專利名稱：用于片式密封的薄片的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及旋轉(zhuǎn)機(jī)械的密封領(lǐng)域。它涉及按權(quán)利要求1的前序部分所述的一種用于片式密封的薄片的制造方法。
背景技術(shù)：
燃?xì)廨啓C(jī)包括轉(zhuǎn)子和定子外殼，具有壓縮機(jī)葉片和渦輪葉片的各級(jí)設(shè)置在轉(zhuǎn)子上。轉(zhuǎn)子安裝在轉(zhuǎn)子軸各端部處的軸承里。
燃?xì)廨啓C(jī)內(nèi)的氣流控制不僅對(duì)于功能性而且對(duì)于效率都具有極大的重要性。在沿轉(zhuǎn)子軸的不同位置上應(yīng)用密封技術(shù)來減小沿著該軸的軸向氣流。這對(duì)于軸承附近來說尤其重要，以便防止軸承里所使用的油由于氣流中的熱氣而發(fā)生過熱。
傳統(tǒng)上，在此情況下使用兩種密封技術(shù)，通常為二者擇其一地使用，但有時(shí)也相互組合使用。這兩種密封技術(shù)為迷宮式密封和刷式密封。
迷宮式密封在轉(zhuǎn)子和定子之間沒有金屬與金屬的接觸；因此其密封效果相對(duì)較小。但其優(yōu)點(diǎn)是轉(zhuǎn)動(dòng)摩擦小并因此使用壽命實(shí)際上不受限。
另一方面，刷式密封由于硬毛端部和轉(zhuǎn)子軸之間的摩擦而具有較高的摩擦損失。這造成磨損，限制了這種密封的使用壽命。但刷式密封可以更好地阻擋軸向氣流，尤其在有較高的軸向壓力差時(shí)。
在燃?xì)廨啓C(jī)中為了密封而使用這些技術(shù)時(shí)有許多局限。首先，它們所能承受的軸向壓力差相當(dāng)?shù)?。在刷式密封中是因?yàn)橛裁?，這些硬毛在軸向和周向方向上具有同樣的剛性；高壓使得硬毛在軸向方向上自動(dòng)地吹回到它們自身上。這些密封對(duì)于允許并承受顯著徑向運(yùn)動(dòng)的能力也是低的。
刷式密封的設(shè)計(jì)往往是綜合考慮使用提供足夠軸向支撐的支撐板和不限制徑向運(yùn)動(dòng)的目的之間的一種折衷方案。
為了避免已知的刷式密封的缺點(diǎn)，在US-B1-6343792中已經(jīng)提出過一種片式密封(leaf seal)，它具有同迷宮式密封或者刷式密封同樣的功能，但具有這兩者的優(yōu)點(diǎn)。薄的金屬片或金屬板以一種設(shè)定布局組裝起來(例如參見US-B1-6343792的圖3或本申請(qǐng)的圖1)，以代替由圓形橫截面的鋼絲制成的硬毛。這些薄片的表面基本上平行于軸向方向定向，薄片的剛性在軸向上比周向方向上強(qiáng)得多。這意味著該密封能經(jīng)受住較高的壓差，而并不限制其允許徑向運(yùn)動(dòng)的能力。而且，轉(zhuǎn)子上被薄片末端掃過的寬區(qū)域也有機(jī)會(huì)在運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生一種流體動(dòng)力學(xué)的力，該力能在工作期間使薄片末端與該軸分開。這就有可能產(chǎn)生并保持一個(gè)幾微米的間距，從而使磨損、摩擦發(fā)熱和摩擦損失降低到幾乎為零。
基本的設(shè)計(jì)包括若干薄的金屬片，它們之間具有可控制的氣隙并與半徑成預(yù)定角度固定住。該氣隙是一個(gè)關(guān)鍵設(shè)計(jì)參數(shù)。它允許氣流出現(xiàn)，從而產(chǎn)生流體動(dòng)力學(xué)效應(yīng)；但它不能大到允許有過大的軸向泄漏流。
可以有兩種片式密封設(shè)計(jì)的方案在一種方案中薄片被向下吹，而在另一種方案中則被向上吹。具有向下吹的薄片的方案包括在組裝和起動(dòng)時(shí)，在薄片末端和軸之間具有一個(gè)間距；而且，通過使用薄片之間的氣流而將該間隙的尺寸降低成非常小。另一方面，具有向上吹的薄片的方案包括在起動(dòng)時(shí)，薄片末端和軸相互稍微影響；并且當(dāng)軸加速時(shí)產(chǎn)生一個(gè)間距。在兩種情況下，流過薄片之間的氣隙的介質(zhì)流動(dòng)都是關(guān)鍵的，正如對(duì)由薄片末端所產(chǎn)生的密封內(nèi)徑的控制。
