Flexible Platte
Die Erfindung bezieht sich auf eine flexible Platte, bei der in einem nachgiebigen Stoff mehrere steife Körper eingebettet sind.
Es besteht in der Technik in manchen Fällen Bedarf an einem Material, das in beträchtlichem Masse flexibel oder biegsam sein muss, das aber gleichzeitig auch Eigenschaften besitzen muss, die normalerweise nur bei verhältnismässig starren Stoffen auftreten.
Gewisse Schwermetalle, wie beispielsweise Blei, Wolfram u. dgl. sind als die besten Stoffe für die Benutzung als Abschirmung gegen Strahlungen bekannt, jedoch sind bei denjenigen Dicken, die erforderlich sind, um eine angemessene Abschirmwirkung zu gewährleisten, diese Stoffe praktisch nicht mehr-biegsam. Gewisse Stoffe hoher Dichte, beispielsweise die Schwermetalle, haben bekanntlich auch die Eigenschaft ausgezeichneter Schallabsorption, wenn sie in eine verhiiftnismässig biegsame Anordnung eingebaut werden. Die bekannten magnetischen Materialien, wie beispielsweise Eisen und Nickel und ihre Legierungen, sind ebenfalls selbst zu steif, um in denjenigen Fällen, in denen eine gewisse Biegsamkeit erforderlich ist, verwendet werden zu können.
Es gibt ausserdem viele ausgezeichnete schwimmfähige Stoffe, beispielsweise Polystyrol-Schaumstoff und Polyurethan-Schaumstoff, die zu steif sind, um in denjenigen Fällen verwendet werden zu können, in denen es auf Biegsamkeit der Baustoffe ankommt.
Bisher sind biegsame Baustoffe, welche steife Stoffe enthalten, derart hergestellt worden, dass man eine grosse Anzahl von kleinen Teilchen der steifen Substanz in ein biegsames Material dispergiert hat oder dadurch, dass man chemische Verbindungen herstellte, welche Atome der festen Substanz enthalten. So sind beispielsweise flexible Strahlenschirme dadurch hergestellt worden, dass man ein Gewebe aus Bleiglasfäden herstellte, odler dass man Leder mit konzentrierten Bleilösungen imprägnierte, oder dass man Bleipulver in ein flexibles Material, beispielsweise in Gummi, einlagerte.
In allen diesen Fällen ist jedoch der Anteil der steifen Substanz, der in dem nachgiebigen Material untergebracht werden konnte, ohne eine Einbusse an Festigkeib in Kauf nehmen zu müssen oder andere sciiädliche physikalische oder chemische Eigenschaften zu erzeugen, verhältnismässig klein. Ferner sind magnetische Stoffe, die aus magnetischen Teilchen bestehen, welche in ein biegsames Material eingelagert sind, nicht mehr wirksam, weil die magnetischen Teilchen zu grosse Abstände voneinander haben.
Der Zweck der Erfindung besteht daher darin, eine neue und verbesserte flexible Platte zu schaffen, die einen grossen Anteil von steifen Körpern enthält, möglichst ohne sowohl die Biegsamkeit des nachgiebigen Materials als auch die Eigenschaften der steifen Körper, z. B. wie Schall- oder Strahlungsabsorption zu beeinträchtigen.
Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Körper eine längliche Form haben, deren Längsachsen unter einem Winkel zu den beiden Aussenflächen der Platte stehen, und dass die Querschnittsgrösse dieser Körper in Richtung zumindest eines der Aussenflächen hin abnimmt.
Um eine maximale Biegsamkeit der Platte zu erreichen, können die steifen Körper so angeordnet werden, dass das Verhältnis der Querschnittsflächen des steifen Materials zum nachgiebigen Material von der Mitte der Platte nach beiden Seiten hin abnimmt.
Es soll dadurch bei einer Biegung der Platte eine gegenseitige Bewegung der gleichmässig verteilten steifen Körper erleichtert werden, undi die steifen Körper können zu diesem Zweck auch konvex gekrümmte Aussenflächen aufweisen.
Die gleichmässig verteilten steifen Körper können die Form von Ellipsoiden haben, deren Längsachsen senkrecht zur Ebene der Platte stehen können.
Insbesondere zur Abschirmung von Strahlungen können die steifen Körper in Form von Ellipsoiden eines strahienabsorbierenden Materials unter einem spitzen Winkel zur Aussenseite der Platte geneigt werden, um einen Strahlendurchtritt durch die Zwischenräume zwischen den Ellipsoiden zu vermeiden.
Der nachgiebige Stoff, in welchen die steifen Körper eingebettet sind, kann sich bei der Biegung dehnen oder stauchen und kann noch andere je nach dem Verwendungszweck der flexiblen Platte erwünschte Eigenschaften aufweisen.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes dargestellt. Es zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer flexiblen Platte gemäss der Erfindung,
Fig. 2 eine vergrösserte perspektivische Ansicht eines Schnittes längs der Schnittebene 2-2 in Fig. 1 mit einer Vielzahl von steifen und regelmässig angeordneten Ellipsoiden,
Fig. 3 eine Aufsicht auf einen Teil der Anordnung nach Fig. 2 mit regelmässiger Anordnung der Ellipsoide in den Eckpunkten von Quadraten,
Fig. 4 im Schnitt die Verhältnisse bei einer ausser ordentlich starker Biegung der Platte,
Fig. 5 eine Draufsicht auf eine biegsame Platte, bei der die steifen Körper auch in den Eckpunkten von gleichseitigen Dreiecken angeordnet sind,
Fig. 6 eine Schnittansicht einer anderen Ausführungsform mit steifen Körpern, die an ihren beiden Enden kegelstumpfartig abgeschnitten sind,
Fig.
