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DE102021201835B4 - Teil eines Gepäcksystems umfassend ein Naturfasermaterial und Verfahren zu dessen Herstellung und Reparatur - Google Patents

Teil eines Gepäcksystems umfassend ein Naturfasermaterial und Verfahren zu dessen Herstellung und Reparatur Download PDF

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DE102021201835B4
DE102021201835B4 DE102021201835.1A DE102021201835A DE102021201835B4 DE 102021201835 B4 DE102021201835 B4 DE 102021201835B4 DE 102021201835 A DE102021201835 A DE 102021201835A DE 102021201835 B4 DE102021201835 B4 DE 102021201835B4
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natural fiber
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Jan Hendrik Roosen
Everett Bleakney
Jörg Russ
Michael Wiesner
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Hs New Travel GmbH
Original Assignee
Hs New Travel GmbH
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Priority to JP2023552237A priority patent/JP2024508848A/ja
Priority to US18/547,024 priority patent/US20240225217A9/en
Priority to EP22707714.6A priority patent/EP4297961A2/de
Priority to PCT/EP2022/054556 priority patent/WO2022180115A2/en
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Abstract

Teil (21; 31; 400) eines Gepäcksystems, insbesondere Schale (510; 520) eines Hartschalenkoffers oder Trolleys (500), umfassend ein faserverstärktes Material (100a; 100b; 100c), wobei das faserverstärkte Material umfasst:1a. ein Naturfasermaterial (110a; 110b; 110c); und1b. ein Matrixmaterial (130a; 130b; 130c), wobei1C. das Naturfasermaterial mindestens einen Satz (120a; 120b-121b; 120C-123e) von unidirektionalen Fasern umfasst, die in das Matrixmaterial eingearbeitet und/oder damit imprägniert sind; undid. wobei das Naturfasermaterial als geschichteter Stoff bereitgestellt ist.

Description

  • 1. Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gepäcksystem oder einen Teil eines Gepäcksystems, insbesondere eine Schale eines Hartschalenkoffers oder Trolleys oder einen Teil einer solchen Schale, umfassend ein Naturfasermaterial. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung und ein Verfahren zur Reparatur eines solchen Gepäcksystems oder eines Teils eines Gepäcksystems.
  • 2. Stand der Technik
  • Materialfasern aus Kunststoff, Carbon oder E-Glas werden seit Jahrzehnten in der Rollgepäckindustrie eingesetzt, sowohl in gewebten als auch in nicht gewebten Mustern, die in einem geeigneten Matrixmaterial suspendiert sind, aufgrund ihrer Fähigkeit, die Festigkeit in einer Reihe von Bereichen wie der Zug-, Reiß- und Torsionsstabilität des Gepäcks zu erhöhen. Während diese Verbundmaterialien ein hohes Maß an mechanischer Leistung erreichen können, können sie durch schlechte Verarbeitung und Umweltbedingungen leicht geschwächt werden oder brechen.
  • Unabhängig von der Ursache besteht im Falle eines Versagens einer solchen Verbundschale keine Chance auf Reparatur, sondern nur auf Ersatz. Die einzelnen Materialien, aus denen der Verbundwerkstoff in der gebrochenen Schale besteht, müssten einzeln getrennt werden, um in modernen Recycling-Anlagen durch Wärme oder mechanische bzw. chemische Prozesse wiederverwertet zu werden. Weltweit werden Verbundwerkstoffe so gut wie nie recycelt, da die Trennung der enthaltenen Materialien schwierig ist, der Energieaufwand für die Trennung hoch ist und der wirtschaftliche Anreiz fehlt.
  • Da die Materialien, die in den bekannten Verbundwerkstoffen enthalten sind, anorganisch sind und bei ihrer Gewinnung und Verarbeitung potenziell oder bereits bekanntlich die Umwelt stark belasten, und da ihr Lebensende fast ausschließlich die Deponie ist, ist die Ökobilanz für die weltweit stärksten Verbundwerkstoffe in der Gepäckindustrie überraschend kurz und mit negativen Auswirkungen auf die Umwelt sowohl zu Beginn als auch am Ende ihres Lebens.
  • Für die meisten Verbraucher ist jedoch die ökologische Nachhaltigkeit eine Schlüsseleigenschaft, die sie bei fast jedem Produkt vorfinden möchten. Oft wird geäußert, dass Nachhaltigkeit und Langlebigkeit um jeden Preis gegensätzlich sind und dass das eine für das andere geopfert werden muss, was den Kunden immer mit einem Kompromiss zurücklässt.
  • Einige Überlegungen zur Verwendung von Naturfasern wurden in dem Dokument US 3,383,272 A angestellt, das ein geformtes, starres Produkt beschreibt, das konturierte und nicht konturierte Teile aufweist, wobei das Produkt aus einer harzgetränkten Fasermasse abgeleitet ist, die eine Vielzahl von Fasern, insbesondere Jutefasern, umfasst, die durch geeignete Nadel- oder Gussformen zu einer porösen, ineinandergreifenden Masse geformt werden.
  • In jüngerer Zeit wurde Gepäck unter Verwendung von Flachsfasern und Biokunststoffen von PRO-JECTKIN ApS, Dänemark, angeboten (Website: https: / / projectkin.com/).
  • DE 20 2017 004 083 U1 offenbart ein Faser-Matrix-Halbzeug enthaltend einen Kern aus Faserhalbzeuglagen die mit wenigstens einer Matrixkomponente imprägniert sind sowie wenigstens eine Decklage einer hochviskosen, zähen Folie, die bei der Formung des Bauteils wie eine Tiefziehfolie eingesetzt wird, womit Poren, die beim Umformen herkömmlicher Faser-Matrix-Halbzeuge entstehen können, vermieden oder geschlossen werden können.
  • Es besteht jedoch immer noch ein Bedarf an Gepäckstücken, die die Umweltverträglichkeit herkömmlicher Gepäcksysteme verbessern und gleichzeitig die Stabilität und Festigkeit bekannter Konstruktionen und Verbundwerkstoffe beibehalten.
  • Dieses Problem wird durch die verschiedenen Aspekte der vorliegenden Erfindung angegangen und zumindest teilweise gelöst.
  • 3. Zusammenfassung der Erfindung
  • Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Teil eines Gepäcksystems, insbesondere eine Schale oder einen Teil einer Schale eines Hartschalenkoffers oder Trolleys.
  • In einer Ausführungsform umfasst das Teil eines Gepäcksystems ein faserverstärktes Material, wobei das faserverstärkte Material ein Naturfasermaterial und ein Matrixmaterial umfasst. Das Naturfasermaterial umfasst mindestens einen Satz von unidirektionalen Fasern, die in das Matrixmaterial eingearbeitet und/oder damit imprägniert sind.
  • In den meisten Teilen dieses Dokuments wird der Einfachheit und Prägnanz halber einfach von einem „Teil des Gepäcksystems“ (oder noch kürzer „Gepäckteil“) gesprochen, aber die Möglichkeit eines ganzen Gepäcksystems wie eines kompletten Hartschalenkoffers oder eines kompletten Trolleys ist immer mit eingeschlossen, sofern nicht anders angegeben.
  • Darüber hinaus kann das offenbarte faserverstärkte Material neben einer Schale oder einem Teil einer Schale eines bereits erwähnten Hartschalenkoffers oder Trolleys auch auf andere Arten von Gepäckstücken angewendet werden, bei denen ein faserverstärktes Material vorteilhaft eingesetzt werden kann, beispielsweise als Verstärkung in bestimmten Bereichen einer Tasche oder eines Reisekoffers, die ansonsten aus einem anderen Material bestehen, z. B. an den Kanten oder Ecken der Tasche oder des Koffers oder in den Bereichen, an denen Räder angebracht sind.
  • Im Kontext dieses Dokuments ist ein Naturfasermaterial, manchmal auch als organisches Fasermaterial bezeichnet, ein Fasermaterial, das aus einer Pflanze oder einem anderen Objekt der Natur stammt, im Gegensatz zu den eingangs erwähnten synthetischen oder auf Chemie basierenden Materialien, die üblicherweise im Stand der Technik verwendet werden. Spezifische Beispiele für solche Materialien werden im Folgenden besprochen.
  • Ein Satz unidirektionaler Fasern ist ein Satz von Fasern, die (z. B. durch absichtliche Anordnung während der Herstellung) entlang einer bestimmten Vorzugsrichtung angeordnet sind, im Gegensatz zu Fasern, die zufällig oder chaotisch angeordnet sind, entweder von sich aus oder nachdem sie in eine solche Anordnung gebracht wurden, z. B. durch Vernadelung oder Gigging. Natürlich werden in einem tatsächlichen Produkt solche unidirektionalen Fasern im Allgemeinen auch nicht alle perfekt parallel zu dieser Vorzugsrichtung angeordnet sein, im strengen mathematischen Sinne des Wortes „parallel“. Eine gewisse Abweichung, die z. B. durch den Herstellungsprozess und/oder durch die natürlichen Unregelmäßigkeiten in der Form der Fasern unvermeidbar ist, wird zwar in Kauf genommen, aber eine erkennbare „Geradlinigkeit“ der Anordnung der Fasern wird bereitgestellt. Das Verständnis des Begriffs „unidirektional“, wie er im Rahmen dieses Dokuments verwendet wird, kann daher dem natürlichen Verständnis entsprechen, das der Fachmann von diesem Begriff haben wird.
  • Neben dem Satz oder den Sätzen unidirektionaler Naturfasern kann das Naturfasermaterial auch weitere Naturfasern in beliebiger Anordnung umfassen, in einer bevorzugten Möglichkeit ist das Naturfasermaterial jedoch vollständig von dem einen oder den mehreren Sätzen unidirektionaler Naturfasern umfasst.
  • Die unidirektionalen Fasern können teilweise oder vollständig in das Matrixmaterial eingearbeitet sein (geeignete Matrixmaterialien und ihre jeweiligen Eigenschaften werden im Folgenden diskutiert), und/oder sie können teilweise oder vollständig mit dem Matrixmaterial imprägniert sein. Eingearbeitet sein in das Matrixmaterial kann in dem Sinne verstanden werden, dass die Fasern in einem Bett aus Matrixmaterial suspendiert sind oder „frei beweglich“ sind, d. h. die Fasern können in den Zwischenräumen zwischen den einzelnen Fasern vom Matrixmaterial durchsetzt sein. Mit dem Matrixmaterial imprägniert zu sein, kann in dem Sinne verstanden werden, dass das Matrixmaterial von den Fasern „aufgesaugt“ wird, z.B. so, dass die Fasern „klebrig“ werden und aneinander haften, ohne dass eine merkliche Menge an Matrixmaterial zwischen den einzelnen Fasern vorhanden ist. Natürlich sind auch Abstufungen zwischen den beiden Möglichkeiten möglich, d.h. die Fasern können sowohl (teilweise) in die Materialmatrix eingearbeitet sein als auch (teilweise) mit dem Matrixmaterial imprägniert sein.
