ES2336564T3

ES2336564T3 - Cuña de una sola pieza.

Info

Publication number: ES2336564T3
Application number: ES04716249T
Authority: ES
Inventors: Kenny Chang
Original assignee: Messier Bugatti SA
Current assignee: Safran Landing Systems SAS
Priority date: 2003-03-03
Filing date: 2004-03-02
Publication date: 2010-04-14
Anticipated expiration: 2024-03-02
Also published as: WO2004077912A3; KR20050109959A; EP1601888A2; UA84862C2; KR101068712B1; IL170547A; CN100424376C; HK1084999A1; BRPI0407977A; IL170548A; EP1601888B1; AU2004216839A1; RU2341702C2; KR101068717B1; RU2005127477A; RU2341701C2; DE602004015742D1; AU2004216837A1; JP2006523288A; CN1756912A

Abstract

Elemento de cuña anular que presenta unas primera y segunda superficies opuestas y una pluralidad de aberturas formadas a su través, en el que el elemento está realizado a partir de un material de malla de alambre metálico y define por lo menos parcialmente una pluralidad de trayectos de flujo de gas que se extienden radialmente, extendiéndose cada uno de los trayectos de flujo de gas que se extienden radialmente, definidos por lo menos parcialmente desde un lado radialmente interior del elemento hasta un lado radialmente exterior del elemento para comunicar el lado radialmente interior del elemento con el lado radialmente exterior del elemento.

Description

Cuña de una sola pieza.

Antecedentes de la invención

La presente invención se refiere a elementos de cuña utilizados para separar sustratos porosos apilados durante un proceso de fabricación. Un ejemplo particular de la presente invención se refiere a elementos de cuña anulares metálicos utilizados para separar preformas de material compuesto anulares apiladas, específicamente durante un proceso de densificación, tal como infiltración química de vapor (CVI).

Las preformas de material compuesto pueden ser particularmente preformas anulares para producir discos de freno u otros elementos de fricción.

Por ejemplo, en la solicitud de patente US nº 10/468.031, presentada el 14 de agosto de 2003, se describe un aparato para densificar preformas anulares para hacer discos de frenos y similares; en la figura 1 se ilustra una representación del mismo.

La figura 1 es una ilustración altamente diagramática de una cámara de proceso que presenta un recinto 10 en el que se contiene una carga de preformas o sustratos anulares 20 realizados en fibra de carbono. La carga presenta la forma de una pila de sustratos con sus respectivos pasajes centrales generalmente en alineación vertical. La pila puede componerse de una pluralidad de secciones de pila superpuestas separadas por una o más placas de soporte intermedias 12.

Los sustratos apilados están separados entre sí por medio de espaciadores 30. Como se muestra en la figura 2, los espaciadores 30 pueden estar dispuestos radialmente y su número puede variar. Están previstos unos intersticios 22 de peso sustancialmente constante en toda la pila completa entre sustratos adyacentes, mientras que permiten que el volumen interior 24 de la pila, constituido por los pasajes centrales generalmente alineados de los sustratos, se comunique con el volumen exterior 26 situado fuera de la pila y dentro del recinto 10.

En el ejemplo de la figura 1, el recinto 10 contiene una única pila de sustratos. En una variante, una pluralidad de pilas de sustratos pueden estar dispuestas lado con lado en el mismo recinto.

El recinto 10 es calentado por medio de un susceptor 14 realizado, por ejemplo, en grafito, que sirve para definir el recinto 10 y que está acoplado inductivamente con una bobina de inducción 16 situado fuera de una envolvente 17 que rodea al susceptor. Pueden utilizarse otros procedimientos de calentamiento, por ejemplo calentamiento resistivo (el efecto Joule).

Un gas que contiene uno o más precursores de carbono, típicamente gases hidrocarburos, tales como metano y/o propano, es admitido en el recinto 10. En el ejemplo representado, la admisión presenta lugar a través del fondo 10a del recinto. El gas pasa a través de una zona precalentadora 18 formada por una o más placas perforadas dispuestas una encima de otra en la parte inferior del recinto, debajo de la placa 11 que soporta la pila de sustratos. El gas calentado por las placas precalentadoras (que son elevadas a la temperatura que existe dentro del recinto) fluye libremente hacia el recinto, pasando simultáneamente hacia el volumen interior 24, hacia el volumen exterior 26 y hacia los intersticios 22. El gas residual es extraído del recinto por succión a través de una salida formada en la cubierta 10b.