通過薄片的氣流可以通過使用前板和后板來改變，這在該組薄片表面和這些板之間留出狹窄的間隙(參見上述的圖1和圖3)。仔細(xì)設(shè)計(jì)這些幾何形狀，就能控制這些向上吹或向下吹效應(yīng)。也希望的是沿著薄片的長度或者從前側(cè)或后側(cè)方向向內(nèi)主動(dòng)供給壓力，借此來輔助這種向下吹效應(yīng)。
片式密封構(gòu)思的另一個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)是徑向運(yùn)動(dòng)的容限比在迷宮式密封或刷式密封時(shí)更大。這要求前側(cè)板和后側(cè)板的內(nèi)徑與軸之間有一個(gè)大的間距。
取決于所選密封件的幾何形狀，并取決于所要密封的軸的直徑，薄片的數(shù)量可達(dá)幾千個(gè)或幾萬個(gè)。在確保各對(duì)薄片之間的可復(fù)現(xiàn)的氣隙的同時(shí)，它們的制造、裝配和連接精度對(duì)于成功地實(shí)施各種可能的密封設(shè)計(jì)來說都是關(guān)鍵性的。
用于將薄片固定在位的連接方法可以是一種機(jī)械技術(shù)，如夾緊、焊接、硬焊或任意可能的組合。關(guān)于這一點(diǎn)，明顯很重要的是在連接過程中對(duì)薄片或它們的相對(duì)位置的破壞應(yīng)該是最小的。
因此，尤其重要的是布置在薄片之間并設(shè)定了氣隙寬度的隔離元件。這些隔離元件可以設(shè)計(jì)成獨(dú)立的元件。這有如下優(yōu)點(diǎn)薄片作為具有恒定厚度的元件可以比較簡(jiǎn)單地制成。但這也有如下缺點(diǎn)隔離元件必須單獨(dú)地制造，而且將薄片和隔離元件交替組裝以形成一組薄片是很復(fù)雜的，可能容易造成定位錯(cuò)誤。然而，隔離元件也可以設(shè)計(jì)成薄片的集成元件，這極大地簡(jiǎn)化了組裝。但是，在這種情況下，薄片必須進(jìn)行特殊的加工，以形成具有不同厚度的區(qū)域。
為此，在上述的US-B1-6343792中(參見該文獻(xiàn)的圖27B以及在21欄的25-34行中相關(guān)說明)已經(jīng)提出，借助于蝕刻來制造具有集成隔離元件的薄片的階梯狀厚度區(qū)域。蝕刻技術(shù)可以精確地設(shè)定厚度。但不足之處是在已經(jīng)將薄片切割成其應(yīng)有尺寸之后，該蝕刻引入了一個(gè)附加的處理步驟，這就使制造變復(fù)雜了而且時(shí)間變長。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種具有集成隔離元件的薄片的制造方法，該薄片用于旋轉(zhuǎn)機(jī)械(尤其是燃?xì)廨啓C(jī))的片式密封，此方法避免了已知方法的缺點(diǎn)，而且其特點(diǎn)尤其是高精度以及簡(jiǎn)化的處理工序。
該目的由權(quán)利要求1的特征組合來實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明的核心包括薄片是通過蝕刻而從金屬板上切割出來的，并且不同厚度區(qū)域的形成是作為為此所需的蝕刻工藝的一部分而同時(shí)進(jìn)行的。
為了切割出這些薄片，優(yōu)選是使金屬板分別在對(duì)應(yīng)于邊緣輪廓的區(qū)域中被蝕透(etched through)；而薄片優(yōu)選是以這樣的方式從金屬板切割出來，即，為了更容易地搬動(dòng)和更容易地運(yùn)輸，這些薄片以一種可容易分離的方式與其余的金屬板在預(yù)定的連接點(diǎn)處保持連接。
如果有額外的可能來控制該組薄片之內(nèi)和該組薄片周圍的氣流，則能實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步的改進(jìn)。為此，優(yōu)選是在各個(gè)薄片中設(shè)置至少一個(gè)通孔；而且，該通孔是通過蝕透該金屬板來形成的，該通孔的形成是作為該蝕刻工藝的一部分來進(jìn)行的，而不需要附加的處理步驟。
