(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジング手段内で回転または振動、あるいは回転すると共に振動する、中心長手方向軸線を有するシャフト手段をシールするためのパッキン組立体であって、
前記シャフト手段上で浮上した状態で配置されるように適合させたパッキン適合手段と、
中央長手方向軸線を有する中央孔を設けたボール手段および、前記ボール手段を回転可能に収容するソケット手段を含み、前記ハウジング手段に対する回転または軸線方向の運動を防ぐために前記パッキン適合手段を支持するように適合させたボールジョイント組立体手段と、
前記ボール手段内に設けた前記中央孔へ貫入する案内部分を有し、前記ボール手段を前記中央孔の前記中央長手方向軸線に沿った直進運動を案内するのに適合させた、前記ハウジング手段に対して機械的に固定された案内要素手段とを具え、
前記中央孔の前記中央長手方向軸線が、前記シャフト手段の前記中央長手方向軸線に対して直角に延在すると共に、前記シャフト手段が振り子運動する際に前記ハウジング手段に対して固定した状態を維持することを特徴とするパッキン組立体。
【請求項２】
前記ボール手段および前記ソケット手段が、シール手段を設けた前記パッキン適合手段に固定され、前記案内要素手段が、前記ハウジング手段に直接、あるいは支持部材手段によって取り付けられることを特徴とする、請求項１記載のパッキン組立体。
【請求項３】
前記ボール手段および前記ソケット手段が、前記ハウジング手段に直接、あるいは支持部材手段によって取り付けられ、前記案内要素手段が、シール手段を設けた前記パッキン適合手段に固定されることを特徴とする、請求項１記載のパッキン組立体。
【請求項４】
前記ボール手段が、前記案内要素手段に対して前記シャフト手段へ、および前記シャフト手段から半径方向に直進運動可能であることを特徴とする、請求項２または３記載のパッキン組立体。
【請求項５】
前記案内要素手段が、前記ボール手段に対して前記シャフト手段へ、および前記シャフト手段から半径方向に直進運動可能であることを特徴とする、請求項２または３記載のパッキン組立体。
【請求項６】
前記パッキン適合手段が環状の隙間によって取り囲まれ、この環状の隙間がダイヤフラム手段を設けるか発泡剤を満たすかのいずれか一方、あるいは前記ダイヤフラム手段を設けると共に発泡剤で満たすことによりシールされることを特徴とする、請求項２記載のパッキン組立体。
【請求項７】
前記ハウジング手段と結合、あるいは前記ハウジング手段と一体化した支持部材手段を更に具え、前記ボール手段の前記孔へ貫入する前記案内要素手段が前記支持部材手段に固定されることを特徴とする、請求項２記載のパッキン組立体。
【請求項８】
前記案内要素手段が前記ボール手段を案内するように適合させた円筒形の前部を設けたねじ手段の形を取り、前記ねじ手段が、前記円筒形の前部が前記支持部材手段上に突出するように前記支持部材手段にねじ止めされることを特徴とする、請求項７記載のパッキン組立体。
【請求項９】
前記パッキン適合手段が、中空円筒形状を有し前記シャフト手段を取り囲むスリーブ手段を具え、前記スリーブ手段の内部に前記シャフト手段上に静止する多数のシール用パケット手段を設けたことを特徴とする、請求項１記載のパッキン組立体。
【請求項１０】
前記スリーブ手段の一方の端部には半径方向内側へ突出する止めカラー手段を設け、前記スリーブ手段のもう一方の端部には内ねじ手段を設け、前記パッキン適合手段がクランプ用ライナー手段を更に具え、このクランプ用ライナー手段に、前記シール用パケット手段を前記止めカラー手段と前記クランプ用ライナー手段との間で固定かつ圧縮するために前記スリーブ手段にねじ止めされるように適合させた外ねじ手段を設けたことを特徴とする、請求項９記載のパッキン組立体。
【請求項１１】
前記シール用パケット手段を固定かつ圧縮するためのねじ付きボルト手段を設け、当該ねじ付きボルト手段を前記クランプ用ライナー手段の反対側にある前記スリーブ手段の端部領域内にねじ止めするように該ねじ付きボルト手段を収容するのに適合させた、刻みつけた円に沿って配置した多数の孔を前記クランプ用ライナー手段に配置したことを特徴とする、請求項１０記載のパッキン組立体。
【請求項１２】
