COMPOSITE ARTICLE, METHOD OF AND APPARATUS FOR PRODUCING THE SAME

Abstract: 1. A composite material comprising a top layer (1), a bottom layer (2) which is directly joined thereto along substantially parallel, spaced-apart ultrasonic weld seams (5), and an intermediate layer which is in the form of individual elongate portions (3) of material, which are disposed substantially parallel to the weld seams, between the weld seams, in channels formed by the top and bottom layers, characterised in that the top layer (1) and/or the bottom layer (2) and/or the individual elongate portions (3) comprise elastic material with resiliency, the top layer (1) and the bottom layer (2) are welded with a tensile stress which differs as between the two layers or in relation to the elongate portions (3) of material in the longitudinal direction of the elongate portions of material, in a ratio of 1.1 to 1.6 relative to at least one of the other two layers, and the layers (1, 2) or elongate portions (3), which are welded with the lower degree of tensile stress, are reduced in length by resilient recovery of at least one of the layers or elongate portions of material, which are welded with the higher degree of tensile stress.

Description: Verbundstoff, Verfahren zu dessen Herstellung und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens Es sind bereits dreischichtige und mehrschichtige Verbundstoffe bekannt, wobei der Verbund gewöhnlich durch Steppmaschinennähte, Klebemittel, Flammbondierung oder Hochfrequenzverschweissung erreicht wird. Ein wesentlicher Nachteil des Steppens besteht darin, dass die Stoffe zerstochen werden. Nachteile des Verklebens bestehen in der Notwendigkeit von Wärmeaufwendung zur Lösungsmittelverdampfung. Auch muss man bei der Flammbondierung den Schaumstoff über seine Schmelztemperatur erhitzen, was einen beträcht eichen Wärmeaufwand erfordert und schädliche Gase entste-# hen lässt, die nach den Umweltschutzbedingungen beseitigt werden müssen, was nur mit einem grossen Kostenaufwand möglich ist. Die Hochfrequenzverschweissung kann in der Regel nur diskontinuierlich durchgeführt werden. Ein gravierender Nachteil des HF-Verfahrens besteht darin, dass man nur wenige Materialien verschweissen kann, nämlich nur solche, die einen geeigneten elektrischen Verlustwinkel tan 6 aufweisen (z.B. Weich-PVC tan 6 gleich ca. 0,1 bei 106 Hz im Gegensatz etwa zu Polyäthylen gleich tan Q ca. 0,0005, das nicht HF-verschweissbar ist). Auch können kunststoffbeschichtete Metalle nicht HF-verschweisst werden. Weiterhin ist es bekannt, Verbundstoffe aus einer Oberschicht, einer Unterschicht und einer Vliesstoffbahn als Zwischenlage durch punktförmige Ultraschallschweissung herzustellen. Voraussetzung für die Herstellung solcher Verbundstoffe ist aber, dass die Materialien aller drei Schichten gleiche oder ähnliche Schwingungseigenschaften haben, um sie mit Ultraschall verschweissen zu können. Dies engt in der Praxis die Verwendungsmöglichkeiten dieser Methode sehr ein. Beispielsweise ist es nicht möglich, nach dieser Methode zwei äussere schwingungsfähige Schichten aus Synthetiktextilstoffen mit Zwischenlagen aus Schaumkunststoff aus Polyure thanr Polyäthylen, Synthesekautschuk oder aus Vliesen aus Wolle, Baumwolle, Cellulosederivaten, hydrophobierten oder imprägnierten Materialien, Metallen, Papier oder dergleichen zu verbinden. Ein weiterer Nachteil der beschriebenen Verbundstoffe mit Faservlieszwischenlagen besteht darin, dass derartige Verbundstoffe nur geringe Elastizität besitzen können, da Vliesstoffe in der Regel nicht oder nur wenig elastisch sind. Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe bestand somit darin, in möglichst wirtschaftlicher und einfacher Weise Verbundstoffe zu bekommen, in denen beliebige Materialien als Zwischenlage eingearbeitet werden können und bei denen Aussenschichten aus unterschiedlichen Werkstoffen vereinigt werden können, ohne dass die Aussenschichten, wie beim Steppen, zerstochen werden müssen und ohne dass äussere Erhitzung für das Verschweissen angewendet werden muss. Ein spezielleres Ziel der Erfindung besteht darin, Verbundstoffe dieser Art mit erhöhter Elastizität zu bekommen. Die erfindungsgemässen Verbundstoffe mit einer Oberschicht, einer mit ihr durch Ultraschallschweissnähte verbundenen Unterschicht und einer Zwischenlage sind dadurch gekennzeichnet, dass die Oberschicht und die Unterschicht entlang im wesentlichen paralleler, voneinander beabstandeter Ultraschall schweissnähte direkt miteinander verschweisst sind und die Zwischenlage die Form einzelner Materialstränge besitzt, die im wesentlichen parallel zu den Schweissnähten zwischen diesen in den von der Ober- und der Unterschicht gebildeten Kanälen liegen. Diese