WO2001011999A1

WO2001011999A1 - Kugelgel-flächenlager

Info

Publication number: WO2001011999A1
Application number: PCT/EP2000/007896
Authority: WO
Inventors: Erhard Weber
Original assignee: Erhard Weber
Priority date: 1999-08-14
Filing date: 2000-08-14
Publication date: 2001-02-22
Also published as: DE19938609A1; DE19938609C2

Abstract

Das anpassungsfähige Kugelgel-Flächenlager für statische und dynamische Lasten besteht aus Einzelkörpern (1, 1', 11), vornehmlich Kugeln aus hartem oder Volumenelastischem Material mit einem mittleren Durchmesser Ø ≈ 50 νm bis 50 mm, die mit einem Gleitmittel (2', 22) oder rollenlager-artigen Abstandshaltern (2) beschichtet oder von diesen teilweise umgeben sind. Die Kugeln können je nach Anwendung aus hartem Material wie Metallen, Keramik oder Kunststoffen oder aus weichen, ggf. volumenelastischen Schaumkunststoffen bestehen. Die Gleitmittel können Öle und Fette, trockene Schmiermittel wie Grafitstaub, Metallsulfide oder Abstandhalter wie Talkum, Aerosile oder Sipernate sein oder aus Mischungen derselben bestehen. Diese können den Kugeln als Oberflächenbeschichtung anhaften oder die Kugel-Zwischenräume teilweise ausfüllen. Das Kugelgel-Flächenlager hat neuartige Verwendungen und Eigenschaften, die durch die Wahl seiner mindestens zweikomponentigen Zusammensetzung gezielt einstellbar sind. Die Anwendungen lassen sich nach Schichtdicke d bzw. D in zwei Gebiete einteilen. d = 1 bis 5 x Ø: Rollgleitlager für Wellen oder flächige Bauelemente. D = 10 bis 100 X Ø: anpassungsfähige Flächenlager als Matratzen, Matratzen-Füllung, Sitz- oder Sofa- Polsterungen und -Auflagen, als Futter von Schützern und Schutzkleidungsstücken, Schuhen oder als Schuhsohlen-Dämpfung, sowie als Schwingungs-entkoppelnde Schüttschicht für Gebäude oder Geräte und als trockene Kugelgel-Füllung mit rollenlager-artigen Abstandshaltern von Fahrzeugreifen für guten Notlauf.

Description

Kugelgel-Flächenlager

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein anpassungsfähiges Flächenlager für statische und dynamische Lasten, das sich zusammensetzt aus Einzelkörpern von etwa 50 um bis 50 mm mittleren Durchmessers aus hartem oder volumenelastischen Material, vorzugsweise in Kugelform besteht, die mit einem Gleitmittel oder rollenlager-artigen Abstandshaltern beschichtet oder teilweise umgeben sind und somit ein Kugelgel ausbilden.

Die Einzelkörper bzw. -kugeln können sowohl aus einem harten Material wie Metallen, Keramik, Hart- Kunststoffen als auch aus Weich-Kunststof oder Schaumkunststoffen wie z.B. Polystyrol, Polyuretan, etc. bestehen und eine sehr geringe bzw. eine hohe Volumen-Elastizität besitzen.

Die Gleitmittel können Öle und Fette, trockene Schmiermittel wie Graphitstaub, und Metallsullϊd - Öl- oder Fettmischungen etc., oder eine Mischung aus denselben sein.

Die rollenlager-artigen Abstandshalter können aus Talkum, Aerosilen (pyrogenen Kieselsäuren),

Sipernaten (gefällten Kieselsäuren) und ähnlichen anderen trockenen, antiblock oder fxee-flow, sich fein verteilenden Stoffen bestehen, oder aus einer Mischung derselben.

Diese Gleitmittel bzw. Abstandshalter können die Einzelkörper als Oberflächenbeschichtung umgeben, indem diese aufgrund von starken Adhäsions-<van der Waals-) Kräften an diesen anhaften; dann wird das Kugelgel als trockenbeschichtet bzw. bei flüssigen bis gelartigen Gleitmitteln als naßbeschichtet bezeichnet

Oder diese Gleitmittel bzw. Abstandshalter können auch die Zwischenräume zwischen den

Einzelkörpem teilweise ausfüllen; bei flüssiger bis gelartiger bzw. trockener Zwischenraumteilfiillung wird das Kugelgel als naß bzw. als trocken bezeichnet

Gegenüber dem bisherigen Stand der Technik unterscheidet sich das Kugelgel-Flächenlager inherent dadurch,

1. daß es aus mindestens zwei Komponenten, aus Einzelkörpern und Gleitmitteln oder Abstandshaltem, die erstere beschichten oder teilumgeben, besteht und das Kugelgel somit gelartig fließfähig wird.

2. daß die beiden Komponenten das Volumen des Flächenlagers nicht dicht und vollständig ausfüllen, und somit der statischen undoder dynamischen Last durch Umverteilung ausweichen und sich anpassen können,

3. daß auf diese Weise ein Kugelgel-Flächenlager mit neuartigen Eigenschaften und Wirkungsweisen entsteht

Die damit ermöglichten Verwendungen können in zwei Kategorien, gemäß der verwendeten Schichtdicke des Kugelgels, eingeteilt werdea In einer Schichtdicke von ca. dem Ein- bis Fünffachen des mittleren Einzelkörperdurchmessers wird das Kugelgel - Flächenlager als Rollgleitschichtlager in Simmering-artigen Buchsen zur Aufnahme von Wellen oder als Rollgleitschicht zwischen flächigen Bauelementen eingesetzt. Gegenüber den bekannten Kugel- oder Rollenlagern kommt das Kugelgel ohne Einzel- oder Mehrfachkäfige aus. Gegenüber den bekannten Scrirnierfilmen weist es durch seine Rollgleit-eigenschaften einen deutlichen Unterschied insbesondere in der einsetzbaren Schichtdicke auf.

