DE102020105771A1 - WATER PUMP BEARING UNIT WITH BARRIER FLUID LUBRICANT AND WATER PUMP EQUIPPED WITH IT - Google Patents

WATER PUMP BEARING UNIT WITH BARRIER FLUID LUBRICANT AND WATER PUMP EQUIPPED WITH IT Download PDF

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Abstract

Es wird eine Wasserpumpenlagereinheit mit einer Dichtungsanordnung vorgeschlagen, die eine Füllung eines Sperrfluid-Schmierstoffs zur Vermeidung einer Dampfleckage umfasst. Die Wasserpumpenlagereinheit (1) mit Dichtungsanordnung (2) zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass in der Wasserpumpenlagereinheit (1) eine Füllung mit einem Sperrfluid-Schmierstoff (22) zur Abdichtung und zur Schmierung aufgenommen ist; wobei die Füllung des Sperrfluid-Schmierstoffs (22) einen Lagerspalt (10) der Gleitlagerbuchse (11) sowie wenigstens einen, sich zu dem Lagerspalt (10) radial erhebenden Freiraum (21) zwischen der nassseitigen Wellendichtung (24) und der trockenseitigen Wellendichtung (25) einnimmt; wobei der Sperrfluid-Schmierstoff (22) hydrophob ist; und eine Dichte des Sperrfluid-Schmierstoffs (22) wenigstens 30% höher oder niedriger als die Dichte von Wasser ist.A water pump bearing unit with a sealing arrangement is proposed which includes a filling of a barrier fluid lubricant to prevent steam leakage. The water pump bearing unit (1) with sealing arrangement (2) is particularly characterized in that the water pump bearing unit (1) has a filling with a barrier fluid lubricant (22) for sealing and lubrication; wherein the filling of the barrier fluid lubricant (22) has a bearing gap (10) of the plain bearing bushing (11) and at least one free space (21) which rises radially towards the bearing gap (10) between the wet-side shaft seal (24) and the dry-side shaft seal (25) ) takes; wherein the barrier fluid lubricant (22) is hydrophobic; and a density of the barrier fluid lubricant (22) is at least 30% higher or lower than the density of water.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wasserpumpenlagereinheit mit einer Dichtungsanordnung, die eine Füllung eines Sperrfluid-Schmierstoffs zur Vermeidung einer Dampfleckage umfasst, sowie eine Wasserpumpe für einen Kühlmittelkreislauf in einem Fahrzeug, in der eine dementsprechende Wasserpumpenlagereinheit angeordnet ist.The present invention relates to a water pump bearing unit with a sealing arrangement that includes a filling of a barrier fluid lubricant to prevent steam leakage, and a water pump for a coolant circuit in a vehicle, in which a corresponding water pump bearing unit is arranged.

Bei der Anwendung von Wellenlagern in einer Wasserpumpe muss das Wellenlager vor einem Eindringen einer Kühlmittelleckage aus dem Förderstrom der Wasserpumpe geschützt werden. Wälzkörperlager sind im Allgemeinen empfindlich gegen eindringende Feuchtigkeit, da die verwendeten Materialen, insbesondere geeignete Stähle der Wälzkörper und Laufbahnen für die Anwendung in Feuchtigkeit nicht ausreichend korrosionsbeständig sind. Das Eintreten einer Kühlmittelleckage führt durch Korrosion zur Herabsetzung der Oberflächengüte der Wälzkörper und Laufbahnen. Zusätzlich führen schon geringste Kühlmittelmengen im Schmiermittel zum Durchbrechen des Schmierfilms infolge der typischerweise hohen Kontaktpressung bei Wälzköpern. Eine höhere Reibung an den Wälzkörpern kann durch entsprechende Wärmeentwicklung bis hin zum Lagerschaden führen, was einen Defekt der Wasserpumpe nach sich zieht. Zudem werden Wasserpumpen zunehmend elektrisch angetrieben, wobei antriebsseitig häufig ein Elektromotor vom Trockenläufertyp eingesetzt wird. Ebenso wie das Wellenlager muss auch der Elektromotor vor einem Eindringen einer Kühlmittelleckage aus dem Förderstrom der Wasserpumpe geschützt werden.When using shaft bearings in a water pump, the shaft bearing must be protected from the ingress of coolant leakage from the flow of the water pump. Rolling element bearings are generally sensitive to moisture penetration, since the materials used, in particular suitable steels for the rolling elements and raceways, are not sufficiently corrosion-resistant for use in moisture. The occurrence of a coolant leakage leads to a reduction in the surface quality of the rolling elements and raceways due to corrosion. In addition, even the smallest amounts of coolant in the lubricant lead to the breakdown of the lubricating film due to the typically high contact pressure in rolling elements. Higher friction on the rolling elements can lead to bearing damage due to the corresponding heat generation, which results in a defect in the water pump. In addition, water pumps are increasingly being driven electrically, with an electric motor of the dry-running type often being used on the drive side. Just like the shaft bearing, the electric motor must also be protected from the ingress of a coolant leak from the flow of the water pump.

Auf dem technischen Gebiet der Pumpen und Strömungsmaschinen sind im Stand der Technik bauliche Maßnahmen bekannt, die zur Abdichtung einer Antriebswelle zwischen einem in einer Pumpenkammer geführten Fördermedium gegenüber einer Antriebsseite dienen. Beispielsweise ist in dem Aufbau eines Pumpengehäuses zwischen einer Wellendichtung an einer Pumpenkammer und einem dahinter liegenden Wellenlager eine Leckagekammer angeordnet. Eine geringfügige Leckage, welche die Wellendichtung an der Pumpenkammer überwindet, wird von der Leckagekammer aufgefangen und verdunstet bei einer Betriebstemperatur durch eine Ableitung. Somit kann hindert werden, dass die Leckage das dahinter liegende Wellenlager erreicht oder ein dahinter liegender Elektromotor einer Feuchtigkeit ausgesetzt wird. Diese Maßnahme zur Abdichtung einer Welle gegen einen Leckagestrom erfordert einen erheblichen Bauraum.In the technical field of pumps and turbomachines, structural measures are known in the prior art which serve to seal a drive shaft between a conveying medium guided in a pump chamber from a drive side. For example, in the structure of a pump housing, a leakage chamber is arranged between a shaft seal on a pump chamber and a shaft bearing located behind it. A slight leak, which the shaft seal on the pump chamber overcomes, is caught by the leakage chamber and evaporates through a drain at an operating temperature. This prevents the leakage from reaching the shaft bearing located behind it or from exposing an electric motor located behind it to moisture. This measure for sealing a shaft against a leakage flow requires a considerable amount of installation space.

Eine Wellendichtung unterliegt per se einem Reibungsverschleiß und einer Versprödung durch Druck- und Temperaturschwankung. Sie stellt oftmals den begrenzenden Faktor der Lebensdauer einer Pumpe dar. Somit kommt einer langlebigen Flüssigkeitsabdichtung zwischen dem Förderstrom in einer Pumpenkammer und dem Wellenlager sowie dem dahinterliegenden antriebsseitigen Bereich eines Pumpengehäuses eine große Bedeutung hinsichtlich der Betriebszuverlässigkeit eines Fahrzeugs zu.A shaft seal is per se subject to frictional wear and embrittlement due to pressure and temperature fluctuations. It often represents the limiting factor in the service life of a pump. Thus, a long-lasting liquid seal between the delivery flow in a pump chamber and the shaft bearing and the drive-side area of a pump housing behind it is of great importance with regard to the operational reliability of a vehicle.

In der Regel sind herkömmliche Wellenlager, wie z.B. Wälzlager durch radial dichtende Dichtungen, d.h. Dichtscheiben abgedichtet, die im Wellenlager integriert sind. Ferner sind aus dem Stand der Technik separate Dichtungsanordnungen zu einem Wellenlager bekannt, wodurch eine individuelle Anpassung der Abdichtungseigenschaft an anwendungsspezifische Drücke und Abmessungen sowie eine größere Freiheit bei der Auswahl von Lagertypen ermöglicht wird.As a rule, conventional shaft bearings, such as roller bearings, are sealed by radial sealing seals, i.e. sealing washers, which are integrated in the shaft bearing. Furthermore, separate sealing arrangements for a shaft bearing are known from the prior art, whereby an individual adaptation of the sealing property to application-specific pressures and dimensions as well as greater freedom in the selection of bearing types is made possible.

Darüber hinaus hängt die Lebensdauer von Wellendichtringen stark von den Schmierverhältnissen an der Dichtlippe ab. Eine trockenlaufende Dichtlippe oder eine Dichtlippe, die lediglich durch eine Kühlmittelleckage geschmiert wird, hat aufgrund des Reibwertes des fehlenden Schmierfilms oder eines nachfolgend erläuterten Phänomens eine kürzere Lebensdauer als Dichtlippen in einer Umgebung eines schmierölführenden Systems. Bei einer Schmierung von Dichtungslippen durch ein Kühlmittel wurde das Phänomen einer Belagbildung unter der dynamischen Dichtfläche der Dichtungslippe beobachtet, welche die Dichtungsfunktion nachhaltig beeinträchtigt. Die Ursache liegt darin, dass Leckagetropfen eines Kühlmittels nach einem Passieren der Dichtstelle verdampfen und kristalline Bestandteile aus dem Kühlmittel hinterlassen, die einen Belag auf der Welle bilden.In addition, the service life of shaft seals depends heavily on the lubrication conditions on the sealing lip. A dry-running sealing lip or a sealing lip that is only lubricated by a coolant leak has a shorter service life than sealing lips in the vicinity of a system carrying lubricating oil due to the coefficient of friction of the lack of a lubricating film or a phenomenon explained below. When sealing lips were lubricated by a coolant, the phenomenon of deposit formation under the dynamic sealing surface of the sealing lip, which had a lasting effect on the sealing function, was observed. The reason for this is that leakage droplets of a coolant evaporate after passing the sealing point and leave behind crystalline components from the coolant, which form a coating on the shaft.

Demnach besteht insbesondere für kompakt ausgeführte Pumpenaufbauten, wie Kühlmittelpumpen im Automotive-Bereich ein Bedarf an langlebigen Abdichtungslösungen zwischen einer Pumpenkammer und einem Antrieb. Genauer genommen besteht ein Bedarf an einer Einheit aus einem Kompaktlager, d.h. einem geeigneten Lager zur alleinigen Lagerung der Welle, und aus einer integrierten Dichtungsanordnung, um die Funktion der Wellenlagerung und die Funktion der gewünschten Abdichtung auf geringem Bauraum zu vereinen.Accordingly, there is a need for long-lasting sealing solutions between a pump chamber and a drive, particularly for pump structures of compact design, such as coolant pumps in the automotive sector. More precisely, there is a need for a unit comprising a compact bearing, i.e. a suitable bearing for the sole bearing of the shaft, and an integrated sealing arrangement in order to combine the function of the shaft bearing and the function of the desired seal in a small installation space.

