CN101981338B - 能通过压力介质预紧的弹性体构件及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种弹性体构件(104)，该弹性体构件应具有带有足够大的预紧力的弹性体体积，这例如对于在风力设备中的应用是必需的。弹性体构件(104)在此基本上基于将各单个的或在结构中布置的分隔元件(105)引入和集成到构件的弹性体主体中，该弹性体主体可通过向分隔元件与围绕的弹性体材料之间的区域中或者向分隔元件本身中输入的压力介质而被压缩并且从而被可动态调节地预紧。

Description

能通过压力介质预紧的弹性体构件及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种能新型预紧的弹性体构件，特别是弹性体衬套或弹性体叠板弹簧，及其应用和制造方法。本发明特别是涉及大的弹性体构件，其应该或必须具有带有充分大的预紧力的大的弹性体体积，这例如对于在风力设备中的应用是必需的。根据本发明的弹性体构件在此基本上基于将各单个的或在结构中布置的分隔元件引入和集成到构件的弹性体主体中，该弹性体主体可通过向分隔元件与围绕的弹性体材料之间的区域中或者向分隔元件本身中输入的压力介质而被压缩并且因而被预紧。在使用液压液体或气体的情况下可以因此实现对弹性体构件的能可变调节的预紧，而在使用可聚合的液体的情况下固定调节的预紧是可能的。
背景技术
弹性体具有这样的特性，即特别是在持久地存在或产生拉应力时材料的寿命极为有限。因此，在设计和制造为缓冲目的而具有弹性体的构件时，特别注意不能产生拉应力。
出于此原因，根据现有技术，弹性体构件例如用于风力设备的弹性体衬套在橡胶材料硫化后被预紧。这通常通过标定来实现。
在最简单的情况下，弹性体衬套由一个外壳和一个内壳构成，该外壳和内壳通常由金属制成并大多具有圆形或椭圆形形状，其中这两个壳通过一个厚度不同的弹性体层彼此连接。弹性体衬套形成一种套环，该套环利用其内壳围绕待缓冲的物体(例如待缓冲的机械或装置的轴)。在标定时，现将外壳推压穿过具有较小直径的管件并在此使之塑性变形。由此，外壳直径变小，从而实现对位于外壳与内壳之间的弹性体的预紧。相反，也可以通过如下方式产生预紧，即，将直径大于内壳的栓推压穿过该内壳，这使得内壳向外护展并且从而压缩在外壳与内壳之间的弹性体层。
这两种方法可以单独或者一起执行。如果弹性体层通过标定压缩，则该弹性体层可以在压力方向上预紧。当外壳朝向内壳径向变形时，在该压力区域中进行操作，使得在弹性体层中不产生拉应力并确保构件的寿命。
其它弹性体元件也具有类似的性质，如叠板弹簧或者其它支承件或缓冲件，其中必须以并非不明显的程度压缩合适大小的弹性体层并且因而使之预紧。
然而，上述已知的技术方法仅能够对于具有较小尺寸(直径小于30cm)的衬套和支承件成本适合地实现。一方面，为了预紧或标定较大衬套(直径大于30cm、优选大于100cm)必须耗费的力过大，另一方面，在这种情况下封盖元件或限制元件或者封盖板或限制板必须与其厚度相应地确定尺寸并由实心的材料制成，以便所述封盖元件或限制元件或者封盖板或限制板不由于弹性体的由于进行标定而产生的大的内部压力而重新弯曲或变形。在应具有特别材料或特别形状的装置中会预期到类似的问题，因此所述装置不能或者仅能受限地按照已知的技术方法进行标定。
发明内容
因此，存在以下目的：提供弹性体的、能预紧的、用作支承件、特别是衬套、优选用于风力设备的衬套的构件及其制造和标定方法。
根据本发明，该目的如下地实现。
已发现，当或者在分隔元件自身中的区域或者优选围绕分隔元件的区域被经由输入部供给处于压力下的液态、气态或聚合物的介质时，优选在其内部具有相应尺寸的分隔元件的弹性体构件能特别有利并且有效地压缩。分隔元件在此可以这样构成，即它通过进入的压力介质而被扩展。在本发明的优选实施方式中，分隔元件设计为，使得通过引入压力介质而在分隔元件和贴靠的弹性体层之间形成腔室和空腔，所述腔室和空腔使得弹性体层根据分隔元件以及弹性体材料的选定的性质有针对性地大体积地限制到弹性体构件的确定部分上、局部不同或相同地压缩并因而预紧。
弹性体压缩的该新型原理及其应用在分隔元件以及可用的压力介质的类型和效率方面是极其可变的，其一般能实现弹性体件的固定的或能可变调节的、直至能动态调节的预紧。由此，弹性体构件例如衬套或叠板弹簧在预紧方面可在大的范围上最好必要时可变地标定，这因此构成在现有技术与此相关的弹性体件及其制造之上的另一优点。
在优选实施方式中，新型弹性体构件的分隔元件具有如下的材料，该材料真正地仅用于在弹性体层中提供尺寸和结构不同的区域和部位，在所述区域和部位中弹性体材料不是连续地存在，而是被分隔元件中断，使得围绕的弹性体材料的弹性体面在这些区域中在无压力的状态下贴靠在分隔元件上，而当通过导入管路导入压力介质时、即处于压力下时在这些区域中从分隔元件抬起，由此形成空穴或腔室。由此可使所述的弹性体层进一步压缩或预紧。在此，压力介质的输入一直进行，直到在弹性体件中或弹性体的相关部分中实现希望的预紧力。
为了实现产生所述的腔室和空腔，在制造弹性体层时将分隔元件以不同的方式引入仍非固态的粘性的橡胶或聚合物材料中。在此决定性的是，分隔元件在该过程中不与仍然软的、未硬化的弹性体材料形成固定的化学连接。仅由此便能够在弹性体材料硬化之后根据分隔元件的结构和几何形成提到的空穴或界面。
