FI95831C - Tiiviste - Google Patents

Description

95831

Tiiviste

Keksintö liittyy kahden tai useamman kappaleen välisen välyksen tai raon tiivistämiseen sellaisessa tapauksessa, 5 jossa kappaleiden välinen välys tai rako on joissakin käyttötilanteissa välttämätön, esimerkiksi kappaleiden liikkuessa toistensa suhteen, mutta jossa on tarvittaessa voitava estää väliaineen, kuten nesteen, virtaus tiivistettävän kohdan läpi. Keksinnön mukaisessa tiivisteessä 10 tiivisteen geometrian muuttuminen välyksellisestä tilasta tiivistävään tilaan, jossa välys tai rako on suljettu, saadaan aikaan muistimetallista valmistetun kappaleen tai kappaleiden avulla. Esimerkkejä keksinnön mukaisen tiivisteen sovellutuksista ovat erilaiset seisontatiivisteet ja 15 erikois- tai hätätilanteissa tiivistävät tiivisteet.

Seisontatiivisteillä pyritään yleensä kokonaan poistamaan tai ainakin minimoimaan erilaisten koneiden tai laitteiden seisokkiajan vuodot, jotka voivat olla joko tekninen tai 20 taloudellinen haitta. Esimerkiksi osittain veden ympäröimänä pyörivissä akseleissa, kuten vesiturbiinin akselissa, seisontatiivistettä voidaan käyttää tiivistykseen varsinaisen akselitiivisteen huollon yhteydessä tai vastaavissa tilanteissa. Esimerkiksi seisokkiajan vuotojen taloudelli-25 sesta haitasta käyvät vesivoimalaitosten johtopyörien ja läppäventtiileiden vuodot, joilla voi olla huomattava taloudellinen merkitys tietyn tyyppisissä korkean putouksen voimalaitoksissa.

30 Hätätilanteissa tiivistävät tiivisteet puolestaan voivat ; olla tarpeellisia vahinkojen estämiseksi tai rajoittamiseksi esimerkiksi tulipaloissa tai vaikkapa laivojen vuo-totilanteissa. Tällaiset tiivisteet voivat joissakin tapauksissa olla jopa kertakäyttöisiä.

35

Edellä kuvatun tiivistystarpeen täyttävän tiivisteen on 2 95831 kyettävä muuttamaan geometriaansa ja tiiveyttänsä vastaamaan eri käyttötilanteiden vaatimuksia joko ulkoisesti ohjattuna tai hätätilanteessa tiivistävien tiivisteiden tapauksessa mahdollisesti itseohjautuvasti. Yksinkertaisim-5 millään tiivisteellä on kaksi toimintatilaa: välyksellinen tila ja tiivistävä tila.

Seisontatiivisteenä usein käytetty ratkaisu on paineilma-toiminen tiiviste, jossa usein kumisen tiivisteen sisä-10 onteloon voidaan tarvittaessa puhaltaa paineilmaa, jolloin tiiviste pullistuu ja tiivistää välyksen tai raon. Paineli ma tiivisteen etuja ovat suuri muodonmuutoskyky ja kyky tiivistää varsin hyvin myös muodoltaan hieman epäsäännöllisiä rakoja. Ongelmana puolestaan on tarvittavien apu-15 laitteiden, kuten putkiston, paineilmasäiliöiden ja mahdollisesti kompressorin, suurehko määrä ja monimutkaisuus suhteessa seisontatiivisteen yleensä harvoin toistuvaan käyttötarpeeseen. Joskus myös kumin lujuusominaisuudet ja tiivistävän voiman rajallisuus saattavat olla ongelmalli-20 siä.

Myös mekaaniseen käyttökoneistoon, kuten jonkinlaiseen jousikoneistoon, perustuvat seisontatiivisteet ovat mahdollisia. Tällaiset ratkaisut muodostuvat usein melko '25 monimutkaisiksi, jolloin myös toiminnallinen luotettavuus saattaa kärsiä etenkin, kun tiivistettä käytetään harvoin.

