DE102020105781A1

DE102020105781A1 - Water pump bearing unit with sealing arrangement and water pump equipped with it

Info

Publication number: DE102020105781A1
Application number: DE102020105781.4A
Authority: DE
Inventors: Franz Pawellek; Marcel Berner
Original assignee: Nidec GPM GmbH
Current assignee: Nidec GPM GmbH
Priority date: 2020-03-04
Filing date: 2020-03-04
Publication date: 2021-09-09
Also published as: WO2021175520A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Wasserpumpenlagereinheit (1) mit Dichtungsanordnung (2) zur radialen Lagerung und Abdichtung einer Welle (3) zwischen einer nassen Seite (4) und einer trockenen Seite (5) in einem Gehäuse (6) einer Wasserpumpe, die eine Gleitlagerbuchse (11) eine trockenseitige Wellendichtung (25) und eine nassseitige Wellendichtung (24) umfasst. In der Wasserpumpenlagereinheit (1) ist eine Schmierstofffüllung (22) zur Schmierung eines Lagerspalts (21) sowie zur Abdichtung von Freiräumen auf genommen ist. Es ist wenigstens eine Schmierstoffreservoir-Ausnehmung (12) zur Vergrößerung der Schmierstofffüllung (22) bereitgestellt; wobei die wenigstens eine Schmierstoffreservoir-Ausnehmung (12) i) zu beiden axialen Richtungen jeweils durch einen Abschnitt des Lagerspalts (21) eingegrenzt ist und/oder ii) in der Schmierstoffreservoir-Ausnehmung (12) ein Volumenkompensator (23) zur Kompensation einer temperaturabhängigen Volumenschwankung der Schmierstofffüllung (22) bereitgestellt ist, der ein kompressibles Material umfasst.The invention relates to a water pump bearing unit (1) with a sealing arrangement (2) 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, which has a plain bearing bush ( 11) comprises a dry-side shaft seal (25) and a wet-side shaft seal (24). In the water pump bearing unit (1) there is a lubricant filling (22) for lubricating a bearing gap (21) and for sealing free spaces. At least one lubricant reservoir recess (12) is provided to enlarge the lubricant filling (22); wherein the at least one lubricant reservoir recess (12) i) is delimited in both axial directions by a section of the bearing gap (21) and / or ii) a volume compensator (23) in the lubricant reservoir recess (12) to compensate for a temperature-dependent volume fluctuation the lubricant filling (22) is provided, which comprises a compressible material.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wasserpumpenlagereinheit mit einer Dichtungsanordnung sowie eine Wasserpumpe für einen Kühlmittelkreislauf in einem Fahrzeug, welche eine Wasserpumpenlagereinheit mit Dichtungsanordnung umfasst.The present invention relates to a water pump bearing unit with a sealing arrangement and a water pump for a coolant circuit in a vehicle, which comprises a water pump bearing unit with a sealing arrangement.

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 the ingress of 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 vergleichsweise einfacheren und kostengünstigeren, alternativen Aufbau eines Kompaktlagers mit einer integrierten Dichtungsanordnung zu schaffen, der eine reibungsarme Lagerung einer Welle und eine verschleißarme Abdichtung zu einer trockenen Antriebsseite in einer Wasserpumpe sicherstellt.One object of the present invention is to create a comparatively simpler and more cost-effective, alternative construction of a compact bearing with an integrated sealing arrangement, which ensures a low-friction bearing of a shaft and a low-wear seal to a dry drive side in a water pump.

Die Aufgabe wird durch eine Wasserpumpenlagereinheit mit Dichtungsanordnung nach den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. nach den Merkmalen des nebengeordneten Anspruchs 6 und durch eine Wasserpumpe nach den Merkmalen des Anspruchs 13 gelöst. The object is achieved by a water pump bearing unit with a sealing arrangement according to the features of claim 1 or according to the features of the independent claim 6 and by a water pump according to the features of claim 13.

