DE2918096A1

DE2918096A1 - Selbst-belueftende anordnung

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Publication number: DE2918096A1
Application number: DE19792918096
Authority: DE
Inventors: Marion F Rudy
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1978-05-05
Filing date: 1979-05-04
Publication date: 1979-11-15
Anticipated expiration: 1999-05-05
Also published as: CA1086696A; FR2425007A2; MX150471A; SE7903039L; JPS633105B2; FR2425007B2; GB2034169B; GB2034169A; SE445944B; DE2918096C2; AU4671979A; AU525708B2; PH20338A; GB2020409B; JPS5531482A; IT1116063B; GB2020409A; IT7948946A0

Description

Patentanwälte Dipl.-Ing. H. VEieEMANNi'-Di.PL.-JPH^s^DR. K. Fincke

DiPL.-InG. F. A.^EICKMA'NNrDlPL.-CflEM. B. HUBER

Dr. Ing. H. Li ska

DXIIIH

8000 MÜNCHEN 86,
Η. POSTFACH 860820

MÖHLSTRASSE 22," RUFNUMMER 98 3921/22

Marion F. RUDY, 19001 Vintage Street, Northridge, Ca. 91324,

V.St.A.

Selbst-belüftende Anordnung

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Beschreibung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine selbst-belüftende Anordnung, wie beispielsweise eine pneumatische Hülle, welche sich in umgebender Luft bei Atmosphärendruck mit einem Absolutwert von etwa 1,029 kg/cm² befindet.

Bekannte pneumatische Anordnungen aus elastomerem Material werden gewöhnlich durch Luft auf einen gewünschten Anfangsdruck oberhalb der Umgebungstemperatur belüftet bzw. aufgeblasen . Bei diesen Anordnungen kann die Luft sowohl bei Benutzung als auch bei Nichtbenutzung der Anordnung sehr schnell ausdiffundieren, so daß die Anordnung schnell "schwach" und damit unbrauchbar wird. Darüber hinaus dehnt sich in vielen Fällen das elastomere Material unter Druck, wodurch das Innenvolumen erhöht und die Anordnung schnell nicht mehr handhabbar wird. Auch eine auf die Anordnungen wirkende Belastung erhöht den Luftdruck in ihnen, wodurch die Ausdiffusion eines Teils der Luft durch das elastomere Material beschleunigt und bei entfernter Belastung eine schnellere Abnahme des Drucks, unter den Anfangswert bewirkt wird. Eine' wiederholte Aufbringung und Entfernung der,Belastung führt zu einer progressiven Abnahme des Innenluftdrucks, wodurch die Anordnung sehr schnell ihre Nutzbarkeit verliert. Die meisten Gase verhalten sich gleichartig, so daß der Druck in einer pneumatischen Anordnung in relativ kurzen Zeitperioden auf einen sehr kleinen Wert abnimmt.

Im Gegensatz dazu ist bei einer selbst-belüftenden·Anordnung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, daß sie eine abgedichtete Kammer aufweist, von der wenigstens ein Teil durch ein Außenluft mit Atmosphärendruck ausgesetztes elastomeres Material gebildet ist, daß die Kammer anfänglich wenigstens ein Gas enthält, und daß das elastomere Material für das Gas eine so kleine Permeabilität besitzt,

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daß das Gas nicht aus der Kammer ausdiffundieren kann und für die Außenluft eine so hohe Permeabilität besitzt, daß die Außenluft in die Kammer eindiffundieren kann, -wodurch eine Gas-Luft-Mischung in der Kammer gebildet wird.

Bei erfindungsgemäßen Anordnungen oder Hüllen erfolgt anfänglich eine teilweise oder vollständige Belüftung bis zu einem gewünschten Druck durch ein von Luft verschiedenes Gas, durch eine Mischung von von Luft verschiedenen Gasen oder durch eine Mischung derartiger Gase und Luft. Der Umgebungsluft wird dann durch einen selektiven Diffusionsprozeß Energie entzogen, um den Wert der Potentialenergie in der Hülle durch Erhöhung des Drucks in ihr anzuheben und/ oder die Hülle nutzbare Arbeit ausführen zu lassen.

Der Entzug von Energie aus der umgebenden Luft entweder zur Erzeugung einer erhöhten Druckenergie in der Hülle oder zur Erzeugung nutzbarer Arbeit wird als "Diffusionspumpen" bezeichnet, wobei es sich um ein selbst unter Druck setzen handelt.

Der Diffusionspumpvorgang kann in einfacher Weise folgendermaßen beschrieben werden. Im Rahmen vorliegender Erfindung ist das für die Belüftung einer elastomeren pneumatischen Anordnung verwendete Gase von der die Anordnung umgebenden Luft verschieden oder es ist wenigstens teilweise von der die Anordnung umgebenden Luft verschieden. Das belüftende Gas (das hier als "Supergas" bezeichnet wird) wird aus einer Gruppe von Gasen gewählt, welche große Moleküle und kleine Löslichkeitskoeffizienten besitzen. Ein derartiges Gas zeigt sehr kleine Permeabilitäten und eine Unfähigkeit, leicht durch Hüllen zu diffundieren, welche wenigstens teilweise aus elastomeren Materialien hergestellt sind. Bei einer von Luft umgebenen elastomeren Hülle ist darauf hinzuweisen, daß der Druck in der Hülle nach der anfänglichen Belüftung vergleichsweise schnell steigt. Es wird angenommen, daß der Druckanstieg

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sich daraus ergibt, daß Stickstoff, Sauerstoff und Argon aus der umgebenden Luft durch die Hülle in deren Inneres diffundieren, bis der Partialdruck der Luft in der Hülle gleich dem Atmosphärendruck außerhalb der Hülle ist. Da das anfängliche Belüftungsgas lediglich sehr langsam aus der Hülle ausdiffundieren kann, wodurch im wesentlichen kein Druckverlust auftritt, wärend die Umgebungsluft nach innen diffundiert, steigt der Gesamtdruck in der Hülle daher beträchtlich. Dieser Gesamtdruck ist daher die Summe"der Partialdrücke der Luft in der Hülle und des Drucks des anfänglichen Belüftungsgases in der Hülle.

In bestimmten Anordnungen steigt der Druck während der ersten zwei bis vier Monate der Diffusionspumpwirkung über den anfänglichen Belüftungsdruck und beginnt dann langsam zu fallen. Wenn der Gesamtdruck seinen Spitzenwert erreicht, ist der Diffusionspumpeffekt so weit fortgeschritten, daß der Partialdruck der Luft in der Anordnung seinen maximal möglichen Wert von 1,029 kg/cm² absolut erreicht hat. An dieser Stelle sind im Prozeß zwei wichtige Vorgänge aufgetreten. Erstens ist die Hülle nunmehr mit einer maximalen Menge eines druckbildenden Mediums" (Luft) gefüllt, welche nichtaus der Anordnung ausdiffundieren kann, weil der Druck der Innenluft im Gleichgewicht mit dem Druck der Außenluft ist, d.h. es liegt jeweils ein Absolutdruck von 1,029 kg/cm² vor. Zweitens ist nun der Supergas-Druck kleiner als bei der anfänglichen Belüftung, was sich primär aus einer Zunahme im Volumen der Anordnung aufgrund einer Dehnung des elastomeren Films'ergibt. Bei kleinerem Druck wird die normalerweise sehr kleine Diffusionsrate des Supergases auf noch kleinere Werte reduziert. Beide Effekte, d.h., Maximalluft bei Gleichgewichtsdruck und minimaler Supergasdruck tragen zu einer lang anhaltenden Druckwirkung mit im wesentlichen konstantem Druck bei. Diese Art der Druckwirkung wird im Rahmen der Erfindung als "permanente Belüftungstechnik" bezeichnet.

