Die vorliegende Erfindung betrifft ein textiles Strukturelement.

Es sind mechanische und pneumatische Strukturelemente bekannt, welche in vorwiegend automatisiert gesteuerten Systemen, auch unter Verwendung von Robotik, z. B. zur Manipulation von Gegenständen eingesetzt werden.

Lineare Bewegungen zielen beispielsweise darauf ab, ein Objekt z. B. von der Position A in eine Position B zu bewegen oder ein Objekt zu greifen oder ein Objekt in einem Raum lagestabil zu sichern und dergl. Um dieses zu erreichen, werden aufwändige Antriebe, Konstruktionen oder Steuerungen eingesetzt, welche direkt, über Dreh-, Translations- oder Schwenkverbindungen oder indirekt, über hydraulische Einrichtungen, Kettentriebe oder Druckluftzylinder entsprechende Bewegungen ermöglichen. Hierbei werden traditionsgemäß in großem Umfang aus dem Maschinenbau kommende Maschinenelemente eingesetzt, welche oft verschleißanfällig und kostenaufwendig sind und außerdem oft einen großen Aufwand an Sensorik und Präzisionssteuerung bedingen.

Es sind auch Strukturelemente zur Konfiguration von Raumgebilden wie Häusern, Hallen, Wänden, Trennwänden, etc. aus Metall, Folie, Beton etc. hinlänglich bekannt. Ein ihnen gemeinsames Merkmal ist die Notwendigkeit eines Stützapparates oder Stützskeletts. Teilweise sind diese Raumgebilde nicht zerstörungsfrei demontierbar und/oder auch nach Demontage nicht mehr verwendbar. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein textiles Strukturelement und ein Verfahren zur Herstellung desselben vorzuschlagen, bei welchen die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile vermieden oder zumindest stark verringert werden.

Die Aufgabe wird zunächst gelöst mit einem textilen Strukturelement gemäß Anspruch 1 , nämlich einem textilen Strukturelement, das gekennzeichnet ist durch texti- le Spannelemente und textile Stützelemente, wobei die Spannelemente und die Stützelemente stellenweise miteinander verbunden sind und wenigstens teilweise eine räumliche Ausdehnung wenigstens eines befüllbaren Spannelements und/oder Stützelements zulassen. Der Einsatz erfindungsgemäßer Strukturelemente erlaubt vorteilhafterweise bei pneumatischer oder hydraulischer Beaufschlagung und in eine räumliche Ausdehnung gebrachter Strukturelemente die Errichtung von Raumgebilden ohne zusätzlichen Stützapparat für das Strukturelement oder mehrere verwendete Strukturelemente sowie nebenbei auch die Ausübung von Greiferfunktionen und linearen Bewegungen in Verbindung mit der Druckbeaufschlagung der Luftsack- oder Luftkammerkonstruktionen.

In einer vorteilhaften Ausbildung der Erfindung ist das textile Strukturelement gekennzeichnet durch integrierte verkürzbare Spannelemente und integrierte, in der Raumausdehnung vergrößerbare oder konstante Stützelemente. Die Spannelemente verkürzen sich hierbei erfindungsgemäß und führen damit zu einer Zugwirkung, Stützelemente dehnen sich, z. B. in einer Richtung, räumlich aus und führen in einer anderen Richtung zu einer Verkürzung. Eben diese Effekte können genutzt werden, um die durch die Konstruktionselemente Spannelemente und die Stützelemente, die stellenweise miteinander verbunden sind, infolge Druckbeaufschlagung erzielten Bewegungen in horizontaler oder vertikaler Richtung, bzw.„in die dritte Dimension" zu erweitern. Zusätzlich können die Möglichkeiten der Formgebung von textilen Strukturelementen vielfältiger werden, um die Chancen für deren Einsatz zu erhöhen. Die erfindungsgemäß hierbei vorgeschlagenen„Wölbtextilien" können auch als „textile Muskeln" gesehen werden, welche in höchst eleganter Weise verschleißarme, kostengünstige und sanfte, wenig Steuersensorik benötigende, Betätigungselemente darstellen.

