PL200241B1

PL200241B1 - Kompozyt wzmocniony metalem, sposób wytwarzania kompozytu wzmocnionego metalem oraz uszczelka z kompozytu wzmocnionego metalem

Info

Publication number: PL200241B1
Application number: PL341136A
Authority: PL
Inventors: Oswin Öttinger; Manfred Jung
Original assignee: Sgl Carbon Ag
Priority date: 1999-07-06
Filing date: 2000-06-30
Publication date: 2008-12-31
Also published as: JP4833395B2; CA2313597A1; EP1066956B1; EP1066956A2; JP2001058364A; PL341136A1; CZ20002481A3; DE50008194D1; DE19930931A1; CA2313597C; ATE279318T1; CZ300759B6; US6579626B1; EP1066956A3

Abstract

Przedmiotem wynalazku jest kompozyt (11) wzmocnio- ny metalem, posiadaj acy co najmniej jedn a warstw e (19) co najmniej jednego materia lu mi ekkiego i co najmniej jedn a wk ladk e metalow a (12), przy czym co najmniej jedna z tych wk ladek metalowych (12) sk lada si e z co najmniej dwóch na lozonych na siebie przynajmniej strefowo folii metalo- wych (13, 14), polaczonych ze sob a w strefie zak ladki (15) przynajmniej jedn a spoin a (16) i/lub klamrowaniem, który charakteryzuje si e tym, ze w ka zdej spoinie (16) istniej acej w kompozycie (11), lacz acej dwie folie metalowe (13, 14) i w ka zdym obszarze gdzie dwie folie metalowe (13, 14) s a po laczone istniej a tylko kana ly przeciekowe (7) rozci agaj ace si e w kierunku wzd lu znym (21) zak ladki (15) o maksymalnej d lugo sci mniejszej od 25 mm. Przedmiotem wynalazku jest równie z sposób wytwarzania kompozytu (11) wzmocnionego metalem z przynajmniej jednym materia lem mi ekkim, w którym co najmniej jednorazowo zgrzewa si e co najmniej dwie za lo zo- ne przynajmniej cz esciowo na siebie folie metalowe (13, 14) w strefie zak ladki (15), z utworzeniem wk ladki metalowej (12), charakteryzuj acy si e tym, ze folie metalowe (13, 14) zgrzewa si e, przy czym w zak ladce (15) pomi edzy foliami (13, 14) przerywa si e, przebiegaj ace w kierunku wzd luznym (21) zak ladki (15), ci agle otwarte strefy (7) lub tym, ze wk ladk e metalowa (12) zaopatruje si e w co najmniej jeden otwór przelotowy (23) w zak ladce (15) folii metalowych (13, 14). Równie z uszczelka z kompozytu (11) wzmocnionego meta- lem, posiadaj acego co najmniej . . . . PL PL PL PL PL

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest kompozyt wzmocniony metalem, posiadający co najmniej jedną warstwę z co najmniej jednego materiału miękkiego i co najmniej jedną wkładkę metalową, sposób wytwarzania takiego kompozytu oraz uszczelka z kompozytu wzmocnionego metalem, posiadającego co najmniej jedną warstwę z co najmniej jednego materiału miękkiego i co najmniej jedną wkładkę metalową.

Materiały warstwowe mają dla wzmocnienia przynajmniej jedną wkładkę metalową, przy czym wkładka ta składa się z co najmniej dwóch nakładających się na siebie przynajmniej częściowo folii metalowych, które są połączone ze sobą w obszarze nakładania się czyli w strefie tak zwanej zakładki. Takie rozwiązanie umożliwia wytwarzanie płyt kompozytowych o dużych wymiarach, które jako kompozyty uszczelkowe spełniają najwyższe wymagania techniczne. Z takich kompozytów wzmocnionych metalem produkuje się poprzez wykrawanie uszczelki, w szczególności płaskie uszczelki pierścieniowe.

Kompozyty na bazie jednego albo kilku materiałów miękkich wzmacnia się cienkimi foliami metalowymi celem poprawienia wytrzymałości mechanicznej. Do materiałów miękkich wykorzystywanych w takich kompozytach należą termoplasty, przede wszystkim na bazie PTFE, i elastomery, które mogą być wzmocnione włóknami nieorganicznymi lub organicznymi, jak na przykład włókna aramidowe, węglowe, ceramiczne i metalowe. Ich wytrzymałość na ściskanie może być poprawiona poprzez wypełniacze, takie jak dwutlenek krzemu, tlenek glinowy, węgiel, grafit w postaci sproszkowanej. Poza tym używa się, jako materiałów miękkich, nieorganicznych materiałów wytrzymałych na ściskanie, takich jak mika lub grafit. Jako szczególne odmiany grafitu stosuje się również wytwarzane z piankowego grafitu folie i laminaty, nazywane dalej ogólnie foliami grafitowymi. Odpowiednie materiały warstwowe są opisane na przykład w niemieckim zgłoszeniu patentowym DE 198 04 283.3. Jako wkładki metalowe, oprócz zwykłych folii metalowych, można też zastosować blachy kolcowe, których kolce wystają na jedną lub na obie strony. W najprostszym przypadku, kompozyt wzmocniony metalem na bazie jednego lub kilku materiałów miękkich składa się z jednej warstwy folii metalowej, która jest osadzona w dwóch warstwach materiałów miękkich.

Folie metalowe są dostępne w handlu tylko do ograniczonej szerokości pasma, zależnie od materiału i grubości folii. Przy produkcji wzmocnionych metalem kompozytów uszczelkowych o wymiarach, przy których szerokość pasma dostępnych folii metalowych nie wystarcza do stworzenia jednoczęściowych wkładek metalowych, trzeba łączyć ze sobą przynajmniej dwie folie składające się na wkładkę metalową.

Dotychczas takie kompozyty wzmocnione metalem produkuje się w skali technicznej w ten sposób, że pasma folii metalowej zakłada się na ich bocznych krańcach i łączy się ze sobą poprzez sklejanie, mechaniczne zazębienie lub zgrzewanie, jak na przykład ciągłe, elektryczne zgrzewanie liniowe.

Folie metalowe używane na wkładki w kompozytach mają najczęściej nieznaczną grubość, jak na przykład 50 μm albo 100 μm, żeby ułatwić wykrawanie uszczelek z kompozytów, a więc zwykle nie można wykorzystać w warunkach produkcyjnych zgrzewania doczołowego tych folii metalowych.

Znane są z DE 195 29 542 A1 sposób i urządzenie do zgrzewania doczołowego blach. Sposób ten polega na tym, że przeznaczone do zgrzewania blachy zakłada się najpierw na ich obrzeżu, następnie zakładki brzegowe odcina się na dopasowane do siebie krawędzie, potem styka się doczołowe blachy powierzchniami przecięcia i wreszcie zgrzewa się ze sobą te powierzchnie promieniem laserowym. W wyniku takiego następstwa operacji - zwłaszcza w przypadku długich, ruchomych pasm - nie można zapewnić tego, że krawędzie cięcia prostopadłe do kierunku ruchu pasm znajdują się jeszcze w miejscu zgrzewania w takiej samej pozycji, w jakiej były w chwili przecięcia. Już małe wpływy zewnętrzne, jak wahania temperatury lub wstrząsy oraz minimalne zafałdowanie cienkich folii metalowych, mogą spowodować powstanie szczelin pomiędzy krawędziami przecięcia pasm albo doprowadzić do ponownego zakładania pasm. Według sposobu opisanego w wyłożeniu, w przypadku długich i/lub szerokich pasm ma temu zapobiegać prowadnik, który stabilizuje wzajemne położenie pasm. Prowadzi on zgrzewane ze sobą, pasma blachy metalowej, tak że boczna krawędź pasm przylega do spodu szczeliny w prowadniku. Jednak w przypadku folii metalowych stosowanych w kompozytach uszczelkowych produkowanych na skalę techniczną taki sposób prowadzenia nie zdaje egzaminu ze względu na ich małą grubość, czasem znacznie poniżej 0,25 mm. Podczas ruchu pasm folii metalowej przez prowadnik, na boczną krawędź folii działają na spodzie szczeliny prowadnika takie siły, że z uwagi ma małą stabilność, dochodzi szybko do załamania folii i zniszczenia jej krawędzi albo

PL 200 241 B1 nawet do naderwania folii. Można byłoby przeciwdziałać temu poprzez zwężenie szczeliny prowadnika, ale folia mogłaby wtedy utkwić w szczelinie i rozerwać się. Poza tym, w wyniku oporów ruchu, w takiej szczelinie mogłyby powstawać fałdy w paś mie folii. Tak więc opisany w wyłożeniu DE 195 29 542 A1 sposób zgrzewania doczołowego nie może być zastosowany do szczególnie cienkich folii metalowych, jakie są zwykle stosowane w materiałach warstwowych przeznaczonych na uszczelki.

