(57)【要約】シャフト（１６）を密封するためのアセンブリであって、このシャフトは、アルミニウム又はアルミ合金からなる液体溶解物（１０）で満たされた容器（１２）に配置され、容器（１２）の壁（１８）内の開口部（２０）を通り抜け、シャフト軸（ｘ）の周りを回転し及び／又はシャフト軸（ｘ）の方向に前後に動き、少なくとも１つの環状の密封要素（４４）がシャフト（１６）を取り囲む。この少なくとも１つの密封要素（４４）は、カーボン、セラミック材料又は金属材料からなり、容器（１２）の外側に配置され、シャフト（１６）には、カーボン、セラミック材料又は金属材料からなるコーティング（６０）が、少なくとも１つの密封要素（４４）の包囲領域に設けられ、シャフト（１６）上のコーティング（６０）の摩耗抵抗が、少なくとも１つの密封要素（４４）の摩耗抵抗と同じか又はより大きい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウム又はアルミ合金からなる液体溶解物（１０）で満たされた容器（１２）に配置され、前記容器（１２）の壁（１８）内の開口部（２０）を通り抜け、シャフト軸（ｘ）の周りを回転し及び／又は前記シャフト軸（ｘ）の方向に前後に動くシャフト（１６）を密封するためのアセンブリであって、前記シャフト（１６）を取り囲む少なくとも１つの環状の密封要素（４４）を有するアセンブリにおいて、
前記少なくとも１つの密封要素（４４）が、カーボン、セラミック又は金属材料からなり、前記容器（１２）の外側に配置され、及び
前記シャフト（１６）には、カーボン、セラミック又は金属材料からなる被覆（６０，６２）が、前記少なくとも１つの密封要素（４４）の包囲領域に設けられ、前記シャフト（１６）上の被覆（６０，６２）の摩耗抵抗が、前記少なくとも１つの密封要素（４４）の摩耗抵抗と同じか又はより大きいことを特徴とするアセンブリ。
【請求項２】
前記被覆が、前記シャフト（１６）上に塗布されるコーティング（６０）であることを特徴とする、請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項３】
前記被覆が、前記シャフト（１６）上に固定される中空円筒形部分（６２）であることを特徴とする、請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項４】
前記少なくとも１つの密封要素（４４）が、前記シャフト（１６）に対し固定される密封ハウジング（２６）内に配置されることを特徴とする、請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項５】
前記少なくとも１つの密封要素（４４）が、約５５０℃から６５０℃の運転温度で、前記シャフト（１６）上の被覆（６０，６２）と中間嵌め又は僅かに締まり嵌めを有することを特徴とする、請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項６】
前記少なくとも１つの密封要素（４４）が、グラファイト、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）、酸化ジルコニウム、チタン酸アルミニウム、窒化ホウ素、タングステン又はこれらの材料の少なくとも２つの混合物からなることを特徴とする、請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項７】
前記シャフト（１６）上の被覆（６０，６２）が、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）、酸化ジルコニウム、チタン酸アルミニウム、窒化ケイ素、窒化ホウ素、タングステン又はこれらの材料の少なくとも２つの混合物からなることを特徴とする、請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項８】
前記少なくとも１つの密封要素（４４）が、閉鎖リング（５０）又はスリーブとして、スリット付リング（５２）として、又はセグメンテッドリング、特に、２つのハーフシェル（５４）から構成されるリングとして形成されることを特徴とする、請求項１〜７のいずれかに記載のアセンブリ。
【請求項９】
前記シャフト（１６）が鋼鉄材料からなり、前記シャフト（１６）上の前記被覆（６０，６２）の熱膨張係数が前記シャフト（１６）の鋼鉄材料の熱膨張係数より小さいことを特徴とする、請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項１０】