前記クランプ用ライナー手段の前面と前記シール用パケット手段と間に挿入された環状要素手段を更に具え、前記環状要素手段に、当該環状要素手段の外側に配置され、前記ハウジング手段に面する第一の窪み手段および、当該環状要素手段の内側に配置され、前記シャフト手段に面する第二の窪み手段を設け、前記第一および第二の窪み手段が液状またはガス状の媒体を供給するための供給管手段と連通することを特徴とする、請求項１０または１１記載のパッキン組立体。
【請求項１３】
少なくとも一つのシール用パケット手段または軸受リング手段のいずれか一方、あるいは該シール用パケット手段および軸受リング手段の両方を前記スリーブ手段の前記止めカラー手段と前記クランプ用ライナー手段の前面との間に挿入することを特徴とする、請求項１０記載のパッキン組立体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、機械ハウジング内で回転または振動、あるいは回転すると共に振動する機械シャフトをシールするための、機械シャフト上で浮上した状態で配置されるように適合させたパッキン適合部材と、機械ハウジングに対する回転運動または軸線方向の運動、あるいは回転しつつ軸線方向に運動することを防ぐためにパッキン適合部材を支持するように適合させたボールジョイント組立体とを具えるパッキン組立体に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
こうしたパッキン組立体は、例えば、回転または振動、あるいは回転すると共に振動するシャフトを有する工作機械の加工チャンバー内側をシールするのに使用することができ、特にこうした機械および装置は、化学品、プラスチック、食品、医薬品および化粧品工業において、製品の混合、混練、可塑化および均質化に用いられている。
【０００３】
加工チャンバーのシールの分野における基本的な問題は、回転するシャフトが、多かれ少なかれ、常に、正確な位置から外れて振り子運動をしたり、動力学的な不釣り合いを示すと言う事実が見られることにある。こうした誤りは、ここで議論するパッキン組立体のシール特性に負の影響を与えることが理解される。なぜならば、パッキン組立体のシール用パケットに対するシャフトの半径方向に向かう相対運動が生じ、その結果シール用パケットが大きな応力を受けるからである。特に、シャフトの振り子運動は、こうしたパッキン組立体のシール特性および寿命に負の効果をもたらすと断言することができる。
【０００４】
上述した問題は、大型で重く、かつ大きな応力を受けるシャフト、特に、回転するだけでなく、同時に振動するシャフトの場合に強調される。
【０００５】
上述した問題を回避するため、これまで、いわゆる浮上型シャフトシール用組立体が用いられており、この組立体においては、シール用パケット適合部材を機械シャフト上で浮上させて収容する。これら浮上型シール用組立体と結合させて解決すべき問題は、シャフトの振り子運動および揺動を許容する自由度を保証する。これまでは、通常、機械シャフトの半径方向の曲げおよび振り子運動を許容する、弾性支持要素が用いられてきた。しかしながら、実験により、こうした弾性支持要素の寿命は、特に大きな熱応力下では非常に限定されることが示された。さらに、弾性支持要素は比較的小さな捩り力のみに晒され得るものであり、比較的高い復元力を示し、シール用パケットの寿命を減じさせることが示される。
【０００６】
ドイツ特許明細書第1,214,199号は、垂直に延在する回転シャフトを取り付けるための装置を開示している。この装置は、パッキン押さえをシャフト上で浮上させて配置し、移動可能な折り畳み式ベローズ、パッキン箱およびパッキン箱押さえと協働するハウジングに対してシャフトをシールする。
【０００７】
フランス特許明細書第2,450,393号は、ハウジング壁を貫通して延在するシャフト部材をシールするためのシール用組立体を開示している。このシール用組立体は、ハウジングとシャフトの間に浮上させて配置したパッキン箱を含む。パッキン箱の回転を防止する手段としてねじが設けられ、このねじはハウジングに固定されてパッキン箱の溝と係合する。ハウジング壁とパッキン箱との間の防水シールはベローズ型シール用部材によって保証され、この部材は浮上するパッキン箱とハウジングとの間の相対運動を許容する。
