(57)【要約】      （修正有）【課題】炭化の危険性を、シール部分からの熱の排出の改善によって減じることができる流体機械のシャフトシールを提供する。【解決手段】ピストンリング４１，４２の形態をとる回転ホイール１１側のシールと、軸受ハウジング３０、３１および取付部材８１の間に設けられたシールギャップ４３の形態をとる軸受側のシールと、を具備し、オイル排出室５３は、シールギャップ４４の形態をとる第３のシールによって区画され、ガス出口室５５が設けられており、前記取付部材８１は、軸方向に間隔をあけておりかつ径方向に力を伝達することができる、シャフトへの２つの接触領域８２１，８２２を有し、前記２つの接触領域のうちの、回転ホイール側に設けられた接触領域８２２は、前記回転ホイール側のシールの、前記少なくとも１つのピストンリング４１，４２の一方のピストンリングの領域に軸方向に設けられている。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸受ハウジング（３０）に取り付けられておりかつ流体機械の構成要素であるシャフト（２０）のシャフトシールであって、前記軸受ハウジング（３０）に形成された中空空間（５０）と、前記流体機械の回転ホイール（１１）のホイール後方室（１５）との間に設けられており、前記シャフトに取付部材（８１）を有し、前記軸受ハウジング（３０，３１）と前記取付部材（８１）との間に設けられた少なくとも１つのピストンリング（４１，４２）の形態をとる回転ホイール側のシールと、前記軸受ハウジング（３０、３１）および前記取付部材（８１）の間に設けられたシールギャップ（４３）の形態をとる軸受側のシールと、を具備し、前記回転ホイール側のシールと、前記軸受側のシールとの間に、オイル排出室（５３）が設けられており、該オイル排出室（５３）は、前記軸受ハウジング（３０，３１）と取付部材（８１）との間に形成されたシールギャップ（４４）の形態をとる第３のシールによって区画されており、該第３のシールと前記回転ホイール側のシールとの間には、ガス出口室（５５）が設けられており、前記取付部材（８１）は、前記軸受ハウジングと共に前記オイル排出室（５０）および前記ガス出口室（５５）を形成し、かつ、前記少なくとも１つのピストンリング（４１，４２）を収容するための少なくとも１つの溝を有する輪郭部分を備えてなるシャフトシールにおいて、
前記取付部材（８１）は、軸方向に間隔をあけておりかつ径方向に力を伝達することができる、前記シャフトへの２つの接触領域（８２１，８２２）を有し、前記２つの接触領域のうちの、前記一方の、回転ホイール側に設けられた接触領域（８２２）は、前記回転ホイール側のシールの、前記少なくとも１つのピストンリング（４１，４２）の一方のピストンリングの領域に軸方向に設けられていることを特徴とするシャフトシール。
【請求項２】
前記シャフト（２０）および前記取付部材（８１）によって区画された中空空間（８５）が、前記２つの接触領域（８２１，８２２）の間で軸方向に形成されている、請求項１に記載のシャフトシール。
【請求項３】
前記オイル排出室（５３）の径方向外側にある前記軸受ハウジング（３０，３１）にオイル排出溝（５２）が形成されており、かつ、軸受ハウジング（３０、３１）には、前記オイル排出溝にオイルを供給するために用いる少なくとも１つのオイル噴射孔（６１）が設けられており、前記オイル排出溝は、前記回転ホイール側のシールの前記少なくとも１つのピストンリング（４１，４２）を越えるまで、軸方向に延びている、請求項１または２に記載のシャフトシール。
【請求項４】
前記オイル排出溝（５２）は、前記回転ホイール側のシールへと軸方向に、軸線へ傾斜して形成されており、それ故に、軸受側で前記オイル排出溝へ導かれるオイルは、重力の故に、軸方向に回転ホイール側へ流れる、請求項３に記載のシャフトシール。
【請求項５】
前記２つの接触領域のうちの前記軸受側の接触領域（８２２）において、前記シャフト（２０）と前記取付部材（８１）との間には、振動減衰型の要素（８６）が設けられている、請求項１ないし４のいずれか１項に記載のシャフトシール。