In einer weiteren vorteilhaften Ausbildung der Erfindung ist das textile Strukturelement dadurch gekennzeichnet, dass die textilen Spannelemente und/oder die textilen Stützelemente als, in einem Stück gewebte, d. h. (OPW = One-Piece-Woven), Luftsäcke oder mit Luftkammern versehene ein- und mehrlagig gewebte textile Flächengebilde ausgebildet sind.

Die erfindungsgemäß kombinierten Strukturelemente, bestehend aus Stützelementen und Spannelementen, werden z. B. sowohl aus aufblasbaren als auch aus nicht aufblasbaren Elementen zusammengefügt. Die OPW-Fertigungsstufen können vorteilhafterweise um den Nähprozess erweitert werden, d. h. gezielte Kombination von OPW-Strukturelementen mit Luftkammern vernäht mit Flachgewebepartien. Über die pneumatische Beaufschlagung der aufblasbaren Spann-, bzw. Stützelemente wird das Formgebungsverhalten des kombinierten textilen Strukturelements gesteuert. Auch kann über das abgepasste Fügen von aufblasbaren und nicht aufblasbaren Komponenten die Formgebung bestimmt werden.

Auch eine vorteilhafte Variante der Erfindung ist darin denkbar, den Einbau von Stützelementen in der Form von nicht-textilen Elementen (z. B. Leichtbauprofilen, Zylindern, Rohren etc.) vorzusehen.

In einer weiteren vorteilhaften Ausbildung der Erfindung ist das textile Strukturelement gekennzeichnet durch eine erste, Spannelemente aufweisende Gewebelage, eine zweite, Stützelemente aufweisende Gewebelage und eine dritte, Spannelemente aufweisende Gewebelage. Diese Konstruktion ergibt gleichsam ein z. B. im Ruhezustand flaches Strukturelement, welches, je nach Beaufschlagung der ersten oder der dritten Gewebelage eine Flächenkrümmung nach oben (konvex) oder nach unten (konkav) vollführt. Eine beispielhafte Ausbildung hier z. B. der ersten Gewebelage mit nicht kontrahierbaren, quasi„passiven" Spannelementen, welche länger sind als die Spannelemente der dritten Gewebelage ermöglicht es, dass die passiven Spannelemente gestrafft werden, wenn die Spannelemente der dritten Gewebelage aktiviert, d. h. aufgeblasen werden, mit dem Effekt, dass die ersten Spannelemente den maximalen Krümmungsgrad des textilen Strukturelements bestimmen.

In noch einer weiteren vorteilhaften Ausbildung der Erfindung ist das textile Strukturelement gekennzeichnet durch eine vierte, Stützelemente aufweisende Gewebelage, welche vorteilhafterweise die Stabilität des Strukturelements erhöht.

In einer weiteren vorteilhaften Ausbildung der Erfindung ist das textile Strukturelement gekennzeichnet durch eine erste, nicht aufblasbare Spannelemente aufweisende Gewebelage, eine zweite, aufblasbare Stützelemente aufweisende Gewebe- lage und eine dritte, nicht aufblasbare Spannelemente aufweisende Gewebelage. Diese Variante gibt vorteilhafterweise eine vordefinierte Endstellung des textilen Strukturelements vor, bei welcher nach maximalem Aufblasen der Stützelemente eine konstante Wölbung erreicht wird.

In noch einer weiteren vorteilhaften Ausbildung der Erfindung ist das textile Strukturelement gekennzeichnet durch eine vierte, aufblasbare Stützelemente aufweisende Gewebelage und eine fünfte, aufblasbare Spannelemente aufweisende Gewebelage. Diese Variante stellt eine vorteilhafterweise die Stabilität des Strukturelements erhöhende Abwandlung des zuvor beschriebenen Strukturelements dar.

In noch einer weiteren vorteilhaften Ausbildung der Erfindung ist das textile Strukturelement gekennzeichnet durch wenigstens teilweise aufblasbare Spannelemente und Stützelemente, wobei die Spannelemente und/oder die Stützelemente individuell aufblasbar sind, und wobei die äußere Form des textilen Strukturelements durch Aufblasen veränderbar ist. Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus der ausführlichen oben geführten Diskussion.