【０００８】
イギリス特許明細書第684,373号は、回転する混合・撹拌用シャフトを有する反応容器を開示している。容器の壁を貫通して延在するシャフトをシールする目的で、反応容器の壁の両側にパッキン箱の形を取るシール用部材を具える。パッキン箱のハウジングの一部分は球面を示し、この面は環状要素によって支持され、この環状要素は同様の球面を有し、反応容器の壁に溶接されている。パッキン箱を静止して固定するために、反応容器のハウジングにボルト締めした保持用キャップを設けている。保持用キャップには、その上端に配置した球形の内面が設けられ、同様の球形の表面部分を有するパッキン箱ハウジングを支持する。こうした設計は反応容器に対するシャフトの振り子運動を許容する。パッキン箱と保持用キャップとの間の空間を満たすために、保持用キャップを貫通して延在する複数の管が設けられている。
【０００９】
最後に、国際特許出願公開WO 94 21944号は、パッキン箱を設けた自己調整型シャフト軸受を開示している。このシャフト軸受は、その軸受チャンバーの内面を規定する軸受ハウジングを具える。軸受ハウジングは、実質的に管状をなすベース部材および、このベース部材にボルト締めされた閉鎖部材を具える。軸受チャンバーはベース部材の最外端と閉鎖部材の内部との間に配置されている。さらに、このシャフト軸受は管状の内側要素を具え、この内側要素を貫通してシャフトが延在する。この内側要素には半径方向に延在する二つのフランジ部材が設けられ、これらフランジ部材は軸受チャンバーに対応して配置された軸受要素によって支持される。このシャフト軸受は回転および振動の両方の運動を行うシャフトに適している。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上記の従来技術に留意すると、本発明の目的は、機械ハウジング内で回転または振動、あるいは回転すると共に振動する機械シャフトをシールするためのパッキン組立体であって、機械シャフト上で浮上させて配置するように適合させたパッキン適合部材を支持するためのボールジョイント組立体を有し、設計が単純かつ低コストで製造可能であり、それにもかかわらず寿命が非常に長く、しかも機械シャフトを信頼性高く長時間安定してシールすることが保証されるパッキン組立体を提案することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この目的および他の目的に適合させるため、本発明は、ハウジング手段内で回転または振動、あるいは回転すると共に振動する、中心長手方向軸線を有するシャフト手段をシールするためのパッキン組立体であって、前記シャフト手段上で浮上した状態で配置されるように適合させたパッキン適合手段と、中央長手方向軸線を有する中央孔を設けたボール手段および、前記ボール手段を回転可能に収容するソケット手段を含み、前記ハウジング手段に対する回転または軸線方向の運動を防ぐために前記パッキン適合手段を支持するように適合させたボールジョイント組立体手段と、前記ボール手段内に設けた前記中央孔へ貫入する案内部分を有し、前記ボール手段を前記中央孔の前記中央長手方向軸線に沿った並進運動を案内するのに適合させた、前記ハウジング手段に対して機械的に固定された案内要素手段とを具え、前記中央孔の前記中央長手方向軸線が、前記シャフト手段の前記中央長手方向軸線に対して直角に延在すると共に、前記シャフト手段が振り子運動する際に前記ハウジング手段に対して固定した状態を維持することを特徴とするパッキン組立体を提供する。
【００１２】
ボールジョイント組立体はボール部材を含み、このボール部材には中央孔および、ボール部材を回転可能に収容するソケット部材が設けられている。本パッキン組立体は案内要素を更に具え、この案内要素はボール部材に設けた中央孔へ貫入する案内部を有し、ボール部材の、その中央孔の中央長手方向軸線に沿った並進運動方向への案内に適合されている。それによって、ボール部材の中央孔の中央長手方向軸線は、実質的に機械シャフトの中央長手方向軸線と直角に延在することとなる。
【００１３】