這些薄片分別具有較大厚度的集成隔離元件，以便設(shè)定相鄰薄片之間的間距，而且，該集成隔離元件通過將位于隔離元件之外的區(qū)域侵蝕(etching away)成較小的厚度而制成，這樣制造起來就特別簡(jiǎn)單；在這種情況下，隔離元件區(qū)域中的厚度優(yōu)選基本上等于金屬板的原始厚度。
所使用的蝕刻工藝優(yōu)選是光化學(xué)加工(PCM)工藝，在該工藝中，在第一步中用光刻膠層覆蓋住金屬板的一面或兩面；在第二步中以照相法對(duì)光刻膠層進(jìn)行圖形化，使得在預(yù)定區(qū)域中形成光刻膠層中的開口，在該預(yù)定區(qū)域中，將要通過蝕刻來減小金屬板的厚度或者要將金屬板蝕透；在第三步中透過光刻膠層中的開口將金屬板蝕透或侵蝕。
關(guān)于這點(diǎn)，尤其是關(guān)于對(duì)光刻膠層的照相法圖形化，通過光掩模使光刻膠層曝光。
若為了蝕刻透金屬板而從金屬板的相反兩面同時(shí)進(jìn)行該蝕刻工藝，那么該方法所需的時(shí)間可以縮短并且簡(jiǎn)化該方法。
按照本發(fā)明的方法的另一種變型是這些薄片各具有兩個(gè)較大厚度的集成隔離元件，用于設(shè)定相鄰薄片之間的間距；這兩個(gè)集成隔離元件沿側(cè)向相互緊鄰布置，并通過第一折疊區(qū)域而以薄膜鉸鏈的方式連接，該第一折疊區(qū)域的厚度通過蝕刻技術(shù)而減小，使得這兩個(gè)集成隔離元件通過在第一折疊區(qū)域中折疊而完全重合地相互疊置。因此就可以簡(jiǎn)單地在比較小的初始板厚時(shí)也能在相鄰薄片之間形成較大的間距。不言而喻，也可以提供多個(gè)附加的隔離元件來代替一個(gè)附加的隔離元件，并且可通過相互折疊而并入到該薄片的層疊結(jié)構(gòu)中。
在該變型的一種優(yōu)選改進(jìn)中，多個(gè)各自具有兩個(gè)集成隔離元件的薄片相互緊鄰布置，并分別通過第二折疊區(qū)域相互連接起來。它們形成一排，通過以Z字形交替地在第一和第二折疊區(qū)域中進(jìn)行折疊而使得這些薄片和集成隔離元件近似重合地相互疊置起來。以Z字形折疊的連續(xù)薄片簡(jiǎn)化了獨(dú)立薄片的層疊和拼合，以形成成品的片式密封件。
在這種類型的折疊中，這一排的薄片和集成隔離元件在薄片的縱向方向上稍稍地相互錯(cuò)開，這在折疊時(shí)形成薄片和集成隔離元件的一種傾斜層疊結(jié)構(gòu)，這樣就該層疊結(jié)構(gòu)中實(shí)現(xiàn)了所需的傾斜定位。


以下根據(jù)示例性實(shí)施例結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明，附圖中圖1示出了一種用在燃?xì)廨啓C(jī)中的片式密封件的典型構(gòu)造的透視側(cè)視圖；圖2示出了從徑向方向傾斜布置的各個(gè)薄片的軸向方向的側(cè)視圖，隔離元件位于薄片之間；圖3示出了類似于圖1所示的片式密封件在周向方向上的視圖，并且具有前端板和后端板；圖4示出了按照本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選示例性實(shí)施例在薄片的光化學(xué)制造過程中所涉及的各個(gè)步驟(a)至(d)的示意剖視圖；圖5示出了從金屬板上方看上去的平面圖，其中，按照本發(fā)明用光化學(xué)工藝將具有集成隔離元件和通孔的許多薄片分割開、圖形化并設(shè)有階梯狀厚度區(qū)域；圖6類似于圖4示出了作為光化學(xué)工藝的一部分來制造雙金屬薄片的過程；圖7示意性示出了用雙金屬薄片可實(shí)現(xiàn)的對(duì)密封間隙的熱控制；圖8示出了從上方看上去的本發(fā)明的薄片，它具有一個(gè)在側(cè)面一體成型出的第二隔離元件，該第二隔離元件通過一個(gè)厚度減小的折疊區(qū)域與第一隔離元件相連并可折疊到第一隔離元件上；和圖9示出了從上方看上去的一連排的多個(gè)薄片和雙隔離元件，這些隔離元件通過厚度減小的折疊區(qū)域相互連接，并通過Z字形折疊而相互疊置成一種傾斜的層疊結(jié)構(gòu)。
具體實(shí)施例方式