In noch einer anderen vorteilhaften Ausbildung der Erfindung ist das Strukturelement in eine gewölbte Form bringbar. Die Anzahl der möglichen Formen ist hierbei grenzenlos. Die gewölbte Form hat den besonderen Vorteil, dass mit geringstem Aufwand z. B. eine Halle oder ein Torbogen oder sonstige, z. B. ohne weitere Stützmittel standfähigen Strukturen gebildet werden können.

In einer anderen vorteilhaften Ausbildung der Erfindung ist das Strukturelement dafür geeignet, Gegenstände zu greifen und/oder zu halten und/oder zu klemmen. Die Wölbung des Strukturelements kann z. B. derart extrem ausgedehnt werden, dass sich eine Halte-, Klemm- oder Greifvorrichtung ergibt.

Die Aufgabe wird weiterhin gelöst mit einem Verfahren zur Herstellung eines textilen Strukturelements nach einem der Ansprüche 4 bis 10, wobei in einem Stück gewebte, d. h. OPW-Luftsäcke (OPW = One-Piece-Woven) oder mit Luftkammern versehene ein- und mehrlagig gewebte textile Flächengebilde und Abschnitte aus Flachgewebe miteinander vernäht werden. Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus der ausführlichen oben geführten Diskussion, insbesondere auch darin, dass die OPW-Fertigungsstufen vorteilhafterweise um den Nähprozess erweitert werden können, d. h. dass eine gezielte Kombination von OPW- Struktur- elementen mit Luftkammern vernäht mit Flachgewebepartien ökonomisch interessante Lösungen ergibt.

Zum besseren Verständnis der Erfindung wird diese im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Zuhilfenahme einer Zeichnung kurz beschrieben. Alle Figuren zeigen schematische Schnittdarstellungen.

Fig. 1 zeigt stark schematisiert ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Strukturelements im entspannten Zustand.

Fig. 2 zeigt stark schematisiert das erste Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 im symmetrisch gespannten Zustand.

Fig. 3 zeigt stark schematisiert das erste Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 im teilweise gespannten Zustand.

Fig. 4 zeigt stark schematisiert ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Strukturelements im teilweise gespannten Zustand.

Fig. 5 zeigt stark schematisiert ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Strukturelements im gespannten Zustand.

Fig. 6 zeigt stark schematisiert ein viertes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Strukturelements im gespannten Zustand.

Fig. 7 zeigt stark schematisiert ein fünftes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Strukturelements im entspannten Zustand.

Fig. 8 zeigt stark schematisiert das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 7 im teilweise gespannten Zustand.

Fig. 9 zeigt stark schematisiert das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 7 im vollständig gespannten Zustand.

Fig. 10 bis 13 zeigen weitere Ausführungsformen von erfindungsgemäßen textilen Strukturelementen. Fig. 14 zeigt das erfindungsgemäße textile Strukturelement als Wölbtextil und hier als Unterstand für ein Automobil.

Für in einzelnen Ausführungsbeispielen verwendete gleiche Komponenten wurden auch gleiche Bezugszeichen verwendet.

Fig. 1 zeigt ein textiles Strukturelement 1 mit ersten Spannelementen 11 , zweiten Spannelementen 12 und Stützelementen 21 , wobei die hier als OPW-Gewebe gefertigten Spannelemente 11 , 12 und Stützelemente 21 in Befestigungspunkten 4 - hier symbolische als dicke schwarze Punkte dargestellt - mittels Nähnaht (im Unterschied zur Webnaht), Klebstoff oder einer Verschweißung (z. B. Laser, Ultraschall) oder dergl. miteinander verbunden sind. Die Spannelemente 11 , 12 und die Stützelemente 21 sind symbolisch als zwischen Linien 42 angeordnete kleine Rechtecke 31 dargestellt, wobei die Rechtecke 31 aufblasbare Kammern eines OPW-Gewebes und die Linien 42 einlagige Bereiche des OPW-Gewebes darstellen sollen. Die Darstellung in Fig. 1 ist aus Gründen des leichteren Verständnisses nicht maßstäblich. Tatsächlich würde man nur flachgedrückte aufeinanderliegende Gewebelagen I, II und III erkennen. Die Kammern und die einlagigen Gewebebereiche erstrecken sich in Wirklichkeit in eine zur Zeichenebene senkrechte Richtung. Rechtecke sind Sinnbilder der Kammern in nicht aufgeblasenem Zustand, während dieselben Kammern im aufgeblasenen Zustand als Kreise dargestellt werden.

