IT8322239A1

IT8322239A1 - Isolatore termico sostenitore di carico

Info

Publication number: IT8322239A1
Application number: IT1983A22239A
Authority: IT
Original assignee: Dunlop Ltd
Priority date: 1982-07-27
Filing date: 1983-07-26
Publication date: 1985-01-26
Also published as: FR2532037A1; US4526616A; FR2532037B1; GB2124658A; IT1163853B; GB8319341D0; DE3326728C2; IT8322239A0; GB2124658B; DE3326728A1

Description

DESCRIZIONE

dell 'invenzione avente per titolo:

"Isolatore termico sostenitore di carico"

R I A S S U N T O

Un isolatore termico sostenitore di carico, per esempio un elemento per la trasmissione di spinta a un pistone di freno, il quale comprende particelle o fibre di materiale isolante ter mico disperse in una matrice metallica e orientate in modo da impedire, in una direzione, il flusso di calore attraverso la matrice.

DESCRIZIONE

Quest'invenzione si riferisce a un isolatore termico sostenitore di carico, perfezionato.

Materiali correntemente accessibili che sono buoni isolatori termici non hanno buone caratteristiche per sostenere carichi, I materiali polimerici sono deformabili e si degradano col calq re, mentre i materiali ceramici sono fragili e non sono normal-? mente suscettibili di lavorazione finale entro stretti limiti ci tolleranza, quali si richiedono per certe applicazioni tecniche.

Un esempio della necessit? di un isolatore termico sostenito re di carico ? dato da un sistema di freno a dischi multipli, per i quali si desidera che gli elementi sostenitori del caricoj destinati a.trasmettere la spinta dei pistoni idraulici ai dischi del freno possano servire anche a proteggere i pistoni e i loro sistemi idraulici di azionamento dalle alte temperature generate dalle superfici d'attrito. Gli elementi di spinta usati in passato a questo scopo erano di resine fenoliche rinforzate con fibre di amianto, ma essi tendono a degradarsi a temperature su periori a 400? C, che ne pregiudicano la capacit? di sostegno del carico.

Un'alternativa che ? stata proposta per questi elementi di spinta ? quella di farli di materiale ceramico. Questo ? forte e atto a resistere alle alte temperature, ma presenta lo svant?g gio di essere costoso e fragile, e la lavorazione a sagoma e a dimensioni finali di stretta tolleranza del materiale ceramico; presenta grandi problemi, ammesso che sia fattibile.

Dal punto di vista del sostegno del carico il materiale ideale per questi elementi di spinta sarebbe un metallo, che ? relativamente poco costoso e facile da foggiare e/o da lavorare, ma j . la conducibilit? termica elevata di un elemento di spinta metal_ lico ? svantaggiosa in quanto essa trasmette facilmente il cal? re al.sistema idraulico, provocando l'ebollizione del fluido c?n perdita_dell'efficenza del freno e possibile danno dej.componenti, L'oggetto principale della presente invenzione ? quello di or nire un materiale che presenti i vantaggi del metallo quanto a capacit? di sostenere carichi, basso costo e facilit? di foggia tura e di lavorazione, ma che, ciononostante, costituisca un'ef ficente barriera termica,

Secondo la presente invenzione, si mette a disposizione un isolatore termico sostenitore di carico comprendente particelle di fibre di un materiale termicamente isolante disperse in una matrice metallica la maggior parte delle particelle o fibre avente il proprio asse principale orientato in modo da impedire, in una direzione, il flusso di calore attraverso il materiale del la matrice.

In un componente il flusso termico ha luogo da una zona calda a una zona fredda e, a meno che esse vengano deviate, le linee di flusso prendono la via pi? breve. Nel materiale dell'invenzione le particelle o fibre sono orientate in modo da interrompere e prolungare attraverso la matrice i percorsi di flusso per i quali il calore pu? fluire. Quindi le particelle o fibre sono orientate in modo che la maggior parte di esse sia approssimatamente perpendicolare alla direzione del flusso termico, i In una forma preferita di realizzazione dell'invenzione le particelle assumono la forma di piastrine o scaglie di materiale ceramico distribuite nella matrice in modo che le superfici con area pi? grande della maggior parte almeno di esse siano generalmente parallele. In un elemento di trasmissione della spin ta per un sistema frenante le superfici con area maggiore della maggior parte almeno delle piastrine o scaglie saranno generalmente parallele alle supefici terminali dell'elemento destinato a impegnare rispettivamente i dischi del freno e il meccanismo idraulico o formeranno un singolo piccolo con dette superfici.