【請求項６】
前記軸受ハウジングは、前記シャフトシールの領域で、インサート（３１）を有し、該インサートには、オイル排出室（５３）および前記でガス出口室（５５）を形成する複数のリセスが形成されている、請求項１ないし５のいずれか１項に記載のシャフトシール。
【請求項７】
前記取付部材（８１）は、前記シャフトの材料よりも高い熱伝導性を有する材料から製造されている、請求項１ないし６のいずれか１項に記載のシャフトシール。
【請求項８】
前記軸受ハウジング（３０，３１）には、ガス状の冷却媒体を、該軸受ハウジング（３０，３１）と、前記取付部材（８１）との間のギャップ領域に入れる供給管が設けられており、該供給管は、前記回転ホイール側のシールの回転ホイール側で、前記軸受ハウジング（３０，３１）と前記取付部材（８１）との間の前記ギャップ領域に通じている、請求項１ないし７のいずれか１項に記載のシャフトシール。
【請求項９】
前記軸受ハウジング（３０）と、前記シャフト（２０）との間には、請求項１ないし８のいずれか１項に記載のシャフトシールが設けられている、前記シャフト（２０）に設けられた少なくとも１つの回転ホイール（１１）と、前記シャフト（２０）が回転自在に取り付けられていてなる軸受ハウジング（３０）とを有する流体機械。
【請求項１０】
前記軸受ハウジング（３０）と、前記シャフト（２０）との間には、請求項１ないし８のいずれか１項に記載のシャフトシールが設けられている、前記シャフト（２０）に設けられた少なくとも１つのタービン回転ホイールすなわちタービンホイール（１１）と、前記シャフト（２０）が回転自在に取り付けられていてなる軸受ハウジング（３０）とを有する排気ガスターボチャージャまたはパワータービン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体機械、特に、内燃機関からの排気ガスが供給される排気ガスターボチャージャの分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の出力の向上のために、今日、標準では燃焼機関の排気ガス管に設けられたタービンと、燃焼機関に前置されておりかつ共通のシャフトを介してタービンと結合されているコンプレッサと、を有する排気ガスターボチャージャが使用される。内燃機関を排気ガスターボチャージャによって過給することによって、シリンダにおける充填量従ってまた燃料混合物が高められ、このことから、機関のための著しい出力が得られる。燃焼機関の排気ガスに潜在するエネルギを、パワータービンによって電気または機械エネルギに変換することができることは任意である。この場合、排気ガスターボチャージャの場合のようなコンプレッサの代わりに、発生器または機械負荷がタービンシャフトに接続されている。
【０００３】
排気ガスターボチャージャは、標準では、シャフト、コンプレッサホイールおよびタービンホイールからなるロータと、シャフト用の軸受と、流体を運ぶハウジング部分（コンプレッサハウジングおよびタービンハウジング）と、軸受ハウジングとから構成される。
【０００４】
タービン側のおよびコンプレッサ側の流れ領域における高い処理圧力の故に、排気ガスターボチャージャのシャフトは、軸受ハウジングの中空空間に対し、適切なシール手段で密閉しなければならない。軸受ハウジングの中空空間における内部圧力は、通常、大気圧に対応している。これに対し、コンプレッサ側またはタービン側の流れ通路内のガス圧力は、排気ガスターボチャージャの実際の作動点に依存しており、かつ、大抵の動作点では、軸受ハウジングの圧力を上回っている。しかし、ある場合には、例えば部分負荷作動中にまたは停止時には、低圧も予期しなければならない。
【０００５】