  • Neben dem Naturfasermaterial, das den mindestens einen Satz unidirektionaler Fasern umfasst, die in das Matrixmaterial eingearbeitet und/oder mit diesem imprägniert sind, kann das faserverstärkte Material auch zusätzliche Materialien oder Komponenten beinhalten, z. B. ein (nicht-organisches) textiles Material, um eine weitere Verstärkung an bestimmten Stellen bereitzustellen, die besonders hohen Belastungen und Kräften ausgesetzt sind. In einem bevorzugten Szenario enthält das faserverstärkte Material jedoch neben dem Naturfasermaterial oder den Naturfasermaterialien kein weiteres Fasermaterial.
  • Das Teil eines Gepäcksystems kann ausschließlich aus dem faserverstärkten Material hergestellt sein. Das Teil kann aber auch weitere Komponenten beinhalten, die aus einem anderen Material oder anderen Materialien bestehen oder diese umfassen. Beispielsweise kann das Teil eines Gepäcksystems eine (vordere und/oder hintere) Schale eines Hartschalenkoffers oder Reise- bzw. Kabinentrolleys sein, die in der Regel aus einer vorderen Schale und einer hinteren Schale besteht, wobei der Schalenhauptkörper aus dem offenbarten faserverstärkten Material gefertigt sein kann. Darüber hinaus kann die Schale beispielsweise ein Scharniersystem, ein Reißverschluss- oder Verschlusssystem, eine Griffstange oder Griffstruktur, ein oder mehrere Räder usw. beinhalten, die das offenbarte faserverstärkte Material umfassen oder nicht umfassen können.
  • Die natürlichen oder organischen Fasermaterialien, die im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendet werden können (einige Beispiele werden weiter unten näher erläutert), benötigen fast keine Herbizide und Pestizide, sehr wenig Wasser zum Wachsen und sehr wenig Energie zum Ernten und Verarbeiten, oft mit wenig oder gar keinen involvierten schädlichen Chemikalien. Darüber hinaus ist es, insbesondere in Kombination mit einem Matrixmaterial, das aus einer biobasierten und biologisch abbaubaren Verbindung besteht oder diese umfasst, möglich, dass die Fasern am Ende der Lebensdauer des Gepäcksystems durch übliche Kompostierungsverfahren, die auf Wasser, Umgebungstemperatur, Druck und UV-Licht zum Abbau angewiesen sind, aus dem Matrixmaterial extrahiert und somit entweder wiederverwertet werden oder als weitere Bodennahrung dienen können.
  • Darüber hinaus wird bei ungerichteten Verbundwerkstoffen (z. B. faserverstärkten Materialien, die eine zufällige Anordnung von Fasern aufweisen) die Energie bei einem Aufprall nicht gleichmäßig im Material verteilt, so dass sich ein Bruch im Material in alle und mehrere Richtungen ausbreiten kann. Dies ist besonders gefährlich für Gepäcksysteme wie Trolleys, da es im Allgemeinen keine ausgewiesenen Aufprallabsorptionszonen gibt (mit anderen Worten, ein Aufprall kann an jeder Stelle des Gepäcks und aus jeder Richtung erfolgen) und daher ein hohes Risiko der Beschädigung oder sogar Zerstörung über den Punkt der möglichen Reparatur des Trolleys hinaus besteht, wenn solche nicht orientierten Verbundwerkstoffe verwendet werden. Außerdem ist bei solchen nicht orientierten Materialien das Hinzufügen von Masse in bestimmten Bereichen (d. h. zusätzliche Schichten in den Ecken des Trolleys) fast immer das Verfahren, das zur Erhöhung der Festigkeit des Materials verwendet wird, was im Widerspruch zu den Prinzipien der Nachhaltigkeit und den immer strengeren Gewichtsbeschränkungen für Gepäckstücke steht.
  • Im Gegensatz dazu wird der von der vorliegenden Erfindung verwendete Satz unidirektionaler Fasern die Aufprallenergie in einer besser vorhersehbaren und steuerbaren Weise ableiten, da jede Faser die Energie in einer bestimmten Ausrichtung und auf dem Weg des geringsten Widerstands leitet. Neben der Möglichkeit, die Fasern so auszurichten, dass die Energie effizienter aus Bereichen abgeleitet wird, in denen ein Aufprall zumindest als wahrscheinlicher angesehen werden kann (z. B. an den Kanten oder Ecken), können die unidirektionalen Fasern somit auch das Schadensausmaß begrenzen, falls es doch zu einem Bruch kommen sollte, z. B. indem sie den Bruch in eine weniger kritische Richtung in Bezug auf die Gesamtstabilität des Gepäcks/des Trolleys lenken. Im Vergleich zur Verwendung von willkürlich angeordneten Fasern können die unidirektionalen Fasern, die im offengelegten Material verwendet werden, dem Material daher einen „Stabilitätsrahmen“ bereitstellen, der seine Gesamtstabilität und Lebensdauer erhöht.
  • Ein weiterer Vorteil des Verwendens von Naturfasern in unidirektionaler Anordnung ist, dass Naturfasern in Längsrichtung oft sehr stark sind, aber ausfransen oder spalten oder anderweitig zerfallen können, wenn sie in seitlicher Richtung gezogen oder belastet werden (im Gegensatz zu synthetischen Fasern, bei denen dieses Problem möglicherweise nicht oder nur in geringerem Maße besteht). Auch in dieser Hinsicht kann die Verwendung von Naturfasern in einer geeignet gewählten unidirektionalen Anordnung (z. B. so, dass die Fasern überwiegend in ihrer Längsrichtung belastet werden) daher dazu beitragen, die Lebensdauer des Produkts zu erhöhen, verglichen mit der Verwendung von Naturfasern in einer völlig willkürlichen Anordnung, bei der ein Ausfransen und Aufspalten der einzelnen Fasern in größerem Maße auftreten kann.
  • In diesem Zusammenhang wird erwähnt, dass das Teil eines Gepäcksystems auch zwei oder mehr Bereiche umfassen kann, in denen faserverstärkte Materialien mit einem unterschiedlich ausgerichteten Satz oder Sätzen von unidirektionalen Naturfasern verwendet werden, um die spezifische Geometrie dieser Bereiche und/oder die Art des Aufpralls, der in diesen Bereichen wahrscheinlich auftritt, zu berücksichtigen, z. B. die Materialzusammensetzung der Naturfasern und/oder des Matrixmaterials oder andere physikalische und mechanische Eigenschaften können sich ebenfalls zwischen solchen Bereichen ändern.
  • Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Verwendung des offenbarten faserverstärkten Materials unter Verwendung des Naturfasermaterials mit dem mindestens einen Satz unidirektionaler Fasern, die in das Matrixmaterial eingearbeitet und/oder mit diesem imprägniert sind, die vorteilhaften mechanischen Eigenschaften eines solchen orientierten Materials, insbesondere für den Bau von Gepäcksystemen wie Hartschalenkoffern oder Trolleys, mit der Umweltfreundlichkeit natürlicher Grundmaterialien verbindet.
  • Es werden nun weitere Möglichkeiten und Abwandlungen des ersten Aspekts der vorliegenden Erfindung angezeigt und diskutiert, wobei diese weiteren Möglichkeiten und Abwandlungen auch miteinander kombiniert werden können, um die gewünschten Material- und Leistungseigenschaften des Teils des Gepäcksystems zu erhalten, auch wenn im Folgenden nicht jede einzelne mögliche Permutation unter den offenbarten Möglichkeiten explizit aufgeführt wird. Einzelne Merkmale von Untermerkmalen können auch weggelassen werden, wenn dies zur Erreichung des gewünschten Ziels nicht notwendig erscheint.
  • Zum Beispiel kann das Naturfasermaterial n Sätze von unidirektionalen (natürlichen) Fasern umfassen, die in das Matrixmaterial eingearbeitet und/oder mit diesem imprägniert sind, wobei n eine ganze Zahl größer als 1 ist und wobei die n Sätze von unidirektionalen Fasern zueinander nicht parallel sind.
  • Mit anderen Worten, die Naturfasern können ein mehrachsiges Material bereitstellen, wobei n die Anzahl der Achsen ist. Durch die Erhöhung der Anzahl n der Achsen kann die Isotropie der Materialeigenschaften erhöht werden, möglicherweise auf Kosten höherer Herstellungskosten und Komplexität, so dass im Allgemeinen ein Kompromiss zwischen Stabilität und Isotropie einerseits und Herstellungskosten und Komplexität, aber auch Gewicht des Produkts andererseits gefunden wird.
  • Auch im Zusammenhang mit mehr als einem Satz unidirektionaler Fasern ist es möglich, dass das Teil des Gepäcksystems mehrere Bereiche (d. h. zwei oder mehr) umfasst, in denen unterschiedliche Ausführungsformen des offenbarten Materials verwendet werden. Um ein konkretes Beispiel zu nennen, kann eine Schale eines Hartschalenkoffers oder Trolleys auf ihrer Hauptfläche ein faserverstärktes Material umfassen, das ein Naturfasermaterial mit zwei Sätzen (d.h. n = 2) unidirektionaler (Natur-)Fasern umfasst, die in das Matrixmaterial eingearbeitet und/oder damit imprägniert sind. An den Kanten und/oder Ecken und/oder dort, wo die Räder angebracht sind, kann die Schale ein faserverstärktes Material umfassen, das ein Naturfasermaterial mit drei oder mehr Sätzen (d. h. n ≥ 3) unidirektionaler (Natur-)Fasern umfasst, die in das Matrixmaterial eingearbeitet und/oder mit diesem imprägniert sind, um diesen spezifischen Bereichen ein hohes Maß an Stabilität bereitzustellen. Die Materialzusammensetzung und/oder mechanischen Eigenschaften der Naturfasern und/oder des Matrixmaterials können sich auch zwischen den verschiedenen Regionen ändern, um die Eigenschaften des Gepäckstücks weiter zu steuern.
  • Insbesondere kann jeder Satz von unidirektionalen Fasern eine Vielzahl von Faserbündeln und/oder faserartigen Garnen umfassen, die entlang einer jeweiligen Achse angeordnet sind.
  • Mit anderen Worten, die Fasern können vorgeordnet oder zu Bündeln oder Garnen gesponnen werden, die dann ausgerichtet und in das faserverstärkte Material des Gepäckstücks eingearbeitet werden. Dies kann nicht nur die Herstellung erleichtern und vereinfachen, sondern auch die „Richtwirkung“ des faserverstärkten Materials erhöhen und somit den durch die Materialachse(n) definierten Richtungen eine besondere Festigkeit verleihen.
  • Wie bereits erwähnt, können zwei Sätze von unidirektionalen (Natur-)Fasern verwendet werden, d. h. n = 2, was bedeutet, dass das Naturfasermaterial als biaxialer Stoff oder Material bereitgestellt wird.