Verbundstoffe haben den Vorteil, dass sie als Zwischenlage beliebige Materialien enthalten können, je nach dem beabsichtigten Verwendungszweck. Die Materialien der Zwischenlage können ultraschallschweissfähig sein, brauchen dies aber nicht zu sein, da die erforderlichen Schweissnähte primär nur die Oberschicht mit der Unterschicht verbinden. So kann man je nach dem Verwendungszweck beliebige Materialien in Strangform in die Kanäle zwischen der Oberschicht und der Unterschicht und den Schweissverbindungen einlegen und auf diese Weise die physikalischen, chemischen oder thermischen Eigenschaften des Verbundstoffes beliebig variieren. Beispielsweise können Materialstränge aus Schaumstoff aus Polyurethan, Polyäthylen, Synthesekautschuk oder Weichpolyvinylchlorid, Vliese aus Polyester, Polyamid, siliconisierten Fasern, Wolle, Baumwolle, Cellulosederivaten, weichen oder harten Kunststoffolien in Form von Streifen oder Profilen, Gummistreifen oder Gummibänder, Papierstränge, Metalle in Form von Streifen, Spiralfedern, Drahtwicklungen, Stangen oder Drähten eingearbeitet werden. Wenn hier von Materialsträngen die Rede ist, sind damit Formkörper gemeint, deren Länge grösser als die Breite oder Dicke ist. Dabei kann es sich um Profile beliebiger Ausbildung, Streifen, Bänder, Schläuche, Spiralwicklungen oder ähnliche Gebilde handeln. Besonders zweckmässig ist es, wenn die Materialstränge aus einem nicht ultraschallschweissfähigen Material bestehen, da sie dann nicht entlang den Schweissnähten an der Oberschicht und/oder Unterschicht anhaften können, sondern innerhalb der Kanäle frei liegen und beweglich sind, was die Elastizität des Verbundstoffes erhöht. Für viele Anwendungsgebiete ist es besonders bevorzugt, wenn die Materialstränge aus einem Schaumstoff bestehen, da dieser warmeisolierend ist und relativ viel Luft enthält, so dass solche Verbundstoffe beispielsweise für Wassersportkleidung Verwendung finden können, da sie wärmeisolierend, stossdämpfend und wasserdicht sind und gleichzeitig als Schwimmhilfen dienen. Wenn hier von Schweissnähten die Rede ist, so handelt es sich nichtsdestoweniger, wie bei der Ultraschallschweissung üblich, um Punktverschweissungen, die aber erfindungsgemäss derart in Linien angeordnet sind, dass das Gesamtbild einer zusammenhängenden Schweissnaht ähnlich ist. Auch für die Ober- und Unterschicht können sehr unterschiedliche Materialien verwendet werden. Es ist bevorzugt, dass zumindest eine der Aussenschichten, die Oberschicht oder die Unterschicht, aus einem elastischen Material besteht. Für Bekleidungszwecke ist es selbstverständlich erwünscht, dass beide Aussenschichten elastische Materialien sind, wobei sie aus Folien, gegebenenfalls kunststoffbeschichteten Textilstoffen, Netz geweben oder dergleichen bestehen können. Für bestimmte Zwecke ist es aber auch möglich, zwei unelastische Folien oder eine unelastische Folie und eine elastische Folie miteinander zu verbinden, wie beispielsweise zwei Aluminiumfolien oder eine Aluminiumfolie mit einer Kunst stoffolie. Da Metallfolien nicht schwingungsfähig sind, können sie gemäss dem Anmeldungsgegenstand mit einer der Aussenschichten nur verarbeitet werden, wenn sie mit einer ultraschallschweissfähigen Beschichtung versehen sind. Verwendet man als Oberschicht und Unterschicht in den Verbundstoffen nach der Erfindung elastische Materialien, so bekommt man eine hohe Elastizität in der Richtung senkrecht zu den Materialsträngen der Zwischenlage, da die senkrecht zur Zugrichtung liegenden Materialstränge die Elastizität kaum beeinträchtigen. Wenn man als Material für die Zwischenlage nicht gerade ein gummielastisches Material verwendet, ist aber die Elastizität des Verbundstoffes in der Richtung der Materialstränge der Zwischenlage wesentlich geringer als senkrecht hierzu. Aus diesem Grund ist es bevorzugt, dass die Materialstränge der Zwischenlage in Querrichtung mehrfach unterteilt sind. Die Einzelstücke des Materialstranges können dabei über undurchtrennte Teilbereiche des Strangquerschnittes oder bevorzugt über einen Strei-fen aus einem elastischen Werkstoff, wie einen dünnen Schaumstoffstreifen oder elastischen Textilstoffstreifen, miteinander verbunden sein. Beispielsweise können die Unterteilungen alle 1 bis 3 cm erfolgen. Auf diese Weise bekommt man einen Verbundstoff, der in allen Zugrichtungen eine ausgezeichnete Elastizität besitzt und daher einen hervorragenden Werkstoff für Bekleidungsstücke, wie Sportbekleidung, darstellt. Dies gilt insbesondere dann, wenn die in Querrichtung unterteilten Materialstränge aus Schaumstoff bestehen. Materialstränge aus Einzelstücken, die über einen elastischen Streifen miteinander verbunden sind, ergeben den zusätzlichen Vorteil, dass bei hoher