特許文献１からは、排気ガスターボチャージャのタービン側のシャフトシールが公知である。該シャフトシールは、ラジアル軸受のタービン側にある簡単なオイル収集室、およびシャフトと軸受ハウジングの間のシール作用を有するピストンリングから構成される。ラジアル軸受から軸方向に出る軸受オイルは、外側へずれておりかつ回転するシャフト肩部に噴射し、かつ、遠心力によってオイル収集室へ放出される。かように遠心的に放出された軸受オイルは、続いて、重力に従って、オイル収集室の中で下方に流れ、かつ、軸受循環のためのオイル循環過程に再度戻る。
【０００６】
流れ通路からタービンのホイール後方室を通って軸受ハウジングの中空空間に流れるガス漏れを減じるために、標準では、金属、例えば、ねずみ鋳鉄製のピストンリングを使用する。応力下にあるピストンリングは、径方向の溝の中で、軸受ハウジングに形成された軸方向の停止肩部によって圧縮される。ピストンリングの片割れとして、回転するシャフトに、径方向の溝が備えられる。ピストンリングは、この溝の中で軸方向に受け止められ、かつ、該溝を径方向に覆う。排気ガス圧と軸受ハウジングの内部の圧力との間の差圧の故に、ピストンリングは、溝中に存在する圧力勾配の方向に、軸方向にストッパへと移動される。溝の複数の内面のうちの1つにピストンリングを軸方向に支持することによって、ピストンリングは摩耗され、かつ、排気ガス流に対して軸受ハウジング全体を密閉する。シール作用を改善するために、２つ以上のピストンリングを使用することができる。このことは、例えば、特許文献２、特許文献３、特許文献４または特許文献５に開示されている。これらの文献には、高温排気ガスに対するシール作用が、遮断空気の追加的使用、または、２つのピストンリングの間の空間の排気によって、高められ、このことによって、軸受ハウジングへの排気ガスの漏出を完全に防止することができることが示されている。
【０００７】
特許文献６からは、排気ガスターボチャージャの、タービン側のシャフトシールが公知である。このシャフトシールでは、軸受の位置と、２つのピストンリングとのの間のラジアル軸受からオイルが排出される。ここでは、オイルの密閉を改善するために、簡単な軸方向のシャフト肩部の代わりに、追加の遠心ディスクを使用する。
【０００８】
追加の遠心ディスクによって、ピストンリングの溝の領域に発生する望ましくない軸受オイルの量を減じることができる。同様に、特許文献７および特許文献８に記載のシャフトシールでは、ラジアル軸受と、隣接のピストンリングとの間でオイル排出がなされ、オイル排出は、常に、１つの室から生じる。更に、２つのピストンリングの間の中空空間が追加の接続通路によって、軸受ハウジングの中空空間に接続され、かつ、大気圧へ換気される。左側のピストンリングに関して、生じる差圧は、このことによって防止される。それ故に、ピストンリングは、主に、オイルを密閉するが、高温ガスを密閉しない機能を担う。従って、右側のピストンリングのみが、圧力下にある流れ通路と、軸受ハウジングの中空空間との間の密閉を担う。構造のこのような変形例によって、従って、（ラジアル軸受からの）オイルおよび（流れ通路からの）排気ガスという媒体のための２つの別々の排出部分が生じる。これらの排出部分は、１つのピストンリングによって分離される。ラジアル軸受から出る潤滑オイルは、必要な場合には、ガスシールのピストンリング領域に軸方向に噴射し、かつ、不都合な場合には、ピストンリングの溝全体をひたす。通常は、コンプレッサまたはタービンの流れ通路におけるガス圧力は、ターボチャージャの軸受ハウジング内の内部圧力よりも大きい。従って、プラスの差圧（流れ通路内の圧力は、軸受ハウジングの中空空間内の圧力よりも高い）は、結果として、調整されるガス漏れがピストンリングシールを吹き抜け、かつ、ピストンリング領域に不意に入り込んだ軸受オイルを、軸受ハウジングのオイル収集室に運び戻すことを伴う。
【０００９】