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Nach Erreichen des Spitzendruckes ist der Betrag der Abnahme sehr klein, so daß der Gesamtdruck in der Hülle für etwa 2 Jahre oder langer über dem Anfangsdruck bleibt, was von dem, speziell verwendeten Belüftungsgas, dem Material, aus dem die Hülle hergestellt ist und dem Belüftungsdruck abhängt. Wie oben ausgeführt, kann sich die Druckabnahme fortsetzen, wobei der Druck in der Hülle jedoch aufgrund der kleinen Diffusionsrate des Gases aus der Hülle ausreichend hoch bleibt, so daß die elastomere Hülle für mehrere zusätzliche Jahre effektiv benutzbar bleibt. Die Hülle ist daher im wesentlichen permanent belüftet -bzw. aufgeblasen.

Erfindungsgemäß bleibt die Anordnung nicht nur permanent belüftet bzw. aufgeblasen, sondern der Diffusionspumpeffekt hält auch einen im wesentlichen konstanten Druck in der Anordnung aufrecht, selbst wenn das Anfangsvolumen aufgrund einer Dehnung des elastomeren Materials zunimmt. Wenn eine solche Volumenzunahme auftritt, diffundiert zusätzliche Umgebungsluft in die Anordnung und hält den Luftdruck unabhängig von Volumenzunahmen aufrecht. Weiterhin kann der Diffusionspumpeffekt den Innendruck auf einem relativ konstanten Pegel halten, wenn die Anordnung wiederholt Wechselbelastungen unterworfen wird, was im folgenden noch genauer erläutert wird.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird eine in einer umgebenden Luftatmosphäre befindliche elastomere Anordnung teilweise oder vollständig bis zu einem nicht voll ausgedehnten Volumen· mit einem oder mehreren speziellen Supergasen gefüllt, wobei der Druck in der Anordnung bzw. der Hülle über den Druck ansteigt, auf den sie anfänglich belüftet wurde> ohne daß die Gefahr einer Volumeriabnahme der Hülle besteht oder ein zusätzliches gasförmiges Medium in die Hülle injiziert wird.

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Gemäß einer weiteren Ausführungsforxn der Erfindung wird eine in einer, umgebenden Luftatmosphäre befindliche elastomere Anordnung bzw. Hülle anfänglich voll mit einem oder mehreren Gasen auf einen vorgegebenen Druck belüftet bzw. aufgeblasen, wobei der Druck in der Anordnung bzw.. Hülle über den anfänglichen Belüftungsdruck durch Entnahme von Energie aus der umgebenden Luft erhöht wird, ohne daß das Volumen der Anordnung bzw. der Hülle verringert werden oder mechanisch ein zusätzliches gasförmiges Medium in die Anordnung bzw. Hülle eingebracht werden muß. .

Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird eine in einer umgebenden Luftatmosphäre befindliche elastomere Anordnung bzw. Hülle teilweise oder vollständig mit einem oder mehreren speziellen Gasen gefüllt, wobei sie aus der atmosphärischen Luft Energie entnimmt und dabei nutzbare Arbeit leistet.

Schließlich wird bei einer Ausführungsform der Erfindung eine dauernde Belüftung einer Anordnung durchgeführt, wobei als ' Belüftungsmedien eine maximale Menge von Luft, welche sich mit dem Druck der äußeren Umgebungsluft bei einem absoluten Druckwert von 1,029 kg/cm² im Gleichgewichtszustand befindet, und eine minimale Menge eines Supergases verwendet wird. Diese permanente Belüftungstechnik trägt daher zu einer Langzeitbelüftung bei einem relativ konstanten Druck bei. Dabei handelt es sich auch um eine billige Ausführung, da die Hauptkomponente Luft automatisch und kostenlos in die Anordnung eintritt.

Spezielle Ausgestaltungen· des Erfindungsgedankens sind in Unteransprüchen gekennzeichnet.

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Die Erfindung wird im folgenden anhand von in den Figuren der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine ebene Aufsicht einer erfindungsgemäß ausgebildeten Einlegesohle;

Fig. 2 einen Schnitt in einer Ebene 2-2 in Fig. 1, aus dem ersichtlich ist, daß die Einlegesohle aus einer dünnen Schicht aus einem elastomeren Material mit rohrförmigen belüfteten Kammern hergestellt und in einer Schuhsohle eingekapselt ist;

Fig. 3 eine ebene Aufsicht einer dämpfenden oder stoßabsorbierenden Anordnung gemäß der Erfindung;

Fig. 4 einen Schnitt in einer Ebene 4-4 in Fig. 3,.aus dem ersichtlich ist, daß die dämpfende Anordnung aus einem dünnen Film aus elastomerem Material mit voll belüfteten kugelförmigen Kammern hergestellt ist;

Fig. 5 eine perspektivische Ansicht einer selbst-belüfteten Hüllen- bzw. Gebäudestruktur gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 6 einen, vergrößerten Schnitt in einer Ebene 6-6 in Fig. 5;

Fig. 7 einen Vertikalschnitt durch eine weitere Ausführungsform der Erfindung mit einer ein Anfangsvolumen aufweisenden und ein lasttragendes Gas enthaltenden Kammer;

Fig. 8 eine der Darstellung nach Fig. 7 entsprechende Darstellung der auf ein größeres Volumen expandierten Kammer;

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Fig. 9 ein Diagramm von Drücken in miteinander in Verbindung stehenden Kammern der Anordnung nach den Fig. 1 und 2 als 'Funktion der Zeit bei Verwendung von verschiedenen Gasen zur anfänglichen Belüftung der Kammern;

Fig. 10 ein Diagramm in vergrößertem Maßstab eines Teils der linken Seite im Diagramm nach Fig. 9;

Fig. 11 ein Diagramm für den Druck in miteinander in Verbindung stehenden Kammern der Anordnung nach .den Fig. 1 und 2 als Funktion der Zeit für eine aus verschiedenen elastomeren Materialien hergestellte Einlegesohle und für eine anfängliche Belüftung mit dem gleichen Gas (C₂Fg);

Fig. 12 ein dem Diagramm nach Fig. 11 entsprechendes Diagramm, aus dem die relativ größere Diffusionsrate für durch representative Polymerfilme diffundierenden Stickstoff ersichtlich ist;

Fig. 13 ein Diagramm, aus dem der Diffusionspumpeffekt der elastomeren Kammern aufgrund der Rückdiffusion von Luft in die Kammern ersichtlich ist;

Fig. 14 ein dem Diagramm nach Fig. 13 entsprechendes Diagramm, aus dem der Druckanstieg aufgrund des Diffusionspumpeffektes in den elastomeren Kammern für unterschiedliche, anfänglich in den Kammern befindliche Mischungen von Luft und einem anderen Gas ersichtlich ist;

Fig. 15 ein Säulenschaubild, aus dem der prozentuale Druckanstieg aufgrund des Diffusionspumpeffektes in Hüllen mit konstantem Volumen ersichtlich ist, welche anfänglich mit einem speziellen Gas bei verschiedenen unterschiedlichen Drucken gefüllt ist;

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Fig. 16 eine-andere Einsicht der unter Druck stehenden Anordnung nach Fig. 5, wobei die Anordnung 100 %ig mit Luft belüftet und der Druck mittels einer elektrischen Motor-Pumpenkombination auf einem geeigneten Wert gehalten wird;

Fig. 16a ein Säulenschaubild, aus dem die Art eines zur Aufrechterhaltung des erforderlichen Druckes in der Anordnung nach Fig. 16 erforderlichen gasförmigen Mediums ersichtlich ist;

Fig. 17 eine weitere Ansicht der unter Druck stehenden Anordnung nach Fig. 5/ welche mit Supergas und Luft belüftet ist;

Fig. 17a ein Säulenschaubild, aus dem die Komponenten des gasförmigen Mediums zur Aufrechterhaltung des erforderlichen Druckes in der Anordnung nach Fig. 17 ersichtlich sind;

Fig. 18 , ein Säulenschaubild, aus dem die relativen Mengen von Luft und Supergas in einer belüftbaren Anordnung sowohl im Punkt der Anfangsbelüftung als auch nach dem Errichten der Anordnung aus einem zusammengefallenen Zustand in einen Zustand mit vollem Druck durch Diffusionspumpen ersichtlich sind; und

Fig. 19, 20 und 21 jeweils ein Säulenschaubild, aus dem die Änderung der Drucke von Supergas und Luft in der belüftbaren Anordnung während Änderungen in der Umgebungstemperatur und der Selbstkompensationseffekt des Diffusionspumpens ersichtlich sind.

