!HU00000869T2! (19) HU (11) Lajstromszám: E 008 69 (13) T2 MAGYAR KÖZTÁRSASÁG Szellemi Tulajdon Nemzeti Hivatala EURÓPAI SZABADALOM SZÖVEGÉNEK FORDÍTÁSA (21) Magyar ügyszám: E 04 716249 (22) A bejelentés napja: 2004. 03. 02. (96) Az európai bejelentés bejelentési száma: EP 20040716249 (97) Az európai bejelentés közzétételi adatai: EP 1601888 A2 2004. 09. 16. (97) Az európai szabadalom megadásának meghirdetési adatai: EP 1601888 B1 2009. 11. 18. (1) Int. Cl.: F16D 69/02 (2006.01) C04B 3/83 (2006.01) C23C 16/44 (2006.01) C23C 16/48 (2006.01) (87) A nemzetközi közzétételi adatok: WO 04078406 PCT/EP 04/002144 (30) Elsõbbségi adatok: 40678 P 2003. 03. 03. US (72) Feltaláló: CHANG, Kenny, Union, Kentucky (US) (73) Jogosult: MESSIER-BUGATTI, 78140 Velizy Villacoublay (FR) (74) Képviselõ: Szabó Zsolt, DANUBIA Szabadalmi és Jogi Iroda Kft., Budapest (4) Egyrészes köztartó elem HU 008 69 T2 A leírás terjedelme 8 oldal (ezen belül 2 lap ábra) Az európai szabadalom ellen, megadásának az Európai Szabadalmi Közlönyben való meghirdetésétõl számított kilenc hónapon belül, felszólalást lehet benyújtani az Európai Szabadalmi Hivatalnál. (Európai Szabadalmi Egyezmény 99. cikk (1)) A fordítást a szabadalmas az 199. évi XXXIII. törvény 84/H. -a szerint nyújtotta be. A fordítás tartalmi helyességét a Szellemi Tulajdon Nemzeti Hivatala nem vizsgálta.
1 HU 008 69 T2 2 A találmány háttere A jelen találmány tárgyát oszlopba halmozott porózus szubsztrátok gyártási folyamat során történõ elválasztására használatos köztartó elemek képezik. A találmány egyik konkrét példáját oszlopba halmozott kompozit anyagú gyûrûs elõgyártmányok elválasztására, különösen tömörítõ eljárás, például kémiai gázfázisú infiltráció (CVI) során alkalmazott gyûrûs fém köztartó elemek képezik. A kompozit anyagú elõgyártmányok speciálisan féktárcsák vagy egyéb súrlódóelemek elõállítására szolgáló gyûrûs elõgyártmányok lehetnek. Féktárcsák és hasonlók elõállítása céljából gyûrûs elõgyártmányok tömörítésére szolgáló berendezést ismertet például a 10/468,031 számú, 2003. augusztus 14. napján benyújtott USA-beli szabadalmi bejelentés, amely berendezést az 1. ábra szemlélteti. Az 1. ábra egy rakat, szénszálból készült gyûrûs 20 elõgyártmányt vagy szubsztrátot tartalmazó körülzárt 10 tartománnyal rendelkezõ folyamatkamrát ábrázol sematikusan. A rakatot egy halomnyi olyan szubsztrát képezi, amelyek központi járatai általában függõlegesen egymás fölé esnek. A halmot több egymásra helyezett halomrész alkothatja, amelyeket egy vagy több közbensõ 12 tartólap választ el. Az oszlopba halmozott szubsztrátokat 30 távtartók választják el egymástól. Amint azt a 2. ábra mutatja, a 30 távtartók sugárirányban helyezhetõk el és számuk változó lehet. A 30 távtartók alapjában véve egyenletes magasságú 22 hézagokat biztosítanak a szomszédos szubsztrátok között a teljes halomban, miközben lehetõvé teszik, hogy a halomnak a szubsztrátok általában fedésbe hozott központi járatai képezte 24 belsõ tere összeköttetésben álljon a halmon kívül és a 10 tartományban lévõ 26 külsõ térrel. Az 1. ábra szerinti példánál a 10 tartomány egyetlen halom szubsztrátot tartalmaz. Egy másik változatnál ugyanazon tartományban egymás mellett több halom szubsztrát helyezhetõ el. A 10 tartomány fûtését egy pl. grafitból készült 14 reaktancia biztosítja. A 14 reaktancia a tartomány határaként szolgál és egy, a reaktanciát körülvevõ 17 burkolaton