DE68912147T2 - Feder mit hydrostatischem Zusammendrücken eines Elastomers und Verfahren zur Herstellung. - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft eine Feder entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
• Aus der EP-A- 0 101 365 ist eine Feder dieser Art bekannt, bei der eine Metallseele, die aus einem in das Elastomer eingelassenen flexiblen Blatt gebildet ist, den Erwärmungswiderstand bildet. Ein solches Erwärmungselement hat einen ohmschen Widerstand mit sehr niedrigem Wert, was zu dem Nachteil führt, daß ein Versorgungsstrom sehr hoher Intensität benötigt wird, und zu einem erheblichen transversalen Wärmegradienten führt.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diesen Nachteil zu beseitigen.
• Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale.
• Eine derartige Anordnung führt zu einem Heizelement - das Elastomer selbst - mit einem ohmschen Widerstand, der weit höher als der des metallischen Blattes ist; die Intensität des versorgungsstromes kann daher auf einem leichter zu erreichenden niedrigen Wert reduziert werden. Außerdem ist das Vorhandensein einer inneren flexiblen Seele nicht mehr unerläßlich. Des weiteren ist die Temperatur innerhalb der Feder weitaus gleichmäßiger.
• Das leitende Elastomer kann aus einem nichtleitenden Grundelastomer bestehen, in das ein leitender Zusatzstoff eingebracht ist. Insbesondere kann man einen Grundelastomer des Typs Siloxan mit Ruß als leitendem Zusatzstoff verwenden. Dagegen sind Polymere leitende Zusammensetzungen, wie sie z.B. aus der FR-A-23 68 127 bekannt sind, die aus einem Polymer gebildet sind, der einen leitenden Zusatzstoff wie Ruß in Dispersion enthält, nicht geeignet, da sie bei einer "Umschalttemperatur" Tc, bei der sich der spezifische Widerstand rasch erhöht, wenn die Temperatur zunimmt, einen positiven Temperaturkoeffizienten haben.
• Im allgemeinen ist es zweckmäßig, den spezifischen Widerstand des leitenden Elastomers auf einen Wert in der Größenordnung von 1 bis 10 Ohm.cm einzustellen.
• Die rohrförmige Umhüllung der Feder ist vorzugsweise an ihren Enden durch metallische Einsätze verschlossen, mittels derer die leitende Elastomermasse an die elektrische Stromwelle angeschlossen werden kann, wobei die Kontaktfläche jedes Einsatzes mit dem Elastomer eine rauhe Oberflächenstruktur hat, um den elektrischen Übergangswiderstand zwischen dem Einsatz und dem Elastomer zu verringern.
• Die Feder hat, wegen ihrer in Längsrichtung gebogenen Form und ihres abgeflachten Querschnitts Innen- und Außenseiten. Diese bestehen vorzugsweise aus Teilen paralleler Flächen, die im wesentlichen zylindrisch und koaxial oder im wesentlichen kugelförmig und konzentrisch sind.
• Durch die Erfindung wird auch ein Verfahren zur Herstellung einer zuvor erläuterten Feder geschaffen, die in Längsrichtung eine gebogene Form und in Querrichtung einen abgeflachten Querschnitt hat und im wesentlichen aus einer rohrförmigen verformbaren Umhüllung besteht, die mit einem Elastomer gefüllt und an ihren Enden durch metallische Einsätze verschlossen ist. Dieses Verfahren ist durch die im Anspruch 10 angegebenen Merkmale definiert.
• Das vorherige Verfahren wird für die Herstellung einer Feder ohne zentrale Seele verwendet. Im entgegengesetzten Fall, d.h., wenn die rohrförmige Umhüllung der Feder außer dem Elastomer eine zentrale flache Seele gebogener Form enthalten soll, die aus einem flexiblen, elektrisch isolierenden Material besteht, sich in Längsrichtung von einem zum anderen der metallischen Einsätze erstreckt, und sich in Querrichtung über die gesamte Länge der großen Achse des abgeflachten, im wesentlichen elliptischen Querschnitts der Umhüllung erstreckt, wie dies aus der EP- A-0 101 365 bekannt ist, verfährt man entsprechend dem Anspruch 9.
• Der Erfindung wird nachstehend anhand der Fig. 1 - 5 beispielsweise erläutert. Es zeigen:
• Fig. 1: teilweise im Längsschnitt eine Aufsicht einer Feder gemäß der Erfindung;
• Fig. 2: einen Schnitt längs der Linie II-II in Fig. 1;
• Fig. 3: ähnlich Fig. 1 eine Feder gemäß der Erfindung in einer weiteren Ausführungsform;
• Fig. 4: einen Schnitt längs der Linie IV-IV in Fig. 3; und
• Fig. 5: einen Querschnitt einer Abwandlung der Ausführungsform der Feder der Fig. 3.