Werden nun die Stützelemente 21 mittels einer (nicht gezeigten) Vorrichtung befüllt, z. B. aufgeblasen, dann ergibt sich der Zustand, der in Fig. 2 dargestellt ist. Durch die räumliche Ausdehnung der Stützelemente 21 werden die Spannelemente 11 , 12 voneinander wegbewegt. Die zweite Gewebelage II ist sozusagen„in die dritte Dimension" gegangen, während die Gewebelagen I und III sich selbst nicht verändert, sich jedoch voneinander entfernt haben.

Werden nun noch die Spannelemente 12 der dritten Gewebelage III durch Aufblasen der Luftkammern mit Druck beaufschlagt, ergibt sich eine Krümmung oder Wölbung des erfindungsgemäßen textilen Strukturelements 1 gemäß der Darstellung nach Fig. 3. Durch Aufblasen der Spannelemente 12 werden diese kürzer und ziehen die Befestigungspunkte 4 und damit auch die dort befestigten Partien der Stützelemente 21 zueinander hin, was schließlich zur Wölbung des gesamten Strukturelements 1 führt. Die nicht aufgeblasenen Spannelemente 11 werden gestreckt. Nur zum besseren Verständnis sind dort die„luftleeren" Luftkammern 31 angedeutet. Es können auch beide Gewebelagen I und III per Aufblasen mit einem Gas mit Druck beaufschlagt werden, es entsteht eine feste Matte. Die Formgebung erfolgt im Wesentlichen durch die geometrische Auslegung der Spann- und Stützelemente und der Strecke der Befestigung zueinander.

Die Ausführung gemäß Fig. 4 zeigt gegenüber derjenigen gemäß Fig. 3 ein zweites Ausführungsbeispiel eines textilen Strukturelements 102 mit einer weiteren Gewebelage IV mit - hier bereits aufgeblasen gezeigten - Stützelementen 41.

Fig. 5 zeigt ein textiles Strukturelement 103 mit ersten Spannelementen 61 , zweiten Spannelementen 62, Stützelementen 21 und Stützelementen 41 sowie dritten Spannelementen 13, wobei hier die Spannelemente 61 , 62 als Flachgewebe ausgebildet sind, während die Stützelemente 21 und 41 und die dritten Spannelemente 13 als OPW-Gewebe gefertigt sind. Die ersten und zweiten Spannelementen 61 , 62 werden bis zur maximal möglichen Wölbung des textilen Strukturelements 103 gestreckt.

In dieser Konstruktion sind zwei Stützlagen (Gewebelagen II und IV) zwischen den Spannlagen (Gewebelagen I, III und V) angeordnet. Durch die größere Beabstan- dung der Spannlagen ist z. B. eine höhere Tragkraft gegeben. Des Weiteren kann die Formgebung zusätzlich zur Auslegung der Länge und Kontraktionsstrecke der Spannlagen die Formgebung präziser eingestellt werden.

Die Spannelemente 61 und 62 sind hier nicht mit Druck beaufschlagbar und unterstützt die Formgebung nur durch die Strecke zwischen den Befestigungspunkten.

Zur Erhöhung der Stabilität bzw. Präzisierung der Wölbung kann eine Spannlage V angeordnet sein.

Die in Fig. 6 gezeigte Ausführungsform eines textilen Strukturelements 104 gemäß der Erfindung ist derjenigen aus Fig. 3 ähnlich, hat jedoch im Gegensatz zu dieser erste Spannelemente 61 und zweite Spannelemente 62 aus Flachgewebe und Stützelemente 21 aus OPW-Gewebe. Die mögliche Krümmung ist erst in der gezeigten Stellung stabil, wenn die Stützelemente 21 aufgeblasen sind.