Die Wasserpumpenlagereinheit mit Dichtungsanordnung zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass eine Schmierstofffüllung zur Schmierung eines Lagerspalts, der zwischen einer Gleitfläche einer Gleitlagerbuchse und einer Umfangsfläche einer Welle gebildet wird, sowie zur Abdichtung von Freiräumen zwischen einer nassseitigen Wellendichtung und einer trockenseitigen Wellendichtung, in der Wasserpumpenlagereinheit auf genommen ist; und wenigstens eine Schmierstoffreservoir-Ausnehmung zur Vergrößerung der Schmierstofffüllung bereitgestellt ist; wobei die wenigstens eine Schmierstoffreservoir-Ausnehmung insbesondere zu beiden axialen Richtungen jeweils durch einen Abschnitt des Lagerspalts eingegrenzt ist.The water pump bearing unit with sealing arrangement is characterized in particular by the fact that a lubricant filling for lubricating a bearing gap, which is formed between a sliding surface of a plain bearing bush and a peripheral surface of a shaft, and for sealing free spaces between a wet-side shaft seal and a dry-side shaft seal, in the water pump bearing unit is taken; and at least one lubricant reservoir recess is provided to enlarge the lubricant filling; wherein the at least one lubricant reservoir recess is delimited in particular in both axial directions by a section of the bearing gap.

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 in einem Reservoir zur Versorgung des Lagerspalts aufgenommen ist, das durch den Lagerspalt eingegrenzt ist.The invention provides for the first time a plain bearing suitable as a compact bearing for water pumps, which is not lubricated by a conveying medium, but rather carries a separate lubricant that is received in a reservoir for supplying the bearing gap, which is delimited by the bearing gap.

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 separaten Schmierstofffüllung mit spezifischer Viskosität und Schmierungseigenschaft, eine Reibung des Gleitlagers 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. In comparison to a sliding bearing that is lubricated by a coolant, the provision according to the invention of the separate lubricant filling with specific viscosity and lubricating properties can reduce friction of the sliding bearing.

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 Schmierstofffüllung 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 from the lubricant filling on the dry side, 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 der Schmierstofffüllung 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, the coolant can after an unprofessional Maintenance have a composition deviating from the intended standard, which has an effect on frost protection and, in particular, on the lubricating property of sliding surfaces. As a result of the separate provision of the lubricant filling according to the invention, the air-side sealing lip and the slide bearing are protected from such impairments.

Das vergrößerte Volumen der bereitgestellten Schmierstofffüllung durch die Schmierstoffreservoir-Ausnehmung sowie die Ausgestaltung einer Eingrenzung mittels des Lagerspalts zur lokalen Einbindung der Schmierstofffüllung, stellen eine Schmierung auf die Lebensdauer der erfindungsgemäßen Wasserpumpenlagereinheit bereit.The increased volume of the lubricant filling provided by the lubricant reservoir recess and the configuration of a delimitation by means of the bearing gap for local integration of the lubricant filling provide lubrication for the service life of the water pump bearing unit according to the invention.

Ferner trägt die Schmierstofffüllung zu einer Abdichtung der Wasserpumpenlagereinheit zwischen einer nassen und einer trockenen Seite bei. In Bezug auf eine axiale Durchdringung einer Leckage durch die erfindungsgemäße Wasserpumpenlagereinheit, stellen die von dem Schmierstoff eingenommenen, abwechselnd zunehmenden und abnehmenden Querschnitte der axialen Abschnitte des Lagerspalts, der Schmierstoffreservoir-Ausnehmung sowie ggf. Freiräumen zu den Wellendichtungen, mehrere Leckagebarrieren dar. Im Betrieb bestehen in den unterschiedlichen Querschnitten unterschiedliche Strömungszonen der viskosen Schmierstofffüllung, die ein axiales Durchqueren einer Leckage erschweren.Furthermore, the lubricant filling contributes to the sealing of the water pump bearing unit between a wet and a dry side. With regard to an axial penetration of a leak through the water pump bearing unit according to the invention, the alternately increasing and decreasing cross-sections of the axial sections of the bearing gap, the lubricant reservoir recess and, if necessary, free spaces to the shaft seals, represent several leakage barriers In the different cross-sections, different flow zones of the viscous lubricant filling, which make it difficult to axially traverse a leak.