Die Einsatzeigenschaften des neuartigen Rollgleitchichtlagers, wie Schichtdicke, Viskosität und deren Temperaturverhalten, sowie das Trockenlaufverhalten können individueller und in weiteren Bereichen eingestellt werden als bei eirtkomponentigen Schmier- oder Rollmitteln. Die Vorteile bestehen darin, daß

- kaum ein Verlust durch Austreten des Rollgleitmittels entsteht da der Kugeldurchmesser deutlich größer als die Spaltdicke zwischen Welle und Dichtlippe gewählt werden kann und

- die Kugeln dürfen etwas Oberflächenrauhigkeit besitzen, damit das Gleitmittel bzw. die rollenlager-artigen Abstandshalter gut an der Oberflächen haften.

Diese rauheren Kugeln in nicht notwendigerweise präzisen Durchmessermaßen sind sehr viel preiswerter herzustellen als vergleichbare hochpräzise und - polierte Kugellager-Kugeln.

In einer Schichtdicke von etwa dem Fünf- bis Hundertfachen des mittleren Einzelkörperdurchmessers besitzt das Einzelkörpergel-Flächenlager gänzlich neuartige Eigenschaften und Anwendungsmöglichkeiten aufgrund seiner viskosen, gelartigen Konsistenz.

Es kann sich unter Auflagedruck einstellbar, leicht oder allmählich, an aufliegende Körperkonturen anpassen und diese ggf. auch federnd oder schwingungsgedämpft lagern oder als schwingungs- dämpfende oder -entkoppelnde Schicht wirken. Auch in diesen Anwendungsmöglichkeiten können die Eigenschaften in sehr weiten, bisher nicht erreichbaren Bereichen der Viskosität und der Volumen zu Druck Abhängigkeit variiert werden.

Bei Verwendung von Schaumkunststoffen für die Kugel kann das Volumen zu Druck Verhalten V (p) über die Eigenvolumen-Elastizität des verwendeten Kugelmaterials gezielt eingestellt werden.

Dieses Kugelgel hat neuartige Eigenschaften und Anwendungen sowie erweiterte Einstellmöglichkeiten der Viskosität und der Anpassungsfähigkeit verglichen mit der vollständigen Imersion bzw. Suspension der Einzelkörper in einer öl- oder gelartigen Flüssigkeit:

- Das Kugelgel hat je nach Schutt- oder Füllfaktor der nicht dichten Schüttung oder nicht vollständigen Volumenfüllung eine größere / leichtere Anpassungsfähigkeit durch Rearrangement der beschichteten oder teilumgebenen Vollkörpern von willkürlicher Füllung bis zur dichtesten Kugelpackung.

- Zusätzlich kann das Kugelgel bei Verwendung von Schaumkunststoft (Polystyrol) für die Einzelkörper eine Volumenelastizität, aufweisen, die über das Material und das Raumgewicht für den spezifischen Anwendungsfall wählbar und einstellbar ist.

- Die Anpassungsfähigkeit und Viskosität des Kugelgels kann eingestellt werden über die Wahl des Kugeldurchmessers, ggf. auch der Mischung von Kugeln verschiedenen Durchmessers.

- Es kann ein in sehr geringes Gewicht (spezifische Dichte) aufweisen, abhängig vom Raumgewicht des Schaumkunststoffes und den vorteilhafterweise verwendeten, trockenen, leichten, rollenlager- artigen Abstandshaltem.

- Das Kugelgel besitzt eine deutlich geringere Abhängigkeit der Viskosität von der Temperatur als die einer gewöhnlichen hochviskosen Flüssigkeiten bzw. eines normalen Gels, die gewöhnlich eine exponentielle Verringerung der Viskosität mit der absoluten Temperatur aufweisen.

- Das Kugelgel-Flächenlager besitzt weitere, im folgenden bei den Verwendungen noch aufzugreifende und näher zu spezifizierende, vorteilhafte Eigenschaften: hohe Wärmeisolierung bei Verwendung von Schaumkunststoffkugeln und trockenen rollenlager- artigen Abstandshaltem bei gleichzeitigen guten DurcMüfrungs- und Transpirationseigenschaften.

Stand der Technik

In der PCT- Anmeldung WO 97/25551 „Device incorporating elastic fluids and viscous damping" wird eine Vorrichtung beschrieben, die zur Absorption von Impulsenergie oder Vibrationen dient. In einem Gefäß mit beweglichen Wänden ist eine Vielzahl von Kapseln (capsules) aus elastischem

Material, die in eine Flüssigkeit ein Fett- oder Gel-Medium eintauchen, so daß, wenn der Druck im

Medium ansteigt dieser hydraulisch auf die Kapseln übertragen wird und dadurch eine

Volumenverkleinerung des nachgiebigen (Kapsel-) Materials und eine räumliche Umverteilung des

Mediums bewirkt (Anspruch 1).