Wykorzystuje się dotychczas różne techniki łączenia folii we wkładki metalowe do kompozytów uszczelkowych, przy czym końce folii nakłada się na siebie w strefie połączenia. Połączenie wykonuje się po pierwsze tak, że pomiędzy nałożone na siebie końce folii wprowadza się klej, jak na przykład żywicę epoksydową, przy czym nakłada się klej w całej zakładce na przynajmniej jedną z łączonych folii metalowych. Klejenie folii ma tę wadę, że uszczelki wytwarzane z kompozytów, mających tak połączone wkładki metalowe, mogą być używane tylko w ściśle ograniczonym zakresie temperatur. Wynika to stąd, że w wyższej temperaturze klej mięknie i częściowo ulega rozkładowi termicznemu. W efekcie, folie metalowe w uszczelkach mogą łatwiej przemieszczać się wzajemnie w miejscach połączeń pod działaniem obciążeń mechanicznych, jak naciągi w kierunku folii metalowych i naciski prostopadłe do wkładek metalowych, co zmniejsza mechaniczną stabilność uszczelek. W wyniku termicznego rozkładu kleju pozostają na zakładce, między klejonymi końcami folii metalowych, tylko porowate, nieszczelne resztki kleju. Gdy powstające w kleju pory łączą się ze sobą, mogą powstawać w resztkach kleju dł u ż sze, cią g ł e kanaliki, które mogą przebiegać od jednego do drugiego brzegu uszczelki, co przyczynia się do znacznego zwiększenia częstości przecieków uszczelnianego czynnika. Takie przelotowe kanaliki nazywa się dalej kanałami przeciekowymi uszczelki. Tak więc uszczelki z wkł adkami metalowymi wykonanymi ze sklejonych folii metalowych są w wyż szej temperaturze bardziej podatne na przecieki. Poza tym uszczelki z takimi wkładkami metalowymi można wykorzystywać tylko do czynników, które nie są agresywne wobec kleju, ponieważ wskutek działania takiego czynnika na klej, jest możliwe przemieszczanie się folii pod obciążeniami mechanicznymi, co zmniejsza stabilność mechaniczną uszczelek, a w wyniku rozkładu kleju pod działaniem agresywnego czynnika mogą tworzyć się w nim kanały przeciekowe, podobnie jak w wyższych temperaturach, a więc nie można zapewnić skutecznego uszczelnienia. Dlatego, chcąc uzyskać uszczelki o uniwersalnym zastosowaniu, wytwarzane z kompozytów mających wkładki połączone z co najmniej dwóch folii metalowych, konieczne jest łączenie tych folii bez wprowadzania do uszczelek innych czynników, jak na przykład kleju.

Dwie folie metalowe można łączyć w jedną warstwę bez użycia dodatkowych czynników poprzez czysto mechaniczne klamrowanie folii, przy czym wiąże się z tym zawsze zakładanie na siebie brzegów folii. Boczne końce łączonych folii metalowych zahaczają przy tym o siebie tak, że połączone warstwy mają taką samą wytrzymałość mechaniczną jak w przypadku użycia jednoczęściowych wkładek metalowych. Połączenie takie polega na fizycznym styku folii metalowych. Jednakże w uszczelkach wykonanych z kompozytów z tak połączonymi wkładkami metalowymi mogą występować przecieki znacznie częściej niż w uszczelkach wyprodukowanych z kompozytów z jednoczęściowymi wkładkami metalowymi.

Podczas zgrzewania folii metalowych według stanu techniki, końce folii nałożone na siebie zakładkowe łączy się ze sobą przez podgrzewanie. Spoina, to znaczy strefa zgrzania folii metalowych, przebiega wzdłuż zakładki, przy czym szerokość zakładki jest najczęściej znacznie większa niż szerokość zastosowanej spoiny. Za pomocą tak zgrzanych wkładek metalowych można uzyskać kompozyty o wytrzymałości mechanicznej, jaką uzyskuje się w przypadku kompozytów zawierających tylko jednoczęściowe wkładki metalowe.

Jako metodę zgrzewania można zastosować w zasadzie wszystkie znane sposoby, jak zgrzewanie dociskowe, topliwe, oporowe i promieniowe. Wykorzystuje się przy tym, sposób ciągły i nieciągły. W przypadku nałożenia blach na siebie wykorzystuje się przede wszystkim zgrzewanie oporowe metodą punktową (zgrzewanie nieciągłe) oraz zgrzewanie krążkowe (ciągłe). W przypadku zgrzewania punktowego przystawia się elektrody na środku zakładki po obu stronach zgrzewanych folii metalowych i następnie łączy się folie przez stapianie impulsem prądowym. Podczas zgrzewania krążkowego stosuje się elektrody krążkowe, przez które przeciąga się założone na siebie końce pasm folii. Powstaje liniowa spoina przebiegająca na środku zakładki. Punkty zgrzewania i spoina są usytuowane na środku, aby zapewnić podczas zgrzewania styk elektrod na ich całej szerokości z obiema foliami metalowymi, gdyż w przeciwnym razie zbyt duży prąd powierzchniowy może doprowadzić do przepalenia folii w miejscu zgrzewania. Poza tym do łączenia folii metalowych na zakładce można zastosować także zgrzewanie laserowe, przy czym folie metalowe absorbują energię promienia laserowego w postaci ciepł a, co powoduje stapianie folii. Ż eby zapewnić dobre zgrzanie folii, promień laserowy

PL 200 241 B1 powinien być ustawiony na środku zakładki a oba założone na siebie pasma folii powinny poruszać się względem nieruchomego lasera. W ten sposób można wytworzyć na zakładce folii liniową spoinę.

Jednakże również w uszczelkach wykonanych z kompozytów mających zgrzewane wkładki metalowe stwierdza się czasem znacznie większą podatność na nieszczelności niż w odpowiednich uszczelkach mających tylko jednoczęściowe wzmocnienia metalowe. Wynika to również z zamieszczonych dalej tabel 1 i 2, gdzie częstość przeciekania uszczelek wykonanych z kompozytów mających tylko jednoczęściowe wkładki metalowe (przykłady porównawcze 1/1 i 2/1) porównuje się z przeciekami uszczelek wykonanych z kompozytów mających wkładki złożone z co najmniej dwóch nakładających się przynajmniej strefowo folii metalowych i zgrzanych liniowo na zakładce folii (przykłady porównawcze 1/2 i 2/2). Można zauważyć, że uszczelki mające zgrzane liniowo wkładki metalowe mają skuteczność uszczelnienia daleko mniejszą, niż jest to możliwe z technicznego punktu widzenia w przypadku jednoczęściowych wkł adek metalowych.

Jak można wnioskować z powyższego, istnieje wiele metod wytwarzania wkładek metalowych do kompozytów, składających się z kilku folii metalowych. Jednak żadna z tych metod nie daje możliwości wytwarzania kompozytów z takimi wkładkami metalowymi uszczelek, które odpowiadają swoimi właściwościami znanym dotąd uszczelkom mającym jednoczęściowe wkładki metalowe. W szczególności problem ten stwarza ograniczenia wymiarowe kompozytów i wytwarzanych z nich uszczelek.

Celem wynalazku jest udostępnienie mających wysoką jakość, kompozytów wzmocnionych metalem na bazie jednego lub kilku materiałów miękkich z co najmniej jedną wkładką metalową, która składa się z co najmniej dwóch połączonych ze sobą folii metalowych, z których można wytwarzać uszczelki mające takie same właściwości jak uszczelki wytwarzane z odpowiednich kompozytów zawierających tylko jednoczęściowe wkładki metalowe oraz uszczelki z takiego kompozytu, a także udostępnienie sposobu wytwarzania odpowiednich kompozytów z wkładkami metalowymi z co najmniej dwóch połączonych ze sobą folii metalowych.

Wysoka jakość kompozytów oznacza tu między innymi dużą odporność na temperaturę i czynniki chemiczne a także wysoką stabilność mechaniczną. Jednak porównanie właściwości odpowiednich kompozytów z i bez wkładek metalowych, które wytworzone są przez połączenie co najmniej dwóch folii metalowych, dotyczy przede wszystkim wskaźnika przeciekania uszczelek, które są wytwarzane z takich kompozytów.

Kompozyt wzmocniony metalem, posiadający co najmniej jedną warstwę z co najmniej jednego materiału miękkiego i co najmniej jedną wkładkę metalową, przy czym co najmniej jedna z tych wkładek metalowych składa się z co najmniej dwóch nałożonych na siebie przynajmniej strefowo folii metalowych, połączonych ze sobą w strefie zakładki przynajmniej jedną spoiną i/lub klamrowaniem, charakteryzuje się według wynalazku tym, że w każdej spoinie istniejącej w kompozycie, łączącej dwie folie metalowe i w każdym obszarze gdzie dwie folie metalowe są połączone istnieją tylko kanały przeciekowe rozciągające się w kierunku wzdłużnym zakładki o maksymalnej długości mniejszej od 25 mm.

Korzystnie, kompozyt dodatkowo na swoich zewnętrznych płaszczyznach jest całkowicie pokryty i zespolony z gazoszczelną folią z polimeru organicznego, przy czym maksymalna długość nieciągłego kanału przeciekowego w kierunku wzdłużnym zakładki mieści się w granicach między 0,5 i 5 mm a zwł aszcza pomię dzy 1 i 2 mm.

Maksymalna szerokość zakładki folii metalowych powinna być mniejsza niż 10 mm i wynosić od 0,2 mm do 2 mm a zwłaszcza od 0,5 mm do 1 mm.

Korzystnie, zakładka folii metalowych występuje na całej ich długości.

Korzystnie, co najmniej jedna ze spoin ma taki przebieg, który przynajmniej w jednym punkcie ma składową kierunkową prostopadłą do kierunku wzdłużnego zakładki folii metalowych.

Korzystnie, co najmniej jedna ze spoin przebiega wzdłuż zakładki w sposób ciągły lub w sposób okresowy z przerwami.