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In den Figuren der Zeichnung sind mehrere Ausfuhrungsformen der erfindungsgemäßen Anordnung beispielsweise dargestellt. Die Fig·1 und 2 zeigen eine Ausführungsform einer für Schuhwerk geeigneten Einlegesohle, wie sie in zwei schwebenden Patentanmeldungen (Aktenzeichen der US-Patentanmeldungen 830 589 und 759 429) näher beschrieben sind. Dabei sind ein Paar von elastomeren permeablen Schichten 10 und 11 in gewünschten Abständen längs Schweißlinien 12 zur Bildung von miteinander in Verbindung stehenden Kammern 13 miteinander verbunden, wobei die Kammern später mit einem Gas oder einer Mischung aus Gasen bis zu einem vorgegebenen Druck oberhalb des Ätmosphärendruckes belüftet werden. Das gewählte Gas bzw. die gewählten Gase besitzen in Bezug auf die durchlässigen Schichten zum Äußeren der Kammern hin sehr kleine Diffusionsraten, während Stickstoff, Sauerstoff und Argon der umgebenden Luft sehr große Diffusionsraten durch die Schichten in die Kammern besitzen, wodurch ein Anstieg des Gesamtdruckes (Potentialenergiepegel) in den Kammern entsteht/ welcher aus einem Diffusionspumpeffekt resultiert. Dabei handelt es sich um die Addition der Partialdrücke von Stickstoff, Sauerstoff und Argon der Luft zum Partialdruck des Gases oder der Gase in den Kammern.

Aufgrund der zusammenwirkenden Effekte des Diffusionspumpens und der permanenten Belüftungstechnik haben derartige Anordnungen eine brauchbare Lebensdauer von über 5 Jahren.

Die Einlegesohle kann allein in einen Schuh eingelegt werden oder gemäß Fig. 2 in einem kompressiblen Einkapslungsmaterial 14, wie beispielsweise einem kompressiblen Polyurethan-Schaum, angeordnet werden, wodurch eine Zwischensohe 15 mit einer daran befestigten Außensohle 16 gebildet wird.

übereine Periode von 5 Jahren durchgeführte Belüftungstests für mit Kammern versehenen Ausführungsformen von Einlegesohlen,

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wie sie in den Fig. 1 und 2 dargestellt sind, wobei die Kammern mit verschiedenen unter Drück stehenden Gasen mit grossen Molekülen und kleinem Löslichkeitskoeffizienten gefüllt sind, sind in den Diagrammen nach Fig. 9 und 10 dargestellt. Die Kurven ergeben sich durch Auftragen des über dem Atmosphärendruck liegenden pneumatischen Druckes über der Zeit, wobei als Material für die Herstellung der Einlegesohle Polyurethan verwendet wird. Für eine Kurve A ist das belüftende gasförmige Medium Hexafluoräthan (C₂Fg),- wobei der anfängliche Belüftungsüberdruck 1,4 kg/cm² beträgt. Es ist zu bemerken, daß der Druck in den Kammern zunächst in einer Periode von etwa 1 Woche leicht abfällt und dann zu steigen beginnt, wobei in etwas mehr als 3 Monaten ein maximaler überdruck von etwa 1,652 kg/cm² erreicht wird. Es wird angenommen, daß der anfängliche Druckabfall sich aufgrund der Anfangsvolumenzunahme der Kammern 13 durch eine Entspannung des elastomeren Materials ergibt. Nach Erreichen eines Spitzenwertes nimmt der Druck dann nach einem Gesamtzeitablauf von 2 Jahren graduell auf einen Wert von etwa 1,47 kg/cm² ab. Es wird angenommen, daß die Aufrechterhaltung des Druckes über eine derartig große Zeitperiode durch die nach innen gerichtete Diffusion von Stickstoff, Sauerstoff und Argon in die Kammern der aus Polyurethan hergestellten Einlegesohle bedingt ist.

Die Ergebnisse von Belüftungstests unter Verwendung anderer Belüftungsgase mit großen Molekülen sind in Kurven B, C, D, E, F, G und H dargestellt, wobei die entsprechenden Gase an der jeweiligen Kurve angegeben sind. In jedem Fall nimmt der Druck zunächst zu und fällt dann mit sehr kleinen Beträgen ab. Bei der Kurve B, welche die Belüftung mit Schwefelhexafluorid (SFg) zeigt, fällt der Druck nach 2 Jahren auf etwa 1,4 kg/cm² ab. Bei Octafluorcyclobutan (C₃Fg) gemäß Kurve C fällt der Gesamtüberdruck nach 1 Jahr auf 1,4 kg/cm² und nach 2 Jahren auf etwa 1,155 kg/cm² ab. Für das Gas gemäß

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Kurve D fällt der überdruck nach 2 Jahren auf 0,98 kg/cm² ab. Für Fälle, in denen der überdruck in einer Periode von 2 Jahren unter 1,4 kg/cm² fällt, wie dies für die Kurven C und D der Fall ist, verbleibt der Gesamtdruck in den Kammern dennoch auf einem geeigneten Wert zur Stützung des Fusses des Schuhträgers.

Im Gegensatz zu den Gasen nach den Kurven A bis einschließlich H verlieren die Gase gemäß dem linken Teil von Fig. 9 ihren' Druck relativ schnell. Der linke untere Endbereich- des Diagramms nach Fig. 9 ist in Fig. 10 in wesentlich vergrößertem Maßstab dargestellt. In jedem Fall sind die Kammern aus Polyurethan mit einem überdruck von 1,4 kg/cm² belüftet. Kammern, welche mit Wasserstoff, Stickstoffoxydul, Kohlenstoff dioxid oder Sauerstoff belüftet werden, verlieren ihren gesamten Druck in 10 bis 40 h, wobei sie "flach" oder voll entlüftet werden. Mit Freon 22 (CHClF₀) belüftete Kammern verlieren ihren gesamten Druck in etwa 3 Tagen, mit Xenon, Argon und Crypton belüftete Kammern in weniger als 6- Tagen, mit Freon 12 (CCl₂F₂) belüftete Kammern in 18 Tagen und mit Methan (CHJ belüftete Kammern in 22 Tagen. Eine anfänglich mit Stickstoff mit einem überdruck von 1,4 kg/cm² belüftete Kammern verliert ihren Druck nach 40 Tagen bis auf einen Wert von wenig mehr als 0,14 kg/cm². In allen diesen Fällen werden anfänglich belüftete Kammern im Vergleich zur Aufrechterhaltung des Druckes in mit den Gasen nach den Kurven A bis einschließlich H gemäß Fig. 9 belüfteten Gasen nach relativ kurzen Zeitperioden unwirksam.

Die zur anfänglichen Belüftung der Kammern aus elastomerem Material benutzten Gase können abgesehen von einem extrem kleinen Betrag nicht aus den Kammern heraus diffundieren. Diese Gase werden im folgenden auch als "Supergase" bezeichnet. Dabei handelt es.sich um folgende Gase: Hexafluoräthan, Schwefelhexafluorid, Perfluorpropan,

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Perfluorbutan; Perfluorpentan, Perfluorhexan, Perfluorheptan, Octafluorcyclobutan, Perfluorcyclobutan, Hexafluorpropylen, Tetrafluormethan, Monochlorpentafluoräthan, 1,2-Dichlortetrafluoräthan, 1,1,2-Trichlor-i,2,2-trifluoräthan, Chlortrifluoräthylen, Bromtrifluorraethan und Monochlortrifluormethan.