前記密封ハウジング（２６）内に、前記少なくとも１つの密封要素（４４）と前記シャフト（１６）上の前記被覆（６０，６２）との間に形成される密封隙間内に不活性ガスを供給するための、少なくとも１つのガス供給ライン（２９）が配置されることを特徴とする、請求項４に記載のアセンブリ。
【請求項１１】
環状密封要素（４５）が外側円周溝（４６）と内側円周溝（４８）とを有し、これらの溝（４６，４８）が半径方向に配置された路（４７）によって互いに接続されることを特徴とする、請求項１０に記載のアセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シャフトを密封するためのアセンブリに関し、前記シャフトは、アルミニウム又はアルミ合金からなる液体溶解物で満たされた容器内に配置され、この容器の壁にある開口部を通って延び、シャフト軸の周りに回転し及び／又はシャフト軸の方向において前後に動き、前記アセンブリは、前記シャフトを取り囲む少なくとも1つの環状の密封要素を有する。
【背景技術】
【０００２】
液体の金属溶解物が入った容器を密封するために、シャフトが容器の壁を通り抜ける場合、耐火材料からなるパッキングコードにより液体金属が漏れるのを防ぐことは公知である。このタイプの密封は、連続運転において高い負荷がかかる可動部分には適しない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の目的は、アルミニウム又はアルミ合金からなる液体溶解物と接触し、シャフト軸の周りに回転する及び／又はシャフト軸の方向に前後に動くシャフトを密封することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
この目的は、本発明により達成され、少なくとも１つの密封要素が、カーボン、セラミック又は金属材料からなり、容器の外側に配置され、シャフトには、前記少なくとも１つの密封要素の包囲領域に、カーボン、セラミック又は金属材料からなる被覆が設けられ、前記シャフトの被覆の摩耗抵抗が、前記少なくとも１つの密封要素の摩耗抵抗と同じか又はより大きいことを特徴とする、上述のタイプのアセンブリによって達成される。
【０００５】
前記被覆は、シャフト上に塗布されたコーティングであってもよい。しかしながら、好ましい被覆は、シャフト上に固定される中空円筒形部分により形成される。
【０００６】
密封要素は、シャフトに対して固定されている密封ハウジングに配置されると有利である。
【０００７】
約５５０℃から６５０℃の運転温度において、ハウジング内の密封要素は、シャフト上に塗布されるコーティング、又はシャフト上に固定される中空円筒形部分と、中間はめ又は僅かに締まり嵌めを有することが好ましい。
【０００８】
密封要素は、好ましくは、グラファイト、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）、酸化ジルコニウム、チタン酸アルミニウム、窒化ホウ素、タングステン、又はこれらの材料の少なくとも２つの混合物からなる。
【０００９】
シャフトに塗布されるコーティング、又はシャフト上に固定される中空円筒形部分は、好ましくは、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）、酸化ジルコニウム、チタン酸アルミニウム、窒化ケイ素、窒化ホウ素、タングステン、又はこれらの材料の少なくとも２つの混合物からなる。
【００１０】
密封要素は、閉鎖リング又はスリーブとして、スリット付リングとして、又はセグメンテッドリング、特に、２つのハーフシェルから成るリングとして形成される。
【００１１】
シャフトは、好ましくは、鋼鉄材料からなり、シャフト上に塗布されるコーティング、又はシャフト上に固定される中空円筒形部分は、好ましくは、シャフトの鋼鉄材料より熱膨張係数が小さい。
【００１２】
好ましいアセンブリにおいて、少なくとも１つのガス供給ラインが密封ハウジング内に配置され、密封要素と、シャフト上に塗布されたコーティング又はシャフト上に固定される中空円筒形部分との間に形成される密封隙間に不活性ガスを供給する。
【００１３】
特に好ましいアセンブリでは、環状の密封要素が外側の円周溝と内側の円周溝とを有し、これらの溝が半径方向に配置された路により互いに接続される。
【００１４】
本発明のさらなる利点、特徴及び詳細は、以下の好ましい例示の実施形態の記載から、及び図に基づき明らかとなるが、これらは説明のためだけのものであって、本発明を限定するものと解釈されるべきではない。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、容器の壁を突き抜けるシャフトを密封するための密封要素を有する、アセンブリの第1の実施形態の長手方向断面図である。
【図２】図２は、密封要素の第1の実施形態の軸方向の上面図である。