このことを阻止しようとするのは、ロータシャフトに潤滑性をもって取り付けるための、特許文献９に記載のシール手段である。該シール手段は、排気ガスターボチャージャの軸受ハウジングを、供給された潤滑オイルに対し軸方向に密閉する。ロータシャフトには、ギャップの、ラビリンスの、またはピストンリングの形態の第1のシールと、狭いギャップの、またはラビリンスの形態の第２のシールとが設けられている。これらのシールは、両者の間で、ロータシャフトの周囲に環状に延びているオイル排出通路を閉じ込める。このオイル排出通路は、ハウジング側のオイル排出溝および同軸の位置に設けられたシャフト側のオイル排出溝によって構成されている。オイル排出通路では、ロータシャフトの径方向に一端で自由に環状のオイル排出通路に突入する環状のシール突条部が設けられており、このシール突条部は、オイル排出通路に浸入する潤滑剤のための軸方向に作用するバリアであり、かつ、第２のシールギャップを径方向に覆う。
【００１０】
すべての記述したシャフトシール手段では、所定の状況では、以下の危険、すなわち、高温ガスが排気ガスタービンのホイール後方室からピストンリングシールを通って漏れ出て、かつ、ピストンリング領域およびオイル排出溝に残っている軸受オイルが局所的に燃焼し、このことによって、シャフトシールの強い炭化およびこの炭化に結びついた摩耗を引き起こすという危険が生じる。炭化の危険性は、排気ガスの温度が増大し、かつ、ピストンリングを通るガス漏出が増加し、かつ、構成部分の冷却の悪化につれて、増大する。かくして、このようなシール部分の能動冷却は、シャフトシールの信頼性にとって決定的である。
【００１１】
特許文献１０は、軸受ハウジングと、流体機械のシャフトとの間のシャフトシールを開示する。このシャフトシールは、回転ホイール側のシールおよび軸受側のシールを有する。回転ホイール側のシールと、軸受側のシールとの間には、オイル排出室があって、該オイル排出室は、軸受ハウジングとシャフトの間で第３のシールによって区画されている。第３のシールと回転ホイール側のシールとの間には、ガス出口室が設けられている。構造は、オイル排出溝の領域で、少なくとも１つのオイル噴射孔によって能動的に冷却され、このことによって、シャフトシールの炭化を防止することができる。この場合、第３のシールは、オイル排出室からのオイルを、ガス出口室からのガスから分離する。シールのシャフト側の部分を、シャフト上に設けられた取付部材によって形成することは任意である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】DE 20 25 125
【特許文献２】CH 661 964 A5
【特許文献３】US 3 180 568
【特許文献４】US 4 196 910
【特許文献５】EP 1 860 299
【特許文献６】DE 37 37 932 A1
【特許文献７】US 4 268 229
【特許文献８】DE 30 21 349
【特許文献９】DE 10 2004 055 429 B3
【特許文献１０】EP2375000
【発明の概要】
【００１３】
軸受ハウジングに取り付けられておりかつ流体機械の構成要素であるシャフトの改善されたシャフトシール、すなわち、ピストンリングシールの炭化の危険性を、シール部分からの熱の排出の改善によって減じることができてなるシャフトシールを提供する課題が、本発明の基礎になっている。
【００１４】
軸受ハウジングに取り付けられておりかつ流体機械の構成要素であるシャフトの本発明に係わるシャフトシールであって、軸受ハウジングに形成された中空空間と、流体機械の回転ホイールのホイール後方室との間に設けられており、シャフトに取付部材を有し、軸受ハウジングと取付部材との間に設けられた少なくとも１つのピストンリングの形態をとる回転ホイール側のシールと、軸受ハウジングおよび取付部材の間に設けられたシールギャップの形態をとる軸受側のシールと、を具備し、回転ホイール側のシールと、軸受側のシールとの間に、オイル排出室が設けられており、該オイル排出室は、軸受ハウジングと取付部材との間に形成されたシールギャップの形態をとる第３のシールによって区画されており、該第３のシールと回転ホイール側のシールとの間には、ガス出口室が設けられており、取付部材は、軸受ハウジングと共にオイル排出室およびガス出口室を形成し、かつ、少なくとも１つのピストンリングを収容するための少なくとも１つの溝を有する輪郭部分を備えてなるシャフトシールでは、取付部材は、本発明により、軸方向に間隔をあけておりかつ径方向に力を伝達することができる、シャフトへの２つの接触領域を有する。