Die Schmierstoffreservoir-Ausnehmung ist zu beiden axialen Seiten durch den Lagerspalt eingegrenzt. Durch die Leckagebarriere des Lagerspalts zu der nassen Seite wird ein Leckageeintritt und somit eine Vermischung, Verdünnung oder Auswaschung der Schmierstofffüllung in der Schmierstoffreservoir-Ausnehmung unterdrückt.The lubricant reservoir recess is delimited on both axial sides by the bearing gap. Due to the leakage barrier of the bearing gap to the wet side, leakage entry and thus mixing, dilution or washing out of the lubricant filling in the lubricant reservoir recess is suppressed.

Zudem wird der Innendruck im gesamten Lagerhohlraum gleich gehalten und liegt über dem Dampfdruck der Förderflüssigkeit. Der notwendige Druckausgleich wird dabei über ein poröses Sintergefüge realisiert, da die Drehung der Welle lokal im Spalt bedingt durch Hydrodynamik einen noch höheren Druck verursacht, und das feinporig offene Sintergefüge eine Leckage-Abscheidung hin zur trockenen Seite gegenüber z.B. einer Bohrung deutlich begünstigt.In addition, the internal pressure is kept the same in the entire bearing cavity and is above the vapor pressure of the fluid to be conveyed. The necessary pressure equalization is achieved via a porous sinter structure, as the rotation of the shaft locally in the gap causes an even higher pressure due to hydrodynamics, and the fine-pored open sinter structure clearly favors leakage separation on the dry side compared to e.g. a bore.

Durch die zuvor genannten Vorteile können eine reibungsärmere Lagerung und eine höhere Lebensdauer der Abdichtung erzielt werden. Infolgedessen kann eine höhere Effizienz und Betriebssicherheit der Pumpe sowie insbesondere eine geringere Ausfallwahrscheinlichkeit eines Fahrbetriebs eines Fahrzeugs sichergestellt werden.Due to the advantages mentioned above, a lower-friction bearing and a longer service life of the seal can be 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, die sich insgesamt aus den beiden Wellendichtungen, dem Lagerspalt, der Schmierstofffüllung und in einer Ausführungsform auch aus einem Volumenausgleichselement bzw. Volumenkompensator zusammensetzt, 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, which is composed of the two shaft seals, the bearing gap, the lubricant filling and, in one embodiment, also of a volume compensation element or volume compensator, 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 des erfindungsgemäßen Gleitlagers mit Dichtungsanordnung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.Advantageous further developments of the slide bearing according to the invention with a sealing arrangement are the subject matter of the dependent claims.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann die wenigstens eine Schmierstoffreservoir-Ausnehmung in Bezug zu der Gleitfläche in der Gleitlagerbuchse ausgebildet sein. Durch diese Ausgestaltung kann die Integration eines zusätzlichen Schmierstoffvolumens durch Bearbeitung bzw. Formgebung der Gleitlagerbuchse einfach realisiert werden, während die Welle unbearbeitet bleiben kann.According to one aspect of the invention, the at least one lubricant reservoir recess can be formed in relation to the sliding surface in the plain bearing bush. With this configuration, the integration of an additional volume of lubricant can be easily implemented by machining or shaping the plain bearing bush, while the shaft can remain unmachined.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann die wenigstens eine Schmierstoffreservoir-Ausnehmung in Bezug zu der Umfangsfläche in der Welle ausgebildet sein. Durch diese alternative oder zusätzliche Ausgestaltung kann entweder alternativ die Gleitlagerbuchse unbearbeitet bleiben, oder es kann ein zusätzliches Schmierstoffvolumen bei gleicher radialer oder axialer Abmessung der Bauteile erzielt werden.According to one aspect of the invention, the at least one lubricant reservoir recess can be formed in the shaft in relation to the circumferential surface. As a result of this alternative or additional configuration, either the plain bearing bushing can alternatively remain unprocessed, or an additional volume of lubricant can be achieved with the same radial or axial dimensions of the components.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann die wenigstens eine Schmierstoffreservoir-Ausnehmung als eine zum Lagerspalt geöffnete Ringkammer ausgebildet sein. Eine entsprechende rotationssymmetrische Ausgestaltung lässt sich bevorzugt bearbeiten.According to one aspect of the invention, the at least one lubricant reservoir recess can be designed as an annular chamber open to the bearing gap. A corresponding rotationally symmetrical configuration can preferably be processed.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann in der Schmierstoffreservoir-Ausnehmung ein Volumenkompensator zur Kompensation einer temperaturabhängigen Volumenschwankung der Schmierstofffüllung bereitgestellt sein, der ein kompressibles Material oder ein Gas umfasst.According to one aspect of the invention, a volume compensator can be provided in the lubricant reservoir recess to compensate for a temperature-dependent volume fluctuation of the lubricant filling, which comprises a compressible material or a gas.