【図３】図３は、密封要素の第２の実施形態の軸方向の上面図である。
【図４】図４は、密封要素の第３の実施形態の軸方向の上面図である。
【図５】図５は、容器の壁を突き抜けるシャフトを密封するための密封要素を有するアセンブリの第２の実施形態の長手方向断面図である。
【図６】図６は、前記密封要素の領域での、図５のシャフトの横断面図である。
【図７】図７は、容器の壁を突き抜けるシャフトを密封するための密封要素を有するアセンブリの第３の実施形態の長手方向断面図である。
【図８】図８は、容器の壁を突き抜けるシャフトを密封するための密封要素を有するアセンブリの第４の実施形態の長手方向断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１に示す密封アセンブリの第１の実施形態は、アルミニウム又はアルミ合金からなる液体溶解物１０で満たされた、円筒形内壁１４を有する容器１２と、内壁１４に同軸に容器１２内に配置され、シャフト軸ｘを有するシャフト１６の部分領域を示す。このシャフト１６は、シャフト軸ｘに対し直角に配置される容器１２の端壁１８の開口部２０を通って外側へと延び、端壁１８には、開口部２０の縁とシャフト１６の側面２２の間に、シャフト１６の回転性と軸方向の移動性が損なわれないよう、シャフト１６のための半径方向の遊びとして、環状の隙間２４が残っている。
【００１７】
容器１２の外側には、シャフト１６を囲み、且つ、シャフト軸ｘに同心の円筒形内側側面３０を有するハウジング部分２８を備えた密封ハウジング２６が、第1の取り付けフランジ３２により、容器１２の端壁１８にフランジを介して固定される。
【００１８】
密封ハウジング２６は、端壁１８とは反対側の端部に、シャフト１６の回転及び軸方向の前後運動のための駆動装置（図には示さず）を取り付けるための接続フランジ３６に、第２の取り付けフランジ３４により接続される。接続フランジ３６の円筒形パイプショルダ３８は、シャフト１６のための半径方向の遊びを維持するために、環状の隙間４０を残した状態でシャフト１６を取り囲む。パイプショルダ３８の円筒形外側側面４２は、ハウジング部分２８内へと延び、ハウジング部分２８の円筒形内側側面３０にスライド可能に当接する。
【００１９】
密封ハウジング２６のハウジング部分２８は、環状の密封要素４４を取り囲み、この密封要素がシャフト１６を取り囲む。この例では、４つの密封要素４４が、互いに当接して、シャフト１６上に一列に配置される。４つの密封要素４４の最初の部分は、端面１８に当接する。反対側では、パイプショルダ３８が、調節可能なバネ力により、端面で４つの密封要素４４の最後の部分に、力結合的に（ｋｒａｆｔｓｃｈｌｕｅｓｓｉｇ）当接する。
【００２０】
密封要素は、閉鎖リング５０又はスリーブ（図２）として、スリット付リング５２（図３）として、又はセグメンテッドリング（図４）、例えば２つのハーフシェル（５４）で構成されるリングとして形成することができる。密封要素４４の数は、任意に選ぶことができ、通常、大体３から１０である。
【００２１】
密封要素４４は、ハウジング部分２８の内側で軸方向長さＬ１にわたって延びる。密封要素４４に当接するシャフト１６の側面２２の領域には、軸方向長さＬ２にわたってコーティング６０が設けられ、この長さ（Ｌ２）は、長さＬ１に、運転中前後に動くシャフト１６の軸方向の変位成分をプラスした長さにほぼ合致する。
【００２２】
密封領域にあるシャフト１２のコーティング６０の材料は、コーティング６０の摩耗抵抗が、密封要素４４の摩耗抵抗と同じか、又はそれより大きくなるように選択される。密封領域内のシャフト１６に適したコーティングは、カーボン、セラミック又は金属コーティングである。コーティング材料の例としては、例えば、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）、酸化ジルコニウム、チタン酸アルミニウム、窒化ホウ素、窒化ケイ素及びタングステンが挙げられる。
【００２３】
密封要素４４に適した材料は、グラファイトの形でのカーボン、セラミック材料又は金属であり、その際、密封要素４４の摩耗抵抗が、密封領域内のシャフト１６のコーティング６０の摩耗抵抗と同じか又はより小さくなるように注意しなければならない。
【００２４】
さらに、コーティングの熱膨張係数が、シャフト１６の鋼鉄材料の熱膨張係数と同程度であるように注意しなければならない。こうして、運転温度まで熱する際、コーティングがはげ落ちないようにすることができる。
【００２５】