Parallel hierzu sind Wasserpumpen mit einem Gleitlager bekannt, das durch ein gefördertes Kühlmittel geschmiert wird. Diese Wasserpumpen werden mechanisch oder durch einen nasslaufenden Elektromotor angetrieben.In parallel to this, water pumps with a plain bearing that is lubricated by a pumped coolant are known. These water pumps are driven mechanically or by a wet-running electric motor.

Aus der Patentanmeldung DE 196 39 928 A1 ist eine mechanisch über einen Riemen angetriebene Wasserpumpe bekannt, bei der eine mit einem Pumpenlaufrad verbundene Welle über ein Sintergleitlager gelagert ist. Der Lagerspalt wird durch das Fördermedium geschmiert.From the patent application DE 196 39 928 A1 a mechanically driven by a belt water pump is known, in which a shaft connected to a pump impeller via a Sintered plain bearing is stored. The bearing gap is lubricated by the pumped medium.

Auch an Gleitlagern sind Leckagen an Wellendichtungen ein Problem, insbesondere wenn hinter der Wellenlagerung eine feuchtigkeitsempfindliche Baugruppe wie ein Elektromotor angeordnet ist.Leakages in shaft seals are also a problem on slide bearings, especially if a moisture-sensitive assembly such as an electric motor is arranged behind the shaft bearing.

Eine Patentanmeldung DE 10 2018 104 015 A1 von der gleichen Anmelderin beschreibt eine Lagerung und Abdichtung einer Wasserpumpe mit einem trockenlaufenden Elektromotor mittels eines kühlmittelgeschmierten Sinterlagers. Das Konzept dieser Lagerung und Abdichtung sieht Maßnahmen zur Abführung einer unvermeidlichen geringfügigen Kühlmittelleckage vor, um den Elektromotor und eine Steuerungselektronik vor Schäden durch eintretende Nässe zu schützen. Genauer genommen, wird ein unkritischer Feuchtigkeitshaushalt unter den Betriebsbedingungen erzielt. Eine Wegführung der Leckagetropfen führt durch die Rotation und Abwärme des Motors zu einer Verdunstung, welche über eine Membran zur Atmosphäre entflieht.A patent application DE 10 2018 104 015 A1 by the same applicant describes a storage and sealing of a water pump with a dry-running electric motor by means of a coolant-lubricated sintered bearing. The concept of this storage and sealing provides measures for the removal of an unavoidable minor coolant leakage in order to protect the electric motor and control electronics from damage caused by entering moisture. More precisely, a non-critical moisture balance is achieved under the operating conditions. Removal of the leakage droplets leads to evaporation due to the rotation and waste heat of the engine, which escapes to the atmosphere via a membrane.

Eine zum Anmeldetag dieser Patentanmeldung noch nicht veröffentlichte Patentanmeldung DE 10 2018 123 901.7 der gleichen Anmelderin betrifft ein Gleitlager mit einer integrierten Dichtungsanordnung für Wasserpumpen, die von einem trockenlaufenden Elektromotor angetrieben werden. In dem Gleitlager ist als Schmierstoffdepot ein sogenanntes Solid-Oil vorgesehen, das neben der Schmierfunktion zugleich eine Dichtungsfunktion zwischen einer nassen und einer trockenen Seite erfüllt.A patent application not yet published on the filing date of this patent application DE 10 2018 123 901.7 by the same applicant relates to a slide bearing with an integrated sealing arrangement for water pumps that are driven by a dry-running electric motor. In the plain bearing, a so-called solid oil is provided as a lubricant depot, which, in addition to the lubricating function, also fulfills a sealing function between a wet and a dry side.

Eine weitere, zum Anmeldetag dieser Patentanmeldung noch nicht veröffentlichte Patentanmeldung DE 10 2019 126 968.7 der gleichen Anmelderin betrifft ein Wellenlager mit einer Dichtungsanordnung gegen Dampfleckagen, die bei Temperaturschwankungen oder Druckschwankungen zwischen einem flüssigen Medium einerseits und einem gasförmigen Medium andererseits des Kompaktlagers auftreten können. In dem Wellenlager sind zwei Schmierstoffe mit unterschiedlicher Viskosität aufgenommen. Hierzu ist zu einer nassen Seite eines Rotationslagers ein den Wellenumfang umgebender Fettraum angeordnet, und zu einer trockenen Seite hin ein Ölraum. Zudem ist ein Volumenkompensator zur Kompensation einer temperaturabhängigen Volumenschwankung der Schmierstoffe bereitgestellt.Another patent application not yet published on the filing date of this patent application DE 10 2019 126 968.7 the same applicant relates to a shaft bearing with a sealing arrangement against steam leaks which can occur in the event of temperature fluctuations or pressure fluctuations between a liquid medium on the one hand and a gaseous medium on the other hand of the compact bearing. Two lubricants with different viscosities are accommodated in the shaft bearing. For this purpose, a grease chamber surrounding the circumference of the shaft is arranged on a wet side of a rotary bearing, and an oil chamber is arranged on a dry side. In addition, a volume compensator is provided to compensate for a temperature-dependent volume fluctuation of the lubricants.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen alternativen Aufbau eines Kompaktlagers mit einer integrierten Dichtungsanordnung zu schaffen, der eine reibungsarme Lagerung einer Welle und eine Abdichtung gegen Dampfleckagen zwischen einer nassen Pumpenseite und einer trockenen Antriebsseite in einer Wasserpumpe sicherstellt.It is an object of the present invention to provide an alternative construction of a compact bearing with an integrated sealing arrangement which ensures a low-friction bearing of a shaft and a seal against steam leakage between a wet pump side and a dry drive side in a water pump.

Die Aufgabe wird durch eine Wasserpumpenlagereinheit mit Dichtungsanordnung nach den Merkmalen des Anspruchs 1 als auch durch eine Wasserpumpe mit den Merkmalen nach Anspruch 16 gelöst.The object is achieved by a water pump bearing unit with a sealing arrangement according to the features of claim 1 and by a water pump with the features according to claim 16.

Die Wasserpumpenlagereinheit mit Dichtungsanordnung zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass in der Wasserpumpenlagereinheit eine Füllung mit einem Sperrfluid-Schmierstoff zur Abdichtung und zur Schmierung aufgenommen ist; wobei die Füllung des Sperrfluid-Schmierstoffs einen Lagerspalt der Gleitlagerbuchse sowie wenigstens einen, sich zu dem Lagerspalt radial erhebenden Freiraum zwischen der nassseitigen Wellendichtung und der trockenseitigen Wellendichtung einnimmt; wobei der Sperrfluid-Schmierstoff hydrophob ist; und eine Dichte des Sperrfluid-Schmierstoffs wenigstens 30% höher oder niedriger als die Dichte von Wasser ist.The water pump bearing unit with a sealing arrangement is particularly characterized in that the water pump bearing unit contains a filling with a barrier fluid lubricant for sealing and lubrication; wherein the filling of the barrier fluid lubricant occupies a bearing gap of the plain bearing bushing as well as at least one free space, which rises radially towards the bearing gap, between the wet-side shaft seal and the dry-side shaft seal; wherein the barrier fluid lubricant is hydrophobic; and a density of the barrier fluid lubricant is at least 30% higher or lower than the density of water.

Die Erfindung sieht erstmals ein als Kompaktlager geeignetes Gleitlager für Wasserpumpen vor, das nicht durch ein Fördermedium geschmiert ist, sondern einen separaten Schmierstoff führt, der zugleich im Lagerspalt und in Freiräumen der Wasserpumpenlagereinheit als ein Sperrfluid zur Abscheidung von Dampfleckagen dient.The invention provides for the first time a plain bearing suitable as a compact bearing for water pumps, which is not lubricated by a pumped medium, but rather carries a separate lubricant that serves as a barrier fluid for separating steam leaks in the bearing gap and in the free spaces of the water pump bearing unit.

Im Gegensatz zu Wälzlagern oder Kugellagern, die stets eine Abdichtung zum Schutz der Wälzkörper erfordern, werden im vorveröffentlichten Stand der Technik lediglich Gleitlager in Wasserpumpen verwendet, die von dem Fördermedium geschmiert werden. Im Vergleich zu einem Gleitlager, das durch ein Kühlmittel geschmiert wird, kann durch die erfindungsgemäße Bereitstellung der Füllung des separaten Sperrfluid-Schmierstoffs mit spezifischer Viskosität und Schmierungseigenschaft, eine Reibung des Gleitlagers und der Wellendichtungen verringert werden.In contrast to rolling bearings or ball bearings, which always require a seal to protect the rolling elements, the previously published state of the art only uses plain bearings in water pumps that are lubricated by the pumped medium. Compared to a slide bearing that is lubricated by a coolant, the inventive provision of the filling of the separate barrier fluid lubricant with specific viscosity and lubrication properties, friction of the slide bearing and the shaft seals can be reduced.

Eine dynamische Dichtungsfläche der Wellendichtung auf der nassen Seite wird stets mit einem Schmierfilm benetzt, sodass eine Belagbildung auf der Welle durch Kühlmittelrückstände unterdrückt wird. Ebenso wird die gegenüberliegende Wellendichtung auf der trockenen Seite aus der Füllung des Sperrfluid-Schmierstoffs versorgt, so dass die entsprechende dynamische Dichtungsfläche mit einem Schmierfilm auf der Welle gleitet. Die mit Schmierstoff geschmierten Wellendichtungen erreichen eine erheblich längere Lebensdauer im Vergleich zu einer kühlmittelgeschmierten Wellendichtung.A dynamic sealing surface of the shaft seal on the wet side is always wetted with a film of lubricant, so that the formation of deposits on the shaft due to coolant residues is suppressed. The opposite shaft seal is also supplied on the dry side from the filling of the barrier fluid lubricant, so that the corresponding dynamic sealing surface with a lubricating film slides on the shaft. The shaft seals lubricated with lubricant achieve a considerably longer service life compared to a shaft seal lubricated with coolant.

Ferner kann das Kühlmittel Verunreinigungen wie metallische Partikel enthalten, welche zu einem erhöhten Verschleiß vom Gleitlager führen. Ebenso kann das Kühlmittel nach einer unfachmännischen Wartung eine vom vorgesehenen Standard abweichende Zusammensetzung aufweisen, die sich auf einen Frostschutz und insbesondere auch auf eine Schmierungseigenschaft an Gleitflächen auswirkt. Durch die erfindungsgemäße separate Bereitstellung eines Schmierstoffes werden die luftseitige Dichtungslippe und das Gleitlager vor derartigen Beeinträchtigungen geschützt.Furthermore, the coolant can contain impurities such as metallic particles, which lead to increased wear on the plain bearing. Likewise, after unprofessional maintenance, the coolant can have a composition deviating from the standard provided, which relates to frost protection and, in particular, also to a lubricating property affects sliding surfaces. As a result of the separate provision of a lubricant according to the invention, the air-side sealing lip and the slide bearing are protected from such impairments.