Co najmniej jedna ze spoin może mieć przebieg sinusoidalny, meandrowy, zygzakowaty lub drabinkowy, przy czym okres przebiegu spoiny ma długość mniejszą od 25 mm a zwłaszcza pomiędzy 0,5 mm i 5 mm, korzystnie pomiędzy 1 mm i 2 mm.

Okres przebiegu spoiny może zmieniać się wzdłuż zakładki a wymiar poprzeczny spoiny może być co najmniej równy maksymalnej szerokości zakładki folii metalowych lub być równy około 1 do 2 razy maksymalnej szerokości zakładki folii metalowych.

Korzystnie, co najmniej jedna ze spoin kompozytu ma przynajmniej jedną przerwę w kierunku wzdłużnym zakładki.

PL 200 241 B1

Korzystnie, przynajmniej częściowo punkty zgrzewania znajdują się w stałych odstępach w kierunku wzdłużnym zakładki a kolejne punkty zgrzewania są przemieszczone względem siebie w kierunku szerokości zakładki i są usytuowane naprzemiennie w kierunku szerokości zakładki po jednej i po drugiej stronie zakł adki.

Korzystnie, przynajmniej jedna wkładka metalowa składająca się z co najmniej dwóch folii metalowych ma co najmniej jeden otwór przelotowy na zakładce folii.

Korzystnie, przynajmniej jedna wkładka metalowa składająca się z co najmniej dwóch folii metalowych ma dodatkowo co najmniej jeden otwór przelotowy na zakładce folii metalowych, przy czym ten otwór przelotowy jest co najmniej równy maksymalnej szerokości zakładki folii metalowych.

Zakładka może mieć rozmieszczone wzdłuż niej w odstępach otwory przelotowe, zwłaszcza w stał ych odstę pach.

Odstęp otworów przelotowych wzdłuż zakładki wynosi korzystnie maksimum 25 mm a zwłaszcza mieści się między 1 mm i 10 mm, korzystnie między 3 mm i 5 mm.

Korzystnie, co najmniej jedna ze spoin ma przynajmniej częściowo liniowy przebieg równoległy do kierunku wzdłużnego zakładki folii metalowych, przy czym szerokość co najmniej jednej ze spoin o liniowym przebiegu równoległ ym do kierunku wzdł uż nego zakł adki folii metalowych, jest przynajmniej częściowo co najmniej równa maksymalnej szerokości zakładki.

Korzystnie, przynajmniej jedna ze spoin, o liniowym przebiegu równoległym do kierunku wzdłużnego zakładki folii metalowych, przynajmniej w części ma kilka, znajdujących się obok siebie, spoin o liniowym przebiegu równoległ ym do kierunku wzdł uż nego zakł adki folii metalowych, przy czym spoiny nakładają się one na siebie a cała szerokość powstałej przez to spoiny jest co najmniej równa maksymalnej szerokości zakładki folii a dodatkowo przynajmniej jedna ze spoin, o liniowym przebiegu równoległym do kierunku wzdłużnego zakładki folii metalowych, jest przynajmniej częściowo kombinowana z co najmniej jedną spoiną, która ma przebieg mający w przynajmniej jednym punkcie składową kierunkową prostopadłą do kierunku wzdłużnego zakładki.

Folie metalowe mogą mieć grubość do około 250 μm a zwłaszcza od około 25 μm do około 125 μm, korzystnie od około 50 μm do około 100 μm.

Folie metalowe mogą być wykonane ze stali, niklu albo stali chromoniklowej.

W korzystnej odmianie wykonania kompozyt ma co najmniej dwie warstwy z przynajmniej jednego materiału miękkiego i osadzonej w nim co najmniej jednej wkładki metalowej.

W kompozycie co najmniej jeden z zawartych materiałów miękkich jest korzystnie materiałem z grupy obejmującej spieniony grafit, PTFE albo mikę.

Kompozyt zawiera korzystnie co najmniej jedną wkładkę metalową z blachy kolcowej.

Sposób wytwarzania kompozytu wzmocnionego metalem z przynajmniej jednym materiałem miękkim, w którym co najmniej jednorazowo zgrzewa się co najmniej dwie założone przynajmniej częściowo na siebie folie metalowe w strefie zakładki, z utworzeniem wkładki metalowej, polega według wynalazku na tym, że folie metalowe zgrzewa się, przy czym w zakładce pomiędzy foliami przerywa się, przebiegające w kierunku wzdłużnym zakładki ciągłe otwarte strefy.

Korzystnie, folie metalowe zgrzewa się, przy czym otwarte strefy w zakładce pomiędzy foliami w kierunku wzdłużnym zakładki mają ograniczony rozmiar, a folie metalowe zgrzewa się tak, że otwarte strefy w zakładce pomiędzy foliami w kierunku wzdłużnym zakładki mają maksymalny wymiar mniejszy niż 25 mm.

Założone na siebie folie metalowe można zgrzewać na zakładce przynajmniej częściowo tak, że zgrzewanie odbywa się wzdłuż linii, która przynajmniej w jednym punkcie ma składową kierunkową prostopadłą do kierunku wzdłużnego zakładki folii metalowych lub zgrzewanie odbywa się co najmniej częściowo tak, że przynajmniej jeden przebieg odbywa się wzdłuż linii prostej, równoległej do kierunku wzdłużnego zakładki folii metalowych.

Korzystnie, zgrzewanie przeprowadza się przynajmniej częściowo tak, że przebiega ono wzdłuż zakładki po linii sinusoidalnej, meandrowej, zygzakowatej albo schodkowej.

Korzystnie, wymiar poprzeczny podczas zgrzewania jest przynajmniej częściowo równy maksymalnej szerokości zakładki folii metalowych.

Korzystnie, wymiar poprzeczny podczas zgrzewania jest przynajmniej częściowo równy około 1 do około 2 razy wymiarowi poprzecznemu zakładki folii metalowych a zgrzewanie przeprowadza się zgrzewaniem oporowym lub przy użyciu promienia laserowego.

Korzystnie, zgrzewa się folie metalowe całkowicie lub częściowo w trybie pulsacyjnym, przy czym szerokość punktów zgrzewania jest co najmniej równa maksymalnej szerokości zakładki folii

PL 200 241 B1 metalowych, przy czym zgrzewa się folie metalowe przynajmniej częściowo w trybie pulsacyjnym, przy czym przynajmniej częściowo punkty zgrzewania swoim rozmiarem zachodzą na siebie.

Wkładkę metalową można zaopatrywać w co najmniej jeden otwór przelotowy w zakładce folii metalowych lub wyposaża się ją w liczne otwory przelotowe w zakładce i poza zakładką, dla stworzenia blachy kolcowej.

Korzystnie, co najmniej jedną wkładkę metalową łączy się z co najmniej jedną następną warstwą z przynajmniej jednego miękkiego materiału.

Uszczelka z kompozytu wzmocnionego metalem, posiadającego co najmniej jedną warstwę z co najmniej jednego materiał u mi ę kkiego i co najmniej jedną wkł adkę metalową , przy czym co najmniej jedna z tych wkładek metalowych składa się z co najmniej dwóch nałożonych na siebie przynajmniej strefowo folii metalowych, połączonych ze sobą w strefie zakładki przynajmniej jedną spoiną i/lub klamrowaniem, charakteryzuje się według wynalazku tym, że uszczelka mająca w każdej spoinie istniejącej w kompozycie, łączącej dwie folie metalowe i w każdym obszarze gdzie dwie folie metalowe są połączone klamrowaniem istnieją tylko kanały przeciekowe rozciągające się w kierunku wzdłużnym zakładki o maksymalnej długości mniejszej od 25 mm, przy czym spoina ma okresową długość, która jest mniejsza niż szerokość uszczelki.

Dzięki rozwiązaniom według wynalazku udostępniony został kompozyt wzmocniony metalem na bazie jednego lub kilku materiałów miękkich, który ma przynajmniej jedną wkładkę metalową i w którym przynajmniej jedna z tych wkładek została wytworzona przez połączenie za pomocą co najmniej jednej spoiny co najmniej dwóch nakładających się na siebie przynajmniej strefowo folii metalowych.

Według wynalazku prowadzi się spoinę na zakładce tak, aby w obrębie zakładki wyeliminować albo przynajmniej ograniczyć istnienie ciągłych kanałów przeciekowych. Nie zapewnia tego liniowa spoina według dotychczasowego stanu techniki.

Przelotowe kanały przeciekowe nie występują w kompozytach według wynalazku, dzięki czemu uszczelki z tych kompozytów mają wskaźnik przeciekania, który odpowiada uszczelkom z kompozytów z wyłącznie jednoczęściowymi wkładkami metalowymi, co wykazują przedstawione dalej wyniki badań .

Jeżeli przynajmniej jedna ze spoin ma taki przebieg, że w przynajmniej jednym punkcie P ma on składową prostopadłą do kierunku wzdłużnego zakładki folii metalowych to ta istniejąca przynajmniej w jednym punkcie P składowa kierunkowa przebiegu spoiny powstaje przez to, że zgrzewanie odbywa się wzdłuż linii, która ma składową kierunkową prostopadłą do wymiaru wzdłużnego zakładki folii metalowych.