Durch das Eindringen der vollständig umgebenden Flüssigkeit in den Hohlraum dieser offenen

Kapseln oder das elastische Zusammenpressen der Kapseln kommt die Elastizität der Flüssigkeit siehe Titel der Anmeldung, (und die viskose Dämpfung) zustande - eine bei reinen, ein- oder mehrkomponentigen Flüssigkeiten aufgrund der Inkompressibilität nicht zu beobachtende Eigenschaft

Die beschriebene Vorrichtung (Device) unterscheidet sich wesentlich von der vorliegenden Erfindung:

Im Aufbau: Es werden Kapseln, eine varierende Umhüllung einer offenen oder geschloßenen

Hohlkörperform, vollständig umgeben von einer Flüssigkeit verwendet,

(hier: massive Vollkörper mit Beschichtung oder Teilumhüllung, siehe oben Punkt 1 und 2)

In der Wirkungsweise: Aufpfropfen der elastischen Eigenschaft auf die ansonsten inkompressible

Flüssigkeit aufgrund des hohlen Kapselaufbaus.

In der Anwendung: Schockabsorption, Dämpfung von Schwingungen

In der deutschen Offenlegungsschrift DE 2 313 483 wird ein „Schwingungsdämpfer insbesondere zur Sicherung von Rohrleitungen gegen Erdbeben" beschrieben, der stoßartige Bewegungen von Gegenständen (Rohrleitungen) auf deren Eigenfrequenz dämpft „vermittels eines mit einem durch einen Kolben verdrängbaren Dämpfungsmittel gefüllten Zylinders, dadurch gekennzeichnet daß als Dämpfungsmittel eine Vielzahl von rieselfähigen Körpern dient." ( Anspruch 1) Diese sehr spezielle Kolben-Zyünderdämpfungsvorrichtung, deren Inneres zu einem Teil (s. Seite 4, Absatz 3, Zeile 12) mit kugelförmigen, rieselfähigen Körper gefüllt ist, die sich erfindungsgemäß bei stoßartigen Bewegungen ineinander verkeilen (siehe Seite 2 Absatz 4) und bei langsamen Bewegungen durch den Kolben verdrängt in die restliche Hohlkammmer nach oben ausweichen (Seite 5 oben). Diese Vorrichtung hat somit mit dem anpassungsfähigen Kugelgel-Flächenlager keine Ähnlichkeit

In der Anmeldung DE 2701181 „Füllmateerial für Federungen" wird eine Suspension beschrieben, die aus einer Flüssigkeit und ein- oder mehrkammerig hohlen Polymerteilchen besteht, welche eine (mehrere) dünne geschlossene Hülle(n) besitzen.

In DE 43 23476 AI wird eine stoßdämpfende Anordnung beschrieben dadurch gekennzeichnet, „daß die Schicht aus Dämpfungsmaterial mindestens zu einem wesentlichen Teil aus Glasschaum besteht" (Anspmch 1). Der Glasschaum ist in ein Matrixmaterial eingebunden oder wird als Schüttung aus Glasschaum- Granulat verwendet (Anspmch 2 bis 9). In keinem der Ansprüche, noch im Text werden Gleitmittel oder rollenlager-artige Abstandshalter gefordert oder erwähnt.

In der Anmeldung DE 2452006 „Schwingungsdämpfer" wird ein „in einem Gehäuse angeordnetes, aus zwei Komponenten bestehendes dämpfungswirksames Material zur Aufnahme von Schwingungsenergie in Form von Zähigkeitswellen ..." beschrieben.

Das Material besteht aus einem viskosen und einem festen Bestandteil , aus Pulver (Anspmch 1), Granulat Fasern oder ist scheibenförmig ausgebildet (Anspmch 2 bis 4). Der Viskosebestandteil ist ein „durch Polymerisation, Vulkanisation oder einem anderen geeigneten Verfahren statisch verfestigter Stoff bzw. ein Stoffgemisch ist der bzw. das dynamisch Flüssigkeitscharakter hat" (Anspmch 5), sich aber statisch wie ein Festkörper verhält (Seit 5„ Absatz 3) und daher nicht mehr fließfähig ist (Seite 5„ Absatz 2).

Die erfindungsgemäßen Eigenschaften und der Einsatz des Kugelgel-Flächenlagers sind prinzipiell anders und werden für die Dämpfung von Zähigkeitswellen nicht eingesetzt und sind dafür auch nicht geeignet, weil das Kugelgel in loser Schüttung vorliegt und seine erfindungsgemäßen Anwendungen auf der Fließfähigkeit beruhen.

In dem US-Patent 2732040 wird ein „Constant Resistance Shock Absorbing Device" beschrieben, das aus einem zylinderförmigen Gefäß gefüllt mit, z.B.Metallkügelchen, und einer Ramme (Preßbock) bestehtund das in der Lage sein soll Abbremsungen bis zu 500 g (g = Erdbeschleunigung) innerhalb von 5 bis 100 ms Zeitabschnitten zu ermöglichen. Das Arbeitsmedium besteht entweder aus reinen Metall-kügelchen oder -Spänen oder ersatzweise aus Schweröl oder Quecksilber ( Spalte 2 unten und 3 oben). In DE 24 60 253 wird eine ähnliche Füllung, wie in Fig. 5 dargestellt, eines Luftreifens mit kugeligen Teilchen beschrieben, die ein Schmiermittel tragen. Daher wird hier in der Anwendung Kugelgel- Füllung eines Fahrzeugreifens die Beschichtung bzw. Teilumgebung der Schaumkunstoff-Kugeln ausdrücklich auf das oben definierte trockene Kugelgel mit rollenlager-artigen Abstandshaltem beschränkt.