Darüber hinaus dient der als Sperrfluid geeignete Schmierstoff erfindungsgemäß auch zur Abdichtung gegen Dampfleckagen zwischen einer nassen und einer trockenen Seite der Wasserpumpenlagereinheit.In addition, according to the invention, the lubricant suitable as a barrier fluid also serves to seal against steam leakage between a wet and a dry side of the water pump bearing unit.

Dampfleckagen können insbesondere im Dichtspalt einer Wellendichtung entstehen. Es können von der nassen Seite Leckagetropfen auf dem Wellenumfang unter die Dichtlippe der nassseitigen Wellendichtung gelangen. Aufgrund von Reibung am Dichtungskontakt herrschen im Dichtspalt höhere Temperaturen. Eine Temperaturdifferenz kann in der Praxis z.B. etwa 20 °C betragen. Wenn sich ein Förderstrom der Wasserpumpe, wie insbesondere ein Kühlwasser auf mehr als 80 °C erwärmt hat, kann es im Dichtspalt unter der nassseitigen Wellendichtung zur Verdampfung von passierenden Leckagetropfen kommen. Eine derart entstandene Dampfleckage dringt zunächst als Wasserdampf gasförmig aus dem Dichtspalt der nassseitigen Wellendichtung in die Wasserpumpenlagereinheit ein. Falls eine Temperatur in der Wasserpumpenlagereinheit niedriger sein sollte, kondensiert die Dampfleckage. Wenn eine Temperatur in der Wasserpumpenlagereinheit über 100 °C ansteigt, wird oder bleibt die Dampfleckage gasförmig. Die gasförmige Dampfleckage kann anschließend z.B. durch einen Lagerspalt oder Freiräume durch die Wasserpumpenlagereinheit axial hindurch treten und unter der trockenseitigen Wellendichtung zu der Antriebsseite gelangen. In diesem Fall entsteht ein Feuchtigkeitseintrag auf elektronische Komponenten und einen Elektromotor, der durch die Erfindung verhindert werden soll.Steam leaks can occur in particular in the sealing gap of a shaft seal. Leakage droplets can get from the wet side on the shaft circumference under the sealing lip of the wet side shaft seal. Due to the friction at the seal contact, higher temperatures prevail in the sealing gap. In practice, a temperature difference can be around 20 ° C, for example. If a delivery flow of the water pump, such as cooling water in particular, has heated up to more than 80 ° C, leakage droplets can evaporate in the sealing gap under the wet-side shaft seal. A steam leakage created in this way first penetrates into the water pump bearing unit as water vapor in gaseous form from the sealing gap of the wet-side shaft seal. If a temperature in the water pump bearing unit should be lower, the steam leakage condenses. When a temperature in the water pump bearing unit rises above 100 ° C, the steam leakage becomes or remains gaseous. The gaseous steam leakage can then e.g. pass axially through a bearing gap or free spaces through the water pump bearing unit and reach the drive side under the dry-side shaft seal. In this case, moisture ingress occurs on electronic components and an electric motor, which the invention is intended to prevent.

Im Falle eines Kühlkreislaufs für eine Verbrennungsmaschine kann ein Kühlwasser gemäß Standards im Automobilbau eine Betriebstemperatur bis zu 110 °C einnehmen, unter besonderen Belastungsfällen sogar kurzfristig noch darüber liegen. Bislang stellten Dampfleckagen in erhöhten Betriebstemperaturen, insbesondere oberhalb von 100 °C regelmäßig eine Problemstellung hinsichtlich eines Feuchteeintrags und einer Lebensdauer eines elektrischen Antriebs von Wasserpumpen dar.In the case of a cooling circuit for an internal combustion engine, a cooling water can assume an operating temperature of up to 110 ° C. in accordance with standards in automobile construction, and under special load cases it can even be higher for a short time. Up to now, steam leaks at elevated operating temperatures, especially above 100 ° C, have regularly been a problem with regard to moisture entry and the service life of an electric drive for water pumps.

In ihrer allgemeinsten Form sieht die Erfindung einen als Sperrfluid geeigneten Schmierstoff vor, der eine Abscheidung von wässrigem Dampf oder Kondensat in einem Freiraum in der Wasserpumpenlagereinheit herbeiführt. Eine derartige, in dem Freiraum eingefangene Dampfleckage wird aufgrund eines Dichteunterschieds von dem Sperrfluid in einen oberen oder unteren Abschnitt des Freiraums gedrängt und dadurch von der Umfangsfläche der Welle fern gehalten. Somit kann eine Dampfleckage nicht unter der Dichtlippe der trockenseitigen Wellendichtung entfliehen und Feuchtigkeit zu elektrischen Bauteilen auf der Antriebsseite eintragen.In its most general form, the invention provides a lubricant suitable as a barrier fluid, which brings about a separation of aqueous vapor or condensate in a free space in the water pump bearing unit. Such a steam leakage trapped in the free space is forced by the barrier fluid into an upper or lower section of the free space due to a density difference and is thereby kept away from the circumferential surface of the shaft. This means that steam leaks cannot escape under the sealing lip of the shaft seal on the dry side and enter moisture into electrical components on the drive side.

Der als Sperrfluid dienende Schmierstoff weist im Allgemeinen eine Verdampfungstemperatur auf, die höher als Wasser ist und innerhalb der Betriebstemperaturen der Wasserpumpe nicht erreicht wird, beispielsweise 200 °C oder höher. Darüber hinaus verschiebt ein Druckanstieg in der Wasserpumpenlagereinheit den Verdampfungspunkt der wässrigen Leckage ebenfalls oberhalb der Betriebstemperaturen.The lubricant serving as a barrier fluid generally has an evaporation temperature which is higher than water and is not reached within the operating temperatures of the water pump, for example 200 ° C. or higher. In addition, an increase in pressure in the water pump bearing unit shifts the evaporation point of the aqueous leakage, also above the operating temperatures.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass das Sperrfluid bzw. der Schmierstoff zur Erzielung einer wirksamen Abscheidung und lokalen Bindung einer Dampfleckage hydrophob sein muss und eine erheblich unterschiedliche Dichte als Wasser aufweisen muss. Je größer der Dichteunterschied ist, desto wirksamer ist eine Abscheidung und Eingrenzung der Dampfleckage in dem Freiraum, um ein Entfliehen derselben unter der trockenseitigen Wellendichtung zu verhindern. Eine Füllung eines derartigen Sperrfluid-Schmierstoffs ist gemeinsam mit dem wenigstens einen Freiraum und den Wellendichtungen, Bestandteil der Dichtungsanordnung der Wasserpumpenlagereinheit.The invention is based on the knowledge that the barrier fluid or the lubricant must be hydrophobic in order to achieve effective separation and local binding of a vapor leak and must have a significantly different density than water. The greater the difference in density, the more effective is the separation and confinement of the vapor leak in the free space in order to prevent it from escaping under the dry-side shaft seal. A filling of such a barrier fluid lubricant, together with the at least one free space and the shaft seals, is part of the sealing arrangement of the water pump bearing unit.

Gemäß der Erfindung wird auf die beschriebene Weise eine kaskadenartige bzw. mehrstufige und mehrfach funktionale Abdichtung für Wasserpumpen geschaffen, die hohe Sicherheitsreserven bei erhöhten Betriebstemperaturen des Förderstroms bereitstellt.According to the invention, a cascade-like or multi-stage and multi-functional seal for water pumps is created in the manner described, which provides high safety reserves at increased operating temperatures of the delivery flow.

Zu dem genannten Vorteil einer Abdichtung gegen gasförmige Dampfleckagen, wird ferner eine reibungsarme Lagerung und Dichtung, sowie eine höhere Lebensdauer der Wasserpumpe erzielt. Infolgedessen kann eine höhere Effizienz und Betriebssicherheit der Pumpe sowie insbesondere eine geringere Ausfallwahrscheinlichkeit eines Fahrbetriebs eines Fahrzeugs sichergestellt werden.In addition to the mentioned advantage of sealing against gaseous steam leaks, a low-friction bearing and seal and a longer service life of the water pump are also achieved. As a result, a higher efficiency and operational reliability of the pump and, in particular, a lower probability of failure of a driving operation of a vehicle can be ensured.

Ferner beansprucht die Dichtungsanordnung wenig Bauraum innerhalb der erfindungsgemäßen Wasserpumpenlagereinheit. Demzufolge eignet sich die erfindungsgemäße Wasserpumpenlagereinheit für den Einsatz als Kompaktlager, d. h. als einzige Einheit zur Lagerung und Abdichtung einer Pumpenwelle. Im Vergleich zu Konstruktionen mit einem Leckagebehälter kann trotzt zuverlässiger Abdichtung ein Aufbau des Gehäuses vereinfacht werden, und durch Einsparung von Bauraum eine kompaktere Gesamtabmessungen einer Pumpe erlangt werden.Furthermore, the sealing arrangement takes up little space within the water pump bearing unit according to the invention. Accordingly, the water pump bearing unit according to the invention is suitable for use as a compact bearing, i. H. as the only unit for bearing and sealing a pump shaft. In comparison to constructions with a leakage container, a construction of the housing can be simplified despite reliable sealing, and a more compact overall dimensions of a pump can be achieved by saving installation space.

Darüber hinaus basiert die erfindungsgemäße Wasserpumpenlagereinheit auf einem vergleichsweise einfachen Aufbau, der sich in Kostenvorteilen einer Serienfertigung einschließlich einer Montage niederschlägt.In addition, the water pump bearing unit according to the invention is based on a comparatively simple structure, which is reflected in the cost advantages of series production including assembly.

Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Wasserpumpenlagereinheit mit Dichtungsanordnung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.Advantageous further developments of the water pump bearing unit according to the invention with a sealing arrangement are the subject matter of the dependent claims.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann eine Dichte des Sperrfluid-Schmierstoffs wenigstens 50% höher als die Dichte von Wasser sein. Je höher der Dichteunterschied zwischen dem Sperrfluid-Schmierstoff und dem wasserbasierten Fördermedium ist, desto wirksamer erfolgt die Abscheidung und Eingrenzung der Dampfleckage in dem Freiraum. Wenn der Sperrfluid-Schmierstoff eine höhere Dichte als Wasser aufweist, wird eine kondensierte Dampfleckage in einen oberen Abschnitt des Freiraums gedrängt und eingegrenzt. Somit bleibt auch im Falle einer beginnenden Verdampfung des Kondensats eine lokale Bindung der Dampfleckage in demselben oberen Abschnitt des Freiraums bestehen.According to one aspect of the invention, a density of the barrier fluid lubricant can be at least 50% higher than the density of water. The higher the difference in density between the barrier fluid lubricant and the water-based conveying medium, the more effectively the separation and containment of the steam leakage in the free space takes place. If the barrier fluid lubricant has a higher density than water, a condensed vapor leak will be forced and confined in an upper portion of the clearance. Thus, even if the condensate begins to evaporate, the steam leakage remains locally bound in the same upper section of the free space.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann der Sperrfluid-Schmierstoff ein Perfluorpolyether bzw. PFPE sein. PFPE ist ein flüssiges Fluorpolymer, das eine relativ hohe Dichte von 1,83 g/cm3 sowie geeignete Schmiereigenschaften aufweist. Darüber ist PFPE sehr reaktionsträge, da die Enden der Molekülketten mit Kohlenstoff-Fluor-Bindungen besetzt sind. Das heißt, dass PFPE nicht wie herkömmliche Schmieröle oder Schmierfette einer üblichen Alterung durch Oxidation unterliegt.According to one aspect of the invention, the barrier fluid lubricant can be a perfluoropolyether or PFPE. PFPE is a liquid fluoropolymer that has a relatively high density of 1.83 g / cm3 and suitable lubricating properties. In addition, PFPE is very inert because the ends of the molecular chains are occupied by carbon-fluorine bonds. This means that PFPE is not subject to normal aging due to oxidation like conventional lubricating oils or greases.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann der wenigstens eine Freiraum zwischen der Gleitlagerbuchse und einer Dichtlippe der trockenseitigen Wellendichtung angeordnet sein. Durch diese Anordnung kann sicher verhindert werden, dass eine eingefangene Dampfleckage von einem Pegel der Wellenumfangsfläche, d.h. von der darauf gleitenden Dichtlippe der trockenseitigen Wellendichtung fern gehalten wird.According to one aspect of the invention, the at least one free space can be arranged between the plain bearing bush and a sealing lip of the shaft seal on the dry side. With this arrangement, a trapped steam leakage can be reliably prevented from being kept away from a level of the shaft circumferential surface, i.e. from the sealing lip of the dry-side shaft seal sliding thereon.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann der wenigstens eine Freiraum als eine zum Lagerspalt geöffnete Ringkammer ausgebildet sein und eine radiale Erstreckung aufweisen, die derjenigen der Gleitlagerbuchse entspricht. Diese Ausgestaltung ist einerseits relativ einfach durch eine Beabstandung der entsprechenden Wellendichtung zu einem axialen Ende der Gleitlagerbuchse in einer Bohrung eines Lagersitzes oder in einem Lagergehäuse zu realisieren. Andererseits wird gegenüber der Dichtlippe auf dem Wellenumfang ein maximales radiales Maß, das für das Lager bereitgestellt ist, zur Abscheidung und Eingrenzung der eingefangenen Dampfleckage genutzt.According to one aspect of the invention, the at least one free space can be designed as an annular chamber open to the bearing gap and can have a radial extension which corresponds to that of the plain bearing bush. On the one hand, this configuration can be implemented relatively easily by spacing the corresponding shaft seal away from an axial end of the plain bearing bush in a bore of a bearing seat or in a bearing housing. On the other hand, compared to the sealing lip on the shaft circumference, a maximum radial dimension, which is provided for the bearing, is used to separate and limit the captured steam leakage.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann zwischen der Gleitlagerbuchse und einer Dichtlippe der nassseitigen Wellendichtung ein Fettvolumen in der Wasserpumpenlagereinheit aufgenommen sein. Ebenso kann das Fettvolumen lediglich in einem Dichtungsbereich unterhalb der Dichtlippe vorgehalten werden. Das Fett weist im Allgemeinen eine höhere Viskosität als das wasserbasierte Fördermedium der Wasserpumpe und ggf. auch als der Sperrfluid-Schmierstoff auf. Ein entsprechendes Fettvolumen, dient zusätzlich zu der Dichtlippe als ein den Wellenumfang umgebendes, viskoses Polster, das eine wirksame Medientrennung zwischen dem Fördermedium auf der nassen Seite und der Füllung des Sperrfluid-Schmierstoffs darstellt. Diese Wirkung hilft einerseits ein Eindringen von Leckagen des Fördermediums zu vermeiden. Andererseits wirkt das Fettvolumen einem langfristigen Verlust der Füllung des Sperrfluid-Schmierstoffs zur nassen Seite unter Temperatur- und Druckschwankungen entgegen.According to one aspect of the invention, a volume of grease can be accommodated in the water pump bearing unit between the plain bearing bush and a sealing lip of the wet-side shaft seal. Likewise, the fat volume can only be kept available in a sealing area below the sealing lip. The grease generally has a higher viscosity than the water-based delivery medium of the water pump and possibly also than the barrier fluid lubricant. A corresponding volume of grease, in addition to the sealing lip, serves as a viscous cushion surrounding the circumference of the shaft, which effectively separates the media between the pumped medium on the wet side and the filling of the barrier fluid lubricant. On the one hand, this effect helps to prevent leakages of the pumped medium from penetrating. On the other hand, the fat volume counteracts a long-term loss of the filling of the barrier fluid lubricant to the wet side under temperature and pressure fluctuations.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann ein Volumenkompensator zur Kompensation einer temperaturabhängigen Volumenschwankung der Füllung des Sperrfluid-Schmierstoffs bereitgestellt sein, der ein abgeschlossenes Gasvolumen umfasst.According to one aspect of the invention, a volume compensator for compensating for a temperature-dependent volume fluctuation of the filling of the barrier fluid lubricant can be provided, which includes an enclosed gas volume.

Der Volumenkompensator gleicht eine durch einen Temperaturanstieg bedingte Volumenzunahme der Füllung des Sperrfluid-Schmierstoffs innerhalb der Wasserpumpenlagereinheit aus. Somit kann ein Innendruck bzw. eine Druckdifferenz zwischen der Füllung des Sperrfluid-Schmierstoffs und einer Außenseite eingestellt werden. Die Bereitstellung des Volumenkompensators wirkt bei hohen Betriebstemperaturen einem Verlust von Sperrfluid-Schmierstoff sowie beim Abkühlen einem möglichen Eintrag einer Leckage von der nassen Seite aufgrund eines verlorenen Volumens des Sperrfluid-Schmierstoffs entgegen. Demnach bleibt das Gesamtvolumen der Füllung des Sperrfluid-Schmierstoffs länger bestehen.The volume compensator compensates for an increase in volume of the filling of the barrier fluid lubricant within the water pump bearing unit caused by a rise in temperature. An internal pressure or a pressure difference between the filling of the barrier fluid lubricant and an outside can thus be set. The provision of the volume compensator counteracts a loss of barrier fluid lubricant at high operating temperatures and a possible entry of a leak from the wet side due to a lost volume of the barrier fluid lubricant during cooling. Accordingly, the total volume of the filling of the barrier fluid lubricant remains longer.

Die Ausgestaltung des Volumenkompensators mittels eines Gaspolsters kann beispielsweise mittels einem oder mehreren elastisch umschlossenen Gasvolumen bzw. Gasvolumina, vorzugsweise eines nicht oxidativen Gases wie Stickstoff realisiert werden.The design of the volume compensator by means of a gas cushion can be implemented, for example, by means of one or more elastically enclosed gas volumes or gas volumes, preferably a non-oxidative gas such as nitrogen.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann ein Volumenkompensator zur Kompensation einer temperaturabhängigen Volumenschwankung der Füllung des Sperrfluid-Schmierstoffs bereitgestellt sein, der ein Material mit einer viskoelastischen Kompressibilität umfasst.According to one aspect of the invention, a volume compensator for compensating for a temperature-dependent volume fluctuation of the filling of the barrier fluid lubricant can be provided which comprises a material with a viscoelastic compressibility.

Diese alternative Ausgestaltung des Volumenkompensators kann mittels eines oder mehrerer Körper aus einem viskoelastischen Material auf einfache Weise realisiert werden, und bietet eine zuverlässige sowie kostengünstige Bereitstellung der gewünschten Funktion. Durch eine Auslegung des viskoelastischen Verhaltens des Materials lässt sich eine druckabhängige Funktion der Volumen-kompensation ohne einen Bedarf an Regelungs- und Steuerungsmitteln in einfacher Weise vorbestimmen und auf die Betriebsbedingungen des Anwendungsfalls optimieren. Zudem lässt sich der Volumenkompensator in kompakter Bauweise integrieren.This alternative embodiment of the volume compensator can be implemented in a simple manner by means of one or more bodies made of a viscoelastic material, and offers a reliable and inexpensive provision of the desired function. By designing the viscoelastic behavior of the material, a pressure-dependent function of the volume compensation can be easily predetermined and optimized for the operating conditions of the application without the need for regulating and control means. In addition, the volume compensator can be integrated in a compact design.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann der Volumenkompensator aus einem Zellkautschuk mit einer geschlossenzelligen Struktur ausgebildet sein. Ein Zellkautschuk, wie z.B. ein aufgeschäumter Elastomer, umfasst eine Vielzahl an eingeschlossenen Gasbläschen und weist eine geeignete viskoelastische Kompressibilität auf, um in einem Kontakt mit der Füllung des Sperrfluid-Schmierstoffs unter einer Wärmeausdehnung komprimiert zu werden. Zudem sind geschäumte Elastomere in verschiedenen Härtegraden kostengünstig verfügbar. Die geschlossenzellige Struktur verhindert, dass sich der Elastomer wie ein Schwamm mit dem Schmiermittel sättigt und infolgedessen annähernd inkompressibel wird, beziehungsweise das eingeschlossene Gas in den Schmierstoff entweicht, und unkontrolliert im Schmierstoffdepot vorliegt.According to one aspect of the invention, the volume compensator can be formed from a cellular rubber with a closed-cell structure. A cellular rubber, such as a foamed elastomer, comprises a plurality of entrapped gas bubbles and has a suitable viscoelastic compressibility to be compressed under thermal expansion in contact with the filling of the barrier fluid lubricant. In addition, foamed elastomers are available inexpensively in various degrees of hardness. The closed-cell structure prevents the elastomer from becoming saturated with the lubricant like a sponge and consequently becoming almost incompressible, or the enclosed gas from escaping into the lubricant and being present in an uncontrolled manner in the lubricant depot.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann der Volumenkompensator ringförmig ausgebildet sein, und in dem wenigstens einen Freiraum angeordnet sein. In dieser Ausgestaltung ist es auf einfache Weise möglich, einen unmittelbaren, großen Flächenkontakt zwischen dem Volumen der Füllung des Sperrfluid-Schmierstoffs und dem Volumenkompensator herzustellen. Ferner können ein radialer Bauraum für den Volumenkompensator sowie ein Kompensationsvolumen desselben maximal genutzt werden.According to one aspect of the invention, the volume compensator can be designed in the shape of a ring and can be arranged in the at least one free space. In this embodiment, it is possible in a simple manner to establish direct, large surface contact between the volume of the filling of the barrier fluid lubricant and the volume compensator. Furthermore, a radial installation space for the volume compensator and a compensation volume of the same can be used to the maximum.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann der Volumenkompensator elastisch vorgespannt sein, sodass ein Innendruck höher als ein Außendruck auf der nassen Seite und auf der trockenen Seite ist. Vorzugsweise kann im Ruhezustand eine Druckdifferenz von 1 bar bezüglich des Innendrucks zum Atmosphärendruck, also auf ca. 2 bar eingestellt sein.According to one aspect of the invention, the volume compensator can be elastically pretensioned so that an internal pressure is higher than an external pressure on the wet side and on the dry side. In the idle state, a pressure difference of 1 bar with respect to the internal pressure to atmospheric pressure, that is to say to approximately 2 bar, can preferably be set.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann der Volumenkompensator eine Kompensation einer temperaturabhängigen Volumenschwankung der Schmierstoffe sicherstellen. Der Volumenkompensator kann hierbei relativ zum Luftdruck bei Raumtemperatur vorgespannt sein.According to one aspect of the invention, the volume compensator can ensure compensation for a temperature-dependent volume fluctuation of the lubricants. The volume compensator can be biased relative to the air pressure at room temperature.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann die Gleitlagerbuchse aus einem porösen Material mit einer offenporigen Struktur gefertigt sein, durch welches der Sperrfluid-Schmierstoff zirkulieren kann. Die Verwendung einer mit einem Schmierstoff gesättigten Gleitlagerbuchse ermöglicht die Verwendung eines sehr geringen Laufspiels zur Welle. Ein entsprechend geringes Laufspiel eines derartigen radialen Gleitlagers verringert eine Auslenkung der Dichtlippen sowie eine hiervon ausgehende Pumpwirkung zwischen zwei axialen Seiten. Ferner stellt das geringe Laufspiel im Lagerspalt zu der Welle zugleich einen für die gewünschte Dichtungswirkung vorteilhaften Dichtspalt zwischen zwei axialen Seiten her.According to one aspect of the invention, the plain bearing bush can be manufactured from a porous material with an open-pore structure through which the barrier fluid lubricant can circulate. The use of a plain bearing bush saturated with a lubricant enables the use of very little running play on the shaft. A correspondingly small running clearance of such a radial slide bearing reduces a deflection of the sealing lips and a pumping effect arising therefrom between two axial sides. Furthermore, the small running play in the bearing gap to the shaft at the same time produces a sealing gap between two axial sides that is advantageous for the desired sealing effect.