7 eine vergrösserte Ansicht eines der steifen Körper in Fig. 6 in Form eines an seinen beiden Enden abgeschnittenen oder abgestumpften Ellipsoides,
Fig. 8 eine perspektivische Darstellung, welche die abgeschnittenen steifen Körper in quadratischer Anordnung zeigt, zusammen mit kleineren steifen Körpern in den Zwischenräumen zwischen den ersterwähnten steifen Körpern,
Fig. 9 eine Draufsicht auf die in Fig. 8 perspektivisch dargestellte gegenseitige Anordnung,
Fig. 10 eine perspektivische Ansicht eines der kleineren Körper in Fig. 8 in Form eines Stabes, der quadratischen ;
Querschnitt aufweist und sich gegen seine Enden zu verjüngt,
Fig. 11 eine Ansicht des Stabes gemäss Fig. 10 von der Stirnseite aus gesehen,
Fig. 12 eine Ansicht der flexiblen Platte bei welcher die steifen Körper aus dem biegsamen Trägermaterial herausgezogen sind und welche gewisse Arbeitsgänge der Herstellung veranschaulicht,
Fig. 13 eine perspektivische Ansicht zur Veran schaulichung eines Verfahrens zur Vereinigung der Ellipsoidkörper gemäss Fig. 12 mit einem nachgiebigen Trägermaterial,
Fig. 14 eine perspektivische Ansicht, welche ein Verfahren zur Brechung von Verbindungsbrücken zwischen den steifen Körpern veranschaulicht, nachdem das nachgiebige Trägermaterial erstarrt ist,
Fig.
15 eine Draufsicht auf eine andere Ausführungsform der Erfindung, bei welcher Halbellipsoide benutzt werden, die von den beiden Aussenflächen des Trägermaterials in das Innere desselben hineinreichen,
Fig. 16 im Querschnitt die Ansicht längs der Schnittebene 16-16 in Fig. 15,
Fig. 17 einen Schnitt durch eine andere Ausführungsform der Erfindung, in welcher Ellipsoide unter einem spitzen Winkel zu den Aussenflächen der Platte geneigt sind,
Fig. 18 eine weitere Ausführungsform der Erfindung mit einer guten Biegefähigkeit in einer Richtung und einer geringeren Biegefähigkeit in der anderen Richtung und
Fig. 19 eine weitere Ausführungsform. der Erfin düng, in welcher die steifen Körper Doppelpyramiden sind.
In Fig. 1 ist die im ganzen mit S bezeichnete flexible Platte sowohl in der Längsrichtung L als auch in der Querrichtung T biegsam.
In Fig. 2 ist die Platte S im Querschnitt dargestellt. Ihre beiden Aussenflächen sind mit 1 und 2 bezeichnet. Wenn die Platte als Strahlungsschutz benutzt werden soll, kann ihre Dicke etwa 0,8 mm bis etwa 2,5 cm oder mehr betragen, wird sich aber im allgemeinen zwischen 3 mm und 16 mm bewegen.
Für andere Anwendungszwecke, beispielsweise für Schwimmkörper kann die Platte eine Dicke von einem mehrfachen von 2,5 cm besitzen. Die flexible Platte besteht aus einer Matrix 3 eines nachgiebigen oder elastischen Stoffes, beispielsweise von natürlichem oder künstlichem Gummi oder einem anderen Stoff mit Einschluss von Kunststoffen, welcher die jeweils verlangten physikalischen Eigenschaften besitzt.
In die Matrix 3 ist eine Reihe von länglichen Körpern 4 eingebettet, die aus einem steifen Material bestehen und die physikalische oder andere Eigenschaften besitzen, die die flexible Platte aufweisen soll. Für Zwecke der Strahienabschirmung bestehen diese Körper beispielsweise aus Wolfram oder aus Blei, das die auftreffende Kernstrahlung absorbieren kann. Für Fallabsorptionszwecke kann man wegen ihrer hohen Dichte dieselben Baustoffe verwenden und zwar zusammen mit beliebigen anderen verhältnismässig schwerem Baustoffen. Bei einer flexiblen Platte zur magnetischen Abschirmung können die steifen Körper natürlich Magnete gleicher Orientierung sein, die in einem biegsamen Trägermaterial, beispielsweise Polystyrol-Schaumstoff oder Polyurethan-Schaumstoff eingelagert sind.
Anstelle des Trägermaterials kann man auch ein Zelluloid oder einen Kunststoff verwenden, in welchem Hohlräume zur Aufnahme der magnetischen Körper vorhanden sind.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 haben die steifen Körper eine Länge von etwa der Dickenabmessung der flexiblen Platte, d. h. gleich dem Abstand der Aussenfläche 1 von der Aussenfläche 2.
Die Enden 12 und 14 liegen dann also ganz nahe an den Aussenflächen 1 bzw. 2. In ihrer bevorzugten Ausführungsform sind die Körper ellipsoidförmig, d. h. dass jeder Körper eine lange Achse 5 und eine kurze Achse 6 besitzt. Die Körper 4 sind mit ihren langen Achsen 5 parallel zueinander angeordnet und sind gleichmässig verteilt, so dass die Mittelpunkte von je vier einander benachbarten Körpern mit den Ecken eines in Fig. 3 strichpunktiert eingezeichneten Quadrates 7 zusammenfallen.
Die Körper 4 können sich in der Mitte auch gegenseitig berühren. Vorzugsweise soll jedoch jeder Körper von dem nachgiebigen Trägermaterial vollständig umhüllt werden, wie bei 8 in Fig. 2 dargestellt.