在本发明的另一替代的实施方式中，分隔元件不是用作到弹性体材料的环绕的面的表面或界面，在它们之间引入压力介质，分隔元件而是设计成弹性的空心体。在这种情况下，压力介质的输入不是在分隔元件与弹性体层之间、而是在空心体本身中进行。在最简单的情况下，空心体是弹性软管或任意成形的、被弹性壁包围的空腔。在无压力的状态下，所述的空心体可以被围绕该空心体的弹性体层完全或部分地压紧。所述的空心体也可以局部具有固态的结构元件，该结构元件防止在无压力的状态下被邻接的弹性体层完全压紧。这在例如希望通过压力介质实现大的挤压体积时是必需的。在这种实施方式中，原则上不是一定必需的是，空心体的弹性壁与围绕的材料不形成化学连接，因为压力介质被压入空心体内部、而不是被压入所述界面区域中。
因此，本发明的主题是一种能预紧的弹性体构件，包括至少一个弹性体层和至少一个优选带有阀的耐压的导入管路，其中，弹性体层(3，104)在内部或在界面上具有带有一个或多个分隔元件(4，105，107，115，116)的区域，使得在通过带有阀(101)的导入管路输入压力介质(5)时在分隔元件(105，107，115，116)的区域中或在分隔元件(4)本身中通过推压分开围绕的弹性体层产生空腔或腔室(106，108，114)，所述空腔或腔室能够填充压力介质(5)并能够扩展，由此围绕的弹性体层(3，104)被压缩，并且弹性体构件得到预紧，其中：i)所述分隔元件是带有弹性外壁的能变形的空心体，所述空心体能通过导入管路被填充压力介质并能膨胀；或者ii)所述分隔元件是置入的金属丝或纱线，所述金属丝或纱线由在其制造时不能与围绕的弹性体材料形成固定连接的材料制成或被该材料包围；或者iii)所述分隔元件是嵌入的层，所述嵌入的层的形式为由颜料、油漆、塑料、纸或金属制成的薄层或薄膜，所述嵌入的层作为模板、基质或板坯被引入弹性体主体中并且由在其制造时不能与围绕的弹性体材料形成固定连接的材料制成或被该材料包围；其中，所述相应的分隔元件被该弹性体层围绕，而不与该弹性体层固定连接，所述的空腔通过导入压力介质围绕分隔元件产生。
在本发明的另一实施方式中，分隔元件(107)是带有弹性外壁的能变形的空心体(4)、例如弹性软管，其能够通过导入管路(10，101)被填充压力介质(5)并且膨胀。
在本发明的优选实施方式中，分隔元件(105，107，115，116)贴靠在围绕的弹性体层上或被该弹性体层围绕，而不与该弹性体层固定连接，并且所述空腔或腔室(106，108，114)通过将压力介质(5)导入界面区域中围绕分隔元件产生。在这些情况下，分隔元件可以是由极其不同的材料形成的金属丝、空心金属丝、纱线、薄膜、板、纸、颜料层、油漆层或清漆层，分隔元件本身或必要时其覆层如上所述地不会在其制造时与弹性体材料形成化学连接。
金属丝、空心金属丝、薄膜、板、颜料层、油漆层或清漆层的直径或厚度可以非常薄(＜1mm，＜0.5mm，＜0.1mm)，这具有这样的优点，即分隔元件实际上并不具有明显的自身的体积和/或重量。在使用空心金属丝或导管的情况下，可以在内部例如设置加热装置，通过该加热装置可附加地影响弹性体件的弹性体特性。
金属丝在横截面内也可以这样确定尺寸，使得它在电流流过时通过其自身的电阻而受热。
加热金属丝或其他置入的金属体的另一种可能性是感应。由此可以局部或完全的加热置入的构件。
根据本发明，分隔元件(4，105，107，115)可以线状地、面状地或三维(116)地安装在构件的弹性体主体中。因此可以形成尺寸、分布和布置极其不同的完整结构。根据弹性体件中的哪些区域应当被或多或少强烈地预紧，例如可以环形、螺旋形、之字形或不规则地引导金属丝或软管。层可以例如以矩形或圆形区域的形式存在，它们可以通过通道(115)彼此连接。这样的层可以例如以彩色印制法产生，或作为预制板或模板提供。分隔元件或所述分隔元件的各单个结构可以根据技术需要均匀分布地在弹性体构件中设置或者但也局部集中地设置，其中如果有意义，可以使在弹性体构件的各部段或区域中的这些结构由于多个相应设置的导入管路(10，101)而承受不同的压力。
最后，在分隔元件的必要时局部不同的结构中的这种可变性能实现在根据本发明的弹性体构件的精选的区域中建立同样局部非常不同的非常专门匹配的独特的预紧。待实现的预紧中的可变性也可以附加地还通过在弹性体构件中使用具有不同刚度和/或变化的膨胀系数的弹性体材料来提高，如同通过可由加热元件实现的不同温度那样。
因此，本发明的主题是相应的弹性体构件，其中，分隔元件是置入的金属丝、纱线或空心金属丝(105)，该金属丝、纱线或空心金属丝由在其制造时不能与围绕的弹性体材料(3，104)形成固定连接的材料制成或用该材料围绕。
本发明的主题同样是相应的弹性体构件，其中，分隔元件是引入的层(107)，该层由颜料、油漆、塑料、纸或金属制成，该层由在其制造时不能与围绕的弹性体材料(3，104)形成固定连接的材料制成或用该材料围绕。特别是，所述层(107)可以是颜料层、油漆层、纸层、塑料层或金属层或者颜料薄膜、油漆薄膜、纸薄膜、塑料薄膜或金属薄膜，其例如作为模板、基质或板坯借助不同的已知方法被引入弹性体主体中。