これらの接触領域は、該接触領域が軸方向への力の伝達を可能にするように、形成されており、２つの接触領域のうちの、一方の、回転ホイール側に設けられた接触領域は、回転ホイール側のシールの、少なくとも１つのピストンリングの一方のピストンリングの領域に軸方向に設けられている。
【００１５】
長くて連続的な座の代わりに、取付部材（シャフトシール用ブシュ）の各端部に設けられた２つの短い座によって、シャフトと軸受の取付部材との間の接触面従ってまた回転ホイールからシャフトを通ってなされる熱供給が減じられる。軸方向に間隔をあけておりかつ径方向に力を伝達することができる、シャフト上の取付部材の２つの接触領域の間には、空気が充満されている中空空間が形成されている。
【００１６】
ピストンリングの領域に直接に回転ホイール側の座を設けることによって、遠心力による変形を小さく保つ。
【００１７】
オイル排出室の径方向外側にある軸受ハウジングに、オイル排出溝が形成されており、かつ、軸受ハウジングには、オイル排出溝にオイルを供給するために用いる少なくとも１つのオイル噴射孔が設けられている。オイル排出溝は、回転ホイール側のシールの少なくとも１つのピストンリングを越えるまで軸方向に延びている。
【００１８】
このことによって、ピストンリングの直接に径方向外側に設けられた軸受領域における熱のかなりの部分が、潤滑オイルによって運び出される。
【００１９】
この場合、オイル排出溝が、回転ホイール側のシールへと軸方向に、軸線へ傾斜して形成されていることは好ましい。それ故に、軸受側でオイル排出溝へ導かれるオイルは、重力の故に、軸方向に回転ホイール側へ流れる。
【００２０】
回転ホイール側のシールのピストンリングに、直接、冷却媒体（遮断空気）が供給されることは任意である。このことによって、高温ガスが、回転ホイールの後方室から軸受ギャップに浸入することが阻止される。
【００２１】
取付部材（シャフトシール用ブシュ）を、ねじり振動ダンパの機能分だけ拡張することは任意である。このことを、軸受側の座における弱い圧力と、回転ホイール側の座における強い圧力とによって達成することができる。軸受側の座における圧力は、減衰必要条件に応じて調整されていなければならない。追加的にまたは代替として、座に、振動減衰型の摩擦要素、例えばテフロン（登録商標）バンドを取り付けてもよい。このことによって、ねじり振動の際に、減衰度を一層高めるためにシャフトに沿った相対移動を活用することができる。
【００２２】
軸受ハウジングの、本発明により形成されたシャフトシールの部分である領域が、インサートとして形成されていることは任意である。インサートは、作動による消耗の際に、容易に交換され、しかし、例えば、洗浄の目的で、短時間、軸受ハウジングから取り外すことができる。更に、このインサートの材料として、できる限り高い熱伝導性を有する材料が選択されねばならない。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】ラジアルコンプレッサおよびアキシャルタービンを有する従来の技術に係わる排気ガスターボチャージャの、部分的に切り開かれた図を示す。
【図２】従来の技術に係わる排気ガスターボチャージャの、タービン側のシャフトシールの、シャフトに沿った断面図を示す。
【図３】従来の技術に係わる排気ガスターボチャージャの、タービン側のシャフトシールの、シャフトに沿った断面図を示す。ただし、シャフトに取付部分が取り付けられている。