圖1表示了一種片式密封件的典型構(gòu)造的透視側(cè)視圖，正如它應(yīng)用在燃?xì)廨啓C(jī)中時(shí)那樣。片式密封件12將燃?xì)廨啓C(jī)10的轉(zhuǎn)子軸11相對(duì)于外殼14密封，該轉(zhuǎn)子軸11在箭頭所示方向上旋轉(zhuǎn)。在轉(zhuǎn)子軸11和外殼14之間的環(huán)形空間中，將一組彼此以狹窄間距間隔開的薄片13布置成一個(gè)環(huán)。薄片13的平面平行于機(jī)器的旋轉(zhuǎn)軸線。薄片按照?qǐng)D2從徑向方向上向外傾斜一個(gè)角度w1，并在這些薄片之間分別有一狹窄的間隙或者空間18，該間隙或者空間18優(yōu)選由設(shè)于薄片13之間的隔離元件17來確定。圖2的隔離元件17示出為獨(dú)立元件。但它們也可以集成于薄片上。
按照?qǐng)D1和圖3，經(jīng)過薄片13的氣流可以通過使用前端板15和后端板16來改變，在薄片組的表面和端板15、16之間留出有狹窄的間隙(圖3中的距離a和b)。仔細(xì)設(shè)計(jì)這些幾何形狀，就能控制背景技術(shù)中所提到的向上吹或向下吹效應(yīng)。也希望的是沿著薄片的長度或者從前側(cè)或后側(cè)方向向內(nèi)主動(dòng)供給壓力，借此來輔助這種向下吹效應(yīng)。
圖1和圖3所示的片式密封構(gòu)思的另一個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)是徑向運(yùn)動(dòng)的容限比在迷宮式密封或刷式密封時(shí)更大。這要求在前側(cè)端板15和后側(cè)端板16的內(nèi)徑和轉(zhuǎn)子軸11之間有一個(gè)大的間距(圖3中的間距c和d)。薄片13和轉(zhuǎn)子軸之間的間隙(圖3中的間距e)只有幾個(gè)微米。
現(xiàn)在，按照本發(fā)明，使用了一種光化學(xué)加工(PCM)工藝來制造片式密封件的各個(gè)薄片。在少量生產(chǎn)的研制階段，PCM在材料厚度、零件設(shè)計(jì)和研制周期方面都有高度的靈活性。但PCM也是一種適于大批量的生產(chǎn)技術(shù)，具有快速、精度地并價(jià)格合理地制造幾萬，幾十萬個(gè)相同零件的能力。
制造薄片的備選技術(shù)包括沖壓薄金屬板、或者用激光、電火花加工(EDM)工藝或其它切割技術(shù)進(jìn)行切割。
PCM相比于上述方法的主要優(yōu)點(diǎn)是在切割出邊緣輪廓的同時(shí)能夠有選擇地減小金屬板或者金屬箔的厚度。這在下面結(jié)合圖4進(jìn)一步加以說明。
圖4示意性表示了在按照發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例制造薄片時(shí)從上向下進(jìn)行的多個(gè)步驟a)至d)。開始是一種厚度為d1的金屬板或者金屬箔28。金屬板28兩面上都覆蓋有光刻膠層21。光刻膠例如是一種聚合物，它通過用光照射而固化。兩面上的光刻膠層21通過光掩模而有選擇地被曝光，其中光刻膠層應(yīng)該保留的那些區(qū)域被曝光。光刻膠層21中未曝光的其余區(qū)域在曝光之后被洗掉，于是，如圖4(a)所示，預(yù)定區(qū)域22中的光刻膠層21中被選擇性去除。
然后，將這樣制備的金屬板28浸入在蝕刻池里，或者放入噴射腔里從兩面用蝕刻液進(jìn)行噴射?，F(xiàn)在，按照?qǐng)D4(b)，在已經(jīng)選擇性地去除了光刻膠層21的區(qū)域22中形成了蝕刻區(qū)域23，在該蝕刻區(qū)域23中，金屬板28的材料被逐漸地去除掉。蝕刻過程的主方向是從金屬板28的表面向內(nèi)；但也有一定的側(cè)向底切蝕刻，這在設(shè)計(jì)曝光掩模時(shí)必須加以考慮。在某些區(qū)域中，尤其在用于將薄片20從金屬板28上割下來并限定了薄片20的邊緣輪廓的該環(huán)形區(qū)域中，從兩面進(jìn)行蝕刻，在金屬板28內(nèi)部匯合并導(dǎo)致蝕透24(圖4(c))。蝕透24將薄片20從金屬板28上“切”出。它還在薄片20中形成通孔(圖5中的30)，這些通孔用于控制隨后的密封件中的氣流。在該蝕透的同時(shí)，也進(jìn)行大面積的侵蝕25，即，在隨后薄片(圖4(c)和4(d))的預(yù)定區(qū)域中，有目的地將厚度從厚度d1減小到厚度d2。通過在薄片28的兩面上設(shè)定不同的蝕刻速度，可以在實(shí)現(xiàn)所需幾何形狀方面獲得額外的靈活性，蝕刻速度的設(shè)定例如可通過使用不同的蝕刻劑噴射壓來實(shí)現(xiàn)。最后，通過去掉光刻膠層21而使薄片表面26又露出來。