Der Abstand jedes steifen Körpers von den am nächsten benachbarten steifen Körpern kann entweder regellos bemessen werden oder entsprechend am bestimmten geometrischen Muster. Im letzteren Falle sind quadratische Muster und dreieckige Muster die einfachsten Fälle. Fig. 3 zeigt eine quadratische Anordnung und Fig. 5 eine dreieckige. Bei der quadratischen Anordnung liegen die langen Mittelachsen von vier steifen Körpern in den Eckpunkten eines Quadrates 7 in Fig. 3. Bei der dreieckigen Anordnung liegen diese Mittelachsen in den Eckpunkten eines gleichseitigen Dreiecks 16 in Fig. 5. Die dreieckige Anordnung erlaubt eine dichtere Packung als die quadratische Anordnung.
Es sind auch noch andere Anordfungenl denkbar, die alle zu einer fertigen Platte von etwa vergleichbarer Biegsamkeit aber mit verschiedenen Anteilen der steifen Baustoffe zu den nachgiebigen Baustoffen führen.
Natürlich gehören auch diejenigen Anordnungen ausserhalb des quadratischen und des dreieckigen Schemas zur Erfindung.
Eine weitere Ausführungsform ist in Fig. 6 dargestellt, in welcher die steifen Körper 19 an ihren Enden bei 17 und 18 abgeschnitten oder abgeflacht sind. Es entstehen also dort ebene Flächen, die in den Ebenen 1' und 2' liegen. Eine vergrösserte Darstellung eines derartigen steifen Körpers 19 ist in Fig. 7 enthalten und stellt ein Ellipsoid mit abgeschnittenen Enden dar. Die Länge 20 des Körpers in Fig. 7 ist etwa gleich der Dicke der flexiblen Platte und durch Abschneiden der Enden 21 und 22 wird der Volumenanteil an steifem Baustoff in der flexiblen Platte erhöht. Die erfindungsgemäss flexible Platte kann auf verschiedene Weise hergestellt werden. Ein Verfahren zur Herstellung, das sich für Fälle eignet, in welchen die steifen Körper aus einem flüssigen Ausgangsmaterial wie beispielsweise Blei gegossen werden, ist in Fig. 12 bis 14 dargestellt.
Die steifen Körper können mittels einer Form hergestellt werden, die aus den beiden Teilen 23 und 24 in Fig. 12 besteht.
Der untere Teil 24 enthält noch eine Reihe von Rillen 25, die als Kanäle wirken und benachbarte Hohlräume der Form miteinander verbinden. Die beiden Hälften 23 und 24 werden aufeinandergelegt und es wird d ein geschmolzenes Material, wie beispielsweise Blei oder eine Bleilegierung in eine Öffnung 26 eingegossen, so dass alle Hohlräume ausgefüllt werden.
Über den n Kanal 27 kann die Luft aus diesen Hohlräu- men entweichen. Nachdem das Metall erstarrt ist, werden die beiden Formhälften voneinander getrennt und der in Fig. 12 in der Mitte dargestellte Gusskörper 28 entnommen. Die einzelnen doppelkonusförmigen Körper werden durch die Brücken 29 zusammengehalten.
Der nächste Verfahrens schritt ist in Fig. 13 dargestellt. Der ganze Gusskörper wird als eine Einheit in einen Kasten 30 eingesetzt und es wird eine flexible Masse in flüssiger Form als ein Strahl 31 in den offenen Kasten 30 eingeleitet. Diese Masse kann beispielsweise ein Elastomer sein.
Gewünschtenfalls kann der Gusskörper 28 mit einem Klebemittel überzogen werden, bevor die flexible Masse in den Kasten 30 eingegossen wird.
Diese Trägermasse umfliesst alle in dem Kasten vorhandenen steifen Körper und verbindet sich mit deren Oberflächen. Nachdem der nachgiebige Stoff erstarrt ist, wird er aus dem Kasten 30 entnommen.
Der letzte Verfahrensschritt ist in Fig. 14 dargestellt, in welcher die durch die vorhergehenden Ver- fahrensschritte hergestellte flexible Platte 34 in der Richtung des Pfeiles zwischen den Walzen 35 und 36 hindurchgeführt und über die Walze 32 dem Zwischenraum zwischen den Walzen 37 und 38 zugeleitet wird. Die Walzen 35 und 36 sowie 37 und 38 können angetriebene Walzen sein. Mit Hilfe von zwei weiteren Walzen 39 und 40 wird die flexible Platte 34 an die Walze 32 scharf angepresst. Der Durchmesser der Walze 32 kann gleich der Dicke der flexiblen Platte oder weniger betragen. Die scharfe Biegung an der Walze 32 bewirkt ein Brechen der Verbindungsstege 29 an den Stellen 33.
Bei einer quadratischen Anordnung der steifen Körper innerhalb des nachgiebigen Trägerstoffes kann eine zweimalige Abbiegung nach Art der Fig. 14 erforderlich sein, um die in der einen Richtung liegenden Brücken 29 und bei der anderen Abbiegung die senkrecht dazu liegenden Brücken 29 alle zu brechen. Für die Herstellung einer flexiblen magnetischen Platte kann pulverisiertes Eisen oder eine pulverisierte Eisenlegierung ebenfalls in Halbformen 23 und 24 gemäss Fig. 12 in den nachgiebigen Stoff eingebracht und sodann gesintert und magnetisiert werden.
