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2022-547266冷却機能付き密封装置

書誌要約請求の範囲詳細な説明課題実施例実施するための形態図面の説明

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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2022-11-11

(54)【発明の名称】冷却機能付き密封装置

(51)【国際特許分類】

F16J 15/324 20160101AFI20221104BHJP

【ＦＩ】

F16J15/324

【審査請求】未請求

【予備審査請求】有

(21)【出願番号】P 2022511349

(86)(22)【出願日】2020-08-25

(85)【翻訳文提出日】2022-02-21

(86)【国際出願番号】 EP2020073718

(87)【国際公開番号】W WO2021043630

(87)【国際公開日】2021-03-11

(31)【優先権主張番号】102019123608.8

(32)【優先日】2019-09-04

(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】520400139

【氏名又は名称】クラウスマッファイエクストュルージョンゲゼルシャフトミットベシュレンクテルハフツング

【氏名又は名称原語表記】ＫｒａｕｓｓＭａｆｆｅｉＥｘｔｒｕｓｉｏｎＧｍｂＨ

【住所又は居所原語表記】ＡｎｄｅｒＢｒｅｉｔｅｎＷｉｅｓｅ３－５３０６２５ＨａｎｎｏｖｅｒＧｅｒｍａｎｙ

(74)【代理人】

【識別番号】110003177

【氏名又は名称】弁理士法人旺知国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】ティーベン，ミヒャエル

【テーマコード（参考）】

3J043

【Ｆターム（参考）】

3J043AA16

3J043CB13

3J043DA01

(57)【要約】

本発明は、ハウジング（２００）と、当該ハウジングに回転可能に取り付けられたシャフト（３１０）との間の中間空間を封止するための密封装置（１００）であって、前面と、背面と、前面から背面に延び、シャフト（３１０）の供給に適した第１の開口部（１２０）とを有する板状の第１の本体（１１０）と、冷媒の流通に適した、本体（１１０）内を走る冷却ライン（１７０）と、を備える密封装置（１００）に関する。第１の本体（１１０）は、ハウジング（２００）に回転可能に取り付けられたシャフト（３１０）が第１の開口部（１２０）を介して導かれるように、ハウジング（２００）にしっかりと固定されるのに適している。第１の開口部（１２０）は、封止材（１４０）が、シャフト（３１０）と第１の本体（１１０）との間の中間空間を封止するように、封止材（１４０）を導入するのに適している。冷却ライン（１７０）は、シャフト（３１０）の回転によって発生する熱が冷媒によって空間的に均質に放散可能なように、冷媒用の冷却ライン入口（１７２）と冷却ライン出口（１７４）との間で第１の開口部（１２０）の周りに設けられる。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ハウジング（２００）と、当該ハウジングに回転可能に取り付けられたシャフト（３１０）との間の中間空間を封止するための密封装置（１００）であって、
前面と、背面と、前記前面から前記背面に延び、前記シャフト（３１０）の供給に適した第１の開口部（１２０）とを有する板状の第１の本体（１１０）と、
冷媒の流通に適した、前記本体（１１０）内を走る冷却ライン（１７０）と、
を備え、
前記第１の本体（１１０）は、前記ハウジング（２００）に回転可能に取り付けられた前記シャフト（３１０）が前記第１の開口部（１２０）を介して導かれるように、前記ハウジング（２００）に緊密に固定されるのに適しており、
前記第１の開口部（１２０）は、封止材（１４０）が、前記シャフト（３１０）と前記第１の本体（１１０）との間の中間空間を封止するように、封止材（１４０）を導入するように構成されており、
前記冷却ライン（１７０）は、前記シャフト（３１０）の回転によって発生する熱が前記冷媒によって空間的に均質に放散可能なように、冷媒用の冷却ライン入口（１７２）と冷却ライン出口（１７４）との間で前記第１の開口部（１２０）の周りに連続的に設けられる、
密封装置。

【請求項2】

前記第１の本体（１１０）は、特に、付加製造方式で、一体的に形成される、
請求項１に記載の密封装置（１００）。

【請求項3】

前記冷却ライン（１７０）は、六角形の断面を有する、
先行する請求項のうちいずれか一項に記載の密封装置（１００）。

【請求項4】

前記冷却ライン（１７０）は、前記第１の本体（１１０）の内部で複数の部分ラインに分岐する、
先行する請求項のうちいずれか一項に記載の密封装置（１００）。

【請求項5】

前記封止材（１４０）はスタッフィングボックスとして構成されている、
先行する請求項のうちいずれか一項に記載の密封装置（１００）。

【請求項6】

前記本体（１１０）内を走り、液体または気体の封止媒体の流通に適した封止ライン（１３０）をさらに備え、
前記封止ライン（１３０）は、少なくとも１つの迂回路（１３４）および／または少なくとも１つの分岐（１３６）を介して入口（１３２）に接続され、前記第１の開口部（１２０）に向けて半径方向に対称につながる複数の出口（１３８）を有しており、
記第１の開口部（１２０）に導入される前記封止材（１４０）は、前記封止ライン（１３０）の前記複数の出口（１３８）を塞ぐことなく、前記シャフト（３１０）と前記第１の本体（１１０）との間の中間空間を封止する、
先行する請求項のうちいずれか一項に記載の密封装置（１００）。

【請求項7】

前記第１の本体（１１０）は、さらなるシャフト（３２０）の供給に適したさらなる開口部（１６０）を備える、
先行する請求項のうちいずれか一項に記載の密封装置（１００）。

