BE1011291A3 - Heterogene cylindrische structuur omvattende metaalvezels. - Google Patents

Abstract

De uitvinding heeft betrekking op een cylindrische metaalstructuur (1) omvattende een kern (2) en een mantel (3), waarbij de kern bestaat uit metaalvezelbundels welke bij voorkeur overwegend volgens de langsrichting van de cylindrische metaalstructuur georiënteerd zijn, en dat de mantelbestaat uit een gebreide, geweven of gevlochten metaaldraadstructuur. De cylindrische metaalstructuur kan verder nog worden voorzien van een omhulling uit kunststof. De uitvinding heeft eveneens betrekking op het gebruik van de metaalstructuur als dichtingselement.

Description

HETEROGENE CYLINDRISCHE STRUCTUUR OMVATTENDE METAALVEZELS

De uitvinding heeft betrekking op een cylindrische metaalstructuur welke al dan niet omgeven is met een omhulling uit kunststof, omvattende metaalvezel-bundels en een metaaldraadstructuur. Verder heeft de uitvinding ook betrekking op het gebruik ervan als dichtingselement.

Vele conventionele cylindrische metaalstructuren vertonen voor een aantal toepassingen, zoals bijvoorbeeld voor het gebruik als dichtingselement, enkele belangrijke nadelen. Zo zijn deze structuren maar in heel beperkte mate elastisch samendrukbaar, zodat ze, zeker bij relatief lang aanhoudende drukbelasting, essentieel irreversibel vervormen. Verder zijn deze conventionele metaalstructuren vaak weinig flexibel, waardoor ze bijvoorbeeld slechts zeer moeilijk opgelegde (complexe) contouren kunnen volgen. Voor vele toepassingen is er evenwel nood aan een flexibele metaalstructuur, welke bovendien in aanzienlijke mate reversibel vervormbaar is, en tevens voldoende stevigheid en samen-hangendheid bezit.

De uitvinding heeft tot doel tegemoet te komen aan de nadelen van de gekende cylindrische metaalstructuren, en verschaft hiertoe een cylindrische metaalstructuur welke elastisch vervormbaar is, een regelbare flexibiliteit en elasticiteit heeft, en toch voldoende stevigheid bezit.

Meer bepaald verschaft de uitvinding een cylindrische metaalstructuur omvattende een kem en een mantel, waarbij de kem bestaat uit metaalvezel-bundels, en waarbij de mantel bestaat uit een gebreide, geweven of gevlochten metaaldraadstructuur.

De metaalvezelbundels welke vervat zijn in de kern zijn bij voorkeur overwegend parallel georiënteerd, bijvoorbeeld volgens de langsas van de cylindrische structuur, of ze zijn licht-getwist en verlopen dan helicoïdaal ten opzichte van deze langsas, d.i. volgens een spiraal met grote staplengte.

De metaaldraadstructuur houdt de metaalvezelbundels samen en geeft de metaalstructuur de vereiste stevigheid.

De cylindrische metaalstructuur kan verder worden omgeven met een omhulling uit kunststof welke de metaalstructuur nog bijkomende stevigheid biedt, ze afschermt van omringende fluïda en gemakkelijker hanteerbaar maakt.

De uitvinding zal hierna in detail worden toegelicht, refererend naar volgende figuren.

Figuur 1 is een schematische weergave van een cylindrische metaalstructuur omvattende metaalvezelbundels en een mantel op basis van gebreide metaaldraad.

Figuur 2 toont een heterogene cylindrische structuur volgens de vinding, bestaande uit een cylindrische metaalstructuur waarrond een kunststoffolie werd geplooid wier uiteinden een longitudinale flens vormen, axiaal langsheen het cylindrisch oppervlak.

Figuur 3 toont een heterogene cylindrische structuur volgens de vinding, bestaande uit een cylindrische metaalstructuur waarrond twee kunststoffolies werden aangebracht wier uiteinden twee longitudinale flenzen vormen, axiaal langsheen het cylindrisch oppervlak.

Figuur 4 illustreert hoe een heterogene cylindrische structuur volgens de vinding kan worden aangewend als dichtingselement.

De cylindrische metaalstructuur 1 volgens de vinding omvattende een kern 2 en een mantel 3 wordt schematisch weergegeven in Figuur 1. De structuur moet niet noodzakelijk een cirkelvormige doorsnede hebben. De doorsnede kan ook elliptisch zijn, zelfs met een grote verhouding van de lengten van de ellipsassen.

De kem 2 bestaat uit metaalvezelbundels, bij voorkeur op basis van roestvaste staalvezels. De metaalvezels hebben een equivalente diameter welke begrepen is tussen 2 en 150 pm, bij voorkeur tussen 10 en 70 pm.