シャフト１６上のコーティング６０の形状が滑らかであると特に好ましい。さらに、コーティング６０及び密封要素４４は、アルミニウム又はアルミ合金からなる液体溶解物により濡らされない又はわずかしか濡らされないことが好ましく、シャフト１６のコーティング６０用の材料、及び、密封要素４４用の材料の耐薬品性が、約８００℃の温度までであることが好ましい。
【００２６】
シャフト１６の鋼鉄材料及びさらなる部品に比べて、密封要素４４は熱拡張が同じか、より小さい。
【００２７】
密封要素４４の寸法は、運転温度でシャフトとの中間嵌め又はわずかに締まり嵌めが起こるように選択される。
【００２８】
図１の密封アセンブリとは異なり、図５のアセンブリでは、中空円筒形部分６２が、シャフト１６のコーティング１６の代わりにシャフト１６上に配置される。中空円筒形部分６２の内側側面上には、シャフト軸ｘの方向に、複数の平行な長手方向の溝６４が延び、シャフト１６上にはシャフト軸方向ｘの方向に、複数の平行な長手方向の歯６６が配置される（図５）。中空円筒形部分６２とシャフト１６の間にこうして形成された多数の歯付き構造は、円周方向における形状的結合（Ｆｏｒｍｓｃｈｌｕｓｓ）を生み出し、その結果、中空円筒形部分６２は、ねじれることなくシャフト１６上にのる。図の例では、中空円筒形部分６２の両側でシャフト１６上にねじ留めされる溝ナット６８が、シャフト１６上に中空円筒形部分６２を軸方向に動かないよう固定するために用いられる。円周方向における形状的嵌めはまた、他の公知の要素、例えばフェザー・キーによっても得ることができる。
【００２９】
密封領域にあるシャフト１６の中空円筒形部分６２に適する材料は、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）及びセラミック材料であり、特に、窒化ホウ素（ＢＮ）及び窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）である。コーティング６０の場合と同様、この場合も、中空円筒形部分６２の摩耗抵抗は、密封要素４４の摩耗抵抗と同じか又はそれより大きいことに注意する。特に適切な密封アセンブリは、窒化ホウ素（ＢＮ）より大きい摩耗抵抗を有する窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）からなる中空円筒形部分６２と、窒化ホウ素（ＢＮ）及びグラファイト（Ｃ）をＢＮ−Ｃ−Ｃ−ＢＮ、ＢＮ−Ｃ−ＢＮ−Ｃ、又はＢＮ−ＢＮ−Ｃ−Ｃと配置してなるリング５０の形をした４つの密封要素４４から構成され、金属溶解物と直接接触する最初のリングは、各場合、ＢＮからなる。
【００３０】
図７に示す密封アセンブリは、図５の密封アセンブリとは異なり、中空円筒形部分６２の側面６３と密封要素４４の内側側面３１との間に形成される密封隙間に不活性ガスを供給するために、ハウジング部分２６に１以上のガス供給ライン２９が配置されている。
【００３１】
図８に示す密封アセンブリは、４つの密封要素４４の代わりに密封要素４５が１つだけ存在する図７の密封アセンブリに対応する。この密封要素４５は、外側円周溝４６と内側円周溝４８とを有する。この２つの溝４６，４８は、ガス供給ライン２９を介して供給された不活性ガスが、密封要素４５を通って半径方向に流れ、中空円筒形部分６２の側面６３と密封要素４５の内側側面３１の間に形成される密封隙間に達することができるように、半径方向の路４７によって接続される。
【００３２】
どちらの密封アセンブリにおいても、ガス供給ライン２９を流れるガスは、図中の矢印Ａで示されるガス圧が、中空円筒部分６２の側面６３と密封要素４４又は密封要素４５の内側側面３１との間に形成される密封隙間に、不活性ガスによって生み出され、この圧力が、密封隙間内に液体金属溶解物１０が浸透するのを妨げるように調整される。適当な不活性ガスとは、例えば窒素（Ｎ２）又はアルゴン（Ａｒ）である。
【００３３】
上述の密封アセンブリは、例えば、ダイカスト部分を製造するための、ＷＯ２０１１／１１６８３８Ａ１から公知の方法で用いられるような、部分的に固体のアルミ合金を製造するための混合及び混錬機を操作するのに適している。このような混合及び混錬機は、ハウジングの形をした容器を有し、この中に、長手方向軸周りに回転し、並進的に長手方向軸に前後して動くウォームシャフトが配置される。このウォームシャフトに同心に配置される駆動シャフトは、端面で容器から外へとガイドされ、ウォームシャフトの回転運動を実施するための駆動ユニット、並びに、シャフト軸でのウォームシャフトの並進運動を同時に実施するためにウォームシャフトと協働する装置に、動作可能に接続される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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