Durch den offenporigen Körper und die Oberflächen der Gleitlagerbuchse stellt sich eine Zirkulation ein, die einen hydrodynamischen Schmierfilm im Gleitlagerspalt versorgt. Der hydrodynamische Schmierfilm stellt sich unter der Drehbewegung und einer Flächenpressung aus Belastungen der Welle im Gleitlagerspalt ein. Eine Pumpwirkung des hydrodynamischen Schmierfilms drückt einerseits den Sperrfluid-Schmierstoff aus den axialen Enden des Gleitlagers heraus, während dieser andererseits über den Freiraum und durch eine offenporige Stirnfläche, radial einwärts durch den Körper der Gleitlagerbuchse wieder zurück strömt bzw. wieder zu dem hydrodynamischen Schmierfilm radial eingezogen wird.The open-pore body and the surfaces of the plain bearing bushing create a circulation that supplies a hydrodynamic lubricating film in the plain bearing gap. The hydrodynamic lubricating film is created under the rotational movement and surface pressure from loads on the shaft in the sliding bearing gap. A pumping action of the hydrodynamic lubricating film on the one hand pushes the barrier fluid lubricant out of the axial ends of the plain bearing, while on the other hand it flows back radially inward through the body of the plain bearing bush via the free space and through an open-pored end face or is drawn in again radially to the hydrodynamic lubricating film will.

Der beschriebene Kreislauf begünstigt zudem einen Transport und die erfindungsgemäße Abscheidung einer Dampfleckage in dem Freiraum.The circuit described also promotes transport and the deposition according to the invention of a vapor leak in the free space.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann die Gleitlagerbuchse aus einem porösen Sintermetall gefertigt sein. Eine Sintermetalllegierung eignet sich zur Einstellung einer definierten Porosität und weist eine ausreichende Festigkeit zur Fertigung der Gleitlagerbuchse auf.According to one aspect of the invention, the plain bearing bush can be made from a porous sintered metal. A sintered metal alloy is suitable for setting a defined porosity and has sufficient strength for manufacturing the plain bearing bush.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann ein Reservoir zur Vergrößerung der Füllung des Sperrfluid-Schmierstoffs bereitgestellt sein, das in Bezug zu der Gleitfläche in der Gleitlagerbuchse ausgebildet ist. Die Vergrößerung des Volumens der Füllung des Sperrfluid-Schmierstoffs erhöht die Lebensdauer der erfindungsgemäßen Funktionsweise zur Abscheidung und Eingrenzung von Dampfleckagen sowie eine Lebensdauer der Schmierung für die Lagerung und die Dichtungen. Die Ausgestaltung eines entsprechenden Reservoirs als Ausnehmung in der Mitte des Gleitlagerspalts, ermöglicht die Vermeidung einer konstruktiven Überbestimmung von Lagerpunkten der Welle entlang des Gleitlagerspalts und vereinfacht eine Montage sowie Maßhaltigkeit.According to one aspect of the invention, a reservoir for increasing the filling of the barrier fluid lubricant can be provided, which reservoir is formed in the plain bearing bush in relation to the sliding surface. The increase in the volume of the filling of the barrier fluid lubricant increases the service life of the mode of operation according to the invention for separating and delimiting steam leaks as well as a service life of the lubrication for the bearings and the seals. The design of a corresponding reservoir as a recess in the middle of the plain bearing gap enables the avoidance of a structural overdetermination of bearing points of the shaft along the plain bearing gap and simplifies assembly and dimensional accuracy.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung können die Dichtlippe der trockenseitigen Wellendichtung und die Dichtlippe der nassseitigen Wellendichtung, die auf der Umfangsfläche der Welle aufliegen, zu der nassen Seite weisen. Somit wird einer Druckdifferenz zwischen der nassen Seite und der trockenen Seite entgegen gewirkt.According to one aspect of the invention, the sealing lip of the dry-side shaft seal and the sealing lip of the wet-side shaft seal, which rest on the circumferential surface of the shaft, can face the wet side. Thus becomes one Pressure difference between the wet side and the dry side counteracted.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann eine Wasserpumpenlagereinheit mit Dichtungsanordnung zwischen einem Pumpenlaufrad und einem Elektromotor in einer Wasserpumpe angeordnet sein. Ein solcher Pumpentyp profitiert von einem kompakten Pumpenaufbau mit nur einem Wellenlager und einer zuverlässigen Abdichtung zwischen der Pumpenkammer und einer Antriebsseite, die durch die erfindungsgemäße Wasserpumpenlagereinheit ermöglicht werden.According to one aspect of the invention, a water pump bearing unit with a sealing arrangement can be arranged between a pump impeller and an electric motor in a water pump. Such a pump type benefits from a compact pump structure with only one shaft bearing and a reliable seal between the pump chamber and a drive side, which is made possible by the water pump bearing unit according to the invention.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann der Elektromotor ein Trockenläufertyp sein, bei dem sowohl ein Stator als auch ein mit der Welle verbundener Rotor auf der trockenen Seite des Gehäuses angeordnet sind. Die erfindungsgemäße Abdichtung ermöglicht den von feuchtigkeitsempfindlichen Baugruppen, wie insbesondere einem Elektromotor vom Trockenläufertyp oder einer Elektronik. Trockenläufer weisen aufgrund eines geringeren Luftspalts zwischen Rotor und Stator und dem Wegfall eines dazwischenliegenden Spalttopfs eine höhere Effizienz auf. Im Gegensatz zu Nassläufern können Trockenläufer unabhängig von einer typenspezifischen Geometrie bzw. einem Spalttopf einer Pumpe, d.h. als standardisierte Einheit kostengünstiger bezogen werden.According to one aspect of the invention, the electric motor can be of the dry running type, in which both a stator and a rotor connected to the shaft are arranged on the dry side of the housing. The seal according to the invention enables moisture-sensitive assemblies, such as, in particular, an electric motor of the dry-running type or electronics. Dry runners are more efficient due to the smaller air gap between rotor and stator and the omission of a containment shell in between. In contrast to wet runners, dry runners can be obtained more cheaply as a standardized unit regardless of a type-specific geometry or a containment can of a pump.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann an dem Gehäuse der Wasserpumpe eine Gleitfläche zur axialen Lagerung der Welle bereitgestellt sein, gegen die eine Stirnfläche eines freien Endes der Welle anläuft. Dadurch wird eine einfache und kostengünstige Ausgestaltung zur Aufnahme axialer Kräfte der Pumpenwelle bereitgestellt.According to one aspect of the invention, a sliding surface for axially mounting the shaft can be provided on the housing of the water pump, against which a face of a free end of the shaft runs. This provides a simple and inexpensive design for absorbing axial forces of the pump shaft.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von zwei Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die Zeichnung beschrieben. In dieser zeigen:

  • 1 einen Querschnitt durch einen Aufbau mit einem Wasserpumpenlager und einer Dichtungsanordnung nach einem Konzept aus dem Stand der Technik; und
  • 2 einen Querschnitt von einer Wasserpumpenlagereinheit mit Dichtungsanordnung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
The invention is described below on the basis of two exemplary embodiments with reference to the drawing. In this show:
  • 1 a cross section through a structure with a water pump bearing and a sealing arrangement according to a concept from the prior art; and
  • 2 a cross section of a water pump bearing unit with sealing arrangement according to an embodiment of the invention.

1 zeigt ein aus dem Stand der Technik bekanntes Konzept eines Pumpenaufbaus für ein Wasserpumpenlager mit Wälzkörpern und eine Dichtungsanordnung. Zur Abdichtung des Wellenlagers und einer dahinter liegenden Antriebsseite sieht das aus dem Stand der Technik bekannte Konzept in 1 drei Dichtungen und eine bauliche Maßnahme in Form einer Leckagekammer in einem Pumpengehäuse vor. Die Leckagekammer ist zwischen einer ersten Wellendichtung zu einer Pumpenkammer und einem dahinter liegenden Wellenlager angeordnet, das durch zwei weitere Wellendichtungen oder Lagerdichtungen abgedichtet ist. Eine geringfügige Leckage, welche die erste Wellendichtung überwindet, wird von der Leckagekammer aufgefangen und durch eine Leckagebohrung abgeleitet. Bei Betriebstemperatur kann ferner die aufgefangene Leckage durch eine Belüftungsbohrung verdunsten. Somit wird verhindert, dass die Leckage das Wellenlager erreicht oder auch ein dahinter liegender Elektromotor einer Feuchtigkeit ausgesetzt wird. Diese Maßnahme zur Abdichtung einer Welle gegen eine Leckage erfordert einen erheblichen Bauraum. 1 shows a concept known from the prior art of a pump structure for a water pump bearing with rolling elements and a sealing arrangement. For sealing the shaft bearing and a drive side located behind it, the concept known from the prior art is shown in FIG 1 three seals and a structural measure in the form of a leakage chamber in a pump housing. The leakage chamber is arranged between a first shaft seal to a pump chamber and a shaft bearing located behind it, which is sealed by two further shaft seals or bearing seals. A slight leak that the first shaft seal overcomes is caught by the leakage chamber and drained through a leakage hole. At operating temperature, the captured leakage can also evaporate through a ventilation hole. This prevents the leakage from reaching the shaft bearing or from exposing an electric motor behind it to moisture. This measure for sealing a shaft against leakage requires a considerable amount of installation space.