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

Der einfache Aufbau des Volumenkompensators mittels eines kompressiblen Materials, ermöglicht eine einfache, zuverlässige sowie kostengünstige Bereitstellung der gewünschten Funktion. Durch eine Auslegung eines elastischen Verhaltens des kompressiblen Materials lässt sich eine druckabhängige Funktion der Volumenkompensation 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 in der Schmierstoffdepot-Ausnehmung integrieren.The simple construction of the volume compensator by means of a compressible material enables simple, reliable and inexpensive provision of the desired function. By designing the elastic behavior of the compressible 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 in the lubricant depot recess.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann der Volumenkompensator aus einem geschlossenzelligen Elastomer ausgebildet sein. Geschäumte Elastomere, wie z.B. Zellkautschuk oder Moosgummi weisen eine geeignete viskoelastische Kompressibilität auf, um durch eine Wärmeausdehnung eines in Kontakt stehenden Schmierstoffvolumens komprimiert zu werden. Zudem sind schaumförmige 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 closed-cell elastomer. Foamed elastomers such as cellular rubber or cellular rubber have a suitable viscoelastic compressibility to be compressed by thermal expansion of a volume of lubricant in contact. In addition, foam-like 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 der wenigstens einen Schmierstoffreservoir-Ausnehmung angeordnet sein, die als eine zum Lagerspalt geöffnete Ringkammer ausgebildet ist. Durch diese Ausgestaltung 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 lubricant reservoir recess, which is designed as an annular chamber open to the bearing gap. As a result of this configuration, 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 die Gleitlagerbuchse aus einem porösen Sintermetall gefertigt sein, das mit einem Schmierstoff der Schmierstofffüllung getränkt ist. Eine Gleitlagerbuchse eignet sich vorteilhaft zur Bereitstellung eines Kompaktlagers, da es bei ausreichender axialer Abmessung als einziges Wellenlager dienen kann, während ein Wälzlager an zwei axial beabstandeten Lagerpunkten, oder wenigstens in Form eines Wälzlagers mit zwei Wälzkörperreihen bereitgestellt werden muss. Die Verwendung einer getränkten Gleitlagerbuchse ermöglicht die Verwendung eines sehr geringen Laufspiels zu 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 sintered metal which is impregnated with a lubricant of the lubricant filling. A plain bearing bush is advantageously suitable for providing a compact bearing, since it can serve as a single shaft bearing with sufficient axial dimensions, while a roller bearing must be provided at two axially spaced bearing points, or at least in the form of a roller bearing with two rows of rolling elements. The use of an impregnated plain bearing bush enables the use of very little running clearance to 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.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung können eine Dichtlippe der trockenseitigen Wellendichtung und eine 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, a sealing lip of the dry-side shaft seal and a sealing lip of the wet-side shaft seal, which rest on the circumferential surface of the shaft, can face the wet side. This counteracts a pressure difference between the wet side and the dry side.