【請求項8】

前記第１の本体（１１０）と同様に構成される、さらなる本体（５１０）であって、前記第１の本体（１１０）の前記第１の開口部（１２０）が前記さらなる本体（５１０）のさらなる開口部（５６０）と重なり、前記シャフト（３１０）の供給を可能にし、および、前記第１の本体（１１０）のさらなる開口部（１６０）が前記さらなる本体（５１０）の第１の開口部（５２０）と重なり、前記さらなるシャフト（３２０）の供給を可能とするように、前記第１の本体（１１０）に緊密に固定されるのに適したさらなる本体（５１０）をさらに備え、
前記第１の本体（１１０）の冷却ライン（１７０）は、前記さらなる本体（５１０）の冷却ライン（５７０）に接続されており、両方の冷却ライン（１７０、５７０）が共有の入口を介して供給を受けるようになっている、
請求項７に記載の密封装置（１００）。

【請求項9】

シャフト（３１０）によってハウジング（２００）内に回転可能に取り付けられた押出スクリューと、
前記ハウジング（２００）と前記シャフト（３１０）との間の中間空間を封止するための、先行する請求項のいずれか一項に記載の密封装置（１００）と、
を備える押出成形機。

【請求項10】

第１のシャフト（３１０）および第２のシャフト（３２０）によってハウジング（２００）内に回転可能に取り付けられた２つの押出スクリューと、
前記ハウジング（２００）と前記第１のシャフト（３１０）および前記第２のシャフト（３２０）との間の中間空間を封止するための請求項７または８に記載の密封装置（１００）と、
を備える多軸押出成形機。

【請求項11】

請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の密封装置を製造する方法であって、
前記第１の本体を、付加製造方式、特に、３Ｄプリンティングによって製造するステップを備える、
製造方法。

【請求項12】

付加製造用の装置で実行されると、当該装置に上記方法を実行させるコンピュータプログラム製品。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、回転可能に取り付けられたシャフトを密封し、摩擦によって発生する熱を放散するための密封装置に関する。さらに、本発明は、そのような密封装置を製造するための方法に関する。

【背景技術】

【0002】

様々な機械において、回転運動の伝達にはシャフトが使用される。特に、混合装置の回転にドライブシャフトを使用することが知られている。このため、ドライブシャフトは、ギアおよび／またはモーターからハウジングへと導かれ、ハウジング内で混合装置に接続されて、混合装置を動作させる。このような機械の例として、押出システムがあり、ここでは、ハウジング内で回転する押出機のスクリューが、押出材を完全に加工または混合する。このような押出スクリューは、押出システムのハウジングから外に突き出すドライブシャフトに接続される。

【0003】

このような混合装置では、混合処理（例えば、摩耗）や、混合に使用される材料（例えば、チョーク、タルカム、カラーパウダーなどの粉末状の材料や混合添加剤）によって、大量の粉塵が発生し得る。混合装置のハウジングとハウジングから突き出たシャフトとの間の中間空間が封止されていないと、操作中に大量の汚染が発生する。さらに、漏れ出る粉塵は健康に害を及ぼす可能性があり、また、過度の粉塵の堆積により、モーター、ギア、または駆動列の損傷につながる可能性もある。

【0004】

密封に使用される装置は、少なくとも１つのハウジング要素と、その内部に配置された封止材（例えば、プレス封止、Ｏリング、ラジアルシャフトシールリング、スタッフィングボックスなど）で構成され得る。この場合、ハウジング要素に冷却ラインを追加して、シャフトと封止材またはハウジング要素との間で発生する摩擦熱を封止アセンブリから導出させることが有利である。冷却ラインは、冷却効果を最大化するために、熱が発生する摩擦点に可能な限り近いところを通るようにする。

【0005】

通常、このために、ラインはドリルにより形成されて、開口端は再びストッパーで閉じられる。この場合、１つの入口開口と１つの出口開口だけは開口しておく。しかし、そうすると、次のような問題が発生する。

【0006】

ひとつには、機械加工による製造プロセスでは、冷却ラインが幾何学的な制約を受け、ほとんどの場合、均質な、すなわち空間的に均一な放熱ができない。このため、シーリングの不均一な加熱や、封止材のオーバーヒートが発生し、シーリングの損傷につながる可能性がある。

【0007】

さらに、複数の処理工程を伴う製造プロセスは工数がかかる。また、ハウジング要素には、比較的大きな、または複数の封止領域があるため、冷媒の漏洩が発生する可能性がある。その結果、冷却材の過剰な消費やシステムの汚染が発生する可能性がある。

【0008】

設置スペースが限られている場合や，シーリングのハウジング要素へのアクセスがしづらい場合には、単純な構成の冷却ラインしかハウジング要素に導入することができないことが多い。しかし、このラインでは冷却すべきすべての領域に到達することはできない。このため、オーバーヒートによるシーリングの損傷が発生する可能性がある。

【0009】

また、機械加工処理による製造中に発生した削り屑が冷却ラインに残り、冷媒の流れを妨げることがある。これにより、冷却性能が低下し、使用している封止材の寿命が短くなることがある。

【発明の概要】

【0010】

本発明の課題は、上述した問題が発生しない、回転可能に取り付けられたシャフトのための密封装置を創出することである。特に、密封装置内で発生する摩擦熱の、空間的に均一な除去を保証する密封装置を創出することである。

