden. Es ist abhängig von den zu verbindenden Textilien möglich, dass der Klebstoff nicht ausschließlich im Einstichkanal vorliegt, sondern bis zu einem gewissen Abstand vom Einstichkanal in das umliegende Textil einsickert. Der Klebstoff liegt dann in einem begrenzten Bereich um den Einstichkanal vor. Das Vor- gehen des Einbringens des Klebstoffs ist jedoch auch in diesem Fall das oben beschriebene.

Das Preforming und die Handhabung von textilen Flä- chengebilden ist für eine ökonomische Umsetzung der

RTM-Technologie ein wichtiger Schlüssel. Die Verfüg ¬ barkeit von automatisierten Lösungen ist die Voraussetzung für die Großserienfähigkeit dieser Prozesse. Durch die Anwendung der Erfindung ist es möglich, Preforms für hochverstärkte Faserverbundbauteile basierend auf textilen Flächengebilden, wie Matten, Gewebe oder Gelege und reaktiven Matrixsystemen automa ¬ tisiert zu stabilisieren. Dabei werden die bekannten Nachteile der etablierten Binder und Nähtechniken vermieden.

Generelle Anwendungsgebiete sind dabei alle Gebiete, in denen für die Preform-Stabilisierung etablierte konfektioneile Näh- und Bindertechniken eingesetzt werden. Des Weiteren kann diese Erfindung wie oben beschrieben auch im Bereich der Handhabungstechnik für trockene textile Flächengebilde eingesetzt werden . Mögliche Anwendungen für die Erfindung finden sich im

Bereich der Luft- und Raumfahrtindustrie, Automobilindustrie, Sport- und Freizeitindustrie sowie in der Medizintechnik, wo Bauteile und Strukturen mit speziellen Anforderungen an Geometrie und Mechanik in grö- ßeren Stückzahlen erforderlich sind.

Im Folgenden soll die Erfindung anhand einiger Figuren beispielhaft erläutert werden. Hierbei bedeuten gleiche Bezugs zeichen gleiche oder entsprechende Merkmale. Die in den Beispielen erwähnten Merkmale können auch unabhängig von dem konkreten Beispiel in beliebiger Kombination realisiert werden.

Es zeigt

Figur 1 eine Übersicht über verschiedene Nähte, bei welchen die vorliegende Erfindung zur Anwendung kommen kann,

Figur 2 einen Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, und

Figur 3 eine erfindungsgemäße Vorrichtung.

Figur 1 zeigt eine Übersicht über verschiedene Nähte in einem Textilprodukt , die mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt werden können.

Randsicherungsnaht 21:

Im Konfekt ionsprozess werden die Zuschnitte im Allgemeinen aus Meterware herausgeschnitten. Die textilen Flächengebilde, wie Gewebe oder Gelege neigen zum Ausfransen der Schnittkanten. Eine Möglichkeit den Rand des Preforms zu schützen besteht darin, eine umlaufende Naht 21 (Überwendlichnaht) am Randbereich in das Textil einzubringen. Für Faserverbundbauteile ist diese Art der Randsicherung eher kritisch zu bewerten, da es zum einen zur Verrundung der Kanten kommt, was zu Harznestern führt. Zum anderen ist der Anteil des eingearbeiteten Nähfadens hoch, so dass es im Randbereich zu einer zusätzliche Ansammlung an Nähfaden kommt. Gemäß der vorliegenden Erfindung erfolgt die Randsicherung durch den Eintrag, d.h. sprühen oder injizieren, von systemverträglichem Klebstoff.

Positionier und Heftnaht 22: Die textilen Zuschnitte werden vor dem Fügen aufeinander gestapelt bzw. positioniert. Um die Handhabung der Lagen zu gewährleisten, werden die Zuschnitte durch Heft- und Positioniernähte zueinander fixiert. Die Nähte haben aus strukturmechanischer Sicht keine

Bedeutung, die eingebrachten Nähfäden setzen aller ¬ dings die in-plane Eigenschaften des späteren Verbundes herab. Formgebungsnaht 23:

Die Herstellung von Preforms ist häufig mit Umformbzw. Drapieroperationen verbunden. Formgebungsnähte dienen dazu, die durch Umformoperationen erhaltene Geometrie in ihrer Form zu fixieren. Sie haben aus strukturmechanischer Sicht keine Bedeutung, die eingebrachten Nähfäden setzen allerdings die in-plane Eigenschaften des späteren Verbundes herab.

