DE1484966C2 - Biegsame Platte - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf biegsame Platten, in welche steife Körper in regelmäßiger Verteilung in nachgiebigem Stoff eingelagert sind.

Es besteht verschiedentlich Bedarf an einem Material, das einerseits biegsam sein soll, andererseits aber zugleich Eigenschaften aufweisen soll, die normalerweise nur Stoffe besitzen, die, abgesehen bei Verwendung in sehr geringer Stärke, als steif oder starr gelten. Zu solchen Stoffen gehört z. B. Blei, mit dem eine sehr gute Abschirmwirkung gegenüber kurzwelliger Strahlung zu erreichen ist, das sich aber nicht genügend biegen läßt. Auch dort, wo eine große Schallabsorption mit Hilfe spezifisch schweren Materials erreicht werden soll, treten diese Schwierigkeiten auf.

Nach der deutschen Auslegeschrift 1 039 759 ist es zwar bei einer schalldämpfenden Schutzhülle für Maschinen bekannt, in eine aus mehreren Gummischichten bestehende biegsame Platte in die innere Schicht eine Lage von Bleikugeln (Schrotkörner) einzulagern, jedoch ist auf diese Weise nur verhältnismäßig wenig schweres Material unterzubringen. Für eine Strahlenabschirmung ist eine Eignung schon deshalb nicht gegeben, weil die Strahlen durch die bestehenden Zwischenräume der Bleikugeln ungehindert durchdringen können.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, solche biegsamen Platten derart zu verbessern, daß diese Platten, insbesondere bezüglich Absorption kurzwelliger Strahlung oder Absorption von Schallwellen, den Eigenschaften der steifen Körper so weit angenähert werden, daß ohne Beeinträchtigung der Biegsamkeit ein hohes Maß an Schutz gegeben ist.

Dies wird dadurch erreicht, daß die steifen Körper eine längsliche Form aufweisen, mindestens nach ihrem einen Ende hin in ihrem Querschnitt abnehmen und in ihrer Längsrichtung wenigstens annähernd auf der Ebene der biegsamen Platte senkrecht stehen.

Auf diese Weise gelingt es, den Masseanteil der steifen Körper im Verhältnis zur Gesamtmasse der S biegsamen Platte erheblich zu steigern und gleichzeitig dadurch, daß im Querschnitt der Platte jeweils nach außen hin sich das Verhältnis der steifen Körper zum nachgiebigen Material zu Gunsten des letzteren verändert, die Biegsamkeit der Platte trotz dieser Steigerung beizubehalten.

Eine gleichmäßig gute Biegsamkeit der Platten nach mehreren Richtungen erhält man, wenn man die Querschnitte der steifen Körper so wählt, daß sie in der Mitte zwischen den parallelen Außenflächen der Platte am größten sind, vorzugsweise die steifen Körper als Rotationskörper ausbildet.

In einem Spezialfall der Form der steifen Körper, nämlich in dem Fall, daß die steifen Körper eine geringere Längserstreckung besitzen als die Plattendicke beträgt, sollen die steifen Körper ihre Querschnittsgröße in entgegengesetzten Richtungen vermindern.

Eine Reihe von Ausführungsbeispielen wird nunmehr an Hand der Zeichnung beschrieben. Es zeigt
F i g. 1 eine perspektivische Ansicht der biegsamen Platte,

F i g. 2 eine vergrößerte perspektivische Ansicht eines der Platte längs der Ebene2-2 in Fig. 1 geschnitten, mit einer Vielzahl von steifen und regelmäßig angeordneten Ellipsoiden,

F i g. 3 eine Aufsicht auf einen Teil der Platte nach F i g. 2 bei regelmäßiger Anordnung der Ellipsoide in den Eckpunkten von Quadraten,

F i g. 4 im Schnitt die Verhältnisse bei außerordentlich starker Biegung der Platte,

F i g. 5 eine Aufsicht auf eine Platte, bei der die steifen Körper in den Eckpunkten von gleichseitigen Dreiecken angeordnet sind,

F i g. 6 eine Schnittsicht einer anderen Ausführungsform mit festen Körpern, die an ihren beiden Enden kegelstumpfartig abgeschnitten sind,

F i g. 7 eine vergrößerte Ansicht eines der steifen Körper in F i g. 6 in Form eines an seinen beiden Enden abgeschnittenen oder abgestumpften Ellipsoids, F i g. 8 eine perspektivische Darstellung der abgeschnittenen steifen Körper in quadratischer Anordnung, zusammen mit kleineren steifen Körpern geringerer Länge in den Zwischenräumen,