Muun muassa artikkelista L. McDonald Schetky: Shape-Memory

Alloys, Scientific American, voi 241, November 1979, 30 s. 68-76 on tunnettua muistimetallin käyttö myös tiivis-• · · .·· . tävän vaikutuksen aikaansaamiseksi pneumatiikassa ja hydrauliikassa käytettävissä putkiliittimissä. On olemassa myös muistimetallista valmistettuja letkupuristinrenkaita, joiden tiivistävä toiminta on samankaltainen. Putkiliitti-35 missä ja letkupuristiraissa muistimetallin toiminta on yksisuuntaista ja kertaluonteista. Asennusvaiheen jälkeen liitos on tiivis ja sen purkaminen on yleensä vaikeaa. Siirty-

II

3 95831 niinen ulkoisesti ohjattuna edestakaisin välyksellisen ja tiivistävän tilan välillä on kyseisten tiivistävien liittimien tapauksessa mahdotonta.

5 Saksalaisessa patenttijulkaisussa DE C2 3 203 361 on kuvattu muistimetallista valmistettu kiinnityselementti, joka on tarkoitettu sulkemaan säiliön, erityisesti ydinjätteen loppusijoitukseen tarkoitetun säiliön, kansi lujasti ja tiiviisti. Tämän keksinnön mukainen muistimetallin käyttö 10 tiivistävän vaikutuksen aikaansaamiseksi muistuttaa liitin-sovellutuksia ja kysymys on muistimetallin yksisuuntaisesta, ensisijaisesti kertaluonteisesta toiminnasta. Asennuksen jälkeen kantta ei voi irroittaa helposti eikä tiiviste voi asennusvaiheen jälkeen siirtyä ympäristön lämpötilaan jääh-15 tymällä takaisin välykselliseen tilaansa.

Saksalaisessa patenttijulkaisussa DE AI 4 222 338 on kuvattu muistimetalliosaan perustuva levymäinen tiiviste, joka on tarkoitettu parantamaan etenkin polttomoottoreiden sy-20 linterin kansitiivisteen tiivistysominaisuuksia eri käynti-tilanteissa esiintyvissä hyvin vaihtelevissa lämpötiloissa.

Myös tämä tiiviste perustuu yksisuuntaiseen, joskin paitsi ulkoisten lämpötilan muutosten myös näihin liittyvien ulkoisten voimien vaikutuksesta toistuvaan, muisti-ilmiöön, *?5 joka käynnistyy itseohjautuvasti ympäristön lämpötilan ja voimien vaikutuksesta. Kaksisuuntaisesta, vain lämpötilan vaihteluiden käynnistämästä muisti-ilmiöstä ei tässä tapauksessa ole kysymys. Koska tiivisteen perusajatuksena on tiivistää tehokkaasti kaikissa moottorin toimintatiloissa, 30 sillä ei voi lainkaan esiintyä välyksellistä tilaa sylinterin kannen kiinnittämisen jälkeen. Tiiviste ei myöskään toimi ulkoisesti ohjattuna.

Patenttijulkaisussa EP A 343 409 on esitetty muistimetal-35 lista valmistettu ydinreaktorin jäähdytysnestepumpun akselin tiiviste. Tiiviste toimii itseohjautuvasti ympäristön lämpötilan nousun vaikutuksesta hätäsulkutiivisteenä, 4 95831 mikäli varsinainen akselitiiviste alkaa vuotaa. Julkaisun mukainen tiiviste voi perustua joko yksi- tai kaksisuuntaiseen muisti-ilmiöön. Kaksisuuntaisesti toimiva tiiviste palautuu välykselliseen tilaansa ympäristön lämpötilan pa-5 lautuessa normaaliksi, kun taas yksisuuntaisesti toimiva tiiviste jää pysyvästi tiivistävään tilaansa ollen siten kertatoiminen. Julkaisun mukaisessa tiivisteessä ei ole ulkoista ohjausta eikä sen toiminta perustu aktiiviseen lämmöntuontiin esimerkiksi lämmityselementillä.