Elastizität des Verbundstoffes sich die Einzelstücke in den Kanälen des Verbundstoffes nicht übereinanderschieben können. Die erfindungsgemässen Verbundstoffe lassen sich vielfältig verwenden, wie beispielsweise als Sport- und Berufskleidung, als Isolationen gegen Kälte, Wärme und Schall, wie als wärme- und schalldämmende Raumtextilien, z.B. Vorhänge, als Dämm- und Schwimmkörper, für hochelastische, isolierende, physiologisch funktionelle Kleidung oder Teile derselben, für Heizdecken, medizinische Geräte, Täschner- und Kofferwaren, für modische Accessoires, für Bespannstoffe für Sitzmöbel, Automobilinnenausstattungen, Kinderwagenbezüge, Motorradsättel und anderes. Ganz besonders eignen sich diese Verbundstoffe wegen ihrer Wasserdichtheit, Wärmeisoliereigenschaften und Schwimmeigenschaften als Wassersportbekleidung, die gleichzeitig eine Schwimmhilfe darstellt. Im Gegensatz zu gesteppten Verbundstoffen bleibt die Oberfläche der Aussenschichten undurchstochen und daher wasserdicht. Bei Verwendung für Sitzbeläge, wie für Automobilsitze, Flugzeugsitze und dergleichen, verwendet man für die Materialstränge zweckmässig einen offenporigen Schaumstoff und zumindest als Oberschicht ein wasserdampfdurchlässiges Material. Schwitzwasser gelangt dann durch die Oberschicht in die Poren des Schaumstoffes und wird infolge der Bewegungen der sitzenden Person von Pore zu Pore durch den Schaumstoff zu der Unterschicht gepumpt. Das erfindungsgemässe Verfahren zur Herstellung der oben geschilderten Verbundstoffe besteht darin, dass man kontinuierlich zwei die Oberschicht und die Unterschicht bildende Materialbahnen aus ultraschallschweissbarem Material entlang im wesentlichen paralleler, voneinander beabstandeter Schweissnähte durch Ultrschall miteinannder verschweisst und während des Schweissvorganges zwischen den Schweissnähten die Materialstränge der Zwischenlage der Oberschicht und der Unterschicht einlegt. Wie oben erwähnt wurde, wird die Elastizität des Verbundstoffes in allen Richtungen noch wesentlich dadurch erhöht, dass die Materialstränge in Querrichtung wenigstens teilweise unterteilt sind. Im erfindungsgemässen Verfahren kann diese Unterteilung nach dem Verschweissen durch kurzzeitiges Aufdrücken eines er hitzten stanzmesserartigen Gerätes auf den Verbundstoff erhalten werden, wenn man die Materialien so auswählt, dass die Materialstränge eine Schmelztemperatur oder einen Schmelzbereich unterhalb derjenigen der Ober- und Unterschicht haben und die Temperatur des stanzmesserartigen Gerätes so eingestellt wird, dass sie unterhalb der Schmelztemperatur bzw. des Schmelzbereiches der Ober- und Unterschicht, aber mindestens bei der Schmelztemperatur bzw. im Schmelzbereich der zu unterteilenden Materialstränge liegt. Es ist aber auch möglich, die Materialstränge bereits in unterteilter Form zwischen der Oberschicht und der Unterschicht einzuführen, indem man sie in der Form aufeinanderfolgender Einzelstücke zwischen die beiden Schichten einlegt. Um diesen Vorgang zu erleichtern, kann man derart in Einzelstücke aufgeteilte Materialstränge verwenden, bei denen diese Einzelstücke noch über einen nicht durchtrennten kleinen Teil des Strangquerschnittes aneinanderhängen oder bevorzugt über einen Streifen aus einem elastischen Werkstoff, wie einen dünnen Schaumstoffstreifen, miteinander verbunden sind. Bei dieser Verfahrensvariante wird beispielsweise ein geschlossener Polyäthylenschaumstoff mit einem Gewicht von 33 kg/m3 und einer Stärke von 5 mm mit einer Polyurethanschaumstoffolie auf Polyesterbasis im Gewicht von 30 kg/m3 mit einer Stärke von 1,8 mm durch Flammbondierung verbunden. Dabei werden die Materialien so ausgewählt, dass der dickere Materialstrang eine geringere Schmelztemperatur als die dünnere Polyurethanschaumstoffolie hat. Wenn nun in regelmässigen Abständen ein stanzmesserartiges Gerät, dessen Temperatur zwischen den Schmelztemperaturen der beiden Schaumstoffe gehalten wird, auf das Laminat aufgedrückt wird, so wird der Polyäthylenschaumstoff in Einzelstücke unterteilt, nicht aber die Polyurethanschaumstoffolie auf Polyesterbasis, so dass die Einzelstücke des dickeren Polyäthylenschaumstoffstranges über den Polyurethanschaumstoffstreifen miteinaner verbunden bleiben. Dies erleichtert die Einführung der Stücke zwischen der Oberschicht und der Unterschicht, ohne die Elastizität des fertigen Verbundstoffes zu beeinträchtigen. Gegenüber der nachträglichen Zerteilung der Materialstränge hat diese Ausführungsform auch den Vorteil, dass Energie für das Erhitzen der Oberschicht eingespart wird, wesentlich höhere Durchsatzgeschwindigkeiten erreicht werden und die Aussenschichten des Verbundstoffes geschont werden. Eine weitere Verbesserung des erfindungsgemässen Verfahrens