【0011】

この問題は、独立請求項の主題によって解決される。有利なさらなる発展形は、従属請求項において定義されている。

【0012】

ハウジングと、ハウジング内に回転可能に取り付けられたシャフトとの間の中間空間を封止する密封装置は、前面と、背面と、および前面から背面まで延び、シャフトの供給に適した第１の開口部を有する板状の第１の本体と、本体内を走る冷却ラインであって、冷媒の流通に適した冷却ラインとを備えることができる。ここで、第１の本体は、ハウジングに回転可能に取り付けられたシャフトが第１の開口部を介して導かれるように、ハウジングにしっかりと固定されるのに適している。第１の開口部は、シャフトと第１の本体との間の中間空間を封止するように封止材を導入するのに適している。冷却ラインは、冷媒の冷却ライン入口と冷却ライン出口との間で、第１の開口部の周囲に設けられており、シャフトの回転により生じる熱が、冷媒によって空間的に均質に放散されるようになっている。

【0013】

封止材を受け入れる、シャフト用の開口部と、冷却ラインとの両方が、密封装置の同じ構造要素に配置される。板状の構造を有するため、この封止板または第１の本体は、ハウジングにしっかりと固定されるのに適しており、ハウジング内にある材料は、第１の本体の開口部を介してのみ、シャフトに沿ってハウジングから出ることが可能となる。

【0014】

同時に、開口部に封止材が配置されるため、密封装置の開口部の領域でのみ摩擦が発生する。この局所化により、摩擦箇所に沿って十分に近く、つまり開口部に十分に近く冷却ラインを配置することが可能である。冷却ラインの開口部からの距離は、０．５ｃｍ～１０ｃｍの範囲で、例えば、１ｃｍ、２ｃｍ、５ｃｍ、または、７ｃｍとすることができる。この距離は、冷却ラインのコース内で可変であってもよい。なお、この距離は一定でもよい。

【0015】

冷却ラインは、例えば、開口部の周囲を連続的に走るようにしてもよい。これにより、特に第１の本体が熱伝導率の高い材料、例えばアルミニウム、鉄、または銅などの金属で構成されている場合には、熱の最適な除去が可能となる。冷却ラインが連続的であるため、特に、熱の除去が空間的に均質となる。すなわち、開口部に挿入された封止材において摩擦によって発生した熱は、開口部の端から全方向に向けて均一に放散される。

【0016】

これにより、密封装置やそれに挿入された封止材、あるいはシャフトの不均一な加熱やオーバーヒートが抑制され、封止材の早期老化や損傷の防止が可能となる。

【0017】

第１の本体は、特に付加製造方式（additive manufacturing method）によって一体的に形成してもよい。よって、第１の本体は、例えば、プレートと、フライス加工された冷却ラインとを組み合わせ、当該冷却ラインをさらに別のプレートで覆うというような、複数の従属要素で構成されることなく、単一の要素のみで構成される。

【0018】

３Ｄプリンティングなどの付加製造の場合、第１の本体は層ごとに構築される。冷却ラインや第１の開口部などの第１の本体に設けられる空洞は、製造過程で設けられる。このため、後から機械加工をする必要がない。よって、削り屑が冷却ラインを塞ぐおそれもない。

【0019】

さらに、付加製造方式による製造では、すべての空洞、特に冷却ラインおよび開口部の形状と位置を、コースと断面の両方について自由に選択できるという利点がある。特に、冷却ラインは、円形、楕円形、角張った形状など、任意の断面に形成可能である。また、冷却ライン内で断面積を変えることもできる。同様に、所望の有利なラインレイアウトを実現することが可能であり、特に任意の数の分岐および／または支流、あるいは迂回路を形成することが可能である。これにより、ライン内の圧力損失を最適に設定することができ、冷媒の消費量の抑制、迅速かつより良好な放熱、および／または、エネルギーの節約が実現される。

【0020】

第１の本体は、封止板としての使用に十分な強度を持つ任意の材料から製造することができる。第１の本体は、金属、例えばアルミニウムから作られるのが好ましい。

【0021】

ここで、冷却ラインが六角形の断面形状を有している場合、特に有利である。これにより、付加製造方式を用いて密封装置の製造を簡略化することができる。ライン断面を例えば正六角形また長六角形などの六角形とすることで、第１の本体の層構造において、隣り合う層の重量に対して過度に不安定となる張り出しが発生しないようにして、冷却ラインのダクトの崩壊を防止する。

【0022】

特にここでは、六角形の頂点が第１の本体の前面と背面の方向を向くライン断面を選択するのが有利である。そして、第１の本体の製造時に、まず、Ｖ字型の切り欠きを空けておき、切り欠きの各辺の長さよりも長い垂直壁が続くようにしてもよい。冷却ラインを閉じる際には、鏡面反転のＶ字型の切り欠きに対応可能な、上向きのくさび（∧）形状のクロージャでこれらを覆ってもよい。この形状は、積層されていく層の並びに対して十分に安定するからである。

【0023】

さらに、六角形状は、１８０°回転対称または鏡面反転対称でもよい。そして、第１の本体は、前面から、あるいは背面から製造してもよい。これにより、製造の自由度が高まり、その結果、製造が容易になる。

【0024】

冷却ラインは、第１の本体内で複数の部分ラインに分岐させてもよい。これにより、確実に、発生した摩擦熱の放散が向上する。

【0025】

封止材はスタッフィングボックスとして構成することができる。これは、簡単に実現可能な、回転可能シャフトのシーリングである。さらに、スタッフィングボックスを用いることで、初期段階の漏洩が発生した場合にシールの再調整が可能とする。すなわち、封止材を交換することなく、可能な限り長く使用することが可能となる。

【0026】

さらに、密封装置は、液体または気体の封止媒体を導くのに適した、本体内を走る封止ラインを有することができる。ここで、封止ラインは、少なくとも１つの迂回路および／または少なくとも１つの分岐を介して入口と接続された複数の出口を有しており、これらの出口は、半径方向に対称に第１の開口部につながる。第１の開口部に導入された封止材は、封止ラインの出口を塞ぐことなく、シャフトと第１の本体との間の中間空間を封止する。