F i g. 9 eine Aufsicht auf die in F i g. 8 perspektivisch dargestellte gegenseitige Anordnung,

Fig. 10 eine perspektivische Ansicht eines der kleineren Körper in F i g. 8 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 Aufsicht auf eine andere Ausführungsform der Platte, bei welcher Halbellipsoide benutzt werden, die von den beiden Außenflächen des Trägermaterials in das Innere desselben hineinreichen,

F i g. 13 im Querschnitt die Ansicht längs der Schnittebene 13-13 in F i g. 12,

Fig. 14 einen Schnitt durch eine andere Ausführungsform der Platte, bei welcher Ellipsoide unter einem spitzen Winkel zur Normalen auf die Außenfläche des Trägermaterials angeordnet sind,

Fig. 15 eine weitere Ausführungsform mit einer

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guten Biegefähigkeit in einer Richtung und einer ge- Die Platte gemäß der Erfindung ist, wie auch in

ringeren Biegefähigkeit in der anderen Richtung und Fig. 4 veranschaulicht, in hohem Grade biegsam. Die

Fig. 16 eine weitere Ausführungsform, in welcher steifen Körper ermöglichen eine Abbiegung selbst

die festen Körper durch Doppelpyramiden gebildet mit sehr kleinen Krümmungsradien. Der nachgiebige

sind. 5 Trägerkörper dehnt sich bei 11 in Fig.4, während

In F i g. 1 ist die im ganzen mit S bezeichnete bieg- die äußeren Enden 12 der steifen Körper ihren ge-

same Platte sowohl in der Längsrichtung L als auch genseitigen Abstand vergrößern. Bei 13 wird der

in der Querrichtung T biegsam. nachgiebige Trägerkörper stark komprimiert. Die

In Fig. 2 ist die PlatteS im Querschnitt darge- konvexen Außenflächen der steifen Körper bewegen

stellt. Ihre beiden Außenflächen sind mit 1 und 2 be- ίο sich bei diesem Biegungsvorgang gegeneinander. Der

zeichnet. Wenn die Platte als Strahlungsschutz be- geringste Abstand zwischen den steifen Körpern

nutzt werden soll, kann ihre Dicke etwa 0,8 mm bis wandert von der Mitte des blattförmigen Materials

etwa 2,5 cm oder mehr betragen, wird sich aber im nach innen, und zwar in einem Maße, welches von

allgemeinen zwischen 3 mm und 16 mm bewegen. der Stärke der Biegung abhängt. Die strichpunktierte

In eine Matrix 3 ist eine Reihe von länglichen Kör- 15 Linie 15 in F i g. 4 zeigt etwa den Ort des geringsten

pern 4 eingebettet, die aus einem steifen Material be- Abstandes der steifen Körper an. Wenn die

stehen. Für Zwecke der Strahlenabschirmung beste- Biegungskräfte verschwinden, kehrt die biegsame

hen diese Körper beispielsweise aus Wolfram oder Platte wieder in die in Fig. 2 dargestellte Lage

aus Blei, das die auffallende Kernstrahlung absorbie- zurück.

ren kann. Für Schallabsorptionszwecke kann man 20 Die bevorzugte Form für die steifen Körper ist die

wegen ihrer hohen Dichte dieselben Baustoffe ver- Form eines Rotationsellipsoids,

wenden, und zwar zusammen mit beliebigen anderen Die relative Menge des steifen Materials innerhalb

verhältnismäßig schweren Baustoffen. der biegsamen Platte kann als der prozentuale Anteil

Bei der Ausführungsform nach F i g. 2 haben die der festen Körper am ganzen Plattenvolumen ausgesteifen Körper eine Länge von etwa der Dickenab- 25 drückt werden. Eine homogene biegsame Platte ohne messung der biegsamen Platte, d. h. gleich dem Ab- Einbau irgendwelcher steifen Körper würde also stand der Außenfläche 1 von der Außenfläche 2. Die einen Anteil von 0% haben, und eine Platte, die voll-Enden 12 und 14 liegen dann also ganz nahe an den ständig aus dem steifen Baustoff besteht, würde Außenflächen 1 bzw. 2. Vorzugsweise sind die Kör- einen Anteil von 100 % haben. Die gemäß der Erfinper ellipsoidförmig, d. h. daß jeder Körper eine lange 30 dung hergestellten Platten liegen zwischen diesen beiAchse 5 und eine kurze Achse 6 besitzt. Die Körper 4 den Grenzwerten, da sie aus einer Mischung von steisind mit ihren langen Achsen 5 parallel zueinander fen Körpern und einem biegsamen Stoff bestehen, angeordnet und sind gleichmäßig verteilt, so daß die Der Volumenanteil an steifen Körpern hängt von Mittelpunkte von je vier einander benachbarten Kör- verschiedenen Faktoren ab, beispielsweise von der pern mit den Ecken eines in F i g. 3 strichpunktiert 35 Art der Anordung, der Form und dem Grade der abeingezeichneten Quadrates 7 zusammenfallen. geschnittenen Spitzen (F i g. 7) der steifen Körper,