Die Supergase haben die folgenden gemeinsamen Eigenschaften: Ungewöhnlich große Makromoleküle, sehr kleine Löslichkeitskoeffizienten, .inert, nicht polar, gleichförmig/symmetrische, kugelförmige, rundliche (abgeblattet oder gestreckt) oder symmetrisch vernetzte Molekulargestalt, ungiftig, nicht brennbar, nicht korrodierend für Metalle, ausgezeichnete dielektrische Gase und Flüssigkeiten, hohe Elektronenbindungen und hohe Elektroneneinfangfähigkeit, technisch herstellbar und wesentlich reduzierte Diffusionsraten durch alle Polymere, Elastomere und Kunststoffe (fester Film). Wenn Gas-, Flussigkeits- oder Gasmoleküle größer werden, werden sie normalerweise auch stärker polar. Das umgekehrte gilt für Supergase. Sie sind u.a. die am wehigsten polaren und am stärksten inerten Gase.

Typische Schichten oder Filme zur Herstellung von Einlegesohlen und anderen mit Kammern versehenen Anordnungen, welche hinsichtlich der Supergase richtig funktionieren, können aus der Gruppe folgender elastomerer Materialien ausgewählt werden: Polyurethan, Polyesterelastomer, Fluorelastomer, chloriniertes Polyäthylen, Polyvinylchlorid, chlorsulfoniertes Polyäthylen, Polyäthylen/Äthylenvinylacetat-Copolymer, Neopren, Butadienacrylnitril-Kautschuk, Butadienstyrol-Kautschuk, Äthylenpropylen-Polymer, natürlicher Kautschuk, hochfester Silikonkautschuk, Polyäthylen geringer Dichte, Adduktkautschuk, Sulfidkautschuk, Methylkautschuk und thermoplastischer Kautschuk.

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In den Kurven nach den Fig. 9 und 10 sind Diffusionsraten von Supergasen für Barrieren aus Polyurethan dargestellt. Das Diagramm nach Fig. 11 zeigt die Diffusionsraten von Hexafluoräthan durch verschiedene filmförmige Barrieren . aus repräsentativen Polymeren. Zur Gewinnung der Daten für jede Kurve wird in jeder Kammer ein überdruck von 1,4 kg/cm² erzeugt. Gemäß Kurve A wird bei einer filmförmigen Barriere aus mit Nylonstoff beschichtetem Urethan eine Druckzunahme von 0,56 kg/cm² erreicht, wobei der Druck in etwa 2 Jahren auf einen Gesamtüberdruck von etwa 1,918 kg/cm² abfällt. Der überdruck nimmt auf Maximalwerte über 1,4 kg/cm² zu und fällt dann gemäß den Kurven B, C, D-, E und F für die angegebenen Materialien für die Barrieren ab. Innerhalb von 2 Jahren liegt der auf dem die Barriere bildenden Film lastende Druck immer noch über dem Anfangsdruck von 1,4 kg/cm². Der überdruck für Filmbarrieren aus Polymer gemäß den Kurven G, H, I, J, K und L nimmt bis zu einem gewissen Grad über dem Anfangsdruck von 1,4 kg/cm² zu und fällt dann vom größeren Druck gemäß dem Diagramm unter 1,4 kg/cm².

Fig. 12 zeigt ein; Diagramm in vergrößertem Maßstab, aus dem die Diffusionsrate für Stickstoff mit einem Anfangsüberdruck von 1,4 kg/cm² für.Filmbarrieren aus an den Kurven angegebenen Polymeren ersichtlich ist. Die vergleichsweise hohe Diffusionsrate von Stickstoff durch die Barrierenfilme ergibt sich daraus, daß der Druck des restlichen Stickstoffgases in der Kammer in einer maximalen Periode von 2 Monaten mit Ausnahme bei PVDC und Butyl gemäß Kurve M nach Fig. 12 auf 0 abnimmt.

Der Diffusionspumpeffekt kann sinnfalligerweise an Hüllen aus elastomerem Material demonstriert werden, welche anfänglich mit kleinen Druckwerten belüftet werden. Beispielsweise der Druckanstieg in einer Einlegesohle, welche anfänglich mit einem Supergas, wie beispielsweise Hexafluoräthan mit einem Druck von 0,07 kg/cm² belüftet wird, ist durch Kurve 1 in Fig. 13

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dargestellt. Diese spezielle Einlegesohle ist aus einem relativ elastischem Material hergestellt, das bei einer Zunahme des Innendruckes eine Volumenzunähme von 40 bis 50 % erfährt, wobei der Druck in einer Zeitperiode von 6 bis 8 Wochen um etwa 550 % steigt. Würde der Diffusionspumpeffekt in einer Hülle mit konstantem Volumen auftreten, welche aus den speziellen elastomeren Materialien gemäß den oberen Kurven nach Fig. 11 hergestellt ist, so würde der Druckanstieg noch grosser sein. Er würde beispielsweise gemäß Kurve 2 in Fig. 13 1420 % betragen.

Die Säulenschaubilder nach Fig. 15 zeigen die prozentualen Druckzunahmen, welche in Hüllen mit konstantem Volumen möglich sind, die aus den speziellen elastomeren Materialien hergestellt und anfänglich mit 100 % Supergas mit den angegebenen Drucken gefüllt sind. Wie die Säulenschaubilder zeigen, tritt aufgrund des Diffusionspumpeffektes eine große prozentuale Druckerhöhung auf. Der maximale Schritt in der Druckzunahme beträgt 1,029 kg/cm² und liegt am Ende des Diffusionspumpvorgangs, wenn eine maximale Luftmenge in die Hülle diffundiert ist. Da dieser Schritt unabhängig vom Anfangsdruck konstant ist, wenn der Anfangsdruck klein ist, wird der prozentuale Druckanstieg groß. Beispielsweise tritt ein prozentualer Anstieg von 1420 % auf, wenn der Anfangs-Belüftungsüberdruck gleich 0,07 kg/cm² ist. Der Anstieg beträgt 2940 %, wenn der Anfangsüberdruck gleich 0,035 kg/cm²

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ist. Für einen Anfangsüberdruck von 0,7 kg/cm beträgt die entsprechende Zunahme 147 %.

Die Diffusion der Umgebungsluft in eine anfänglich mit einem Supergas belüftete Einlegesohle wird durch eine Analyse der in einer Einlegesohle nach Fig. 1 enthaltenen Gase bestätigt. Diese Einlegesohle wurde am 10. Dezember 1975 anfänglich mit reinem Schwefelhexafluorid-Gas bei einem Druck von 1,54 kg/cm² belüftet. Am 24. Januar 1978 nach etwas mehr als 2 Jahren nach

der anfänglichen Belüftung wurde der Druck in der Einlegesohle geprüft und ein überdruckwert von 1,365 kg/cm² festgestellt. In dem abgelaufenen Zeitraum von etwa 2 Jahren nahm die Einlegesohle in der Dicke um etwa 15,3 % zu, woraus folgt, daß das Volumen der Kammern in der Einlegesohle zugenommen hatte. Wäre das Volumen konstant geblieben, so wäre der Druck in der Einlegesohle nach etwa 2 Jahren größer als der gemessene Überdruck von 1,365 kg/cm² gewesen.

Die in der Einlegesohle befindlchen Gase wurden in der zweiten Januarhälfte 1978 massenspektrometrisch untersucht. Die Analyse hat gezeigt, daß die Einlegesohle 52 Vol.-% Luft (Stickstoff, Sauerstoff und Argon im gleichen Verhältnis, wie diese Elemente in der Umgebungsluft vorkommen), 47 Vol.-% Schwefelhexafluorid und 0,6 Vol.-% Kohlendioxid enthielt. Da die Kammern der Einlegesohle als Gas anfänglich 100 % Schwefelhexafluorid enthielten, zeigt die Analyse, daß in einer Zeitperiode von 2 Jahren Luft durch Diffusion durch die Hülle aus elastomerem Material in deren Inneres gepumpt wurde, während eine geringe Menge des ursprünglichen Schwefelhexafluorids durch das elastomere Material der Einlegesohle in die Atmosphäre diffundiert ist. .