In den Abbildungen Fig. 1 bis Fig. 6 sind repräsentative Beispiele für die Ausführung- und Verwendungsmöglichkeiten des Kugel- bzw. Einzelkörpergel -Rächenlagers in schematischer Weise gezeigt.

Figuren

Fig.la: Querschnitt durch ein anpassungsfähiges Flächenlager in Form einer Kugelgel gefüllten Umhüllung

Fig.l b: Querschnitt durch ein Kugelgel-Flächenlager als Rollgleitschicht zwischen zwei flächigen Bauelementen

Fig.2 a: Querschnitt durch ein schwingungs-dämpfendes bzw. - entkoppelndes Flächenlager als Schüttschicht aus Einzelkörpergel

Fig.2 b: Längsschnitt durch ein Wellenlager mit Kugelgel-Rollgleitschicht

Fig.3: a) Quer- und b) Teil- Längsschnitt durch ein Kammersystem im Schaumstoffkern einer

Matratze mit Einsatztaschen gefüllt mit Kugelgel

Fig.3: c) Quer- und d) Längsschnitt durch Einsatztaschen mit Wellenband-Rückstellung

Fig.4: Längsschnitt durch einen Schuh mit Futter- und Sohlen-Kammern gefüllt mit Kugelgel

Fig.5 : Querschnitt durch einen Fahrzeugreifen mit tomsförmiger Einlage gefüllt mit trockenen Kugelgel

Figurenbeschreibung

Fig. la zeigt den Querschnitt durch ein anpassungsfähiges Flächenlager 7 auf einer umrandeten Auflage 4, in dem das Kugelgel 3 als flächige Schicht in eine Umhüllung 6 aus Kunststoffolie oder dichtem Gewebe eingebracht ist.

Das Kugelgel 3 besteht hier vorzugsweise aus Schaumkunststoff-Kugeln 1, wie Polystyrol oder Polyurethan, die mit einer Oberflächenbeschichtung 2 aus Talkum, Aerosilen, Sipematen oder Graphit umgeben sind, siehe die Ausschnittsvergrößerung in Fig. la. Ebenso können die Zwischenräume zwischen den Kugeln 1' teilweise mit denAbstandshaltem 2 oder einem flüssigen oder gelartigen Gleitmittel 2' ausgefüllt sein, siehe die Ausschnitts Vergrößerung in

Fig. Ib.

Ein aufliegender Körper 5 verdrängt durch seine Eigengewichtskraft F das fließfähige Kugelgel und erreicht eine Konturanpassung der Umhüllung bis sich das Gleichgewicht wieder in dem System

Umhüllung- Kugelgel-Umrandung eingestellt hat.

In dieser Weise kann eine neuartige, Wasserbett-ähnüche Bettmatratze verwirklicht werden, die aufgmnd der wählbaren Viskosität des Kugelgels inherent schwappel- und schwingungs-gedämpft ist, ohne daß wie in einem Wasserbett ein Kammersystem oder eine Flieseinlage eingebaut oder benötigt wird.

Gegenüber den herkömmlichen Wasserbetten hat dieses System die weiteren Vorteile:

- bei Verwendung einer trockenbeschichteten Schaumkunststoff-Kugelgel-Füllung ist eine Gewichtsersparnis um den Faktor 25 bis 50 möglich,

- bei einer nassen Kugelgel-Füllung um den Faktor 5 bis 10,

- bei Verwendung einer porösen, luftdurchlässigen Umhüllung transpiriert diese läßt und Luft und Feuchtigkeit durch diese Kugelgel- gefüllte Matratze,

- es ist keine Heizung nötig.

In einer schlauchförmigen Umhüllung kann das Kugelgel auch als pneumatisches, federndes Flächenlager, wie in EP 0721 308 Bl beschrieben, anstelle der einkomponentigen, inkompressiblen Füllung des Behältnisses eingesetzt werden.

In analoger Weise kann das Kugelgel-Flächenlager auch als Sessel- , Sofa- oder Autositz-Polsterung oder -Auflage verwirklicht werden, ggf. in dünnerflächiger Ausführung mit unterbrochenen Absteppungen in regelmäßigen Abständen, so daß ein kommunizierendes Kammersystem entsteht Bei einer Oberflächenbeschichtung der Kugeln mit trockenen rollenlager-artigen Abstandshaltem und unter Verwendung einer porösen Gewebeumhüllung 6 ist eine Luftdurchlässigkeit und Transpiration gewährleistet.