kívül elhelyezkedõ 16 indukciós tekerccsel van induktív csatolásban. Más fûtési módszerek, például ellenállásfûtés (a Joule-effektus) szintén használhatók. A 10 tartományba egy vagy több széntartalmú elõvegyületet, jellemzõen szénhidrogéngázokat, például metánt és/vagy propánt tartalmazó gáz kerül bejuttatásra. A bemutatott példánál a bejuttatás a tartomány 10a alján keresztül történik. A gáz egy, a tartomány alsó részében, a szubsztráthalmot tartó 11 lemez alatt egymáson elhelyezett egy vagy több perforált lemez alkotta 18 elõhevítõ zónán halad keresztül. A (tartományban fennálló hõmérsékletre hevített) elõhevítõ lemezek által felmelegített gáz szabadon áramlik be a tartományba, miközben a 24 belsõ térbe, a 26 külsõ térbe és a 22 hézagokba is bejut. A visszamaradt gáz a tartományból a 10b fedélben kialakított nyíláson keresztül megvalósított elszívással kerül eltávolításra. 10 1 20 2 30 3 40 4 0 60 A 30 távtartók egyenként elhelyezett, leggyakrabban alumínium-oxidból készült tömbelemek. Alakozásukat követõen az alumínium-oxid tömbelemek mindazonáltal igen törékenyek és nagy a törésbõl fakadó veszteség. A hagyományos alumínium-oxid tömbelemek normál használat során gyakran gyakorlatilag két vagy három tömörítõ ciklusnál nem tartanak tovább. Ez természetesen megnöveli a gyártási költségeket, mivel az alumínium-oxid tömbelemeket cserélni kell. Ezenfelül az egyes alumínium-oxid tömbelemeknek az egyes elõgyártmány rétegek közötti pontos manuális elhelyezése rendkívül idõigényes. A 2. ábra példaként hat darab ilyen tömbelemet szemléltet, a gyakorlatban valójában tizenkét tömbelemet alkalmaznak. Az idõráfordítást fokozza a törékeny tömbök törésmentes kezeléséhez szükséges kiemelt elõvigyázatosság. Általában egy hét tálcányi elõgyártmányra kiterjedõ teljes tömörítõ eljárás beindítása (ahol a tálcák mindegyike tizenkét tizennégy elõgyártmányhalmot tartalmaz) a hagyományos módszer szerint egy vagy két munkanapot vehet igénybe. Egy, a különálló 30 távtartó elemek alkalmazásával kapcsolatos másik probléma, hogy azok a rájuk halmozott elõgyártmányok (és távtartók) súlya miatt az elõgyártmányokban deformációt (konkrétan bemélyedést) idézhetnek elõ. Amint a 2. ábráról megítélhetõ, az elõgyártmánynak a 30 távtartó elemek között körben nagy területei maradnak alátámasztás nélkül. Mivel az elõgyártmány anyaga általában hajlékony és mivel a 30 távtartó elemeket alkotó alumínium-oxid nem deformálódik, az elõgyártmányok felületén a 30 távtartó elemeknek megfelelõ helyeken benyomódások keletkeznek. Ezeket a deformációkat, bármennyire csekély mértékûek is, a súrlódó alkalmazás szempontjából hasznosítható kívánt sík felület elérése érdekében egy külön befejezõ lépésben gépi megmunkálás útján el kell távolítani. Ennek eredményeként az egyes elõgyártmányok vastagsága az ismert eljárás során fellépõ deformációkra, valamint az ezen deformációk megszüntetését szolgáló végsõ megmunkálási lépésre tekintettel a végtermék esetében szükséges vastagságnál nagyobb. A megmunkálással eltávolított anyag gazdasági szempontból veszteséget jelent. A jelen találmány összegzése Az elõzõek fényében a jelen találmány tárgya oszlopba halmozott gyûrûs elõgyártmányok elválasztására szolgáló egyrészes vagy másként egyetlen egységet képezõ gyûrûs köztartó elem. A jelen találmány szerinti köztartó elemnek elsõ és második szemközti felületekkel rendelkezõ, általában ellapított gyûrûs formája van. Legalább az egyik tartalmazott felület úgy van kiképezve, hogy legalább részben sugárirányban terjedõ gázáramlási pályákat határozzon meg a köztartó elem belsõ terének a külsõ térrel való közlekedéséhez. A jelen találmány szerinti köztartó elem sugárirányú kiterjedéseit tekintve elõnyösen a vele szomszédos gyûrûs elõgyártmányokhoz hasonló. Vagyis a köztartó elem elõnyösen a gyûrûs elõgyártmányokéhoz hasonló 2