De equivalente diameter wordt hierbij gedetineerd als de diameter van een fictieve ronde vezel met dezelfde dwarse doorsnede als deze van de beschouwde reële vezel.

De metaalvezelbundels kunnen worden verkregen door het afschaven van de koprand van een gewikkelde metaalfolie, zoals beschreven in het octrooi US 4930199, door de techniek van gebundeld trekken, zoals bijvoorbeeld beschreven in het octrooi US 3379000, of rechtstreeks uit de smelt, bijvoorbeeld door extrusie, zoals beschreven in het octrooi US 5524704.

Verder kunnen de metaalvezelbundels worden gekrimpt, bijvoorbeeld door ze te leiden tussen twee of meer in elkaar grijpende tandwielen. Dergelijke (licht) gekrimpte metaalvezelbundels geven de cylindrische metaalstructuur meer volume, hetgeen ten goede komt aan de elasticiteit en samendrukbaarheid ervan.

De metaalvezelbundels, welke bij voorkeur op zodanige manier worden gebundeld dat de individuele metaalvezels nagenoeg parallel georiënteerd zijn in de kern 2, maken de cylindrische metaalstructuur 1 zeer elastisch. Bovendien kunnen de elasticiteit en de flexibiliteit van de cylindrische metaalstructuur 1 op een regelbare manier worden beïnvloed door het variëren van de hoeveelheid metaalvezels in de kern 2, of door het variëren van de staplengte van de licht-getwiste metaalvezelbundels in de kern 2.

De mantel 3 van de cylindrische metaalstructuur 1 bestaat uit een gebreide, geweven of gevlochten metaaldraadstructuur, bij voorkeur op basis van roestvaste staaldraad met een diameter welke begrepen is tussen 0,03 en 0,4 mm, en heeft een gewicht dat begrepen is tussen 50 en 1500 g/m2, in de meeste uitvoeringsvormen tussen 300 en 1000 g/m2. Deze metaaldraadstructuur houdt de metaalvezelbundels samen in de kem 2, en geeft de metaalstructuur 1 de vereiste stevigheid.

Als alternatief kan ook een breisel op basis van metaalvezelgaren worden aangewend als mantel van de cylindrische metaalstructuur 1. Dergelijke metaal-vezelbundel omvattende breisels worden bijvoorbeeld beschreven in de PCT octrooiaanvraag WO 97/04152 van aanvraagster.

Als tweede alternatief kan de mantel worden verkregen door een metaaldraad te wikkelen rond de metaalvezelsbundels.

De diameter en de lengte van de cylindrische metaalstructuur 1 volgens de vinding zijn vrij te bepalen, overeenkomstig de beoogde toepassing.

De vervaardiging van de cylindrische metaalstructuur 1 kan gebeuren op continue wijze, bijvoorbeeld door het circulair breien van een mantel uit metaaldraad rond een aantal (enigszins dwars of radiaal samengedrukte) continue metaalvezelbundels welke centraal worden toegevoerd. Het radiaal samendrukken van de metaalvezelbundels gebeurt bijvoorbeeld door de metaalvezelbundels te trekken doorheen een trechtervormig lichaam.

In een alternatieve uitvoeringsvorm omvat de cylindrische metaalstructuur volgens de vinding een kern op basis van metaalvezels waarrond meerdere opeenvolgende, afwisselende, concentrische lagen van respectievelijk een metaaldraadstructuur en metaalvezels zijn aangebracht.

In een tweede alternatieve uitvoeringsvorm omvat de kem van de cylindrische metaalstructuur minder georiënteerde of zelfs willekeurig georiënteerde metaalvezels, bijvoorbeeld onder de vorm van staalwol.

De hoger beschreven cylindrische metaalstructuur volgens de vinding kan worden aangewend als dichtingselement. Daar de structuur volledig vervaardigd kan worden uit roestvast staal, dat binnen een groot temperatuurbereik zijn fysische eigenschappen behoudt, kan de cylindrische metaalstructuur worden ingezet als dichtingselement voor diverse toepassingen, zelfs bij zeer hoge of zeer lage temperaturen.

Voor bepaalde specifieke toepassingen, onder meer voor het aanwenden van de metaalstructuur als dichtingselement onder cryogene omstandigheden, d.i. bij extreem lage temperaturen, is het wenselijk de metaalstructuur te omgeven met een kunststofomhulling met een dikte begrepen tussen 50 en 300 pm.

Deze kunststofomhulling kan bijvoorbeeld worden aangebracht door het wikkelen of plooien van een kunststoffolie 5 rond de cylindrische metaalstructuur 1, of door rechtstreekse extrusie ervan rond deze metaalstructuur.