Ein Kugelgel in einer dichten Umhüllung kann auch als Unterpolsterung von Sätteln für Fahr- und Motorräder und für Reitsättel eingesetzt werden. In diesem Fall ist ein nasses Kugelgel aus Schaumkunststoff- Kugeln teilumgeben von einem passenden Gel vorteilhaft. Ebenso kann das teilumhüllte Kugelgel als Ein- oder Zwischenlage in einer Schaumstoffmatratze (Fig. 3) verwendet werden, in tomsf rmigen Reifeneinlagen (Fig. 5) für den Notlauf nach Druckverlust, oder als Schüttschicht zur Schwingungs - Entkopplung z.B. unter Lasertischen. Für diese Anwendungen belauft sich die mittlere Kugelgel-Schichtdicke D etwa auf das Fünf- bis Hundertfache des mittleren Kugeldurchmessers. Fig. 1 b zeigt als Querschnitt das Kugelgel 3 '-Flächenlager 7' als Rollgleitlager zwischen zwei flächigen Lager- bzw. Bauelementen 4' und 5'.

Hier sind die Kugeln 1 ' bei großen Auflagegewichtskräften F vorzugsweise aus hartem

Material wie Metallen (Stahl, Bronze etc.) oder Keramik, bei kleineren Gewichtskräften F aus

Kunststoffen oder Schaumkunststoffen. Die Zwischenräume sind mit einem Gleitmittel 2', Öl, Fett und ggf. auch trockenen Abstandshaltem teilweise gefüllt, siehe die Ausschnittvergrößerung in Fig. Ib.

Die Schichtdicke d beträgt hier vorzugsweise das Ein- bis etwa das Fünffache des mittleren

Kugeldurchmessers. Die obere Lagerplatte 5' ist vorteilhafterweise mit einer Phase 10 versehen, um ein Aufstauen des Kugelgels bei lateraler Verschiebung zu vermeiden. Die Phase 10 kann auch durch eine mitgleitende Randabdeckung 18, wie in Fig. 2a gezeigt ersetzt werden, um ein Austreten des

Kugelgels 3' zwischen den ebenen Flächen 4', 5' zu vermeiden.

Dieses Kugelgel-Flächenlager kann bei entsprechenden Kugelmaterial und - abmessungen auch als Rollgleitlager zur einmaligen Benutzung zum Verschieben von schweren Bauteilen wie Trägem, Brücken oder Häusern dienen, wobei hier die Schichtdicke vorteilhafterweise nur etwa einem Kugeldurchmesser entspricht.

In Fig. 2 a ist der Querschnitt durch ein schwingungs-dämpfendes bzw. - entkoppelndes Flächenlager in Form einer Schüttschicht 23 aus Einzelkörpem 11 dargestellt die zwischen einer Wanne 14 und der

Bodenplatte 15 eines Hauses, einem Teleskopfundament 15, einer Lasertischplatte 15 oder in Sockeln von HiFi oder anderen elektronischen Geräten eingebracht ist. Randabdeckungen 18 verhindern ein

Austreten des Einzelkörpergels 23 bei Schwingungen und Erschütterungen.

In diesem Anwendungsfall sind ggf. unregelmäßig eckige Einzelkörper 11 von Vorteil zur Erzielung einer hohen Viskosität des Einzelkörpergels und damit einer höheren Schwingungs-Dämpfung bzw. -

Entkoppelung.

Bei Verwendung von nassem Einzelkörpergel ist das Flächenlager je nach Wahl des Körpermaterials sowohl für die Dämpfung von sehr niederfrequenten als auch hochfrequenten Schwingungen geeignet

Die Einschüttung kann bei trockenem Einzelkörpergel durch Einblasen mit deutlich verringerten Aufwirbeln, z.B. der Styroporkörper, aufgrund der Oberflächenbeschichtung erfolgen, und bei nassem Einzelkörpergel ebenfalls durch Luftförderung oder Schneckengangpumpen. Bei Verwendung von Polystyrol kann Abfallverpackungsmaterial, das in einem Reißwolf zerkleinert wird, Verwendung finden.

Fig. 2 b zeigt den Querschnitt durch ein Wellenlager mit Kugelgel -Füllung 3' als kombiniertes Rollgleitmittel. Die Lagerbüchse 27 kann die Form eines Doppel- Simmerings aufweisen mit einer anliegenden Dichtfläche 24 und einer Dichtlippe 25, die durch je eine Spiralringfeder 9 an die Welle 29 angepreßt werdea Dieses Wellenlager ist besonders geeignet für langsam laufende Wellen. Durch eine oder mehrere Luftkammern 26 und entsprechende Ausbildung des Dichtflächenhalses 20 und der Dichtlippe 25 kann dieses Kugelgel-Lager Schwingungen der Welle aufnehmen und dämpfen, ohne daß die Schmierung leidet.

Im Falle des Rollgleitlagers, siehe Fig. lb und 2b, hängt der Rollwiderstand von dem Material und der Beschaffenheit der Lagerwandungen, dem der Kugeln und deren Oberflächenrauhigkeit als auch von dem verwendeten Gleitmittel ab. Insbesondere bei Rollgleitschichtdicken von drei bis fünf Kugeldurchmessem spielt der Mitnahmeeffekt d.h. der daraus resultierende Geschwindigkeitsgradient im und somit die integrale Viskosität des eingesetzten Kugelgels eine Rolle. Durch die ggf. unterschiedlichen Kugelabmessungen kann auch bei nicht ganz maßhaltigen Wellen - bzw. Lagerabmessungen oder Flächen der ebenen Lager ein guter Rundlauf bzw. ein leichtes Rollgleiten erreicht werden; ebenso ist eine gute Schwingungsdämpfung möglich.