  • Ein biaxiales Material ist der einfachste Fall eines multiaxialen Materials, der über den Fall hinausgeht, dass es nur einen Satz unidirektionaler Fasern aufweist, die entlang einer einzigen Achse orientiert sind. Es kann daher relativ einfach hergestellt werden, stellt aber bereits eine bessere Isotropie und allgemeine Stabilität bereit als ein einachsiges Material. Insbesondere in Anbetracht der Tatsache, dass Naturfasern in Längsrichtung (d.h. entlang der Ausdehnung der Faser) stabiler sein können als in lateraler/seitwärts Richtung, kann bereits das Hinzufügen einer weiteren Achse zum Material die Stabilität und Langlebigkeit des Teils des Gepäcksystems deutlich erhöhen. Ein biaxiales Material stellt somit ein leichtes, aber dennoch ausreichend stabiles und einfach herstellbares faserverstärktes Material für den Gepäckbau auf Basis von Natur- oder organischen Fasern bereit.
  • Die beiden Achsen des biaxialen Stoffs können sich in einem schiefen Winkel (d.h. einem Winkel ungleich 90°) schneiden.
  • Generell ist natürlich auch ein Schnittwinkel der beiden Achsen gleich 90° möglich. Ein schiefer Schnittwinkel (d.h. ≠ 90°) kann jedoch auch die Möglichkeit bieten, eine hohe allgemeine Stabilität des Gepäckstücks aufgrund der Verwendung von mehr als einer Achse mit dem Bereitstellen eines weiteren Grades an „Richtwirkung“ oder Anisotropie zu kombinieren. Da sich die beiden Achsen nicht im 90°-Winkel schneiden, wird zwischen ihnen sowohl ein spitzer Winkel (d.h. ein Winkel < 90°) als auch ein komplementärer stumpfer Winkel (d.h. ein Winkel > 90°) gebildet. Die Richtung, die durch den Winkelsektor des spitzen Winkels definiert wird, liegt beispielsweise „näher“ an den beiden Achsen als der Winkelsektor des stumpfen Winkels, so dass entlang des Winkelsektors des spitzen Winkels eine größere Steifigkeit/Stabilität erreicht werden kann als in der senkrechten Richtung, d.h. entlang des Winkelsektors des stumpfen Winkels. Der Fachmann erkennt, wie sich unter Verwendung dieses Konzepts die physikalischen und mechanischen Eigenschaften des Gepäckstücks nicht nur entlang der beiden Materialachsen selbst, sondern auch in den dazwischen liegenden Winkelsegmenten beeinflussen lassen.
  • Eine andere Möglichkeit ist, dass es drei Sätze unidirektionaler (Natur-)Fasern gibt, d. h. n = 3, was bedeutet, dass das Naturfasermaterial als dreiachsiges Material bereitgestellt wird.
  • Ein Vorteil der Verwendung von drei Achsen (oder einer noch größeren Anzahl von Achsen, z. B. n= 4, 5, 6, ..., obwohl eine weitere Erhöhung der Achsenzahl über n = 3 hinaus aus konstruktiver und fertigungstechnischer Sicht zu untragbar werden könnte) ist, dass jegliche Aufprallenergie, die zu einem anfänglichen Bruch des Gepäckstücks an einer bestimmten Stelle führt, schnell mit Barrieren für diese Energie an dem oder den nächstgelegenen Schnittpunkten der verschiedenen Fasersätze entgegengenommen und somit in drei Richtungen umgeleitet wird. Diese Umlenkung der Energie setzt sich fort und teilt sich wieder auf, bis sie das System verlässt oder sich im Material auflöst. Auf diese Weise können große Brüche vermieden werden, was eine Reparatur statt eines Wegwerfens ermöglicht. Darüber hinaus wird die Gesamtstabilität und Isotropie des Materials im Vergleich zur Verwendung von nur einer oder zwei Achsen erhöht.
  • Auch in diesem Fall können sich mindestens zwei der Achsen des triaxialen Stoffs in einem anderen Winkel als 60° schneiden.
  • Mit anderen Worten, auch bei mehr als zwei Achsen können sich die Achsen (oder zumindest einige von ihnen) in einem „unregelmäßigen“ Winkel schneiden, wobei der „regelmäßige“ Winkel für n sich schneidende Achsen als 360° geteilt durch n angesehen werden kann (wobei der Schnittwinkel als der spitze Winkel angesehen werden kann, der durch zwei sich schneidende schräge Achsen geformt wird, nicht als der komplementäre stumpfe Winkel).
  • Die im Naturfasermaterial enthaltenen Fasern können kontinuierlich sein.
  • Die kontinuierlichen Fasern, d.h. Fasern, die während oder nach der Gewinnung aus ihrer natürlichen Quelle nicht zerrissen oder geschnitten oder anderweitig gekürzt wurden, weisen in ihrer Längsrichtung (entlang der Ausdehnung der Faser) eine sehr hohe (Reiß-)Festigkeit auf, was sich in einer entsprechend hohen Stabilität des Gepäckstücks niederschlägt, in dem sie verwendet werden. Auch kann durch die Verwendung von kontinuierlichen Fasern der Herstellungsprozess erleichtert oder überhaupt erst ermöglicht werden, insbesondere wenn die Naturfasern zum Formen eines gewebten Stoffs verarbeitet werden. Aber auch für einen geschichteten Stoff kann die Verwendung von kontinuierlichen Fasern vorteilhaft sein und die generelle Reißfestigkeit des Endproduktes entlang der Faserrichtung(en) erhöhen. Unabhängig vom Aufbau des Naturfasermaterials (gewebt oder geschichtet) kann unter Verwendung von kontinuierlichen Fasern die Widerstandsfähigkeit des Gepäckstücks gegen unkontrollierte Schadensausbreitung erhöht werden, indem Stoßkräfte entlang der Faserausdehnung geleitet werden.
  • Das Hinzufügen von diskontinuierlichen und/oder partikelförmigen (natürlichen und/oder synthetischen) Fasern zum faserverstärkten Material ist natürlich grundsätzlich auch möglich. Die überwiegende oder ausschließliche Verwendung von kontinuierlichen Naturfasern ist jedoch insofern vorteilhaft, als sie die „Richtwirkung“ des faserverstärkten Materials erhöhen und die bereits mehrfach erwähnte unkontrollierbare Schadensausbreitung begrenzen kann, auch unter dem Gesichtspunkt der Nachhaltigkeit.
  • Das Naturfasermaterial wird als geschichteter Stoff bereitgestellt.
  • Das Bereitstellen des Naturfasermaterials als Schicht kann den Herstellungsaufwand reduzieren, möglicherweise auf Kosten einer etwas geringeren Stabilität des Materials. Die Herstellung könnte z. B. durch Nassauflegen erfolgen, indem eine oder mehrere Bögen oder Schichten aus orientiertem Fasermaterial in ein Bett aus flüssigem Harz geschichtet werden, das nach dem Aushärten das Matrixmaterial bildet, und diese Vorform dann durch Formpressen in die gewünschte Form gebracht wird, z. B. unter Einwirkung von Druck und durch Aushärten des Harzes durch Wärme, ultraviolettes Licht oder eine schnelle Änderung der Luftfeuchtigkeit, bis das gewünschte Verfahren zum Aushärten des Harzes angewendet wird. Oder die Herstellung erfolgt über imprägnierte Bögen oder Schichten aus Fasermaterial, die in oder auf einem Epoxidharz, einem thermoplastischen Harz oder einer Folie suspendiert sind und dann in die gewünschte Form thermogeformt werden.
  • Jede Schicht kann darüber hinaus mehrere Lagen aus parallel orientierten, unidirektionalen Fasern umfassen. Oder nur ein Teil der Schicht besteht aus mehreren Lagen parallel orientierter, unidirektionaler Fasern, wobei die Anzahl der Lagen pro Schicht zwischen den einzelnen Schichten weiter variieren kann.
  • Das Aufschichten der Schichten aus mehreren Lagen parallel orientierter, unidirektionaler Fasern kann einerseits zu einer einfacheren Herstellung führen und andererseits eine feinere Steuerung der Dicke, Dichte, Reißfestigkeit etc. jeder einzelnen Schicht ermöglichen, insbesondere wenn die Anzahl der Lagen für jede Schicht individuell gesteuert wird.
  • Das Naturfasermaterial der vorliegenden Erfindung kann Fasern aus einem oder mehreren der folgenden Materialien oder Pflanzenteile umfassen: Blattfasern, Bastfasern oder Stielfasern.
  • Um einige spezifische Beispiele für diese verschiedenen Kategorien zu nennen, beinhalten Blattfasern, die im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, Fasern aus Abaca, Pifia und/oder Palme, Bastfasern, die verwendet werden können, Fasern aus Hanf, Flachs, Ramie, Kenaf und/oder Jute, und Stielfasern, die verwendet werden können, Fasern aus Bambus und/oder Stroh.
  • Noch spezifischer beinhalten einige Beispiele von Naturfasermaterialien, die im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendet werden können: ein triaxiales Naturfasermaterial unter Verwendung von Flachs- und/oder Bambusfasern, oder ein biaxiales Naturfasermaterial unter Verwendung von Basalt- und/oder Bambusfasern. Diese Materialien können mit der vorliegenden Erfindung vorteilhaft verwendet werden, da sie eine gute Kombination aus kommerzieller Verfügbarkeit, struktureller und mechanischer Stabilität und einem geringen ökologischen Fußabdruck bereitstellen.
  • Eine Materialzusammensetzung des Naturfasermaterials kann ferner innerhalb eines gegebenen Satzes von unidirektionalen Fasern und/oder zwischen mindestens zwei Sätzen von unidirektionalen Fasern variieren. Alternativ oder zusätzlich können eine oder mehrere physikalische Eigenschaften, insbesondere eine Dicke der Fasern und/oder eine lineare Massendichte der Fasern, innerhalb eines gegebenen Satzes von unidirektionalen Fasern und/oder zwischen mindestens zwei Sätzen von unidirektionalen Fasern variieren.
  • Flachsfasern können z. B. als gespaltener Bast in immer kleinere Breiten bzw. Feinheiten aufgespalten werden, oder sie können ohne jegliche Aufspaltung des Bastes verwendet werden. Die Verwendung von Flachs kann unter dem Gesichtspunkt vorteilhaft sein, dass Flachs leicht kommerziell verfügbar ist.
  • Gleiches gilt für Bambus, der eine Halmfaser ist und eine noch größere Kapazität in der maximalen Fasergröße aufweist. Die Verwendung von Bambus kann aufgrund seiner höheren Dichte insbesondere als Fasermaterial für lokale Verstärkungen in Betracht gezogen werden, aber auch als Primärfaser für größere Gepäckstücke oder ganze Koffer, die eine höhere Schlagfestigkeit erfordern.
  • Diese Möglichkeiten erlauben es also, über die für Naturfasermaterial verwendete Orientierung und Anzahl der Achsen (d.h. die Anzahl der Sätze unidirektionaler Fasern) des faserverstärkten Materials der vorliegenden Erfindung hinaus, die physikalischen und mechanischen Eigenschaften des Gepäckstücks lokal und kontrolliert weiter zu beeinflussen.
  • Vorzugsweise ist das Matrixmaterial biologisch abbaubar und/oder umfasst recyceltes Material. Besonders bevorzugt ist ein biologisch abbaubares Material, das eine hohe Schlagfestigkeit des fertigen Gepäckstücks bereitstellt.