Der in den Kammern der Einlegesohle gefundene Anteil von 0,6 % Kohlendioxid ist etwa der 20-fache Betrag der normalerweise in der Umgebungsluft vorhandenen Menge dieses Stoffes. Die relativ große Menge von Kohlendioxid ist typisch für Urethane und ergibt sich aus den Ausgasen aus dem Urethan-Film aus dessen Grundreagens.

Die Eindiffusion von Umgebungsluft in die Einlegesohle oder andere spezielle, Supergas enthaltende Anordnungen ergibt sich anfänglich aus der Aufrechterhaltung des Gesamtdruckes in der Einlegesohle auf oder nahe dem Anfangs-Belüftungsüberdruck, welcher beispielsweise etwa 1,4 kg/cm² · beträgt.

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Allerdings tritt ein großer Unterschied im Aufbau des Gasdruckes auf, welcher zum Gesamtüberdruck beigetragen hat,, nachdem die Einlegesohle belüftet wurde. Anfänglich rührt 100 % des Überdruckes (und auch des Absolutdruckes) in der Einlegesohle vom Supergas (SFg) her. Nach 2 Jahren hat sich das Volumen der Einlegesohle aufgrund der Dehnung der die Einlegesohlenkammern bildenden unter starker Spannung stehenden Hülle um 25 bis 40 % erhöht. Auch ist ein geringer Druckverlust aufgrund der Ausdiffusion des Supergases aus den ' ■ Kammern aufgetreten. Dennoch bleibt der nutzbare überdruck abgesehen von einer maßvollen zwischenzeitlichen Druckerhöhung während etwa der ersten zwei Monate nach der anfänglichen Belüftung (siehe Fig. 9) im wesentlichen unverändert. Wie die oben genannte massenspektrometrische Analyse zeigt, rührt 50 % oder mehr des nutzbaren Gesamtdruckes in der Einlegesohle vom Druck der Umgebungsluft her, welche in das System eindiffundiert ist. Es ist damit gezeigt, daß der Diffusionspumpeffekt stattgefunden hat und daß der angegebene Druckanstieg nicht das Ergebnis anderer Mechanismen, wie beispielsweise einer chemischen Reaktion des Gases mit dem Film oder einem Ausgasen des Filmes ist.

Der umgekehrte bzw. nach innen gerichtete Diffusionspumpeffekt der in die Hülle eintretenden Umgebungsluft, welche wenigstens eine geringe Menge von Supergas enthält, entzieht der umgebenden Atmosphäre während der Lebensdauer der Einlegesohle auf einer kontinuierlichen Basis automatisch Arbeitsenergie und fügt sie der in der Einlegesohle anfänglich ge- · speicherten Potentialdruckenergie in zeitlicher Sequenz hinzu, so daß die negativen Faktoren der Volumenzunahme aufgrund einer Zugentspannung des unter hoher Spannung stehenden Filmes, aufgrund der Absorption und Sättigung des Supergases in der Filmbarriere, aufgrund eines geringen Druckverlustes durch die Ausdiffusion des Supergases, aufgrund von äußeren Luftdruckänderungen als Funktion der Höhe und aufgrund

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eines inneren Luftdruckverlustes durch periodische Belastungen fast vollständig kompensiert werden.

Im Beispiel der Einlegesohle würde der nutzbare Überdruck von 1,4 kg/cm² in zwei bis drei Monaten primär wegen der Volumenzunahme der Hülle auf weniger als die Hälfte abnehmen, wenn der umgekehrte Diffusionspumpeffekt der Luft zusammen mit dem Supergas nicht vorhanden wäre. Für Anwendungen mit kleineren Drucken ist der Diffusionspumpeffekt von Luft von noch größerer Bedeutung.

Es ist wichtig, darauf hinzuweisen, daß der Partialdruck des Supergases in Kombination mit der Luft einem Bausteinsystem entspricht.Der Partialdruck des Supergases überlagert sich immer additiv mit dem Partialdruck der Luft im System. Der Beitrag des gesamten nutzbaren Überdruckes, der durch die Luft mit 1,029 kg/cm² geleistet wird, ist eine feste und stabile Grundlage für den Supergas-Druck. Der absolute Luftdruck von 1,029 kg/cm² geht niemals verloren, da er vollständig im Gleichgewicht mit dem Druck der Außenluft ist.

Dieser Sachverhalt trägt weiter zur Langzeitbelüftung der ' Einlegesohle bei, da die Druckkomponenten des Supergases dann weit kleiner als der anfängliche volle Gesamtdruck sind. Bei kleineren Differenzdrücken werden die normalerweise sehr kleinen Diffusionsraten des Supergases auf einen Bruchteil bei höheren Druckwerten reduziert, was zu einem Zustand einer virtuell dauernden Belüftung führt. Wie bereits oben angegeben,, wird diese Annäherung an eine langzeitige Unterdrucksetzung von Hüllen mit einem konstanten Druckpegel unter Verwendung einer maximalen Menge von Luft mit Gleichgewichtsdruck zum Außenluftdruck plus einer minimalen Menge eines oder mehrerer Supergase als Belüftungsmedien als "permanente Belüftungstechnik"bezeichnet.

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Treten langzeitige zyklische Belastungen und/oder Druckänderungen auf, so daß ein Ungleichgewicht zwischen dem Innen- und dem Umgebungsluftdruck auftritt, so trägt der Diffusionspumpeffekt der Luft in"gleichartiger und nützlicher Weise zur Erweiterung der nutzbaren Lebensdauer des Produktes bei. Wird beispielsweise eine Einlegesohle, welche auf Meereshöhe ein stabiles Luftgleichgewicht erreicht hat, auf eine größere Höhe gebracht, in welcher der Umgebungsluftdruck kleiner ist (beispielsweise in einem Flugzeug oder im Gebirge)-:, so ist ihre Festigkeit im Vergleich zu einer auf Meereshöhe hergestellten Einlegesohle größer als der Optimalwert. Die Luft übt eine selbstkompensierende Funktion aus, da der Luftdruck in der Einlegesohle größer als der Ausdruck ist, so daß eine Ausdiffusion auftritt, wodurch der überdruck unter Rückbildung der Einlegesohle in etwa in ihren ursprünglichen Zustand reduziert wird und die gewünschten Belastungseigenschaften erhalten bleiben.

Wird dieselbe Einlegesohle nun auf Meereshöhe zurückgebracht, so ist sie etwas weicher als erwünscht, da der Partialdruck der Luft in ihrem Inneren kleiner als der Umgebungsdruck ist. In einigen Stunden bringt der Diffusionspumpeffekt der Luft den Innenluftdruck jedoch auf den Gleichgewichtszustand zurück. Der Gesamtdruck in der Einlegesohle wird wiederum automatisch auf etwa den gewünschten nutzbaren überdruckwert zurückgebracht.

Die gleiche Wirkung tritt auf, wenn eine Person kontinuierlich für einen vollen Tag auf den Einlegesohlen steht. Während des Tages tritt aufgrund der durch die Person ausgeübten Belastung ein gewisser Luftdruckverlust auf. Während der Nacht, wenn die Belastung nicht mehr vorhanden ist, expandiert das Supergas die Einlegesohlen auf ihr volles Volumen, wodurch der Innendruck sinkt und durch den Diffusionspumpeffekt der Luftdruck erhöht wird, bis der Gleichgewichtswert von 1,029 kg/cm² des absoluten Druckes erreicht wird. Werden die Einlegesohlen

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am Morgen erneut durch die Person benutzt, so ist der am vorangegangenen Tag eingetretene Druckverlust für die Benutzung am folgenden Tag ausgeglichen. .