W trybie zgrzewania cią głego można łączyć folie metalowe spoinami, które przebiegają nieprzerwanie wzdłuż zakładki. W tym przypadku spoina pokrywa się całkowicie z linią zgrzewania. W trybie zgrzewania częściowo nieciągłego albo przerywanego spoiny mają przynajmniej jedną przerwę wzdłuż linii zgrzewania a więc wzdłuż zakładki. W szczególności zalicza się do tego również zgrzewanie pulsacyjne, gdy proces ten odbywa się tylko w określonych odstępach czasu, podczas gdy aparat jest prowadzony wzdłuż linii zgrzewania. Powstaje przy tym przerywana spoina, która pokrywa się tylko odcinkowo z linią zgrzewania.

Poprzez długość okresu przebiegu spoiny wyznacza się przy tym także maksymalną długość otwartych stref między foliami metalowymi na zakładce w jej kierunku wzdłużnym, to znaczy maksymalną długość nieciągłych kanałów przeciekowych wzdłuż spoiny. Określa się przez to również szerokość D uszczelek wykonywanych z kompozytów według wynalazku, która jest większa niż długość okresu przebiegu spoiny, żeby nie było otwartych kanałów przeciekowych. Dlatego przy okresowym przebiegu spoin długość okresu dobiera się zwykle poniżej 25 mm.

W czasie wytwarzania, folie metalowe w pasmach poruszają się ciągle ze stałą prędkością względem nieruchomej aparatury spawalniczej. W ramach wynalazku można zgrzewać folie metalowe wszystkimi znanymi i odpowiednimi metodami, na przykład z zastosowaniem zgrzewania oporowego lub zgrzewania laserowego, jednak korzystnie używa się promienia laserowego. Zgrzewanie laserowe odbywa się korzystnie tak, że promień laserowy odchyla się wahadłowo od linii środkowej. Dobierając amplitudę, częstotliwość, położenie ogniska i moc promienia laserowego oraz prędkość pasm folii metalowych można regulować przebieg, grubość, szerokość czyli maksymalną całkowitą rozpiętość linii spawania prostopadle do kierunku wzdłużnego zakładki, oraz długość okresu przebiegu spoiny. Można też kształtować ten proces wybierając zgrzewanie ciągłe lub pulsacyjne.

Folie metalowe przed zgrzewaniem nakłada się na siebie przynajmniej strefowo, przy czym zakładka na całej długości pasma folii powinna mieć w przybliżeniu jednakową szerokość. Pod wpływem

PL 200 241 B1 czynników zewnętrznych, jak wahania temperatury i/albo wstrząsy albo inne oddziaływania, może zmieniać się odcinkowo szerokość zakładki folii metalowych. Może też zdarzyć się, że folie na pewnym odcinku przylegają do siebie tylko czołowo, a więc folie metalowe zachodziły by na siebie tylko strefowo. W przypadku wzmocnionych metalem kompozytów według wynalazku poszczególne folie tworzące wspólnie wkładkę metalową mogą być połączone tak, że ich przylegające do siebie obrzeża nakładają się na siebie częściowo lub całkowicie a końce folii również częściowo stykają się bezpośrednio ze sobą. Maksymalną szerokość zakładki folii dobiera się zwykle poniżej 10 mm.

Zgodnie z wynalazkiem jest też możliwe uprzednie mechaniczne klamrowanie folii metalowych i nast ę pnie zgrzewanie. W ten sposób przerywa się wszystkie kanał y przeciekowe powstał e przez klamrowanie.

Jeżeli w przypadku wzmocnionych metalem kompozytów według wynalazku zgrzewa się folie tworzące wkładkę metalową całkowicie lub częściowo metodą pulsacyjną, to celem wyeliminowania kanałów przeciekowych wzdłuż zakładki folii należy wybrać taką szerokość poszczególnych punktów zgrzewania, żeby zachodziły one przynajmniej częściowo na siebie. Laser może pracować pulsacyjnie, na przykład przy stałym takcie pulsowania i równomiernym posuwie folii względem aparatu spawalniczego, w punktach rozmieszczonych wzdłuż linii zgrzewania, które znajdują się w stałej odległości od siebie wzdłuż zakładki. Sama linia zgrzewania może mieć na przykład przebieg okresowy, jak opisano wyżej.

Spoina może składać się z poszczególnych punktów, których średnica jest większa od lub równa maksymalnej szerokości zakładki folii metalowych. Można to zrealizować przykładowo poprzez oporowe zgrzewanie punktowe albo pulsacyjne zgrzewanie promieniem laserowym.

Jeżeli w kompozycie według wynalazku dwie folie metalowe są połączone przynajmniej częściowo tylko za pomocą takiej spoiny, to szerokość takiej spoiny powinna być większa od maksymalnej szerokości zakładki. Tak wykonana spoina jest spłaszczona, przy czym zakładka folii jest całkowicie zgrzewana. Z drugiej strony można też uzyskać spoinę o takiej postaci na przykład przez laserowe spawanie po linii sinusoidalnej, przy czym częstotliwość odchyleń dobiera się tak, że kolejno następujące zgrzewy są bardzo blisko siebie lub też stykają się albo nakładają się na siebie.

Zgrzewana wkładka metalowa może być zaopatrzona przynajmniej w jeden otwór przelotowy w strefie zakł adki folii metalowych, przy czym sama spoina moż e przebiegać liniowo wzdłu ż zakł adki. Otwór taki jest większy od lub przynajmniej równy maksymalnej szerokości zakładki folii metalowych. Otwory przelotowe są zamykane przylegającymi do wkładek metalowych warstwami materiału miękkiego, które całkowicie wypełniają otwór przelotowy. Takie wypełnienie gazoszczelnymi materiałami miękkimi powoduje to, że nie ma wnęk w zakładce folii w strefie otworów przelotowych. Eliminuje się przez to ewentualne ciągłe kanały przeciekowe a istniejące jeszcze w tej strefie kanały mogą rozpościerać się wzdłuż zakładki co najwyżej na długość odstępu między otworami.

Folie metalowe w strefie zakładki mogą być zaopatrzone w liczne otwory, tak że wzdłuż zakładki mogą być usytuowane otwory w odstępach. Przy tym zgrzewana wkładka metalowa może być wykonana jako blacha kolcowa, w której także poza zakładką są wykonane otwory dowolną metodą, jak na przykład przez wykrawanie albo nakłuwanie. Wytwarza się takie otwory na ogół przez nakłuwanie z obu stron folii metalowych.

Najpierw wykonuje się zgrzewanie folii metalowych, a następnie tworzy się otwory. Ale w zasadzie można też wyobrazić sobie odwrócenie tych operacji.

Szerokość pasma zgrzanych ze sobą folii metalowych wynosi korzystnie > 300 mm, ale mogą one mieć także inną dowolną szerokość. Można zgrzewać ze sobą jednocześnie lub kolejno dwie albo więcej folii metalowych.

Wkładkami metalowymi są przeważnie gładkie folie metalowe albo blachy kolcowe. Blacha kolcowa ma liczne otwory rozmieszczone równomiernie na całej powierzchni, które wytwarza się przez nakłuwanie z jednej lub z obu stron folii metalowych. Otwory takie mają koronowe wypustki wystające z powierzchni folii metalowych. Takie koronowe występy służą do mechanicznego ustalenia przez zazębienie następnych warstw, na przykład folii z materiału miękkiego. Przeważnie wykorzystuje się igły o przekroju kwadratowym lub okrągłym. Wówczas otwory mają również kształt kwadratowy lub okrągły.

Materiałami miękkimi w ramach wynalazku są miękkie, podatne, gazoszczelne, częściowo elastyczne materiały, które przylegają w szczególności szczelnie do powierzchni folii metalowych i spoin. Materiałami miękkimi są na przykład grafit, mika i politetrafluoroetylen (PTFE). Można zastosować jeden lub więcej różnych materiałów miękkich w kompozycie wzmocnionym metalem według wynalazku.

PL 200 241 B1

Materiały miękkie wykorzystuje się w postaci folii albo laminatów. Szczególnie zalecane są folie ze spienionego grafitu, które mają gęstość od około 0,7 do około 1,4 g/cm³. Folie takie mają wysoką wytrzymałość termiczną i odporność na media (czynniki zewnętrzne).

Kompozyty wzmocnione metalem używa się na płyty uszczelkowe, z których można wytwarzać uszczelki w dowolnej postaci, na przykład przez wykrawanie. Mogą to być uszczelki płaskie, pierścieniowe uszczelki kołnierzowe, albo pierścieniowe uszczelnienia dławikowe.

Uszczelki z kompozytów według wynalazku stosuje się przykładowo w przemyśle chemicznym, energetycznym i motoryzacyjnym, na przykład jako uszczelki głowic cylindrowych i dławiki do uszczelnienia wrzecion.

Uszczelki wykonane ze wzmocnionych metalem kompozytów według wynalazku, gdy folie metalowe w kompozytach są zgrzewane odpowiednio do wymiarów geometrycznych uszczelek, nie mają przynajmniej w strefie spoiny wkładek metalowych ciągłych kanałów przeciekowych, a więc posiadają podobny lub jednakowo niski wskaźnik przeciekania jak uszczelki wykonane z kompozytów, które zawierają jednoczęściowe folie metalowe, to znaczy folie bez defektów sieciowych. Patrz także przykłady i przykłady porównawcze.

Można wytwarzać kompozyty według wynalazku w dużych formatach, dzięki czemu jest mniej strat przy wykrawaniu uszczelek, a poza tym istnieje możliwość wytwarzania większych uszczelek, na przykład pierścieniowych uszczelek płaskich o średnicy zewnętrznej powyżej 1 m, które pod względem jakości nie ustępują znanym uszczelkom wykonywanym z kompozytów z jednoczęściowymi wkładkami metalowymi.