besteht darin, dass man die die Oberschicht und die Unterschicht bildenden Materialbahnen und gegebenenfalls auch die Materialstränge der Zwischenlage unter unterschiedlicher Zugspannung miteinander verschweisst. Das heisst, man führt die Materialbahnen bzw. Materialstränge der Zwischenlage der Vorrichtung für die Ultraschallschweissung so zu, dass im Bereich des Schweissvorganges sie unterschiedliche Zugspannung aufweisen. Überraschenderweise bekommt man, wenn der unter grösserer Zugspannung stehende Werkstoff Rückstellvermögen hat, eine zusätzliche Verbesserung der Elastizität des Verbundstoffes. Ausserdem kann man auf diese Weise Verbundstoffe erzeugen, die die Eigenschaften unterschiedlicher Stoffarten, wie eies Webstoffes und eines Maschenstoffes in sich vereinigen. Beispielsweise kann man die Oberschicht aus einem wasserabweisenden, windundurchlässigen glatten Webstoff (z.B. Polyamid), die Zwischenlage aus Polyurethanschaumstoffsträngen und die Unterschicht aus einem elastischen Wirk- oder Strickstoff herstellen. Weist die Unterschicht genügend Rückstellkraft auf und wird sie unter Längsspannung der Ultraschallschweissung mit der fast spannungslos laufenden Ober- und Zwischenschicht zugeführt, dann ergibt sich nach der Entspannung hinter der Schweissvorrichtung ein bielastischer Verbundstoff. Dessen hohe Längselastizität resultiert aus dem Rückstellvermögen der Unterschicht, die die Ober- und Zwischenschicht längenverkürzend mitzieht, während die Querelastizität sich aus der seitenverkürzenden, voluminösen, profilierten Oberfläche infolge der Einlage der Materialstränge ergibt. Solche Verbundstoffe sind für die obigen Zwecke, besonders für Sportbekleidung, besonders geeignet, da sie Wärmeisolierung und Windundurchlässigkeit mit allseitig hoher Elastizität verbinden und sich gut an die Körperbewegungen anpassen. Im allgemeinen wird man die Zugspannung der Materialbahnen in Längsrichtung vornehmen, wobei man die unterschiedliche Zugspannung zweckmässig so erzeugt, dass man eine der Schichten der Schweissstelle so zuführt, dass sie dort im Verhältnis von 1,1 bis 1,6, vorzugsweise von 1,3 bis 1,5 gegenüber einer der beiden anderen Schichten oder gegenüber beiden anderen Schichten gedehnt vorliegt. Dabei kann entweder die Unterschicht allein oder die Oberschicht allein unter Längsspannung stehen, während die Materialstränge der Zwischenlage ohne Längsspannung oder mit geringerer Längsspannung vorliegen, oder es können die Ober- und Unterschicht grössere Längsspannung als die Zwischenlage haben, oder es kann die Unterschicht und Zwischenlage oder die Oberschicht und Zwischenlage grössere Längsspannung als die Oberschicht bzw. Unterschicht haben. Je nachdem, welche der Schichten die grössere Längsspannung erhält, wie gross das Rückstellvermögen der stärker gespannten Schicht ist, und je nachdem, wie der quantitative Unterschied der Längsspannung eingestellt wird, bekommt man unterschiedliche Verbundstoffe, die für unterschiedliche Anwendungen bevorzugt sein können. Verbundstoffe, bei denen die Ober- und Unterschicht nahezu spannungsfrei, die Materialstränge der Zwischenlage aber unter Längsspannung zugeführt werden, eigenen sich besonders als Bezugsmaterialien für Möbelstücke, wo es gilt, faltenfrei ohne Konfektionierungsschwierigkeiten Formkörper zu beziehen. Die unterschiedlichen Zugspannungen der Materialbahnen bzw. Materialstränge kann man in der Weise bekommen, dass man diese der Schweissstelle in der Ultraschallschweissvorrichtung über einzeln regulierbare, vorzugsweise stufenlos re gulierbare Walzen oder Walzenpaare zuführt, so dass man nach Belieben und Bedarf die eine oder andere Materialbahn bzw. die Materialstränge der Zwischenlage an der Schweissstelle unter grösserer Zugspannung als die übrigen Werkstoffe halten kann. Eine zweckmässig für das erfindungsgemässe Verfahren verwendete Vorrichtung mit einem Amboss und einem Schwingkörper für Ultraschallschweissung ist durch einen Amboss in der Form voneinander beabstandeter Platten und in die Zwischenräume zwischen den Ambossplatten ragende Führungen für die Materialstränge der Zwischenlage gekennzeichnet. Die Führungen für die Materialstränge der Zwischenlage können unterschiedlich ausgebildet sein, wie beispielsweise als Rinnen oder vorzugsweise als Röhren, durch die endlose Stränge des Zwischenlagenmaterials, wie beispielsweise Schaumstoffstränge, angeliefert werden. Bei der Verwendung einer solchen Vorrichtung wird die eine Materialbahn, die Unterschicht oder die Oberschicht, unter den Führungen für die Materialstränge und die andere Materialbahn über den Führungen für die Materialstränge der Ultraschallschweissvorrichtung zugeführt. Auf diese Weise liegen vor dem Verschweissen der beiden