10

Keksinnön mukainen patenttivaatimusten tunnusmerkkiosassa määritelty tiiviste tarjoaa yksinkertaisen ja varmatoimisen ratkaisun muuttaa tiivisteen geometriaa siirryttäessä toimintatilasta toiseen. Keksinnön mukaisella tiivisteellä 15 on kaksi toimintatilaa: välyksellinen tila ja tiivistävä tila. Keksinnön mukainen tiiviste soveltuu seisontatiivis-teeksi sekä erikois- ja hätätilanteissa tiivistäväksi tiivisteeksi kohteisiin, joissa tiivistettävä välys tai rako on melko pieni ja muodoltaan säännöllinen. Keksinnön mu-20 kaisen tiivisteen etuja ovat ulkoisten apulaitteiden yksinkertaisuus ja helppo asennettavuus, yksinkertaisuudesta seuraava varmatoimisuus, mahdollisuus käyttää monissa sovellutuskohteissa hyvin erilaisia tiivistemateriaaleja, esimerkiksi pinnoitteina, sekä kyky tuottaa tarvittaessa 25 suuriakin tiivistäviä voimia.

Keksintö perustuu muistimetalIin kiderakenteessa lämpötilan vaikutuksesta tapahtuvaan faasimuutokseen. Ilmiötä kutsutaan martensiittireaktioksi. Kun muistimetalliseok-30; sesta valmistettuun kappaleeseen aiheutetaan ulkoisella voimalla tietyllä lämpötila-alueella pysyvä muodon, tai joissakin tapauksissa tilavuuden, muutos, kappaleen muoto ja tilavuus palautuvat tarkasti alkuperäisiksi kuumennettaessa kappale tiettyyn suhteellisen alhaiseen lämpötilaan.

35 Palautuminen on täydellistä tyypillisesti vielä 4-8 % muodonmuutoksen jälkeen. Martensiittireaktio käynnistyy ja tapahtuu melko kapealla tyypillisesti noin 20°C muutosläm-

II

5 95831 pötilavälillä, joka voidaan yleensä sovittaa haluttuun kohtaan lämpötila-alueella -30 - +100°C valitsemalla käyttötarkoitukseen soveltuva muistimetalli ja muuttamalla hieman muistimetallin seostusta. Vastaavin keinoin voidaan 5 monessa tapauksessa vaikuttaa myös muutoslämpötilavälin leveyteen. Martensiittireaktio on tietyin edellytyksin kristallograafisesti täysin palautuva. Ulkoisella voimalla aiheutetun muodonmuutoksen palautuminen tapahtuu hyvin nopeasti, kun muutoslämpötila on saavutettu. Muutoslämpöti-10 lan alhaisuudesta johtuen kappaleeseen ei tarvitse tuoda kovin suuria lämpömääriä muodon palautumisen aikaansaamiseksi. Ilmiössä ei siis ole kyse lämpölaajenemisesta.

Muistimetalleja on olemassa kaksi pääryhmää, joista toi-15 sessa muisti-ilmiö on yksisuuntainen ja toisessa kaksisuuntainen. Niillä muistimetalleilla, jotka perustuvat yksisuuntaiseen muisti-ilmiöön, tietyn muutoslämpötilan laukaisema muodonmuutos on palautumaton. Tässä muodonmuutoksella tarkoitetaan alkuperäisen muodon palautumista lämpö-20 tilan laukaisemana. Tällaisesta muistimetallista valmistettu kappale säilyttää kerran lämmitettäessä alkuperäiseksi palautuneen muotonsa myös jäähdyttyään. Edellä esitetty kuvaus muistimetallin perusominaisuuksista ja toiminnasta kuvaa juuri yksisuuntaisia muistimetalleja. Kaksisuuntai-25 seen muisti-ilmiöön perustuvasta muistimetallista valmistetun kappaleen muodolla, ja joissakin tapauksissa myös tilavuudella, puolestaan on kaksi tiettyihin muutoslämpötiloi-hin sidottua tilaa, jotka kappale "muistaa". Tilasta toiseen voidaan siirtyä lämpötilaa muuttamalla.

: 30

Jatkossa yksisuuntaiseen muisti-ilmiöön perustuvasta muistimetallista käytetään nimitystä yksisuuntainen muistimetalli ja kaksisuuntaiseen muisti-ilmiöön perustuvasta muistimetallista nimitystä kaksisuuntainen muistimetalli.