本发明的主题还是相应的弹性体构件，其中，分隔元件(4，105，107，115，116)在弹性体(3，104)内部具有一维、二维或三维的开放或封闭的结构，例如环形、螺旋形、之字形、中断或连续的结构。
据此，本发明的主题还是相应的弹性体构件，其中，
(i)弹性体层(3，104)具有多个同样的所述的分隔元件或由同样的分隔元件(4，105，107，115，116)构成的多个单元，所述分隔元件或单元均匀地分布在弹性体构件或弹性体构件的子单元中，从而在弹性体构件或子单元中产生均匀的对称的压力分布以及因而产生均匀的对称的预紧力，或者
(ii)弹性体层(3)具有多个同样的所述的分隔元件或由同样的分隔元件(4，105，107，115，116)构成的多个单元，所述分隔元件或单元不同地分布在弹性体构件或弹性体构件的子单元中，其中这些分隔元件或分隔元件的单元具有至少一个导入管路(10，101)，从而能够在构件或其子单元中调节局部不同强度的、不对称的压力分布以及因而调节局部不同强度的、不对称预紧力，或者
(iii)弹性体层(3，104)具有多个不一样的分隔元件或由不一样的分隔元件(4，105，107，115，116)构成的多个单元，所述分隔元件或单元均匀地分布在弹性体构件或弹性体构件的子单元中，其中这些分隔元件或分隔元件的单元具有至少一个导入管路(10，101)，从而能够在构件中调节局部不同强度的压力分布以及因而调节局部不同强度的预紧力。
当然，也可以设想其中使用上述结构的混合形式的弹性体构件。
如上所述，特别是当不同的局部的部段或结构应经受强度不同的压力时，在一个确定的弹性体构件中可能需要多个带有阀或封闭件的导入管路(10，101)。这些导入管路必须是抗压的，并且通常由适合于此的材料制成。
根据本发明，所有通用的介质作为也可看作标定流体的压力介质(5)适合于产生中等压力或高压。在此，特别是指液压液体如油、液态塑料、聚合物凝胶或者水。也可以使用气体或在最简单的情况下使用空气作为压力介质。
在一种特别的实施方式中，一种液态聚合物溶液用作压力介质，该液态聚合物溶液在为弹性体层(3，104)调节出所希望的预紧或压缩之后硬化并在相关的弹性体件或在弹性体构件的一个部段/区域中确保固定的不能再改变的预紧力值。当可预期构件的负载总是相同并且看起来不需要再标定时，这种简单的非动态的弹性体构件是有意义的。不过，产生的聚合物主体或围绕该聚合物主体的套(在弹性空心体的情况中)在相应地选择材料的情况下自身又形成一分隔元件，从而通过事后引入另外的、聚合的或非聚合的介质来进行后续补充是可能的。从而可以通过事后再挤压来抵抗例如已发生的下沉过程(Setzvorgang)。
作为聚合物可以为此使用常见的聚合物/共聚物、例如基于丙烯酸酯或异丁烯酸酯的聚合物/共聚物。此外，在所述的情况下可以使用硬化的或能聚合的单组分或多组分浇注材料作为压力介质或标定流体(5)，其在被泵入之后固化成弹性或僵硬的塑料。优选地，所填充的标定流体(5)在硬化之后具有类似于构件或弹性体层(3，104)本身的弹性特性。因此，整个弹性体构件或弹性体衬套具有均质性，从而除了压力提高外不会预期到由此决定的对构件的显著影响。
如开头已经提到的，当根据本发明的弹性体构件必须具有大的比例时，这例如在风力设备中的安装和应用中通常是必需的，所述弹性体构件是特别适合的。
在此，特别是使用圆形或椭圆形的弹性体构件，其平均直径大于30cm、优选大于50cm、特别是大于100cm、相当特别地大于200cm。
在此，弹性体材料通常连接有或配设有至少一个、但优选两个或更多的板或壳，所述板或壳的形式为盖板或封盖壳或者中间板或中间壳(1，2，117，118，110-113)。
因此，本发明的主题特别是圆柱状或圆锥状成形的弹性体衬套或半衬套以及平的弹性体叠板弹簧或其它成形的弹性体支承件，它们可以具有多个中间板或中间金属板并且在现有技术中是已知(例如EP 1046 832 B1、EP 1 887 248 A1)，但现在具有根据本发明的、配设有分隔元件的弹性体构件。
本发明的主题特别是相应的配设有所述分隔元件的弹性体构件，其形式为衬套、半衬套或衬套部段，其特征在于，所述弹性体构件具有盖板(1，2，117，118)，所述盖板具有圆柱状(112，113)或圆锥状(110，111)成形的壳、半壳的几何尺寸或者该壳或半壳的相应成形的部段的几何尺寸。
在根据本发明的衬套的一种特别的实施形式中，该衬套具有至少一个相应地确定尺寸并成形的空隙，在该空隙中恰好穿过并固定地插入包括所述分隔元件的、缺少的衬套部段，其中衬套和衬套部段的弹性体区域为传递压力至少部分地直接接触。这种构型是有利，因为带有分隔元件的衬套部段如上所述地能比带有相应分隔元件的整个衬套简单地制造。如果希望，带有分隔元件的部段也可以设计成可更换的，从而在安装状态下通过使用部段可以给同一个衬套配设不同地设计的并且因而起作用的分隔元件。
本发明的主题还是相应的弹性体构件，其中，盖板构成为或设计成盘(117，118)，所述盘能与机械部件或发电机部件相连接，并且弹性体层(3，104)将所述盘彼此弹性地支承。
所述的整个衬套或半衬套以及其它的弹性体元件优选配设有中央的、优选圆形的开口，用以接纳要缓冲的部件。由非弹性材料构成的盖板或中间板或者壳由非弹性材料例如钢构成。该材料与弹性体材料固定连接。