Es gibt viele weitere Änwendungsmoglichkeiten für Diffusionspumpe oder selbstdruckregelnde Systeme. Wie die Fig. 3 und 4 zeigen, ist ein Diffusionspumpsystem bei elastomeren Dämpfanordnungen verwendbar, wie sie beispielsweise in einer schwebenden Anmeldung der Anmelderin (Aktenzeichen der US-Patentanmeldung 844 080) beschrieben sind. Die Fig. 3 und 4 zeigen ein aus zwei Schichten 21 und 22 aus elastomerem Material gebildetes Segment einer dämpfenden Anordnung 20 mit kreisförmigen Schweißstellen 23 (beispielsweise durch Hochfrequenzheizung gebildet) zur Bildung von diskreten kugelförmigen Kammern 24, welche teilweise oder vollständig durch eines der oben genannten Supergase belüftet werden. Diese Gase haben eine kleine Diffusionsrate in Bezug auf das Material, aus dem die elastomeren Schichten hergestellt sind. Die kugelförmigen Kammern werden durch dünne elastische Filme oder Schichten des Materials und durch vollständiges Belüften gebildet.

Die die dämpfende Anordnung umgebende Luft diffundiert durch die Schichten in das Innere der Kammern 24, wodurch der Druck in den Kammern gemäß den Diagrammen nach den Fig. 9 und 11 über eine gewisse Zeitperiode erhöht wird-, wonach er mit einem sehr geringen Betrag abnimmt und über mehrere Jahre erhalten bleibt, wobei der Gesamtdruck in den Kammern auf einem brauchbaren Wert gehalten wird.

Die Erhöhung des Druckes kann im Bedarfsfall durch anfängliche Einbringung einer Mischung aus Supergas und Luft in die Kammern 24 verringert werden. Werden beispielsweise die dämpfenden Anordnungen für Verpackungsmaterialien verwendet, so können die unter Druck stehenden Kammern so belüftet werden, daß sie bei kleinen Überdrucken arbeiten, welche normalerweise kleiner als 0,14 kg/cm² sind. Dabei ist erforderlich, daß die Druckzunahme

aufgrund des Diffusionspumpeffektes durch die in die Kammer diffundierende Luft abgemildert wird. Dies kann dadurch erfolgen, daß die Kammern mit Mischungen aus Luft und Supergas belüftet werden. Beispielsweise führt eine Mischung von 25 % Supergas und 75 % Luft in den elastomeren Kammern 24 zu einem Überdruckanstieg von einem Anfangswert von 0,07 kg/cm²

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auf lediglich 0,154 kg/cm (siehe Fig. 14 Kurve 1). Die Druckanstiege anderer Mischungen von Luft und Supergas sind ebenfalls in Fig. 14 angegeben.

Wie in der oben genannten schwebenden Patentanmeldung der Anmelderin (Aktenzeichen der US-Patentanmeldung 844 080) angegeben ist, kann eine weitere Reduzierung des Druckanstieges erreicht werden, wenn die Druckkammern bei der anfänglichen Belüftung nicht auf ihr volles spannungsloses Volumen ausgedehnt, sondern unmittelbar nach der anfänglichen Belüftung in einem faltigen Zustand belassen werden. Dabei liegt der überdruck geringfügig über dem Wert 0 (1,029 kg/ cm² absoluter Druck des Supergases). Wenn der Druckanstieg aufgrund des.Diffusionspumpeffektes auftritt, dehnt sich das Kammervolumen aus und der Druck des Supergases fällt ab. Der. Schlüssel für diese Annäherung liegt darin, den Supergas-Partialdruck fallen zu lassen und den vorgegebenen Druck exakt.in dem Punkt zu erreichen, in dem die Kammern voll ausgedehnt sind. Die umgebende Luft tritt durch die elastomeren Filme in die Kammern ein, um in ihnen den Druck zu erhöhen. Das bedeutet, daß sich der Partialdruck der Luft zum Partialdruck des Supergases hinzuaddiert und einen Gesamtdruck erzeugt, welcher über dem Wert 0 des Überdruckes liegt. Das Volumen der Kammern dehnt sich jedoch aufgrund ihres anfänglichen faltigen Zustandes aus, wobei die Ausdehnung sich während des Diffusionspumpeffektes fortsetzt, bis das Endvolumen der Kammern erreicht ist. Zur Erreichung eines stabilen Zustandes und des gewünschten inneren Endüberdruckes, welcher beispielsweise 0,035 kg/cm² betragen kann, sind mehrere Wochen erforderlich. Dann hat der Luftdruck innerhalb der Anordnung einen Absolutwert von 1,029 kg/cm² erreicht und der Supergas-Druck

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ist auf 0,035 kg/cm² gefallen. Dies ist ein idealer Zustand für eine permanente Langzeitbelüftung, d.h., die Anordnung ist nun gemäß der oben genannten "Permanent-Belüftungstechnik" belüftet.

Eine weitere Anwendungsmöglichkeit des Erfindungsgedankens ist bei einer pneumatischen Diffusionspump-Liftanordnung gemäß den Fig. 7 und 8 gegeben. Diese Anordnung ist ein gutes Beispiel für die Ausnutzung des Diffusionspumpeffektes zu Arbeitszwecken. Ein permeabler belüftbarer Balg 30 ist an seinem unteren Ende durch eine Basis 31 und an seinem oberen Ende durch eine horizontale Plattform 32 abgeschlossen, auf der ein Gewicht W aufliegt. Der Balg 30 wird mit Supergas bis zu einem Maß belüftet, bei dem die Plattform eine gewünschte Höhe H₁ einnimmt. Da der überdruck, auf den die elastomere Hülle belüftet ist, immer das Gewicht W tragen muß, bleibt dieser überdruck konstant. Da die Energie des Sauerstoffs, Stickstoffs und Argons in der umgebenden Luft nach innen in die Hülle diffundiert, nimmt das Gasvolumen in der Hülle zu und die Plattform 32 mit dem auf ihr befindlichen Gewicht W hebt sich, wenn der Balg expandiert, bis dieser voll ausgedehnt ist. Die Plattform ist dann auf eine Höhe H2 angehoben. Die Plattform wird weiter angehoben, bis der Luftdruck in der Hülle einen Absolutwert von 1,029 kg/cm² (Ätmosphärendruck) auf Seehöhe bei 21,1⁰C erreicht. Zur Anhebung des Gewichtes W von der Höhe H₁ auf die Höhe H₂ ist keine äußere Energiequelle erforderlich. Die Anhebung ergibt sich automatisch aufgrund des Diffusionspumpeffektes, d.h., der Eindiffusion von Stickstoff, Sauerstoff und Argon aus der Umgebungsluft in die elastomere ausdehnbare Hülle 30. Der Gesamtdruck in der Hülle bleibt auf Atmosphärendruck plus dem Inkrement des Gesamtdruckes oberhalb Atmosphärendruckes, das für die Stützung des Gewichtes erforderlich ist.

Im Zeitpunkt der anfänglichen Belüftung ergibt sich der Gesamtdruck zu 100 % aus dem Supergas. Tritt Luft in die Hülle ein. und die Plattform steigt, so bleibt der Gesamtdruck konstant.

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Der Teil des Gesamtdruckes aufgrund des Partialdruckes der Luft steigt jedoch an, wenn die Plattform steigt. Entsprechend fällt der Partialdruck des Supergases. Die Plattform steigt weiter an, bis der Partialdruck der Luft den Maximalwert von 1,029 kg/cm² absolut erreicht. In diesem Punkt hat das Supergas den Minimalwert erreicht. Der Gesamtdruck (Luft + Supergas) hat sich jedoch nicht geändert. Er ist der gleiche wie im Zeitpunkt der Anfangsbelüftung.

Die Arbeit, welche durch den pneumatischen Lift geleistet werden kann, kann speziell in Anwendungsfällen mit größeren Abmessungen sehr beträchtlich sein. Die folgende Tabelle zeigt beispielsweise den Betrag an Arbeit, welcher durch drei verschiedene Ausführungsformen der Anordnung mit Plattformdurchmessern von 0,3048 m, 0,6096 m und 0,9144 m erreicht werden kann. In jedem Fall befindet sich auf der Plattform ein Gewicht von 454 kg, wobei der Balg mit 100 % Supergas auf eine Anfangshöhe von 0,3048 m angehoben wird.