結(jié)果是薄片20在預(yù)定區(qū)域里具有不同的厚度d1和d2(圖4(d))。通過適當(dāng)?shù)剡x擇厚度d1和d2，就能生產(chǎn)出一種具有集成的27的薄片20。因此，不再需要為了形成一組具有適當(dāng)氣隙的薄片而將薄片和隔離元件交替組裝。
在金屬板或者金屬箔28表面上的光刻膠層21的形狀明確地只受PCM工藝標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)的限制。例如，有可能的是或者希望的是在條帶的相反兩面上具有顯著不同的構(gòu)造。
圖4示意示出的示例表示了這樣的結(jié)果，即，在薄片的兩面上以相同的速度進(jìn)行蝕刻，直到同時(shí)進(jìn)行蝕刻的區(qū)域被完全蝕透。然而，通過適當(dāng)?shù)墓に嚳刂颇鼙砻鬟@兩面上的蝕刻速度可以不相同，以便以這種方式在原始厚度范圍內(nèi)獲得寬范圍的不同蝕刻厚度。同時(shí)也表明PCM工藝可以在一個(gè)薄片中使用多于一次，其中每次所選的其它區(qū)域都用光刻膠層覆蓋住。那么在同一個(gè)薄片里就可以實(shí)現(xiàn)寬范圍的不同厚度組合。
在圖5中表示了通過PCM制造的薄片的一個(gè)示例，這些薄片被用于原型片式密封件。薄片20具有原始材料厚度的集成隔離元件27、作為用于氣壓補(bǔ)償?shù)耐L(fēng)的(矩形)通孔30、以及用于在組裝時(shí)定位的側(cè)臂31。導(dǎo)向通道32從通孔30出發(fā)，它使氣流方向向下偏轉(zhuǎn)到薄片的長度方向上。該薄片的功能部分(即集成隔離元件27之外的較大區(qū)域)被蝕刻縮減到了一個(gè)小的厚度。在圖5中，通過周邊的邊緣側(cè)的蝕透24，從原始金屬板28中同時(shí)分離出許多薄片20。
PCM工藝的一個(gè)特別優(yōu)點(diǎn)是在完成該工藝之后，薄片20不需要從金屬板28上完全分離開。在圖5的示例中，薄片20仍然在其邊界處在兩個(gè)相反設(shè)置的小連接點(diǎn)29處保持在位。這有助于確保使它們?cè)谶\(yùn)輸和處理期間保持平整，但仍然可以以最小的力和損傷使它們與金屬板脫開?？梢匀斯さ鼗蛘咴谝粋€(gè)自動(dòng)化過程中使它們脫開。
也容易看到，很容易通過PCM工藝而方便地產(chǎn)生獨(dú)立的孔，從而完全消除了浪費(fèi)。
在圖5的示例中，每個(gè)薄片在PCM工藝的容差范圍內(nèi)都是相同的。但是，PCM工藝的靈活性也能在同一個(gè)光刻掩模內(nèi)提供若干不同構(gòu)造的薄片20。
在一些應(yīng)用場(chǎng)合中，希望在片式密封里使用的薄片被構(gòu)造成雙金屬薄片。這兩種所用合金之間熱膨脹系數(shù)的不匹配可以設(shè)計(jì)成使薄片在機(jī)器升溫或冷卻時(shí)經(jīng)受一種受控的彎曲(見圖7中的彎曲34)。而且，如果在運(yùn)行過程中在薄片和轉(zhuǎn)子軸之間有任何磨削接觸，那么所產(chǎn)生的摩擦發(fā)熱就會(huì)導(dǎo)致一種這樣的雙金屬彎曲?？梢詫?duì)這種效應(yīng)進(jìn)行優(yōu)化，使得在薄片末端和轉(zhuǎn)子軸之間形成一種自動(dòng)校正的間隙。但是也希望確保該兩層結(jié)構(gòu)中的下層合金是一種具有適當(dāng)磨損特性的合金。