常规的弹性体衬套和支承件一般包含天然橡胶，天然橡胶能够通过硫化与金属衬套材料固定连接。因为超尺寸的大衬套仅能以很大的耗费热硫化，所以对于相应大的根据本发明的衬套在未硬化的状态下使用能浇注的并且在固态下弹性的、优选合成的或半合成的材料。
这样的材料是已知的。除了天然橡胶外，对于根据本发明的弹性体构件和以下特别是对于大的弹性体衬套和支承件合适的材料是基于聚氨酯(PU)的弹性聚合物，它可以由相同或不同的多元醇和多异氰酸酯构成并且根据其组成和所使用的组成而在浇注能力、弹性和稳定性方面具有不同的特性。基于PU的弹性聚合物及其制造和特性是充分已知的。
但根据本发明也可以为根据本发明的弹性体构件、特别是衬套使用其它的弹性材料，例如如下的糊状/液态的多组分系统：不饱和聚酯树脂和硬化剂、环氧化物/PU系统、聚合物-硅树脂系统，多硫化物-聚合物系统、双组分丙烯酸酯系统以及其他的双组分或多组分系统。
根据本发明，将应形成弹性体层(3，104)的相应的材料浇注到常规衬套的彼此同心的外壳(1)与内壳(2)之间。在填充材料之前，将一个或多个分隔元件，如上所述地，例如金属丝(105)或弹性软管(4)在浇注弹性体材料之前例如居中地、环绕地置入外壳(117)与内壳(118)之间。
替代地，可以将用于弹性体层(3，104)的材料部分地、即局部地浇注到壳或板(1)和(2)彼此形成的中间空间中并使之硬化，然后例如将金属丝(105)或软管(4)布设在该已硬化的材料上，使得它优选不接触壳/外板(1，2)的壁。接着制造第二弹性体层(3，104)。必要时可以由此提供另外的包括分隔元件(4，105，107，115，116)的层。由此提供一种新型的弹性体衬套或弹性体叠板弹簧。
因此本发明的主题也是一种弹性体衬套，包括至少一个圆柱状的固态的非弹性的外壳(113)、至少一个圆柱状的固态的非弹性的、平均直径小于外壳的内壳(112)以及至少一个弹性体层(3，104)，所述弹性体层完全填充在所述圆柱状的壳之间的中间空间并与这些壳固定连接，其中在这两个壳之间的中间空间具有至少一个相应的分隔元件(4，105，107，115，116)，所述分隔元件环绕地或局部对称或不对称地分布和/或设置在一维、二维或三维的结构中。优选地，在其中应当使用较薄弹性体层的衬套或扁平的叠板弹簧中，使用完全或仅部分地环绕的金属丝(105)或软管(4)。
金属丝或弹性软管可以在一个或多个位置处沿径向或沿轴向从构件中被引出。通过这些端部件但或者直接地(当不设有这样的端部件时)经由抗压的、必要时包括连接件(6)的导入管路(101，10)，通过泵(7)将压力介质/标定介质(5)在高压(5～500bar，优选10～100bar)下例如从存储容器(8)压入分隔元件(弹性空心体)中或压入分隔元件与贴靠的围绕的弹性体层(3，104)之间。当在构件中使用弹性的空心体(4)(例如软管)时，该空心体根据其尺寸以及其填充压力而扩张，并由此一直挤压可压缩的弹性体层(3，104)直到达到弹性体层或弹性体衬套的符合要求的预压缩或预紧。
在使用金属丝或空心金属丝(105)或者层(107)例如薄膜、颜料印制等时实现同样的内容，但在此，如上所述，压力介质(5)被压入在分隔元件(105，107，115，116)与围绕的弹性体材料(3，104)之间的由于压力形成并扩展的中间空间。
如上所述，根据本发明的弹性体构件可以根据原则上两种不同的方式制造。
在实践中较容易并且因此较经济的方法基于，由上述的橡胶、橡胶材料或聚合物材料创造或制造各单个的弹性体层(3，104)，在其上在其固化后以希望的分布和结构并且配设有必需的导入管路(101)地施加或安装所述的分隔元件。然后，在其上施加另外的弹性体层，该另外的弹性体层将所引入的分隔元件(4，105，107，115，116)覆盖或包围，从而所述分隔元件完全地被弹性体材料包围。
因此，本发明的主题是一种用于制造如上所述的被预紧的弹性体构件的方法，包括以下步骤：
(i)以希望的形状和尺寸提供固态的第一弹性体层作为整个弹性体构件的部分层，
(ii)在按照步骤(i)提供的弹性体层的表面上安装一个或多个分隔元件(4，105，107，115，116)，包括将至少一个抗压的导入管路(10，101)安装到分隔元件中或分隔元件上，可能借助便利于在弹性体层上安装和定位的辅助装置，
(iii)将形式为仍未硬化或聚合的弹性体物质的第二弹性体层施加到固态的第一弹性体层的具有所述分隔元件的表面上，使得在弹性体物质硬化或聚合之后，该弹性体物质与第一弹性体层形成固定的连接，并从而最终形成弹性体层，其中引入的分隔元件由于其材料特性在弹性体物质硬化时不与该弹性体物质形成连接，
(iv)对于以下情况重复步骤(ii)和(iii)：在弹性体层(3，104)中希望以多个部分层的形式的分隔元件的多个平面，以及
(v)通过导入管路(10，101)在压力下将压力介质输入到在分隔元件与围绕的弹性体层之间的区域中或分隔元件本身中，其中所述弹性体层被压缩并且弹性体构件由此获得预紧。
利用该方法能够非常简单地制造根据本发明的整个衬套或半衬套，如上所述。
第二方法方案在于，在唯一一个步骤中制造弹性体(3，104)。为此，必须通过相应的辅助装置将分隔元件引入并固定在例如衬套的盖板之间。