Un metodo preferito per produrre un isolatore termico sosteni tore di carico secondo l'invenzione comprende la miscelazione dii piastrine o scaglie di un materiale ceramico con polvere metallica e lo stampaggio a freddo alla pressa della miscela, in mo-; do che nel corpo risultante le superfici di area pi? grande di almeno la maggior parte delle scaglie o piastrine siano analoga mente orientate in senso trasversale alla direzione di applicazione della forza pressante. Il campo pressato viene quindi sin terizzato, dopo di che esso pu?, all'occorrenza, essere lavorato alla sagoma definitiva.

_ Un vantaggio del metodo di stampaggio a freddo e di sinteriz zazione ? che esso fornisce un grado di porosit? all'elemento finito, il quale, dato che i vuoti non sono cos? grandi da ridqr re la resistenza, contribuisce alle propriet? di isolamento ter. mico. Un campo preferito di porosit? sarebbe quello compreso fr!a 5% e 20% in volume,

Un materiale preferito per la matrice ? acciaio inossidabile austenitico che possiede di per s? una conducibilit? termica re lativamente bassa. Un materiale ceramico preferito ? la scaglie di mica.

Nei disegni allegati,

la figura 1 ? una vista schematica in sezione trasversale assiale che mostra parte di un complesso comprendente il pi stone di un freno e l?elemento di spinta;

la figura 2 ? una vista terminale del complesso della figura 1

osservato dal lato destro della figura 1, e la figura 3 ? una sezione trasversale schematica ripresa nello stesso piano della figura 1 e mostrante una parte, fortemente ingrandita, dell ' elemento di spinta. ? II pistone di freno 10 illustrato nelle figure 1 e 2 ? della forma tradizionale per l'aggiustaggio scorrevole in un cilindro idraulico (non rappresentato) per l'azionamento del freno, col bordo d'attacco 11 che sporge dal cilindro per impegnare il dispo statore terminale di una pila di dischi di carbonio - statori e rotori intercalati - in un freno a dischi multipli per aeromobili.

Il bordo d'attacco 11 del pistone 10 ha un incavo 12 in cui ? fissato un elemento isolatore termico sostenitore di carico 13 L 'elemento 13 pu? essere bloccato alla pressa nell'incavo 12 o pu?, in alternativa o in aggiunta, essere fissato con un adesivo nell'incavo 12, oppure si possono usare mezzi meccanici supple-' mentari, come un rivetto, per trattenere l'elemento 13 nell'incavo.

L'elemento 13 comprende una matrice di metallo sinterizzato 14 in cui sono incassate scaglie 15 di mica. Il processo di fabbricazione dell'elemento 13 ? regolato per assicurare che la mag g'ior parte delle scaglie di mica siano allineate in modo che i Loro piani si estendano parallelamente o con angolo ridotto rispet to al piano della faccia terminale 16 dell'elemento 13. La figu ra 3 illustra schematicamente l'aspetto in sezione trasversale di una distribuzione tipica delle scaglie di mica 15 nell'elemen to 13, e si noter? che le scaglie di mica a bassa conducibilit? ostruiscono il flusso di calore nella direzione assiale dell'eie mento 13 e prolungano quindi effettivamente i percorsi lungo cui il calore deve fluire attraverso la matrice metallica 14 al fine di trasferire calore in senso assiale attraverso l'elemento 13 ! dalla faccia frontale anteriore 16 al corpo 17 del pistone e quindi al fluido idraulico a tergo del pistone. Un percorso tipico del flusso termico ? indicato dalla linea tratteggiata A-A, sebbene sia evidente che.in pratica i percorsi attraverso cui pu?.fluire il calore possono essere a tre dimensioni intorno al) le scaglie 15. I lunghi percorsi di flusso termico che ne risul tano nel materiale dell'elemento 13 ne riducono effettivamente la conducibilit? termica complessiva in direzione assiale, dotan dolo cos? di propriet? isolanti, pur conservando la resistenza e le caratteristiche di facile formatura e lavorabilit? della matrice di metallo sinterizzato.

Scaglie tipiche di mica che sono risultate adatte per la fab bricazione dell'elemento 13 costituiscono piastrine irregolari aventi, nei loro piani di superfice maggiore, dimensioni compre se fra 0,2 e 0,5 millimetri e spessore medio fra 0,01 e 0,04 mil limetri.