Die Körper 4 können sich in der Mitte auch gegen- von dem ursprünglichen Abstand zwischen den stei-

seitig berühren. Vorzugsweise soll jedoch jeder Kör- fen Körpern im nicht abgebogenen Zustand der

per von dem nachgiebigen Trägermaterial vollständig Platte, der Benutzung von Ellipsoiden oder anderer

umhüllt werden, wie bei 8 in F i g. 2 dargestellt. 40 Formen für die steifen Körper usw. Theoretische Be-

Der Abstand jedes steifen Körpers von dem am rechnungen ergeben eine Zahl von etwa 90% als nächsten benachbarten steifen Körper kann entspre- maximalen prozentualen Anteil des steifen Baustoffs chend einem bestimmten geometrischen Muster be- bei Ellipsoiden, die am Ende sehr weitgehend abgemessen werden. Dabei sind quadratische Muster und schnitten sind und im Dreieckschema angeordnet dreieckige Muster die einfachsten Fälle. F i g. 3 zeigt 45 sind sowie sich im nicht abgebogenen Zustand in der eine quadratische Anordnung und F i g. 5 eine drei- Mitte fast gegenseitig berühren. Unter 50 % soll in eckige. Bei der quadratischen Anordnung liegen die der Praxis nicht gegangen werden,
langen Mittelachsen von vier steifen Körpern in den Die steifen Körper können sich nach Belieben an Eckpunkten eines Quadrates 7 in F i g. 3. Bei der drei- der Stelle ihres geringsten Abstandes berühren oder eckigen Anordnung liegen diese Mittelachsen in den 50 nicht. Vorzugsweise ist jeder steife Körper vollstän-Eckpunkten eines gleichseitigen Dreiecks 16 in dig von der nachgiebigen Masse umschlossen, so daß F i g. 5. Die dreieckige Anordnung erlaubt eine dich- die Platte bei jeder Art von Abbiegung ein zusamtere Packung als die quadratische Anordnung. Es menhängendes Bauelement darstellt. Die steifen Körsind auch noch andere Anordnungen möglich, die zu per berühren sich dann gegenseitig nicht, wenn die einer fertigen Platte von etwa vergleichbarer Bieg- 55 Platte nicht abgebogen wird. Der Abstand zwischen samkeit führen. den steifen Körpern ist sehr klein und beträgt nur

Eine weitere Ausführungsform ist in F i g. 6 darge- einen Bruchteil der Länge der kürzeren Achse der

stellt, in welcher die steifen Körper 19 an ihren En- Ellipsoide.

den bei 17 und 18 abgeschnitten oder abgeflacht Zur Strahlenabschirmung wird zweckmäßig auch

sind. Es entstehen also dort ebene Flächen, die in 60 der nachgiebige Baustoff derart gewählt, daß er auf-

den Ebenen 1' und 2' liegen. Eine vergrößerte Dar- fallende Kernstrahlung absorbiert. Man erreicht da-

stellung eines derartigen steifen Körpers 19 ist in durch zwei Vorteile. Zunächst wird die Absorption

F i g. 7 enthalten und stellt ein Ellipsoid mit abge- der ganzen Platte erhöht und somit das prozentuale

schnittenen Enden dar. Die Länge 20 des Körpers in Volumen an absorbierendem Material in der Platte

F i g. 7 ist etwa gleich der Dicke der biegsamen 65 gesteigert. Zweitens wird hinsichtlich der Absorption

Platte, und durch Abschneiden der Enden 21 und 22 die Platte homogener. Absorbierende nachgiebige

wird der Volumenanteil an festem Baustoff in der Baustoffe sind z. B. Bleigummi.