【0027】

この場合、密封装置は、封止材と封止媒体の組み合わせによる封止に適している。これにより、密封装置の封止特性が向上する。特に、封止媒体を半径方向に対称的に導入することで、信頼性の高い封止を確実に行うために、特に、開口部に位置するシャフトが封止媒体で完全に包囲されることが保証される。

【0028】

第１の本体には、さらなるシャフトの供給に適したさらなる開口部を設けてもよい。これにより、密封装置を、複数の、特に平行なシャフトを有する装置にも利用することが可能となる。特に、このような密封装置は、多軸押出機での使用に適している。

【0029】

さらに、密封装置は、第１の本体と同様に構成される、さらなる本体を有することができる。さらなる本体は、第１の本体の第１の開口部がさらなる本体のさらなる開口部と重なってシャフトの供給を可能にし、および、第１の本体のさらなる開口部がさらなる本体の第１の開口部と重なってさらなるシャフトの供給を可能とするように、第１の本体との緊密な接続に適したさらなる本体を有することができる。第１の本体の冷却ラインは、さらなる本体の冷却ラインと接続することができ、両方の冷却ラインは、共有の入口を介して供給を受けるようになっている。

【0030】

このため、第１の本体と第３の本体とは実質的に同じ構造であり、すなわち、同じタイプの開口部とラインを有する。いずれの本体にも、封止材が挿入可能な、封止動作中に冷却が必要な第１の開口部と、さらなる開口部とを有する。いずれの本体も、動作中に発生する摩擦熱を放散させるために、第１の開口部の周囲に冷却ラインが走っている。

【0031】

いずれの開口部にもシャフトを通すことができる。ただし、封止材の入った開口部は互いに重ならず、それぞれ別のシャフトに割り当てられる。これにより、例えば二軸押出機のように、平行して走る２つのシャフトの密封を実現可能である。

【0032】

一方の本体の冷却ラインの入口を、他方の本体の冷却ラインの出口に接続することで、閉冷却回路を作ることができる。これにより、２つの回転シャフトを有するシステムを効率的に密封することができる。

【0033】

また、封止板に複数の開口部を設け、その周囲を前述のように冷却ラインで囲むことも考えられる。これにより、任意の所望の数のシャフトを有する多軸システムを効果的に密封することができる。さらに、前述したような複数の封止板を互いに固定して使用し、対応する貫通孔を追加することで、任意の所望の数のシャフトを持つシステムを密封してもよい。

【0034】

押出装置は、上述したように、シャフトによって回転可能にハウジング内に取り付けられた押出スクリューと、ハウジングとシャフトの間の中間空間を封止する密封装置とを備えることができる。したがって、このような押出装置は、スクリュー駆動方向に押出成形物および／または特に微粉状の混合添加物が漏れ出るのを効果的に封止する。同時に、密封装置が冷却されるから、使用される封止材の寿命が延びる。

【0035】

多軸押出機は、上述したように、第１のシャフトおよび第２のシャフトによってハウジングに回転可能に取り付けられた２つの押出スクリューと、複数のシャフトのための密封装置とを備えることができる。これにより、スクリュー駆動方向における押出成形物および／または特に微粉状の混合添加物の漏洩に対して、多軸押出機を効果的な方法で封止することができる。同時に、密封装置が冷却されるから、使用される封止材の寿命が延びる。

【0036】

上述したような密封装置の製造方法は、付加製造方式、特に、３Ｄプリンティングによって第１の本体を製造するステップを備えてもよい。上述したように、これにより、密封装置を、できるだけ効率的かつ合目的的に製造することができる。

【0037】

コンピュータプログラム製品は、付加製造用の装置上で実行されることにより、付加製造用の装置に上記方法を実行させることができる。

【0038】

以下、本発明を添付の図を参照して詳細に説明する。この説明が例示に過ぎないことは明らかである。本発明の主題は、特許請求の範囲を通じてのみ定義される。

【図面の簡単な説明】

【0039】

以下の図面が示される。

【図1】密封装置の概略図である。

【図2A-2B】さらなる密封装置の概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0040】

以下、本発明を、二軸押出機用の密封装置１００を参照して説明する。ただし、本発明はこの態様に限定されるものではない。特に、スクリューを１個のみまたは２を超えるスクリューを有する押出機用の密封装置への以下の説明の一般化、および、ハウジングに対して密封されるべき１または複数のシャフトを有する他の機械用の密封装置への以下の説明の一般化は、特許請求の範囲の主題の範囲にある限り、本発明に含まれるものとする。

【0041】

図１は、ハウジングと、当該ハウジングに回転可能に取り付けられたシャフトとの間の中間空間を封止するための密封装置１００の概略図である。

【0042】

密封装置１００は、板状の第１の本体１１０を有する。密封装置１００は、実質的に第１の本体１１０で構成することができる。ただし、図２Ａおよび図２Ｂを参照して例として以下に説明するように、複数の部品から構成することも可能である。

【0043】

第１の本体１１０は、カバープレートとして構成されている。すなわち、２つの方向における広がりは、第３の方向における広がりよりも大きい。第１の本体２２０は、ここでは、例えば、ねじ接続、リベット留め、溶接などによって、封止されるべきハウジングの表面に強固にかつ面一に取り付け可能に構成されている。ハウジングから漏れ出る材料がハウジングと第１の本体１１０との間の接続箇所に沿って外部に出ないように、ハウジングと第１の本体１１０との間の接触が緊密であることが保証される限り、ハウジングと接触する第１の本体１１０の表面は、任意の所望の方法で構成してもよい。同様の方法で、ハウジングとシャフトとの間の所望の密封は、第１の本体１１０とシャフトとの間でも実現される。