Materialbahnen die Materialstränge der Zwischenlage in Abständen voneinander parallel zwischen den Materialbahnen, wenn diese die Ultraschallschweissvorrichtung erreichen. In den Abständen zwischen den Strängen werden dann von der Ultraschallschweissvorrichtung der Schweisspunkte in Form paralleler Linien gesetzt, wodurch die sogenannten Schweissnähte zwischenden Materialsträngen der Zwischenlage entstehen. Beim Aufsetzen des Schwingkörpers der Ultraschallschweissvorrichtung auf dem Amboss müssen sich die Materialstränge der Zwischenlage gewöhnlich zwischen die Ambossplatten legen können, so dass die Vorrichtung nach der Erfindung zweckmä ssig so ausgebildet ist, dass im Bereich des Schwingkörpers zwischen den Ambossplatten genügend Platz für das Eindringen der Materialstränge der Zwischenlage ist. Zweckmässig besitzt die erfindungsgemässe Vorrichtung als Ambossplatten auf einer gemeinsamen Welle in Abständen voneinander befestigte Ringplatten. Günstigerweise sind zwischen den Ringplatten ebenfalls ringförmige Abstandshalter-angeordnet. Besonders zweckmässig ist es, wenn die Ringplatten hinsichtlich ihres gegenseitigen Abstandes verstellbar auf der Welle angeordnet sind, um so die Vorrichtung beliebig an die Materialerfordernisse anpassen zu können. Um entsprechend den obigen Ausführungen Verbundstoffe mit allseitig hoher Elastizität zu bekommen, sollen die Materialstränge der Zwischenlage in Querrichtung unterteilt sein. In bestimmten Fällen wird man dies verfahrensmässig dadurch erreichen können, dass man über die Führungen für die Materialstränge bereits in Einzelstücke unterteilte Materialstränge zuführt. Da dies aber bei bestimmten Materialien schwierig ist und durch Querlegen einzelner Stücke zu Produktionshemmungen führen kann, besteht eine besonders bevorzugte Weiterbildung des Verfahrens nach der Erfindung darin, dass man Materialstränge mit einer Schmelztemperatur unterhalb derjenigen der Ober- und Unterschicht verwendet und die Materialstränge zwar als Ganzes in die Kanäle zwischen der Ober- und Unterschicht einführt, nach dem Einlegen aber durch kurzzeitiges Aufdrücken eines unter der Schmelz- bzw. Erweichungstemperatur der Ober- und Unterschicht, aber oberhalb der Schmelztemperatur der Materialstränge erhitzten stanzmesserartigen Gerätes auf den Verbundstoff in Querrichtung unterteilt. Auf diese Weise kann man die zunächst zusammenhängenden Materialstränge, wie beispielsweise solche aus einem Schaumkunststoff, in dem fertig verschweissten Erzeugnis von aussen unterteilen, ohne die Aussenschichten des Verbundstoffes zu beeinträchtigen. Die dabei verwendbare stanzmesserartige aufheizbare Einrichtung kann beispielsweise 0,5 bis 1,0 mm dickes Metallblech sein, das durch Hubbewegungen in einstellbarem Rhythmus aufgedrückt wird, oder sie kann eine entsprechend gefräste aufheizbare zahnradähnliche Walze sein, die rotierend auf den Verbundstoff aufgedrückt wird. In der Zeichnung zeigt Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines Ausschnittes aus einem erfindungsgemässen Verbundstoff, wobei im linken Teil desselben quergeteilte Materialstränge, im rechten Teil aber alternativ zusammenhängende Materialstränge enthalten sind, Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Ansicht der Vor richtung nach der Erfindung von vorn und Fig. 3 eine schematische Darstellung der in Fig. 2 darge stellten Vorrichtung von der Seite gesehen. Der in Fig. 1 dargestellte erfindungsgemässe Verbundstoff besteht aus der Oberschicht 1, der Unterschicht 2 und den Materialsträngen, beispielsweise Schaumstoffkabeln 3. Die Oberschicht 1 und die Unterschicht 2 bestehen aus einem ultraschallschweissbaren Material und sind entlang den Schweissnähten 5 punktförmig mit Ultraschall miteinander verschweisst. In der Figur sind zwei Ausführungsformen gleichzeitig dargestellt. In der rechten Hälfte der Figur bestehen die Materialstränge 3 aus zusammenhängenden Schaumstoffkabeln, während sie im linken Teil aus einzelnen, wenigstens teilweise voneinander getrennten Schaumstoffzylindern bestehen, die hintereinanderliegen und in ihrer Gesamtheit die Materialstränge bilden. Die Materialstränge können ohne Verbindung zu der Oberschicht und der Unterschicht in den von diesen Schichten gebildeten Kanälen liegen, was immer dann der Fall ist, wenn das Material dieser Stränge 3 nicht ultraschallschweissbar ist. Die Materialstränge 3 können aber auch an den Schweissnähten 5 etwas Verbindung mit der Oberschicht und Unterschicht haben, wenn sie selbst aus einem ultraschallschweissbaren Material bestehen. In den Fig. 2 und 3 ist eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens schematisch wiedergegeben. Als Hauptkomponenten besitzt diese Vorrichtung ringscheibenförmige Ambossplatten 