CN103518089A

CN103518089A - 密封组件

Info

Publication number: CN103518089A
Application number: CN201280019690.4A
Authority: CN
Inventors: R·弗兰克
Original assignee: Rheinfelden Alloys GmbH and Co KG
Current assignee: Rheinfelden Alloys GmbH and Co KG
Priority date: 2011-05-11
Filing date: 2012-05-09
Publication date: 2014-01-15
Also published as: EP2522885A1; RU2013153500A; WO2012152846A1; MX2013012965A; EP2707628A1; BR112013028564A2; US20140117627A1; CA2832200A1; JP2014514517A

Abstract

对于用于密封轴（16）的组件，该轴被布置在填充有由铝或铝合金组成的液态熔融物（10）的容器（12）中，该轴穿过容器（12）的壁（18）中的一个开口（20），且围绕一个轴线（x）转动和/或在所述轴线（x）的方向上来回移动，至少一个环形密封元件（44）包围所述轴（16）。所述至少一个密封元件（44）由碳、陶瓷材料或金属材料制成，且被布置在所述容器（12）的外侧，并且所述轴（16）在所述至少一个密封元件（44）的包围区域中设有由碳、陶瓷材料或金属材料制成的覆层（60），其中所述轴（16）上的覆层（60）的耐磨性等于或者高于所述至少一个密封元件（44）的耐磨性。

Description

密封组件

本发明涉及一种用于密封轴的组件，所述轴被布置在填充有由铝或铝合金组成的液态熔融物的容器中，所述轴穿过所述容器的壁中的一个开口且围绕一个轴线转动和/或在所述轴线的方向上来回移动，且所述组件包括包围所述轴的至少一个环形密封元件。

已知的是，当轴穿过容器壁时，通过布置由防火材料制成的密封绳，来防止液态金属泄漏，从而密封保持液态金属熔融物的容器。这种类型的密封不适于连续操作中的高负荷的可移动部。

本发明的目的是用于密封一个轴，所述轴与由铝或铝合金制成的液态熔融物接触，且围绕一个轴线转动和/或在所述轴线的方向上来回移动。

根据本发明，通过上面描述类型的组件来实现所述目的的原因在于，所述至少一个密封元件由碳、陶瓷或金属材料制成，且所述至少一个密封元件被布置在所述容器外侧，并且所述轴在所述至少一个密封元件的包围区域中设有由碳、陶瓷或金属材料制成的覆盖物，其中所述轴上的覆盖物的耐磨性等于或大于所述至少一个密封元件的耐磨性。

所述覆盖物可以是被施加至所述轴的一个覆层。然而，一种优选的覆盖物通过被固定在所述轴上的中空圆柱形部而形成。

所述密封元件有利地被布置在一个密封壳体中，所述密封壳体相对于所述轴被固定。

优选地，在约550℃至650℃的操作温度时，所述壳体中的所述密封元件具有与被施加至所述轴的覆层的过渡配合或略微过盈配合，或者与被固定至所述轴上的所述中空圆柱形部的过渡配合或略微过盈配合。

所述密封元件优选地由石墨、类金刚石碳（DLC）、氧化锆、钛酸铝、氮化硼、钨或者这些材料中的至少两种的混合物制成。

被施加至所述轴的所述覆层或者被固定在所述轴上的所述中空圆柱形部，优选地由类金刚石碳（DLC）、氧化锆、钛酸铝、氮化硅、氮化硼、钨或者这些材料中的至少两种的混合物制成。

所述密封元件可被设计作为闭合环或套管，作为裂环或作为分段环，尤其作为由两个半介壳（Halbschalen）组成的环。

所述轴优选地由钢材料制成，被施加至所述轴的所述覆层或者被固定在所述轴上的所述中空圆柱形部的热膨胀系数，优选地低于所述轴的所述钢材料的热膨胀系数。

在一个优选的组件中，至少一个气体供应管线被布置在所述密封壳体中，用于将惰性气体供应到一个密封间隙中，所述密封间隙在所述密封元件与被施加至所述轴的所述覆层或者被固定在所述轴上的所述中空圆柱形部之间形成。