Nachfolgend wird eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Wasserpumpenlagereinheit 1 mit Dichtungsanordnung 2 beschrieben.The following is an embodiment of the water pump bearing unit according to the invention 1 with sealing arrangement 2 described.

2 zeigt die Wasserpumpenlagereinheit 1 mit Dichtungsanordnung 2 in einem Lagergehäuseabschnitt eines Pumpengehäuses 6, genauer genommen zwischen einer Pumpenkammer auf der linken Seite und einem Elektromotor auf der rechten Seite einer nicht weiter dargestellten Wasserpumpe. Links von der Wasserpumpenlagereinheit 1 ist demnach eine nasse Seite 4 dargestellt, welche durch ein in der Pumpenkammer geführtes Fördermedium gebildet wird, und rechts von der Wasserpumpenlagereinheit 1 ist eine trockene Antriebsseite 5 dargestellt, auf welcher der Elektromotor aufgenommen ist. 2 shows the water pump bearing unit 1 with sealing arrangement 2 in a bearing housing section of a pump housing 6th , more precisely between a pump chamber on the left and an electric motor on the right of a water pump, not shown. Left of the water pump bearing unit 1 is therefore a wet side 4th shown, which is formed by a conveying medium guided in the pump chamber, and to the right of the water pump bearing unit 1 is a dry drive side 5 shown on which the electric motor is added.

Die Wasserpumpenlagereinheit 1 ist vom Typ eines Sintergleitlagers und weist eine Gleitlagerbuchse 11 sowie eine Welle 3 auf. Die Gleitlagerbuchse 11 ist aus einer porösen Sintermetalllegierung hergestellt. Eine innenliegende Gleitfläche 13 der Gleitlagerbuchse 11 steht in einem Gleitkontakt zu einer Umfangsfläche 31 der rotierenden Welle 3 und nimmt radiale Kräfte der Welle 3 zwischen einem Pumpenlaufrad und dem Elektromotor auf. Für den Gleitkontakt zwischen der Gleitfläche 13 und der Umfangsfläche 31 ist ein radialer Lagerspalt 10 von weniger als 21 µm, vorzugsweise 3,5 bis 15 µm eingestellt. Eine Gleiteigenschaft zwischen der Welle 3 und der Gleitlagerbuchse 11 wird ferner durch eine nachstehend beschriebene Füllung eines Sperrfluid-Schmierstoff 22 unterstützt.The water pump bearing unit 1 is of the sintered plain bearing type and has a plain bearing bush 11 as well as a wave 3 on. The plain bearing bush 11 is made of a porous sintered metal alloy. An internal sliding surface 13th the plain bearing bush 11 is in sliding contact with a peripheral surface 31 the rotating shaft 3 and takes radial forces from the shaft 3 between a pump impeller and the electric motor. For the sliding contact between the sliding surface 13th and the peripheral surface 31 is a radial bearing gap 10 of less than 21 µm, preferably 3.5 to 15 µm. A sliding property between the shaft 3 and the plain bearing bush 11 is also achieved by filling a barrier fluid lubricant as described below 22nd supports.

Die Wasserpumpenlagereinheit 1 mit Dichtungsanordnung 2 ist dazu ausgelegt, die Welle 3 derart abzudichten, dass auch bei höheren Betriebstemperaturen in der Pumpenkammer auf der nassen Seite 4, keine Dampfleckage durch die Wasserpumpenlagereinheit 1 axial hindurch in einen Hohlraum für den Elektromotor auf der trockenen Seite 5 eintritt. Hierfür ist die Wasserpumpenlagereinheit 1 mit einer Dichtungsanordnung 2 ausgestattet. Die Dichtungsanordnung 2 umfasst neben einer nassseitigen Wellendichtung 24 und einer trockenseitigen Wellendichtung 25 ferner ein Fettvolumen 20, einen Freiraum 21, eine dichtungswirksame Füllung des Sperrfluid-Schmierstoffs 22 sowie einen Volumenkompensator 23.The water pump bearing unit 1 with sealing arrangement 2 is designed to the shaft 3 to be sealed in such a way that even at higher operating temperatures in the pump chamber on the wet side 4th , no steam leakage through the water pump bearing unit 1 axially through into a cavity for the electric motor on the dry side 5 entry. The water pump bearing unit is used for this 1 with a sealing arrangement 2 fitted. The sealing arrangement 2 includes a shaft seal on the wet side 24 and a dry-side shaft seal 25th also a volume of fat 20th , a free space 21 , a sealing filling of the barrier fluid lubricant 22nd as well as a volume compensator 23 .

Die nassseitige Wellendichtung 24 ist ein radialer Wellendichtring, der eine Seite der Gleitlagerbuchse 11 in dem Lagergehäuseabschnitt des Pumpengehäuses 6 zur Welle 3 abschließt. Die nassseitige Wellendichtung 24 weist einen äußeren Kragen zum Pumpengehäuse 6 und eine innere Dichtlippe auf der Umfangsfläche 31 der Welle 3 auf, die jeweils zur nassen Seite 4, also nach außen weisen. Auch die trockenseitige Wellendichtung 25 ist ein radialer Wellendichtring, der eine Seite der Gleitlagerbuchse 11 in dem Lagergehäuseabschnitt des Pumpengehäuses 6 zur Welle 3 abschließt. Die trockenseitige Wellendichtung 25 weist einen äußeren Kragen zum Pumpengehäuse 6 und eine innere Dichtlippe auf der Umfangsfläche 31 der Welle 3 auf, die ebenfalls jeweils zur nassen Seite 4, also nach innen weisen. Die beiden Wellendichtungen 24, 25 bestehen beispielsweise aus Teflon bzw. PTFE oder einem Elastomer wie HNBR oder Fluorkautschuk FKM.The wet-side shaft seal 24 is a radial shaft seal that forms one side of the plain bearing bush 11 in the bearing housing section of the pump housing 6th to the wave 3 concludes. The wet-side shaft seal 24 has an outer collar to the pump housing 6th and an inner sealing lip on the peripheral surface 31 the wave 3 each on the wet side 4th , so point outwards. Also the shaft seal on the dry side 25th is a radial shaft seal that forms one side of the plain bearing bush 11 in the bearing housing section of the pump housing 6th to the wave 3 concludes. The dry side shaft seal 25th has an outer collar to the pump housing 6th and an inner sealing lip on the peripheral surface 31 the wave 3 each on the wet side 4th , so point inwards. The two shaft seals 24 , 25th consist, for example, of Teflon or PTFE or an elastomer such as HNBR or fluororubber FKM.

Zur Erhöhung der Dichtwirkung kann wahlweise noch ein lokal gebundenes Fettvolumen 20 zur Anwendung kommen, das in einer ringförmigen Kavität, den Wellenumfang umgebend, zwischen der Dichtlippe der nassseitigen Wellendichtung 24 und der Gleitlagerbuchse 11 eingegrenzt bzw. aufgenommen ist.To increase the sealing effect, a locally bound volume of fat can optionally be added 20th are used in an annular cavity, surrounding the shaft circumference, between the sealing lip of the wet-side shaft seal 24 and the plain bearing bush 11 is limited or included.

Zwischen der Gleitlagerbuchse 11 und der trockenseitige Wellendichtung 25 besteht ein Abstand, der einen Freiraum 21 zur Aufnahme eines Volumens von der Füllung des Sperrfluid-Schmierstoffs 22 bereitstellt. Der Freiraum 21 dient sowohl zur Abscheidung und Eingrenzung von Dampfleckagen, als auch zur Anbindung des Sperrfluid-Schmierstoffs 22 an eine offenporige Oberfläche der Gleitlagerbuchse 11 zur Versorgung derselben für einen hydrodynamischen Schmierfilm, und ebenso zur Herstellung eines Kontakts mit einem ringförmig ausgebildeten Volumenkompensator 23, der ebenfalls in dem Freiraum 21 angeordnet ist.Between the plain bearing bush 11 and the dry side shaft seal 25th there is a gap, which is a free space 21 for taking up a volume of the filling of the barrier fluid lubricant 22nd provides. The free space 21 serves to separate and contain steam leaks as well as to connect the barrier fluid lubricant 22nd on an open-pored surface of the plain bearing bush 11 to supply the same for a hydrodynamic lubricating film, and also to establish contact with an annular volume compensator 23 who is also in the free space 21 is arranged.

Der Freiraum 21, der Lagerspalt 10, ein Reservoir 12 sowie ein sonstiger verbleibender freier Innenraum der Wasserpumpenlagereinheit 1, der sich in axialer Richtung zwischen der nassseitigen Wellendichtung 24 und der trockenseitigen Wellendichtung 25 befindet, wird durch ein Volumen der Füllung des Sperrfluid-Schmierstoffs 22 eingenommen.The free space 21 , the bearing gap 10 , a reservoir 12th and any other remaining free interior space of the water pump bearing unit 1 , which is located in the axial direction between the wet-side shaft seal 24 and the dry side shaft seal 25th is located by a volume of the filling of the barrier fluid lubricant 22nd taken.

Die Füllung des Sperrfluid-Schmierstoffs 22 versetzt die Gleitlagerbuchse 11 in ein Schmierungsbad, wobei unter Rotation und Belastung der Welle 3 ein hydrodynamischer Schmierfilm entsteht. Der hydrodynamische Schmierfilm bildet sich unter einer Flächenpressung zwischen der Umfangsfläche 31 der Welle 3 und der Gleitfläche 13 der Gleitlagerbuchse 11 aus. Der hydrodynamische Schmierfilm bewirkt einen Kreislauf, der durch den Lagerspalt 10 axial nach außen, über den Freiraum 21 und wieder zurück durch die poröse Struktur des Sintermetalls der Gleitlagerbuchse 11 zu dem Schmierfilm im Lagerspalt 10 führt. Somit wird bei dem geringen Lagerspiel eine gute Gleitreibungseigenschaft zur Welle 3 erzielt. Ferner schmiert der Kreislauf die Dichtungslippen der beiden Wellendichtungen 24, 25.The filling of the barrier fluid lubricant 22nd offsets the plain bearing bush 11 in a lubrication bath, with rotation and loading of the shaft 3 a hydrodynamic lubricating film is created. The hydrodynamic lubricating film forms under surface pressure between the circumferential surface 31 the wave 3 and the sliding surface 13th the plain bearing bush 11 the end. The hydrodynamic lubricating film creates a cycle that runs through the bearing gap 10 axially outwards, over the free space 21 and back again through the porous structure of the sintered metal of the plain bearing bush 11 to the lubricating film in the bearing gap 10 leads. Thus, with the small bearing play, the shaft has good sliding friction properties 3 achieved. The circuit also lubricates the sealing lips of the two shaft seals 24 , 25th .