• Die Figuren 1 und 2 zeigen eine Ausführungsform einer Seele mit hydrostatischer Kompression eines Elastomers, die die Form eines "S" hat und eine rohrförmige Umhüllung 1 mit einer verformbaren Wand aufweist und die an ihren Enden durch Einsätze 2 (von denen in Fig. 1 nur einer sichtbar ist) verschlossen und mit einer Elastomermasse 3 gefüllt ist. Eine flache, flexible Seele 4 verläuft zentral innerhalb der Umhüllung 1 vom einen Einsatz 2 zum anderen, in die sie zur Befestigung eingelassen sind. Die Umhüllung 1 hat einen abgeflachten, im wesentlichen elliptischen Querschnitt, dessen große Achse durch die Seele 4 (Fig. 2) gebildet ist. Die Umhüllung ist innen durch einen rohrförmigen Schlauch 5 ausgekleidet.
• An jedem Ende der Feder ist eine Hülse 6 zur mechanischen Verbindung angeordnet, die den entsprechenden Einsatz 2 mittels des Endes der Umhüllung 1 festklemmt, die den Einsatz umgibt. Jede Hülse 6, die mit dem entsprechenden Einsatz 2 zusammenwirkt, um die Umhüllung 1 dicht zu schließen, bildet ein mechanisches Verbindungselement der Feder mit einem von zwei Teilen zwischen denen sie montiert werden muß. Durch diese Hülsen kann die Feder mit externen Kräften F beaufschlagt werden.
• Die Masse 3 des Elastomers befindet sich in der rohrförmigen Umhüllung 1 unter Druck, von der sie durch den schlauch 5 isoliert ist; sie füllt das gesamte innere Volumen auf beiden Seiten der Seele 4. Das Elastomer 3 ist ein elektrisch leitendes Elastomer, das durch Zufügen eines leitenden Füllstoffes zum Grundelastomer erhalten wird, der wegen seines großen Wärmekoeffizienten gewählt wird. Man kann Siloxan mit Ruß als Füllstoff verwenden, wie z.B. das Master-Batch "RHODORSIL EC 1075 U", das von der Firma Rôhne-Poulenc hergestellt wird, dessen Zusammensetzung folgende ist:
• Polydimethylmethylvinylsiloxan: 100 Teile
• Ruß : 50 bis 60 Teile.
• Dieses leitende Elastomer hat einen spezifischen Widerstand von etwa 1,75 ohm.cm, der durch Änderung des Rußanteils erhöht oder verringert werden kann.
• Schließt man durch Leiter 8, die einen Schalter 9 in Reihe aufweisen, die metallischen Einsätze 2 an eine elektrische Stromquelle 7 an, fließt ein elektrischer Strom in der Masse des leitenden Elastomers 3 (die umhüllung 1, der Schlauch 5 und die Seele 4 bestehen aus elektrisch leitendem Material). Die elektrische Energie wird darin in Form von Wärme derart abgeleitet, daß sie sich erhitzt und folglich ausdehnt. Die Einstellung des elektrischen Stromes, der durch das leitende Elastomer strömt, ermöglicht es, die elastische Reaktion der Feder zu regulieren.
• Wie z.B. die maximale Leistung, die in der Masse 3 des leitenden Elastomers umgesetzt werden soll, 500 W bei einer Versorgungsspannung von 220 V beträgt, muß die Masse 3 einen Widerstand von 96,8 Ohm haben. Wenn ihre Länge 40 cm und ihr Querschnitt 2 cm² beträgt, muß der spezifische Widerstand des leitenden Elastomers 4,84 Ohm.cm betragen, ein Wert, der dadurch erreicht werden kann, daß das nichtleitende Elastomer dem verwendeten produkt "RHODORSIL" zugefügt wird.
• Um einen geringen elektrischen Widerstand der Zwischenschicht der Elastomermasse 3 und jedem Einsatz 2 sicherzustellen, haben diese einen konischen Ansatz 2a, der sich in die Mitte des Elastomers erstreckt und der eine durch Nutenbildung, Riffelung oder Sandstrahlen bearbeitete Oberfläche hat, um seine Kontaktoberfläche mit dem Elastomer zu erhöhen.
• Es wird nun eine bevorzugte Ausführungsform einer zuvor beschriebenen Feder erläutert.
• Auf eine flexible S-förmig gebogene Seele 4 wird ein schlauch 5 aufgeschoben, dessen aus Kautschuk bestehende Wand, die an den metallischen Einsätzen 2 mit Hilfe von Dichtungsringen 10 dicht befestigt ist, mit diesen eine dichte Kammer bildet. Auf diese Anordnung wird rohrförmige Umhüllung 1 geschoben, die den Schlauch 5 und die Einsätze 2 bedeckt. Diese Umhüllung besteht aus mehreren ineinander angeordneten rohrförmigen Elementen, die aus einem Fasergewebe bestehen, das mit einem wärmehärtbaren Harz imprägniert werden soll.
• Nachdem auf den Einsätzen 2 die mechanischen Verbindunghülsen 6 angeordnet sind, wird die gesammte Anordnung in eine Form eingesetzt, und die zuvor erwähnte dichte Kammer wird mit Druckluft gefüllt, die über einen der Einsätze 2 und ein in den Einsatz eingeschraubtes Rohr 11, ein Kugelventil 12, das in dieses eingesetzt ist, und eine Leitung 13 eingeleitet wird, die von diesem Ventil ausgeht und in die Verbindungsoberfläche 2a des Einsatzes und in die Elastomermatte 3 mündet, während der andere Einsatz 2 durch sein Kugelventil verschlossen ist. Es wird nun die Wand der Umhüllung 1 imprägniert. Das Impragnierungsmittel, das über in die zuvor genannte Form gebohrte Öffnungen eingeleitet wird, wird dann einem Härtevorgang unterworfen.