Los espaciadores 30 son elementos de bloque colocados individualmente, realizados usualmente en su mayoría en alúmina. Sin embargo, una vez formados, los elementos de bloque de alúmina son muy frágiles y las pérdidas por rotura son muy altas. De hecho, con un uso normal, los bloques de alúmina convencionales duran frecuentemente no más de 2 o 3 ciclos de densificación. Esto naturalmente eleva los costes de fabricación, ya que los bloques de alúmina deben sustituirse.

Además, la ubicación manual apropiada de los elementos de bloque de alúmina individuales entre cada capa de preformas consume mucho tiempo. En la figura 2 se muestran seis de tales bloques a título de ejemplo ilustrativo y, en la practica real, se utilizan tanto como doce bloques. La carga de tiempo es exacerbada por el extraordinario cuidado necesario para manipular los frágiles bloques sin rotura. En general, un proceso de densificación completa, que comprenda siete bandejas de preformas (cada una con doce a catorce pilas de preformas), puede llevar uno o dos días de trabajo para su ejecución según el procedimiento convencional.

Otro problema relacionado con el uso de elementos espaciadores individuales 30 es que estos tienden a provocar deformaciones (literalmente, mallas) en las preformas originadas por el peso de las preformas (y espaciadores) apiladas una encima de otra. Como puede apreciarse por la figura 2, hay grandes zonas no soportadas de la preforma circunferencialmente entre los elementos espaciadores 30. Debido a que el material de la preforma es generalmente flexible y debido a que la alúmina que constituye los elementos espaciadores 30 no se deforma, se producen las indentaciones en la superficie de las preformas en localizaciones que corresponden a los elementos espaciadores 30. Estas deformaciones, aunque leves, deben subsanarse por mecanización en un paso de acabado extra para obtener una superficie deseablemente plana que pueda utilizarse para aplicaciones de fricción. Como resultado, el espesor de cada preforma es mayor de lo que se necesita para un producto final, en anticipación a las deformaciones que tienen lugar en el proceso conocido y al paso de mecanizado final para eliminar esas deformaciones. El material mecanizado adicionalmente representa una pérdida económica.

Sumario de la presente invención

A partir de lo expuesto anteriormente, la presente invención se refiere a un elemento de cuña anular de una sola pieza o unitario de otra forma para separar preformas anulares apiladas.

Un elemento de cuña según la presente invención presenta una forma anular generalmente aplanada con unas primera y segunda superficies opuestas. Por lo menos una de las superficies incluidas está conformada para definir por lo menos parcialmente los trayectos de flujo de gas que se extienden radialmente para comunicar el espacio interior del elemento de cuña con el exterior.

Un elemento de cuña según la presente invención es preferentemente similar en dimensiones radiales a las preformas anulares adyacentes al mismo. Es decir, el elemento de cuña presenta preferentemente un diámetro interior similar y un diámetro exterior similar a las de las preformas anulares. Si el elemento de cuña no es generalmente idéntico en tamaño a las preformas anulares, es preferible infradimensionar ligeramente el elemento de cuña (es decir, hacer que tenga un diámetro interior mayor que el de las preformas anulares y/o un diámetro exterior menor que el de éstas), en vez de hacer que un elemento de cuña sea mayor (es decir, radialmente más ancho) que las preformas anulares.

En la presente invención, el elemento de cuña está realizado en un material de malla de alambre metálico que presenta aberturas formadas a su través. El material metálico puede estar desnudo (es decir, sin un revestimiento, incluyendo sin un revestimiento de despegado), lo que hace que la fabricación y el reacondicionamiento sean correspondientemente más simples y menos caros.

Breve descripción de los dibujos

La presente invención se pondrá más claramente de manifiesto haciendo referencia a las figuras adjuntas de la presente memoria, en las que:

la figura 1 ilustra una cámara de proceso para densificar preformas anulares apiladas;

la figura 2 ilustra una disposición de elementos espaciadores individuales para separar las preformas anulares apiladas ilustradas en la figura 1; y

las figuras 3a y 3b ilustran un ejemplo de un elemento de cuña de una sola pieza según la presente invención.