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 zuverlässige Abdichtung ermöglicht den Einsatz in Anwendungen mit 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 reliable seal enables use in applications with 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 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 the axial mounting of the shaft can be provided on the housing, 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;
2 einen Querschnitt von einer Wasserpumpenlagereinheit mit Dichtungsanordnung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung; und
3 einen Querschnitt von einer Wasserpumpenlagereinheit mit Dichtungsanordnung gemäß einer zweiten 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;
2 a cross section of a water pump bearing unit with sealing arrangement according to a first embodiment of the invention; and
3 a cross section of a water pump bearing unit with sealing arrangement according to a second 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 erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Wasserpumpenlagereinheit 1 mit Dichtungsanordnung 2 beschrieben.The following is a first 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 21 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 einen Schmierstoff einer nachstehend beschriebenen Schmierstofffüllung 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 21 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 by a lubricant of a lubricant filling described below 22nd supports.

Die Wasserpumpenlagereinheit 1 mit Dichtungsanordnung 2 ist dazu ausgelegt, die Welle 3 derart abzudichten, dass auch bei einer Druckdifferenz zwischen der Pumpenkammer auf der nassen Seite 4 und einem Hohlraum für den Elektromotor auf der trockenen Seite 5, das flüssige Fördermedium nicht durch die Wasserpumpenlagereinheit 1 axial hindurch tritt. Hierfür ist die Wasserpumpenlagereinheit 1 mit einer Dichtungsanordnung 2 ausgestattet. Die Dichtungsanordnung 2 umfasst eine nassseitige Wellendichtung 24, eine trockenseitige Wellendichtung 25 und eine dichtungswirksame Schmierstofffüllung 22, sowie wahlweise eine Fettkammer 26.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 with a pressure difference between the pump chamber on the wet side 4th and a cavity for the electric motor on the dry side 5 , the liquid pumped medium does not pass through the water pump bearing unit 1 axially passes through. The water pump bearing unit is used for this 1 with a sealing arrangement 2 fitted. The sealing arrangement 2 includes a wet side shaft seal 24 , a dry-side shaft seal 25th and a sealing lubricant filling 22nd , and optionally a grease chamber 26.

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. Eine ausgebildete Fettkammer 26 zwischen nassseitige Wellendichtung 24 und der Gleitlagerbuchse 11 kann wahlweise zur Erhöhung der Dichtwirkung zur Anwendung kommen. 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. Zwischen der Gleitlagerbuchse 11 und der trockenseitige Wellendichtung 25 besteht ein Abstand zur Anbindung der Schmierstofffüllung 22 und dem Volumenkompensator 23. 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. A grease chamber 26 formed between the wet-side shaft seal 24 and the plain bearing bush 11 can optionally be used to increase the sealing effect. 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. Between the plain bearing bush 11 and the dry side shaft seal 25th there is a distance to the connection of the lubricant filling 22nd and the volume compensator 23 . The two shaft seals 24 , 25th consist, for example, of Teflon or PTFE or an elastomer such as HNBR or fluororubber FKM.