因此，本发明的主题也是一种用于制造被预紧的弹性体构件方法，所述弹性体构件具有至少一个圆柱状、圆锥状或扁平的固态的非弹性的外壳或外板，至少一个圆柱状、圆锥状或扁平的固态的非弹性的内壳或内板，以及至少一个弹性体层(3，104)，该弹性体层完全填充在相应形成的壳或板之间的中间空间并与所述壳或板固定连接，其中该方法具有或包括以下步骤：
(i)将至少一个分隔元件、例如环绕的弹性软管(4)或金属丝(105)置入或固定到弹性体构件的两个壳之间的中间空间中，然后引入弹性体层，其中分隔元件至少装备一个导入管路(10，101)，在该导入管路上连接一标定系统(8)，该标定系统优选包括一带标定填充件的标定泵(7)，
(ii)通过填充粘性或液态的弹性体物质将弹性体引入通过壳或板(1)和(2)形成的中间空间中，所述弹性体物质在其聚合后形成弹性体层(3，104)，分隔元件、例如金属丝或软管位于所述中间空间中，以及
(iii)在围绕的弹性体层(3，104)固化之后，将粘性或液态的标定流体或压力介质(5)在压力下、可能通过一连接件(6)输入到分隔元件中或分隔元件周围，由此使该弹性体层压缩和预紧。
通过借助所述的标定装置(泵、管路、可能时连接件)在压力下输入另外的压力介质或标定流体(5)，可以在构件或衬套的壳或板之间实现对弹性体层(3，104)的较高的预紧或压缩。
在使用不能聚合的液压液体或气体的情况下，根据本发明弹性体(3，104)的预紧可以通过从相关的扩展的区域/弹性空心体中、例如从软管(4)中或从所形成的腔室或空腔(105)中引出或取出/排出压力流体或标定流体(5)来减小。
通过导入管路(101)将压力介质(5)输入分隔元件(107)(弹性的空心体，例如软管(4))中或围绕所述分隔元件(层、板、彩色印制层、薄膜等)的区域(空穴、空腔)中可以按不同的方式实现。
原则上，可以沿轴向或径向输入压力介质或标定介质(5)。根据弹性体构件(衬套、叠板弹簧等)的构型和结构形式，导入可以穿过例如衬套(如上所述)的外板(1，2，117，118，110-113)向外或者穿过相关构件的自由的弹性体层面(11)向外实现。导入管路(10，101)一般通过连接件(6)与相应的待填充的体积(腔室、空心体)相连接。导入管路自身又例如通过连接件与标定装置(泵、用于压力介质(5)的存储容积、可能时高压管路等)连接。可以在分隔元件中装入一个或多个导入管路和连接件，其中导入管路具有压力阀或另外的耐压的封闭件。
在本发明的一种特别并优选的针对弹性体衬套的实施方式中，导入管路(10，101)和连接件(6)垂直地通过衬套的外壳(113)和/或内壳(112)的圆柱壁向外或向内引导。在此，所述壳具有相应取向的孔，所述孔匹配地接纳导入管路和/或连接件(6)。如果使用沿径向置入衬套横截面中的软管(4)作为分隔元件，那么软管端部可以被向外或向内引导并直接通过连接件与导入管路和压力介质系统连接。由此，可以在制造或标定弹性体构件、特别是弹性体衬套时实现较大的柔性。
如开头所述，根据本发明的弹性体构件最佳地适用于制造大的到很大的弹性体衬套、叠板弹簧以及其它相应的支承件(直径＞100cm)，如它们应用在风力设备或类似的规模/要求的设备中。
上述的新型原理在于，通过引入限定潜在的空穴和空腔的分隔元件，所述空穴和空腔能被液压的或其它的压力介质填充并能可变地扩展，使得弹性体得到压缩并因而得到预紧，该原理不仅可以用于制造和应用常规的用于大型设备的弹性体衬套和支承件，如上所述，而且可以用于制造和应用弹性体型材、装置或设备，在所述型材、装置或设备中在不同的局部区域中应引起相关的局部弹性体层相对于弹性体型材、装置或设备其它区域的确定的可控的柔性的和可变的压缩/去压缩性能，从而由此能实现想要的可以以合适的方式在技术上利用的变形或人工运动活动。
在这些根据本发明弹性体装置中，分隔元件(4，105，107，115，116)的分布、构型和用压力介质(5)的供给非常不同地并且单独实现。同样，通过在装置的各个区域中、特别是在分隔元件的区域中使用不同刚度和/或不同膨胀系数的弹性体材料，可以在装置的确定的希望的区域中实现对弹性体材料的预紧性能的柔性的进一步精确调节。
在具有分隔元件的弹性体构件的装置中的各弹性体元件或弹性体区域的由此可能的极为可变的不同的压缩和去压缩性能可以通过智能的受计算机控制的逻辑在强度、方向和时间方面以这样的方式彼此协调，即，使得产生弹性体型材的变形历程或运动历程，所述变形历程或运动历程能够在技术上例如被充分用于机械抓取、推压、移位、释放等。弹性体装置在此可以通过对装置的各单个元件的相应成型来进一步接近该目标。一种可能的构型可以是机械夹具或甚至是人造手。
因此，本发明的主题是用于实施人工运动或想要的变形的必要时具有一定的形状和设计的弹性体装置，包括一个或多个必要时成形的弹性体元件，如上所述，所述弹性体元件在功能上彼此连接以及具有智能的计算机辅助的电子装置，所述电子装置有针对性地控制元件的分隔元件中的各个结构并且保证在相关弹性体层的局部不同的区域中的动态的压力分布以及因而可变的膨胀或压缩/去压缩，从而能借助控制通过在相应受控制的分隔元件的区域中的弹性体材料的相对彼此不同的压缩/去压缩实施装置的各元件或整个装置的针对目标的变形或运动。