Die entstandene flexible Platte kann mittels geeigneter Schneidvorrichtungen in Teile der gewünschten Grösse zerlegt werden. Da Blei genügend weich ist, kann man die fertige Platte, sofern sie nicht allzu dick ist, mit einer von Hand betätigten Schneidevorrichtung leicht zerlegen. Bei grösserer Dicke und bei anderen steifen Körpern als Bleikörpern muss man gegebenenfalls Schneidvorrichtungen mit Kraftantrieb oder Sägevorrichtungen benutzen. Da die Oberfläche der flexiblen Platte hauptsächlich aus dem nachgiebigen Trägermaterial besteht, lassen sich die flexiblen Platten bei einer gewissen Überlappung auch leicht verkleben und es lassen sich beispielsweise geschlossene Strahlenschutzverkleidungen in dieser Weise herstellen. Gewünschtenfalls können die Spitzen der steifen Körper durch Überzüge auf den Oberflächen unsichtbar gemacht werden.
Für diesen letzteren Zweck kann der Gusskörper 28 in die Wanne 30 nach Fig. 13 so eingesetzt werden, dass die unteren Enden der steifen Körper von dem Boden der Wanne 30 noch einen Abstand gleich der gewünschten Dicke des Oberflächenüberzuges besitzen.
Die entstandene Platte ist, wie auch in Fig. 4 veranschaulicht in hohem Grade flexibel. Die steifen Körper ermöglichen eine Abbiegung selbst mit sehr kleinen Krümmungsradien. Der nachgiebige Trägerstoff dehnt sich bei 11 in Fig. 4 während die äusseren Enden 12 der festen Körper ihren gegenseitigen Abstand vergössern. Bei 13 wird der nachgiebige Trägerstoff stark komprimiert. Die konvexen Aussenflächen der steifen Körper bewegen sich bei diesem Bie gungsvorgang gegeneinander. Der geringste Abstand zwischen den steifen Körpern wandert von der Mitte der flexiblen Platte nach innen und zwar in einem Masse, welches von der Stärke der Biegung abhängt.
Die strichpunktierte Linie 15 in Fig. 4 zeigt etwa den Ort des geringsten Abstandes der steifen Körper an.
Wenn die Biegungskräfte verschwinden, kehrt die flexible Platte wieder in die in Fig. 2 dargestellte Lage zurück.
Die bevorzugte Form für die steifen Körper ist die Form eines Rotationsellipsoids.
Die relative Menge des steifen Materials innerhalb der flexiblen Platte kann als der prozentuale Anteil der steifen Körper am ganzen Plattenvolumen ausgedrückt werden. Eine homogene flexible Platte ohne Einbau irgendwelcher steifen Körper würde also einen Anteil von 0 ovo haben und eine Platte, die vollständig aus dem steifen Baustoff besteht, würde einen Anteil von 100 O/o haben. Die flexiblen Platten liegen zwischen diesen beiden Grenzwerten, da sie aus einer Mischung von steifen Körpern und einem nachgiebigen Stoff bestehen. Wenn der Volumenanteil an steifen Körpern und die spezifischen Gewichte der beiden Plattenbestandteile bekannt sind, lässt sich das Gewicht einer Platte von vorgegebener Grösse und ebenfalls die durchschnittliche Dichte der flexiblen Platte ermitteln.
Der Volumenanteil an steifen Körpern hängt von verschiedenen Faktoren ab, beispielsweise von der Art der Anordnung, der Form und dem Grade der Entfernung der Spitzen (Fig. 7) der steifen Körper, vom ursprünglichen Abstand zwischen den steifen Körpern im nicht abgebogenen Zustand der Platte, der Benutzung von Ellipsoiden oder anderen Formen für die steifen Körper usw. Theoretische Berechnungen ergeben eine Zahl von etwa 90 O/o als maximalen prozentualen Anteil des festen Baustoffes bei Ellipsoiden, die am Ende sehr weitge hend abgeschnitten sind und ! im Dreieckschema an- geordnet sind sowie sich im nicht abgebogenen Zustand in der Mitte fast gegenseitig berühren. Vorzugsweise soll nicht weniger als 50 O/o praktisch verwendet werden.
Die steifen Körper können sich nach Belieben an der Stelle ihres geringsten Abstandes berühren oder nicht. In einer bevorzugten Ausführungsform ist jeder steife Körper vollständig von der nachgiebigen Masse umschlossen, so dass die Platte bei jeder Art von Abbiegung ein zusammenhängendes Element darstellt. Die steifen Körper berühren sich also gegenseitig nicht, wenn die Platte nicht abgebogen wird.
Der Abstand zwischen den steifen Körpern ist sehr klein und beträgt nur einen Bruchteil der Länge der kürzeren Achse der Ellipsoide.
Wenn eine flexible Platte für Strahlenabschirmzwecke gebaut wird, wird der nachgiebige Baustoff vorzugsweise auch derart gewählt, dass er auftreffende Kernstrahlung absorbiert. Bei der Benutzung eines derartigen nachgiebigen Baustoffes erreicht man zwei verschiedene Vorteile. Zunächst wird die Absorption der ganzen Platte erhöht und somit das prozentuale Volumen an absorbierendem Material in der Platte gesteigert. Zweitens wird hinsichtlich der Absorption die Platte homogener. Absorbierende nachgiebige Baustoffe sind Bleigummi o. dgl. Ausserdem kann man auch jedes beliebige andere aus Kunststoff oder Gummi oder aus einer elastomeren Substanz bestehende natürliche oder künstliche Material mit strahlen absorbierenden Stoffen, beispielsweise mit Blei, Wolfram usw. physikalisch oder chemisch vereinigen.