若需要這樣一種雙金屬薄片，它可以(如圖6中所示那樣)簡(jiǎn)單地作為上面所述的PCM工藝的一部分進(jìn)行制造。在按照?qǐng)D6a-c刻蝕出薄片20’的邊緣輪廓并且在沒有覆蓋光刻膠層21的區(qū)域中選擇性地減小這些薄片的厚度之后，在掩模還存在的時(shí)候，通過鍍覆工藝或其它涂覆工藝將一種金屬材料涂層33施加到未覆蓋的表面上，這種金屬材料的熱膨脹系數(shù)(CTE)與金屬板28基材顯著不同。光刻膠層21的掩模作用使得涂層33只沉積在薄片20’的底面上，而并不會(huì)不利地影響到該集成隔離元件27以及隨后組裝合該密封件過程。該鍍覆工藝可以根據(jù)需求的不同而可以是電解類型、非電解類型、基于擴(kuò)散的類型或任何其它類型。在施加涂層33之后可以按通常方法將光刻膠層21去除掉(圖6d)。
若一種這樣的雙金屬薄片20’在適當(dāng)裝配時(shí)通過與轉(zhuǎn)子軸11的摩擦或者通過一般的溫度變化而被加熱，那么該具有兩個(gè)層28和33的雙金屬結(jié)構(gòu)(圖7)從薄片末端起產(chǎn)生一種彎曲34，這種彎曲可以用來自動(dòng)地設(shè)定薄片末端和轉(zhuǎn)子軸11之間的間距。
在以前所述的實(shí)施例中所呈現(xiàn)的都是獨(dú)立的薄片，通過在預(yù)定區(qū)域中保持原始板厚而在一個(gè)端部處形成集成的隔離元件(例如圖5中的27)。在預(yù)先確定的初始板厚的情況下，以這種方式只可以實(shí)現(xiàn)隔離元件與薄片的有限范圍的厚度比。為了能夠?qū)崿F(xiàn)較大的厚度比，可以按圖8實(shí)施。除了包括有由圖5已知的第一集成隔離元件35(其具有位于中心的用于通風(fēng)的第一通孔36以及用于壓縮空氣的第一導(dǎo)向通道37)之外，圖8所示薄片39還有具有第二通孔36’和第二導(dǎo)向通道37’的第二集成隔離元件35’。第二集成隔離元件35’沿側(cè)向緊鄰第一集成隔離元件35布置，并構(gòu)造成與后者鏡像對(duì)稱，并通過位于它們之間的折疊區(qū)域38與之連接。該折疊區(qū)域38是厚度嚴(yán)重變小的片狀部分，它的作用類似于一種薄膜鉸鏈，并且可以使第二隔離元件35’沿著一條在薄片縱向方向上延伸的折疊線41折疊到第一隔離元件35上，使兩者相互完全重合地疊置。因此，可以在板厚保持不變時(shí)使得兩個(gè)薄片之間的間距實(shí)際上翻番。厚度變小的折疊區(qū)域38可以在按照發(fā)明的刻蝕工藝過程中也同時(shí)形成。此外不言而喻的是另外的隔離元件可以通過折疊區(qū)域連接而設(shè)置在右側(cè)或左側(cè)上，以便在需要時(shí)實(shí)現(xiàn)薄片之間的更大間距。
圖8所示實(shí)施例的一種優(yōu)選的改進(jìn)設(shè)計(jì)表示于圖9中。此處，圖8所示類型的多個(gè)帶有一體成型的第二隔離元件的薄片40、40’、40”相互緊鄰地布置成一排，并且通過另外的折疊區(qū)域38’相互連接起來。在該排中相互緊隨的隔離元件35、35’分別在薄片縱向方向上相互錯(cuò)開一規(guī)定的距離。折疊區(qū)域38’具有與折疊區(qū)域38同樣的設(shè)計(jì)和功能，而且它們也以相同的方式制成。薄片和位于薄片之間的隔離元件35’可以沿著在折疊區(qū)域38、38’中延伸的折疊線41以Z字形方式折疊在一起。在折疊在一起之后，這種縱向錯(cuò)開就形成了一種傾斜的薄片層疊結(jié)構(gòu)，這使片式密封的組裝大大地簡(jiǎn)化了。通過這種方式的制造和折疊，就可以特別簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)一種在薄片之間具有加大間距的片式密封件，而無需后處理過程，該后處理過程例如在US-B2-6553639的解決方案中是必需的。
總之，本發(fā)明產(chǎn)生了如下特征和優(yōu)點(diǎn)-為了簡(jiǎn)化隨后的制造過程而具有集成隔離元件的薄片是通過侵蝕成不同的厚度而制成的。
-薄片厚度在預(yù)定區(qū)域中是受控的。
-為了在薄片被組裝和連接之后在薄片之間產(chǎn)生所需的氣隙，對(duì)用于集成隔離元件的階梯狀厚度變化進(jìn)行控制。
-可以通過一次或多次應(yīng)用基本的PCM工藝而在薄片中設(shè)定不同的金屬厚度。