在一个尤其优选的实施方案中，一个环形密封元件具有一个外部周界凹槽和一个内部周界凹槽，所述凹槽通过径向通道被连接至彼此。

从下面对优选示例性实施方案的描述并且基于附图，本发明的其他优势、特性和细节将是明了的，所述附图仅被提供用于解释，不应当被解读为限制。在示意性附图中：

图1示出了组件的第一实施方案的纵向截面视图，所述组件包括用于密封穿透容器的壁的轴的密封元件；

图2示出了在密封元件的第一实施方案的轴向方向上的俯视图；

图3示出了在密封元件的第二实施方案的轴向方向上的俯视图；

图4示出了在密封元件的第三实施方案的轴向方向上的俯视图；

图5示出了组件的第二实施方案的纵向截面视图，所述组件包括用于密封穿透容器的壁的轴的密封元件；

图6示出了在密封元件的区域中图5的轴的横截面；

图7示出了组件的第三实施方案的纵向截面视图，所述组件包括用于密封穿透容器的壁的轴的密封元件；以及

图8示出了组件的第四实施方案的纵向截面视图，所述组件包括用于密封穿透容器的壁的轴的密封元件。

图1中所示的密封组件的第一实施方案示出了填充有液态熔融物10的容器12的子区域，所述液态熔融物10由铝或铝合金组成，且所述容器包括圆柱形内壁14和具有轴线x的轴16，所述轴16与内壁14同心地被布置在容器12中。轴16穿过容器12的端壁18的开口20至外侧，所述容器12的端壁18被布置为相对于轴线x成直角，其中在开口20的边缘和轴16的侧表面22之间在端壁18中的环形间隙24保持作为用于轴16的径向游隙，用于轴16的不受阻碍的转动性和轴向可位移性。

在容器12的外侧上，密封壳体26的壳体部28（其包围轴16，且具有与轴线x同心的圆柱形内部侧表面30），借助于第一附接法兰32而法兰连接至容器12的端壁18。

在远离端壁18的端部处，密封壳体26借助于第二附接法兰34而被连接至用于附接驱动设备（在附图中未示出）的连接法兰36，所述驱动设备用于转动所述轴16且将所述轴16轴向地来回移动。连接法兰36的圆柱形管肩部（Rohransatz）38包围轴16，留下一个环形间隙40，用于保持轴16的径向游隙。管肩部38的圆柱形外部侧表面42延伸进入壳体部28，且可滑动地坐落抵靠在壳体部28的圆柱形内部侧表面30上。

密封壳体26的壳体部28包围环形密封元件44，所述环形密封元件44转而包围轴16。在示出的实施例中，抵靠轴16坐落的四个密封元件44被布置为邻近于彼此。四个密封元件44中的第一个坐落抵靠在端面18上。在另一侧上，管肩部38借助于可调整的弹簧力而在端面处力配合地坐落抵靠在四个密封元件44中的最后一个上。

所述密封元件可被设计作为闭合环50或套管（图2），作为裂环52（图3）或作为分段环（图4），例如包括两个半介壳（54）。密封元件44的数目可任意选择，且大体在约3和10之间的范围内。

密封元件44在壳体部28内在轴向长度L1上延伸。轴16的侧表面22的坐落抵靠在密封元件44上的区域，在轴向长度L2上设有覆层60，所述轴向长度L2基本上相应于长度L1加上在操作期间来回移动的轴16的轴向位移分量。

在该密封的区域中，用于轴12的覆层60的材料被选定，使得覆层60的耐磨性等于或者大于密封元件44的耐磨性。在该密封区域中，用于所述轴16的合适的覆层是碳、陶瓷或金属覆层。覆层材料的实施例包括例如类金刚石碳（DLC）、氧化锆、钛酸铝、氮化硼、氮化硅和钨。

用于密封元件44的合适材料是石墨形式的碳、陶瓷材料或金属，其中必须注意，在密封区域中，密封元件44的耐磨性等于或低于轴16的覆层60的耐磨性。

此外，必须注意，覆层的热膨胀系数类似于轴16的钢材料的热膨胀系数。以此方式，在加热至操作温度期间，可防止覆层剥落。

轴16上的覆层60的光滑设计尤其是优选的。此外，期望的是，覆层60和密封元件44不被由铝或铝合金组成的液态熔融物润湿，或者覆层60和密封元件44仅被由铝或铝合金组成的液态熔融物低润湿，同样，用于轴16的覆层60的材料的耐化学性和用于密封元件44的材料的耐化学性最高达至约800℃的温度。

与轴16和其他部件的钢材料相比，密封元件44具有类似但是较低的热膨胀。

密封元件44的尺寸被选定，使得在操作温度下形成与轴的过渡配合或者略微过盈配合。

与图1中示出的密封组件不同，在根据图5的组件中，中空圆柱形部62而非轴16的覆层60被布置在轴16上。在中空圆柱形部62的内部侧表面上多个平行的纵向凹槽64在轴线x的方向上延伸，以及多个平行的纵向齿66在轴线x的方向上被布置在轴16上（图5）。因而，在中空圆柱形部62和轴16之间所形成的多齿配置形成周向方向上的形状配合，使得中空圆柱形部62以抗扭转的方式坐落在轴16上。在示出的实施例中，在中空圆柱形部62的两侧上被螺钉连接在轴16上的凹槽螺母（Nutmuttern）68用于将中空圆柱形部62轴向地稳定且固定在轴16上。周向方向上的形状配合还可借助于其他已知的元件来实现，例如借助于棱键来实现。