Eine Dampfleckage, die durch Reibung unter der nassseitigen Wellendichtung 24 entstehen kann und in die Wasserpumpenlagereinheit 1 eindringt, wird von dem Kreislauf in der Füllung des Sperrfluid-Schmierstoffs 22 aufgenommen und in Richtung des Freiraums 21 transportiert. Aufgrund eines großen Dichteunterschieds zwischen dem schwereren Sperrfluid-Schmierstoff und dem leichteren Kondensat der Dampfleckage, wird diese im Sinne einer Luftfalle, bzw. vorliegend als Wasserfalle dienend, in einem oberen Abschnitt des Freiraums 21 aus dem hydrophoben Sperrfluid-Schmierstoff abgeschieden und eingegrenzt. Die derart eingefangene Dampfleckage kann anschließend nicht zu dem Wellenumfang gelangen und unter der trockenseitigen Wellendichtung 25 hindurch entfliehen.A steam leak caused by friction under the wet-side shaft seal 24 can arise and in the water pump bearing unit 1 penetrates, is from the circuit in the filling of the barrier fluid lubricant 22nd recorded and in the direction of the free space 21 transported. Due to a large difference in density between the heavier barrier fluid lubricant and the lighter condensate of the steam leak, this is in the sense of an air trap, or in the present case serving as a water trap, in an upper section of the free space 21 separated from the hydrophobic barrier fluid lubricant and confined. The steam leakage captured in this way cannot then reach the shaft circumference and under the shaft seal on the dry side 25th escape through it.

Die Füllung des Sperrfluid-Schmierstoffs 22 besteht aus einem PFPE Schmierstoff von hoher Dichte, der beispielsweise 30 % bis 80 %, insbesondere 50 % schwerer als Wasser ist, und dessen Viskosität auf eine Zirkulation durch die Porosität des Sintermetalls der Gleitlagerbuchse 11 und die zulässigen inneren Reibmomente eingestellt ist.The filling of the barrier fluid lubricant 22nd consists of a PFPE lubricant of high density, which is, for example, 30% to 80%, in particular 50% heavier than water, and its viscosity on a circulation through the porosity of the sintered metal of the plain bearing bush 11 and the permissible internal frictional torque is set.

In dem Freiraum 21 ist ein Volumenkompensator 23 angeordnet, der aus einem flexiblen, nicht sorptionsfähigen Material wie einem geschäumten, geschlossenzelligen Elastomer, z.B. einem Zellkautschuk oder einem Moosgummi mit geschlossener Oberfläche besteht. In der vorliegenden Ausführungsform ist der Volumenkompensator 23 ringförmig ausgebildet.In the free space 21 is a volume compensator 23 arranged, which consists of a flexible, non-sorbent material such as a foamed, closed-cell elastomer, for example a cellular rubber or a foam rubber with a closed surface. In the present embodiment, the volume compensator 23 ring-shaped.

Im Betrieb kommt es zu einer Erwärmung der Füllung des Sperrfluid-Schmierstoffs 22. Damit einher geht eine Volumenzunahme bzw. ein Druckanstieg der Füllung des Sperrfluid-Schmierstoffs 22 in der Wasserpumpenlagereinheit 1. Aufgrund eines Innendrucks könnte ein überschüssiger Teil der ausgedehnten Füllung des Sperrfluid-Schmierstoffs 22 unter der nassseitigen Wellendichtung 24 austreten. Ein fehlendes Volumen des zuvor ausgetretenen Sperrfluid-Schmierstoffs könnte beim Abkühlen wiederum einen Unterdruck bewirken, durch den eine Leckage des Fördermediums unter der nassseitigen Wellendichtung 24 oder Umgebungsluft von der luftseitigen Wellendichtung 25 in die Wasserpumpenlagereinheit 1 eintritt.During operation, the filling of the barrier fluid lubricant heats up 22nd . This is accompanied by an increase in volume or a rise in pressure in the filling of the barrier fluid lubricant 22nd in the water pump bearing unit 1 . Due to an internal pressure, an excess part of the expanded filling of the barrier fluid lubricant could 22nd under the wet-side shaft seal 24 step out. A lack of volume of the previously leaked barrier fluid lubricant could in turn cause a negative pressure during cooling, through which a leakage of the pumped medium under the wet-side shaft seal 24 or ambient air from the air-side shaft seal 25th into the water pump bearing unit 1 entry.

Der Volumenkompensator 23 kompensiert mit seiner Kompressibilität eine temperaturabhängige Volumenänderung der Füllung des Sperrfluid-Schmierstoffs 22 und begrenzt eine entsprechende Schwankung des Innendrucks in der Wasserpumpenlagereinheit 1. Vorzugsweise ist eine viskoelastische Kompressibilität des Materials derart eingestellt, dass der temperaturabhängige Innendruck in der Wasserpumpenlagereinheit 1 zumindest größer als ein temperaturabhängiger Dampfdruck des Fördermediums im Betrieb ist. Eine Druckdifferenz zwischen dem höheren Innendruck in der Wasserpumpenlagereinheit 1 gegenüber der nassen Seite 4 ist vorzugsweise für eine dampfleckagefreie Abdichtung auf bis zu 2,6 bar eingestellt. Eine Innendruckdifferenz von 1 bar im Ruhezustand stellt einen guten Kompromiss zwischen Lebensdauer und maximal hoher Einsatztemperatur dar, ein derartiger Bereich von Druckdifferenzen kann durch die nassseitige Wellendichtung 24 und trockenseitige Wellendichtung 25 langfristig aufgenommen werden.The volume compensator 23 Compensates with its compressibility a temperature-dependent volume change in the filling of the barrier fluid lubricant 22nd and limits a corresponding fluctuation in internal pressure in the water pump bearing unit 1 . A viscoelastic compressibility of the material is preferably set in such a way that the temperature-dependent internal pressure in the water pump bearing unit 1 is at least greater than a temperature-dependent vapor pressure of the delivery medium in operation. A pressure difference between the higher internal pressure in the water pump bearing unit 1 opposite the wet side 4th is preferably set to up to 2.6 bar for a steam leak-free seal. An internal pressure difference of 1 bar in the idle state represents a good compromise between service life and maximum high operating temperature; such a range of pressure differences can be achieved by the wet-side shaft seal 24 and dry-side shaft seal 25th be included in the long term.

Durch die Kompensation einer Volumenzunahme wird ein Auslaufen des Sperrfluid-Schmierstoffs bzw. ein langfristiger Verlust desselben unterbunden. Da andererseits eine positive Druckdifferenz zwischen der Füllung des Sperrfluid-Schmierstoffs 22 in der Wasserpumpenlagereinheit 1 und der nassen Seite 4 anliegt, kommt es bei fachgerechter Ausbildung der nassseitigen Wellendichtungslippe 24 zu keiner Anregung von Leckagen des Fördermediums in die Wasserpumpenlagereinheit 1. Darüber hinaus führt der Druck der Füllung des Sperrfluid-Schmierstoffs 22 in der Wasserpumpenlagereinheit 1 zu einer optimierten Schmierstoffversorgung der Dichtlippen beider Wellendichtungen 24 und 25, welche annähernd verschleißfrei laufen.By compensating for an increase in volume, leakage of the barrier fluid lubricant or long-term loss of the same is prevented. On the other hand, there is a positive pressure difference between the filling of the barrier fluid lubricant 22nd in the water pump bearing unit 1 and the wet side 4th is applied, it occurs when the wet-side shaft sealing lip is properly designed 24 to prevent leakage of the pumped medium into the water pump bearing unit 1 . In addition, the pressure leads to the filling of the barrier fluid lubricant 22nd in the water pump bearing unit 1 for an optimized supply of lubricant to the sealing lips of both shaft seals 24 and 25th , which run almost wear-free.

In einem axial mittleren Bereich der Gleitlagerbuchse 11 kann zusätzlich ein in der Gleitfläche 13 radial ausgenommenes Reservoir 12 ausgebildet sein. Das Reservoir 12 ist zu beiden Seiten der Gleitlagerbuchse 11 durch axiale Abschnitte der Gleitfläche 13 eingegrenzt. Das optionale Reservoir 12 steht zu beiden axialen Richtungen mit dem Lagerspalt 10 in Verbindung und vergrößert ein in der Wasserpumpenlagereinheit 1 bereitstellbares Volumen der Füllung des Sperrfluid-Schmierstoffs 22.In an axially central area of the plain bearing bush 11 can also have one in the sliding surface 13th radially recessed reservoir 12th be trained. The reservoir 12th is on both sides of the plain bearing bush 11 by axial sections of the sliding surface 13th limited. The optional reservoir 12th stands with the bearing gap in both axial directions 10 in connection and enlarges one in the water pump bearing unit 1 the volume of the filling of the barrier fluid lubricant that can be provided 22nd .

Die Dichtungsanordnung 2 der Wasserpumpenlagereinheit 1 stellt gemeinsam durch die Wellendichtungen 24, 25, das Fettvolumen 20 und die Füllung des Sperrfluid-Schmierstoffs 22, die mit dem Volumenkompensator 23 und dem Freiraum 21 zusammenwirkt, eine Kaskade von mehreren Dichtungsstufen dar, die auch bei höheren Betriebstemperaturen oberhalb des Verdampfungspunkts eines wasserbasierten Fördermediums, einen wirksamen Schutz gegen ein axiales Hindurchtreten von Dampfleckagen bietet.The sealing arrangement 2 the water pump bearing unit 1 puts together through the shaft seals 24 , 25th , the fat volume 20th and the filling of the barrier fluid lubricant 22nd that with the volume compensator 23 and the space 21 cooperates, a cascade of several sealing stages, which offers an effective protection against axial penetration of steam leaks even at higher operating temperatures above the evaporation point of a water-based pumping medium.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11
WasserpumpenlagereinheitWater pump bearing unit
22
DichtungsanordnungSealing arrangement
33
Wellewave
44th
nasse Seitewet side
55
trockene Seitedry side
66th
PumpengehäusePump housing
1010
LagerspaltBearing gap
1111
GleitlagerbuchsePlain bearing bush
1212th
Reservoirreservoir
1313th
GleitflächeSliding surface
2020th
FettvolumenFat volume
2121
Freiraumfree space
2222nd
Füllung eines Sperrfluid-SchmierstoffsFilling of a barrier fluid lubricant
2323
VolumenkompensatorVolume compensator
2424
nassseitige Wellendichtungwet side shaft seal
2525th
trockenseitige Wellendichtungshaft seal on the dry side
3131
UmfangsflächeCircumferential surface