Fig. 3 zeigt in a) einen Quer- und in b) einen teilweisen Längsschnitt durch ein innenliegendes Kammersystem 8 im Schaumstoffkern 30 einer Matratze, in dem Einsatztaschen 34 aus einem elastischen Material 19, z.B. aus Trikotstoff oder einer gummiartigen Haut gefüllt mit Schaumkunststoff- Kugelgel 13, eingelegt sind. Laschen 31 aus demselben Material stellen eine bewegliche Verbindung zur Schaumstoffumrandung des Matratzenkerns her. In dieser Anwendung wird vorzugsweise ein trockenes Kugelgel 13 mit Oberflächenbeschichtung verwendet. Falls ein nasses oder ein Wassergel- oder Silikonöl - beschichtetes Kugelgel verwendet wird, ist das Taschenmaterial eine dünne, ggf. perforierte Folie aus Kunststoff oder Gummi. Bei trockenem Kugelgel 13 bestehend aus Styroporkugeln oberfächenbeschichtet mit Aerosilen oder Sipematen tritt durch die Walkbewegung des Schaumstoffkerns und der Taschen 34 nur eine sehr geringfügige Diffusion dieser Abstandshalter auf , da diese eine sehr hohe Oberflächenadhäsion aufweisen, aufgrund von starken v.d. Waals Kräften.

Das Kammersystem 8 im Inneren des Matratzenkerns kann z.B. aus einer Dreierteilung in der Längsrichtung der Matratze bestehen, die durch Zwischenstege 32 getrennt ist. Die Höhenrückstellung wird durch die Zwischenstege 32 und durch Schaumstoffkörper 35 bewirkt, die in den Taschen 34 eingebracht und mit Stegen 33 verbunden sind. Die Rückstellung kann auch durch eingesetzte Bonelle Taschenfederkernelemente oder andere elastische Elemente erreicht werden.

Fig. 3c und d zeigen den Quer- bzw. Längsschnitt einer weiteren Ausführung der Kugelgel- (13) gefüllten Einsatztaschen (34), in der die elastische Rückstellung durch sinusförmige Wellenbänder (45) bewirkt wird. Diese Wellenbänder (45) (Deutsches Gebrauchsmuster 20000477.8) werden vorteilhafterweise durch Schlaufen (nicht gezeigt) in ihrer Lage und in definiertem Abstand gehalten.

Die elastischen Taschen (34) haben einen Abstand von 2 bis 8 cm zur Schaumstoffumrandung 30 der Matratze, und somit können die Kugelgel-gefüllten Taschen 34 bei Dmckbeaufschlagung in diese Freiräume ausweichen.

Durch die großflächigen Taschen 34 und das viskos fließende Kugelgel wird eine allmähliche

Druckanpassung bewirkt und es kommt zusätzlich zu einem positiven Unterstützungseffekt im

Lenden- und Lendenwirbelbereich des Körpers. Dadurch wird bei Auflage eines menschlichen

Körpers eine ideale, dmckspitzenfreie Anpassung der Matratze an die Körperkontur in jeder

Schlafposition erreicht.

Die Lüftungs- Stiftbohrungen 36 unterstützen die Belüftung und Transpiration der Matratze, die bei trockenem Kugelgel auch über die Taschen 34 erfolgt.

Bei Verwendung von Styroporkugeln mit einem Raumgewicht von 20 bis 40 g/1 wird das Gesamtgewicht der Matratze gegenüber dem reinen Schaumstoffkern nicht erhöht ggf. sogar reduziert. Die Verwendung von schwer entflammbaren Polystyrol-Schaumstoffkugeln mit einer Oberflächenbeschichtung aus pyrogenen oder gefällten Kieselsäuren erhöht den Flammpunkt des Kugelgels weiter und verringert die Entflammbarkeit der Matratze.

In Fig. 4 ist der Querschnitt durch einen Schuh 40 schematisch gezeichnet dessen Futter 44 und Sohlen (42)- Kammern 39 mit einem Schaumkunststoff- Kugelgel 3 bzw. einem volumenelastischen Kugelgel 13' befüllt sind.

Die Volumenelastizität wird insbesondere mit Kugeln aus Styropor geringen Raumgewichts von ca. 20 - 40 g 1 oder Polyurethan erreicht.

Für die Kammerfüllung kann sowohl ein trockenes als auch ein nasses Kugelgel, je nach Gewichtsanforderung, von Vorteil sein.

Für die Futterfüllung wird vorzugsweise trockenes Kugelgel verwendet das auch eine sehr gute Wärmeisolierung z.B. bei Skischuhen gewährleistet. Das Futter 44 als auch die Außenhaut des Schuhes 38 kann aus Leder oder transpirierendem Gewebe bestehen.

In ähnlicher Weise kann trockenes Schaumkunststoff- Kugelgel in Futter von Schutzkleidungsstücken und Handschuhen bei entsprechender kleiner Dimension des Kugeldurchmessers und entsprechenden Absteppungen eingesetzt werden. Volumenelastisches Kugelgel 13' kann auch im Futter von Helmen, Bein-, Arm- und Gelenkschützern zur Absorption von Stößen bei Stürzen eingesetzt werden.