【図４】排気ガスターボチャージャの、本発明に係わるタービン側のシャフトシールの、シャフトに沿った断面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、図面を参照して、本発明に係わるシャフトシールを詳述する。図１は、ラジアルコンプレッサ７０およびアキシャルタービン１０を有する、従来の技術に係わる排気ガスターボチャージャを示す。描写した排気ガスターボチャージャのハウジングは、コンプレッサホイール７１と、シャフト２０と、タービンホイール１１とを有するロータを見ることができるように、部分的に切り開かれて示されている。空気入口７２からコンプレッサホイール７１へ空気を導くことは、太い矢印で示されている。タービン側では、高温ガスを、ガス入口１２を通ってタービンホイール１１を介してガス出口１３まで導く。シャフト２０は、通常は、２つのラジアル軸受および少なくとも１つのアキシャル軸受によって、軸受ハウジング３０の中で回転自在に取り付けられている。
【００２５】
図２は、従来の技術に係わるシャフトシールを示す。このシャフトシールは、軸受ハウジングに形成された中空空間５０を、タービンホイール１１のホイール後方室１５から分離する。ここでは、軸受ハウジングは、シャフトシールの領域で、別箇の構成要素として実現されているインサート（シールブシュ）３１を有する。インサート３１は、環状に形成されており、かつ、ラジアル軸受３４から径方向外側へ遠心的に放出されおよび側方へ放出される噴射オイルのための、径方向外側のオイル排出溝５２を有する。インサートに噴射オイルが直接または間接にかけられて、このことによって、インサートは能動冷却される。噴射オイルは、オイル噴射孔６１を通って、冷却される複数の構成要素へ導かれる。噴射オイルは、軸受ハウジング３０に形成されたオイルダクト６０を通って供給される。オイル噴射孔６１は、噴射オイルが、軸受ハウジング３０の領域で、内郭領域６３に当たり、かつ、インサートのオイル排出溝５２の領域を濡らすように、設計かつ形成されている。噴射オイルと、軸受３４およびオイル排出溝５１から来るオイルとによって、インサート、該インサートにあるピストンリング、シールおよび排出室が全体的に冷却され、かつ、炭化を著しく阻止する。ピストンリングおよび排出室への冷却作用を高めるために、インサート３１が、できる限り高い熱伝導性を有する材料から製造されていることは好ましい。オイル排出溝５２は、径方向に延びているシールプレート３２によって、軸方向に区画されている。シールプレートは、同様に、排出通路すなわちオイル排出溝５１の中でオイルによって、自から冷却される。インサートは、更に、２つの直列に設けられたピストンリング４１および４２を収容するための窪みを有する。インサートは、更に、径方向内側に位置している領域に、オイル排出室５３と、２つのピストンリング４１および４２からガスを漏出させるための別箇のガス出口室５５と、オイル排出室５３およびガス出口室５５を互いに分離するシール突条部３３とを有する。
【００２６】
ラジアル軸受３４とシールプレート３２との間にあるオイル排出溝５１は、ラジアル軸受から出る軸受オイルの第１の主要排出通路を形成する。シールプレート３２は、シャフト２０の、径方向に向かい合っている第１の突条部２１とともに、第１の径方向のシールギャップ４３を形成する。このシールギャップの故に、オイル排出溝５１からオイル排出室５３への軸受オイルの浸入が最小限にされる。オイル排出室５３の、回転するシャフト輪郭部分は、径方向内側にずれた排出溝を有する。このことによって、オイル排出室５３の内部で、この排出溝の左右に、２つの噴射縁部が生じる。溝によってインサート３１に形成された、オイル排出室５３の、径方向外側の領域へ、噴射縁部を介して遠心的に放出されるオイルは、重力によって、オイル排出室５３内で、インサート３１の輪郭に沿って下方へ流れる。軸受オイルを、オイル排出室５３から、軸受潤滑のためのオイル循環過程に戻すことができるように、オイル排出室５３は、下方領域に、少なくとも１つのオイル排出通路５４を有する。
【００２７】