提案されるパッキン組立体は、パッキン組立体と機械シャフトとの間の直進方向の相対運動ならびにパッキン組立体と機械シャフトとの間の相対的な振り子運動の両方が最も遠く延在することを避ける。さらに、ここで開示するボールジョイント組立体は実質的にメンテナンスフリーである。シャフトおよび、そこで浮上するように収容されるシール用パケット適合部材の振り子運動は、それぞれボールジョイント組立体によって吸収され、横方向の運動に変換される。ボールジョイント組立体は更に、設計が単純で低コストで製造可能かつ長寿命である。加えて、このボールジョイント組立体は比較的低い復元力を示す。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下において、本発明に係る装置の一実施形態を、添付図面を参照して更に説明する。
【００１５】
以下、本発明に係るパッキン組立体の実施形態の設計および動作原理を、図1を参照して説明する。
【００１６】
符号1で示されるパッキン組立体は、通常、機械ハウジング2と、この機械ハウジング2に回転または振動、あるいは回転すると共に振動するように取り付けられた機械シャフト3との間に配置される。パッキン組立体1にはパッキン適合ユニット6が設けられ、このユニットは収容箱またはパッキン押さえの原理によって設計および操作されるものである。パッキン適合ユニット6はシール用パケット9の収容および固定に適合されている。パッキン適合ユニット6は機械シャフト3を取り囲む中空円筒スリーブ部材7を具える。スリーブ部材7の一端部には半径方向内側へ突出する止めカラー8が設けられ、またスリーブ部材7の他端部には内ねじ（図示せず）が設けられている。シール用パケット9を固定するため、スリーブ部材7との螺合に適合させた外ねじ（図示せず）を有するクランプ用ライナー10が設けられている。クランプ用ライナー10の前面11とスリーブ部材7の止めカラー8との間に、４個のシール用パケット9および１個の環状要素12、ならびに別のシール用パケットまたは軸受リング部材18が設けられている。クランプ用ライナー10には、破線19に沿って配置した多数の孔（図示せず）が設けられ、これらの孔は、ねじ切りしたボルト（図示せず）の収容に適合されている。これらのボルトは、前記シール用パケット9を固定かつ圧縮するために、前記クランプ用ライナー10の反対側の、スリーブ部材7の端部領域内へねじ止めされる。
【００１７】
パッキン組立体を支持し、それによって、そのいかなる回転運動をも防ぐために、ボールジョイント組立体5が設けられている。ボールジョイント組立体5は、中央に孔21を設けたボール部材20を具える。ボール部材20はスリーブ部材7に固定されたボールソケット23内で支持される。ボール部材20は、孔21の中心軸線が機械シャフト3の中心長手方向軸線と直角に延在するように配置される。ボール部材20の中央孔21の軸線に沿った直進運動方向への案内のために、ボール部材20の中央孔21へと貫入する案内要素25が設けられている。案内要素25は、通常、円筒形の前部26を有するねじ部材として設計される。案内要素25は支持部材30と螺合し、それによって案内要素25の円筒形の前部26は支持部材30から起立する。支持部材30は環状をなし、機械ハウジング2に固定される。
【００１８】
ボールジョイント組立体5は、図示のように、シャフト3の中心軸線および回転軸線に直角な方向の、シャフト3の傾斜運動ならびに直進運動に追従することが可能である。機械シャフト3の振り子運動に、ボール部材20のボールソケット23に対する回転が追従する間、機械シャフト3の半径方向の曲げ変形、特に正確な位置からの抜け、あるいは動的な不釣り合いによって始まる機械シャフト3の曲げ変形は、ボール部材20と、ボール部材20の孔21の中心長手方向軸線に沿った案内要素25と、案内要素25の中心長手方向軸線それぞれの間の相対的な直進運動を生じさせる。
【００１９】
こうしたボールジョイント組立体5は、基本的にパッキン組立体1を、その回転を防ぐように支持するための剛体要素を構成し、それによってパッキン組立体1は機械シャフト3上で浮くことが可能である。その結果、パッキン組立体1の摩耗と、特にシール用パケット9の摩耗がかなり減少する。なぜならば、シール用パケット9と機械シャフト3との間には回転運動および、特に軸線方向への運動のみが生じるからである。ボール部材20の中心孔21内を通る案内要素25の、円筒形の前部26の摺動摩擦はゼロに近くなり、それによってシール用パケット9に作用する不所望の変形力は事実上除去される。ボールジョイント組立体5自体は、従来公知の可撓性支持組立体とは対照的に、本質的にメンテナンスフリーかつ摩耗が無い。