Plattform-Durchmesser 0,3048 m 0,6096 m · 0,9144 m Maximale Höhe des Lifts (m) *0,506 2,027 4,563 Maximale Arbeit des Lifts

(m.kg)* 0,229 0,92 2,072

Relative Luftmenge (Einheit) 1,0 12 Relative Supergasmenge

(Einheit) 1,0 3 6

* Aufgrund des Diffusionspumpeffektes

Die vorstehend angegebenen Daten zeigen, daß größere Anordnungen effizienter sind. Beispielsweise eine Anordnung mit einem Durchmesser von 0,9144 m kann mit lediglich sechsmal mehr Supergas neunmal mehr Arbeit leisten als eine Anordnung mit einem Durchmesser von 0,3048 m. Die große Anordnung benötigt 55mal

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mehr Luft als die kleine Anordnung.

Eine weitere Anwendungsmöglichkeit des Erfindungsgedankens bietet sich in Verbindung mit Schutzhüllen oder Gehäusen 40, wie sie in den Fig. 5 und 6 dargestellt sind. Eine solche Hülle besitzt an rohrförmigen Bögen 42 befestigte Endwände 41 sowie an den Bögen 42 befestigte Seiten- und Deckwände 43 und 44,. rohrförmige Zwischenbögen 45 sowie rohrförmige elastomere Längselemente 46, deren Enden zur Bildung einer zusammenhängenden Struktur an den rohrförmigen Bögen 45 und 42 befestigt sind und mit diesen in Verbindung stehen.

Die Gesamtstruktur kann transportiert und in zusammengelegter Form gelagert werden, wobei in den miteinander in Verbindung stehenden rohrförmigen Elementen 42, 45, 46 weder Luft noch Gas enthalten ist. Die Endwände 41 sowie die Seiten- und Deckwände 43 und 44 sind flexibel, so daß sie gefaltet werden können. An der Stelle, an der die Hülle errichtet werden soll, wird eine geringe Menge eines der oben angegebenen Supergase in die miteinander verbundenen rohrförmigen Elemente 42, 44 und 46 gepumpt. Die Menge an Supergas muß lediglich ausreichen, damit sich die rohrförmigen Elemente auf etwa 1/10 bis 1/5 ihres maximalen voll aufgeblasenen Zustandes aufweiten können. Der überdruck des Supergases ist dann im wesentlichen 0 (d.h., er liegt lediglich geringfügig über dem Umgebungsabsblutdruck von 1,029 kg/cm ). Die Struktur befindet sich dann noch in einem faltigen Zustand und ist lediglich so weit aufgeweitet, daß sie sich etwas über den Boden erhebt. Nun ist die Struktur fertig für einen Energietransfer durch den Diffusionspumpeffekt, wodurch sie sich selbst in einen voll aufgerichteten und festen Zustand aufbläst.

Der Diffusionspumpeffekt bewirkt, daß sich die rohrförmigen Elemente aufblasen und in ihre bogenförmige oder gerade Gestalt ausdehnen, bis sie einen festen Zustand annehmen. Dabei

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ORIGINAL INSPECTED

sind dann die Endwände 41 sowie die Seiten- und Deckwände 43 und 44 gestreckt. Während der Errichtung der Struktur wird durch den Diffusionspumpeffekt ein beträchtlicher Betrag an Arbeit geleistet.

Der Druck bleibt über längere Perioden auf den gewünschten erhöhten Werten, da die voll errichtete Struktur durch die "permanente Belüftungstechnik" unter Druck steht. Die Hülle 40 ist ohne Belüftung im zusammengelegten Zustand leicht transportierbar und kann durch Supergas oder durch eine Mischung aus Supergas und Luft in einfacher Weise auf den gewünschten Druck oberhalb des Atmosphärendruckes gebracht werden, bei dem sie ihren voll errichteten und verfestigten Zustand einnimmt.

Die Vorteile des Diffusionspumpeffektes werden durch die Ausführungsform nach den Fig. 16 und 17 weiter beleuchtet. Fig. zeigt eine aufblasbare Struktur in ihrem voll unter Druck stehenden und errichteten Zustand, wobei lediglich Luft als aufblasendes Medium verwendet wird. In diesem Falle ist es notwendig, den Druck in der Struktur durch eine mechanische Pumpenanordnung 100 aufrecht zu erhalten, da die Pumpe neue Luft als Ersatz für die Luft zuführen muß, welche aus der Hülle ausdiffundiert. Das Säulenschaubild nach Fig. 16a zeigt diejenige Belüftung, welche durch die Pumpe 100 erzeugt wird, um Luft in die Bögen 42 und 45 sowie die Längselemente 46 zu drücken, bis der Luftdruck einen Absolutwert von 1,239 kg/ cm² erreicht hat.

Werden andererseits Supergas und der Diffusionspumpeffekt ausgenutzt, um die Struktur durch sich selbst aufzurichten, so bleibt für lange Zeitperioden ein voll verfestigter Zustand erhalten. Dies ist der Fall, weil am Ende des selbstdruckschaffenden Zyklus durch den Diffusionspumpeffekt die Hülle automatisch in den "permanenten Belüftungstechnik"-Zustand belüftet ist. Dieser Zustand ist in Fig. 17 dargestellt.

⁽ί

Das Säulenschaubild (Fig. 17a) zeigt/ daß die Belüftung der Struktur mit einer maximalen Luftmenge mit einem Absolutdruck von 1,029 kg/cm² und einer minimalen Supergasmenge (0,21 kg/cm² absolut) verbunden ist. Die geringe Menge an Supergas kann die Struktur in einem dauernd ausgerichteten Zustand halten, da das Supergas auf einem "Luftfundament" mit einem Druck von 1,029 kg/cm² ruht. Die Verwendung einer Luftpumpe zur Zuführung zu diesem System wie bei der Anordnung nach Fig. 16 ist nicht erforderlich. -■

Fig. 18 zeigt ein Säulenschaubild, aus dem der Druckzustand in der Struktur bei anfänglicher Belüftung (Säule A) .und am Ende des Diffusionspumpzyklus bei voll errichteter Struktur (Säule B) ersichtlich ist. Bei der Anfangsbe- . lüftung ergibt sich der Gesamtdruck zu 100 % aus dem Supergas. Der Supergas-Absolutdruck beträgt 1,05 kg/cm²/ was etwas oberhalb des Umgebungsdruckes liegt. Daher ist die Hülle lediglich geringfügig belüftet und befindet sich noch im wesentlichen in einem zusammengelegten Zustand. Ist der Diffusionspumpzyklus jedoch abgeschlossen und die Struktur voll aufgerichtet, so ist der Supergas-Absolutdruck um ein Fünftel bis ein Zehntel seines Ursprungswertes von 1,05 kg/cm² ge-, sunken und beträgt nunmehr 0,21 kg/cm . Dieser Druckabfall ergibt sich aus der Volumenzunahme der Hülle während des Aufrichtungsprozesses. Während dieses Vorgangs tritt weiter Luft in die Hülle ein, bis der Luftdruck in den rohrförmigen Elementen 42, 45 und 46 einen Absolutwert von 1,029 kg/cm² erreicht. Der Luftdruck liegt dann auf seinem Maximalwert, während der Druck des Supergases bei seinem Minimalwert liegt, wodurch wiederum die "permanente Belüftungstechnik" belegt wird.