【0044】

ハウジングと第１の本体１１０との間の密封は、所望の方法で行うことができる。例えば、ねじ留め、リベット留めなどの手段によって互いに向き合う構成要素を単にプレス接続してもよいし、例えばゴム製の封止要素などの追加の封止材、または、例えばグリースなどの封止媒体によって接続してもよい。あるいは第１の本体１１０とハウジングとを溶接によって接続してもよい。

【0045】

図２を参照して説明するように、ハウジングと第１の本体１１０（さらなる構成要素を含む）との接続が全体として緊密である限り、ハウジングと第１の本体１１０との間にさらなる構成要素を配置してもよい。

【0046】

第１の本体１１０は、ここでは、さらに後述する形態での形成に適した、ハウジングに接続可能な、十分な強度を有する任意の材料で構成することができる。特に、第１の本体１１０は、例えば、アルミニウムや鉄などの金属で構成してもよい。ただし、第１の本体１１０は、十分に硬いプラスチックまたはセラミックから構成されてもよい。

【0047】

第１の本体１１０には、第１の本体１１０の背面と前面との間に延びる（第１の）開口部１２０が設けられている。第１の開口部１２０は、密封装置１００または第１の本体１１０がハウジングに接続されたときに、ハウジングから突出するシャフトが開口部を通ることができるように、十分な大きさを有する。例えば、開口部１２０は、１０ｃｍ～１００ｃｍ、またはそれ以上の直径を有することができ、例えば２０ｃｍ、４０ｃｍ、６０ｃｍまたは８０ｃｍである。したがって、第１の開口部１２０は、密封装置１００とハウジングとが互いに接続されているときに、シャフトの回転を可能にする。

【0048】

ハウジングと第１の本体１１０との間を強固かつ緊密に接続することにより、ハウジング内に位置する被封止材料（例えば、チョーク、タルカム、カラーパウダーなどの粉体）が漏れ出る領域が、第１の本体１１０とシャフトとの間の中間空間に移行する。したがって、密封の際には、開口部１２０のうち、シャフトが占有しない領域を密封すれば十分である。

【0049】

したがって、開口部１２０は、（第１の）封止材１４０を挿入可能なように構成されており、これにより、第１の本体１１０とシャフトとの間の領域で開口部１２０を完全に封止することができる。封止材１４０としては、第１の本体１１０と回転シャフトとの間の中間空間を封止するのに適した任意の所望の形状を採用することができる。例えば、封止材１４０は、Ｏリング、ラジアルシャフトシールリングなど、あるいはそれらの組み合わせであってもよい。好ましくは、封止材１４０はスタッフィングボックスとして構成され、これにより、漏れが生じた場合の再調整が可能となる。封止材１４０は、典型的には、ゴム、天然ゴムなどで構成される。開口部１２０は、例えば階段状に構成することができ、これにより、段差に対して封止材１４０を押し込んで広げることができ、その結果封止材１４０が回転可能シャフトに押し付けられて、密封性が向上するようになっている。

【0050】

効果的な密封のためには、封止材１４０がシャフトと第１の本体に対して密着しなければならないため、シャフト、封止材１４０、および／または第１の本体１１０の間で摩擦が生じ、それゆえに熱が発生する。同様に、第１の本体１１０の対応する構成により、シャフトと第１の本体１１０との間にも摩擦、ひいては発熱が起こり得る。この摩擦熱は、シャフトの動作時間が長くなるとかなりの熱となり、冷却しないと、封止材１４０、シャフト、および／または、密封装置１００に損傷を与える可能性がある。

【0051】

このため、第１の本体１１０は、冷却ライン入口１７２から冷却ライン出口１７４に至る冷却ライン１７０を有している。この冷却ライン１７０は、例えば、空気、水、または他の既知の冷却流体などの冷媒を通すのに適している。冷却ライン１７０は、特に、内部に封止材１４０が挿入された第１の開口部１２０を取り囲む。このため、冷却ライン１７０は、連続的な迂回路および／または複数の分岐を有しており、これにより、冷却ライン１７０は、摩擦熱が発生し得るすべての箇所の近くを常に通っている。したがって、冷却ライン１７０は、発生した摩擦熱を空間的に均質な方法で放散することができる。

【0052】

冷却ライン１７０は、図１に示すように、ここでは円状に走ることができ、数センチを除いて閉じた円を形成することができる。したがって、冷却ライン１７０は、第１の本体１１０の全周を冷却する。これにより、開口部１２０から第１の本体１１０を介して伝わる熱を、特に効果的な方法で、均一に放散することができる。

【0053】

ただし、一般的には、冷却ライン１７０のラインレイアウトは任意の所望のものでよく、これにより、発生した摩擦熱を第１の本体１１０から均一に放散することができる。例えば、冷却ライン１７０は、複数の分岐を有する星型のコースであってもよい。また、有利と考えられる場合には、第１の本体１１０に複数の冷却回路を形成することも可能である。

【0054】

図１に示すように、冷却ライン入口１７２および冷却ライン出口１７４は、それぞれ第１の本体１１０の前面または背面に位置することができる。これにより、例えば図２Ａおよび図２Ｂを参照して以下に説明するように、密封装置のさらなる構成要素に設けられた冷却ラインとのモジューラ型接続が可能になる。さらに、この配置により、冷却ライン１７０を完全に第１の本体１１０内に配置することが可能となるから、発生する摩擦熱に近接させることができ、これにより、冷却性能が向上する。なお、冷却ラインの入口１７２および出口１７４は、第１の本体１１０の側面に配置してもよい。さらに、必要に応じて、複数の冷却ライン入口１７２および／または冷却ライン出口１７４を設けてもよい。