Fig.5 zeigt einen Querschnitt durch einen Fahrzeugreifen 52 , in dem eine poröse, tomsförmige Einlage 56 mit trocken-beschichteter Kugelgel-Füllung 13 eingebracht ist. Damit wird ein gutes Notlaufverhalten auch bei Druckluft- Verlust (einem Platten) erreicht Die Felge 54 und der Fahrzeugreifen 52 können die herkömmliche Bauweise und Form aufweisen. Vor dem Ventil 55 kann ggf. ein engmaschiges Netz (nicht gezeichnet) angebracht sein, das einen Durchtritt oder ein Verstopfen durch das Kugelgel oder die Oberflächenbeschichtung verhindert. Bei Verwendung von beschichteten Schaumkunststoff-Kugeln mit einem Raumgewicht von20 - 80 g / 1 beträgt das zusätzliche Gewicht der Kugelgel-Füllung eines KFZ-Reifens etwa zwischen 0,4 und 1,6 kg. Die Verwendung einer Oberflächenbeschichtung mit rollenlager-artigen Abstandshaltem, insbesondere mit gefällten Kieselsäuren (Sipematen und Aerosilen) oder (Erdalkali-) Pulvern wie Talkum wird bei den im Fahrzeugreifen im Sommer und bei höherer Geschwindigkeit auftretenden Temperaturen ein Zusammenbacken der Styropor-Kugeln in weit höherem Maße vermieden, als dies bei flüssigen oder pastösen Schmiermitteln der Fall ist. Bei diesen können sich augrund der Kohäsionskräfte kleine Flüssigkeitsbrücken zwischen den Teilchen ausbilden, welche zu einer Zusammenballung führen und somit die integrale Viskosität drastisch und unkontrollierbar erhöhen.

Dieser nachteilige Effekt tritt bei dem trockenen Kugelgel nicht auf. Die gelartige Fließfähigkeit des hier ausschließlich eingesetzten trockenen Kugelgels, dessen Viskosität von der Temperatur weitgehend unabhängig ist, gewährleistet damit eine Anpassung an die Walkbewegungen des Reifens und somit gute, gleichbleibende Laufeigenschaften. Weiter wird der Flammpunkt des Schaumkunststoffes durch die Beigabe der o.a. rollenlager-artigen Abstandshalter deutlich erhöht. Außerdem wird durch den Einsatz insbesondere der flockigen, gefällten Kieselsäuren eine deutliche Gewichtseinsparung im Vergleich zum Einsatz von flüssigen oder pastösen Schmiermitteln erreicht.

Bei den Kugelgel-Flächenlagern mit Schichtdicken größer dem Fünffachen des mittleren Kugeldurchmesser ist die integrale Viskostität des Kugelgels die entscheidende charakteristische Größe. Die Viskosität hängt hier vom Durchmesser der Kugeln, deren Oberflächenbeschichtung mit trockenem rollenlager-artigen Abstandshaltem, Graphit oder anderen flüssigen oder gelartigen Gleitmitteln ab.

Eine eindeutige Vorhersage der spezifischen Eigenschaften des Kugelgels aus dem verwendeten Material oder dem Durchmessern der Kugeln sowie des eingesetzten Gleitmittels ist schwierig und deshalb müssen diese im Einzelfall empirisch bestimmt werden.

Die Beigabe von etwa 0,3 bis 0,7 Gewichtsprozenten Aerosilen (pyrogenen Kieselsäuren) oder Sipematen (gefällten Kieselsäuren) bzw. Graphitstaub oder 1 bis 2 Gewichtsprozenten Talkum zu Styroporkugeln, die alle als Oberflächenschicht angelagert werden, bewirkt eine Reduzierung der Viskosität des Kugelgels um etwa eine Größenordnung gegenüber den unbeschichteten Kugeln. Außerdem verringert sich insbesondere bei den Aerosil- und Sipernat- Beigaben die Geräuschentwicklung beim freien Fließen bzw. beim forcierten Transport des Kugelgels, z.B. in Schläuchen, deutlich bis drastisch. Eine höher prozentige Zugabe dieser Abstandshalter verringert die Viskosität des Kugelgels nur noch geringfügig und wird dann als freies Pulver zwischen den Kugeln beobachtet Dies läßt auf eine Sättigung der Oberflächenbeschichtbarkeit der Styropor-Kugeln mit diesen trockenen Abstandshaltem schließen.

Bei Zugabe von Silikon- oder Paraffinölen zu Styroporkugeln wird ab ca. 1 bis 2 Gewichtsprozenten ein Sättigungseffekt der Oberflächenbeschichtung beobachtet Die Viskositätsverringerung ist kleiner als bei den trockenen Abstandshaltem. Bei weiterer Zugabe kommt es zu einer Akkumulierung von Kugelballen durch sich einschnürende Flüssigkeitsbrücken zwischen den einzelnen Kugeln, bewirkt durch die Adhäsionskraft des Öls an den Kugeln und dessen Oberflächenspannung. Dadurch wird die Viskosität dieses nassen Kugelgels über die der reinen Kugeln erhöht Bei Verwendung eines sehr dünnflüssigen Öls kleiner Oberflächenspannungen läßt sich letzterer Effekt eingeschränkt vermeiden. Der Vorteil dieser Kugelgele besteht darin, daß sie makroskopisch die Konsistenz einer höher viskosen Rüssigkeit oder eines Gels haben jedoch ein deutlich geringeres Gewicht als bisher bekannte Rüssigkeiten und Gele.