Durch eine Neigung des äußeren Kragens und der innere Dichtlippe der trockenseitigen Wellendichtung 25 entsteht zwischen der Gleitlagerbuchse 11 und der trockenseitige Wellendichtung 25 ein Freiraum. Dieser Freiraum, der Lagerspalt 21, eine nachstehend beschriebene Schmierstoffreservoir-Ausnehmung 12 sowie ein sonstiger verbleibender Innenraum der Wasserpumpenlagereinheit 1, der sich in axialer Richtung zwischen der nassseitigen Wellendichtung 24 und der trockenseitigen Wellendichtung 25 erstreckt, sowie in radialer Richtung zwischen der Welle und der Gleitlagerbuchse 11 bzw. dem umgebenden Pumpengehäuse 6 erstreckt, und der nicht durch ein Köpervolumen der Gleitlagerbuchse 11 oder Welle 3 besetzt ist, wird durch ein Volumen der Schmierstofffüllung 22 eingenommen.By inclining the outer collar and the inner sealing lip of the dry-side shaft seal 25th arises between the plain bearing bush 11 and the dry side shaft seal 25th a free space. This free space, the bearing gap 21 , a lubricant reservoir recess described below 12th and another remaining 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 extends, as well as in the radial direction between the shaft and the plain bearing bush 11 or the surrounding pump housing 6th extends, and not through a body volume of the plain bearing bush 11 or wave 3 is occupied by a volume of the lubricant filling 22nd taken.

Die Schmierstofffüllung 22 versetzt die Gleitlagerbuchse 11 in ein Schmierungsbad, sodass eine gesättigte Tränkung, sowie ein Schmierstoffkreislauf in den Lagerspalt 21, der porösen Struktur des Sintermetalls der Gleitlagerbuchse 11 sichergestellt ist. Somit wird bei dem geringen Lagerspiel eine gute Gleitreibungseigenschaft zur Welle 3 erzielt. Ferner schmiert der Schmierstoff die Dichtungslippen der beiden Wellendichtungen 24, 25. Der Schmierstoff besteht beispielsweise aus einem synthetischen Kohlenwasserstoff, einem Silikonöl, einem Estheröl oder dergleichen, dessen Viskosität auf eine Absorption durch die Porosität des Sintermetalls der Gleitlagerbuchse 11 und die zulässigen inneren Reibmomente eingestellt ist.The lubricant filling 22nd offsets the plain bearing bush 11 in a lubrication bath, so that a saturated impregnation, as well as a lubricant circuit in the bearing gap 21 , the porous structure of the sintered metal of the plain bearing bush 11 is ensured. Thus, with the small bearing play, the shaft has good sliding friction properties 3 achieved. The lubricant also lubricates the sealing lips of the two shaft seals 24 , 25th . The lubricant consists, for example, of a synthetic hydrocarbon, a silicone oil, an ester oil or the like, the viscosity of which is based on absorption through the porosity of the sintered metal of the plain bearing bush 11 and the permissible internal frictional torque is set.

In einem axial mittleren Bereich der Gleitlagerbuchse 11 kann eine radiale Schmierstoffreservoir-Ausnehmung 12 eingearbeitet sein. Die Schmierstoffreservoir-Ausnehmung 12 ist in der Gleitfläche 13 ausgenommen. Die Schmierstoffreservoir-Ausnehmung 12 vergrößert abschnittsweise einen radialen Durchmesser in der Gleitfläche 13, sodass eine ringförmige Kammer zwischen Gleitlagerbuchse 11 und der Welle 3 entsteht. Zu beiden Seiten der ringförmigen Kammer weist die Gleitlagerbuchse 11 wiederum axiale Abschnitte mit der Gleitfläche 13 auf. Zum einen wird die Schmierstoffreservoir-Ausnehmung 12 zu beiden axialen Richtungen jeweils durch einen Abschnitt des Lagerspalts 21 eingegrenzt, zum anderen steht zugleich ein Volumen der Schmierstoffreservoir-Ausnehmung 12 mit einem Volumen des Lagerspalts 21 in Verbindung.In an axially central area of the plain bearing bush 11 can be a radial lubricant reservoir recess 12th be incorporated. The lubricant reservoir recess 12th is in the sliding surface 13th except. The lubricant reservoir recess 12th increases a radial diameter in the sliding surface in sections 13th so that an annular chamber between the plain bearing bushing 11 and the wave 3 arises. The plain bearing bush points on both sides of the annular chamber 11 again axial sections with the sliding surface 13th on. On the one hand there is the lubricant reservoir recess 12th to both axial directions through a section of the bearing gap 21 on the other hand, there is also a volume of the lubricant reservoir recess 12th with a volume of the bearing gap 21 in connection.