1 HU 008 69 T2 2 belsõ átmérõvel és külsõ átmérõvel rendelkezik. Ha a köztartó elem méretében nem egyezik meg a gyûrûs elõgyártmányokkal, akkor célszerû a köztartó elemet kissé alulméretezni (vagyis annak belsõ átmérõje nagyobb és/vagy külsõ átmérõje kisebb, mint a gyûrûs elõgyártmányoké), semmint hogy a köztartó elem a gyûrûs elõgyártmányoknál nagyobb (azaz sugárirányban szélesebb) legyen. A jelen találmány szerint a köztartó elem átmenõnyílásokkal kialakított fém drótháló anyagból van. A fém anyag lehet bevonatmentes (vagyis bevonattal el nem látott, beleértve a tapadásgátló bevonattól való mentesség esetét is), ami a gyártást és a felújítást ennek megfelelõen egyszerûbbé és kevésbé költségessé teszi. A rajzok rövid leírása A jelen találmány a csatolt ábrák alapján sokkal jobban érthetõvé válik, ahol az 1. ábra oszlopba halmozott gyûrûs elõgyártmányok tömörítésére szolgáló folyamatkamrát szemléltet; a 2. ábra az 1. ábrán szemléltetett oszlopba halmozott gyûrûs elõgyártmányok elválasztására szolgáló különálló távtartó elemek egyik elrendezését szemlélteti; továbbá a 3a. és 3b. ábra a jelen találmány szerinti egyrészes köztartó elem egyik példakénti kiviteli alakját szemléltetik. Kifejezetten hangsúlyozzuk, hogy az itt szereplõ ábrák csupán a jelen találmány szemléltetésére szolgáló példák, és azok nem értelmezendõk a találmányt bármely módon korlátozó kiviteli alakokként. Megjegyezzük továbbá, hogy az itt bemutatott ábrák sem általában, sem pedig összetartozó nézeteikben nem feltétlenül méretarányosak. 10 1 20 2 30 3 40 4 0 60 A jelen találmány részletes ismertetése Általánosságban szólva a jelen találmány szerinti köztartó elem bizonyos alapvetõen hasznos tulajdonságokkal rendelkezik. Egy egyrészes vagy másként egyetlen egységet képezõ szerkezet a halomban lévõ egyes gyûrûs elõgyártmányok közötti nagyszámú különálló távtartó elem alkalmazásához képest nagymértékben megkönnyíti a folyamatkamra oszlopba halmozott gyûrûs elõgyártmányokkal történõ feltöltését. Amint azt a fentiekben megjegyeztük, a 2. ábra kapcsán bemutatott hagyományos elrendezés minden egyes hagyományos távtartó elem manuális elhelyezését teszi szükségessé. Ezenfelül, mivel a hagyományos távtartó elem rendszerint igen törékeny anyagból, például alumínium-oxidból készül, az egyes távtartó elemeket egy eleve hosszadalmas és egyhangú manuális eljárás során a törés elkerülése érdekében fokozott elõvigyázatossággal kell kezelni. A távtartó elemek viszonylag kis méretûek és igen vékonyak (méretük például 1 4 0,1 ), ami kezelésüket szintén megnehezíti. A jelen találmány szerinti egyrészes köztartó elem alkalmazása esetén a köztartó elem egyszeri elhelyezése helyettesíti a hagyományos módszer szerinti különálló távtartó elemek többszöri elhelyezésének mûveletét. A fentiekben tárgyalt hagyományos módszer szerint a folyamatkamra feltöltéséhez szükséges egykét naphoz képest a jelen találmány szerinti egyrészes köztartó a feltöltési idõket, ugyanolyan feltételek