-可以將用于控制圍繞薄片組和在薄片組之內(nèi)的氣流的特性考慮在內(nèi)，以便促進(jìn)在薄片末端上產(chǎn)生流體動(dòng)力學(xué)效應(yīng)。這包括位于薄片頭部處的通孔，它用作為通風(fēng)孔，以便補(bǔ)償壓力的供給；還包括了導(dǎo)向通道，它們將氣流方向向下偏轉(zhuǎn)到薄片的長度方向上。
-薄片上設(shè)有較薄的區(qū)域，以便吸收大部分彈性彎曲應(yīng)力。這減小了薄片的總體剛性并提高了徑向匹配。
-通過可折疊的附加隔離元件可以在薄片之間實(shí)現(xiàn)加大的間距。
-一排連續(xù)的薄片和可選的附加隔離元件可以以Z字形方式折疊在一起，這簡(jiǎn)化了片式密封的組裝。
標(biāo)號(hào)列表10 燃?xì)廨啓C(jī)11 轉(zhuǎn)子軸12 片式密封件13，20，20’薄片14 外殼15 端板17 隔離元件(獨(dú)立的)18 間隙(間距)19 氣流21 光刻膠層22 已經(jīng)去除了光刻膠層的區(qū)域23 蝕刻區(qū)域24 蝕透(Etching-through)25 侵蝕(Etching-away)26 薄片表面27 隔離元件(集成的)28 金屬板(金屬箔)29 連接點(diǎn)30 通孔31 側(cè)臂32 導(dǎo)向通道33 涂層(具有高的CTE)34 彎曲(熱引起的)35，35’ 隔離元件(集成的)36,36’ 通孔37，37’ 導(dǎo)向通道38，38’ 折疊區(qū)域(薄膜鉸鏈)39 薄片40，40’，40”薄片41 折疊線d1，d2 厚度
權(quán)利要求
1.一種用于片式密封件(12)的薄片(20，20’，39；40，40’，40”)的制造方法，該片式密封件尤其是作為燃?xì)廨啓C(jī)(10)用的密封件，這些薄片(20，20’，39；40，40’，40”)由周邊的邊緣輪廓來沿側(cè)邊定界并且具有厚度(d1，d2)不同的區(qū)域，其特征在于，借助于蝕刻工藝從金屬板(28)切割出所述薄片(20，20’，39；40，40’，40”)的邊緣輪廓；而且，作為所述蝕刻工藝的一部分，也制出所述不同厚度(d1，d2)的區(qū)域。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，為了切割出所述薄片(20，20’，39；40，40’，40”)，金屬板(28)分別在對(duì)應(yīng)于該邊緣輪廓的區(qū)域中被蝕透。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，薄片(20，20’，39；40，40’，40”)以這樣的方式從金屬板(28)切割出來，即，為了更容易地搬動(dòng)和更容易地運(yùn)輸，這些薄片以一種可容易分離的方式與其余的金屬板在預(yù)定的連接點(diǎn)(29)處保持連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中之一所述的方法，其特征在于，在各個(gè)薄片(20，20’，39；40，40’，40”)中設(shè)有至少一個(gè)通孔(30，36，36’)；而且，作為所述蝕刻工藝的一部分，通過將金屬板(28)蝕透而制成所述至少一個(gè)通孔(30，36，36’)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中之一所述的方法，其特征在于，薄片(20，20’，39；40，40’，40”)分別具有至少一個(gè)較大厚度的集成隔離元件(17；35，35’)，以便設(shè)定相鄰薄片之間的間距；而且，所述至少一個(gè)集成隔離元件(17；35，35’)是通過將位于隔離元件(17；35，35’)之外的區(qū)域侵蝕成較小的厚度(d2)而制成的。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，隔離元件(17；35，35’)區(qū)域中的厚度(d1)基本上等于金屬板(28)的原始厚度。