【0055】

冷却ライン１７０の断面は、ここでは任意の所望の方法で形成することができ、例えば、円形、楕円形、または角張った形状である。また、冷却ライン１７０の断面形状や幅も、必要に応じてコース内で変えることができる。さらに後述するように、頂点が前面および背面を向く六角形の形状は、３Ｄプリンティングによって製造する第１の本体１１０の場合に特に有利である。冷却ライン１７０の直径は、典型的には、０．５ｃｍから３ｃｍの範囲にある。

【0056】

図１に示すように、第１の本体１１０は、任意の構成要素として、封止ライン１３０、または封止ライン１３０により形成されるラインシステムを有してもよい。封止ライン１３０では、封止媒体、特に例えば空気、水、またはグリースなどの気体または液体の封止媒体を開口部１２０に導入することができる。封止ライン１３０は、所望の封止媒体の導入に適した任意の所望の断面を有することができ、その形状およびその面積も変えることができる。封止ライン１３０の直径は、１ｍｍ～２０ｍｍの範囲にあってもよく、例えば、２ｍｍ、５ｍｍ、１０ｍｍまたは２０ｍｍである。

【0057】

封止ライン１３０は、１以上の入口１３２を有し、この入口を介して封止媒体を封止ライン１３０に導入することができる。図１では、３つの入口１３２が示されている。ただし、任意の所望の好都合な数を使用してもよく、特に、１つの入口１３２だけでもよいことは明らかである。入口１３２は、第１の本体１１０の前面と背面の両方に位置してもよい。したがって、封止媒体の供給は、外部から、すなわち、第１の本体１１０のうちハウジングに面していない側面を介して行うことができる。ただし、ハウジング内または中間部品内に配置されたラインを介して行うことも可能である。この場合、入口１３２は、第１の本体１１０のうち、ハウジングに面した側面に位置する。ただし、入口(複数)または入口(単数)１３２は、第１の本体１１０の側面に位置することもできる。

【0058】

封止ライン１３０は、入口１３２から迂回路１３４および分岐または支流１３６をそれぞれ介して出口１３８まで延びており、この出口を介して、開口部１２０を通るシャフトに封止媒体を導くことができる。迂回路１３４および分岐１３６は、可能な限り半径方向に対称に、封止媒体でシャフトを包囲する機能を有する。したがって、封止ライン１３０は、複数の出口１３８がシャフトの軸に対して半径方向に対称に配置されるように形成されている。したがって、図１では、４つの出口１３８は、それぞれ９０°の角度で互いにオフセットされている。
出口１３８の数は、所望の数とすることができる。好ましくは、封止媒体を均一に供給できるように、その数は１よりも大きい。ただし、出口１３８が１つだけの密封装置１００も想定され得る。

【0059】

ここで、封止ライン１３０は、冷却ライン１７０と同一平面上に位置してもよい。しかしながら、２つのラインシステムを、異なる平面に配置することもできる。すなわち、第１の本体１１０の前面または背面とは異なり、間隔を空けて配置することもできる。

【0060】

上述した、板状の第１の本体１１０における第１の開口部１２０と冷却ライン１７０との組み合わせは、（場合によっては封止ライン１３０とともに）密封装置１００の基本原理を構成する。これにより、ハウジング内で回転するシャフトの冷却密封を簡単な方法で実現することができる。以下の図には示されていないが、この組み合わせは、個々のシャフトに対して単独で使用することができる。同様に、複数のシャフトを冷却して封止するために、１個の封止板に複数のこのような組み合わせを収容することも可能である。

【0061】

あるいは、図２Ａおよび図２Ｂを参照して以下に説明するように、第１の本体１１０に応じた形状の複数の封止板を互いに重ねて（または背中合わせで）取り付け、複数のシャフトを冷却封止することもできる。

【0062】

このため、図１に示すように、さらなる開口部１６０を設けることができ、この開口部にさらなるシャフトを通してもよい。このさらなる開口部１６０も、さらなる開口部１６０を通る熱を潜在的に放散できるように、図１では冷却ライン１７０によって囲まれている。しかしながら、さらなる開口部１６０を開放したままとし、封止材１４０が設けられた第１の開口部１２０の周囲のみに冷却ライン１７０を向けることも可能である。

【0063】

図１に示すように、さらなる開口部１６０には、任意選択の封止ライン１３０の出口１３８が設けられていない。すなわち、第１の本体１１０に設けられている封止ライン１３０からさらなる開口部１６０に封止媒体を導入することはできない。

【0064】

第１の本体１１０は、図に示すように、一体的に構成してもよい。すなわち、第１の本体１１０は、異なる構成要素から形成されない。特に、第１の本体１１０は、３Ｄプリンティングなどの付加製造方式で製造することができる。この場合、冷却ライン１７０、開口部１２０、１６０、または封止ライン１３０など、第１の本体１１０内を走るすべての空洞が、はるかに柔軟でほぼあらゆる所望の形状を有することができるという利点がある。さらに、ドリルやフライスなどの機械加工の製造技術が不要となり、削り屑が冷却ライン１７０（または封止ライン１３０）を完全にまたは部分的に塞ぐことがない。好ましくは、第１の本体１１０は、例えばアルミニウムなどの金属で構成される。

【0065】

ここでは、冷却ライン１７０（または、封止ライン１３０も）を六角形断面で製造することが特に有利であり、その際、六角形の６つの角は、対向する２つの先端が第１の本体１１０の前面および背面を向くように配置される。好ましくは、ここでは、六角形は、シャフトの軸に平行な辺が、第１の本体１１０の前面および背面を指示する先端を形成する辺よりも長く形成されるように構成されている。