在说明书和附图中的附图标记的说明
(1)，(117) 上盖板
(2)，(118) 内盖板
(3)，(104) 弹性体层
(4)       作为分隔元件的弹性体软管
(5)       压力-标定介质
(6)       连接件
(7)，(8)   带有压力介质的泵
(9)      卸载腔
(10)，(101)   压力管路/填充钦管
(102)     阀，封闭装置
(11)      自由的弹性体面
(110)     圆锥状的内件(衬套)
(111)     圆锥状外件(衬套)
(112)     圆柱状的内部件/壳(衬套)
(113)     圆柱状的外部件/壳(衬套)
(105)     作为金属丝、纱线、导管、空心金属丝的分隔元件
(107)     作为层(彩色印制层、油漆、板、薄膜)的分隔元件
(106)，(108)，(114)  在填充压力介质之后的空穴、空腔或腔室
(115)     作为通道结构中的层(彩色印制层、油漆、板坯)的分隔元件
(116)     由根据(105)、(107)和(115)的分隔元件组成的三维格栅
(130)     混凝土基础
(131)     用于固定结构例如塔的钢圈
(132)     带有根据本发明的弹性体构件的环绕的法兰
附图说明
图1：带有置入的金属丝、纱线或类似物作为分隔元件的弹性体支承件，其中无压力(无预紧力)。
图2：根据图1的处于压力(预紧力)下的弹性体支承件。
图3：包括层作为分隔元件的弹性体支承件，其中无压力。
图4：根据图3的处于压力(预紧力)下的弹性体支承件。
图5：根据图2和3的弹性体支承件，其具有多个环绕的层作为分隔元件。
图6：根据图2和3的弹性体支承件，其具有由分隔元件形成的多个环绕的层，所述分隔元件之字形地布置(在不同的弹性体平面中)。
图7：带有分隔元件(金属丝)的圆锥状的弹性体支承件(衬套)，其通过填充压力张紧。
图8：带有分隔元件(弹性空心体/软管/板)的圆柱状弹性体衬套。
图9：弹性体构件，其具有均匀分布的通过彩色印制产生的正方形/矩形的分隔元件，所述分隔元件通过相应的通道结构彼此连接。
图10：带有分隔元件(金属丝)的格栅结构的弹性体构件。
图11：引入压力介质(预紧力)后的叠板弹簧，所述叠板弹簧具有带有环绕的金属丝或软管的弹性体层。导入沿轴向从外部通过盖板实现。
图12：引入压力介质(预紧力)后的叠板弹簧，所述叠板弹簧具有带有环绕的金属丝或软管的弹性体层。导入沿径向向外通过自由的弹性体层实现。
图13：圆柱状弹性体衬套的剖视图，该圆柱状弹性体衬套具有环绕的软管和从弹性体中引出的软管端部。另外示出了连接装置和用于填充压力介质的装置。
图14：带有嵌入的部段的圆柱状弹性体衬套的横剖面图，该部段具有金属丝或软管作为分隔元件并包括一用于压力介质的导入管路。
图15：以另一视图示出图14的衬套部段。
图16：在圆柱状衬套的纵向方向上的衬套部段，该圆柱状衬套具有环绕的引入弹性体层的不同高度中的金属丝或软管包括导入管路。
图17：带有嵌入的图16的部段的衬套的三维图。
图18：带有根据本发明的弹性体构件的风力基础结构。
具体实施方式
通过附图所示的以下实施例来详细说明本发明。在这里或也在附图中提到的参量和值纯粹是示例性的，并且特别是当本领域技术人员在不必付出创造性工作的情况下能由此毫无问题地得到概括时，不应当对本发明形成限制。
图1中示出弹性体支承件的一种简单的实施方式，该实施方式在根据本发明的应用中包括分隔元件。弹性体层(104)作为环置入支承件板的相应空隙中。环绕的金属丝环已被居中地硫化在弹性体环内部。导入管路(101)包括阀(102)在内与金属丝(105)直接接触，该金属丝起分隔元件的作用。阀(102)用于，在需要时卸载用聚合的压力流体预加载的构件。如果无压力介质输入，则弹性体层(104)贴靠在金属丝上。在引入压力介质时，围绕金属丝形成被压力介质填满的环形的空腔(图2)。因为弹性体材料被固定地夹在板之间，所以弹性体材料被压缩并得到相应的预紧力。
如果代替金属丝在弹性体主体内设有由颜料、油漆、薄膜、金属板坯等形成的环形的层(107)(图3和4)，情况是类似的。
为了得到较均匀和/或较大的预紧力，也可以在弹性体内部在相同或不同的平面/高度中设置多个金属丝环、软管环或层环作为分隔元件(图5和图6)。
图7和8基于圆锥状或圆柱状的衬套或支承件示出根据本发明的可通过分隔元件压缩和/或去压缩的弹性体层的原理。在此可见，分隔元件(105，107)不仅可以径向(图7)布置，而且可以轴向(图8)布置。在所示的衬套中，导入管路(101)分别穿过界定的外板被引导。通过压入压力介质(5)得到被填充的空腔(106，108)，所述空腔用于挤压围绕的弹性体材料。
图9示出一弹性体层(104)，在该弹性体层上布置规则的层结构，例如包括颜料、油漆或其它材料。在具体情况下，结构通过彩色印制产生。由此，整个面可以被接近均匀地施加压力。在压缩围绕的弹性体材料之后，液压液体或气体同样可通过将面结构(107)彼此连接的现在小的通道结构(115)流动。整个结构仅在一个位置处具有一个导入管路(101)，使得压力介质仅能通过形成的通道到达另外的分隔元件(107)或腔室(114)。由此产生可任意调节的缓冲，该缓冲与材料有关并且在作用方面可以几乎任意地放大。这种弹性体元件可以例如构成为缓冲垫或减振器并相应地起作用。