Een dergelijke heterogene cylindrische structuur 4 waarbij een kunststoffolie 5 geplooid is rond een cylindrische metaalstructuur 1, wordt geïllustreerd in Figuur 2. De uiteinden van de kunststoffolie 5 kunnen met behulp van dubbelzijdige kleefband 7, met lijm, of door het aanbrengen van een (smelt-)las aan elkaar worden bevestigd ter omhulling van de cylindrische metaalstructuur 1. De folie kan op dusdanige manier rond de metaalstructuur worden geplooid dat de uiteinden ervan een longitudinale flens 6 vormen, axiaal langsheen het cylindrisch oppervlak.

In een alternatieve uitvoeringsvorm kan een heterogene cylindrische structuur 4 worden vervaardigd door een cylindrische metaalstructuur 1 te vatten tussen twee kunststoffolies 5' en 5", zoals geïllustreerd in Figuur 3. De uiteinden van de kunststoffolies 5' en 5" kunnen analoog als hoger beschreven aan elkaar worden bevestigd, ter omhulling van de cylindrische metaalstructuur 1, en kunnen analoog twee longitudinale flenzen 6' en 6" vormen, axiaal langsheen het cylindrisch oppervlak.

De longitudinale flenzen 6, 6' en 6" kunnen fungeren als verbindingselementen tussen twee heterogene cylindrische structuren 4 of 4' volgens de vinding, of als bevestigingselementen voor deze structuren op een onder- of bovenliggende drager.

Het aanwenden van heterogene cylindrische structuren 4' met twee longitudinale flenzen 6' en 6" axiaal langsheen het cylindrisch oppervlak, laat toe twee of meer dergelijke structuren met elkaar te verbinden tot een meervoudig, breed, zeer effectief dichtingselement.

Twee longitudinale flenzen 6, 6' of 6" van twee naburige heterogene cylindrische structuren 4 of 4' volgens de vinding kunnen bijvoorbeeld worden verbonden met behulp van dubbelzijdige kleefband 7 welke tussen de beide flenzen wordt aangebracht, door het verlijmen van de flenzen, of door het aanbrengen van een longitudinale las. Ook de eventuele bevestiging van één of meerdere heterogene cylindrische structuren 4 of 4' volgens de vinding, via hun longitudinale flenzen, aan een onder- of bovenliggende drager kan op deze manier worden uitgevoerd, of bijvoorbeeld ook met behulp van vijzen of nagels welke doorheen één of meerdere flenzen in de onderliggende drager worden aangebracht.

De vervaardiging van de hoger beschreven heterogene cylindrische structuren 4 of 4' kan continu worden uitgevoerd, bijvoorbeeld door het plooien van continu aangevoerde kunststoffolie rond de continu gevormde cylindrische metaal-structuur. Ook het aanbrengen van lijm of dubbelzijdig kleefband tussen de uiteinden van de kunststoffolie kan in dezelfde continue produktielijn worden uitgevoerd. De heterogene cylindrische structuur kan uiteindelijk op gewenste lengte worden afgesneden.

Voorbeeld

Dichtingselement voor toepassing onder cryogene omstandigheden.

De hogerbeschreven heterogene cylindrische structuur 4' is zeer geschikt voor gebruik als dichtingselement, in het bijzonder onder cryogene omstandigheden, bijvoorbeeld bij temperaturen van lager dan -100°C.

Het Duits octrooi DE 3904561 beschrijft een cylindrische dichting bestaande uit een kern op basis van natuurlijke vezels, zoals katoen- of kokosvezels, en een metaaiweefsel of metaalfolie als omhullende mantel.

Belangrijke tekortkomingen van dergelijke dichtingselementen zijn de oncontroleerbare hardheid, de beperkte reversibele vervormbaarheid en flexibiliteit, en het reële gevaar dat de natuurlijke vezels op termijn beginnen te rotten en het dichtingselement bijgevolg zijn eigenschappen verliest. Bij gebruik onder zeer lage temperaturen kunnen aldus harde en brosse plaatsen ontstaan langsheen het cylindrisch dichtingselement. Verder worden deze dichtingselementen bij gebruik deels blijvend vervormd, zodat ze weinig of niet herbruikbaar zijn.

Een dichtingselement bestaande uit een heterogene cylindrische structuur volgens de vinding vermijdt deze nadelen. De kern van de heterogene cylindrische structuur omvat immers inerte metaalvezels, bij voorkeur uit roestvast staal, welke de structuur flexibel, elastisch en reversibel vervormbaar maken. De metaaldraadstructuur als onderdeel van de heterogene cylindrische structuur geeft de nodige stevigheid, en de kunststofomhulling schermt het geheel af van de omringende fluïda.