Während der Belüftungszeit der Struktur in dieser Weise spielt der Diffusionspumpeffekt weiterhin eine wichtige Rolle. Beispielsweise kompensiert der Diffusionspumpeffekt Effekte, welche Änderungen in den Umgebungstemperaturen auf den Druck in der Hülle haben. Dieser Kompensationseffekt läßt sich

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anhand der Fig. 19, 20 und 21 erläutern.'Fig. 19 zeigt die Struktur an einem Sommertag bei 26,7°C. Eine Säule A zeigt die Werte des Partialdrucks von Luft und Supergas in der Struktur. Der Supergas-Absolutdruck von 0,21 kg/cm² reicht auf einem "Luftfundament" mit einem Absolutdruck von 1,029 kg/cm² aus, um die rohrförmigen Elemente der Struktur in starrem Zustand zu halten. Fällt jedoch die Temperatur der Außenluft von 26,O⁰C auf eine Temperatur von -17,8°C in der Nacht (Fig. 20), so werden sowohl der Supergasdruck als auch der Luftdruck in der Anordnung aufgrund des Kühlungseffektes reduziert. Der Gesamt-Absolutdruck von 1,05 kg/cm² in der Struktur reicht nicht aus, um die Anordnung vor dem Zusammenfallen zu bewahren. Die Anordnung fällt jedoch nicht zusammen, da bei sich graduell abkühlender Luft in der rohrförmigen Hülle eine Druckdifferenz zwischen der Außenluft und der Innenluft erzeugt wird, welche ein Eindiffundieren von Außenluft bewirkt, wodurch der Innenluftdruck auf 1,029 kg/ cm² gehalten wird. Zur Vereinfachung der Erklärung zeigt Fig. 20 den Zustand bei kalter Umgebungsluft in der Weise, als ob der Temperaturabfall augenblicklich stattfinden würde. Ein Vergleich des Außenluftdruckes (Säule B) mit dem Innenluftdruck (Säule A) zeigt eine Druckdifferenz für den Diffusionspumpeffekt von 0,154 kg/cm². Fig. 21 zeigt den Endgleichgewichtszustand für den kalten Tag und die Aufrechterhaltung des Innenluftdruckes auf 1,029 kg/cm² absolut unabhängig von Temperaturänderungen durch den Diffusionspumpeffekt, wodurch in der rohrförmigen Struktur ein ausreichender Gesamtdruck aufrechterhalten wird, um sie aufgerichtet und verfestigt zu halten. Der Überdruck von 0,175 kg/ cm² ergibt sich aus der Säule A in Fig. 21.

Die Struktur kann ebenfalls durch die "permanente Belüftungstechnik" im Zeitpunkt der anfänglichen Belüftung unter Druck gesetzt und aufgerichtet werden. Anstelle einer Belüftung

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mit 100 % Supergas, wobei der Belüftung ein Selbstaufrichtungszyklus folgt, kann die anfängliche Belüftung mit einer geeigneten Mischung aus Luft und Supergas erfolgen, um einen Luftpartialdruck von 1,029 kg/cm² absolut plus dem entsprechenden kleinen Druckbetrag durch das Supergas einzustellen. Eine Möglichkeit zur Durchführung dieses Vorgangs besteht darin, die Struktur mit einer Luftpumpe zunächst aufzurichten und voll zu belüften und dann eine geringe Menge an Supergas hinzuzusetzen. Jeder überschüssige Luftdruck (über dem Umgebungsdruck) wird durch Ausdiffundieren auf einen Gleichgewichtszustand abgebaut.

Eine andere Möglichkeit zur Ausnutzung des Diffusionspumpeffektes ergibt sich bei der Herstellung von Spielbällen, wie beispielsweise Tennisbällen, Volleybällen oder Basketbällen. Die Bälle sind hohl und aus einem elastomeren permeablen Material hergestellt. Sie werden anfänglich mit einer geeigneten Mischung aus Luft und Supergas bei Umgebungsdruck aufgeblasen, wonach der Druck im Ball automatisch durch Eindiffusion auf einen über dem Atmosphärendruck liegenden Druckwert ansteigt.

Nachdem sich das anfängliche volle Aufblasen als Ergebnis des Diffusionspumpeffektes ergeben hat, zeigen die Bälle dann die oben beschriebenen permanenten Aufblaseigenschaften. Daher bleiben die Bälle unbegrenzt lange aufgeblasen. Im Falle von Tennisbällen entfällt die Notwendigkeit der Ver- · packung der Bälle in hermetisch abgedichteten unter Druck stehenden Metallbehältern zur Aufrechterhaltung des richtigen Innendruckes.

Während der Verwendung verlieren die Bälle aufgrund des Nachaußendrückens von Stickstoff, Sauerstoff und Argon im Ball durch die permeable Membran einen gewissen Druck; werden., sie jedoch nicht benutzt, so tritt der Diffusionspumpeffekt

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wieder ein und der Gesamtdruck kehrt auf den gewünschten Wert zurück.

Der Diffusionspumpeffekt kann auch im oben beschriebenen Sinne Änderungen in der Höhe kompensieren. Eine derartige Kompensation ist speziell im Falle von Tennisbällen nützlich. Der Diffusionspumpeffekt hält den überdruck des Tennisballs auf jeder Höhe, auf der die Bälle benutzt werden, auf dem richtigen Wert (gewöhnlich 0,98 kg/cm² überdruck). Bei heutigen Tennisbällen müssen die Ballhersteller spezielle Bälle mit einem speziellen Druck für einige der Orte mit extremen Höhen herstellen.

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L e e r s-e if e

Claims

Patentansprüche

1. Selbst-belüftende Anordnung-, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine abgedichtete Kammer (13, 24, 30) aufweist, von

■ der wenigstens ein Teil durch ein Außenluft mit Atmosphärendruck ausgesetztes elastomeres Material gebildet ist, daß die Kammer (13, 24, 30) anfänglich wenigstens ein Gas enthält, und daß das elastomere Material für das Gas eine so kleine Permeabilität besitzt, daß das Gas" nicht aus der Kammer (13, 24, 30) ausdiffundieren kann, und für die Außenluft eine so hohe Permeabilität besitzt, daß die Außenluft in die Kammer (13, 24, 30) eindiffundieren kann, wodurch eine Gas-Luft-Mischung in der Kammer (13, 24, 30) gebildet wird.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (13, 24, 30) anfänglich wenigstens ein Gas mit Über-Atmosphärendruck enthält und daß Außenluft durch das elastomere Material diffundiert, wodurch sich der Luft-Partialdruck dem Anfangsgasdruck in der Kammer (13·, 24, 30) hinzuaddiert.

3. Anordnung nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (13, 24, 30) vollständig aus dem elastomeren Material gebildet ist.

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das oder die Gase aus der folgenden Gruppe gewählt sind:

Hexafluoräthan, Schwefelhexafluorid, Perfluorpropan, Perfluorbutan, Perfluorpentan, Perfluorhexan, Perfluorheptan, Octafluorcyclobutan, Perfluorcyclobutan, Hexafluorpropylen, Tetrafluormethan, Monochlorpentafluoräthan, 1,2-Dichlortetrafluoräthan, 1,1,2-Trichlor-1,2,2-trifluoräthan, Chlortrifluoräthylen, Bromtrifluormethan und Monochlortrifluormethan.

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5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn zeichnet, daß das elastomere Material der Kammer (13, 24, 30) aus der folgenden Gruppe von Materialien gewählt ist:

Polyurethan, Polyesterelastomer, Fluorelastomer, chloriniertes Polyäthylen, Polyvinylchlorid, chlorsulfoniertes Polyäthylen, Polyäthylen/Äthylenvinylacetat-Copolymer, Neopren, Butadienacrylnitrilkautsch.uk, Butadienstyrolkautschuk, Äthylenpropylenpolymer, Naturkautschuk, hochfester Silikonkautschuk, Polyäthylen geringer Dichte, Adduktkautschuk, Sulfidkautschuk, Methylkautschuk und thermoplastischer Kautschuk.

6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Gas Hexafluoräthan Verwendung findet.

7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Gas Schwefelhexafluorid Verwendung findet.

8. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß als elastomeres Material Polyurethan Verwendung findet.

9. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (13, 24, 30) anfänglich eine Mischung eines oder mehrerer Gase und Luft enthält.

10. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (13, 24, 30) anfänglich eine Mischung eines oder mehrerer Gase und Stickstoff enthält.

11. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet , daß die Kammer (13, 24, 30) anfänglich eine Mischung eines oder mehrerer Gase und Sauerstoff enthält.

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g 291§096

12. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (13, 24, 30) anfänglich eine Mischung eines oder mehrerer Gase und Argon enthält

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