所述的结构也可以不规则地布置在弹性体垫或相应成形的弹性体件中(未示出)，从而能实现不均匀的压力分布。由此在弹性体主体中产生局部不均匀的力或变形，从而这有针对性地引起与导入的压力有关的运动。利用这种和类似的弹性体装置可以对弹性体构件施加等于真正的弹性体主体的体积的多倍的液体量。由此能实现弹性体主体的对称和不对称的大的运动(抓取的手)。
图10示出图9的原理的另一变型方案。在此，规则的三维格栅结构(116)同样保证，能产生对弹性体的整体压缩，该整体压缩相当于其体积的很多倍。通过不规则的布置结构和形状(未示出)，还可以以此实施针对目标的变形并且因而运动。
图11和12将图1和2所示的结构原理用于叠板弹簧元件。
图13采用弹性空心体来代替层作为分隔元件，该空心体的形式为在衬套中环绕的软管(4)。在应用半衬套时，软管端部被直接从弹性体引出并能直接与压力介质输入系统相连接。替代地，也可以如图所示地穿过一个或两个盖板(1，2)引导接头。
图14～17示出弹性体衬套部段的应用，该衬套部段包括根据本发明的分隔元件，示例性地作为金属丝系统。所述部段的弹性体层与衬套其余部分的层直接接触，使得在通过导入管路传递压力时不仅将部段的弹性体材料预紧，而且将衬套的其余部分预紧。这种衬套的优点主要在于制造简单。
图18示出例如风力设备的混凝土基础(130)。同样经受持续振动的设备的塔安装在浇注在基础中的成型钢圈(131)上。该成型钢圈仅被松动地用混凝土浇筑，并且在至少两个不同高度的位置处具有优选环绕的法兰(132)，这些法兰包括根据本发明的弹性体构件。通过塔的运动，由于缺乏预紧在安装圈的环绕的法兰(132)之间的混凝土松动。通过压入压力介质(5)可以在混凝土基础中产生足够的压应力，从而抑制混凝土或结构的松动。

Claims (31)

1.能预紧的弹性体构件，包括至少一个弹性体层和至少一个带有阀的耐压的导入管路，其特征在于，所述弹性体层(3，104)在内部或在界面上具有带有一个或多个分隔元件(4，105，107，115，116)的区域，使得在通过带有阀(10，101)的导入管路输入压力介质(5)时在分隔元件(105，107，115，116)的区域中或在分隔元件(4)本身中通过推压分开围绕的弹性体层而产生空腔(106，108，114)，所述空腔能够填充压力介质(5)并能够扩展，由此将围绕的弹性体层(3，104)压缩，并且弹性体构件得到预紧，其中：
i)所述分隔元件是带有弹性外壁的能变形的空心体(4)，所述空心体能通过导入管路(10，101)被填充压力介质(5)并能膨胀，或者
ii)所述分隔元件是置入的金属丝或纱线(105，116)，所述金属丝或纱线由在其制造时不能与围绕的弹性体材料形成固定连接的材料制成或被该材料包围，或者
iii)所述分隔元件是嵌入的层(107，115，116)，所述嵌入的层的形式为由颜料、油漆、塑料、纸或金属制成的薄层或薄膜，所述嵌入的层作为模板、基质或板坯被引入弹性体主体中并且由在其制造时不能与围绕的弹性体材料形成固定连接的材料制成或被该材料包围，
其中，所述相应的分隔元件被该弹性体层围绕，而不与该弹性体层固定连接，所述的空腔(106，108，114)通过导入压力介质(5)围绕分隔元件产生。
2.根据权利要求1所述的弹性体构件，其特征在于，所述弹性体层(3，104)具有至少一个由非弹性材料构成的盖板，弹性体层与所述盖板相连接。
3.根据权利要求2所述的弹性体构件，其特征在于，所述弹性体层(3，104)具有由非弹性材料构成的上盖板和下盖板(1，2，117，118)，弹性体层(3，104)与所述上盖板和下盖板固定连接，或者弹性体层夹在所述上盖板和下盖板之间。
4.根据权利要求3所述的弹性体构件，其特征在于，导入管路(10，101)从外部穿过一连接板或直接在侧向穿过弹性体层(3，104)实现。
5.根据权利要求4所述的弹性体构件，其特征在于，所述弹性体构件的形式为衬套、半衬套或衬套的部段，所述盖板是圆柱状(112，113)或圆锥状(110，111)的壳、半壳或者该壳或半壳的相应成形的部段。
6.根据权利要求5所述的弹性体构件，其特征在于，所述分隔元件(4，105，107，115，116)包括导入管路(10，101)安置在一能装入衬套中的衬套部段中，其中衬套和衬套部段的弹性体层(3，104)为传递压力而至少部分地彼此直接接触。
7.根据权利要求1所述的弹性体构件，其特征在于，所述弹性体构件具有至少一个非弹性的中间层，所述中间层位于弹性体内部并与弹性体材料相连接。
8.根据权利要求4所述的弹性体构件，其特征在于，所述弹性体构件的形式为叠板弹簧，所述盖板构成为盘(117，118)，所述盘能与机械部件相连接，并且弹性体层(3，104)将所述的盘彼此弹性地支承。
9.根据权利要求1所述的弹性体构件，其特征在于，所述能变形的空心体是弹性软管，压力介质(5)填充到该弹性软管中。
10.根据权利要求1所述的弹性体构件，其特征在于，所述嵌入的层(107，115，116)通过压印或粘接制成。
11.根据权利要求1所述的弹性体构件，其特征在于，所述分隔元件(4，105，107，115，116)在弹性体层(3，104)内具有一维、二维或三维的开放或封闭的结构。