mellett, két négy órára csökkenthetné. Emellett a jelen találmány szerinti egyrészes köztartó elem szerkezete a különálló távtartó elemek 2. ábrán szemléltetett hagyományos alkalmazásához képest nagyobb felületen jobban alátámasztja a fölé halmozott egy vagy több gyûrûs elõgyártmány súlyát. Speciálisan, a gyûrûs egyrészes köztartó elem sugárirányú szélessége a gyûrûs elõgyártmányok sugárirányú szélességével közel megegyezõ vagy kissé keskenyebb kell legyen. Ennek eredményeként az egyes gyûrûs elõgyártmányok a folyamatkamrából történõ eltávolítást követõen kevésbé lesznek deformáltak. Ez azt jelenti, hogy a célszerûen deformálatlan felület eléréséhez a tömörítõ eljárást követõen kevesebb javító megmunkálásra van szükség. Az imént említettek szerint az egyrészes köztartó elem elõnyösen a gyûrûs elõgyártmánnyal közel azonos sugárirányú szélességgel rendelkezik vagy attól kissé (például annak külsõ és/vagy belsõ átmérõi tekintetében körülbelül mm¹rel) keskenyebb. Ha az egyrészes köztartó elem a gyûrûs elõgyártmánynál szélesebb lenne, a kiálló részekre a telítõgáz bomlásából származó maradvány (például pirolitikus szén) rakódhatna le. Ez vagy csökkentené a köztartó elem hasznos élettartamát vagy az ilyen lerakódás eltávolítása céljából további felújítási eljárásokat vonna maga után. Emellett, ha a köztartó elem a gyûrûs elõgyártmányok külsõ szélén sugárirányban túlnyúlna, ez több gyûrûs elõgyártmányhalom egyidejû megmunkálás céljából való folyamatkamrába helyezésénél (amint az gyakran történik) problémát okozhatna. Ez olyan mértékben befolyásolná negatívan a termelés hatékonyságát, hogy a folyamatkamrán belüli távolságtartás miatt egyszerre csak kevesebb halmot lehetne feldolgozni. A jelen találmány szerinti egyrészes köztartó elem egyik vagy mindkét felületén sugárirányban terjedõ olyan csatornákkal vagy egyéb elemekkel rendelkezik, amelyek végeredményben az egyrészes köztartó elem sugárirányban vett belsõ oldalát annak sugárirányban vett külsõ oldalával összekapcsoló gázáramlási pályákat jelölnek ki legalább részben. Jelen esetben azért beszélünk részben kijelölt gázáramlási pályákról, mert azokat bizonyos esetekben részben az egyik gyûrûs elõgyártmány szemközti felülete és az egyrészes köztartó elem kialakítása együttesen jelöli ki. Az egyrészes köztartó használata esetén a gázáramlási pályák keresztmetszeti területe végeredményben elõnyösen összemérhetõ a szakmában használatos korábbi elrendezésben elõálló keresztmetszeti területtel. Ezen utóbbi szempont azonban esetrõl esetre változhat. Nyilvánvaló, hogy az elõálló gázáramlási pályák együttes keresztmetszeti területe például az egyes csatornák vagy ahhoz hasonlók méretének állításával vagy több csatorna vagy ehhez hasonló biztosításával 3
1 HU 008 69 T2 2 10 1 20 2 30 3 40 4 0 60 befolyásolható. A döntõ tényezõ ebben a tekintetben a fölül lévõ gyûrûs elõgyártmány (elõgyártmányok) kívánt mértékû alátámasztásának megõrzése. Általában a jelen találmány szerinti egyrészes köztartó elem körülbelül 1100 C¹ig és elõnyösen (biztonsági okokból) körülbelül 1200 C 1400 C¹ig terjedõ hõmérsékleteknek ellenálló anyagból kell készüljön. A választott anyag az említett üzemi hõmérsékleteken elõnyösen minimális mértékben reakcióképes az elõgyártmánnyal. Az egyrészes köztartó elem esetében a megfelelõ anyagok közé tartoznak a fém anyagok, a teljesség igénye nélkül például a rozsdamentes acél, az Inconel