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • DE 19639928 A1 [0009]DE 19639928 A1 [0009]
  • DE 102018104015 A1 [0011]DE 102018104015 A1 [0011]
  • DE 102018123901 [0012]DE 102018123901 [0012]
  • DE 102019126968 [0013]DE 102019126968 [0013]

Claims (18)

Wasserpumpenlagereinheit (1) mit Dichtungsanordnung (2), eingerichtet zur radialen Lagerung und Abdichtung einer Welle (3) zwischen einer nassen Seite (4) und einer trockenen Seite (5) in einem Gehäuse (6) einer Wasserpumpe, aufweisend: eine Gleitlagerbuchse (11) mit einer innenliegenden Gleitfläche (13) zur radialen Lagerung einer Umfangsfläche (31) der Welle (3); eine trockenseitige Wellendichtung (25), die zwischen der Gleitlagerbuchse (11) und der trockenen Seite (5) angeordnet ist; eine nassseitige Wellendichtung (24), die zwischen der Gleitlagerbuchse (11) und der nassen Seite (4) angeordnet ist; dadurch gekennzeichnet, dass in der Wasserpumpenlagereinheit (1) eine Füllung mit einem Sperrfluid-Schmierstoff (22) zur Abdichtung und zur Schmierung aufgenommen ist; wobei die Füllung des Sperrfluid-Schmierstoffs (22) einen Lagerspalt (10) der Gleitlagerbuchse (11) sowie wenigstens einen, sich zu dem Lagerspalt (10) radial erhebenden Freiraum (21) zwischen der nassseitigen Wellendichtung (24) und der trockenseitigen Wellendichtung (25) einnimmt; wobei der Sperrfluid-Schmierstoff (22) hydrophob ist; und eine Dichte des Sperrfluid-Schmierstoffs (22) wenigstens 30% höher oder niedriger als die Dichte von Wasser ist. Water pump bearing unit (1) with sealing arrangement (2), set up for radial bearing and sealing of a shaft (3) between a wet side (4) and a dry side (5) in a housing (6) of a water pump, comprising: a plain bearing bush (11 ) with an inner sliding surface (13) for the radial mounting of a circumferential surface (31) of the shaft (3); a dry side shaft seal (25) which is arranged between the plain bearing bush (11) and the dry side (5); a wet-side shaft seal (24) which is arranged between the plain bearing bush (11) and the wet side (4); characterized in that a filling with a barrier fluid lubricant (22) for sealing and for lubrication is accommodated in the water pump bearing unit (1); wherein the filling of the barrier fluid lubricant (22) has a bearing gap (10) of the plain bearing bush (11) and at least one free space (21) which rises radially towards the bearing gap (10) between the wet-side shaft seal (24) and the dry-side shaft seal (25) ) takes; wherein the barrier fluid lubricant (22) is hydrophobic; and a density of the barrier fluid lubricant (22) is at least 30% higher or lower than the density of water. Wasserpumpenlagereinheit (1) mit Dichtungsanordnung (2) nach Anspruch 1, wobei eine Dichte des Sperrfluid-Schmierstoffs (22) wenigstens 50% höher als die Dichte von Wasser ist.Water pump bearing unit (1) with sealing arrangement (2) according to Claim 1 wherein a density of the barrier fluid lubricant (22) is at least 50% higher than the density of water. Wasserpumpenlagereinheit (1) mit Dichtungsanordnung (2) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Sperrfluid-Schmierstoff (22) ein Perfluorpolyether bzw. PFPE ist.Water pump bearing unit (1) with sealing arrangement (2) according to Claim 1 or 2 , wherein the barrier fluid lubricant (22) is a perfluoropolyether or PFPE. Wasserpumpenlagereinheit (1) mit Dichtungsanordnung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der wenigstens eine Freiraum (21) zwischen der Gleitlagerbuchse (11) und einer Dichtlippe der trockenseitigen Wellendichtung (25) angeordnet ist.Water pump bearing unit (1) with sealing arrangement (2) according to one of the preceding claims, wherein the at least one free space (21) is arranged between the plain bearing bush (11) and a sealing lip of the dry-side shaft seal (25). Wasserpumpenlagereinheit (1) mit Dichtungsanordnung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der wenigstens eine Freiraum (21) als eine zum Lagerspalt (10) geöffnete Ringkammer ausgebildet ist und eine radiale Erstreckung aufweist, die derjenigen der Gleitlagerbuchse (11) entspricht.Water pump bearing unit (1) with sealing arrangement (2) according to one of the preceding claims, wherein the at least one free space (21) is designed as an annular chamber open to the bearing gap (10) and has a radial extension which corresponds to that of the plain bearing bush (11). Wasserpumpenlagereinheit (1) mit Dichtungsanordnung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwischen der Gleitlagerbuchse (11) und einer Dichtlippe der nassseitigen Wellendichtung (24) ein Fettvolumen (20) in der Wasserpumpenlagereinheit (1) aufgenommen ist.Water pump bearing unit (1) with sealing arrangement (2) according to one of the preceding claims, a volume of grease (20) being accommodated in the water pump bearing unit (1) between the plain bearing bush (11) and a sealing lip of the wet-side shaft seal (24). Wasserpumpenlagereinheit (1) mit Dichtungsanordnung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Volumenkompensator (23) zur Kompensation einer temperaturabhängigen Volumenschwankung der Füllung des Sperrfluid-Schmierstoffs (22) bereitgestellt ist, der ein abgeschlossenes Gasvolumen umfasst.Water pump bearing unit (1) with sealing arrangement (2) according to one of the preceding claims, wherein a volume compensator (23) is provided to compensate for a temperature-dependent volume fluctuation of the filling of the barrier fluid lubricant (22), which comprises an enclosed gas volume. Wasserpumpenlagereinheit (1) mit Dichtungsanordnung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei ein Volumenkompensator (23) zur Kompensation einer temperaturabhängigen Volumenschwankung der Füllung des Sperrfluid-Schmierstoffs (22) bereitgestellt ist, der ein Material mit einer viskoelastischen Kompressibilität umfasst.Water pump bearing unit (1) with sealing arrangement (2) according to one of the Claims 1 until 6th wherein a volume compensator (23) for compensating for a temperature-dependent volume fluctuation of the filling of the barrier fluid lubricant (22) is provided, which comprises a material with a viscoelastic compressibility. Wasserpumpenlagereinheit (1) mit Dichtungsanordnung (2) nach Anspruch 8, wobei der Volumenkompensator (23) aus einem Zellkautschuk mit einer geschlossenzelligen Struktur ausgebildet ist.Water pump bearing unit (1) with sealing arrangement (2) according to Claim 8 , wherein the volume compensator (23) is formed from a cellular rubber with a closed-cell structure. Wasserpumpenlagereinheit (1) mit Dichtungsanordnung (2) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei der Volumenkompensator (23) ringförmig ausgebildet ist, und in dem wenigstens einen Freiraum (21) angeordnet ist.Water pump bearing unit (1) with sealing arrangement (2) according to one of the Claims 7 until 9 , wherein the volume compensator (23) is annular, and in which at least one free space (21) is arranged. Wasserpumpenlagereinheit (1) mit Dichtungsanordnung (2) nach einem der Ansprüche 7 bis 10, wobei der Volumenkompensator (23) elastisch vorgespannt ist, sodass ein Innendruck höher als ein Außendruck auf der nassen Seite (4) und auf der trockenen Seite (5) ist.Water pump bearing unit (1) with sealing arrangement (2) according to one of the Claims 7 until 10 , wherein the volume compensator (23) is elastically biased so that an internal pressure is higher than an external pressure on the wet side (4) and on the dry side (5). Wasserpumpenlagereinheit (1) mit Dichtungsanordnung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Gleitlagerbuchse (11) aus einem porösen Material mit einer offenporigen Struktur gefertigt ist, durch welches der Sperrfluid-Schmierstoff (22) zirkulieren kann.Water pump bearing unit (1) with sealing arrangement (2) according to one of the preceding claims, wherein the plain bearing bush (11) is made of a porous material with an open-pored structure through which the barrier fluid lubricant (22) can circulate. Wasserpumpenlagereinheit (1) mit Dichtungsanordnung (2) nach Anspruch 12, wobei die Gleitlagerbuchse (11) aus einem porösen Sintermetall gefertigt ist.Water pump bearing unit (1) with sealing arrangement (2) according to Claim 12 , wherein the plain bearing bush (11) is made of a porous sintered metal. Wasserpumpenlagereinheit (1) mit Dichtungsanordnung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Reservoir (12) zur Vergrößerung der Füllung des Sperrfluid-Schmierstoffs (22) bereitgestellt ist, das in Bezug zu der Gleitfläche (13) in der Gleitlagerbuchse (11) ausgebildet ist.Water pump bearing unit (1) with sealing arrangement (2) according to one of the preceding claims, wherein a reservoir (12) is provided for increasing the filling of the barrier fluid lubricant (22), which in relation to the sliding surface (13) in the sliding bearing bushing (11) is trained. Wasserpumpenlagereinheit (1) mit Dichtungsanordnung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Dichtlippe der trockenseitigen Wellendichtung (25) und die Dichtlippe der nassseitigen Wellendichtung (24), die auf der Umfangsfläche (31) der Welle (3) aufliegen, zu der nassen Seite (4) weisen.Water pump bearing unit (1) with sealing arrangement (2) according to one of the preceding claims, wherein the sealing lip of the dry-side shaft seal (25) and the sealing lip of the wet-side shaft seal (24), which rest on the peripheral surface (31) of the shaft (3), to the wet side (4). Wasserpumpe für einen Kühlmittelkreislauf in einem Fahrzeug, aufweisend: eine Wasserpumpenlagereinheit (1) mit Dichtungsanordnung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 15; eingerichtet zur Lagerung und Abdichtung einer Welle (3) in einem Gehäuse (6) zwischen einem Pumpenlaufrad und einem Elektromotor.A water pump for a coolant circuit in a vehicle, comprising: a water pump bearing unit (1) with a sealing arrangement (2) according to one of the Claims 1 until 15th ; set up for mounting and sealing a shaft (3) in a housing (6) between a pump impeller and an electric motor. Wasserpumpe nach Anspruch 16, wobei der Elektromotor ein Trockenläufertyp ist, bei dem sowohl ein Stator als auch ein mit der Welle (3) verbundener Rotor auf der trockenen Seite (5) des Gehäuses (6) angeordnet sind.Water pump after Claim 16 wherein the electric motor is of the dry running type in which both a stator and a rotor connected to the shaft (3) are arranged on the dry side (5) of the housing (6). Wasserpumpe nach Anspruch 16 oder 17, wobei an dem Gehäuse (6) eine Gleitfläche zur axialen Lagerung der Welle (3) bereitgestellt ist, gegen die eine Stirnfläche eines freien Endes der Welle (3) anläuft.Water pump after Claim 16 or 17th wherein a sliding surface for the axial mounting of the shaft (3) is provided on the housing (6), against which a face of a free end of the shaft (3) runs.
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