【0066】

このような冷却ライン１７０の構造により、過度に大きな材料のはみ出しが発生することで第１の本体の層構造における冷却ラインの通路が崩壊するのを、確実に防止できる。また、鏡像反転不変の場合に、第１の本体１１０をその背面からも前面からも印刷できることが保証される。

【0067】

また、付加製造によって製造された部品に冷却ライン１７０が配置されていれば、複数の部品から第１の本体１１０を構成することも可能である。ただし、封止ライン１３０に関しては、例えば、部品の表面にフライス加工を施し、それを別の部品で覆う等の機械加工法によっても処理を行うことができる。

【0068】

さらに、任意選択として、第１の開口部の密封性を向上させるために、開口部１２０内に（出口１３８を覆うことなく）さらなる（第２の）封止材を配置することが可能である。このようにして、特に、開口部１２０からの封止媒体の漏れが防止される。なお、異なるやり方で、例えば、シャフトが突出する第１の本体１１０上に平らに適用された封止材、または、さらなる構成要素または封止板によってその位置に保持された封止材によって、開口部１２０を封止してもよい。

【0069】

封止材１４０は、出口１３８に対して、好ましくは、密封装置１００のうちハウジングに面する側に配置してもよい。したがって、それは、ハウジングから漏れ出る材料の第１のシーリングとして機能する。

【0070】

シャフトの動作中に、シャフトが回転軸に対して垂直に変位することが常に起こり得る。これにより、封止材１４０が圧迫されて、封止材１４０とシャフトとの間、または封止材１４０と第１の本体１１０との間に小さな漏れ領域が発生する可能性がある。ハウジング内に位置する被封止材料が、この領域を通って漏れ出る場合がある。しかし、漏れ出た材料はその後、開口部１２０内の封止媒体によって捕えられる。

【0071】

さらに、出口１３８の反対側にさらなる封止材を設けることで、封止材間の中間空間に、圧力により封止媒体を導入することができる。そして、いずれかの封止材で漏れ領域が発生すると、封止材がその領域に流れ込み、これにより、被封止材料が漏れるのを防ぐことができる。

【0072】

封止ライン１３０に接続された圧力センサーは、接続された圧力損失を特定することができる。これにより、シーリングの緊密性を監視することが可能となり、密封装置１００の修理または交換を迅速に行うことができる。

【0073】

なお、密封装置１００のうち、ハウジングに面していない側の開口部１２０に封止材１４０を挿入し、例えば段差によって封止材がその場所に保持されるようにしてもよい。この場合も、封止媒体と封止材１４０との組み合わせによって、密封性を改善することができる。そして、封止媒体は、第１の本体１１０とハウジングとの間に配置された、例えば第１の本体１１０上に設けられた、さらなる封止材によって、開口部に保持される。

【0074】

したがって、図１に示す密封装置１００では、上述の課題を解決することが可能である。回転シャフトを信頼性の高い方法で封止することができる。封止板に配置された冷却ライン１７０によって、シールを冷却することができる。これにより、シールの早期の摩耗や損傷が防止される。よって、耐久性と信頼性のあるシーリングが実現される。

【0075】

図２Ａおよび図２Ｂは、さらなる構成要素を補足した図１の密封装置１００を、二軸押出装置などのハウジング２００に配置した様子を模式的に示している。ここで、図２Ｂは、線Ａに沿って、図２Ａの画像平面に対して垂直に、密封装置１００を通る断面を示している。

【0076】

図２Ａおよび図２Ｂの密封装置１００は、ハウジング２００内の押出装置の２つの押出スクリューを駆動する第１のシャフト３１０および第２のシャフト３２０の密封に適している。

【0077】

第１の開口部１２０を備えた上述の第１の本体１１０に加えて、密封装置１００は、図２の例では、２つの第２の開口部４２０を備えた第２の本体４１０と、第１の本体１１０と実質的に同様に構成された第３の本体５１０とを有する。第１の本体１１０は、ハウジング２００の方向において第３の本体５１０に接続され、反対側で第２の本体４１０に接続される。密封装置１００は、第３の本体５１０を介してハウジング２００に接続されている。図２Ａおよび図２Ｂに示すように、個々の構成要素は、ねじ接続によって互いに固定することができる。なお、例えば溶接など、他の任意の固定方法も可能である。

【0078】

第１のシャフト３１０は、前述したように、第１の本体１１０の第１の開口部１２０を介して導かれる。第１の開口部１２０は、ハウジング２００の方向に段差を有しており、この段差に第１の封止材１４０が強固に着座する。続いて、封止ライン１３０の出口１３８が配置され、これを介して封止媒体が開口部１３０に供給される。その後、第１のシャフト３１０は、第２の本体４１０に設けられた第２の開口部４２０を通り、そこからギア（不図示）に至る。第２の開口部４２０は（代替的に第１の開口部１２０が、または両方の開口部が協働して）、第２の封止材１５０を保持しており、この封止材１５０は、第１の封止材１４０とともに第１の開口部１２０の領域を画定し、そこに封止媒体を保持する。この並びにより、第１のシャフト３１０に沿ってハウジング２００から漏れ出る被封止材料を確実に封止することが可能になる。