35

Sen muutoslämpötilavälin ylärajalämpötilasta, jossa rauisti-metallikappaleen lämpenemisen laukaisema muodonmuutos on 6 95831 kokonaan tapahtunut, käytetään jatkossa nimitystä ylempi muutoslämpötila. Vastaavasti sen muutoslämpötilavälin ala-rajalämpötilasta, jossa muistimetallikappaleen jäähtymisen laukaisema muodonmuutos on kokonaan tapahtunut, käytetään 5 jatkossa nimitystä alempi muutoslämpötila, jolla edellä selostetun mukaisesti on merkitystä lähinnä kaksisuuntaisten muistimetallien yhteydessä.

Useilla muistimetalliseoksilla on hyvin korkea lujuus par-10 häiden kestäessä plastisoitumatta jopa 800 N/mm jännityksiä. Tällaisesta muistimetallista valmistettu pienikin kappale kykenee tuottamaan muodonmuutosten yhteydessä suuria voimia. Kuormituksesta ja palautuvan muodonmuutoksen suuruudesta riippuen siirtyminen tilasta toiseen voidaan kak-15 sisuuntaisilla muistimetailei11a toistaa jopa 10 000 kertaa,· jopa enemmänkin.

Seuraavassa selostetaan keksintöä yksityiskohtaisesti viittaamalla oheisiin kuviin: 20

Kuva 1 esittää poikkileikkausta yhdestä keksinnön mukaisen tiivisteen toteutusvaihtoehdosta, jossa tiivisteen geometrian muuttuminen välyksellisestä tilasta tiivistävään tilaan ja päinvastoin saadaan aikaan yhtenäisen tiivistemate-25 riaalilla pinnoitetun muistimetallikappaleen avulla. Kuvassa tiiviste on esitetty välyksellisessä tilassaan, jossa tiivisteen tiivistävän pinnan ja sen vastinpinnan välillä on koneen tai laitteen toiminnan edellyttämä välys. Kuvan 1 mukainen tiiviste voi olla rengasmainen, suora nauha tai 30. minkä tahansa muun muotoinen tiivistenauha.

*

Kuva 2 esittää poikkileikkausta toisesta keksinnön mukaisen tiivisteen toteutusvaihtoehdosta, jossa tiivisteen geometrian muuttuminen saadaan aikaan joustavasta materiaalis-35 ta valmistetun ontelomaisen tiivistenauhan tai -renkaan sisään sijoitettujen kahden jäykän tiivistysvoimaa siirtävän ja tasaavan kappaleen, vastinkappaleen, väliin sijoitettu- 11 7 95831 jen muistimetallikappaleiden avulla. Myös kuvan 2 mukainen tiiviste voi olla rengasmainen, suora nauha tai minkä tahansa muun muotoinen tiivistenauha.

5 Kuva 3 esittää poikkileikkausta kolmannesta keksinnön mukaisen tiivisteen toteutusvaihtoehdosta, jossa tiivisteen geometrian muuttuminen saadaan aikaan joustavasta materiaalista valmistetun tiivisterenkaan sisään sijoitetun muis-timetallirenkaan avulla.

10

Kuva 4 esittää läheisesti kuvan 3 ratkaisua muistuttavaa keksinnön mukaista tiivistettä, jossa tiivisteen geometrian muuttuminen perustuu tiivisterenkaan sisäonteloon sijoitettuun kiristävään renkaaseen, jonka osana on muistimetalli- 15 kappale. Tässä ratkaisussa muistimetallikappale voi olla muodoltaan kaareva kiristävän renkaan osa tai esimerkiksi suora tankomainen kappale, joka on päistään kiinnitetty kiristävään renkaaseen.

20 Kuvan 1 mukaisen tiivisteen rakenne ja toiminta on seuraavanlainen: Kaksisuuntaisesta muistimetallista valmistettu muistimetallikappale (2) on mitoitettu ja valmistettu siten, että sillä on kaksi alempaan ja ylempään muutoslämpötilaan sidottua ja tarkasti ennalta määriteltyä muototilaa, joissa *'25 muistimetallikappaleen yläpinnan (8) ja muistimetallikappa-leen alapinnan (9) välinen pituus on erilainen. Muistimetallikappaleen tiivistepintana toimiva yläpinta (8) ja tarvittaessa myös alapinta (9) on pinnoitettu käyttötarkoitukseen soveltuvalla tiivistemateriaalipinnoitteella (la, Ib).

