DE4131192C2 - Verfahren zur Herstellung eines Druckkissens - Google Patents
Verfahren zur Herstellung eines DruckkissensInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Druckkissens gemäß dem
ersten Patentanspruch.
Ein Druckkissen ist aus der DE 39 34 235 C2 bekannt.
Dieses Druckkissen besteht aus zwei gleich großen Platten aus
einem elastisch-plastisch verformbaren Material, die entlang
ihrem Umfang miteinander verbunden sind. Eine der beiden Plat
ten enthält eine Bohrung im Innenbereich der Plattenfläche,
durch die das Druckkissen mit Hilfe eines unter Druck stehen
den Mediums, etwa einer Hydraulikflüssigkeit, aufgebläht wer
den kann. Solche Druckkissen werden in einer Prüfeinrichtung zur
Ermittlung des Verhaltens von granularem Material unter tri
axialer Belastung eingesetzt.
Ein ähnlich aufgebautes Druckkissen wird gemäß der EP 01 50 757
B1 zur Bestimmung des Spannungszustandes geschlossener geolo
gischer Formationen verwendet.
Bei den bekannten Druckkissen liegt die Zone der
größten Verformung im Verbindungsbereich der beiden Platten.
Es hat sich gezeigt, daß bei diesen Druckkissen die Gefahr be
steht, daß Undichtigkeiten auftreten, wenn sie unter sehr ho
hem Druck (einige 100 bar) stark verformt werden. Die Zuver
lässigkeit der bekannten Druckkissen ist insbesondere dann
vermindert, wenn gleichzeitig bei der Prüfung oder Simulation
der Fließeigenschaften von granularem Material im tiefen Un
tergrund hohe Temperaturen angewendet werden müssen.
Aus der DE 23 62 903 A1 ist ein aus Gummi oder gummiähnlichen
Kunststoffen hergestelltes Druckkissen bekannt, das aus einem
Formteil aus Gummi und einer Platte besteht. Das Formteil ist
eine runde oder rechteckige Membran, die allseitig in eine
hochgebogene und um 180° abgewinkelte Randkante ausläuft. Die
Randkante umschließt die Platte und trägt einen Wulst, der in
eine Nut auf der freien Seite der Platte eingreift. Die Platte
enthält Bohrungen zum Einpressen einer Druckflüssigkeit. Das
Druckkissen wird lediglich durch den Druck der Platte auf die
Druckplatte einer Presse abgedichtet.
Aus der DE 22 42 426 C3 ist ein aufblähbares Druckkissen mit
einem Anschluß für ein Druckmedium bekannt, das aus Kunststoff
besteht und in dessen Blähkammerbereich eine lose, den
Kunststoff des Druckkissens in zwei voneinander blähbare
Wandteile trennende Trennfolie, bestehend aus einem Doppelblatt,
angeordnet ist. Die Trennfolie soll eine gleichmäßige Ablösung
der Wandteile beim Aufblähen gewährleisten.
Für starke Druck- und Temperaturbelastungen sind die beiden
letztgenannten Druckkissen nicht geeignet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines
solchen Druckkissens vorzu
schlagen, das bei starker Druck- und Temperaturbelastung und
hoher Verformung eine größere Sicherheit gegen Undichtwerden
bietet.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den im
ersten Patentanspruch aufgeführten Merkmalen gelöst.
Die übrigen Ansprüche geben besonders bevor
zugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens
an.
Für den Einsatz in der oben erwähnten Prüfeinrichtung werden
quadratische Druckkissen mit abgeschrägten Ecken benötigt. Für
andere Verwendungen ist auch der Einsatz von rechteckigen
Druckkissen mit abgeschrägten Ecken oder von polygonalen
Druckkissen möglich. Zur Bestimmung des Spannungszustandes
geologischer Formationen gemäß der eingangs genannten EP
0150757 B1 können Druckkissen von beliebiger Form verwendet
werden.
Die Erfindung geht von dem Grundgedanken aus, die Zonen maxi
maler Verformung und Zugbeanspruchung und die Bereiche, in
denen die beiden Platten miteinander druckdicht fest verbunden sind,
voneinander zu trennen. Diese Trennung wird dadurch erreicht,
daß Platten unterschiedlicher Größe vorgesehen werden, die
größere Platte um die kleinere Platte gefaltet wird und die
Kanten der größeren Platte mit der nicht abgedeckten Fläche
der kleineren Platte druckdicht fest verbunden werden.