Las figuras adjuntas se proporcionan únicamente a título de ejemplo ilustrativo y no limitativo de la definición de la presente invención. Debe asimismo apreciarse que las figuras no están necesariamente a escala, sea en vistas generales o bien sea entre vistas interrelacionadas.

Descripción detallada de la presente invención

En general, un elemento de cuña según la presente invención presenta ciertas características fundamentalmente útiles.

Una construcción de una sola pieza o unitaria de otra forma facilita en gran medida la carga de una cámara de proceso con preformas anulares apiladas, en comparación con el uso de varios elementos espaciadores individuales entre cada preforma anular de la pila. Como se aprecia anteriormente, la disposición convencional descrita anteriormente haciendo referencia a la figura 2 requiere la ubicación manual de cada elemento espaciador convencional. Además, debido a que el elemento espaciador convencional está realizado usualmente en un material altamente frágil tal como alúmina, cada elemento espaciador debe manipularse con gran cuidado durante un proceso manual ya largo y pesado para intentar evitar roturas. Los elementos espaciadores son también relativamente pequeños y muy delgados (por ejemplo, 1''x4''x0,1''), lo que hace también que su manipulación sea difícil.

Con el uso de un elemento de cuña de una sola pieza según la presente invención, una única acción de posicionamiento del elemento de cuña sustituye a las diversas acciones de ubicación para posicionar elementos espaciadores individuales según el procedimiento convencional. En comparación con los tiempos de un día a dos días para cargar una cámara de proceso de la manera convencional expuesta anteriormente, el uso de una cuña de una sola pieza según la invención podría, sobre una base igual, reducir los tiempos de carga hasta dos a cuatro horas.

Además, la estructura de un elemento de cuña de una sola pieza según la presente invención soporta mejor el peso de las una o más preformas anulares apiladas sobre él en una zona mayor, en comparación con el uso convencional de elementos espaciadores individuales, como se ilustra en la figura 2. En particular, la anchura radial del elemento de cuña de una sola pieza anular deberá ser aproximadamente igual o ligeramente más pequeña que la de las preformas anulares. Como resultado, cada preforma anular está menos deformada después de ser retirada de la cámara de proceso. Esto significa que se requiere menos mecanización remediadora después del proceso de densificación para obtener una superficie útil no deformada.

Como se ha mencionado anteriormente, el elemento de cuña de una sola pieza presenta preferentemente aproximadamente la misma anchura radial que la preforma anular o es ligeramente más estrecho (por ejemplo, en aproximadamente 5 mm con respecto a los diámetros exterior y/o interior de la misma). Si el elemento de cuña de una sola pieza fuera más ancho que la preforma anular, las partes expuestas tenderían a tener una acumulación de residuos (tal como carbono pirolítico) sobre ellas procedente de la descomposición del gas de densificación. Esto reduciría la vida útil del elemento de cuña o conllevaría procesos de reacondicionamiento adicionales para eliminar tal acumulación. Además, si el elemento de cuña se extendiera radialmente hacia fuera más allá del borde exterior de las preformas anulares, ello podría provocar un problema al posicionar varias pilas de preformas anulares en una cámara de proceso para procesarlas de manera simultánea (como se hace frecuentemente). Esto afectaría negativamente a la eficiencia de la producción hasta el punto de que podrían procesarse menos pilas juntas debido a cuestiones de espaciamiento dentro de la cámara de proceso.

El elemento de cuña de una sola pieza según la presente invención incluye canales u otras características que se extienden radialmente en una o ambas superficies del mismo y que, como efecto neto, definen por lo menos parcialmente trayectos de flujo de gas que comunican el lado radialmente interior del elemento de cuña de una sola pieza con el lado radialmente exterior del mismo. La mención de trayectos de flujo de gas "parcialmente" definidos se realiza en la presente memoria debido a que, en algunos casos, los trayectos de flujo de gas están también parcialmente definidos por la superficie opuesta de una de las preformas anulares en cooperación con la estructura del elemento de cuña de una sola pieza. La zona en sección transversal de los trayectos de flujo de gas utilizando la cuña de una sola pieza es preferentemente comparable, en efecto neto, con la zona en sección transversal presentada en la disposición de la técnica anterior. Sin embargo, esta consideración puede variar de acuerdo con situaciones individuales.