Man kann auch zwei oder mehrere verschiedene nachgiebige oder elastische Stoffe mit oder ohne absorbierenden Substanzen miteinander kombinieren. Auch bei Platten zur Schallabsorption kann es wünschenswert werden, den Volumenanteil an der steifen Substanz dadurch zu steigern, dass man steife Körper in die Platte einbaut. In gleicher Weise kann man bei flexiblen magnetischen Platten ein magnetisierbares Pulver in den nachgiebigen Baustoff einbringen.
Bei den Platten gemäss Fig. 3 und 5 sind Zwischenräume 60 zwischen den steifen Körpern 4 vorhanden. Um eine homogenere Platte zu erhalten, können diese Zwischenräume auch noch kleinere steife Körper aus demselben Stoff wie die grösseren steifen Körper 4 enthalten, ohne die gegenseitige Bewegung der grösseren Körper 4 zu behindern. Fig. 8 zeigt eine derartige Anordnung, in welcher kleine steife Körper 61 in den Zwischenräumen zwischen den grösseren steifen Körpern 4 vorhanden sind. In Fig. 8 ist ein quadratisches Anordnungsschema veranschaulicht, d. h. eine in der Aufsicht gemäss Fig. 9 getroffene gegenseitige Anordnung der grossen steifen Körper 4 und der kleinen steifen Körper 61.
Die steifen Körper 61 liegen somit in Schnittpunkten der Linien 62, welche durch die Mittelpunkte 63 der grossen steifen Körper 4 verlaufen. Die Fig. 10 zeigt einen der kleinen Körper 61 in perspektivischer Darstellung. Dieser kleine Körper hat eine längliche Form und einen von seiner Mitte nach den Enden abnehmenden Querschnitt. Seine Seitenflächen weisen eine nach den Enden zu konvexe Krümmung auf, was der Forderung der gegenseitigen Bewegung der steifen Körper bei der Biegung der Platte entgegenkommt. Die Fig. 11 zeigt den quadratischen Querschnitt von der Stirnseite aus gesehen, jedoch können die kleinen steifen Körper auch rund oder quadratisch mit abgerundeten Ecken oder quadratisch mit transversal gekrümmten Seitenflächen ausgeführt werden.
Die Einfügung von kleinen steifen Körpern zwischen die grösseren steifen Körper innerhalb der nachgiebigen Masse führt zu einer flexiblen Platte von höherem Volumenanteil an steifer Substanz für eine vergleichbare Spitzenabschneidung (Fig. 7), gegenseitige Anordnung usw. im Vergleich zu einer Platte ohne die zusätzlichen kleineren steifen Körper.
In Fig. 15 und 16 ist eine andere Ausführungsform der flexiblen Platte dargestellt, bei welcher eine grössere Homogenität des steifen Anteiles in der Platte erreicht wird. Gemäss dieser Ausführungsform enthält eine im ganzen mit 50 bezeichnete Platte eine erste Reihe von Halbellipsoiden 51 aus steifem Material, die mit ihren flachen Enden in der Nähe der einen Aussenfläche der Platte liegen und sich in der Richtung der anderen Aussenfläche der Platte erstrecken. Eine zweite Reihe von Halbellipsoiden 52 ist gemäss Fig. 16 umgekehrt angeordnet. Der nachgiebige Stoff ist mit 53 bezeichnet.
Wenn auch eine Platte dieser Art sich nicht so weitgehend biegen lässt wie eine Platte gemäss Fig. 2, so hat doch die Anord- nung nach Fig. 16 den Vorteil, dass Zwischenräume zwischen den steifen Körpern bei der Betrachtungsrichtung senkrecht zur Plattenoberfläche weitgehend verschwinden, wie aus der in Fig. 15 dargestellten Aufsicht hervorgeht. Eine weitere Ausführungsform der flexiblen Platte, die einen ähnlichen Vorteil besitzt, ist in Fig. 17 dargestellt. Im Falle der Fig. 17 besteht die im ganzen mit 55 bezeichnete Platte aus einer Vielzahl von steifen Ellipsoiden 56, ähnlich wie in Fig. 2, die jedoch unter einem Winkel 0 innerhalb des nachgiebigen Baustoffes 57 angeordnet sind.
Dieser Winkel wird vorzugsweise so gewählt, dass die steifen Körper 56 sich erheblich überlappen, wenn die Plattenoberfläche in senkrechter Richtung betrachtet wird und man kann gewünschtenfalls auch die steifen Körper abwechselnd in entgegengesetzten Richtungen gegenüber der Zeichenebene in Fig. 17 neigen, um alle Zwischenräume zwischen den steifen Körpern bei senkrechter Betrachtung vollständig zu vermeiden.
In manchen Anwendungsfällen ist es erwünscht, eine flexible Platte zu erhalten, welche in der einen Richtung gut biegefähig ist, jedoch in der anderen Richtung sich nicht so gut durchbiegen lässt. Eine derartige Anordnung ist in Fig. 18 dargestellt, in welcher eine im ganzen mit 58 bezeichnete flexible Platte steife Körper in Form von Halbellipsoiden 59 enthält, die in einen nachgiebigen Baustoff 160 derart eingebettet sind, dass alle flachen Enden der Halbellipsoide in der Nähe der einen Plattenoberfläche liegen. Eine Platte dieser Art kann beispielsweise bequem zylindrisch zusammengerollt werden.
Flexible plate
The invention relates to a flexible plate in which several rigid bodies are embedded in a flexible material.
In some cases there is a need in the art for a material which must be flexible or pliable to a considerable extent, but which at the same time must also have properties which normally only occur in relatively rigid fabrics.