Montagenaht 2 :

Preforms werden je nach Komplexität als sub-preforms

(Unterkomponenten) gefertigt, welche dann in einem oder mehreren Montageprozessen komplettiert werden. Die Unterkomponenten können dabei ein oder mehrere Teilen bzw. Zuschnitten aufweisen. Das Verbinden der sub-preforms erfolgt durch Montagenähte. Gezeigt ist außerdem eine Konturnaht 25.

Figur 2A zeigt schematisch die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einer erfindungsgemä- ßen Vorrichtung. Hierbei werden in einem ersten

Schritt zwei Textilien als Textillagen la und 1b in einem Preformwerkzeug 2 angeordnet, wobei hier nur ein Ausschnitt des Preformwerkzeugs 2 gezeigt ist. Die Textillagen la und lb sind aneinander angeordnet und sollen mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens zueinander fixiert bzw. miteinander verbunden werden. Im gezeigten Beispiel sind nun oberhalb der Textilla- gen la, lb zwei Nadeln 3a und 3b als Einstichvorrich ¬ tungen angeordnet . Figur 2B zeigt nun die Herstellung zweier Einstichkanäle, die sich durch die Textillagen la, lb erstrecken. Hierzu werden die Nadeln 3a, 3b in die Textillagen la, lb eingestochen. Nachdem Einstichkanäle 4a und 4b durch das Einstechen der Nadeln 3a, 3b herge- stellt sind, kann das Einbringen von Klebstoff 16 in den Einstichkanal erfolgen. Hierzu wird im gezeigten Beispiel Klebstoff 16 durch die Nadeln 3a, 3b, welche als Hohlnadeln 3a, 3b ausgestaltet sind, zu deren Spitze in den Einstichkanal 4a, 4b hinein geleitet. Während des Einleitens des Klebstoffes 16 werden die

Nadeln 3a, 3b aus den Einstichkanälen 4a, 4b hinaus bewegt, bis zu jener Position, wie sie in Figur 2C gezeigt ist. Im gezeigten Beispiel wird der Klebstoff 16 während des Einbringens in den Einstichkanal so- fort ausgehärtet. Hierzu wird Licht, beispielsweise

UV-Licht oder Laserlicht 5, welches von einer Lichtquelle 6 erzeugt wird, auf die Spitzen der Nadeln 3a, 3b eingestrahlt. Im gezeigten Beispiel wird das Licht

5 für beide Nadeln 3a, 3b durch eine gemeinsame

Lichtquelle 6 erzeugt und dann durch Spiegel 7a, 7b auf die entsprechende Spitze gelenkt. Die Lichtquelle

6 ist hierbei in Betrieb, während die Nadeln 3a, 3b aus den Einstichkanälen 4a, 4b heraus bewegt werden. Figur 2C zeigt den Zustand, in welchem die Nadeln 3a,

3b vollständig aus den Einstichkanälen 4a, 4b herausgezogen wurden, so dass die Spitzen der Nadeln 3a, 3b nun etwas oberhalb der Oberfläche der oberen Textil- lage la positioniert sind. Die Zuleitung von Kleb- stoff 16 durch die Nadeln 3a, 3b wurde hierbei nicht sofort gestoppt, so dass die Nadeln 3a, 3b noch mit dem Klebstoff 16 in Kontakt sind. Es wird noch Licht 5 durch die Lichtquelle 6 auf die Spitzen der Nadeln eingestrahlt, so dass der Klebstoff 16 in Kontakt mit den Nadeln 3a, 3b ausgehärtet wird.

Ist die Aushärtung des Klebstoffes 16 abgeschlossen, kann die Lichtquelle 6 abgeschaltet werden, so dass der in Figur 2D gezeigte Zustand vorliegt. Die Nadelspitzen haften hier am eingebrachten Klebstoff 16. Wie in Figur 2E gezeigt, kann nun das gesamte Textil- produkt mittels der Vorrichtung und deren Nadeln 3a, 3b angehoben und umgelagert werden.