本発明により形成されたシャフトシールのインサート３１は、オイル排出室５３の脇に設けられておりかつ周囲を取り囲むシール突条部３３によってオイル排出室５３と区切られているガス出口室５５を有することを特徴とする。環状に形成されたガス出口室５５は、ピストンリング４１および４２の中を貫流する高温ガスを集めるために使用される。シール突条部３３は、シャフト２０の、径方向に向かい合う第２の突条部２２と共に、第２の径方向のシールギャップ４４を形成する。シールギャップ４４は、本発明によれば、２つの媒体を、すなわち、オイル排出室５３からのオイルおよびガス出口室５５からのガスをきちんと分離する。ガス出口室５５に集められたガスは、同様に、インサート３１の内部にかつオイル排出通路５４とは別に形成された少なくとも１つの別箇のガス排出通路５６を通って、軸受ハウジングの中空空間５０の共通の体積部分に移行される。２つの排出を的確に分離することによって、オイル排出室５３の領域における２つの媒体の混合を阻止し、このことによって、シールアセンブリにおける炭化の危険性を減じることを意図している。更に、大きなオイル排出溝５１および第１のシール箇所すなわちシールギャップ４３を通って、ラジアル軸受３４から出る軸受オイルの大部分が、外側へ排出され、かつ、オイル排出溝５２を介して、ピストンリング部分から離しておかれる。
【００２８】
図３は、図２に示したシャフトシールを示す（見やすいように、図２に比べて追加した特徴部材のみに、参照符号が付されている）。このシャフトシールにおいて、タービンの、回転するシャフト輪郭部分は、シャフトシールの領域で、スリーブ状の取付部材８１によって実施されている。ここでは、取付部材８１は、シャフト上の長い座８２に焼きばめされており、シャフト上に形成された縁部は、軸方向ストッパ８３として、取付部材８１に役立つ。
【００２９】
図４は、図３に示したシャフトシールの本発明に係わる実施の形態を示す。ここでは、軸受ハウジング、取付部材およびシャフトの座は、熱の放出をオイルの冷却により最大限にし、かつ、熱の供給をシャフトとの接触領域により最小限にするように、形成されている。取付部材を、熱伝導の良好な材料から製造されねばならないことは有利である。
【００３０】
本発明によれば、取付部材８１の２つの座は、シャフト２０上に載っている。軸受側の座８２１と、回転ホイール側の座８２２との間に、空気が満たされた中空空間８５が延びている。この中空空間は、取付部材と、シャフトの間の絶縁層として用いられる。取付部材のストッパ８３は、軸方向にシャフトに接触している。図示した実施の形態では、環状の取付部材８１は、外側にある４つの溝を有する。軸受側の２つの溝は、軸受ハウジングのインサート３１に形成された対応の溝と共に、従来の技術から知られた上記のオイル排出室５３およびガス出口室５５を形成する。取付部材の、回転ホイール側の２つの溝は、２つのピストンリング４１および４２を収容するために用いられる。該ピストンリングは、シャフトシールの、回転ホイール側におけるシールを形成する。２つのピストンリングは、軸受ハウジングのインサート３１に接触している。軸受ハウジングのインサート３１は、潤滑オイルを取付部材の径方向外側の領域に供給することができるオイル排出溝５２を有する。本発明によれば、オイル排出溝は、２つのピストンリング４１および４２の少なくとも一方を越えるまで、軸方向に延びている。それ故に、回転ホイール側のシールの冷却を、潤滑オイルによって保証することができる。オイル排出溝５２は、軸線へ傾いているので、オイル排出溝に入れられた潤滑オイルは、重力の故に、オイル排出溝に沿って、回転ホイールの側へ流れることができる。この場合、軸受ハウジング３０およびインサート３１は、重力の低い領域でも、潤滑オイルのための流れ可能性があるように、形成されている。図４では、オイルの流れは、細くて濃い矢印で示されている。シャフトシールを冷却するために、軸受領域から、具体的な例では、供給管からラジアル軸受へ流れる潤滑オイルを使用する。
【００３１】