In dieser Konstruktion ist eine Stützlage (Gewebelage II) zwischen zwei Spannlagen (Gewebelagen I und III) angeordnet. Die Spannelemente 61 und 62 sind hier nicht mit Druck beaufschlagbar. Die Formgebung erfolgt hier nur beeinflusst durch die Strecke der Spannlagenelemente zwischen den Befestigungspunkten 4 und der Dimensionierung der Stützlage.

Die Fig. 7 bis 9 zeigen ein weiteres, fünftes Ausführungsbeispiel eines textilen Strukturelements 105, wobei die Darstellungen analog zu denen von Fig. 1 bis 3 sind, mit dem Unterschied, dass beim hier gezeigten fünften Ausführungsbeispiel in der ersten Gewebelage I erste Spannelemente 61 aus Flachgewebe und in der zweiten und dritten Gewebelage II, III Stützelemente 21 sowie zweite Spannelemente 12 als OPW-Gewebe ausgebildet sind. Die Länge der deshalb gebogen dargestellten ersten Spannelemente 61 aus Flachgewebe ist größer als die Länge der zweiten Spannelemente 12, was dazu führt, dass die Entwicklung des textilen Strukturelements 105 bei Druckbeaufschlagung der aufblasbaren Kammern der Stützelemente 21 und der zweiten Spannelemente 12 von Fig. 7 über Fig. 8 zu der in Fig. 9 gezeigten gewölbten Stellung führt.

In den Fig. 10 bis 13 sind weitere Ausführungsformen von erfindungsgemäßen textilen Strukturelementen gezeigt, wobei die dort eingesetzten Komponenten analog den Komponenten der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen mit gleichen Bezugszeichen entsprechen. Im Unterschied zu den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen haben diejenigen gemäß Fig. 10 bis 13 keine sog. erste Gewebelage I. Sie sind also weniger aufwändig in der Konstruktion, haben dafür jedoch eine geringere Stabilität.

Fig. 14 zeigt eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen textilen Strukturelements 107, welche dem ersten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Strukturelements 1 gemäß Fig. 3 stark ähnelt. In Fig. 14 sind jedoch zu beiden Seiten noch Stütz- und Spannelemente ergänzt, um symbolisch zu zeigen, wie das erfindungsgemäße textile Strukturelement als Wölbtextil z. B. einen Unterstand für ein Automobil 93 bieten kann. Das Strukturelement 107 steht - über das Automobil 93 gewölbt - auf dem Untergrund 100. Natürlich ist auch diese Darstellung nicht maßstäblich. Anzumerken ist noch, dass das textile Strukturelement 107 nach Fig. 14 wie auch alle anderen hier beschriebenen erfindungsgemäßen textilen Strukturelemente nach Ablassen des Aufblasmediums und Entspannung der aufblasbaren Kammern sehr raumsparend komprimiert und gelagert werden können. Alle in den Ansprüchen und den Ausführungsbeispielen (Fig. 1 bis 14) erwähnten erfindungsgemäßen Strukturelemente erstrecken sich mehr oder weniger in der zur Zeichenebene senkrechten Richtung, d. h. die dort gezeigten Strukturelemente mit ihren aufblasbaren oder anderweitig mit Gasen oder Flüssigkeiten befüllbaren Kammern können eine längliche Erstreckung haben und/oder annehmen und als kanal- und/oder schlauchartige Gebilde ausgebildet sein.

Wird in der vorliegenden Beschreibung vom„Aufblasen" von Kammern oder Luftsäcken gesprochen, so ist damit immer auch ein Befüllen mit Fluiden wie Gasen, Flüssigkeiten oder Schäumen gemeint. Dabei sind auch Fluide eingeschlossen, welche wenigstens zum Teil auch aushärten können, also zu Feststoffen werden können.

Die Erfindung ist z. B. auch für folgende Anwendungsfälle wie pneumatische Strukturelemente, kurzfristig aufbaubare Gebäude im Rahmen von Hilfsmaßnahmen, Trägerkonstruktionen, bionische Konstruktionen (flache-hohle Handfläche), Ladungssicherung sensibler Güter, textile Schraubzwingen, Fanghandschuhe, Innenauskleidungen von Schüttgutsilos, gepufferte Verbindungen, Stoßverbinder, Tensairity- Strukturen wie z. B. Brückenbauelemente, Flugzeugtragflächen etc. einsetzbar.