6 mit-jeweils zwei Reihen von Vorsprüngen 7, die der Punktverschweissung an den Schweissnähten 5 dienen. Diese Ambossplatten 6 sind auf einer gemeinsamen Welle 8 befestigt und durch Abstandshalter 9 in der Form von kleineren Stahlringen in ihrer Position festgelegt. Die Abstandshalter 9 sind von einem Füllring 10 umgeben, der den Raum zwischen einander benachbarten Ambossplatten teilweise ausfüllt, aber nur so weit, dass im Bereich der Peripherie eine ringförmige Ausnehmung 11 verbleibt, in die beim Schweissvorgang, bei welchem die Oberschicht 1 und die Unterschicht 2 in dichter Anlage an der Peripherie der Ambossplatten und an dem Schwingkörper anliegen müssen, eindringen können. Durch Austausch der Abstandshalter 9 und der Füllringe 10 durch solche grösserer oder kleinerer Breite sind die Abstände der Ambossplatten 6 verstellbar. Durch das stufenlos regulierbare Walzenpaar 16 wird die Materialbahn der Oberschicht 1 mit einstellbarer Zugspannung über die Umlenkrolle 19 in den Spalt zwischen dem Schwingkörper 12 und den Ambossplatten 6 eingeführt. Die Zuführung der Materialbahn der Unterschicht 2 erfolgt über das stufenlos regulierbare Walzenpaar 18 und die Zuführung der Stränge 3 über das stufenlos regulierbare Walzenpaar 17 und die Zuführungsröhren 13. Das Walzenpaar 22 dient dazu, den Verbundstoff vom Schwingkörper unter Spannung abzuziehen. Die Zugspannung einer Materialbahn 1, 2 oder der Materialstränge 3 in Längsrichtung bekommt man dadurch, dass sich die gemeinsame Welle 8 der Ambossplatten 6 schneller als das jeweilige Walzenpaar 16 bis 18 dreht. Uber die Zuführungsröhren 13 mit im wesentlichen quadrati ischem Querschnitt werden die Materialstränge der Zwischenlage zugeführt. Die Unterschicht 2 wird unter den Zuführungsröhren 13 und die Oberschicht 1 über den Zuführungsröhren 13 in den Spalt zwischen den Ambossplatten 7 und dem Schwing körper 12 eingeführt. Da die Zuführung der Oberschicht 1 und der Unterschicht 2 ebenso wie die Zuführung der Materialstränge 3 kontinuierlich erfolgt, werden auf diese Weise die Materialstränge 3 gleichzeitig mit dem Schweissvorgang in den Verbundstoff eingelagert. An der Abzugsstelle der Vorrichtung ist, wie in Fig. 3 erkennbar ist, ein erhitztes Stanzmesser 14 angeordnet, da in regelmässigen zeitlichen Abständen gegen den verschweissten Verbundstoff drückt, welcher auf dem Widerlager 15 kontinuierlich entlangläuft. Die Temperatur dieses Stanzmessers 14 ist so eingestellt, dass die Oberschicht 1 und die Unterschicht 2 nicht zum Schmelzen gebracht werden, während die eingelagerten Materialstränge der Zwischenlage bei der Berührung mit dem Stanzmesser durch Schmelzen an der Berührungsstelle ganz oder teilweise durchgetrennt werden. Vor jeder Zuführungsröhre 13 ist ein Messer 16 angeordnet, dessen Schneide entgegen der Laufrichtung der Materialstränge weist. Somit kann man der Vorrichtung einen Schaumstoffbogen zuführen. Dieser wird durch die Messer 16 in Einzelstränge unterteilt, welche nun einzeln jeweils in eine der Zuführungsröhren 13 geführt werden. Die folgenden Beispiele dienen der weiteren Erläuterung der Erfindung. Beispiel 1 Zwei Bahnen eines Kettenstuhlwirkstoffes mit einem Gewicht 2 von ca. 150 g/m2, die aus ca. 18 % Elasthan und 82 % Poly- amidgarn bestehen, wurden auf einer Ultraschallmaschine gemäss der Abbildung in Längsrichtung im lichten Abstand von 16 mm bei einer Ainbossbreite von 4 mm zusammengeschweisst. Die unter den Sonotroden befindlichen Ambosse waren in Scheibenform ausgebildet und drehbar angebracht; so dass eine kontinuierliche Ultraschallverschweissung der beiden schwingungsfähigen, die Aussenschichten des Verbundstoffes bildenden Kettenstuhlstoffe möglich war. In die der Schwei Bung in Längsrichtung entstehenden, parallel verlaufenden Hohlräume wurden kontinuierlich endlose Streifen eines Polyurethanschaumstoffes auf Polyätherbasis mit einem Raumgewicht von 30 kg/m3 in einer Breite und Höhe von jeweils 10 mm eingelegt. Der so hergestellte Verbundstoff hatte eine ausgeprägte Profilstruktur, war allseitig elastisch und hatte nach Gewichts- oder Dehnungsbelastung ein gutes Rückstellvermögen. Beispiel 2 Zwei Rundstrick-Trikotstoffe aus Polyamidgarn mit einem Flä 2 chengewicht von ca. 120 g/m2 wurden in der Art des Anwen- dungsbeispiels 1 im lichten Hohlraumabstand von 40 mm durch Ultraschallschweissung verbunden. In die während der Schwei ssung entstehenden Hohlräume wurden kontinuierlich 35 mm breite Streifen eines Wollvlieses mit einem Gewicht von 2 100 g/m endlos eingelegt. Der so hergestellte Verbundstoff war elastisch, hatte ausserordentlich günstige physiologische Eigenschaften bezüglich Warmhaltung, Feuchtigkeitsaufnahme und -abgabe und konnte vorteilhaft für Sport- und Berufskleidung