• Danach wird das Einleiten von Druckluft beendet und das leitende Elastomer zum Füllen der Feder wird auf dem selben Wege eingeleitet, das vorzugsweise eine Vulkanisierbehandlung unterworfen wird.
• In Abwandlung davon kann auf das Einleiten von Druckluft verzichtet werden, wobei das Füllen der vorgenannten dichten Kammer direkt durch Einleiten des leitenden Elastomers selbst erreicht wird.
• Bei einer Ausführungsform einer Feder mit hydrostatischer Kompression eines leitenden Elastomers, wie sie in den Fig. 3 und 4 gezeigt ist, verwendet man keine flexible Seele wie die Seele 4 des vorherigen Beispiels. Um die Feder herzustellen, geht man von einem leitenden Elastomerstrang 3 aus, der entsprechend der für die Feder gewählten Form geformt ist, d.h. C-förmig (statt S-förmig aus praktischen Gründen eine Ausführungsform der rohrförmigen Umhüllung, die noch beschrieben wird).
• Dann bildet man um diesen Strang 3 nach dem Vulkanisieren die rohrförmige Umhüllung 1 mit vorimprägnierten Gewebebändern. Dann bringt man diese Bänder abwechselnd auf die Innen- und Außenseiten des Strangs 3 auf, wobei die Seitenränder jedes Bandes die Seitenränder des Stranges umhüllen. Diese Anordnung, die zu mehreren Schichten führt, die an den Rändern bezüglich derjenigen verdoppelt ist, die den Innen- und Außenseiten entspricht, führt zu einer Verstärkung der Umhüllung 1 in diesen Randbereichen, so daß sie Abscherkräften widersteht, die dort im Betrieb der Feder besonders hoch sind. Da sich dadurch eine örtliche Überdicke der Umhüllung 1 ergibt- werden die Ränder des Stranges 3 abgeschrägt, so daß, wenn alle Bänder angebracht sind, die Anordnung einen rechteckigen Querschnitt hat und sich die gewünschte regelmäßige vorsprungfreie Form ergibt, wie Fig. 4 zeigt.
• In der Praxis ist die Anzahl der auf jede Seite des Stranges 3 aufgebrachten Bänder wenigstens gleich 3. Die so gebildete Umhüllung 1 bedeckt nicht nur den Strang 3, sondern auch die Einsätze 2, die an ihren Rändern angeordnet sind und die eine zylindrische Form mit dem gleichen Querschnitt wie der Strang 3 haben. schließlich wird die gesamte Anordnung in eine Form eingesetzt, wo die Umhüllung 1 einem Härtevorgang unterworfen wird, um das Aushärten des Imprägnierungsmittels der Textilbänder zu bewirken, die sie bilden.
• Nun werden die Hülsen eingesetzt, die aus zwei komplementären Teilen 6a, 6b bestehen, um die Enden der Umhüllung eine an den Einsätzen 2 festzuklemmen, und letztere werden durchbohrt, um einen Kanal für Schrauben 14 zum Verbinden der Teile 6a, 6b der Hülse 6 zu schaffen. Zweckmäßigerweise setzt man auf die Schrauben 14 isolierende Hülsen 15, um die elektrische Isolierung der Hülsen 6 gegenüber den Einsätzen 2 sicherzustellen. Letztere sind dagegen mit Vorsprüngen auf der Fläche 2a versehen, die mit dem leitenden Elastomer 3 in Kontakt steht, um eine Verbindung mit geringem elektrischen Widerstand zu bilden.
• Die Einsätze 2 sind wie bei dem vorherigen Beispiel mit einer internen Leitung 13 versehen, die durch ein Kugelventil 12 verschließbar ist. Diese Anordnung ermöglicht es, erforderlichenfalls ein leitendes oder nichtleitendes vulkanisiertes Elastomer oder Ruß einzuleiten, um das Kompressionsverhältnis des Elastomers in der Umhüllung 1 und die Größe seines spezifischen elektrischen Widerstandes einzustellen. An jeden Einsatz 2 ist mittels einer Kennschraube 16 ein Leiter 8 zur Verbindung mit einer elektrischen Stromquelle angeschlossen, die, wenn sie in Betrieb genommen wird, einen elektrischen Strom in das Elastomer 3 fließen läßt und dessen Erhitzung durch den Joule-Effekt sicherzustellen.
• Strichpunktiert ist in Fig. 3 das Ende einer C-förmigen zweiten Feder, die der ersten gleich ist, gezeigt, an die sie durch aneinandergrenzende Hülsen 6 zweier Federn angeschlossen ist. Eine derartige Anordnung ist verwendbar, wenn man eine S-förmige Feder wie in der Fig. 1 ausgehend von Federn erhalten will, die entsprechend der zweiten Ausführungsform hergestellt sind.
• Wie Fig. 4 zeigt, haben die Federn der Fig. 3 einen rechteckigen, nach innen gebogenen hülsenförmigen Querschnitt. Daher sind die Innen- und Außenseiten der Federabschnitte im wesentlichen kugelförmige und konzentrische Oberflächen. In Abwandlung davon (Fig. 5) kann der rechteckige Querschnitt nicht nach innen gekrümmt sein, so daß die Innen- und Außenseiten nun Teile mit im wesentlichen zylindrischen und koaxialen Oberflächen sind.