Die druckdicht feste Verbindung wird bevorzugt durch Elektronen
strahl- oder Laserschweißen hergestellt, wenn die Platten aus
Stahl oder Kupfer bestehen. Bei Verwendung anderer Materialien
können auch Löt- oder Klebverbindungen hergestellt werden,
wenn die vorgesehene Verwendung diese Verbindungstechniken
hinsichtlich der Temperatur- und Druckbeständigkeit als aus
reichend erscheinen läßt.
Für die Verwendung in der eingangs genannten Prüfeinrichtung
werden Druckkissen besonders bevorzugt, bei denen die größere
Platte unter Berücksichtigung der auftretenden Belastung so
dünn wie möglich gehalten ist, während die kleinere Platte die
fünf- bis zehnfache Wandstärke aufweist und bei denen die
kleinere Platte zum Einpressen eines unter Druck stehenden Me
diums, etwa einer Hydraulikflüssigkeit, durchbohrt ist. Solche
Druckkissen legen sich unter Belastung eng an die Wände der
Prüfeinrichtung an, während im wesentlichen nur die zum Prüf
gut weisende größere Platte verformt wird. Ein weiterer Vor
teil besteht darin, daß beim Herstellen
der druckdichten Verbindung durch Schweißen die Gefahr vermin
dert ist, daß durchgeschweißt wird und damit die Platten auch
auf der zum Prüfgut weisenden Seite aneinander fixiert werden.
Für die Verwendung in der oben erwähnten Prüfeinrichtung ist
es besonders vorteilhaft, wenn auf der kleineren Platte ein
Befestigungselement in der Form eines durchbohrten Druck
knopfes fixiert wird, dessen Gegenstück auf der Innenwand der
Prüfeinrichtung angebracht ist, wobei die Bohrungen von Druck
knopf und Platte miteinander fluchten. Die Bohrungen können
durch einen um den Druckknopf gelegten O-Ring gegen die Wände
der Prüfeinrichtungen abgedichtet werden. In diesem Fall las
sen sich die Druckkissen in der Prüfeinrichtung fixieren und
verschieben sich nicht, wenn das Prüfgut in der Prüfeinrich
tung vorverdichtet wird. Wenn nach Beendigung des Prüfvorgangs
das granulare Material entfernt wird, behalten die Druckkissen
ihre Lage bei; hierdurch wird verhindert, daß Hydraulikflüs
sigkeit ausläuft und Prüfeinrichtung und Prüfgut verunreinigt.
Die Hydraulikflüssigkeit kann nach Ende des Versuchs abgepumpt
werden.
Für die Verwendung in der oben erwähnten Prüfeinrichtung ist
es weiterhin besonders vorteilhaft, wenn im Hohlraum des
Druckkissens eine gitterartige Struktur, zum Beispiel ein
Drahtgeflecht, vorgesehen wird, das den Hohlraum zumindest
teilweise ausfüllt. Das Gitter hat dabei die Aufgabe, zu Be
ginn des Versuchs den Anpreßdruck des Prüfguts auf die Rück
wand des Kissens und damit auf den O-Ring, der die Bohrungen
für die Hydraulikflüssigkeit in Druckkissen und Prüfeinrich
tung abdichtet, weiterzugeben, ohne den Zufluß der Hydraulik
flüssigkeit zu behindern.
Besonders bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen
Verfahrens ergeben eine solche Faltung der größeren Platte,
bei der die z. B. durch Verschweißen mit der kleineren Platte
zu verbindenden Faltkanten frei zugänglich sind. In diesem
Fall kann das Verschweißen in einem Arbeitsgang erfolgen, ohne
daß verdeckt liegende Kanten auf die Fläche der kleineren
Platte aufgeschweißt werden müssen. Eine Faltung, die diese
Bedingung erfüllt, läßt sich für beliebig geformte polygonale
Druckkissen realisieren.
Die Form und Größe der kleineren Platte ist hierbei von unter
geordneter Bedeutung. Wichtig ist lediglich, daß die kleinere
Platte so gewählt wird, daß nach der Faltung die Faltkanten
auf der freien Fläche der Platte aufliegen. Wenn als größere
Platte eine quadratische Platte gewählt wird, kann - bei ent
sprechend breiter Faltung - als kleinere Platte durchaus eine
runde Platte mit einem ausreichenden Radius verwendet werden.
Weiterhin soll die kleinere Platte an keiner Stelle die ge
falzten Kanten der größeren Platte berühren, so daß sich die
Falze unter Druck frei ausdehnen können.
Für die Herstellung polygonaler Druckkissen mit hoher Ecken
zahl (<8) wird als größere Platte eine Platte mit einer ent
sprechenden Form oder eine runde Platte verwendet.