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中之一所述的方法，其特征在于，所使用的蝕刻工藝是光化學(xué)加工(PCM)工藝，在該工藝中，在第一步中用光刻膠層(21)覆蓋住金屬板(28)的一面或兩面；在第二步中以照相法對(duì)光刻膠層進(jìn)行圖形化，使得預(yù)定區(qū)域(22)中的光刻膠層(21)被選擇性去除，在所述預(yù)定區(qū)域(22)中，將要通過蝕刻來減小金屬板(28)的厚度或者要將金屬板(28)蝕透；在第三步中在已經(jīng)去除了光刻膠層(21)的區(qū)域(22)中將金屬板(28)選擇性侵蝕或者蝕透。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，關(guān)于對(duì)光刻膠層(21)的照相法圖形化，通過光掩模使所述光刻膠層(21)曝光。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的方法，其特征在于，為了蝕透金屬板(28)，所述蝕刻工藝是從金屬板(28)的相反兩面上同時(shí)進(jìn)行的。
10.根據(jù)權(quán)利要求7至9中之一所述的方法，其特征在于，在第四步中在已經(jīng)選擇性去除了光刻膠層(21)的區(qū)域(22)中，為了減小厚度而已經(jīng)被侵蝕的區(qū)域具有涂層(33)，該涂層具有與金屬板(28)的金屬顯著不同的熱膨脹系數(shù)(CTE)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述涂層(33)施加在已經(jīng)選擇性去除了光刻膠層(21)的區(qū)域(22)中。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的方法，其特征在于，借助于鍍覆工藝來施加所述涂層(33)。
13.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述薄片(39；40，40’，40”)分別具有兩個(gè)較大厚度(d1)的集成隔離元件(35，35’)，用于設(shè)定相鄰薄片之間的間距；這兩個(gè)集成隔離元件(35，35’)沿側(cè)向相互緊鄰布置，并通過第一折疊區(qū)域(38)而以薄膜鉸鏈的方式連接，該第一折疊區(qū)域(38)的厚度通過蝕刻技術(shù)而減小，使得這兩個(gè)集成隔離元件(35，35’)通過在第一折疊區(qū)域(38)中進(jìn)行折疊而完全重合地相互疊置。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，多個(gè)各自具有兩個(gè)集成隔離元件(35，35’)的薄片(40，40’，40”)相互緊鄰布置，并分別通過第二折疊區(qū)域(38’)相互連接起來并形成一排，通過以Z字形交替地在第一和第二折疊區(qū)域(38，38’)中進(jìn)行折疊而使得薄片(40，40’，40”)和集成隔離元件(35，35’)近似重合地相互疊置起來。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，這一排的薄片(40，40’，40”)和集成隔離元件(35，35’)分別在薄片(40，40’，40”)的縱向方向上稍稍地相互錯(cuò)開，這在折疊時(shí)就形成薄片(40，40’，40”)和集成隔離元件(35，35’)的一種傾斜層疊結(jié)構(gòu)。
全文摘要
一種用于片式密封件的薄片(20，20’)的制造方法，該片式密封件尤其是作為燃?xì)廨啓C(jī)用的密封件，這些薄片(20，20’)由周邊的邊緣輪廓來沿側(cè)邊定界并且具有厚度(d1，d2)不同的區(qū)域。借助于蝕刻工藝從金屬板(28)切割出所述薄片(20，20’)的邊緣輪廓，而且，作為所述蝕刻工藝的一部分，還同時(shí)制出所述不同厚度(d1，d2)的區(qū)域，這就實(shí)現(xiàn)了一種簡(jiǎn)化而不會(huì)犧牲精確性。
文檔編號(hào)F16J15/32GK1946958SQ200580013316
公開日2007年4月11日 申請(qǐng)日期2005年4月20日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月26日
發(fā)明者S·I·霍格, N·A·羅德斯, E·肖恩菲爾德 申請(qǐng)人:阿爾斯托姆科技有限公司