Erfindungsgemäß kann der Klebstoff 16 thermoplasti- scher oder duromerer Klebstoff sein, welcher durch

Einstrahlung elektromagnetischer Strahlung aufgeschmolzen oder ausgehärtet werden kann. Es ist jedoch auch Klebstoff 16 denkbar, der beispielsweise mittels Ultraschall oder Mikrowellen aushärtbar ist. Der in Figur 2 gezeigte Aufbau wird für den Einsatz von Ultraschall oder Mikrowellen entsprechend so umgestaltet, dass der Ultraschall bzw. die Mikrowellen auf dem Klebstoff 16 im Einstichkanal 4a, 4b einstrahlbar ist.

Für bestimmte Anwendungen ist die Aktivierung bzw. Aushärtung oder das Schmelzen des Klebstoffs mittels Ultraschall vorteilhaft, da hierdurch die Nadeln leicht vom Klebstoff dadurch abgelöst werden können, dass die Nadeln mit Ultraschall einer entsprechenden

Frequenz angeregt werden. Hierdurch kann die erfindungsgemäße Vorrichtung besonders vorteilhaft auch als Handhabungseinheit genutzt werden.

Figur 3 zeigt eine konkrete Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, mit welcher das erfin- dungsgemäße Verfahren durchführbar ist. Die Vorrich ¬ tung weist eine Nadel 3 als Einstichvorrichtung auf. Die Nadel 3 kann hierbei in ihrer Längsrichtung bewegt werden, so dass eine Vielzahl von Einstichkanä- len nacheinander erzeugbar sind, wenn die Vorrichtung an einer Textilanordnung vorbei bewegt wird. Zur Vermeidung von Unebenheiten und zur lokalen

Kompaktierung der Faserstrukturen (erforderlicher Anpressdruck zum Verkleben) weist die Vorrichtung einen Nähfuß 10 auf, welcher mittels eines Fußhalters 11 an einer Unterseite der Vorrichtung befestigt ist. Die Nadel 3 ist hierbei durch den Fuß 10 hindurch bewegbar .

Die Vorrichtung weist außerdem zwei

Klebstoffdosierzylinder 12a, 12b auf, in welchen Klebstoff unterbringbar ist. Es kann hierbei 1- Komponenten-Klebstoff oder 2-Komponenten-Klebstoff verwendet werden. Die gezeigte Vorrichtung weist außerdem eine Energiequelle 6 auf, welche beispielsweise ein Laser 6 sein kann. Die Energiequelle 6 ist so angeordnet, dass mit ihr der Klebstoff an der Spitze der Nadel 3 aktivierbar bzw. aufschmelzbar oder aushärtbar ist. Als Lichtquelle 6 kann die Energiequelle 6 direkt auf die Spitze der Nadel 3 ausgerichtet sein .

Die gezeigte Vorrichtung weist außerdem einen Anbin- dungsflansch 13 auf, mit welchem die erfindungsgemäße Vorrichtung an einem Roboter montierbar ist. Durch Führung der gezeigten Vorrichtung an einem Roboter können beliebig verlaufende Verbindungsstellen erzeugt werden.

Der Klebstoff ist aus den KlebstoffdosierZylindern 12a, 12b durch die Nadel 3 zur Nadelspitze leitbar. Sofern ein 2-Komponenten-Klebstoff verwendet wird, können die Zylinder 12a und 12b die zwei Komponenten des Klebstoffs getrennt enthalten. Bevor der Klebstoff in die Nadel eingeführt wird, werden dann die Komponenten in einer Mischkammer 14 zunächst gemischt und dann in die In ektionsnadel 3 geleitet.

Die gezeigte Vorrichtung ist im Wesentlichen auf einer Trägerplatte 15 montiert, wobei die Nadel 3 durch eine Öffnung in der Trägerplatte 15 hindurch verläuft, so dass die Spitze der Nadel 3 unterhalb der Trägerplatte 15 liegt. Der Nähfuß 10 mit dem Fußhalter 11 sind entsprechend ebenfalls an der Unterseite der Trägerplatte 15 angeordnet. Auf einer Ober ¬ seite der Trägerplatte finden sich zum einen die Klebstoffdosierzylinder 12a, 12b wie auch eine Mechanik zur Bewegung der Nadel 3 und gegebenenfalls die Mischkammer 1 . Die Lichtquelle 6 ist ebenfalls oberhalb der Trägerplatte 15 angeordnet und so ausgerichtet, dass sie an der Trägerplatte 15 vorbei auf die Spitze der Nadel strahlt.