ötvözet, a titán, a molibdén, a tantál és a volfrám. A 3a. ábra a jelen találmány szerinti 600 gyûrûs köztartó elem egy másik példakénti kiviteli alakjának felülnézeti rajza, a 3b ábra pedig egy ennek megfelelõ oldalnézet, amely a köztartó elem egy felnagyított részletét is bemutatja. A 600 gyûrûs köztartó elem általában körülbelül 20% 80% fedetlen felülettel rendelkezõ fém drótháló anyagból készül. A 600 gyûrûs köztartó elem készítéséhez használt fém anyag a fent említettek szerint 1100 C¹ig és elõnyösen (biztonsági tényezõvel számolva) körülbelül 1200 C 1400 C¹ig terjedõ hõmérsékleteknek kell ellenálló legyen. A rozsdamentes acél, az Inconel ötvözet, a titán, a molibdén, a tantál és a volfrám mind megfelelõ példái az alkalmas fémanyagoknak. A 600 gyûrûs köztartó elem megfelelõ méretû gyûrûs idomnak alapanyag lemezbõl történõ kivágásával alakítható ki. Bármely arra alkalmas ipari kivágási módszer alkalmazható, beleértve, a teljesség igénye nélkül, a számítógép-vezérlésû lézeres kivágást. A 3a. és a 3b. ábra hálós anyag 600 gyûrûs köztartó elem készítése céljából történõ alkalmazásának egy példáját szemléltetik. Amint az a 3b ábra felnagyított részén világosan látható, a hálós anyagot ismert módszerek szerint, ideértve különösen a hullámosított huzalt felhasználó szövési módszereket, gyártott szõtt háló képezheti. A hullámosított huzalból szõtt háló a hálóbeli huzalok legalább egyik irányú elõzetes formázására (azaz hullámosítására) utal. Lásd például a 3b ábrán szemléltetett 602 hullámosított huzalt a 604 huzalokkal összevetésben. Ily módon a 602 huzalban lévõ hullámosság valójában a keresztirányú 604 huzalok mellett szabad tereket jelent. Ezen szabad terek (melyek a 600 gyûrûs köztartó elem felületén egymással összekapcsolódnak) együttesen adják ki azokat a járatokat, amelyeken keresztül a telítõgáz a 600 gyûrûs köztartó elem belsõ tere és a köztartón kívüli tér között áthaladhat. Általában a 600 gyûrûs köztartó elem vastagsága a 602 vagy 604 huzal átmérõjének körülbelül kétszerese. A kiviteli alakok egyikénél a 600 gyûrûs köztartó elem összvastagsága 1 mm és körülbelül 6 mm között van. A 600 gyûrûs köztartó elem a gyûrûs elõgyártmányoktól jelentõsen eltérõ hõtágulási jellemzõkkel rendelkezik, ezért a közöttük fellépõ tapadások mértéke elhanyagolható és a szénszálból készült gyûrûs köztartó tapadásgátló bevonata elhagyható. Továbbmenve, a fém drótháló például homokfúvatással könnyen és egyszerûen karbantartható. A tömörítés végrehajtásának hõmérsékletei következtében elõfordulhat az elõgyártmányok bizonyos mértékû fémszennyezése. Úgy véljük azonban, hogy ezen elszennyezõdés mértéke a szokásos gyártásmenet során a felületi megmunkálás és hasonlók (például a tömörítés folytatása érdekében az elõgyártmányok porozitásának visszaállítása céljából végzett közbensõ megmunkálás) miatt kárbaveszõ anyag mennyiségéhez képest elhanyagolható. Ennek eredményeként az esetlegesen elõforduló szennyezõdés általában egyébként is eltávolításra kerül. Míg a jelen találmány ismertetése annak vélt legelõnyösebb kiviteli alakjaihoz kapcsolódóan történt, megjegyezzük, hogy ez csupán példaként szolgál, továbbá a csatolt igénypontok oltalmi körén belül lehetõség van a találmány megfelelõ módosításaira és változtatásaira. SZABADALMI IGÉNYPONTOK 1. Gyûrûs köztartó elem, amely elsõ és második szemközti felületekkel és azok között kialakított több nyílással rendelkezik, ahol az elem fém drótháló anyagból van és sugárirányban terjedõ gázáramlási pályákat határoz meg legalább részben, valamennyi legalább részben meghatározott, sugárirányban terjedõ gázáramlási pálya az elem sugárirányban vett belsõ oldalától az elem sugárirányban vett külsõ oldaláig terjed, miáltal az elem sugárirányban vett belsõ oldala az elem sugárirányban vett külsõ oldalával közlekedik. 