: 30 Muistimetallikappaleen (2) alapinnalle (9) tai esimerkiksi * alapinnalla (9) olevaan uraan on sijoitettu sähkövastus (3), jonka avulla muistimetallikappaletta (2) voidaan lämmittää. Muistimetallikappale (2) tiivistemateriaalipinnoitteineen (la, Ib) ja sähkövastuksineen (3) on sijoitettu alakappa- 35 leessa (4) olevaan tiivisteuraan (7).

Muistimetallikappaleen (2) ollessa koneen tai laitteen toi- 8 95831 minnan mukaisessa normaalissa ympäristön lämpötilassa, joka on alhaisempi kuin muistimetallin alempi muutoslämpötila, muistimetallikappaleen yläpinnan tiivistemateriaalipinnoit-teen (la) yläpinnan ja yläkappaleen (5) alapinnan väliin 5 jää koneen tai laitteen toiminnan edellyttämä välys/rako (6). Kuvassa 1 tiiviste on tässä välyksellisessä tilassaan.

Kun muistimetallikappale (2) lämmitetään sähkövastuksella (3) ylempään muutoslämpötilaansa, muistimetallikappaleen yläpinnan (8) ja alapinnan (9) välinen pituus kasvaa tii-10 veyden edellyttämään ennalta tarkasti mitoitettuun mittaan, jolloin välys/rako (6) sulkeutuu ja tiiviste on tiivistävässä tilassaan. Muistimetallikappale (2) pysyy tässä muo-totilassaan niin kauan kun muistimetallikappaleen (2) lämpötila pidetään sähkövastuksen (3) avulla vähintään ylem-15 mässä muutoslämpötilassa. Kun muistimetallikappaleen (2) lämmittäminen lopetetaan, se jäähtyy muistimetallin alemman muutoslämpötilan alapuolella olevaan ympäristön lämpötilaan, jolloin muistimetallikappaleen yläpinnan (8) ja alapinnan (9) välinen pituus palautuu alempaa muutoslämpö-20 tilaa vastaavaan mittaansa. Tällöin välys/rako (6) palautuu normaaliin, laitteen toiminnan edellyttämään mittaansa ja tiiviste on jälleen välyksellisessä tilassaan.

Kuvan 2 tiivisteen geometrian muutoksen aikaansaavat muis-25 timetallikappaleet (2) on mitoitettu ja valmistettu kaksisuuntaisesta muistimetallista vastaavalla tavalla kuin kuvan 1 muistimetallikappaleelle on selostettu lukuunottamatta pinnoitusta. Kuvan 2 mukaisessa tiivisteessä muistime-tallikappaleet (2), joita kuvan poikkileikkauksessa näkyy •30 vain yksi, on sijoitettu tasaisin välein alemmassa vastin-kappaleessa (10) sijaitseviin koloihin (12), joista kuvan poikkileikkauksessa näkyy myös vain yksi. Muistimetalli-kappaleiden (2) päällä on ylempi vastinkappale (11). Muis-timetallikappaleiden (2) ympärillä ovat lämmittämiseen tar-35 koitetut sähkövastukset (3), joista vain yksi näkyy kuvassa. Muistimetallikappaleet (2), alempi vastinkappale (10), ylempi vastinkappale (11) ja sähkövastukset (3) on sijoi- li 95831 9 tettu ontelomaisen tiivisteen (1) sisään. Ontelon mahdollinen ylimääräinen tila (13) voidaan haluttaessa täyttää jollakin tiivisteen toiminnan kannalta sopivalla väliaineella. Ontelomainen tiiviste (1) sisällään olevine osineen on si-5 joitettu alakappaleessa (4) olevaan tiivisteuraan (7).