12.根据权利要求11所述的弹性体构件，其特征在于，所述分隔元件具有中断的或连续的结构。
13.根据权利要求1所述的弹性体构件，其特征在于，所述压力介质(5)是气体。
14.根据权利要求1所述的弹性体构件，其特征在于，所述弹性体构件具有能可变调节的预紧力，所述预紧力通过经由导入管路和能关闭的阀输入或排出压力介质(5)实现。
15.根据权利要求1所述的弹性体构件，其特征在于，所述弹性体层(3，104)具有多个同样的分隔元件或由同样的分隔元件(4，105，107，115，116)构成的多个单元，所述分隔元件或单元均匀地分布在弹性体构件或弹性体构件的子单元中，从而在弹性体构件或子单元中产生均匀的对称的压力分布以及因而产生均匀的对称的预紧力。
16.根据权利要求1所述的弹性体构件，其特征在于，所述弹性体层(3)具有多个同样的分隔元件或由同样的分隔元件(4，105，107，115，116)构成的多个单元，所述分隔元件或单元不同地分布在弹性体构件或弹性体构件的子单元中，其中所述分隔元件或分隔元件的单元具有至少一个导入管路(10，101)，从而能够在构件或其子单元中调节局部不同强度的不对称的压力分布以及因而调节局部不同强度的不对称的预紧力。
17.根据权利要求1所述的弹性体构件，其特征在于，所述弹性体层(3)具有多个不一样的分隔元件或由不一样的分隔元件(4，105，107，115，116)构成的多个单元，所述分隔元件或单元均匀地分布在弹性体构件或弹性体构件的子单元中，其中所述分隔元件或分隔元件的单元具有至少一个导入管路(10，101)，从而能够在构件中调节局部不同强度的压力分布以及因而调节局部不同强度的预紧力。
18.根据权利要求1所述的弹性体构件，其特征在于，所述弹性体层(3，104)在局部不同地设置的分隔元件或分隔元件的单元的区域中具有不同的刚度和/或膨胀系数。
19.根据权利要求1所述的弹性体构件，其特征在于，所述金属丝是空心金属丝。
20.根据权利要求12所述的弹性体构件，其特征在于，所述分隔元件具有环形的、螺旋形的或之字形的结构。
21.根据权利要求13所述的弹性体构件，其特征在于，所述气体是空气。
22.根据权利要求1所述的弹性体构件，其特征在于，所述压力介质(5)是粘性液体、能聚合的液体或液压液体。
23.用于实现人工运动的弹性体装置，包括：一个或多个根据权利要求15至22中任一项所述的弹性体构件的元件，所述一个或多个元件在功能上彼此连接；以及智能的计算机辅助的电子装置，所述电子装置有针对性地控制在所述一个或多个元件的分隔元件中的各个结构并保证在相关弹性体层的局部不同的区域中的动态的压力分布以及因而可变的膨胀，从而通过在相应受控制的分隔元件及其结构的区域中的弹性体材料在各个弹性体元件内部相对彼此不同的压缩或去压缩，在弹性体装置中引起动态的变形，并从而借助控制实现所述弹性体装置的各个元件的针对目标的运动。
24.根据权利要求23所述的弹性体装置，其特征在于，各个弹性体层(3，104)具有对于所希望的针对目标的运动有帮助的形状和设计。
25.根据权利要求24所述的弹性体装置，其特征在于，所述弹性体装置的形式是夹具。
26.根据权利要求25所述的弹性体装置，其特征在于，所述弹性体装置的形式是人造手。
27.用于制造根据权利要求1至22中任一项所述的被预紧的弹性体构件的方法，包括以下步骤：
(i)以希望的形状和尺寸提供固态的第一弹性体层(3，104)作为整个弹性体构件的部分层，
(ii)在按照步骤(i)提供的第一弹性体层的表面上安装一个或多个分隔元件(4，105，107，115，116)，包括将至少一个抗压的导入管路(10，101)安装到分隔元件中或分隔元件上，
(iii)将形式为仍未硬化或聚合的弹性体物质的第二弹性体层(3，104)施加到固态的第一弹性体层的具有所述分隔元件的表面上，使得在弹性体物质硬化或聚合之后，该弹性体物质与第一弹性体层形成固定连接，并从而形成制成的弹性体层(3，104)，其中引入的分隔元件由于其材料特性在弹性体物质硬化时不与该弹性体物质形成连接，
(iv)对于以下情况重复步骤(ii)和(iii)：在弹性体层(3，104)中希望以多个部分层的形式的分隔元件的多个平面，以及
(v)通过导入管路(10，101)在压力下将压力介质输入到在分隔元件与围绕的弹性体层之间的区域中或分隔元件本身中，其中所述弹性体层压缩并且弹性体构件由此得到预紧。
28.根据权利要求27所述的方法，在步骤(ii)中，借助便利于在第一弹性体层上安装和定位的辅助装置，在按照步骤(i)提供的第一弹性体层的表面上安装一个或多个分隔元件(4，105，107，115，116)，包括将至少一个抗压的导入管路(10，101)安装到分隔元件中或分隔元件上。
29.根据权利要求1至22之一所述的弹性体构件作为具有能可变调节的预紧力的弹性体衬套或弹性体叠板弹簧的应用。
30.根据权利要求1至22之一所述的弹性体构件在风力设备中的应用。
31.根据权利要求23、24、25或26所述的弹性体装置用于产生人工运动以及由此引起的动作的应用。
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