In una forma_preferita di realizzazione della presente inver zione, 20% in peso di scaglie di mica (ammissibile da 10% a 30%) fu mescolato con 80% in peso di polvere di acciaio inossidabile austenitico (ammissibile da 70% a 90%). La miscela fredda fu an zitutto sottoposta in uno stampo a una pressione compresa fra 300 e 600 Mega Newtons per metro quadrato per formare la sagoma dell1elemento 13, e il corpo risultante fu sinterizzato sotto vuoto a circa 1.100? G (ammissibile una temperatura fra 1.000? C e 1.200? C).

Campioni di questo materiale sottoposti a prova di conducibi, l?t? termica diedero valori di 1,75 Watts per metro/grado Celsius perpendicolarmente alla direzione di pressaggio e 0,67 Watts per metro/grado Celsius nella direzione di pressaggio. Valori corrispondenti per un isolatore standard fenolico/amianto furono l,2 in entrambe le direzioni.

La resistenza dell'elemento 13 di quest'esempio in direzione assiale, misurata alla temperatura di 500? C, fu di 350 Mega Newtons per metro quadro.

In un esempio alternativo, 20% di scaglie di mica (come sopra) fu mescolato con 80% di lega di titanio in polvere (contenente 5% di alluminio e 2,5% di stagno) e stampato a freddo ad una pressione di 450 Mega Newtons per metro quadro per formare la sagoma dell'elemento 13. Il corpo risultante fu sinterizzato sot to vuoto a 1.100? C (sono ammissibili campi di proporzioni e di temperatura analoghi a quelli indicati nell'esempio precedente) Campioni di questo materiale sottoposti a prove di conducibi

Claims

RIVENDICAZIONI

1. Isolatore termico sostenitore di carico comprendente parti celle o fibre di un materiale termicamente isolante disperso in una matrice,metallica, caratterizzato dal fatto che la maggioran za delle particelle o fibre (15) hanno i loro assi maggiori orientati in modo da impedire il flusso di calore attraverso il mate riale della matrice (14) in una direzione.

2. Isolatore secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che le particelle (15) assumono la forma di piastrine o scaglie di materiale ceramico distribuite nella matrice (14) in modo che le superfici di area pi? grande della maggioranza delle particelle siano praticamente parallele, o con piccolo angolo, una rispetto all'altra.

3. Isolatore secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che esso costituisce un elemento di trasmissione di spinga (13) per un sistema frenante, in cui le superfici di area pi? grande di almeno la maggior parte delle piastrine o scaglie sono generalmente parallele, o formano angoli piccoli, con una su perfice terminale assiale (16) dell'elemento.

4. Isolatore secondo la rivendicazione 2 o la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che le piastrine o scaglie (15) sono di mica.

5. Isolatore secondo una qualunque delle rivendicazioni da 2 a 4, caratterizzato dal fatto che le piastrine (15) sono di mica e nei piani superficiali di area maggiore hanno dimensioni comprese fra 0,2 e 0,5 millimetri e spessori medi compresi fra 0,01 e 0,04 millimetri.

6. Isolatore secondo una qualunque delle rivendicazioni da 1 a 5, caratterizzato dal fatto che il materiale della matrice (14) ? acciaio inossidabile austeni.tico sinterizzato.

7. Isolatore secondo una qualunque delle rivendicazioni da 1 a 5, caratterizzato dal fatto che il materiale della matrice (l4) ? lega di titanio sinterizzata.

8. Isolatore secondo una qualunque delle rivendicazioni da 4 a 7, caratterizzato dal fatto che una quantit? di scaglie di mi: ca (15) comprese fra 10% e 30% in peso ? dispersa in una matrice (14) formata da una quantit? di polvere sinterizzata compre-; sa fra 70% e 90% in peso. .

9. Metodo per produrre un isolatore termico sostenitore,di. carico secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti comprendente la miscelazione di scaglie o piastrine ( 15 ) di un materiale ceramico con polvere metallica e lo stampaggio a fred do alla pressa della miscela, in modo che nel corpo risultante le superfici di area pi? grande di almeno la maggior parte del-! le scaglie o piastrine siano orientate sostanzialmente in senso trasversale alla direzione di applicazione della_forza pressante, il corpo pressato venendo quindi sinterizzato.

10. Metodo secondo la rivendicazione 9, caratterizzato dal fatto che la miscela ? stampata a freddo in uno stampo ad una pressione compresa fra 300 e 600 Mega Newtons per metro quadro e il corpo risultante ? sinterizzato sotto vuoto a una temperatura compresa fra 1.000 e 1.200? C.