Wynalazek pozwala też obniżyć koszty materiałowe, ponieważ można nabyć taniej pasma folii metalowej o mniejszej szerokości i można nimi lepiej dysponować niż pasmami szerszymi.

Następną zaletą wynalazku jest możliwość wytwarzania niedrogich, mających duży format, wzmocnionych metalem kompozytów na bazie jednego albo kilku materiałów miękkich, w szczególności kompozytów uszczelkowych, które mają takie same właściwości jak wzmocnione metalem kompozyty, które wytwarzano dotychczas zwykle z jednoczęściowymi wkładkami metalowymi. W szczególności chodzi o wytwarzane z dużych formatowo kompozytów uszczelek, które mają taki sam wskaźnik przeciekania, jak uszczelki wytwarzane dotąd z konwencjonalnych kompozytów. Celem rozwiązania tego zadania, konieczne jest, aby mające duży format kompozyty zawierały wkładki metalowe, które wytworzono przez połączenie co najmniej dwóch folii metalowych.

Przedmiot wynalazku zostanie bliżej objaśniony na przykładzie kompozytów uszczelkowych przedstawionych na rysunku, którego figury przedstawiają: fig. 1 - mikrografię gładkich folii metalowych o grubości 50 μm, które zgodnie ze stanem techniki są nałożone na siebie i połączone liniową spoiną z kanałami przeciekowymi, fig. 2 - kompozyt wzmocniony metalem według stanu techniki, przy czym fig. 2a przedstawia rzut pionowy, a fig. 2b - przekrój wzdłuż linii Ilb-IIb kompozytu uszczelkowego według fig. 2a. Fig. 3 przedstawia natomiast odmianę realizacji kompozytu uszczelkowego wzmocnionego metalem według wynalazku, przy czym fig. 3a ukazuje rzut pionowy, fig. 3b - przekrój kompozytu według fig. 3a wzdłuż linii Illb-Illb, fig. 3c - przekrój kompozytu według fig. 3a wzdłuż linii IIIc-IIIc, która jest przesunięta o połowę długości okresu przebiegu spoiny względem linii Illb-IIIb. Fig. 4 ukazuje wkładkę metalową z możliwą linią zgrzewania według wynalazku, przy czym fig. 4a ukazuje widok z góry, fig. 4b - fragment przebiegu spoiny widocznej na fig. 4a. Fig. 5 i 6 przedstawiają następne widoki z góry wkładek metalowych z możliwymi przebiegami linii zgrzewania a fig. 7 - odmianę wykonania wzmocnionej metalem płyty uszczelkowej odmiennej niż w wynalazku, przy czym fig. 7a ukazuje widok z góry, fig. 7b - przekrój wzmocnionej metalem płyty uszczelkowej według fig. 7a wzdłuż linii VIIb-VIIb. Fig. 8 przedstawia odmianę realizacji wzmocnionej metalem płyty uszczelkowej według wynalazku, przy czym fig. 8a ukazuje widok z góry, fig. 8b - przekrój płyty uszczelkowej z fig. 8a wzdłuż linii VIIIb-VIIIb. Fig. 9 ukazuje uszczelki płaskie według przykładów i przykładów porównawczych z opisu tego wynalazku.

Na figurze1 widać mikrografię gładkich folii metalowych, które według stanu techniki są założone na siebie i połączone liniową spoiną. Nałożono na siebie i połączono spoiną dwie folie metalowe M o grubości 50 μm. Grubość spoiny wynosi tu około 380 μm, a zakładka folii metalowych M ma szerokość Q około 1300 μm (= 1,3 mm). Na figurze widać nie zgrzane występy R folii M w strefie ich zakładki. Między tymi występami R i foliami metalowymi M istnieją kanały przebiegające wzdłuż zakładki folii M. Kanały te nie są wypełnione materiałem miękkim ze względu na słaby dostęp przy produkcji na przykład płyt uszczelkowych z materiału miękkiego. Istnieją więc kanały przeciekowe L, które zwiększają wskaźnik przeciekania uszczelek wytwarzanych z takich płyt uszczelkowych.

PL 200 241 B1

Figura 2 (2a i 2b) przedstawia kompozyt wzmocniony metalem 1 z co najmniej jednym materiałem miękkim według stanu techniki, który ma wkładkę metalową 2 osadzoną w dwóch warstwach materiału miękkiego 8 i 9. Taka wkładka 2, jak ukazuje to rzut pionowy na fig. 2a, składa się z dwóch gładkich folii metalowych 3 i 4, które na ich zakładce są zgrzane ze sobą liniową spoiną 6. Przekrój na fig. 2b wzdłuż zaznaczonej na fig. 2a linii Ilb-IIb pokazuje, że w tym wykonaniu istnieją kanały przeciekowe 7 wzdłuż zakładki 5, które ze względu na ich słabą dostępność nie są uszczelnione warstwami materiału miękkiego 8 i 9. Kanały 7 są odpowiedzialne za wysoki wskaźnik przeciekania uszczelek, które produkuje się z takich kompozytów 1 jako płyt uszczelkowych.

Figura 3 przedstawia odmianę wykonania kompozytu 11 wzmocnionego metalem z przynajmniej jednym materiałem miękkim według wynalazku. Na fig. 3a ukazano widok z góry na kompozyt wzmocniony metalem 11, który ma wkładkę metalową 12 osadzoną w dwóch warstwach materiału miękkiego 19 i 20, na przykład ze spienionego grafitu. Wkładka ta składa się z dwóch folii metalowych 13 i 14, które są zgrzane ze sobą na zakładce 15 zygzakowatą spoiną 16 wykonaną promieniem laserowym. Wymiar poprzeczny 17 spoiny 16 jest większy niż maksymalna szerokość 18 zakładki obu folii metalowych 13 i 14. Kompozyt 11 wytwarza się zgodnie z wynalazkiem tak, że zgrzewa się ze sobą folie metalowe w pasma, następnie przecina się je na płyty i wreszcie zaopatruje się w warstwy materiału miękkiego 19 i 20. Fig. 3b ukazuje przekrój wzmocnionego metalem kompozytu z fig. 3a wzdłuż linii Illb-IIIb. Na przekroju widać, że wkładka metalowa 12 jest osadzona między warstwami materiału miękkiego 19 i 20. Folie metalowe 13, 13 w tym przekroju na lewej połowie zakładki nie tworzą występów, ponieważ są tu połączone spoiną 16. Na prawej połowie zakładki folie 13, 14 nie są połączone ze sobą, a więc istnieje tu otwarta strefa w zakładce między łączonymi foliami metalowymi. Fig. 3c ukazuje przekrój wzdłuż linii IIIc-IIIc kompozytu z fig. 3a. Linia IIIc-IIIc jest przesunięta względem linii Illb-IIIb o połowę długości okresu przebiegu spoiny 16. Na przekroju tym folie metalowe 13, 14 na prawej połowie zakładki 15 są połączone ze sobą spoiną 16, natomiast, na lewej połowie zakładki są nałożone na siebie bez połączenia, tak że istnieje tu otwarta strefa między foliami metalowymi w zakładce. Z porównania fig. 3b i 3c wynika, że istniejące otwarte strefy, które mogą być powodem powstawania kanałów przeciekowych wzdłuż zakładki, są przerywane cyklicznie wzdłuż zakładki poprzez poprzeczne poprowadzenie spoiny na całej zakładce, tak że ewentualne kanały przeciekowe mogą rozciągać się wzdłuż zakładki maksymalnie na długość okresu przebiegu spoiny. Dlatego kompozyt wzmocniony metalem nie ma ciągłych kanałów przeciekowych przebiegających wzdłuż zakładki 15 folii metalowych 13, 14. Taki kompozyt 11 według fig. 3 może mieć również zgodnie z wynalazkiem odmianę polegającą na tym, że wkładka 12 po zgrzaniu jest nakłuwana, żeby uzyskać blachę kolcową, na którą nakłada się następnie warstwy materiału miękkiego 19 i 20.

Na przykładzie fig. 4 (4a i 4b) objaśnia się możliwy przebieg spoiny 16 według wynalazku. Na fig. 4a widać wkładkę metalową 12 kompozytu 11. Wkładka 12 składa się z dwóch nałożonych na siebie folii metalowych 13, 14, które są zgrzane ze sobą zygzakowatą spoiną 16 na zakładce 15. Strzałka 21 wskazuje kierunek wzdłużny zakładki 15 folii metalowych 13, 14. Fig. 4b przedstawia fragment rysunku z fig. 4a. Na fig. 4b zaznaczone są równoległymi liniami kreskowymi granice zakładki, a także ukazano fragment spoiny 16, która ma przebieg mający w przynajmniej jednym punkcie P składową kierunkową 22 prostopadłą do kierunku wzdłużnego 21 zakładki folii metalowych. W tym przykładzie realizacji zgrzewanie odbywa się w sposób ciągły. Oznacza to, że spoina na całym przebiegu pokrywa się z linią zgrzewania, wzdłuż której następuje zgrzewanie.

Figura 5 ukazuje dwie folie metalowe 13, 14, które są połączone ze sobą według wynalazku na zakładce 15 spoiną przebiegającą po linii sinusoidalnej. Zgrzane folie 13, 14 tworzą wkładkę 12. Także tu zgrzewanie odbywa się w sposób ciągły.