Die Schmierstoffreservoir-Ausnehmung 12 vergrößert das Volumen der Schmierstofffüllung 22 in der Wasserpumpenlagereinheit 1 und ist als eine zentral angeordnete Unterbrechung des Lagerspalts 21 ausgestaltet, durch welche der Gleitkontakt zwischen der Lagerfläche 13 und der Umfangsfläche 31 mit Schmierstoff versorgt wird.The lubricant reservoir recess 12th increases the volume of the lubricant filling 22nd in the water pump bearing unit 1 and is as a centrally arranged interruption of the bearing gap 21 designed through which the sliding contact between the bearing surface 13th and the peripheral surface 31 is supplied with lubricant.

Die Schmierstofffüllung 22 bewirkt eine hermetische Abdichtung der Wasserpumpenlagereinheit 1 in einer axialen Durchtrittsrichtung. Die beiden Wellendichtungen 24, 25 sowie der Lagerspalt 21 tragen ferner dazu bei, dass die hermetische Abdichtung auch unter einer Last einer Druckdifferenz zwischen der nassen Seite 4 und der trockenen Seite 5 widersteht. Ein zusätzliches Volumen der Schmierstoffreservoir-Ausnehmung 12 in Bezug auf die Schmierstofffüllung 22 stellt eine Reserve des Schmierstoffs dar, sodass auch im Falle einer geringfügigen Verdünnung oder Auswaschung der Schmierstofffüllung 22, die Schmierungswirkung und die Dichtungswirkung längerfristig aufrechterhalten werden können. Neben den Wellendichtungen 24, 25, stellt die Ausgestaltung der Eingrenzung der Schmierstoffreservoir-Ausnehmung 12 mittels des Lagerspalts 21 zu den beiden axialen Seiten, einen weiteren Schutz vor einer Verdünnung oder Auswaschung des zusätzlichen Volumens der Schmierstofffüllung 22 in der Schmierstoffreservoir-Ausnehmung 12 sicher.The lubricant filling 22nd creates a hermetic seal for the water pump bearing unit 1 in an axial direction of passage. The two shaft seals 24 , 25th as well as the bearing gap 21 also contribute to the hermetic seal even under a load of a pressure difference between the wet side 4th and the dry side 5 resists. An additional volume of the lubricant reservoir recess 12th in relation to the lubricant filling 22nd represents a reserve of the lubricant, so that even in the case of a slight dilution or washing out of the lubricant filling 22nd , the lubrication effect and the sealing effect can be maintained in the long term. In addition to the shaft seals 24 , 25th , represents the configuration of the delimitation of the lubricant reservoir recess 12th by means of the bearing gap 21 on both axial sides, a further protection against dilution or washing out of the additional volume of the lubricant filling 22nd in the lubricant reservoir recess 12th secure.

Nachfolgend wird eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Wasserpumpenlagereinheit 1 mit Dichtungsanordnung 2 beschrieben, die in 2 gezeigt ist.The following is a second embodiment of the water pump bearing unit according to the invention 1 with sealing arrangement 2 described in 2 is shown.

Die zweite Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführung dadurch, dass in Schmierstoffreservoir-Ausnehmung 12 zusätzlich ein Volumenkompensator 23 angeordnet ist.The second embodiment differs from the first embodiment in that in the lubricant reservoir recess 12th additionally a volume compensator 23 is arranged.