Weiterhin kann eine Kugelgel -Emulsion hergestellt werden durch Mischung z.B. von Schaumkunststoff-Kugeln mit einem wässrigen oder öligen Gel als Gleitmittel unter Beigabe eines Tensides oder anderen Netzmittels zur erhöhten Haftung an den Kugeln. Dadurch wird eine stabile Art von Emulsion auch bei sehr unterschiedlicher Dichte des Kugelmaterials und des umgebenden Gels hergestellt, die sich nicht entmischt

Bei Verwendung von Luquasorb AF ® (BASF Ludwigshafen) als Wassergelierungsmittel kommt es zu einer körnigen Struktur des Wassergels, das sich etwa in einem Volumenmischungs- Verhältnis von 1/16 bis 1/8 mit Hilfe eines Tensides im Zwischenraum der Kugeln anlagert. Die Viskosität dieses Kugelgels wird dadurch ebenfalls in deutlich kleinerem Maße verringert als bei den trockenen Abstandshaltem, bei höheren Volumenbeimischungen des zähflüssigen Wassergels sogar erhöht; für einige Anwendungen wie Schwingungsdämpfüng und -entkopplung ist dies sogar von Vorteil.

Claims

Ansprüche :

1. Anpassungsfähiges Rächenlager (7,7') für statische und dynamischeLasten bestehend aus Einzelkörpem (1, V, 11) von etwa 50 μm bis 50 mm mittleren Durchmessers, dadurch gekennzeichnet daß die Vollköφer von einem Gleitmittel (2') oder rollenlager-artigen Abstandshaltem (2 ) teilweise umgeben oder damit beschichtet sind und somit ein Kugelgel ausbilden.

2. Anpassungsfähiges Rächenlager gemäß Anspmch 1 dadurch gekennzeichnet daß die Einzelkörper ( 1 , 1 ', 11 ) aus Metall, Keramik, Stein, Kunststoff oder Schaumkunststoff bestehen und eine mnde oder vorzugsweise kugelrunde Außenform aufweisen und somit ein Kugelgel (3, 3', 13, 13',33 ) ausbilden..

3. Anpassungsfähiges Rächenlager gemäß Anspmch 1 bis 2 dadurch gekennzeichnet, daß die Körper (1, 1 ', 11) mit einem Gleitmittel (2', 22) aus einem Öl, Fett aus Paraffinen oder mit einer Mischung derselben oder mit Abstandshaltem (2 ) aus Talkum, Aerosilen, Sipematen, Graphit oder mit einer Mischung derselben beschichtet oder teilweise umgeben sind.

4. Anpassungsfähiges Rächenlager gemäß Anspmch 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet daß das Kugelgel aus Schaumkunststoff - Kugeln (3) mit einem wässrigen Gel als Gleitmittel und einem beigemischtem Tensid besteht, wodurch eine beständige Art von Emulsion aus den Kugeln und dem wässrigen Gel ensteht

5. Anpassungsfähiges Rächenlager gemäß Anspmch 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, daß eine Matratze (30 ) aus Schaumstoff ein innenliegendes Kammersystem (8) enthält, in dem Kugelgel (3, 3', 13, 13') gefüllte Taschen eingebracht sind.

6. Anpassungsfähiges Rächenlager gemäß Anspmch 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet daß das Kugelgel - Rächenlager als Rollgleitschichtlager Verwendung findet

7. Anpassungsfähiges Rächenlager gemäß Anspmch 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet daß das Kugelgel (3 ) als Schicht in einer Umhüllung (6, 19 ) aus Kunststoffolien oder aus dichtem Gewebe eingebracht ist

8. Anpassungsfähiges Rächenlager gemäß Anspmch 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet daß das Kugelgel (3 ) in einem Futter (44) von Schutzkleidungsstücken, eines Schuhs (40 ) oder Handschuhs, eines Helmes, von Arm-, Bein- oder Glenkschützern eingebracht ist.

9. Anpassungsfähiges Rächenlager gemäß Anspmch 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet daß die Schaumkunststoffkörper (1, 11 ) eine Volumen-Elastizität aufweisen.

10. Verwendung des anpassungsfähigen Rächenlagers nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9 dadurch gekennzeichnet daß das volumenelastische Kugelgel (13') als Schuhsohlendämpfting in Kammern (39) der Sohle (42) eines Schuhs (40) eingebracht ist.

11. Verwendung des anpassungsfähigen Rächenlagers gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, daß Kugelgel (3 ) in einer Umhüllung (6, 19) als Bettmatratze, Sessel-, Sofa- oder Autositz-Polsterung oder -Auflage oder als Unterpolsterung von Sätteln eingesetzt wird.

12. Anpassungsfähiges Rächenlager gemäß Anspmch 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet daß das Rächenlager als Schüttung (23) oder Schichtbett für Lasertische (15) , unter Teleskopen oder Gebäuden (15) verwendet wird.

13. Verwendung des anpassungsfähigen Rächenlagers gemäß Anspmch 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet daß Kugelgel (3') als Rollgleitschicht zwischen flächigen Auflagen von Brücken, Häusern und anderer schwerer Bauelementen zum Verschieben dieser Gegenstände eingesetzt wird.

14. Anpassungsfähiges Rächenlager nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9 dadurch gekennzeichnet, daß das trockenes Kugelgel (13) mit rollenlager- artigen Abstandshaltem in einer porösen, torusförmigen Umhüllung (56) eingebracht ist die eng anüegend in einem Fahrzeugreifen (52) eingelegt ist.