Certain heavy metals such as lead, tungsten and the like. The like. Are known as the best fabrics for use as a shield against radiation, but at those thicknesses that are required to ensure adequate shielding, these fabrics are practically no longer pliable. Certain high-density substances, for example heavy metals, are known to have the property of excellent sound absorption when they are built into a relatively flexible arrangement. The known magnetic materials, such as iron and nickel and their alloys, are also themselves too stiff to be able to be used in those cases in which a certain flexibility is required.
There are also many excellent buoyant materials, such as polystyrene foam and polyurethane foam, that are too stiff to be used in those cases where flexibility of the building material is important.
Heretofore, flexible building materials containing rigid substances have been made by dispersing a large number of small particles of the rigid substance in a flexible material or by making chemical compounds containing atoms of the solid substance. For example, flexible radiation shields have been produced by making a fabric from lead glass threads, or by impregnating leather with concentrated lead solutions, or by storing lead powder in a flexible material, for example rubber.
In all these cases, however, the proportion of the stiff substance that could be accommodated in the flexible material without having to accept a loss of strength or producing other harmful physical or chemical properties is comparatively small. Furthermore, magnetic substances, which consist of magnetic particles which are embedded in a flexible material, are no longer effective because the magnetic particles are too far apart.
The purpose of the invention is therefore to provide a new and improved flexible plate containing a large proportion of rigid bodies, if possible without sacrificing both the flexibility of the resilient material and the properties of the rigid bodies, e.g. B. how to affect sound or radiation absorption.
The invention is characterized in that the bodies have an elongated shape, the longitudinal axes of which are at an angle to the two outer surfaces of the plate, and that the cross-sectional size of these bodies decreases in the direction of at least one of the outer surfaces.
In order to achieve maximum flexibility of the plate, the rigid bodies can be arranged in such a way that the ratio of the cross-sectional areas of the rigid material to the flexible material decreases from the center of the plate to both sides.
This is intended to facilitate mutual movement of the uniformly distributed rigid bodies when the plate is bent, and for this purpose the rigid bodies can also have convexly curved outer surfaces.
The evenly distributed rigid bodies can have the shape of ellipsoids, the longitudinal axes of which can be perpendicular to the plane of the plate.
In particular to shield radiation, the rigid bodies in the form of ellipsoids of a radiation-absorbing material can be inclined at an acute angle to the outside of the plate in order to prevent radiation from passing through the spaces between the ellipsoids.
The resilient material in which the rigid bodies are embedded can stretch or compress when bent and can also have other properties that are desired depending on the intended use of the flexible plate.
Exemplary embodiments of the subject matter of the invention are shown in the drawing. Show it:
Fig. 1 is a perspective view of a flexible plate according to the invention,
FIG. 2 shows an enlarged perspective view of a section along the cutting plane 2-2 in FIG. 1 with a large number of rigid and regularly arranged ellipsoids,
3 is a plan view of part of the arrangement according to FIG. 2 with a regular arrangement of the ellipsoids in the corner points of squares,
4 shows, in section, the conditions in the event of an exceptionally strong bending of the plate,
5 shows a plan view of a flexible plate in which the rigid bodies are also arranged in the corner points of equilateral triangles,
6 shows a sectional view of another embodiment with rigid bodies which are truncated in the manner of a truncated cone at both ends;
Fig.
7 shows an enlarged view of one of the rigid bodies in FIG. 6 in the form of an ellipsoid cut off or truncated at both ends,
8 is a perspective view showing the cut rigid bodies in a square arrangement, together with smaller rigid bodies in the spaces between the first-mentioned rigid bodies;
FIG. 9 shows a plan view of the mutual arrangement shown in perspective in FIG. 8,
Fig. 10 is a perspective view of one of the smaller bodies in Fig. 8 in the form of a rod, the square;
Has a cross-section and tapers towards its ends,
11 is a view of the rod according to FIG. 10 seen from the front side,
Fig. 12 is a view of the flexible plate with the rigid bodies pulled out of the flexible carrier material and which illustrates certain manufacturing operations;
13 is a perspective view to illustrate a method for combining the ellipsoidal bodies according to FIG. 12 with a flexible carrier material,
14 is a perspective view illustrating a method of breaking connecting bridges between the rigid bodies after the compliant substrate has solidified.
Fig.
15 shows a plan view of another embodiment of the invention, in which semi-ellipsoids are used, which extend from the two outer surfaces of the carrier material into the interior thereof
FIG. 16 shows in cross section the view along the cutting plane 16-16 in FIG. 15,
17 shows a section through another embodiment of the invention, in which ellipsoids are inclined at an acute angle to the outer surfaces of the plate,
18 shows a further embodiment of the invention with good flexibility in one direction and less flexibility in the other direction and FIG
19 shows a further embodiment. the inventor manure, in which the rigid bodies are double pyramids.
In FIG. 1, the flexible plate designated as a whole by S is flexible both in the longitudinal direction L and in the transverse direction T.
In Fig. 2, the plate S is shown in cross section. Its two outer surfaces are labeled 1 and 2. If the plate is to be used as a radiation shield, its thickness can be from about 0.8 mm to about 2.5 cm or more, but will generally be between 3 mm and 16 mm.
For other purposes, for example for floating bodies, the plate can be several times 2.5 cm thick. The flexible plate consists of a matrix 3 of a flexible or elastic material, for example of natural or artificial rubber or another material including plastics, which has the physical properties required in each case.
Embedded in the matrix 3 is a series of elongate bodies 4 which are made of a rigid material and which have physical or other properties which the flexible plate is intended to have. For the purposes of radiation shielding, these bodies are made of tungsten or lead, for example, which can absorb the incident nuclear radiation. For fall absorption purposes, because of their high density, the same building materials can be used together with any other relatively heavy building materials. In the case of a flexible plate for magnetic shielding, the rigid bodies can of course be magnets of the same orientation, which are embedded in a flexible carrier material, for example polystyrene foam or polyurethane foam.