  • Eine Möglichkeit in dieser Hinsicht ist die Verwendung einer thermoplastischen Folie aus Polymilchsäure (PLA) als Matrixmaterial oder Teil davon.
  • Wie bereits erwähnt, kann die Verwendung eines biologisch abbaubaren Matrixmaterials (z. B. eines Matrixmaterials basierend auf oder bestehend aus der eben erwähnten PLA) in Kombination mit einer Verstärkungsstruktur basierend auf einem Naturfasermaterial dazu führen, dass das gesamte Gepäckstück oder zumindest große Teile davon ebenfalls biologisch abbaubar und damit unter dem Gesichtspunkt der Nachhaltigkeit sehr ansprechend sind. Alternativ, wenn auch unter Nachhaltigkeitsgesichtspunkten weniger bevorzugt, kann auch recyceltes Material verwendet werden (was in der Regel immer noch besser ist als die Verwendung fabrikneuer Materialien), was den Vorteil hat, dass eine größere Klasse von Materialien zur Auswahl steht, da biologisch abbaubare Materialien/Kunststoffe noch nicht in dem Maße entwickelt und in der gleichen Anzahl und Vielfalt verfügbar sind wie recycelbare Kunststoffe.
  • Als Matrixmaterial oder Teile davon können auch biobasiertes Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), Polyamid-6 (PA6), Polyamid-n (PA11), Polyamid-12 (PA12) und/oder Polycarbonat (PC) verwendet werden, auch wenn diese Materialien nicht (vollständig) biologisch abbaubar sind, aber zumindest umweltfreundlicher sein können, was ihre Beschaffung und Herstellung betrifft (im Vergleich zu Kunststoffen, die z. B. auf Erdöl basieren).
  • Im Allgemeinen kann das Matrixmaterial, das in einem erfindungsgemäßen Teil eines Gepäcksystems verwendet wird, jedoch eines oder mehrere der folgenden Materialien umfassen: ein amorphes, kristallines oder halbkristallines duroplastisches Harz; ein amorphes, kristallines oder halbkristallines thermoplastisches Harz; oder eine Folie aus einem der vorgenannten duroplastischen oder thermoplastischen Materialien oder Kombinationen davon.
  • Alle diese Materialien haben ihre Vor- und Nachteile, die dem Fachmann allgemein bekannt sind, und können daher in Abhängigkeit von den gewünschten Eigenschaften des Gepäckstücks, in dem sie verwendet werden, verwendet und ausgewählt werden. So sind z.B. duroplastische Harze aus fertigungstechnischer Sicht weniger zu bevorzugen, da sie relativ lange Zykluszeiten für die Aushärtung benötigen, können aber in der fertigen Komponente vorteilhafte Eigenschaften wie z.B. hohe Schlagfestigkeit bereitstellen.
  • Unabhängig von dem/den Basismaterial(en), aus dem/denen die Naturfasern bestehen, und von der chemischen Zusammensetzung des Matrixmaterials kann der erfindungsgemäße Teil eines Gepäcksystems frei von Aluminium sein.
  • Aluminium wurde und wird in großen Mengen in allen Arten von Gepäckstücken auf dem Markt verwendet, sei es in Form ganzer Gepäckschalen oder als Verstärkungs- und Schutzelemente an den Ecken, für Handgriffsysteme und so weiter, während es unter Nachhaltigkeitsgesichtspunkten notorisch unerwünscht ist. Die vorliegende Erfindung bietet eine Alternative zur Verwendung dieses problematischen Materials, indem sie das besprochene faserverstärkte Material basierend auf der Verwendung eines Naturfasermaterials bereitstellt, das dennoch eine vergleichbare Stabilität und Langlebigkeit der Produkte, in denen es verwendet wird, bieten kann, jedoch mit einem wesentlich geringeren ökologischen Fußabdruck.
  • Ein zweiter Aspekt der Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Gepäckstücks oder eines Teils eines Gepäckstücks gemäß dem ersten Aspekt.
  • Der Fachmann versteht, dass die Ausführungsformen, Merkmale und Optionen, die oben in Bezug auf einen Teil eines Gepäcksystems gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung besprochen wurden, im Allgemeinen auf entsprechende Merkmale hinsichtlich der Herstellung eines solchen Teils übertragen werden. Die oben besprochenen Ausführungsformen, Merkmale und Möglichkeiten gelten also (soweit technisch und physikalisch möglich) auch für den nun diskutierten zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung, nämlich die Herstellung eines solchen Teils, und werden daher nicht alle noch einmal wiederholt. Stattdessen werden im Folgenden nur einige konkrete Ausführungsformen und Möglichkeiten sowie Vorteile des zweiten Aspekts etwas ausführlicher erwähnt, und im Übrigen wird auf die oben im Zusammenhang mit dem ersten Aspekt der Erfindung gegebenen detaillierten Erläuterungen verwiesen.
  • In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren die Schritte: Bereitstellen einer Vorform; Erwärmen der Vorform und Überführen der Vorform in eine Gussform, die Abmessungen aufweist, die der vorgesehenen Form des Teils entsprechen; Schließen der Gussform, vorzugsweise unter Anwendung von Druck, so dass die Vorform die vorgesehene Form des Teils annimmt; Aushärten der Vorform oder Ermöglichen des Aushärtens der Vorform, vorzugsweise unter Anwendung von: Wärme, UV-Licht und/oder Ultraschallwellen und/oder unter einer Änderung von: Temperatur und/oder Feuchtigkeit; und Öffnen der Gussform und Entformen des Teils.
  • Vorzugsweise erfolgt die Aushärtung innerhalb der Gussform, und zwar vorzugsweise, während der Druck in der Gussform zumindest teilweise oder vollständig aufrechterhalten wird. Es ist aber auch denkbar, die Reihenfolge der Verfahrensschritte zu ändern und die Gussform vor und/oder während der Aushärtung zu öffnen und das Teil zu entformen. Oder der Druck in der Gussform kann während der Aushärtung deutlich reduziert werden. Oder die Gussform wird geöffnet, aber das Bauteil bleibt zum Aushärten in der Gussform.
  • Darüber hinaus kann der Teilschritt des Erwärmens der Vorform vor dem Einbringen in die Gussform auch entfallen, z. B. wenn die Vorform nicht erwärmt werden muss, um hergestellt oder formbar gehalten zu werden (z. B. wenn das Matrixmaterial noch „nass“ ist), und das Erwärmen kann auch, zumindest teilweise, innerhalb der Gussform und/oder beim Schließen der Gussform erfolgen.
  • Das so hergestellte Teil kann, wie bereits mehrfach angezeigt, eine Schale oder ein Teil einer Schale eines Hartschalenkoffers oder Trolleys sein, es kann aber auch der Hauptkörper oder ein Teil des Hauptkörpers einer anderen Art von Gepäck sein. Es kann auch ein Teil einer Radbaugruppe, eines Handgriffsystems, einer Innenstruktur und so weiter eines Gepäckstücks sein oder umfassen, und die Abmessungen und die Geometrie der Gussform werden der Art des Teils in einer Weise entsprechen, die der Fachmann leicht erkennen kann.
  • Der Aushärtungsprozess hängt von der Zusammensetzung des verwendeten Matrixmaterials ab und wird hier nicht weiter erörtert.
  • Für den Fall, dass das Naturfasermaterial als eine geschichtete Struktur vorgesehen ist, kann das Bereitstellen der Vorform die Schritte des Bereitstellens einer oder mehrerer Lagen unidirektionaler Naturfasern und des Aufschichtens der Lagen zum Bilden eines Stapels aus einer oder mehreren Schichten unidirektionaler Fasern umfassen, wobei die unidirektionalen Fasern jeder Schicht entlang einer jeweiligen Achse angeordnet sind, wobei ungehärtetes Matrixmaterial auf die Lagen unidirektionaler Fasern und/oder auf den geschichteten Stapel aufgebracht wird und es ermöglicht wird zumindest teilweise von den Naturfasern absorbiert zu werden, um die Vorform zu formen.
  • Das heißt, das ungehärtete Matrixmaterial kann vor, während oder nach der Schichtung des Stapels bereitgestellt werden. Wenn es während der Schichtung bereitgestellt wird, kann es kontinuierlich zum wachsenden Stapel hinzugefügt werden, oder nachdem eine vordefinierte Anzahl von Lagen hinzugefügt wurde oder nach einem anderen vordefinierten Zeitintervall, zum Beispiel.
  • Es sei noch einmal erwähnt, dass die Schichten des Stapels alle die gleiche Anzahl von Lagen aufweisen können, oder die Anzahl der Lagen (d. h. Unterschichten) zwischen zwei oder mehreren Schichten variieren kann.
  • Die Lagen können bereits vor dem Aufbringen auf den Stapel vororientiert sein, z. B. bei der Lagerung in einem geeigneten Lagerbehälter o. ä., oder sie können direkt beim Aufbringen auf den Stapel in die richtige Orientierung gebracht werden.
  • Das Bereitstellen der Vorform kann ferner das Verschmelzen der Stellen umfassen, an denen sich die Fasern der verschiedenen Lagen oder Schichten innerhalb des Stapels kreuzen oder überlappen, z. B. unter Anwendung von: Druck, Wärme, UV-Licht und/oder Ultraschallwellen.
    Dies kann nicht nur die Handhabung der Vorform und die nachfolgenden Schritte des Herstellungsprozesses erleichtern, sondern auch die Gesamtstabilität und Festigkeit des hergestellten Teils erhöhen.
  • Für den Fall, dass das Naturfasermaterial als gewebte Struktur vorgesehen ist, kann das Bereitstellen der Vorform die Schritte des Bereitstellens mindestens eines Naturfasermaterials in Form eines gewebten multiaxialen Stoffs, des Bereitstellens mindestens eines unausgehärteten Matrixmaterials in Form eines Bandes, eines Bogens oder eines Films und des Laminierens des Naturfasermaterials mit dem unausgehärteten Matrixmaterial, vorzugsweise unter Anwendung von Wärme und/oder Druck, und des Ermöglichens, dass das Naturfasermaterial das unausgehärtete Matrixmaterial zumindest teilweise absorbiert, um die Vorform zu formen, umfassen.
  • In jedem Fall ermöglicht die Erfindung einen umweltfreundlichen Herstellungsprozess, im Wesentlichen von der Landwirtschaft bis zur Endverarbeitung, zum Beispiel durch einen der folgenden beispielhaften Prozesse:
    • (a) Die Bastfasern werden entweder als primäres oder sekundäres Landwirtschaftsprodukt geerntet. Bei der sekundären Ernte wird das Primärprodukt (z.B. Leinsamen, Bananen, Cannabis) vom Erntegut getrennt. Abhängig von der Pflanzenart und dem Klima wird dann das unerwünschte Ausgangsmaterial durch verschiedene Verfahren entfernt und anschließend getrocknet. Je nach gewünschter Stofffaserdicke werden die Bestände in kleinere Dimensionen geteilt. Die Fasern werden dann als kontinuierliche Fasern mit einzelnen oder mehreren Arten von Mischungen aufbereitet. Die kontinuierlichen Bastfasern werden zu einem Stoff gewebt, das sich im Webprozess mit anderen Faserarten (z. B. aus Mineralien, Holz oder Bambus) in der gewünschten Mischung, Ausrichtung und Dimension vermischen kann oder nicht.