Figura 6 ukazuje wkładkę metalową 12 według wynalazku. Folie metalowe 13, 14 są zgrzane na zakładce 15 spoiną 16 przebiegającą po linii w kształcie szczebli drabiny (ciągła linia kreskowa). Przy tym zgrzewanie odbywa się w sposób nieciągły, w szczególności pulsacyjny, a linia zgrzewania ma kształt meandrowy. Linia ciągła i linia kreskowa są na rysunku przesunięte, ale w rzeczywistości pokrywają się ze sobą.

Figura 7 przedstawia kompozyt 11 wzmocniony metalem z co najmniej jednym materiałem miękkim z wkładką metalową 12 inną niż opisana w niniejszym wynalazku. Fig. 7a ukazuje kompozyt 11 w rzucie pionowym. Folie metalowe 13 i 14 są połączone ze sobą liniową spoiną 16 na zakładce 15. Po zgrzaniu poddano nakłuwaniu wkładkę 12, żeby stworzyć blachę kolcową. Nakłuwanie wykonano tak, że nie powstały otwory 23 w zakładce 15 folii 13 i 14. Przekrój wzdłuż linii VIIb-VIIb na fig. 7b

PL 200 241 B1 ukazuje, że w tym kompozycie 11 istnieją ciągłe kanały przeciekowe 7 przebiegające w kierunku wzdłużnym zakładki 15 folii metalowych 13, 14, które są usytuowane tuż obok spoiny.

Figura 8 ukazuje kompozyt 11 wzmocniony metalem z przynajmniej jednym materiałem miękkim według tego wynalazku. Na fig. 8a przedstawiono rzut pionowy płyty uszczelkowej z kompozytu 11. Wkładka metalowa 12 składa się z dwóch folii metalowych 13 i 14, które są połączone ze sobą liniową spoiną 16 na zakładce folii 13, 14. Celem stworzenia blachy kolcowej wykonano nakłucie tak, że na zakładce 15 istnieją otwory przelotowe 23, które są co najmniej równe maksymalnej szerokości 18 zakładki 15. Podczas nanoszenia warstw materiału miękkiego 19, 20 otwory 23 są wypełniane tym materiałem. Ukazuje to fig. 8b na przekroju kompozytu z fig. 8a wzdłuż linii VIIIb-VIIIb. Ewentualne kanały istniejące wzdłuż zakładki 15 są przerywane wypełnionymi materiałem miękkim otworami przelotowymi 23. Nie mogą więc powstać ciągłe kanały przeciekowe, a przerywane kanały wzdłuż zakładki sięgają maksymalnie od otworu do otworu.

Figura 9 przedstawia pierścieniową uszczelkę płaską 24 według przykładów i przykładów porównawczych opisu tego wynalazku. Uszczelki takie są wykrawane z płyt uszczelkowych tak, że zakładka 15 folii metalowych znajduje się na przykład w pokazanej pozycji. Przez D oznaczono szerokość uszczelki. Żeby taka uszczelka mimo spoin nie miała większej podatności na przecieki niż uszczelki, które mają tylko jednoczęściowe wkładki metalowe, należy zgrzewać folie wkładki metalowej i/albo umieszczać otwory przelotowe na zakładce folii w taki sposób, aby istniejące ewentualnie otwarte strefy między foliami na zakładce w kierunku wzdłużnym zakładki folii metalowych miały rozmiar mniejszy niż szerokość uszczelki D.

Sposób według wynalazku i kompozyt objaśnia się bliżej na podstawie poniższych przykładów i przykładowych kompozytów:

P r z y k ł a d 1:

Dwie gładkie folie ze stali szlachetnej (materiał nr 1.4401) o grubości 50 μm i szerokości 540 lub też 1000 mm były ściągane z dwóch hamowanych odwijarek wyposażonych w optyczne elementy sterowania krawędzi bocznych. Oba pasma folii metalowych były prowadzone w sposób ciągły z zakładką około 1 ± 0,75 mm na walcu brązowym. W wyniku naciągnięcia pasma obie folie były dociśnięte do siebie i były zgrzewane na zakładce w ognisku promienia laserowego Nd-YAG (firma Rofin Sinar, Gϋnding: typ RSY 300P1/CW). Promień laserowy był przy tym odchylany za pomocą lustra wahadłowego prostopadle do zakładki. Amplituda odchyleń promienia wynosił 1 mm. Położenie zerowe promienia laserowego było identyczne z linią środkową zakładki. Prędkość pasma wynosiła 0,9 m/min, promień był odchylany z częstotliwością 12 Hz, prąd zgrzewania (prąd lampy) był nastawiony na 25 A. Powstała w ten sposób zygzakowata spoina, jak na przykład na fig. 4a, która złączyła folie metalowe na zakładce, miała długość okresu przebiegu 1,25 mm, a szerokość około 0,5 mm. Zgrzane pasmo folii metalowych obcięto następnie na obrzeżu na szerokość 1500 mm i nawinięto za pomocą nawijarki ze sterowanym momentem obrotowym. Za pomocą tak zgrzanych wkładek metalowych wytworzono metodą opisaną w EP 0 616 884 B1 kompozyt wzmocniony metalem na bazie folii grafitowej jako płytę uszczelkową. Taka płyta składała się z 4 warstw folii grafitowej o grubości 0,5 mm i gęstości 1,1 g/cm³ i z trzech warstw folii metalowej. Przy tym warstwy były ułożone w kolejności: folia grafitowa / zgrzana folia metalowa / folia grafitowa / jednoczęściowa folia metalowa / folia grafitowa / zgrzana folia metalowa / folia grafitowa.

Z takiej płyty uszczelkowej wykrawano uszczelki płaskie, jak przedstawiona na fig. 9, żeby następnie wyznaczyć zgodnie z DIN 28090-1 wskaźnik przeciekania uszczelek. Wyniki pomiarów są zestawione w tabeli 1.

P r z y k ł a d p o r ó w n a w c z y 1/1:

Wykonano kompozyt wzmocniony metalem na bazie folii grafitowej według przykładu 1 jako płytę uszczelkową, przy czym jednak wszystkie trzy folie metalowe były jednoczęściowe.

Z takiej płyty uszczelkowej wykrawano jak w przykładzie 1 uszczelki płaskie i wyznaczono ich wskaźnik przeciekania według DIN 28090-1 (p. tabela 1).

P r z y k ł a d p o r ó w n a w c z y 1/2:

Wykonano kompozyt wzmocniony metalem na bazie folii grafitowej według przykładu 1 jako płytę uszczelkową, przy czym jednak zgrzane folie metalowe nie miały zygzakowatej spoiny, lecz liniową spoinę. Zgrzewanie odbyło się metodą analogiczną do opisanej w przykładzie 1, przy czym jednak amplituda odchyleń promienia laserowego była nastawiona na 0.

Znów jak w przykładzie 1 wykrawano z płyty uszczelki płaskie i wyznaczono ich wskaźnik przeciekania według DIN 28090-1 (p. tabela 1).

PL 200 241 B1

T a b e l a 1:

Wskaźnik przeciekania uszczelek płaskich według przykładu 1, przykładu porównawczego 1/1 i przykładu porównawczego 1/2

	Przykład 1	Przykład porównawczy 1/1	Przykład porównawczy 1/2
Folie metalowe	1 x jednoczęściowa; 2 x ze spoiną zygzakowatą	3 x jednoczęściowa	1 x jednoczęściowa; 2 x ze spoiną liniową
Wskaźnik przeciekania wg DIN 28090-1 [mg / (m-s)]	0,07 - 0,1	0,07 - 0,1	2,5 - 48

Z tabeli 1 widać, że uszczelki wykonane z płyt, które mają wkładki metalowe jednoczęściowe i złożone z dwóch połączonych spoinami zygzakowatymi folii metalowych, mają tak samo niski wskaźnik przeciekania jak uszczelki, które wykonano z płyt z wyłącznie jednoczęściowymi wkładkami metalowymi.

Natomiast uszczelki, które wykonano z płyt zawierających wkładki jednoczęściowe i złożone z dwóch połączonych spoinami liniowymi folii metalowych, mają ponad 10-krotnie większy wskaźnik przeciekania.

P r z y k ł a d 2:

W tym przykładzie wykorzystano folie metalowe o grubości 0,1 mm. Parametry zgrzewania spoiną zygzakowatą: częstotliwość odchyleń 12 Hz, prąd lampy 31 A, amplituda odchyleń około 1,3 mm. Prędkość pasma wynosiła 1,8 m/min, szerokość zakładki folii wahała się między około 0,4 i 1,5 mm. Zgrzewane folie były następnie nakłuwane, tak że otrzymano blachę kolcową. W procesie prasowania połączono mechanicznie kompozyt uzyskując płytę uszczelkową, która ma warstwy ułożone w następującej kolejności: folia grafitowa (grubość 1 mm, gęstość 1,0 g/cm³) / zgrzewana blacha kolcowa / folia grafitowa (grubość 1 mm, gęstość 1,0 g/cm³). Dalsze operacje - patrz przykład 1, o ile nie są sprzeczne z tu podanymi.

Z takiej płyty uszczelkowej wykrawano uszczelki płaskie jak w przykładzie 1 i wyznaczono wskaźnik przeciekania według DIN 28090-1 (p. tabela 2).