Es gibt zwei bevorzugte Herstellungsverfahren, mit denen die
oben erwähnte vorteilhafte Faltung erzielt werden kann. Bei
der ersten Art der Faltung liegen die Eckbereiche der größeren
Platte direkt auf der Fläche der kleineren Platte auf; bei der
zweiten Art der Faltung liegen die Eckbereiche der größeren
Platte auf den umgeschlagenen Kanten auf.
Die im folgenden beschriebenen Herstellungsverfahren gehen von
der besonders bevorzugten Voraussetzung aus, daß die Falzkan
ten allseitig gleich breit gewählt werden, so daß ein sehr
symmetrisches Druckkissen erhalten wird. Diese Voraussetzung
stellt jedoch keine notwendige Bedingung dar.
Im allgemeinen weisen Druckkissen in polygonaler Form mit ei
ner größeren Eckenzahl (<8) gegenüber rechteckigen, insbeson
dere gegenüber quadratischen Druckkissen mit abgeschrägten
Ecken keine besonderen Vorteile auf. Mit zunehmender Zahl der
Ecken wird die Herstellung jedoch wesentlich aufwendiger.
Besonders bevorzugte Herstellungsverfahren für quadratische
oder rechteckige Druckkissen mit abgeschrägten Ecken werden
anhand der Fig. 1 bis 3 näher erläutert.
Fig. 1 zeigt die Rückansicht des nach dem Herstellungs
verfahren gemäß Anspruch 5 erhältlichen Druckkissens (Teil a) und zwei Schnitt
zeichnungen (Teil b und c).
Fig. 2 zeigt die Rückansicht des nach dem Herstel
lungsverfahren gemäß Anspruch 6 erhältlichen Druckkissens (Teil a) und zwei
Schnittzeichnungen (Teil b und c).
Fig. 3 zeigt eine besonders bevorzugte Ausführungsform des er
findungsgemäß herstellbaren Druckkissens mit einem in dessen Hohlraum an
geordneten Drahtgeflecht.
Nach dem Herstellungsverfahren gemäß Anspruch 5 (Fig. 1) wird beispiels
weise eine quadratische größere Platte 1 verwendet, die um
eine kleinere Platte 2 gefaltet ist. Vor der Faltung werden
von der größeren Platte 1 in den Eckbereichen durch jeweils
einen Schnitt vier gleichschenklige Dreiecke 3 mit der Höhe h
entfernt. Danach werden die Eckbereiche der größeren Platte 1
so um die kleinere Platte 2 gefaltet, daß 4 Quadrate 4 auf der
freien Fläche der kleineren Platte aufliegen. Die inneren Qua
dratseiten 5 werden durch die Hypothenusen der abgeschnittenen
Dreiecke 3 gebildet. Anschließend werden die Kanten 6 der
größeren Platte 1 in einer Breite, die den Katheten der abge
schnittenen Dreiecke 3 entspricht, umgeknickt und um die klei
nere Platte 2 gefaltet. Alle auf der kleineren Platte 2 auf
liegenden Kanten 5, 6 werden mit der freien Fläche der kleine
ren Platte 2 verschweißt. Zusätzlich müssen auch die Kanten 6
in den Eckbereichen, wo sie auf den Quadraten 4 aufliegen,
verschweißt werden.
Nach dem Herstellungsverfahren gemäß Anspruch 6 (Fig. 2) wird ebenfalls
eine beispielsweise quadratische größere Platte 1 um eine
kleinere Platte 2 gefaltet. Vor der Faltung werden von der
größeren Platte 1 in den Eckbereichen durch jeweils zwei
Schnitte vier Quadrate 7 mit den Seitenlängen a entfernt. Da
nach werden die Kanten 8 der größeren Platte 1 in einer Breite
a umgeknickt und auf die kleinere Platte 2 gefaltet. Schließ
lich werden die Eckbereiche der größeren Platte 1 in der Weise
auf die kleinere Platte 2 gefaltet, daß die zwei Kanten 9, die
beim Entfernen der Quadrate 7 entstehen, auf den Kanten 8 zu
liegen kommen. Die Kanten 8, 9 werden schließlich mit der Flä
che der kleineren Platte verschweißt.
Prinzipiell ist es beim Herstellungsverfahren gemäß Anspruch 5 möglich,
auf das Entfernen der Dreiecke 3 (Fig. 1) vor der Faltung zu
verzichten. In diesem Fall müssen die Kanten 10 der Dreiecke 3
mit der Fläche der kleineren Platte verschweißt werden. Hier
bei muß jedoch die Schweißrichtung wesentlich häufiger verän
dert werden; der Schweißvorgang wird dadurch erschwert.
Die beschriebenen Verfahren können in der Weise abgewandelt
werden, daß polygonale Druckkissen mit mehr als 8 Ecken her
stellbar sind.