  • Ein oder mehrere thermoplastische Harze, die auf Erdöl, vorzugsweise aber auf organischen Stoffen basieren können und die mit kurzen oder langen Fasern jeglicher Herkunft verstärkt oder anderweitig modifiziert sein können, um hohen Schlagkräften standzuhalten, werden auf einen gewünschten Feuchtigkeitsgrad/-prozentsatz getrocknet und dann durch eine Düse in eine gewünschte Geometrie und Abmessung extrudiert, üblicherweise als Band oder als kontinuierlicher Bogen.
  • Der thermoplastische Bogen oder Folie wird dann auf das gewebte Material laminiert, vornehmlich mit Hitze und Druck, bis die Fasern mit dem thermoplastischen Harz imprägniert sind, und dann teilweise abgekühlt und in die gewünschten Dimensionen geschnitten.
  • Diese Vorform wird dann in einem Thermoformverfahren verwendet, bei dem eine dreidimensionale Gussform und die Vorform aufeinandertreffen und das Material mit Wärme und Druck zu dem gewünschten Teil geformt wird.
    • (b) Alternativ könnte die Vorform mit einer oder mehreren Schichten aus Fasern beschichtet werden und dann könnte flüssiges Epoxid durch alle Schichten der Vorform hindurch aufgetragen werden, um die Fasern zu imprägnieren und als Bindemittel zu fungieren, das sich ähnlich wie ein thermoplastisches Harz verhält. Die Nassauflegematrix aus Faserschichten und Epoxidharz könnte direkt auf eine dreidimensionale Gussform aufgebracht werden oder in einem flachen Zustand vorbereitet und dann auf eine dreidimensionale Gussform bewegt werden. Die dreidimensionale Gussform weist in der Regel mindestens zwei Teile auf, in der Regel eine männliche und eine weibliche, zwischen denen sich ein Gussformholraum befindet. Wärme und Druck würden dann auf die Teile des Holraumes angewendet werden, um das Epoxidharz in der gewünschten Form auszuhärten.
  • Zusätzlich wäre es auch denkbar, die Fasern mit einem Harz/Epoxid zu imprägnieren und dann die Fasern auszurichten (z. B. ähnlich wie bei einem Webeprozess) und dann alle Stellen, an denen sich die imprägnierten Fasern überlappen, durch Wärme und Druck oder durch Druck und Frequenz ähnlich wie beim Ultraschallschweißen zu verschmelzen. Diese Vorform könnte dann entweder in einem Nass- oder einem Trockenverfahren thermogeformt werden.
    • (c) Nach einem der beiden Gussformverfahren können die überschüssigen Materialien weggeschnitten und weitere Löcher in das geformte Teil geschnitten werden, um eine beliebige Anzahl von anderen Bauteilen und Befestigungselementen sowohl innen als auch außen in der endgültigen Baugruppe zu montieren.
  • Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reparatur eines Gepäcksystems oder eines Teils eines Gepäcksystems gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung, das beschädigt wurde.
  • Auch für diesen dritten Aspekt versteht der Fachmann, dass die oben diskutierten Ausführungsformen, Merkmale und Möglichkeiten in Bezug auf ein Teil eines Gepäcksystems gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung und/oder ein Verfahren gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung im Allgemeinen auf entsprechende Merkmale hinsichtlich der Reparatur eines solchen Teils übertragbar sind. Daher werden im Folgenden nur einige konkrete Ausführungsformen und Möglichkeiten sowie Vorteile des dritten Aspekts der Erfindung kurz erwähnt, und im Übrigen wird auf die oben im Zusammenhang mit dem ersten und/oder zweiten Aspekt der Erfindung gegebenen detaillierten Erläuterungen verwiesen.
  • In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren zur Reparatur die Schritte: Hinzufügen von unausgehärtetem Matrixmaterial zu dem beschädigten Bereich des Teils; Ermöglichen, dass das natürliche Fasermaterial in dem beschädigten Bereich das hinzugefügten unausgehärtete Matrixmaterial zumindest teilweise absorbiert; Ausüben von Druck auf den beschädigten Bereich (z.B., um die Absorption des unausgehärteten Matrixmaterials weiter zu erleichtern und/oder den beschädigten Bereich in die gewünschte Form umzuformen); und Aushärten des hinzugefügten unausgehärteten Matrixmaterials oder Ermöglichen des Aushärtens desselben, vorzugsweise unter Anwendung von: Wärme, UV-Licht und/oder Ultraschallwellen, und/oder unter einer Änderung von: Temperatur und/oder Feuchtigkeit.
  • In einer anderen Ausführungsform umfasst das Verfahren zur Reparatur die Schritte: Hinzufügen von unausgehärtetem Matrixmaterial zu dem beschädigten Bereich des Teils; Zulassen, dass das natürliche Fasermaterial in dem beschädigten Bereich das hinzugefügte unausgehärtete Matrixmaterial zumindest teilweise absorbiert; und Aushärten des hinzugefügten unausgehärteten Matrixmaterials oder Ermöglichen des Aushärtens deselben, vorzugsweise unter Anwendung von: Druck, Wärme, UV-Licht und/oder Ultraschallwellen und/oder unter einer Änderung von: Temperatur und/oder Feuchtigkeit.
  • Die beiden eben genannten Ausführungsformen unterscheiden sich im Wesentlichen durch die Art und Weise, wie der Druck während des Prozesses verwendet wird: Bei der ersten Ausführungsform wird die geschädigte Stelle vor dem Aushärtungsprozess Druck ausgesetzt, während bei der zweiten Ausführungsform während des Aushärtungsprozesses Druck angewendet werden kann oder nicht. Welche Option geeigneter ist und ob die Anwendung von Druck überhaupt notwendig ist, kann von der Größe und Form des Teils und der beschädigten Stelle sowie von der Zusammensetzung des Matrixmaterials und der Art des Aushärtungsprozesses abhängen.
  • Bei konventionellen faserverstärkten Werkstoffen auf Mineral- oder Kunststoffbasis ist die Faser selbst typischerweise relativ hydrophob und kann Harz nicht annähernd so gut in die Faser aufnehmen wie eine natürliche oder organische Faser mit ihrer zellulären Struktur. Außerdem sind Mineralfasern vergleichsweise spröde. Sollte ein Gepäckstück, das ein solches Material enthält, brechen, ist es selten möglich, das Teil zu reparieren, da zum Flicken eines solchen Bereichs Material an der Ober- und Unterseite des betroffenen Bereichs hinzugefügt werden müsste, wobei sich das ursprüngliche Substrat dazwischen befindet. Um die Festigkeit zu erhöhen, müssen außerdem Löcher in den Verbundwerkstoff eingebracht werden, die ein sehr hohes Risiko aufweisen, zu einer neuen Schwachstelle zu werden, die einem wiederholten Aufprall nicht standhalten wird.
  • Die Verwendung von Naturfasern, wie sie die vorliegende Erfindung vorschreibt, überwindet dieses Problem, da Naturfasern typischerweise hygroskopisch sind und somit mehr Harz in den Bruchbereichen beim Reparatur- / Patching-Prozess aufnehmen können als Fasern aus mineralischen oder synthetischen Materialien. Dadurch ist es möglich, das zu reparierende Teil zu verstärken und nicht zu schwächen. Darüber hinaus kann der Reparaturprozess potenziell viele Male stattfinden und wenn der Reparaturprozess als erschöpft angesehen wird oder wirtschaftlich nicht machbar ist, kann das Gepäckteil vollständig oder zumindest überwiegend kompostierbar oder biologisch abbaubar sein, wie bereits oben diskutiert.
  • In diesem Zusammenhang könnten z. B. Komponenten wie Stoffe, Griffe und Räder, die das offengelegte faserverstärkte Material mit dem Naturfasermaterial aufweisen, wiederverwendet werden (z. B. nach Abnutzung), um Trolley-Schalen aus diesem Material zu reparieren.
  • Figurenliste
  • Mögliche Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden unter Bezugnahme auf die folgenden Figuren näher beschrieben:
    • 1a-b: Beispiele für ein faserverstärktes Material umfassend ein Naturfasermaterial und ein Matrixmaterial, das in einem erfindungsgemäßen Teil eines Gepäcksystems verwendet werden kann;
    • 2: Beispiel für ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Teils eines Gepäcksystems;
    • 3: Weiteres Beispiel für ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Teils eines Gepäcksystems;
    • 4: Beispiel für ein erfindungsgemäßes Teil eines Gepäcksystems mit einem biaxialen, gewebten Naturfasermaterial; und
    • 5a-h: Beispiel für ein erfindungsgemäßes Gepäcksystem in Form eines Reise- oder Kabinentrolleys.
  • 5. Detaillierte Beschreibung möglicher Ausführungsformen
  • Mögliche Ausführungsformen der verschiedenen Aspekte der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden beschrieben, vorwiegend in Bezug auf Reise- oder Kabinentrolleys. Es wird jedoch nochmals betont, dass die verschiedenen Aspekte der vorliegenden Erfindung auch in anderen Arten von Gepäcksystemen praktiziert werden können und nicht auf die nachfolgend dargestellten Ausführungsformen beschränkt sind.
  • Es wird weiterhin darauf hingewiesen, dass im Folgenden nur einzelne Ausführungsformen der Erfindung näher beschrieben werden können. Der Fachmann wird jedoch verstehen, dass die unter Bezugnahme auf diese Ausführungsformen beschriebenen Merkmale, Möglichkeiten und möglichen Modifikationen auch in anderer Weise oder in anderen Unterkombinationen weiter modifiziert und/oder miteinander kombiniert werden können, ohne dass der Rahmen der vorliegenden Erfindung verlassen wird. Einzelne Merkmale oder Untermerkmale können auch weggelassen werden, wenn sie zur Erreichung des gewünschten Ergebnisses als entbehrlich erachtet werden. Um Redundanzen zu vermeiden, wird daher auf die Erläuterungen in den vorangegangenen Abschnitten verwiesen, die auch für die nachfolgende detaillierte Beschreibung gelten.
  • 1a-b zeigen Beispiele für faserverstärkte Materialien 100a, 100b und 100c, umfassend ein Naturfasermaterial mit mindestens einem Satz unidirektionaler Fasern, die in ein Matrixmaterial eingearbeitet und/oder mit diesem imprägniert sind, die in einem Teil eines Gepäcksystems gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden können (Beispiele für solche Teile sind in 4 und in den 5a-h gezeigt).
  • 1a zeigt ein faserverstärktes Material 100a, das ein Naturfasermaterial umfasst, das kontinuierliche Naturfasern 110a umfasst. Dem faserverstärkten Material 100a können auch diskontinuierliche und/oder partikelförmige Fasern zugesetzt sein, was hier jedoch nicht gezeigt und weiter diskutiert wird.