図示した実施の形態では、シャフトシールは、遮断空気供給手段を有する。この場合、小さな白い矢印で示しているように、圧縮された空気は、コンプレッサ側から（または外部から供給されて）、軸受ハウジング３０に形成された遮断空気通路を通って、回転ホイール側のピストンリングシールの側の軸受ギャップへ運ばれる。この場合、遮断空気は、一方では、シールの直接的な冷却のために用いられ、他方では、遮断空気は、高温ガスが回転ホイールのホイール後方室１５からシールギャップへ浸入することを阻止する。
【００３２】
取付部材（シャフトシール用ブシュ）を、ねじり振動ダンパの機能分だけ拡張することは任意である。このことを、軸受側の座８２１における弱い圧力と、回転ホイール側の座８２２における強い圧力とによって達成することができる。軸受側の座における圧力は、減衰必要条件に応じて調整されていなければならない。追加的にまたは代替として、座に、振動減衰型の摩擦要素８６、例えばテフロンバンドを取り付けてもよい。このことによって、ねじり振動の際に、減衰度を一層高めるためにシャフトに沿った相対移動を活用することができる。
【００３３】
軸受ハウジングが、本発明により形成されたシャフトシールの領域に、別個のインサートなしに形成されていてもよいことは任意である。この場合、使用される溝、シールプレートおよびシール突条部は、直接に、軸受ハウジングに嵌めこまれている。一体的に形成されておりかつ別個のインサートを有しない変形例と比較して、別個のインサート３１を有する詳述した実施の形態は、インサート３１を、シール部分の冷却のために、熱伝導性の良い材料（例えばＣｋ４５）から製造することができ、従って、使用された軸受ハウジング材料（例えばＧＧＧ-４０）に依存しないという利点を有する。更に、インサートを、作動による消耗の際に、容易に交換することができ、あるいは、しかし、例えば、洗浄の目的で、短時間、軸受ハウジングから取り外すことができる。
【００３４】
図示した実施の形態では、シャフトシールは、２つのピストンリング４１および４２を有する。その代わりに、ただ１つのピストンリングが設けられているか、あるいは、シャフトシールの領域にまたはシャフトシールの複数の他の箇所に、更なるピストンリングが設けられていてもよい。
【００３５】
図示したまたは詳述した実施の形態は、排気ガスターボチャージャまたはパワータービンのタービン側に設けられた、本発明に基づいて形成されたシャフトシールを示す。当然ながら、本発明により形成されたシャフトシールを、任意の他の流体機械にも使用することができる。
【符号の説明】
【００３６】
１０  タービン
１１  タービンホイール
１２  ガス入口
１３  ガス出口
１５  回転ホイールのホイール後方室
２０  シャフト
２１  シール突条部
２２  シール突条部
３０  軸受ハウジング
３１  軸受ハウジングのインサート
３２  シールプレート
３３  シール突条部
３４  ラジアル軸受
３５  冷却媒体（遮断空気）のための供給管
３９  フードカバー
４１  ピストンリング
４２  ピストンリング
４３  径方向のシールギャップ
４４  径方向のシールギャップ
５０  軸受ハウジングに形成された中空空間
５１  オイル排出溝
５２  オイル排出溝
５３  オイル排出室
５４  オイル排出通路
５５  ガス出口室
５６  ガス排出通路
６０  オイル通路
６１  オイル噴射孔
６２  軸受フランジ
６３  内郭部分
７０  コンプレッサ
７１  コンプレッサホイール
７２  空気入口
８１  シャフトと共に回転する取付部材
８２１  シャフトの座
８２２  シャフトの座
８３  軸方向ストッパ
８５  中空空間
８６  振動減衰型の摩擦要素
【図１】
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【図２】
2014118975.tif 000004
【図３】
2014118975.tif 000005
【図４】
2014118975.tif 000006