【００２０】
例えば、ボールジョイント組立体5を直接または間接的に機械ハウジング2側へ固定し、案内要素25をパッキン組立体1側へ固定すれば、ボールジョイント組立体5と案内要素25との間で動力学的に反対にした配置もまた可能であることに注意されたい。
【００２１】
加工チャンバー35に対して、スリーブ部材7を支持部材30との間に配置した環状の隙間31のシールを可能とするためにダイヤフラム32が設けられており、その前面は支持部材30およびスリーブ部材7に固定される。加えて、あるいはこれに代えて、環状の隙間31をシール用発泡材で充填することも可能である。
【００２２】
環状要素12には、その内側にはシャフト3に面する第一の窪み13が、外側には機械ハウジング2に面する第二の窪み14が設けられている。さらに、環状要素12には、二つの窪み13，14を相互に接続する少なくとも一つの孔15が設けられている。環状要素12の窪み13，14は、機械ハウジング2を半径方向に貫通して延在する管部材16と連通している。この管部材16によって、窪み13，14を液状またはガス状の媒体が流通することができる。それゆえ、例えば大気中の酸素がシール用パケット9を通して加工チャンバー35内へ侵入可能となることが排除される。
【００２３】
軸受リング18は環状要素12とクランプ用ライナー10との間に挿入されて平面軸受として作用し、パッキン組立体1がシャフト3上で浮くことを補助する。軸受リング18は、良好な自己潤滑特性を有するプラスチック材料で製造することが望ましい。軸受リング18の代わりに、あるいは軸受リング18に加えて、窪み13，14へ流入させるのに使用する媒体が外部へ漏出するのを防ぐために、一つまたはそれ以上のシール用パケットを挿入することも可能である。
【００２４】
パッキン適合ユニット6およびシール用パケット9それぞれの領域におけるシャフト3の耐摩耗性を向上させるために、シャフト3にはジャケット部材34が設けられ、ジャケット部材34は中空円筒形状を有し、その表面は特殊な要求に適合したものとなっている。
【００２５】
図２はボールジョイント組立体5を断面図で示すものであり、ボール部材20には中央の孔21、ボールソケット23ならびに中央の孔21内へと貫入する案内要素25が設けられていることが明瞭に示されている。
【００２６】
ここで前述した、本発明に係るパッキン組立体は、多数の大きな利点を提示するものである。
・ボールジョイント組立体は、シャフトの半径方向の曲げおよび振り子運動に追従することができる。
・ボールジョイント組立体は耐熱性を有する。
・ボールジョイント組立体は比較的低い復元力を示す。
・ボールジョイント組立体は高い捩り力に耐えることが可能である。
・ボールジョイント組立体は長寿命であり、また本質的にメンテナンスフリーである。
・ボールジョイント組立体は設計が単純であり、低コストで製造可能である。
・ボールジョイント組立体は水平、垂直、あるいは三次元の空間的な任意の角度で延在するシャフトに使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  ボールジョイント組立体を含むパッキング組立体の長手方向断面図である。
【図２】  ボールジョイント組立体の断面図である。
【符号の説明】
1  パッキン組立体
2  機械ハウジング
3  機械シャフト
5  ボールジョイント組立体
6  パッキン適合ユニット
7  スリーブ部材
8  止めカラー
9  シール用パケット
10  クランプ用ライナー
11  クランプ用ライナーの前面
12  環状要素
13  環状要素の第一の窪み
14  環状要素の第二の窪み
15  環状要素の孔
16  管部材
18  軸受リング部材
20  ボール部材
21  ボール部材の中央孔
23  ボールソケット
25  案内要素
26  案内要素の前部
30  支持部材
31  環状の隙間
32  ダイヤフラム
34  ジャケット部材
35   加工チャンバー
【図１】
0003721108.tif 000002
【図２】
0003721108.tif 000003