Muistimetallikappaleiden (2) ollessa normaalissa koneen tai laitteen toiminnan mukaisessa ympäristön lämpötilassa ontelomaisen tiivisteen (1) yläpinnan ja yläkappaleen (5) ala-10 pinnan väliin jää koneen tai laitteen toiminnan edellyttämä välys/rako (6). Lämmitettäessä muistimetallikappaleet (2) sähkövastuksilla (3) muistimetallin ylempään muutosläm-pötilaan muistimetallikappaleiden (2) yläpinnan (8) ja alapinnan (9) välinen pituus kasvaa tiiveyden edellyttämään, 15 tarkasti ennalta suunniteltuun mittaan, jolloin ylempi vastinkappale (11) nousee vastaavan matkan ylöspäin samalla venyttäen ontelomaista tiivistettä (1) ja sulkien välyksen/ raon (6). Tiiviste on tällöin tiivistävässä tilassaan, jossa se pysyy niin kauan kun muistimetallikappaleiden (2) 20 lämpötila pidetään sähkövastuksilla (3) lämmittämällä vähintään muistimetallin ylemmässä muutoslämpötilassa. Kun lämmittäminen lopetetaan, muistimetallikappaleet (2) jäähtyvät jälleen normaaliin ympäristön lämpötilaan, joka on muistimetallin alemman muutoslämpötilan alapuolella, jol-?5 loin muistimetallikappaleet (2) palautuvat alempaa muutos-lämpötilaa vastaavaan mittaansa ja välys/rako (6) palautuu normaaliin koneen tai laitteen toiminnan edellyttämään mittaansa. Tiiviste on palautunut välykselliseen tilaansa. 1 30 Kuvassa 3 tiivisteen geometrian muutoksen aikaansaava rengasmainen muistimetallikappale (2) on mitoitettu ja valmistettu kaksisuuntaisesta muistimetallista siten, että alempaa muutoslämpötilaa vastaava renkaan kehän pituus ja säde ovat tarkalleen halutun määrän pitemmät kuin ylempää muu-35 toslämpötilaa vastaava kehän pituus ja säde. Rengasmaisen muistimetallikappaleen (2) ympärille on sijoitettu sähkö-vastus (3) lämmittämistä varten. Rengasmainen muistimetal- 10 95831 likappale (2) ja sen ympärillä oleva sähkövastus (3) on sijoitettu ontelomaisen tiivisterenkaan (1) sisään. Ontelo-mainen tiivisterengas (1) sisällään olevine osineen on kiinnitetty ulommassa kappaleessa (14) olevan tiivisteuran 5 (7) pohjaan. Rengasmaisen muistimetallikappaleen (2) olles sa koneen tai laitteen normaalissa toiminnan mukaisessa ympäristön lämpötilassa, joka on muistimetallin alemman muutoslämpötilan alapuolella, ontelomaisen tiivisterenkaan (1) sisäpinnan ja sisemmän kappaleen (15) ulkopinnan väliin 10 jää koneen tai laitteen toiminnan vaatimukset huomioon ottaen mitoitettu välys (6). Lämmitettäessä sähkövastuksella (3) rengasmainen muistimetallikappale (2) ylempään muutos-lämpötilaansa rengasmaisen muistimetallikappaleen (2) kehän pituus pienenee ylempää muutoslämpötilaa vastaavaan mit-15 taansa, jolloin myös renkaan säde pienenee tiivistävän vaikutuksen aikaansaamiseksi mitoitettuun mittaansa. Samalla rengasmainen muistimetallikappale (2) venyttää ontelomaisen tiivisterenkaan (1).poikkileikkausta sisäänpäin siten, että ontelomaisen tiivisterenkaan (1) sisäpinnan säde pienenee 20 ja sulkee välyksen (6), koska ontelomaisen tiivisterenkaan (1) ulkopinta on kiinnitetty ulomman kappaleen (14) tiivisteuran (7) pohjaan. Tiiviste pysyy tässä tiivistävässä tilassaan niin kauan, kun rengasmaisen muistimetallikappaleen (2) lämpötila pidetään sähkövastuksella (3) vähintään muis- • | 25 timetallin ylemmässä muutoslämpötilassa. Kun rengasmaisen muistimetallikappaleen (2) annetaan jäähtyä alemman muutos-lämpötilan alapuolella olevaan laitteen toiminnan mukaiseen ympäristön lämpötilaan, rengsmaisen muistimetallikappaleen (2) kehän pituus ja säde palautuvat alempaa muutoslämpöti-;30 laa vastaavaan mittaansa, jolloin joustavasta materiaalista “ valmistettu ontelomainen tiivisterengas (1) palautuu lepotilaansa. Tällöin välys (6) palautuu normaaliksi ja tiiviste on jälleen välyksellisessä tilassaan.