P r z y k ł a d p o r ó w n a w c z y 2/1:

Wytworzono płytę uszczelkową jak w przykładzie 2, przy czym jednak wkładka z blachy kolcowej była jednoczęściowa. Znów wykrawano uszczelki płaskie i zmierzono ich wskaźnik przeciekania (p. tabela 2).

P r z y k ł a d p o r ó w n a w c z y 2/2:

Wytworzono płytę uszczelkową jak w przykładzie 2, przy czym jednak wkładka z blachy kolcowej miała spoinę liniową, jak na fig. 7. Blacha kolcowa nie miała więc otworów przelotowych w strefie zakładki folii metalowych. Wskaźnik przeciekania uszczelek płaskich, które wykrawano z tej płyty, podano również w tabeli 2.

P r z y k ł a d 2/3:

Wytworzono płytę uszczelkową jak w przykładzie 2, przy czym jednak wkładka z blachy kolcowej miała spoinę liniową, jak na fig. 8. Blacha kolcowa miała więc otwory przelotowe w strefie zakładki folii metalowych, które pokrywały całą zakładkę. Wskaźnik przeciekania uszczelek płaskich, które wykrawano z tej płyty, podano również w tabeli 2.

T a b e l a 2:

Wskaźnik przeciekania uszczelek płaskich według przykładu 2, przykładu porównawczego 2/1, przykładu porównawczego 2/2 i przykładu 2/3

	Przykład 2	Przykład porównawczy 2/1	Przykład porównawczy 2/2	Przykład 2/3
Blacha kolcowa	ze spoiną zygzakowatą	jednoczęściowa	ze spoiną liniową, brak otworów na zakładce	ze spoiną liniową i otworami na zakładce
Wskaźnik przeciekania wg DIN 28090-1 [mg/(m-s)]	0,07 - 0,11	0,08 - 0,10	2,0 - 26	0,09 - 0,11

PL 200 241 B1

Tabela 2 wykazuje, że wyznaczone wskaźniki przeciekania uszczelek płaskich z zygzakowatą spoiną albo liniową spoiną z otworami na zakładce folii metalowych były w zasadzie identyczne z odpowiednimi wskaźnikami jednoczęściowo wzmocnionych blachą kolcową uszczelek płaskich.

Natomiast na próbkach uszczelek z liniowo zgrzewaną wkładką z blachy kolcowej, która inaczej niż w wynalazku nie miała otworów przelotowych na zakładce folii, uzyskano wielokrotnie wyższe wskaźniki przeciekania.

We wszystkich powyższych przykładach mierzono wskaźniki przeciekania według DIN 28090-1 stosownie do instrukcji badania wstępnego według punktu 7.3.3. Według tabeli 11 wymienionej normy DIN wyznaczono wskaźniki przeciekania płyt uszczelkowych przy nacisku na powierzchnię uszczelki po odciążeniu wewnętrznym 30 N/mm² i przy ciśnieniu probierczym 40 bar azotu. Pobieranie próbek, ich wymiary i wstępne kondycjonowanie próbek a także przyrząd kontrolny - według normy DIN 28090-1. Dla każdego z powyższych przykładów zbadano 5 próbek.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Kompozyt wzmocniony metalem, posiadający co najmniej jedną warstwę z co najmniej jednego materiału miękkiego i co najmniej jedną wkładkę metalową, przy czym co najmniej jedna z wkładek metalowych składa się z co najmniej dwóch nałożonych na siebie przynajmniej strefowo folii metalowych, połączonych ze sobą w strefie zakładki przynajmniej jedną spoiną i/lub klamrowaniem, znamienny tym, że w każdej spoinie (16) istniejącej w kompozycie (11), łączącej dwie folie metalowe (13, 14) i w każdym obszarze gdzie dwie folie metalowe są połączone istnieją tylko kanały przeciekowe (7) rozciągające się w kierunku wzdłużnym (21) zakładki (15) o maksymalnej długości mniejszej od 25 mm.
2. Kompozyt według zastrz. 1, znamienny tym, że kompozyt (11) na swoich zewnętrznych płaszczyznach jest dodatkowo całkowicie pokryty i zespolony z gazoszczelną folią z polimeru organicznego.
3. Kompozyt według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że maksymalna długość nieciągłego kanału przeciekowego w kierunku wzdłużnym (21) zakładki (15) mieści się w granicach między 0,5 i 5 mm.
4. Kompozyt według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że maksymalna długość nieciągłego kanału przeciekowego w kierunku wzdłużnym (21) zakładki (15) mieści się w granicach między 1 i 2 mm.
5. Kompozyt według zastrz. 1, znamienny tym, że maksymalna szerokość (18) zakładki (15) folii metalowych (13, 14) jest mniejsza niż 10 mm, korzystnie wynosi od 0,2 mm do 2 mm a zwłaszcza od 0,5 mm do 1 mm.
6. Kompozyt według zastrz. 1, znamienny tym, że zakładka (15) folii metalowych (13, 14) występuje na całej ich długości.
7. Kompozyt według zastrz. 1, znamienny tym, że co najmniej jedna ze spoin (16) ma taki przebieg, który przynajmniej w jednym punkcie (P) ma składową kierunkową (22) prostopadłą do kierunku wzdłużnego (21) zakładki (15) folii metalowych (13, 14).
8. Kompozyt według zastrz. 1, znamienny tym, że co najmniej jedna ze spoin (16) przebiega wzdłuż zakładki (15) w sposób ciągły.
9. Kompozyt według zastrz. 1, znamienny tym, że przebieg spoiny (16) wzdłuż zakładki (15) jest okresowy i ma przerwy.
10. Kompozyt według zastrz. 1, znamienny tym, że co najmniej jedna ze spoin (16) ma przebieg sinusoidalny.
11. Kompozyt według zastrz. 1, znamienny tym, że co najmniej jedna ze spoin (16) ma przebieg meandrowy lub zygzakowaty.
12. Kompozyt według zastrz. 1, znamienny tym, że co najmniej jedna ze spoin (16) ma przebieg drabinkowy.
13. Kompozyt według zastrz. 10 albo 11, albo 12, znamienny tym, że okres przebiegu spoiny (16) ma długość mniejszą od 25 mm.
14. Kompozyt według zastrz. 13, znamienny tym, że okres przebiegu spoiny (16) ma długość pomiędzy 0,5 mm i 5 mm.
15. Kompozyt według zastrz. 14, znamienny tym, że okres przebiegu spoiny (16) ma długość pomiędzy 1 mm i 2 mm.

PL 200 241 B1
16. Kompozyt według zastrz. 11, znamienny tym, że okres przebiegu spoiny (16) zmienia się wzdłuż zakładki (15).
17. Kompozyt według zastrz. 1, znamienny tym, że wymiar poprzeczny (17) spoiny (16) jest co najmniej równy maksymalnej szerokości (18) zakładki (15) folii metalowych (13, 14).
18. Kompozyt według zastrz. 17, znamienny tym, że wymiar poprzeczny (17) spoiny (16) jest równy około 1 do 2 razy maksymalnej szerokości (18) zakładki (15) folii metalowych (13, 14).
19. Kompozyt według zastrz. 1, znamienny tym, że co najmniej jedna ze spoin (16) kompozytu (11) ma przynajmniej jedną przerwę w kierunku wzdłużnym (21) zakładki (15).
20. Kompozyt według zastrz. 1, znamienny tym, że przynajmniej częściowo punkty zgrzewania znajdują się w stałych odstępach w kierunku wzdłużnym (21) zakładki (15).
21. Kompozyt według zastrz. 19 albo 20, znamienny tym, że przynajmniej częściowo w kierunku wzdłużnym (21) zakładki (15) kolejne punkty zgrzewania są przemieszczone względem siebie w kierunku szerokoś ci zakładki (15).
22. Kompozyt według zastrz. 19 albo 20, albo 21, znamienny tym, że przynajmniej częściowo w kierunku wzdł u ż nym (21) zakładki (15) kolejne punkty zgrzewania są usytuowane naprzemiennie w kierunku szerokoś ci zakł adki (15) po jednej i po drugiej stronie zakł adki (15).
23. Kompozyt według zastrz. 1, znamienny tym, że przynajmniej jedna wkładka metalowa (12) składająca się z co najmniej dwóch folii metalowych (13, 14) ma co najmniej jeden otwór przelotowy (23) na zakładce (15) folii metalowych (13, 14).
24. Kompozyt według zastrz. 9, znamienny tym, że przynajmniej jedna wkładka metalowa (12) składająca się z co najmniej dwóch folii metalowych (13, 14) ma dodatkowo co najmniej jeden otwór przelotowy (23) na zakładce (15) folii metalowych (13, 14).
25. Kompozyt według zastrz. 23 albo 24, znamienny tym, że przynajmniej jeden otwór przelotowy (23) jest co najmniej równy maksymalnej szerokości (18) zakładki (15) folii metalowych (13, 14).
26. Kompozyt według zastrz. 23 albo 24, znamienny tym, że zakładka (15) ma otwory przelotowe (23) rozmieszczone wzdłuż niej w odstępach.
27. Kompozyt według zastrz. 26, znamienny tym, że zakładka (15) ma otwory przelotowe (23) rozmieszczone wzdłuż niej w odstępach stałych.
28. Kompozyt według zastrz. 27, znamienny tym, że odstęp otworów przelotowych (23) wzdłuż zakładki (15) wynosi maksimum 25 mm.
29. Kompozyt według zastrz. 28, znamienny tym, że maksymalny odstęp otworów przelotowych (23) wzdłuż zakładki (15) mieści się między 1 mm i 10 mm.
30. Kompozyt według zastrz. 29, znamienny tym, że maksymalny odstęp otworów przelotowych (23) wzdłuż zakładki (15) mieści się między 3 mm i 5 mm.
31. Kompozyt według zastrz. 1, znamienny tym, że co najmniej jedna ze spoin (16) ma przynajmniej częściowo liniowy przebieg równoległy do kierunku wzdłużnego (21) zakładki (15) folii metalowych (13, 14).
32. Kompozyt według zastrz. 31, znamienny tym, że szerokość co najmniej jednej ze spoin (16) o liniowym przebiegu równoległym do kierunku wzdłużnego (21) zakładki (15) folii metalowych (13, 14), jest przynajmniej częściowo co najmniej równa maksymalnej szerokości (18) zakładki (15).
33. Kompozyt według zastrz. 32, znamienny tym, że przynajmniej jedna ze spoin (16), o liniowym przebiegu równoległym do kierunku wzdłużnego (21) zakładki (15) folii metalowych (13, 14), ma przynajmniej w części kilka spoin znajdujących się obok siebie, o liniowym przebiegu równoległym do kierunku wzdłużnego (21) zakładki (15) folii metalowych (13, 14), przy czym nakładają się one na siebie a cała szerokość powstałej przez to spoiny jest co najmniej równa maksymalnej szerokości (18) zakładki (15) folii (13, 14).
34. Kompozyt według zastrz. 33, znamienny tym, że dodatkowo przynajmniej jedna ze spoin (16), o liniowym przebiegu równoległym do kierunku wzdłużnego (21) zakładki (15) folii metalowych (13, 14), jest przynajmniej częściowo kombinowana z co najmniej jedną spoiną (16), która ma przebieg mający w przynajmniej jednym punkcie (P) składową kierunkową (22) prostopadłą do kierunku wzdłużnego (21) zakładki (15).
35. Kompozyt według zastrz. 1, znamienny tym, że folie metalowe (13, 14) mają grubość co najwyżej około 250 μm.
36. Kompozyt według zastrz. 35, znamienny tym, że folie metalowe (13, 14) mają grubość w zakresie od około 25 μm do około 125 μm a zwłaszcza od około 50 μm do około 100 μm.