Platte noch erhöht. Bei den Platten gemäß Fig. 3 und 5 sind Zwi-

schenräume 60 zwischen den steifen Körpern 4 vorhanden. Um eine homogenere Platte zu erhalten, können diese Zwischenräume auch noch kleinere steife Körper aus dem selben Stoff wie die größeren steifen Körper 4 enthalten, ohne die gegenseitige Bewegung der größeren Körper 4 zu behindern. F i g. 8 zeigt eine derartige Anordnung, in welcher kleine steife Körper 61 in den Zwischenräumen zwischen den größeren steifen Körpern 4 vorhanden sind. In F i g. 8 ist ein quadratisches Anordnungsschema veranschaulicht, d. h. eine in der Aufsicht gemäß F i g. 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 Körper4 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 biegsamen Platte von höherem Volumenanteil an steifer Substanz für eine vergleichbare Spitzenabschneidung (F i g. 7) im Vergleich zu einer Platte ohne die zusätzlichen kleineren steifen Körper.

In Fig. 12 und 13 ist eine andere Ausführungsform dargestellt, bei welcher eine größere Homogenität des festen Anteiles in der Platte erreicht wird. Gemäß dieser Ausführungsform enthält eine im ganzen mit 50 bezeichnete Platte eine erste Reihe von HaIbellipsoiden 51 aus steifem Material, die mit ihren flachen Enden in der Nähe der einen Außenfläche der Platte liegen und sich in der Richtung auf die andere Außenfläche der Platte erstrecken. Eine zweite Reihe von Halbellipsoiden 52 ist gemäß Fig. 13 umgekehrt angeordnet. Der nachgiebige Baustoff ist mit 53 bezeichnet. Wenngleich eine Platte dieser Art sich nicht so weitgehend biegen läßt wie eine Platte gemäß Fig. 2, so hat doch die Anordnung nach Fig. 13 den Vorteil, daß Zwischenräume zwischen den festen Körpern bei der Betrachtungsrichtung senkrecht zur Plattenoberfläche weitgehend verschwinden, wie aus der in F i g. 12 dargestellten Aufsicht hervorgeht.

ίο Eine weitere Ausführungsform der Erfindung, die einen ähnlichen Vorteil besitzt, ist in Fig. 14 dargestellt. Im Falle der Fig. 14 besteht die im ganzen mit 55 bezeichnete Platte aus einer Vielzahl von steifen Ellipsoiden 56, ähnlich wie in F i g. 2, die jedoch unter einem Winkel Θ innerhalb des nachgiebigen Baustoffs 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.

In manchen Anwendungsfällen ist es erwünscht, eine 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 F i g. 15 dargestellt, in welcher eine im ganzen mit 58 bezeichnete Platte steife Körper in Form von Halbellipsoiden 59 enthält, die in einen nachgiebigen Baustoff 160 derart eingebaut sind, daß alle flachen Enden der Halbellipsoide in der Nähe der einen Plattenoberfläche liegen. Eine Platte dieser Art kann beispielsweise bequem zylindrisch zusammengerollt werden.

Man kann auch steife Körper verwenden, weiche nach außen nicht durchweg konvex gekrümmt sind, sofern nur der Querschnitt dieser Körper in Richtung der Plattenaußenflächen sich verkleinert. In F i g. 16 ist als Beispiel für diesen letzteren Fall eine im ganzen mit 161 bezeichnete Platte dargestellt, in welcher die steifen Körper 162 Doppelpyramiden sind und in einen nachgiebigen Baustoff 163 eingebettet sind.

Die dargestellten Pyramiden haben quadratischen Querschnitt, jedoch kann man auch andere polygonale Pyramiden verwenden oder kreisförmige Querschnitte, d. h. konische Körper an Stelle der Pyramiden benutzen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Biegsame Platte, in welcher steife Körper in regelmäßiger Verteilung in nachgiebigem Stoff eingelagert sind, um die Platte insbesondere bezüglich Absorption kurzwelliger Strahlungen oder bezüglich Absorption von Schallwellen den Eigenschaften der festen Körper anzunähern, dadurch gekennzeichnet, daß die steifen Körper (4, 51, 52, 56, 59, 61, 162) eine längliche Form aufweisen, mindestens nach ihrem einen Ende hin in ihrem Querschnitt abnehmen und in ihrer Längsrichtung wenigstens annähernd auf der Ebene der biegsamen Platte (S) senkrecht stehen.

2. Platte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnitte der steifen Körper in der Mitte zwischen den parallelen Außenflächen der Platte am größten sind und die steifen Körper vorzugsweise Rotationskörper sind (Fig. 2 bis 11, 14 bis 16).

3. Platte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß benachbarte steife Körper von geringerer Längserstreckung als die Plattendicke ihre Querschnittsgröße in entgegengesetzten Richtungen vermindern (Fig. 13).