2. Az 1. igénypont szerinti elem, ahol a fémanyag bevonatmentes fémanyag. 3. Az 1. igénypont szerinti elem, ahol a fémanyag hõálló anyag. 4. Az 1. igénypont szerinti elem, ahol a fémelem a rozsdamentes acél, az Inconel ötvözet, a titán, a molibdén, a tantál és a volfrám közül egyet vagy többet tartalmaz.. Az 1. igénypont szerinti elem, ahol a dróthálónak 20% 80% fedetlen nyílásfelülete van. 6. Az 1. igénypont szerinti elem, ahol az elem összvastagsága 1 mm és 6 mm közötti. 7. Az 1. igénypont szerinti elem, ahol a drótháló hullámosított huzalt tartalmazó szõtt háló. 8. Az 1. igénypont szerinti elem, ahol az elem összvastagsága a dróthálót alkotó huzal átmérõjének körülbelül kétszerese. 9. A 3. igénypont szerinti elem, ahol a hõálló anyag körülbelül 1400 C¹ig terjedõ hõmérsékleteknek képes ellenállni. 10. Eljárás szénszálas gyûrûs elõgyártmányok kémiai gázfázisú infiltrációs folyamatra való elõkészítésére, amelynek keretében szénszálas gyûrûs elõgyártmányokat oszlopba halmozunk, ahol minden egyes szénszálas gyû- 4
1 HU 008 69 T2 2 rûs elõgyártmány között fém drótháló anyagból készült gyûrûs köztartó elemet rendezünk el, az oszlopba halmozott szénszálas gyûrûs elõgyártmányok és a gyûrûs köztartó elemek az oszlopban együtt belsõ teret határoznak meg, ahol valamennyi gyûrûs köztartó elem elsõ és második szemközti felületekkel rendelkezik és sugárirányban terjedõ gázáramlási pályákat határoz meg legalább részben, az oszlop belsõ terének az oszlopon kívüli térrel való közlekedéséhez. 11. A 10. igénypont szerinti eljárás, ahol a fémanyag bevonatmentes fémanyag. 12. A 10. igénypont szerinti eljárás, ahol a fémanyag hõálló anyag. 13. A 10. igénypont szerinti eljárás, ahol a fémelem a rozsdamentes acél, az Inconel ötvözet, a titán, a molibdén, a tantál és a volfrám közül egyet vagy többet tartalmaz. 14. A 10. igénypont szerinti eljárás, ahol a dróthálónak 20% 80% fedetlen nyílásfelülete van. 10 1 20 1. A 10. igénypont szerinti eljárás, ahol az elem összvastagsága 1 mm és 6 mm közötti. 16. A 10. igénypont szerinti eljárás, ahol a drótháló hullámosított huzalt tartalmazó szõtt háló. 17. A 10. igénypont szerinti eljárás, ahol az elem összvastagsága a dróthálót alkotó huzal átmérõjének körülbelül kétszerese. 18. A 12. igénypont szerinti eljárás, ahol a hõálló anyag körülbelül 1400 C¹ig terjedõ hõmérsékleteknek képes ellenállni. 19. A 10. igénypont szerinti eljárás, ahol az egyes gyûrûs köztartók a szénszálas gyûrûs elõgyártmányok külsõ átmérõjénél kisebb külsõ átmérõvel és a szénszálas gyûrûs elõgyártmányok belsõ átmérõjénél nagyobb belsõ átmérõvel rendelkeznek. 20. A 19. igénypont szerinti eljárás, ahol az egyes gyûrûs köztartók külsõ és belsõ átmérõi a szénszálas gyûrûs elõgyártmányok külsõ és belsõ átmérõinél rendre körülbelül mm¹rel kisebbek, illetve mm¹rel nagyobbak.
HU 008 69 T2 Int. Cl.: F16D 69/02 6
HU 008 69 T2 Int. Cl.: F16D 69/02 7
Kiadja a Szellemi Tulajdon Nemzeti Hivatala, Budapest Felelõs vezetõ: Szabó Richárd osztályvezetõ Windor Bt., Budapest