Claims (10)

1. Feder mit hydrostatischer Kompression eines Elastomers, bestehend aus einer rohrförmigen gewölbten Hülle mit flachem Querschnitt und einer verformbaren und elektrisch isolierenden Wand, wobei die Umhüllung mit einer elastomeren Masse gefüllt ist, deren Volumen durch thermische Expansion mittels eines elektrischen Widerstandes geändert werden kann, der, angeschlossen an eine Speisestromquelle, die Masse aufgrund des Joule'schen Effekts erwärmen kann, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Widerstand selbst aus der Elastomermasse (3) besteht, wobei das verwendete Elastomer elektrisch leitend ist und einen spezifischen Widerstand hat, der mit der erforderlichen Heizleistung und den Charakteristika der elektrischen Speisequelle (7) kompatibel ist.

2. Feder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das leitende Elastomer aus einem nicht leitenden Grundelastomer, dem ein leitender Füllstoff beigemengt ist, gebildet ist.

3. Feder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Grundelastomer vom Typ Siloxan ist, und daß der leitende Füllstoff Ruß ist.

4. Feder nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der spezifische Widerstand des leitenden Elastomers in der Größenordnung von 1 bis 10 Ohm cm liegt.

5. Feder nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß daß die rohrförmige Umhüllung (1) an ihren Enden durch metallische Einsätze (2) verschlossen sind, mittels derer die Masse (3) des leitenden Elastomers an die elektrische Stromquelle (7) angeschlossen werden kann, wobei die Kontaktfläche jedes Einsatzes (2) mit dem Elastomer (3) eine rauhe Oberflächenstruktur hat.

6. Feder nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß daß ihre Innen- und Außenseiten Teile im wesentlichen zylindrischer und koaxialer Flächen sind.

7. Feder nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß daß ihre Innen- und Außenseiten Teile im wesentlichen kugelförmiger und konzentrischer Flächen sind.