Instead of the carrier material, it is also possible to use a celluloid or a plastic in which there are cavities for receiving the magnetic bodies.
In the embodiment of Figure 2, the rigid bodies have a length about the thickness dimension of the flexible plate; H. equal to the distance between the outer surface 1 and the outer surface 2.
The ends 12 and 14 are then very close to the outer surfaces 1 and 2, respectively. In their preferred embodiment, the bodies are ellipsoidal, ie. H. that each body has a long axis 5 and a short axis 6. The bodies 4 are arranged with their long axes 5 parallel to one another and are evenly distributed so that the center points of each four adjacent bodies coincide with the corners of a square 7 drawn in dash-dotted lines in FIG.
The bodies 4 can also touch each other in the middle. However, each body should preferably be completely enveloped by the flexible carrier material, as shown at 8 in FIG.
The distance of each rigid body from the closest adjacent rigid bodies can either be dimensioned randomly or according to a specific geometric pattern. In the latter case, square patterns and triangular patterns are the simplest cases. Fig. 3 shows a square arrangement and Fig. 5 a triangular one. In the square arrangement, the long central axes of four rigid bodies lie in the corner points of a square 7 in FIG. 3. In the triangular arrangement, these central axes lie in the corners of an equilateral triangle 16 in FIG. 5. The triangular arrangement allows a closer packing than the square arrangement.
Other arrangements are also conceivable, all of which lead to a finished panel of roughly comparable flexibility but with different proportions of the rigid building materials to the flexible building materials.
Of course, those arrangements outside the square and triangular schemes also belong to the invention.
Another embodiment is shown in Fig. 6, in which the rigid bodies 19 are cut off or flattened at their ends at 17 and 18. So there are flat surfaces that are in planes 1 'and 2'. An enlarged representation of such a rigid body 19 is contained in FIG. 7 and shows an ellipsoid with cut ends. The length 20 of the body in FIG. 7 is approximately equal to the thickness of the flexible plate and by cutting off the ends 21 and 22 becomes the Increased volume percentage of rigid building material in the flexible panel. The flexible plate according to the invention can be produced in various ways. A method of manufacture suitable for cases in which the rigid bodies are cast from a liquid starting material such as lead is shown in FIGS. 12-14.
The rigid bodies can be produced by means of a mold which consists of the two parts 23 and 24 in FIG.
The lower part 24 also contains a series of grooves 25 which act as channels and interconnect adjacent cavities of the mold. The two halves 23 and 24 are placed on top of one another and a molten material such as lead or a lead alloy is poured into an opening 26, so that all cavities are filled.
The air can escape from these cavities via the n channel 27. After the metal has solidified, the two mold halves are separated from one another and the cast body 28 shown in the middle in FIG. 12 is removed. The individual double-conical bodies are held together by bridges 29.
The next process step is shown in FIG. The entire cast body is inserted as a unit into a box 30 and a flexible mass in liquid form is introduced into the open box 30 as a jet 31. This mass can for example be an elastomer.
If desired, the cast body 28 can be coated with an adhesive before the flexible mass is poured into the box 30.
This carrier mass flows around all the rigid bodies in the box and connects to their surfaces. After the resilient material has set, it is removed from the box 30.
The last method step is shown in FIG. 14, in which the flexible plate 34 produced by the preceding method steps is passed in the direction of the arrow between the rollers 35 and 36 and is fed via the roller 32 to the space between the rollers 37 and 38 . The rollers 35 and 36 and 37 and 38 can be driven rollers. With the help of two further rollers 39 and 40, the flexible plate 34 is pressed sharply against the roller 32. The diameter of the roller 32 may be equal to or less than the thickness of the flexible plate. The sharp bend on the roller 32 causes the connecting webs 29 to break at the points 33.
In the case of a square arrangement of the rigid bodies within the flexible carrier material, a double turn as shown in FIG. 14 may be necessary in order to break all of the bridges 29 lying in one direction and the bridges 29 lying perpendicular thereto in the other turn. For the production of a flexible magnetic plate, powdered iron or a powdered iron alloy can also be introduced into the flexible material in half-forms 23 and 24 according to FIG. 12 and then sintered and magnetized.
The resulting flexible plate can be cut into parts of the desired size by means of suitable cutting devices. Since lead is sufficiently soft, the finished sheet, provided it is not too thick, can easily be dismantled with a manually operated cutting device. With greater thickness and with other rigid bodies than lead bodies, you may have to use power-driven cutting devices or sawing devices. Since the surface of the flexible plate mainly consists of the flexible carrier material, the flexible plates can also be easily glued with a certain overlap and, for example, closed radiation protection cladding can be produced in this way. If desired, the tips of the rigid bodies can be made invisible by means of coatings on the surfaces.
For this latter purpose, the cast body 28 can be inserted into the trough 30 according to FIG. 13 in such a way that the lower ends of the rigid bodies are still at a distance equal to the desired thickness of the surface coating from the bottom of the trough 30.
As also illustrated in FIG. 4, the resulting plate is highly flexible. The rigid bodies allow a bend even with very small radii of curvature. The resilient carrier material expands at 11 in FIG. 4 while the outer ends 12 of the solid bodies increase their mutual spacing. At 13, the resilient carrier material is strongly compressed. The convex outer surfaces of the rigid bodies move against each other during this bending process. The smallest distance between the rigid bodies migrates from the center of the flexible plate inwards and to a degree which depends on the strength of the bend.