eingesetzt werden. Beispiel 3 Ein mit einem elastischen Polyurethan mit einem Gewicht von 2 60 g/m beschichteter Kettenstuhlstoff wie im Beispiel 1 wurde mit einem Kettenstuhlstoff aus 12 % Elasthan und 88 % 2 Polyamid mit einem Gewicht von ca. 100 g/m in der Art und den Dimensionen des Beispiels 1 zusammengeschweisst. In die Hohlräume wurde während des Schweissvorganges endlos ein Po 3 lyäthylenschaumstoff mit einem Gewicht von 30 kg/m3 in Rund- profilform mit einem Durchmesser von 10 mm eingelegt. Der so erhaltene Verbundstoff hatte eine beiderseitig re liefartige halbrunde Oberflächenstruktur. Unter anderem kann er für Schutzkleidung für Bewegungssportler, Motorradfahrer, Wasserrettungskleidung und für modische Effekte in der Täschnerei eingesetzt werden. Beispiel 4 Zwei Kettenstuhlstoffe mit einem Gewicht von jeweils 150 g/m2 aus 18 % Elasthan und 82 % Polyamid wurden wie in Beispiel 1 so beabstandet verschweisst, dass parallel verlaufende Hohlräume entstanden, in welche aufgeschäumtes Poly 3 äthylen mit einem Gewicht von 30 kg/m3 in Rundprofilform von 10 mm Durchmesser endlos eingelegt wurde. Dieser Verbundstoff wurde mit einem Druck Von ca. 1 bar unter einer auf etwa 1500 C aufgeheizten, zahnradähnlich gefrästen Walze hinweggeführt. Die Fräsung war hierbei so bemessen, dass die Stege eine Tiefe von ca. 15 mm und an der Andrückstelle eine Dicke von 0,77 mm hatten. Die gefräste Walze hatte einen Durchmesser von ca. 150 mm, die Stegabstände waren aussen ca. 15 mm, und diese Stege waren von innen durch Umlauföl regulierbar beheizt. Bei einer Arbeitsbreite von 1200 mm teilte die Vorrichtung im Tempo zwischen 5 bis 7 m/Min. das endlose Zwischenlagenmaterial aus aufgeschäumtem Polyäthylen in zylinderförmige Einzels#tücke von etwa 15 mm Länge auf. Beispiel 5 Ein wasserabstossend ausgerüsteter Webstoff aus Polyamid im 2 Gewicht von 60 g/m2 wurde auf einer Ultraschallmaschine mit einem Rundstrickplüschstoff aus 25 % Polyamidgarn HE (hochelastisch) und 75 % Baumwollgarn im Gewicht von ca. 2 230 g/m2 mit einer Vorrichtung gemäss der Erfindung in Längs- richtung im lichten Abstand von 16 mm bei einer Ambossbreite von 4 mm so zusammengeschweisst, dass der die Unterschicht bildende elastische Rundstrickstoff bei der Ultraschallverbindung eine Lösungsspanne von ca. 30 % aufwies. Die unter den Sonotroden befindlichen Ambosse waren in Scheibenform ausgebildet und drehbar angebracht, so dass eine kontinuierliche Ultraschallverschweissung der beiden schwingungsfähigen, die Aussenschichten des Verbundstoffes bildenden Webund Strickstoffe möglich war. In die mit der Schweissung in Längsrichtung entstehenden parall verlaufenden Hohlräume wur den kontinuierlich endlose Streifen eines Polyurethanschaumes 3 auf Polyätherbasis im Raumgewicht18 kg/m3 in einer Breite von 13 mm und einer Höhe von 8 mm eingelegt. Der so hergestellte Web-Strick-Verbundstoff war bei einem extrem niedrigen spezifischen Gewicht allseitig elastisch, strapazierfähig, wetterfest, thermoisolierend und schweisssaugend. Beispiel 6 Ein die Oberschicht bildender Kettenstuhlwirkstoff mit 2 einem Gewicht von ca. 200 g/m2, der aus ca. 18 % Polyure- thangarn und 82 % Polyamidgarn bestand, und ein die Unterschicht bildender Rundwirkstoff aus 25 % Polyamidgarn und 75 % Baumwollgarn wurden auf einer Ultraschallmaschine gemäss der Zeichnung so zusammengeschweisst, dass die Oberschicht unter einer Längsspannung von ca. 40 % im Verhältnis der Zwischen- und Unterschicht dem Ambossschwingkörpersystem zugeführt wurde. Die Einlage der Materialstränge der Zwischenschicht erfolgte wie im Beispiel 5. Der so hergestellte profilierte, thermoisolierende Verbundstoff verband die Eigenschaften hochelastischer Synthetikgewirke auf der Aussenseite mit den physiologischen Merkmalen der Baumwolle auf der Innenseite. Beispiel 7 Ein die Oberschicht bildender Rundstrickstoff aus Poly 2 estergarn im Gewicht von ca. 200 g/m2 wurde annähernd span- nungsgleich mit einem die Unterschicht bildenden Rundstrickscherplüschstoff aus Polyester im Gewicht von ca. 380 g/m2 auf einer Ultraschallmaschine gemäss der Zeichnung zusammengeschweisst. In die während der Schweissung in Längsrichtung entstandenen parallel verlaufenden Hohlräume wurden als Materialstränge kontinuierlich endlose Streifen eines Polyurethanschaumstoffes auf Polyätherbasis mit einem Raumgewicht 3 von 46 kg/m in einer Breite von 13 mm und einer Höhe von jeweils 12 mm mit einer Längsspannung von ca. 30 % im Verhältnis zur Ober- und UntersChicht eingelegt. Der so hergestellte Verbundstoff hatte nach der Entspannung eine ausgeprägte Profilstruktur, war stabil auch bei Dauerdehnung, hochelastisch und eignete sich hervorragend zur Möbelbespannung und zum Bezug auf Automobilsitzen.