在密封的区域中，用于轴16的中空圆柱形部62的合适材料是类金刚石碳（DLC）和陶瓷材料，尤其是氮化硼（BN）和氮化硅（Si₃N₄）。与覆层60相同，再次注意，中空圆柱形部62的耐磨性等于或者大于密封元件44的耐磨性。一种尤其合适的密封组件由中空圆柱形部62组成，所述中空圆柱形部62由耐磨性高于氮化硼（BN）的氮化硅（Si₃N₄）制成，作为环50形式的四个密封元件44由氮化硼（BN）或石墨（C）以BN-C-C-BN、BN-C-BN-C或BN-BN-C-C的布置制成，其中在每一情况中，与金属熔融物直接接触的第一环由BN制成。

图7中示出的密封组件不同于根据图5的密封组件之处在于，一个或多个气体供应管线29被布置在壳体部26中，用于将惰性气体供应到形成于中空圆柱形部62的侧表面63与密封元件44的内部侧表面31之间的密封间隙中。

图8中示出的密封组件相应于根据图7的密封组件，其中在此呈现了单个密封元件45而非四个密封元件44。密封元件45具有一个外部周界凹槽46和一个内部周界凹槽48。这两个凹槽46、48通过径向通道47而被连接，使得经由气体供应管线29供应的惰性气体在径向方向上流过密封元件45，且可到达形成于中空圆柱形部62的侧表面63与密封元件45的内部侧表面31之间形成的密封间隙中。

在这两个密封组件中，流过气体供应管线29的气体以一种方式设置，使得通过密封间隙中的惰性气体形成气体压力（在附图中通过箭头A示出），所述密封间隙形成于中空圆柱形部62的侧表面63与密封元件44或密封元件45的内部侧表面31之间，该压力抵制液态金属熔融物10进入密封间隙。合适的惰性气体是例如氮气（N₂）或者氩气（Ar）。

上面描述的密封组件例如适于操作混合和捏合机，用于生产部分固体（teilfester）铝合金，如它们被用在从WO2011/116838A1已知的、用于生产注模零件的方法中。这样的混合和捏合机包括壳体形式的容器，其中布置有围绕纵向轴线转动且在以平移方式在纵向轴线上来回移动的蜗杆轴。与蜗杆轴同心布置的驱动轴在端面处被引导出容器，且可操作地连接至驱动单元，用于执行蜗杆轴的转动移动，且被可操作地连接至与所述蜗杆轴协作的设备，用于同时地执行蜗杆轴在轴线上的平移移动。

Claims

1.一种用于密封轴（16）的组件，所述轴被布置在填充有铝或铝合金的液态熔融物（10）的容器（12）中，所述轴穿过所述容器（12）的壁（18）中的一个开口（20），且围绕一个轴线（x）转动和/或在所述轴线（x）的方向上来回移动，所述组件包括包围所述轴（16）的至少一个环形密封元件（44），其特征在于：

所述至少一个密封元件（44）由碳、陶瓷或金属材料制成，且被布置在所述容器（12）的外侧；以及，所述轴（16）在所述至少一个密封元件（44）的包围区域中设有由碳、陶瓷或金属材料制成的覆盖物（60,62），所述轴（16）上的所述覆盖物（60,62）的耐磨性等于或者大于所述至少一个密封元件（44）的耐磨性。

2.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，所述覆盖物是被施加至所述轴（16）的一个覆层（60）。

3.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，所述覆盖物是被固定在所述轴（16）上的一个中空圆柱形部（62）。

4.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，所述至少一个密封元件（44）被布置在一个密封壳体（26）中，所述密封壳体（26）相对于所述轴（16）被固定。

5.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，在约550℃至650℃的操作温度时，所述至少一个密封元件（44）具有与所述轴（16）上的覆盖物（60,62）的过渡配合或略微过盈配合。

6.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，所述至少一个密封元件（44）由石墨、类金刚石碳（DLC）、氧化锆、钛酸铝、氮化硼、钨或者这些材料中的至少两种的混合物制成。

7.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，所述轴（16）上的覆盖物（60,62）由类金刚石碳（DLC）、氧化锆、钛酸铝、氮化硅、氮化硼、钨或者这些材料中的至少两种的混合物制成。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的组件，其特征在于，所述至少一个密封元件（44）被设计作为闭合环（50）或套管，作为裂环（52），或者作为分段环，尤其是由两个半介壳（54）组成的环。

9.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，所述轴（16）由钢材料制成，所述轴（16）上的覆盖物（60,62）的热膨胀系数低于所述轴（16）的钢材料的热膨胀系数。

10.根据权利要求4所述的组件，其特征在于，至少一个气体供应管线（29）被布置在所述密封壳体（26）中，用于将惰性气体供应到一个密封间隙，所述密封间隙在所述至少一个密封元件（44）和所述轴（16）上的覆盖物（60,62）之间形成。

11.根据权利要求10所述的组件，其特征在于，一个环形密封元件（45）包括一个外部周界凹槽（46）和一个内部周界凹槽（48），所述凹槽（46,48）通过径向通道（47）被连接至彼此。