The dash-dotted line 15 in Fig. 4 shows approximately the location of the smallest distance between the rigid body.
When the bending forces disappear, the flexible plate returns to the position shown in FIG.
The preferred shape for the rigid bodies is the shape of an ellipsoid of revolution.
The relative amount of rigid material within the flexible plate can be expressed as the percentage of rigid bodies in the total plate volume. A homogeneous, flexible panel without the incorporation of any rigid bodies would thus have a proportion of 0 ovo and a panel which consists entirely of the rigid building material would have a proportion of 100%. The flexible panels are between these two limits, as they consist of a mixture of rigid bodies and a flexible material. If the volume fraction of rigid bodies and the specific weights of the two plate components are known, the weight of a plate of a given size and also the average density of the flexible plate can be determined.
The volume fraction of rigid bodies depends on various factors, for example on the type of arrangement, the shape and the degree of removal of the tips (Fig. 7) of the rigid bodies, the original distance between the rigid bodies when the plate is not bent, the use of ellipsoids or other shapes for the rigid bodies, etc. Theoretical calculations result in a number of about 90% as the maximum percentage of the solid building material in ellipsoids, which are very largely cut off at the end and! are arranged in a triangular pattern and almost touch each other in the middle when not bent. Preferably, not less than 50% should be practically used.
The rigid bodies may or may not touch each other at the point where they are closest. In a preferred embodiment, each rigid body is completely enclosed by the resilient mass, so that the plate represents a coherent element with every type of bend. The rigid bodies do not touch each other if the plate is not bent.
The distance between the rigid bodies is very small and is only a fraction of the length of the shorter axis of the ellipsoids.
When building a flexible panel for radiation shielding purposes, the resilient building material is also preferably chosen to absorb incident nuclear radiation. Two different advantages are achieved when using such a flexible building material. First, the absorption of the entire plate is increased and thus the percentage volume of absorbent material in the plate is increased. Second, the plate becomes more homogeneous in terms of absorption. Absorbent, flexible building materials are lead rubber or the like. In addition, any other natural or artificial material made of plastic or rubber or an elastomeric substance can be physically or chemically combined with radiation-absorbing substances, for example with lead, tungsten, etc.
It is also possible to combine two or more different flexible or elastic fabrics with or without absorbent substances. In the case of panels for sound absorption, too, it can be desirable to increase the volume fraction of the rigid substance by building rigid bodies into the panel. In the same way, a magnetizable powder can be introduced into the flexible building material with flexible magnetic plates.
In the plates according to FIGS. 3 and 5, there are spaces 60 between the rigid bodies 4. In order to obtain a more homogeneous plate, these interspaces can also contain smaller rigid bodies made of the same material as the larger rigid bodies 4 without hindering the mutual movement of the larger bodies 4. FIG. 8 shows such an arrangement in which small rigid bodies 61 are present in the spaces between the larger rigid bodies 4. In Fig. 8 a square arrangement scheme is illustrated, i.e. H. a mutual arrangement of the large rigid bodies 4 and the small rigid bodies 61 taken in the plan view according to FIG.
The rigid bodies 61 thus lie at the intersections of the lines 62 which run through the center points 63 of the large rigid bodies 4. 10 shows one of the small bodies 61 in a perspective illustration. This small body has an elongated shape and a cross-section that decreases from its center towards the ends. Its side surfaces have a curvature that is too convex towards the ends, which meets the requirement of mutual movement of the rigid bodies when the plate is bent. 11 shows the square cross-section seen from the front side, but the small rigid bodies can also be designed round or square with rounded corners or square with transversely curved side surfaces.
The insertion of small rigid bodies between the larger rigid bodies within the resilient mass results in a flexible plate of higher volume fraction of rigid substance for comparable tip cutting (Fig. 7), mutual arrangement, etc. as compared to a plate without the additional smaller rigid bodies Body.
In FIGS. 15 and 16, another embodiment of the flexible plate is shown, in which a greater homogeneity of the rigid part in the plate is achieved. According to this embodiment, a plate designated as a whole by 50 contains a first row of semi-ellipsoids 51 made of stiff material, the flat ends of which lie in the vicinity of one outer surface of the plate and extend in the direction of the other outer surface of the plate. A second row of semi-ellipsoids 52 is reversed according to FIG. The resilient fabric is labeled 53.
Even if a plate of this type cannot be bent as much as a plate according to FIG. 2, the arrangement according to FIG. 16 has the advantage that gaps between the rigid bodies largely disappear when viewed perpendicular to the plate surface, such as from the plan view shown in FIG. 15. Another embodiment of the flexible plate having a similar advantage is shown in FIG. In the case of FIG. 17, the plate designated as a whole by 55 consists of a multiplicity of rigid ellipsoids 56, similar to FIG. 2, but which are arranged at an angle 0 within the flexible building material 57.
This angle is preferably chosen so that the rigid bodies 56 overlap considerably when the plate surface is viewed in the vertical direction and, if desired, the rigid bodies can also be inclined alternately in opposite directions with respect to the plane of the drawing in FIG. 17 in order to avoid all the spaces between the completely avoid rigid bodies when viewed vertically.
In some applications it is desirable to obtain a flexible plate which can be bent well in one direction, but cannot be bent so easily in the other direction. Such an arrangement is shown in FIG. 18, in which a flexible plate, generally designated 58, contains rigid bodies in the form of semi-ellipsoids 59 which are embedded in a flexible building material 160 in such a way that all flat ends of the semi-ellipsoids in the vicinity of one Plate surface. A plate of this type can for example conveniently be rolled up cylindrically.