8. Feder nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die rohrförmige Umhüllung (1) eine zentrale, flache Seele (4) hat, die aus einem flexiblen, elektrisch isolierenden Material hergestellt ist und die sich in Längsrichtung von einem zum anderen der Einsätze (2), an denen sie mittels ihrer Enden befestigt ist, und in Querrichtung über die gesamte Länge der großen Achse des flachen, im wesentlichen eliptischen Querschnitts der Umhüllung (1) erstreckt.

9. Verfahren zur Herstellung einer Feder mit hydrostatischer Kompression eines Elastomers nach Anspruch (8), die im wesentlichen aus einer verformbaren Umhüllung (1) besteht, die eine flache, in Längsrichtung gewölbte Seele (4) enthält, wobei die Umhüllung mit einem Elastomer gefüllt und an ihren Enden durch metallische Einsätze verschlossen ist, gemäß dem:

- auf die Seele (4) ein dichter und verformbarer rohrförmiger Schlauch (5) geschoben wird,

- an den Enden der Seele (4) die Einsätze (2) befestigt werden, und an diese der rohrförmige Schlauch (5) dicht angeschlossen wird,

- auf den Schlauch die rohrförmige Umhüllung (1), die aus gewebten Fasern hergestellt ist, geschoben wird, wobei ihre Enden jeweils die Einsätze (2) überdecken,

- Hülsen (6) zur mechanischen Verbindung angebracht werden, die die Enden der rohrformigen Umhüllung (1) auf die Einsätze (2) drücken,

- der rohrförmige Schlauch (5) über eine Leitung (13), die einen der Einsätze (2) durchsetzt, aufgeblasen und die Wand der rohrförmigen Umhüllung mittels eines Imprägnierungsmittels imprägniert wird, das dann gehärtet wird, und

- eine Elastomerfüllmasse (3) in den rohrförigen Schlauch (5) über die Leitung (13) eingespritzt wird,

dadurch gekennzeichnet, daß:

- als Elastomer ein elektrisch leitendes Elastomer verwendet wird,

- die Anordnung, die aus der Seele (4), den Einsätzen (2) der rohrförmigen Umhüllung (1), dem rohrförmigen schlauch (5), der zwischen der Seele (4) und der rohrförmigen Umhüllung (1) angeordnet ist, und die Hülsen (6) für das Aufblasen des Schlauches in einer Form angeordnet werden, wobei das Imprägnierungsmittel der rohrförmigen Umhüllung (1) über die Wand der Form eingeführt wird,

- und gegebenenfalls das den rohrförmigen Schlauch füllende Elastomer vulkanisiert wird,

wobei sich das vorgenannte Aufblasen des letzteren, sei es durch Einblasen komprimierter zusatzluft oder durch das Einleiten des Füllelastomers selbst ergibt.

10. Verfahren zur Herstellung einer Feder mit hydrostatischer Kompression eines Elastomers nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei eine solche Feder, die in Längsrichtung eine gewölbte Form und in Querrichtung einen flachen Querschnitt hat, im wesentlichen aus einer rohrförmigen, verformbaren, mit dem Elastomer gefüllten und an ihren Enden durch metallische Einsätze verschlossenen Umhüllung besteht, dadurch gekennzeichnet, daß

- eine elektrisch leitende, vulkanisierte Elastomermasse zu einem Strang (3) geformt wird, der die für die Feder gewünschte, gewölbte Form mit flachem Querschnitt hat, die außerdem im Bereich der Seitenkanten des Strangs, die die Innen- und Außenseiten trennen, verdünnt ist,

- an den Enden dieses Stranges (3) die metallischen Einsätze (2) angeordnet werden, die den gleichen Querschnitt wie der Strang haben,

um den mit den Einsätzen (2) versehenen Strang (3) die rohrförmige Umhüllung (1) gebildet wird, indem vorimprägnierte Gewebebänder abwechselnd auf die Innen- und Außenseiten des Stranges und die Einsätze aufgebracht werden, wobei die Seitenränder dieser Bänder über die Seitenkanten so umgelegt werden, daß sie sie umhüllen, worauf das Imprägnierungsmittel der so gebildeten Umhüllung (1) gehärtet wird,

Hülsen (6) zur mechanischen Verbindung auf den Enden der die Einsätze (2) bedeckenden Umhüllung (1) angeordnet werden,

und, wenn notwendig, ein Zusatz eines Elastomers oder eines anderen zur Injektion in den rohrförmigen Schlauch (1) geeigneten Materials über einen der Einsätze (2) zugefügt wird.