  • Die kontinuierlichen Naturfasern 110a können als eine Vielzahl von Faserbündeln / faserartigen Garnen bereitgestellt werden. Die Naturfasern 110a formen in 1a einen Satz 120a von unidirektionalen Fasern, die entlang der Längsrichtung 101a angeordnet sind. Ebenfalls in 1a ist die Querrichtung 102a angezeigt, die senkrecht zur Längsrichtung 101a verläuft. Bei dem Teil eines Gepäcksystems, das aus dem Material 100a hergestellt ist oder dieses umfasst, kann die Längsrichtung 101a beispielsweise entlang der Richtung der größten räumlichen Ausdehnung des Teils angeordnet sein, dies muss aber nicht unbedingt der Fall sein. Mit anderen Worten, die Bezeichnungen „Längs-“ und „Querrichtung“ werden vor allem zum besseren Verständnis der folgenden Ausführungen und zur Eindeutigkeit verwendet, schreiben aber nicht unbedingt eine bestimmte Anordnung des Materials 100a innerhalb des Teils eines Gepäcksystems vor, in dem es verwendet wird. Die Längsrichtung 101a kann z.B. auch schräg oder diagonal zu den Kanten einer Schale eines Hartschalenkoffers oder Trolleys angeordnet sein, in dem das Material 100a verwendet wird (z.B. in einer der Schalen 510, 520 des weiter unten beschriebenen Trolleys 500).
  • Die Fasern 110a des Satzes 120a sind in ein Matrixmaterial 130a eingearbeitet. Die Fasern 110a können auch das Matrixmaterial 130a „aufgesaugt“ haben und somit mit dem Matrixmaterial 130a imprägniert sein. Während in der in 1a dargestellten Situation die Fasern 110a vollständig in das Matrixmaterial 130a eingearbeitet sind, d.h. vollständig darin enthalten sind (abgesehen vielleicht von ihren Anfängen und Enden), muss dies nicht unbedingt in allen Situationen der Fall sein. Mit anderen Worten, die Fasern 110a können auch nur teilweise in das Matrixmaterial 130a eingearbeitet sein, oder sich „oben“ auf dem Matrixmaterial 130a befinden, oder nur in ihrem Inneren Matrixmaterial 130a enthalten, d.h. nur mit dem Matrixmaterial 130a imprägniert sein, aber an ihren Außenseiten von keinem Matrixmaterial 130a umgeben oder darin eingearbeitet sein. Diese Aussagen gelten auch für faserverstärkte Materialien, die mehr als einen Satz (d.h. n Sätze mit n > 1) unidirektionaler Fasern enthalten, z.B. die im Folgenden diskutierten Materialien 100b und 100c, auch wenn dies nicht jedes Mal explizit wiederholt wird.
  • Die Fasern 110a des Naturfasermaterials können z. B. eines oder mehrere der folgenden Materialien umfassen: Blattfasern, Bastfasern oder Stengelfasern.
  • Beispielsweise kann die Verwendung von Flachs, der eine Bastfaser ist, für die Fasern 110a (oder für jede der hier besprochenen Naturfasern) unter dem Gesichtspunkt vorteilhaft sein, dass Flachs leicht kommerziell verfügbar ist. Die Verwendung von Bambus, der eine Stengelfaser ist, kann ebenfalls in Betracht gezogen werden, insbesondere als Fasermaterial für die lokale Verstärkung, aufgrund seiner höheren Dichte, aber auch als Primärfaser für größere Gepäckstücke oder ganze Koffer, die eine höhere Schlagfestigkeit erfordern.
  • Das Matrixmaterial 130a kann eines oder mehrere der folgenden Materialien umfassen: ein amorphes, kristallines oder halbkristallines duroplastisches Harz; ein amorphes, kristallines oder halbkristallines thermoplastisches Harz; oder eine Folie aus einem der vorgenannten duroplastischen oder thermoplastischen Materialien oder Kombinationen davon. Vorzugsweise ist das Matrixmaterial 130a biologisch abbaubar und/oder umfasst recyceltes Material.
  • Eine besondere Möglichkeit ist die Verwendung von PLA als Matrixmaterial 130a oder zumindest als Basis für das Matrixmaterial 130a aufgrund seiner bekannten biologischen Abbaubarkeit. Generell sind biologisch abbaubare und schlagfeste, biobasierte Thermoplaste oder Harze gut für die vorliegende Erfindung geeignet.
  • Als Alternativen kommen auch teilweise oder vollständig biobasierte PE-, PP-, PA6-, PA11-, PA12- und PC-Materialien in Betracht, die zwar nicht (vollständig) biologisch abbaubar sind, aber dennoch umweltfreundlicher sind als z. B. herkömmliche Kunststoffe basierend auf Erdöl.
  • 1b zeigt ein weiteres faserverstärktes Material 100c, das ein Naturfasermaterial umfasst, das kontinuierliche Naturfasern 110c umfasst. Dem faserverstärkten Material 100c können auch diskontinuierliche und/oder partikuläre Fasern hinzugefügt sein, was hier jedoch nicht gezeigt und weiter diskutiert wird.
  • Die kontinuierlichen Naturfasern 110c können als eine Vielzahl von Faserbündeln / faserartigen Garnen 115c bereitgestellt werden. Die Naturfasern 110c formen n Sätze von unidirektionalen Fasern, wobei für die in 1C gezeigte Ausführungsform n = 4 ist, d.h. es gibt hier vier Sätze 120c, 121c, 122c und 123c von unidirektionalen Fasern, wobei jeder Satz entlang einer entsprechenden Achse oder Richtung angeordnet ist. Die Fasern von zwei der vier Sätze 120c, 121c, 122c, 123c von unidirektionalen Garnen sind zueinander nicht parallel, d.h. sie schneiden sich in einem Winkel ungleich 0°. Die Fasern 110c sind in ein Matrixmaterial 130c eingearbeitet und/oder damit imprägniert.
  • Eine Modifikation (nicht gezeigt) des Materials 100c würde nicht vier, sondern drei Sätze unidirektionaler Fasern 110c aufweisen (d. h. n = 3, ein triaxialer Stoff), wobei die Fasern von zwei der drei Sätze unidirektionaler Garne zueinander nicht parallel sind, d. h. sie schneiden sich in einem von 0° verschiedenen Winkel. Vorzugsweise würden sich mindestens zwei der drei Sätze auch in einem von 60° verschiedenen Winkel schneiden, mit den sich daraus ergebenden technischen Vorteilen, die in Abschnitt Nr. 3 oben erörtert wurden, auf den daher in diesem Zusammenhang verwiesen wird.
  • Im Material 100c ist das Naturfasermaterial als ein geschichteter Stoff bereitgestellt, wobei in der Ausführungsform von 1b acht Schichten 140c bis 147c dargestellt sind. Jede der Schichten 140c, 141c, ... , 147c umfasst ferner mehrere Lagen von parallel orientierten, unidirektionalen Fasern 110c, die als Lage Nr. 1 bis Lage Nr. 48 in 1b bezeichnet sind. Mit anderen Worten, in der Ausführungsform von 1b umfasst jede der Schichten 140c, 141c, ..., 147c sechs Lagen.
  • In der Ausführungsform von 1b beinhaltet jeder der vier Sätze 120c, 121c, 122c, 123c von unidirektionalen Fasern zwei der Schichten 140c, 141c, ..., 147c:
    • - Der erste Satz 120c umfasst Schichten 140c und 147c mit Lagen Nr. 1-6 und Nr. 43-48, in denen die Fasern in einem Winkel von 0° bezüglich der Querrichtung (die hier ohne Verlust der Allgemeinheit als Bezugspunkt genommen wird) angeordnet sind.
    • - Der zweite Satz 121c umfasst Schichten 141c und 146c mit Lagen Nr. 7-12 bzw. Nr. 37-42, in denen die Fasern in einem Winkel von +45° bezüglich der Querrichtung angeordnet sind.
    • - Der dritte Satz 122c umfasst Schichten 142c und 145c mit Lagen Nr. 13-18 bzw. Nr. 31-36, bei denen die Fasern in einem Winkel von +90° zur Querrichtung angeordnet sind.
    • - Der vierte Satz 123c umfasst Schichten 143c und 144c mit Lagen Nr. 19-24 bzw. Nr. 25-30, in denen die Fasern in einem Winkel von -45° zur Querrichtung angeordnet sind.
  • Auch hier (d.h. auch für die Situation n > 2) kann eine Materialzusammensetzung der Naturfasern 110c oder Faserbündel / faserartigen Garne 115c zwischen zwei (oder mehreren) der Sätze 120c - 123c variieren, und auch innerhalb eines gegebenen der Sätze 120c - 123c aus unidirektionalen Fasern (z.B. zwischen verschiedenen Schichten oder sogar verschiedenen Lagen, die in einem der Sätze enthalten sind, oder sogar innerhalb einer gegebenen Lage). Alternativ oder zusätzlich können eine oder mehrere physikalische Eigenschaften, wie eine Dicke der Fasern 110c und/oder eine lineare Massendichte der Fasern 110c, innerhalb eines gegebenen der Sätze 120c - 123c und/oder zwischen zwei (oder mehr) der Sätze 120c - 123c von unidirektionalen Fasern variieren.
  • 2 und 3 zeigen schematische Darstellungen von Beispielen eines erfindungsgemäßen Verfahrens 200, 300 zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Teils eines Gepäcksystems (Beispiele für solche Teile sind in 4 und in den 5a-h dargestellt).
  • Das Verfahren 200 der 2 beginnt, allgemein durch das Bezugszeichen 210 bereitgestellt, mit dem Bereitstellen von Eingangsmaterialien an einer Produktionsstätte zur Herstellung einer Vorform 20 für die Herstellung des Gepäckstücks 21. Der Schritt 210 des Bereitstellens der Eingangsmaterialien kann insbesondere das Bereitstellen mindestens eines Naturfasermaterials in Form eines gewebten multiaxialen Stoffs sowie das Bereitstellen mindestens eines unausgehärteten Matrixmaterials in Form eines Bandes, eines Bogens oder einer Folie umfassen.
  • Weitere Materialien und Komponenten, die in Schritt 210 bereitgestellt werden können, beinhalten z.B.: Klebstoffe, wie Klebepulver, Klebefilme, Bahnkleber; geschnittenes Glas; textile Materialien zur weiteren Verstärkung; Folienmaterial.
  • Das Verfahren 200 umfasst ferner den Schritt des Laminierens des Naturfasermaterials mit dem unausgehärteten Matrixmaterial und des Ermöglichen des Naturfasermaterials, das unausgehärtete Matrixmaterial zumindest teilweise zu absorbieren, um die Vorform 20 zu formen, allgemein angezeigt durch das Bezugszeichen 220. In dem in 2 gezeigten Verfahren 200 wird die Laminierung unter Anwendung von Wärme (siehe Bezugszeichen 221) und Druck (siehe Bezugszeichen 222) durchgeführt, und die laminierte Struktur wird anschließend abgekühlt (siehe Bezugszeichen 223), um die Vorform 20 zu stabilisieren.