【0079】

封止材とライン出口の同様の並びが、ハウジング２００と第３の本体５１０との相互作用により第２のシャフト３２０に提供される。第３の本体５１０は、第１の本体１１０の第１の開口部１２０に対応する第１の開口部５２０を有し、そこから第２のシャフト３２０が突出する。第３の本体５１０の第１の開口部５２０には、第１の封止材１４０に対応する第３の封止材５４０が段差に強固に配置されている。これらの封止材、および第２の封止材１５０に対応する第４の封止材５５０は、第３の本体５１０の第１の開口部５２０に開口する出口であって、第３の本体５１０に形成された封止ライン５３０の出口を取り囲む。第３の本体５１０の封止ライン５３０は、第３の本体１１０の封止ライン１３０と接続することができ、あるいは、（他の）封止媒体のための独自の入口を有することができる。ここで、第４の封止材５５０は、ハウジング２００の凹部および／または第３の本体５１０の第１の開口部５２０によって保持される。

【0080】

その後、第２のシャフト３２０は、再び密封されることなく、第１の本体１１０の第３の開口部１６０をさらに通り、第２の本体４１０のさらなる第２の開口部４２０を通る。そこから、第２のシャフトは、ギア（図示せず）まで延びる。

【0081】

第１のシャフト３１０については、第３の本体５１０の第３の開口部５６０が、第１の本体１１０の第３の開口部１６０に対応しており、その中を第１のシャフト３１０が同様に通っており、密封されていない。

【0082】

上述した第１、第２、第３および第４の封止材１４０、１５０、５４０、５５０は、すべて同じタイプのものであってもよく、例えば、Ｏリング、ラジアルシャフトシールリング、プレスシールまたはスタッフィングボックスパッキンとして形成することができる。しかし、封止材１４０、１５０、５４０、５５０は、製造技術上の理由やコスト上の理由などで必要であれば、異なる構成にすることも可能である。１つの封止材に異なる種類のシールを組み合わせることも可能である。

【0083】

第１の本体１１０と同様に、第３の本体５１０は、付加製造によって一体的に製造することができるが、第２の本体４１０は、第１の本体１１０および第３の本体５１０のように、分岐ラインシステムを有していないので、好ましくは従来の方法で製造される。第２の本体４１０においてギア側に図示されるライン入口１３２への供給は、ここでは穿孔機によって製造することができる。ただし、付加製造によって、第１の本体および第３の本体、あるいは、３つの本体すべてを一体的に製造することも可能である。

【0084】

第１の本体１１０、また第３の本体５１０のいずれにおいても、六角形の断面を有する冷却ライン１７０，５７０が形成されており、これらは互いに接続されている。第１の本体１１０および第３の本体５１０における冷却ライン１７０，５７０は、それぞれ、対応する封止ライン１３０，５３０とは異なる平面に配置されている。よって、製造が容易になる。加えて、本体１１０，５１０の安定性が向上する。

【0085】

第１の本体１１０の冷却ライン１７０の冷却ライン入口１７２および冷却ライン出口１７４は、図２Ａにおいて、冷却ライン１７０を通る図示の断面の、下方左側のハウジング２００に面する第１の本体１１０の側面にある。冷媒は、外部からの供給ライン（図示せず）内を矢印Ｂに沿って第３の本体５１０に流れ、そこから第１の本体１１０の冷却ライン１７０の冷却ライン入口１７２に導かれる。

【0086】

第１の本体１１０内で、ライン１７０は、図１に示すように、第１の開口部１２０および第２の開口部１６０の周りをリング状に走る。したがって、冷媒は、例えば、図２Ａの前方の画像平面に対して垂直に出て、半円を描き、図２Ａの右側に示される冷却ライン１７０の断面から、再び第１の本体１１０内に入る。そこから再び半円を描いて、左側に示す冷却ライン１７０の断面の領域に入り、下方に向かって第３の本体５１０の冷却ライン５７０に入る。ここでも、第１の開口部５２０および第３の開口部５６０は、冷媒が再び画像中左端で密封装置から離れるまで、第３の本体５１０の中を円状に走ることになる。

【0087】

したがって、密封装置全体を効果的かつ空間的に均質に冷却するには、１つの冷却回路で十分である。このようにして、例えば多軸押出機のような複数のシャフトを持つシステムを冷却しながら封止することができる。

【0088】

さらに、図２Ａおよび図２Ｂに示す密封装置によれば、多軸押出装置のハウジングからハウジングに固定される封止板にシーリングを移動させることで、多軸押出装置の効果的な密封を実現することができる。好ましくは、封止媒体用の封止ラインの領域で、３Ｄプリンティングによって製造し、シャフトへの封止媒体の均一な供給を保証する。

【0089】

密封装置の上述の構成要素は、原理的に既知であり、付加製造に適したコンピュータプログラム製品、例えば、３Ｄプリント用のファイルなど、これらが付加製造用の装置で実行されることにより、すべて実現することができる。これにより、密封装置を分散して製造することが可能となる。

【符号の説明】

【0090】

１００密封装置
１１０第１の本体
１２０第１の本体の第１の開口部
１３０第１の本体の封止ライン
１３２第１の本体の封止ラインの入口
１３４第１の本体における封止ラインの迂回路
１３６第１の本体における封止ラインの分岐
１３８第１の本体における封止ラインの出口
１４０第１の封止手段
１５０第２の封止手段
１６０第１の本体の第３の開口部
１７０第１の本体の冷却ライン
１７２冷却ラインの入口
１７４冷却ラインの出口
２００ハウジング
３１０（第１の）シャフト
３２０（第２の）シャフト
４１０第２の本体
４２０第２の開口部
５１０第３の本体
５２０第３の本体の第１の開口部
５３０第３の本体の封止ライン
５４０第３の封止材
５５０第４の封止材
５６０第３の本体の第３の開口部
５７０第３の本体の冷却ライン

【図1】