Se apreciará que la zona en sección transversal colectiva de los trayectos de flujo de gas presentados puede resultar afectada, por ejemplo, por el ajuste del tamaño de cada canal o similar, o por la disposición de más canales o similares. Un factor decisivo a este respecto es mantener un nivel deseable de soporte para la preforma o las preformas anulares superpuestas.

Generalmente, el elemento de cuña de una sola pieza según la presente invención deberá realizarse en un material que pueda resistir temperaturas de hasta aproximadamente 1.100ºC y, preferentemente (para fines de seguridad), de hasta aproximadamente 1.200ºC a 1.400ºC. Preferentemente, el material seleccionado es mínimamente reactivo con la preforma a las temperaturas de funcionamiento mencionadas.

Los ejemplos de materiales apropiados para el elemento de cuña de una sola pieza considerado incluyen materiales metálicos tales como, de manera no limitativa, acero inoxidable, aleación inconel, titanio, molibdeno, tántalo y tungsteno.

La figura 3a es una vista en planta de otro ejemplo de un elemento 600 de cuña anular según la presente invención y la figura 3b es una vista en alzado correspondiente que incluye una parte parcial ampliada del mismo.

El elemento 600 de cuña anular está realizado generalmente en un material de malla de alambre metálico que presenta una zona abierta de aproximadamente 20% a aproximadamente 80%.

El material metálico utilizado para hacer el elemento 600 de cuña anular debe ser capaz, como se ha mencionado anteriormente, de resistir temperaturas de hasta aproximadamente 1.100ºC y, preferentemente (para proporcionar un factor de seguridad), de hasta aproximadamente 1.200ºC a 1.400ºC. El acero inoxidable, la aleación inconel, el titanio, el molibdeno, el tántalo y el tungsteno son en su totalidad ejemplos apropiados de materiales metálicos adecua-
dos.

El elemento de cuña anular 600 puede formarse cortando una forma anular dimensionada apropiadamente a partir de una lámina de material de reserva. Cualquier procedimiento de corte industrial apropiado puede utilizarse, incluyendo, de manera no limitativa, corte por láser controlado por ordenador.

Las figuras 3a y 3b ilustran un ejemplo del uso de un material de malla para realizar el elemento de cuña anular 600. Como puede apreciarse con mayor detalle en la parte ampliada de la figura 3b, el material de malla puede ser una malla tejida fabricada según procedimientos conocidos, especialmente incluyendo procedimientos de ligamento rizado. Una malla de ligamento rizado se refiere a la preconformación (es decir, al rizado) de los alambres en por lo menos una dirección de la malla. Véase, por ejemplo, el alambre rizado 602 ilustrado en la figura 3b con relación a los alambres 604. Así, las ondulaciones en el cable 602 presentan, en realidad, espacios abiertos adyacentes a los alambres transversales 604. Estos espacios abiertos (que están interconectados en la zona del elemento de cuña anular 600) proporcionan colectivamente los pasos a través de los cuales puede hacerse pasar el gas de densificación entre el interior de la cuña anular 600 y el exterior de la misma.

En general, el espesor del elemento de cuña anular 600 es de aproximadamente dos veces el diámetro de un alambre 602 o 604. En un ejemplo, el espesor total del elemento de cuña anular 600 es de entre 1 mm y aproximadamente
6 mm.

El elemento de cuña anular 600 presenta características de expansión térmica significativamente diferentes a las de las preformas anulares de modo que sean despreciables las adhesiones entre ellas y pueda omitirse el revestimiento de despegado de la cuña anular de carbono. Además, la malla de alambre metálico puede reacondicionarse fácil y simplemente por, por ejemplo, pulverizado con arena.

Es posible cierto grado de contaminación de metal en las preformas debido a las temperaturas a las que tiene lugar la densificación. Sin embargo, se cree que la profundidad de tal contaminación es insignificante en vista de la cantidad de material perdido en la mecanización de la superficie y similares en el curso normal de la fabricación (por ejemplo, la mecanización intermedia para reabrir la porosidad de las preformas de modo que pueda avanzar la densificación). Como resultado, se elimina usualmente en todo caso cualquier forma de contaminación que pueda existir.