35 Kuvassa 4 tiivisteen geometrian muutoksen saa aikaan ontelomaisen tiivisterenkaan (1) sisään sijoitettu kiristävä rengas (16), jonka osaksi on kiinnitetty kaksisuuntaisesta

II

11 95831 muistimetallista valmistettu muistimetallikappale (2). Muistimetallikappale (2) on mitoitettu ja valmistettu siten, että sen alempaa muutoslämpötilaa vastaava pituus on tarkalleen halutun määrän ylempää muutoslämpötilaa vastaavaa 5 pituutta suurempi. Pituuseron suuruus määräytyy välyksen (6) tiivistämisvaatimusten mukaan. Muistimetallikappaleen (2) ympärillä on sähkövastus (3) lämmittämistä varten.

Ontelomainen tiivisterengas (1) sisäosineen on kiinnitetty ulkopinnaltaan ulommassa kappaleessa (14) olevan tiiviste-10 uran pohjaan vastaavalla tavalla kuin kuvassa 3 on esitetty. Ontelomaisen tiivisterenkaan (1) sisäpinnan ja sisemmän kappaleen (15) ulkopinnan väliin jää välys (6) muistimetallikappaleen (2) ollessa normaalissa laitteen toiminnan mukaisessa ympäristön lämpötilassa. Lämmitettäessä sähkövas-15 tuksella (3) muistimetallikappale (2) ylempään muutoslämpö-tilaansa muistimetallikappale (2) lyhenee ylempää muutos-lämpötilaa vastaavaan pituuteensa lyhentäen samalla kiristävän renkaan (16) kehän pituutta, jolloin myös säde pienenee. Koska ontelomaisen tiivisterenkaan (1) ulkopinta on 20 kiinnitetty ulommassa kappaleessa (14) olevan tiivisteuran pohjaan, ontelomaisen tiivisterenkaan (1) poikkileikkaus venyy ja ontelomaisen tiivisterenkaan (1) sisäpinta painuu kiinni sisemmän kappaleen (15) ulkopintaan sulkien välyksen (6). Tiiviste pysyy tässä tiivistävässä tilassaan niin 25 kauan, kun muistimetallikappaleen (2) lämpötila pidetään sähkövastuksella (3) lämmittämällä vähintään ylemmässä muutoslämpötilassa. Kun muistimetallikappaleen (2) annetaan jäähtyä alempaa muutoslämpötilaa alempaan ympäristön lämpötilaan, muistimetallikappaleen (2) pituus palautuu >30' alempaa muutoslämpötilaa vastaavaan mittaansa, jolloin kiristävä rengas (16) palautuu lepotilaansa ja välys (6) palautuu normaaliksi. Tiiviste on jälleen välyksellisessä tilassaan.

35 Kuvien 1-4 esittämät sovellutukset ovat vain esimerkkejä keksinnön mukaisen tiivisteen rakenteesta, toiminnasta ja käyttökohteista. Kuten jo edellä on mainittu, keksinnön 12 95831 mukainen tiiviste voi olla muodoltaan rengasmainen, suora nauha tai minkä tahansa muun muotoinen tiivistenauha. Keksintöä ei myöskään rajoiteta mihinkään muistimetallikappa-leen tai -kappaleiden muotoon, tiivisteen osana mahdolli-5 sesti käytettävän ontelomaisen tiivisterenkaan tai -nauhan poikkileikkauksen muotoon tai materiaaliin. Vaikka kuvissa 1-4 muistimetallikappaleiden lämmitykseen on esitetty käytettäväksi sähkövastusta, keksintöä ei rajoiteta tähän yksittäiseen lämmitystapaan. Joissakin tapauksissa voi olla 10 edullista johtaa tiivisteen onteloon rauistimetallikappa-leen tai -kappaleiden ympärille jokin lämmittävä väliaine. Oleellista on, että muistimetallikappaleen tai -kappaleiden lämmittäminen perustuu aktiiviseen ulkoiseen lämmöntuontiin jonkin tyyppisellä ulkoisesti ohjattavalla lämmityslait-15 t eella.