Het roestvast staal behoudt zijn eigenschappen, ook bij de extreem lage temperaturen, en wordt niet bros.

De kunststofomhulling kan worden vervaardigd uit hoge-densiteit-polyethyleen of uit teflon, welke kunststoffen eveneens hun fysische eigenschappen behouden, en niet bros worden bij de zeer lage temperaturen.

Concreet werd voor deze toepassing een heterogene cylindrische structuur vervaardigd omvattende een cylindrische metaalstructuur welke opgebouwd is uit een kern bestaande uit roestvaste staalvezelbundels en een gebreide roestvast stalen draadstructuur, en welke omhuld is door een mantel uit hoge-dichtheid-polyethyleen.

De roestvaste staalvezelbundels werden bekomen door het afschaven van de koprand van een gewikkelde folie, omvatten staalvezels met een equivalente diameter van 50 pm, en hebben een gewicht van 3 g/m. Een aantal dergelijke vezelbundels werden samengeperst tot een cylindrische kem, met een diameter van 18 mm en een gewicht van 100 g per lopende meter, door ze te trekken door een trechtervormig lichaam.

Rond deze kern werd een roestvaste staaldraadstructuur gebreid met een gewicht van 640 g/m2, op basis van staaldraad met een diameter van 0.28 mm (0.011").

Tenslotte werd rond de aldus verkregen cylindrische metaalstructuur een hoge-densiteit-polyethyleen folie geplooid met een dikte van 250 pm. De uiteinden van deze folie werden verbonden met behulp van dubbelzijdige kleefband, en vormen een longitudinale flens, axiaal langsheen de cylindrische structuur, zoals dit hoger werd beschreven.

Twee aldus verkregen heterogene cylindrische structuren 4 kunnen via hun respectievelijke longitudinale flenzen 6 met mekaar worden verbonden, bijvoorbeeld met behulp van dubbelzijdige kleefband of lijm, en kunnen worden ingeklemd tussen twee onderdelen of elementen (8,9) van een kanaal of reservoir waartussen de dichting moet worden gerealiseerd, zoals geïllustreerd in Figuur 4.

De heterogene cylindrische structuur volgens de vinding is bijvoorbeeld zeer geschikt als dichtingselement voor deuropeningen in industriële vrieskasten in de voedingsindustrie, of als dichtingselement tussen op elkaar aansluitende segmenten van kanalen, leidingen of koeltunnels welke bijvoorbeeld werken onder vloeibare stikstof.

Claims (12)

1 Cylindrische metaalstructuur (1) omvattende een kern (2) en een mantel (3), met het kenmerk dat de kern (2) bestaat uit metaalvezelbundels, en dat de mantel (3) bestaat uit een gebreide, geweven of gevlochten metaaldraad- structuur.

2 Cylindrische metaalstructuur volgens conclusie 1, waarbij de metaalvezelbundels welke vervat zijn in de kern (2) overwegend parallel, volgens de langs-richting van de cylindrische metaalstructuur georiënteerd zijn.

3 Cylindrische metaalstructuur volgens conclusie 1, waarbij de kern (2) en de mantel (3) volledig uit roestvast staal vervaardigd zijn.

4 Cylindrische metaalstructuur volgens conclusie 1, waarbij de kern (2) metaalvezels omvat met een equivalente diameter welke begrepen is tussen 2 en 150 pm.

5 Cylindrische metaalstructuur volgens conclusie 4, waarbij de kern (2) metaalvezels omvat met een equivalente diameter welke begrepen is tussen 10 en 70 pm.

6 Cylindrische metaalstructuur volgens conclusie 1, waarbij de mantel (3) bestaat uit een gebreide metaaldraadstructuur op basis van metaaldraad met een diameter welke begrepen is tussen 0,03 en 0,4 mm.

7 Heterogene cylindrische structuur (4) volgens conclusie 1, met het kenmerk dat een omhulling uit kunststof rond de genoemde cylindrische metaalstructuur (1) is aangebracht.

8 Heterogene cylindrische structuur volgens conclusie 7, waarbij de omhulling uit teflon of hoge-densiteit-polyethyleen bestaat.

9 Heterogene cylindrische structuur volgens conclusie 7, waarbij de dikte van de omhulling begrepen is tussen 50 en 300 pm.

10 Heterogene cylindrische structuur volgens conclusie 7, welke voorzien is van tenminste één longitudinale kunststofflens (6).

11 Gebruik van een heterogene cylindrische structuur volgens conclusie 1, 7 of 10 als dichtingselement.

12 Gebruik van een heterogene cylindrische structuur volgens conclusie 1, 7 of 10 als dichtingselement voor toepassingen onder cryogene omstandigheden.