  • Die Vorform 20 kann in Form von Rollen oder Bögen gelagert werden, wie allgemein bei Bezugszeichen 230 angezeigt wird.
  • Nachdem die Vorform 20 auf diese Weise bereitgestellt wurde, umfasst das Verfahren 200 ferner den (optionalen) Schritt des Erwärmens der Vorform 20 (das Erwärmen kann auch, zumindest teilweise, innerhalb der Gussform 22 und/oder während des Schließens der Gussform 22 erfolgen oder vollständig weggelassen werden, wenn es nicht erforderlich ist, um die Vorform 20 formbar zu machen oder zu halten), und das Verfahren 200 umfasst den Schritt des Überführens der Vorform 20 in eine Gussform 22, die Abmessungen aufweist, die der beabsichtigten Form des herzustellenden Teils entsprechen. Dieser Schritt ist allgemein bei Bezugszeichen 240 angezeigt. Die Gussform 22 wird dann geschlossen, wie bei Bezugszeichen 250 angezeigt, vorzugsweise unter Anwendung von Druck, so dass die Vorform 20 die durch den Gussformholraum definierte Form und Geometrie annimmt, d. h. die beabsichtigte Form des herzustellenden Teils (zumindest seine allgemeine Form; es können weitere Nachbearbeitungsschritte am entformten Teil folgen, die die Form und Geometrie des Teils ebenfalls weiter verändern können). Die Vorform 20 wird dann ausgehärtet oder man ermöglicht das Aushärten in der Gussform 22 (der Druck in der Gussform kann während des Aushärtens aufrechterhalten werden oder auch nicht), vorzugsweise unter Anwendung von Wärme, UV-Licht und/oder Ultraschallwellen und/oder unter Änderung von Temperatur und/oder Feuchtigkeit, wie bei Bezugszeichen 260 angezeigt. Schließlich wird, wie bei Bezugszeichen 270 angezeigt, die Gussform 22 geöffnet und das Formteil 21 eines Gepäcksystems aus der Gussform 22 entnommen. Nach dem Entformungsschritt 270 kann, wie oben bereits angezeigt, eine weitere Bearbeitung erfolgen, z. B. kann das Teil 21 beschnitten oder nachbearbeitet werden, es können Löcher oder weitere Komponenten eingefügt werden, usw.
  • Das in 3 dargestellte Verfahren 300 beginnt wiederum, allgemein mit Bezugszeichen 310 angezeigt, mit dem Bereitstellen von Eingangsmaterialien an einer Produktionsstätte zur Vorbereitung einer Vorform 30 für die Herstellung des Gepäckteils 31. Der Schritt 310 des Bereitstellens der Eingangsmaterialien umfasst diesmal das Bereitstellen einer oder mehrerer Lagen aus unidirektionalen Naturfasern. Das Verfahren umfasst ferner das Aufschichten der Lagen, um einen Stapel aus einer oder mehreren Schichten aus unidirektionalen Fasern zu formen, wobei die unidirektionalen Fasern jeder Schicht entlang einer jeweiligen Achse angeordnet sind. Dieser Schritt ist in 3 allgemein mit dem Bezugszeichen 320 angezeigt. Ungehärtetes Matrixmaterial wird auf die Schichten aus unidirektionalen Fasern und/oder auf den geschichteten Stapel aufgetragen, wie in 3 allgemein durch das Bezugszeichen 330 angezeigt, und es wird ermöglicht, dass es zumindest teilweise von den Naturfasern absorbiert wird, um die Vorform 30 zu formen. Es wird betont, dass die Reihenfolge der Schritte 320 und 330 auch anders als hier dargestellt sein kann, d.h. das unausgehärtete Matrixmaterial kann auch vor oder während des Aufstapelns der Schichten in Schritt 320 bereitgestellt werden.
  • Darüber hinaus kann das Verfahren 300 auch den Schritt des Verschmelzens der Stellen umfassen, an denen sich die Fasern der verschiedenen Lagen oder Schichten innerhalb des Stapels kreuzen oder überlappen, und zwar unter Anwendung von: Druck, Wärme, UV-Licht und/oder Ultraschallwellen (in 3 nicht dargestellt).
  • Von dort aus kann das Verfahren 300 in ähnlicher Weise ablaufen wie das oben beschriebene Verfahren 200: Die wie soeben bereitgestellte Vorform 30 kann erwärmt werden (die Erwärmung kann auch, zumindest teilweise, innerhalb der Gussform 32 und/oder während des Schließens der Gussform 32 erfolgen oder ganz entfallen, wenn dies nicht notwendig ist, um die Vorform 30 formbar zu machen oder zu halten) und die Vorform 30 wird dann in eine Gussform 32 überführt, die Abmessungen aufweist, die der beabsichtigten Form des herzustellenden Teils entsprechen. Dieser Schritt ist allgemein mit dem Bezugszeichen 340 angezeigt. Die Gussform 32 wird dann geschlossen, wie mit Bezugszeichen 350 angezeigt, vorzugsweise unter Anwendung von Druck, so dass die Vorform 30 die durch den Formhohlraum definierte Form und Geometrie und damit die beabsichtigte Form des herzustellenden Teils annimmt (auch hier kann eine weitere Nachbearbeitung des entformten Teils erfolgen). Die Vorform 30 wird dann ausgehärtet oder man lässt sie in der Gussform 32 aushärten (auch hier kann der Druck in der Gussform während des Aushärtens aufrechterhalten werden oder auch nicht), vorzugsweise unter Anwendung von Wärme, UV-Licht und/oder Ultraschallwellen und/oder unter einer Änderung der Temperatur und/oder der Luftfeuchtigkeit, wie bei Bezugszeichen 360 angezeigt. Schließlich wird, wie mit Bezugszeichen 370 angezeigt, die Gussform 32 geöffnet und das Formteil 31 eines Gepäcksystems aus der Gussform 32 entnommen. Nach dem Entformungsschritt 370 kann wieder eine Weiterverarbeitung erfolgen, z. B. kann das Teil 31 beschnitten oder nachbearbeitet werden, es können Löcher oder weitere Komponenten hinzugefügt werden usw.
  • Die Dauer und die Verarbeitungsparameter für die verschiedenen Schritte des Thermoform-/Gussformvorgangs, d. h. die Schritte 240 - 270 und 340 - 370, können z. B. von den physikalischen Abmessungen und den Pressfähigkeiten der Gussformeinrichtung und den für die Herstellung verwendeten Materialien abhängen. So kann z. B. die Dauer des Formschließschrittes 250, 350 von den Pressfähigkeiten (z. B. maximaler Schließdruck) und dem Imprägnierverhalten der in der Vorform 20, 30 enthaltenen Naturfasern abhängen, während die Dauer des Aushärtungsschrittes 260, 360 von der chemischen Zusammensetzung des Matrixmaterials, der Aushärtungstemperatur innerhalb der Gussform, der Dauer und Höhe des während des vorangegangenen Schrittes 250, 350 ausgeübten Drucks, dem Formdruck während der Aushärtung usw. abhängen kann.
  • Einige der durch die Verfahren 200, 300 bereitgestellten Schritte zur Herstellung eines Teils eines Gepäcksystems können auch, möglicherweise in einer leicht modifizierten Version, verwendet werden, um ein Verfahren zur Reparatur eines beschädigten Teils eines Gepäcksystems bereitzustellen.
  • Ein solches Verfahren kann die Zugabe von unausgehärtetem Matrixmaterial in den beschädigten Bereich des Teils und das Ermögliche, dass das Naturfasermaterial in dem beschädigten Bereich das ginzugefügte unausgehärtete Matrixmaterial zumindest teilweise absorbiert, umfassen (z. B. ähnlich dem Schritt 330 des Verfahrens 300).
  • Anschließend kann Druck auf den beschädigten Bereich ausgeübt werden, z. B. innerhalb einer Gussform (z. B. ähnlich wie in Schritt 250 des Verfahrens 200 oder in Schritt 350 des Verfahrens 300) oder auf eine andere Weise.
  • Der Reparaturprozess kann weiterhin das Aushärten des hinzugefügten unausgehärteten Matrixmaterials beinhalten oder ein Aushärten ermögliche, während, nach oder ohne Anwendung von Druck und vorzugsweise unter Anwendung von: Wärme, UV-Licht und/oder Ultraschallwellen, und/oder unter einer Änderung von: Temperatur und/oder Feuchtigkeit (z.B. ähnlich Schritt 260 des Verfahrens 200 oder Schritt 360 des Verfahrens 300).
  • 4 zeigt ein Teil 400 eines Gepäcksystems aus einem faserverstärkten Material, wie es hier offenbart wurde. Das Teil kann z.B. als vorderer oder hinterer Einsatz für die Hauptfläche einer Schale eines Hartschalenkoffers oder Trolleys verwendet werden, wie z.B. der unten beschriebene Trolley 500. Das faserverstärkte Material besteht aus einem Naturfasermaterial und einem Matrixmaterial, wobei das Naturfasermaterial zwei Sätze von unidirektionalen Naturfasern umfasst, die in Form von faserartigen Garnen bereitgestellt werden, die zu einem biaxialen gewebten Stoff verwoben sind. Dieser Stoff ist in das Matrixmaterial eingearbeitet und mit diesem imprägniert.
  • Bei dem in 4 dargestellten Teil 400 wird ein biaxiales Naturfasermaterial 410 unter Verwendung von Flachsfasern in Kombination mit einem duroplastischen Epoxidharz als Matrixmaterial verwendet.
  • Unten in 4 ist ein ähnliches Teil 405 nach der Entformung (z. B. nach Schritt 270 des Verfahrens 200 oder Schritt 370 des Verfahrens 300), aber vor dem Zuschneiden auf seine endgültigen Abmessungen gezeigt, um die gewebte Struktur des enthaltenen biaxialen Flachsfasermaterials 410 besser sichtbar zu machen.
  • Schließlich zeigen die 5a-h ein Gepäcksystem, nämlich einen Reise- oder Kabinentrolley 500, unter Verwendung eines hierin offenbarten faserverstärkten Materials, z.B. eines der oben diskutierten Materialien 100a, 100b oder 100c.
  • Der Trolley 500 besteht im Allgemeinen aus einer vorderen Schale 510 und einer hinteren Schale 520, die so miteinander verbunden sind, dass die beiden Schalen 510, 520 aufeinander geöffnet und geschlossen werden können. Der Trolley 500 umfasst ferner ein Mittel zum Verschließen, in der hier gezeigten Ausführungsform einen Reißverschlussmechanismus 530, um die beiden Schalen 510, 520 in ihrer geschlossenen Position zu sichern.
  • Der Trolley 500 umfasst ferner vier sich drehende Räder 540, die in entsprechenden Vertiefungen 545 an den vier unteren Ecken der vorderen und hinteren Schalen 510, 520 angebracht sind.