Claims: Patentansprüche 1. Verbundstoff mit einer Oberschicht, einer mit ihr durch Ultraschallschweissverbindungen verbundenen Unterschicht und einer Zwischenlage, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberschicht (1) und die Unterschicht (2) entlang im we sentlichen paralleler, voneinander beabstandeter Ultra schweissnähte (5) direkt miteinander verschweisst sind und die Zwischenlage die Form einzelner Materialstränge (3) besitzt, die im wesentlichen parallel zu den Schweissnäh ten (5) zwischen diesen in den von der Ober- und der Un terschicht gebildeten Kanälen liegen. 2. Verbundstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialstränge (3) in Querrichtung mehrfach we nigstens teilweise unterteilt (4) sind. 3. Verbundstoff nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelstücke (4) der in Querrichtung unterteil ten Materialstränge (3) über einen Streifen aus einem elastischen Werkstoff, wie einen dünnen Schaumstoffstrei fen, miteinander verbunden sind. 4. Verbundstoff nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeich net, dass die Materialstränge (3) aus einem nicht ultra schallschweissfähigen Material bestehen. 5. Verbundstoff nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeich net, dass die Materialstränge (3) aus einem Schaumkunst stoff bestehen. 6. Verbundstoff nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeich net, dass das Material der Oberschicht (1) und/oder der Unterschicht (2) elastisch ist. 7. Verbundstoff nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeich net, dass die Materialstränge der Zwischenlage aus einem elastischen Material bestehen. 8. Verfahren zur Herstellung eines Verbundstoffes nach An spruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass man konti nuierlich zwei die Oberschicht (1) und die Unterschicht (2) bildende Materialbahnen aus ultraschallschweissbarem Material entlang im wesentlichen paralleler, voneinan der beabstandeter Schweissnähte (5) durch Ultraschall miteinander verschweisst und während des Schweissvorgan ges zwischen den Schweissnähten (5) die Materialstränge (3) der Zwischenlage zwischen der Oberschicht (1) und der Unterschicht (2) einlegt. 9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass man Materialstränge (3) mit einer Schmelztempratur oder einem Schmelzbereich unterhalb derjenigen der Ober- und Unterschicht (1, 2) verwendet und die Materialstränge nach dem Einlegen durch kurzzeitiges Aufdrücken eines auf eine Temperatur unterhalb der Schmelztemperatur bzw. des Schmelzbereiches der Ober- und Unterschicht, aber mindestens bei der Schmelztemperatur bzw. im Schmelzbereich der zu unterteilenden Materialstränge erhitzten stanzmesserartigen Gerätes auf den Verbund stoff in Querrichtung wenigstens teilweise unterteilt (4) 10. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass man die Materialstränge (3) in der Form aufeinanderfol gender Einzelstücke (4) einlegt. 11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass man Materialstränge verwendet, die aus aufeinanderfol genden Einzelstücken (9) bestehen, die über einen Strei fen aus einem elastischen Werkstoff miteinander verbun den sind. 12. Verfahren nach Anspruch 7 bis 11, dadurch gekennzeich net, dass man die die Oberschicht (1) und die Unter schicht (2) bildenden Materialbahnen unter unterschied licher Zugspannung, vorzugsweise in einem im Verhältnis von 1,1 bis 1,6 gedehnten Zustand, miteinander ver schweisst. 13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass man die Materialbahnen der Oberschicht (1) oder der Un terschicht (2) beim Verschweissen unter grösserer Längs spannung als die Materialbahnen der jeweils anderen Schicht hält. 14. Verfahren nach Anspruch 7 bis 13, dadurch gekennzeich net, dass man die Materialstränge (3) unter Längsspan nung zwischen der Oberschicht (1) und der Unterschicht (2) einlegt. 15. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach An spruch 7 bis 14 mit einem Amboss und einem Schwingkörper für Ultraschallschweissung, gekennzeichnet durch einen Amboss in der Form voneinander beabstandeter Platten (6) und durch in die Zwischenräume zwischen den Ambossplat ten (6) ragende Führungen (13) für die Materialstränge (3) der Zwischenlage. 16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Ambossplatten (6) auf einer gemeinsamen Welle (8) in Abständen voneinander befestigte Ringplatten sind. 17. Vorrichtung nach Anspruch 15 und 16, dadurch gekennzeich net, dass die Abstände der Ambossplatten (6) verstellbar sind. 18. Vorrichtung nach Anspruch 15 bis 17, dadurch gekenn zeichnet, dass im Bereich des Schwingkörpers (12) zwi schen den Ambossplatten (6) die Materialstränge (3) der Zwischenlage aufnehmende Ausnehmungen (11) vorgesehen sind. 19. Vorrichtung nach Anspruch 15 bis 18, dadurch gekennzeich net, dass sie einzeln stufenlos regulierbare Zuführwal zen oder -walzenpaare für die Materialbahnen (1, 2) der Ober- und Unterschicht und/oder für-die Materialstränge (3) aufweist.

Inventors: KOCHER, WALTER, DR., Köcher, Walter, Dr.
Applicants: KOCHER, WALTER, DR.
Application year: 1980
Main classification: B32B1
IPC codes: B29C65, B32B1