Aunque la presente invención se ha descrito haciendo referencia a sus formas de realización más prácticas, debe apreciarse que se proporcionan únicamente a título de ejemplo y pueden introducirse modificaciones y variaciones apropiadas de las mismas sin apartarse del alcance de las reivindicaciones adjuntas.

Claims

1. Elemento de cuña anular que presenta unas primera y segunda superficies opuestas y una pluralidad de aberturas formadas a su través,

en el que el elemento está realizado a partir de un material de malla de alambre metálico y define por lo menos parcialmente una pluralidad de trayectos de flujo de gas que se extienden radialmente, extendiéndose cada uno de los trayectos de flujo de gas que se extienden radialmente, definidos por lo menos parcialmente desde un lado radialmente interior del elemento hasta un lado radialmente exterior del elemento para comunicar el lado radialmente interior del elemento con el lado radialmente exterior del elemento.

2. Elemento según la reivindicación 1, en el que el material metálico es un material metálico desnudo.

3. Elemento según la reivindicación 1, en el que el material metálico es un material refractario.

4. Elemento según la reivindicación 1, en el que el elemento metálico comprende uno o más de acero inoxidable, aleación inconel, titanio, molibdeno, tántalo, y tungsteno.

5. Elemento según la reivindicación 1, en el que la malla de alambre presenta una zona de malla abierta de 20% a 80%.

6. Elemento según la reivindicación 1, en el que el elemento presenta un espesor total de 1 mm a 6 mm.

7. Elemento según la reivindicación 1, en el que la malla de alambre incluye una malla de ligamento rizado.

8. Elemento según la reivindicación 1, en el que el elemento presenta un espesor total de aproximadamente dos veces el diámetro del alambre que constituye la malla de alambre.

9. Elemento según la reivindicación 3, en el que el material refractario puede resistir temperaturas de hasta aproximadamente 1.400ºC.

10. Procedimiento para preparar una pluralidad de preformas de fibra de carbono anulares para un proceso de infiltración de vapor química, que comprende:

-: apilar la pluralidad de preformas de fibra de carbono anulares, en el que un elemento de cuña anular realizado a partir de un material de malla de alambre metálico está previsto entre cada par respectivo de las preformas de fibra de carbono anulares, definiendo colectivamente la pluralidad apilada de preformas de fibra de carbono anulares y los elementos de cuña anulares un espacio interior dentro de la pila,

-: en el que cada elemento de cuña anular presenta unas primera y segunda superficies opuestas y define por lo menos parcialmente una pluralidad de trayectos de flujo de gas que se extienden radialmente para comunicar el espacio interior de la pila con el exterior de dicha pila.

\vskip1.000000\baselineskip

11. Procedimiento según la reivindicación 10, en el que el material metálico es un material metálico desnudo.

12. Procedimiento según la reivindicación 10, en el que el material metálico es un material refractario.

13. Procedimiento según la reivindicación 10, en el que el elemento metálico comprende uno o más de acero inoxidable, aleación inconel, titanio, molibdeno, tántalo, y tungsteno.

14. Procedimiento según la reivindicación 10, en el que la malla de alambre presenta una zona de malla abierta de 20% a 80%.

15. Procedimiento según la reivindicación 10, en el que el elemento presenta un espesor total de 1 mm a 6 mm.

16. Procedimiento según la reivindicación 10, en el que la malla de alambre incluye una malla de ligamento rizado.

17. Procedimiento según la reivindicación 10, en el que el elemento presenta un espesor total de aproximadamente dos veces el diámetro del alambre que constituye la malla de alambre.

18. Procedimiento según la reivindicación 12, en el que el material refractario puede resistir temperaturas de hasta aproximadamente 1.400ºC.

19. Procedimiento según la reivindicación 10, en el que cada cuña anular presenta un diámetro exterior más pequeño que un diámetro exterior de las preformas de fibra de carbono anulares y un diámetro interior mayor que un diámetro interior de las preformas de fibra de carbono anulares.

20. Procedimiento según la reivindicación 19, en el que los diámetros exterior e interior de cada cuña anular son aproximadamente 5 mm más pequeños y aproximadamente 5 mm más grandes que, respectivamente, los diámetros exterior e interior de las preformas de fibra de carbono anulares.