  • Der Trolley 500 umfasst auch ein einziehbares Griffstangensystem 550 zum Ziehen des Trolleys 500 auf seinen Rädern sowie eine seitliche Griffanordnung 560 zum Tragen des Trolleys 500 mit der Hand.
  • Unterhalb des Griffstangensystem 550 kann eine Aussparung bzw. ein Stauraum 570 angeordnet sein, der in der ausgefahrenen Position des Griffstangensystem 550 zugänglich ist (siehe 5d) und in dem beispielsweise eine USB-Powerbank wiederverwendbar gelagert werden kann. Es wird an dieser Stelle ausdrücklich auf die Offenbarung in den früheren Anmeldungen DE 20 2017 101 957 U1 und WO 2018 185016 A1 der Anmelderin verwiesen, deren Offenbarung hinsichtlich des Griffstangensystem 550 und des Stauraums 570 des Trolleys 500 hiermit übernommen wird.
  • 5a zeigt die vordere Schale 510 ohne die zusätzlichen Komponenten (Räder, Griffstangensystem, Reißverschluss, etc.), 5b zeigt die hintere Schale 520 ohne die zusätzlichen Komponenten. Jede dieser Schalen 510, 520 oder beide können in erfindungsgemäßer Weise hergestellt werden, d.h. unter Verwendung einer Ausführungsform des offenbarten faserverstärkten Materials basierend auf Naturfasern, wie das oben beschriebene Material 100a, 100b oder 100c. Vorzugsweise sind beide Schalen 510 und 520 aus einem solchen Material hergestellt.
  • 5c zeigt eine Vorderansicht des gesamten Trolleys 500 mit allen weiteren Bestandteilen und 5d eine Rückansicht des gesamten Trolleys 500, jeweils mit dem Griffstangensystem 550 in langgezogener bzw. ausgezogener Position.
  • 5e zeigt die rechte Seitenfläche (bezogen auf die Vorderseite) des Trolleys 500 mit allen weiteren Komponenten und 5f die linke Seitenfläche. 5g schließlich zeigt die Oberseite des Trolleys mit allen weiteren Komponenten und dem Griffstangensystem 550 in eingefahrener bzw. eingeschobener Position und 5h eine Ansicht von unten.
  • Neben der vorderen und hinteren Schale 510 und 520 können beliebige oder alle Teile des Trolleys 500 das offenbarte faserverstärkte Material umfassen oder darauf basieren bzw. aus einem solchen Material hergestellt sein.
  • Auf diese Weise können die offenbarten Materialien und Verfahren die Bereitstellung eines Trolleys 500 ermöglichen, der frei von Aluminium oder zumindest mit einem deutlich reduzierten Anteil an Aluminium ist und vollständig oder zumindest überwiegend auf natürlichen und biologisch abbaubaren Materialien basiert. Dadurch wird der ökologische Fußabdruck, den das Gepäcksystem 500 hinterlässt, sowohl zu Beginn als auch am Ende seiner Lebensdauer verringert.

Claims (21)

  1. Teil (21; 31; 400) eines Gepäcksystems, insbesondere Schale (510; 520) eines Hartschalenkoffers oder Trolleys (500), umfassend ein faserverstärktes Material (100a; 100b; 100c), wobei das faserverstärkte Material umfasst: 1a. ein Naturfasermaterial (110a; 110b; 110c); und 1b. ein Matrixmaterial (130a; 130b; 130c), wobei 1C. das Naturfasermaterial mindestens einen Satz (120a; 120b-121b; 120C-123e) von unidirektionalen Fasern umfasst, die in das Matrixmaterial eingearbeitet und/oder damit imprägniert sind; und id. wobei das Naturfasermaterial als geschichteter Stoff bereitgestellt ist.
  2. Teil eines Gepäcksystems nach Anspruch 1, wobei das Naturfasermaterial n Sätze von unidirektionalen Fasern umfasst, die in das Matrixmaterial eingearbeitet und/oder mit diesem imprägniert sind, wobei n eine ganze Zahl größer als 1 ist und wobei die n Sätze von unidirektionalen Fasern zueinander nicht parallel sind.
  3. Teil eines Gepäcksystems nach Anspruch 1 oder 2, wobei jeder Satz von unidirektionalen Fasern eine Vielzahl von Faserbündeln und/oder faserartigen Garnen umfasst, die entlang einer jeweiligen Achse angeordnet sind.
  4. Teil eines Gepäcksystems nach Anspruch 2 oder 3, wobei n = 2 und das Naturfasermaterial als biaxialer Stoff bereitgestellt ist.
  5. Teil eines Gepäcksystems nach Anspruch 4, wobei sich die beiden Achsen des biaxialen Stoffs unter einem schiefen Winkel schneiden.
  6. Teil eines Gepäcksystems nach Anspruch 2 oder 3, wobei n = 3 und das Naturfasermaterial als triaxialer Stoff bereitgestellt ist.
  7. Teil eines Gepäcksystems nach Anspruch 6, wobei sich mindestens zwei der Achsen des triaxialen Stoffs in einem von 60° verschiedenen Winkel schneiden.
  8. Teil eines Gepäcksystems nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Fasern kontinuierlich sind.
  9. Teil eines Gepäcksystems nach Anspruch 1, wobei jede Schicht mehrere Lagen aus parallel orientierten, unidirektionalen Fasern umfasst.
  10. Teil eines Gepäcksystems nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Naturfasermaterial Fasern aus einem oder mehreren der folgenden Materialien umfasst: Blattfasern, Bastfasern oder Stielfasern.
  11. Teil eines Gepäcksystems nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei eine Materialzusammensetzung des Naturfasermaterials innerhalb eines gegebenen Satzes von unidirektionalen Fasern und/oder zwischen mindestens zwei Sätzen von unidirektionalen Fasern variiert.
  12. Teil eines Gepäcksystems nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei eine oder mehrere physikalische Eigenschaften, insbesondere eine Dicke der Fasern und/oder eine lineare Massendichte der Fasern, innerhalb eines gegebenen Satzes von unidirektionalen Fasern und/oder zwischen mindestens zwei Sätzen von unidirektionalen Fasern variiert.
  13. Teil eines Gepäcksystems nach einem der Ansprüche 1-12, wobei das Matrixmaterial biologisch abbaubar ist und/oder recyceltes Material umfasst.
  14. Teil eines Gepäcksystems nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei das Matrixmaterial eines oder mehrere der folgenden Materialien umfasst: ein amorphes, kristallines oder halbkristallines duroplastisches Harz; ein amorphes, kristallines oder halbkristallines thermoplastisches Harz; oder eine Folie aus einem der vorgenannten duroplastischen oder thermoplastischen Materialien oder Kombinationen davon.
  15. Teil eines Gepäcksystems nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei das Teil frei von Aluminium ist.
  16. Verfahren (200; 300) zur Herstellung eines Teils eines Gepäcksystems nach einem der Ansprüche 1-15, wobei das Verfahren umfassend: 16a. Bereitstellen einer Vorform; 16b. Erwärmen der Vorform und Überführen (240; 340) der Vorform in eine Gussform (22; 32), die Abmessungen aufweist, die der vorgesehenen Form des Teils entsprechen; 16c. Schließen der Gussform (250; 350), vorzugsweise unter Anwendung von Druck, so dass die Vorform die beabsichtigte Form des Teils annimmt; 16d. Aushärten (260; 360) der Vorform oder Ermöglichen des Aushärtens derselben, vorzugsweise unter Anwendung von: Wärme, UV-Licht und/oder Ultraschallwellen und/oder unter einer Änderung von: Temperatur und/oder Feuchtigkeit; und 16e. Öffnen (270; 370) der Gussform und Entformen des Teils.
  17. Verfahren nach Anspruch 16, wobei das Bereitstellen der Vorform die folgenden Schritte umfasst: 17a. Bereitstellen (310) einer oder mehrerer Lagen aus unidirektionalen Naturfasern; und 17b. Aufschichten (320) der Lagen, um einen Stapel aus einer oder mehreren Schichten aus unidirektionalen Fasern zu formen, wobei die unidirektionalen Fasern jeder Schicht entlang einer jeweiligen Achse angeordnet sind; wobei 170. ungehärtetes Matrixmaterial auf die Lagen aus unidirektionalen Fasern und/oder auf den geschichteten Stapel aufgebracht (330) wird und es zumindest teilweise ermöglicht ist von den natürlichen Fasern absorbiert zu werden, um die Vorform zu formen.
  18. Verfahren nach Anspruch 17, wobei das Bereitstellen der Vorform ferner das Verschmelzen der Stellen umfasst, an denen sich die Fasern der verschiedenen Lagen oder Schichten innerhalb des Stapels kreuzen oder überlappen, unter Anwendung von: Druck, Wärme, UV-Licht und/oder Ultraschallwellen.
  19. Verfahren nach Anspruch 16, wobei das Bereitstellen der Vorform die folgenden Schritte umfasst: 19a. Bereitstellen (210) mindestens eines Naturfasermaterials in der Form eines gewebten multiaxialen Stoffs; 19b. Bereitstellen (210) mindestens eines ungehärteten Matrixmaterials in Form eines Bandes, Bogens oder einer Folie; und 190. Laminieren (220) des Naturfasermaterials mit dem ungehärteten Matrixmaterial, vorzugsweise unter Anwendung von: Wärme und/oder Druck, und Ermöglichen, dass das Naturfasermaterial das ungehärtete Matrixmaterial zumindest teilweise absorbiert, um die Vorform zu formen.
  20. Verfahren zur Reparatur eines Teils eines Gepäcksystems nach einem der Ansprüche 1-15, das beschädigt wurde, das Verfahren umfassend: 20a. Hinzufügen von ungehärtetem Matrixmaterial zu dem beschädigten Bereich des Teils; 20b. Ermöglichen, dass das Naturfasermaterial in dem beschädigten Bereich das hinzugefügte ungehärtete Matrixmaterial zumindest teilweise absorbiert; 20c. Aufbringen von Druck auf den beschädigten Bereich; und 20d. Aushärten des hinzugefügten unausgehärteten Matrixmaterials oder Ermöglichen des Aushärtens desselben, vorzugsweise unter Anwendung von: Wärme, UV-Licht und/oder Ultraschallwellen, und/oder unter einer Änderung von: Temperatur und/oder Feuchtigkeit.
  21. Verfahren zur Reparatur eines Teils eines Gepäcksystems nach einem der Ansprüchen 1-15, das beschädigt wurde, das Verfahren umfassend: 21a. Hinzufügen von unausgehärtetem Matrixmaterial in den beschädigten Bereich des Teils; 21b. Ermöglichen, dass das Naturfasermaterial in dem beschädigten Bereich das hinzugefügte ungehärtete Matrixmaterial zumindest teilweise absorbiert; und 21c. Aushärten des hinzugefügten unausgehärteten Matrixmaterials oder Ermöglichen des Aushärtens desselben, vorzugsweise unter Anwendung von: Druck, Wärme, UV-Licht und/oder Ultraschallwellen, und/oder unter einer Änderung von: Temperatur und/oder Feuchtigkeit.
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