PL 200 241 B1
37. Kompozyt według zastrz. 1, znamienny tym, że folie metalowe (13, 14) są ze stali, korzystnie stali chromoniklowej.
38. Kompozyt według zastrz. 1, znamienny tym, że folie metalowe (13, 14) są z niklu.
39. Kompozyt według zastrz. 1, znamienny tym, że ma co najmniej dwie warstwy (19, 20) z przynajmniej jednego materiał u mię kkiego i osadzonej w nim co najmniej jednej wkł adki metalowej (12).
40. Kompozyt według zastrz. 1, znamienny tym, że co najmniej jeden z zawartych w kompozycie (11) materiałów miękkich jest materiałem z grupy obejmującej spieniony grafit, politetrafluoroetylen (PTFE) albo mikę.
41. Kompozyt według zastrz. 1, znamienny tym, że zawiera co najmniej jedną wkładkę metalową (12) z blachy kolcowej.
42. Sposób wytwarzania kompozytu wzmocnionego metalem, posiadającego co najmniej jedną warstwę z co najmniej jednego materiału miękkiego i co najmniej jedna wkładkę metalową, w którym co najmniej jednorazowo zgrzewa się co najmniej dwie założone przynajmniej częściowo na siebie folie metalowe w strefie zakładki, z utworzeniem wkładki metalowej, znamienny tym, że folie metalowe (13, 14) zgrzewa się, przy czym w zakładce (15) pomiędzy foliami (13, 14) przerywa się, przebiegające w kierunku wzdłużnym (21) zakładki (15), ciągłe otwarte strefy (7).
43. Sposób według zastrz. 42, znamienny tym, że folie metalowe (13, 14) zgrzewa się, przy czym otwarte strefy w zakładce (15) pomiędzy foliami (13, 14) w kierunku wzdłużnym (21) zakładki (15) mają ograniczony rozmiar.
44. Sposób według zastrz. 43, znamienny tym, że folie metalowe (13, 14) zgrzewa się tak, że otwarte strefy w zakładce (15) pomiędzy foliami (13, 14) w kierunku wzdłużnym (21) zakładki (15) mają maksymalny wymiar mniejszy niż 25 mm.
45. Sposób według zastrz. 42 albo 43, albo 44, znamienny tym, że założone na siebie folie metalowe (13, 14) zgrzewa się na zakładce (15) przynajmniej częściowo tak, że zgrzewanie odbywa się wzdłuż linii, która przynajmniej w jednym punkcie (P) ma składową kierunkową (22) prostopadłą do kierunku wzdłużnego (21) zakładki (15) folii metalowych (13, 14).
46. Sposób według zastrz. 42 albo 43, albo 44, znamienny tym, że zgrzewanie odbywa się co najmniej częściowo tak, że przynajmniej jeden przebieg odbywa się wzdłuż linii prostej, równoległej do kierunku wzdłużnego (21) zakładki (15) folii metalowych (13, 14).
47. Sposób według zastrz. 42, znamienny tym, że zgrzewanie przeprowadza się przynajmniej częściowo tak, że przebiega ono wzdłuż zakładki (15) po linii sinusoidalnej, meandrowej, zygzakowatej albo schodkowej.
48. Sposób według zastrz. 42, znamienny tym, że wymiar poprzeczny (17) podczas zgrzewania jest przynajmniej częściowo równy maksymalnej szerokości (18) zakładki (15) folii metalowych (13, 14).
49. Sposób według zastrz. 42, znamienny tym, że wymiar poprzeczny (17) podczas zgrzewania jest przynajmniej częściowo równy około 1 do około 2 razy wymiarowi poprzecznemu (18) zakładki (15) folii metalowych (13, 14).
50. Sposób według zastrz. 42, znamienny tym, że zgrzewanie przeprowadza się zgrzewaniem oporowym.
51. Sposób według zastrz. 42, znamienny tym, że zgrzewanie przeprowadza się przy użyciu promienia laserowego.
52. Sposób wytwarzania kompozytu wzmocnionego metalem według zastrz. 42, znamienny tym, że zgrzewa się folie metalowe (13, 14) całkowicie lub częściowo w trybie pulsacyjnym, przy czym szerokość punktów zgrzewania jest co najmniej równa maksymalnej szerokości (18) zakładki (15) folii metalowych (13, 14).
53. Sposób według zastrz. 52, znamienny tym, że zgrzewa się folie metalowe (13, 14) przynajmniej częściowo w trybie pulsacyjnym, przy czym przynajmniej częściowo punkty zgrzewania swoim rozmiarem zachodzą na siebie.
54. Sposób według zastrz. 42, znamienny tym, że wkładkę metalową (12) zaopatruje się w co najmniej jeden otwór przelotowy (23) w zakładce (15) folii metalowych (13, 14).
55. Sposób według zastrz. 54, znamienny tym, że wkładkę metalową (12) wyposaża się w liczne otwory przelotowe (23) w zakładce (15) i poza zakładką (15), dla stworzenia blachy kolcowej.
56. Sposób według zastrz. 54, znamienny tym, że co najmniej jedną wkładkę metalową (12) łączy się z co najmniej jedną następną warstwą (19, 20) z przynajmniej jednego miękkiego materiału.

PL 200 241 B1
57. Uszczelka z kompozytu wzmocnionego metalem, posiadającego co najmniej jedną warstwę z co najmniej jednego materiału miękkiego i co najmniej jedną wkładkę metalową, przy czym co najmniej jedna z wkładek metalowych składa się z co najmniej dwóch nałożonych na siebie przynajmniej strefowo folii metalowych, połączonych ze sobą w strefie zakładki przynajmniej jedną spoiną i/lub klamrowaniem, znamienna tym, że uszczelka mająca w każdej spoinie (16) istniejącej w kompozycie (11), łączącej dwie folie metalowe (13, 14) i w każdym obszarze gdzie dwie folie metalowe (13, 14) są połączone klamrowaniem istnieją tylko kanały przeciekowe (7) rozciągające się w kierunku wzdłużnym (21) zakładki (15) o maksymalnej długości mniejszej od 25 mm, przy czym spoina (16) ma okresową długość, która jest mniejsza niż szerokość (D) uszczelki.

Wykaz odnośników

1 kompozyt wzmocniony metalem (płyta uszczelkowa)

2 wkładka metalowa

3 folia metalowa

4 folia metalowa

5 zakładka folii metalowych 3 i 4

6 spoina liniowa

7 kanał przeciekowy

8 warstwa materiału miękkiego

9 warstwa materiału miękkiego

11 kompozyt wzmocniony metalem (płyta uszczelkowa)

12 wkładka metalowa

13 folia metalowa

14 folia metalowa

15 zakładka folii metalowych 13 i 14

16 spoina

17 poprzeczny wymiar spoiny 16

18 maksymalna szerokość zakładki 15

19 warstwa materiału miękkiego

20 warstwa materiału miękkiego

21 kierunek wzdłużny zakładki 15

22 składowa kierunkowa spoiny 16 prostopadła do kierunku wzdłużnego 21

23 otwór przelotowy

24 uszczelka płaska

D szerokość uszczelki

L kanał przeciekowy

M folia metalowa

P punkt

Q szerokość zakładki

R występ folii metalowej