Tässä tekstissä on käytetty sanaa muistimetalli tarkoittamaan sillä metalliseosta, jossa tapahtuu muodon ja/tai tilavuuden muutoksia martensiittireaktioksi kutsutun kideraken-20 teen muutoksen, ei esimerkiksi lämpölaajenemisen, vaikutuksesta edellä tarkemmin selostetulla tavalla ja jossa muutokset ovat kynnyslämpötilojen, ylemmän ja alemman muutos-lämpötilan, puitteissa pysyviä. Esimerkkinä voidaan mainita tunnetut lisäaineilla seostetut nikkeli-titaani -seokset, ‘25 mutta keksintöä ei ole rajoitettu vain näihin tai nyt tunnettuihin seoksiin, a * « f . >

II

Claims (5)

95831

1. Kahden tai useamman kappaleen, esimerkiksi koneen osan, välisen välyksen/raon tiivistämiseen tarkoi- 5 tettu tiiviste, jonka geometriaa, ja siten myös tii veyttä, voidaan ulkoisesti ohjattuna muuttaa muisti-metallikappaleella (2), joka voi olla valmistettu myös kaksisuuntaisesta muistimetallista ja joita voi olla useampiakin, ja siten mahdollistaa koneen tai laitteen 10 toiminnan edellyttämä välys/rako (6) tiivistävän pin nan ja välystä/rakoa (6) vastakkaiselta puolelta rajoittavan pinnan välillä normaaleissa toimintatiloissa, mutta haluttaessa myös sulkea, siis tiivistää, välys/rako (6), tunnettu siitä, että osana 15 , tiivistettä on sähkövastus (3) tai jokin muu aktiivi seen lämmöntuontiin perustuva lämmityslaite muisti-metallikappaleen (2) lämmittämiseen.

2. Vaatimuksen 1 mukainen tiiviste, tunnettu Γ.3 s i i t ä, että muistimetallikappaleen (2) muistime- talliseoksen ylempi ja alempi muutoslämpötila on sovitettu sovellutuskohteen käyttöolosuhteiden ja -lämpötilojen mukaan.

3. Vaatimusten 1-2 mukainen tiiviste, tunnettu siitä, että muistimetallikappale (2) on mitoitettu ja valmistettu ottaen huomioon muistimetallin ominaisuudet, koneen tai laitteen toiminnan välyksel-le/raolle asettamat vaatimukset ja tiivistysvaatimuk-.30 set.

4. Menetelmä, jossa vaatimusten 1-3 mukaisen tiivisteen toiminnan edellyttämä tiivisteen geometrian muutos ja tiivisteen siirtyminen välyksellisestä tilas-35 ta tiivistävään tilaan saadaan aikaan muotoaan muut- 95831 IA tavan muistimetallikappaleen (2) avulla, tunnettu siitä, että muistimetallikappaleen (2) tarkasti ennalta määrätty muodonmuutos saadaan aikaan lämmittämällä muistimetallikappale (2) sähkövastuk-5 sella (3) tai muulla lämmityslaitteella ylempään muutoslämpötilaan, jolloin tiiviste ulkoisesti ohjattuna sulkee/tiivistää välyksen/raon (6).

5. Vaatimuksen A mukainen menetelmä, jossa tiiviste 10 ulkoisesti ohjattuna saadaan palautumaan tiivisteen geometriaa muistimetallikappaleen (2) avulla muuttamalla välykselliseen tilaansa, jossa välys/rako (6) on koneen tai laitteen toiminnan edellyttämässä mitassa, tunnettu s Li itä, että muistimetal-15 likappaleen (2) muoto saadaan palautumaan muistime- tallin alempaa muutoslämpötilaa vastaavaan muotoonsa lopettamalla lämmittäminen ja antamalla muistimetallikappaleen (2) jäähtyä ympäristön lämpötilaan, kun alempi muutoslämpötila on sovitettu korkeimman ympä-20 ristön lämpötilan yläpuolelle. i » II 15 95831 •a