Fig. 3 zeigt eine besonders bevorzugte Ausführungsform des er
findungsgemäß herstellbaren Druckkissens beim Einsatz in der eingangs er
wähnten Prüfeinrichtung. Von der Prüfeinrichtung ist lediglich
eine Wand 12 dargestellt, an der das erfindungsgemäße Druck
kissen aufliegt. Das Druckkissen ist in der Prüfeinrichtung so
angeordnet, daß die Rückwand 13, die aus der kleineren Platte
2 und den umgefalteten Bereichen der größeren Platte 1 (nicht
dargestellt) gebildet wird, an der Wand 12 anliegt. Der Hohl
raum des Druckkissens wird teilweise durch ein Drahtgeflecht
14 ausgefüllt, das den vom Prüfgut ausgeübten Druck auf den
O-Ring 15 überträgt und damit die Abdichtung unterstützt. Das
Drahtgeflecht 14 weist eine ringförmige Struktur auf und ist
so angeordnet, daß der Bereich der Bohrung 16 in der Rückwand
13 freibleibt.
Claims (7)
1. Verfahren zur Herstellung eines Druckkissens in der Form
eines Polygons oder eines Rechtecks oder Quadrats mit abgeschrägten
Ecken, bei dem
- a) eine erste Platte, die aus einem plastisch-elastisch verformbaren Material besteht, um
- b) eine zweite Platte, die kleiner ist als die erste Platte und zum Einpressen eines Mediums durchbohrt ist,
- c) in der Weise gefaltet wird, daß zwischen den beiden Platten ein Hohlraum entsteht, wonach
- d) die Kanten der ersten, größeren Platte mit der Fläche der zweiten, kleineren Platte druckdicht fest verbunden werden, so daß durch das Einpressen des Mediums der Hohlraum vergrößert werden kann.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Platten so gewählt
werden, daß die Wandstärke der zweiten, kleineren Platte
das 5- bis 10fache der Wandstärke der ersten, größeren
Platte beträgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem auf der zweiten,
kleineren Platte ein Befestigungselement in der Form eines
Druckknopfs druckdicht fixiert wird und sowohl der Druckknopf
als auch der darunter liegende Bereich der zweiten,
kleineren Platte durchbohrt werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Hohlraum zumindest
teilweise durch ein Gitter ausgefüllt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem
- a) als erste, größere Platte eine rechteckige oder quadratische Platte verwendet wird,
- b) von der größeren Platte in den Eckbereichen durch je weils einen Schnitt vier gleichschenklige Dreiecke mit der Höhe h entfernt werden,
- c) die Eckbereiche der größeren Platte in der Weise um die zweite, kleinere Platte gefaltet werden, daß vier Quadrate entstehen, deren Seitenlängen 2 · h betragen,
- d) die Kanten der größeren Platte in einer Breite, die den Katheten des entfernten gleichschenkligen Dreiecks ent spricht, umgeknickt werden, wobei
- e) die Form und Größe der kleineren Platte so gewählt wird, daß nach der Faltung die Kanten der größeren Platte auf der Fläche der kleineren Platte aufliegen, und
- f) die Kanten der größeren Platte mit der Fläche der klei neren Platte druckfest fest verbunden werden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem
- a) als erste, größere Platte eine rechteckige oder quadratische Platte verwendet wird,
- b) von der größeren Platte in den Eckbereichen durch je weils zwei Schnitte vier Quadrate der Seitenlänge a ent fernt werden,
- c) die Kanten der größeren Platte in einer Breite a um geknickt und um die zweite, kleinere Platte gefaltet werden,
- d) die Eckbereiche der größeren Platte in der Weise um die kleinere Platte gefaltet werden, daß jeweils die zwei beim Entfernen der Quadrate entstandenen Kanten an der größeren Platte auf den umgeknickten Kanten der größeren Platte aufliegen, wobei
- e) die Form und Größe der kleineren Platte so gewählt wird, daß nach der Faltung die Kanten der größeren Platte auf der Fläche der kleineren Platte aufliegen, und
- f) die Kanten der größeren Platte mit der Fläche der klei neren Platte druckfest fest verbunden werden.
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet,
daß die druckdichte feste Verbindung durch Laserschweißen oder
Elektronenstrahlschweißen hergestellt wird.
Priority Applications (2)
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Publications (2)
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DE4131192C2 true DE4131192C2 (de) | 1995-10-19 |
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DE (1) | DE4131192C2 (de) |
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1991
- 1991-09-19 DE DE19914131192 patent/DE4131192C2/de not_active Expired - Fee Related
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