Der Volumenkompensator 23 besteht aus einem flexiblen, nicht sorptionsfähigen Material wie einem geschäumten, geschlossenzelligen Elastomer, z.B. einem Zellgummi bzw. Moosgummi. In der vorliegenden Ausführungsform ist der Volumenkompensator 23 ringförmig ausgebildet und in einem mittleren Bereich der Schmierstoffreservoir-Ausnehmung 12 angeordnet.The volume compensator 23 consists of a flexible, non-sorbent material such as a foamed, closed-cell elastomer, e.g. cellular rubber or foam rubber. In the present embodiment, the volume compensator 23 ring-shaped and in a central area of the lubricant reservoir recess 12th arranged.

Im Betrieb der nicht dargestellten Wasserpumpe kommt es zu einer Erwärmung des Schmierstoffs. Damit einher geht eine Volumenzunahme bzw. ein Druckanstieg der Schmierstofffüllung 22 in der Wasserpumpenlagereinheit 1. Aufgrund eines Innendrucks könnte ein überschüssiger Teil der ausgedehnten Schmierstofffüllung 22 unter der nassseitigen Wellendichtung 24 austreten. Ein fehlendes Volumen des zuvor ausgetretenen 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.When the water pump, not shown, is in operation, the lubricant heats up. This is accompanied by an increase in volume or a rise in pressure in the lubricant filling 22nd in the water pump bearing unit 1 . Due to an internal pressure, an excess part of the expanded lubricant filling could 22nd under the wet-side shaft seal 24 step out. A lack of volume of the previously leaked 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 Schmierstofffüllung 22 und begrenzt eine entsprechende Schwankung des Innendrucks in der Wasserpumpenlagereinheit 1. Vorzugsweise ist eine 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 relativ (zum Luftdruck bei Raumtemperatur) eingestellt. Eine Innendruckdifferenz von 1 bar relativ (zum Luftdruck bei Raumtemperatur) 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 of the lubricant filling 22nd and limits a corresponding fluctuation in internal pressure in the water pump bearing unit 1 . A 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. One 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 relative (to the air pressure at room temperature) for a steam leak-free seal. An internal pressure difference of 1 bar relative (to the air pressure at room temperature) represents a good compromise between service life and a 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 Schmierstoffs bzw. ein langfristiger Verlust des Schmierstoffs unterbunden. Da andererseits eine positive Druckdifferenz zwischen der Schmierstofffüllung 22 in der Wasserpumpenlagereinheit 1 und der nassen Seite 4 anliegt, kommt es bei fachgerechter Ausbildung der nassseitigen Wellendichtungslippe 24 zu keiner Anregung von Dampf-und/oder Flüssigkeitsleckagen des Fördermediums in die Wasserpumpenlagereinheit 1. Darüber hinaus führt der Druck der Schmierstofffüllung 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 lubricant or long-term loss of the lubricant is prevented. On the other hand, there is a positive pressure difference between the lubricant filling 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 no excitation of steam and / or liquid leaks of the pumped medium into the water pump bearing unit 1 . In addition, the pressure leads to the lubricant filling 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.

Alternativ zu den beiden dargestellten Ausführungsformen kann die Schmierstoffreservoir-Ausnehmung 12 ebenso in einem axial mittleren Bereich der Welle 3 eingearbeitet sein. Die Schmierstoffreservoir-Ausnehmung 12 ist bei dieser alternativen Ausgestaltung in der Umfangsfläche 31 ausgenommen. Die Schmierstoffreservoir-Ausnehmung 12 verringert abschnittsweise den Durchmesser der Welle 3, sodass eine ringförmige Kammer zwischen der Welle 3 und der Gleitlagerbuchse 11 entsteht. Zu beiden Seiten der ringförmigen Kammer weist die Welle 3 wiederum axiale Abschnitte mit der Umfangsfläche 31 auf. Somit wird die Schmierstoffreservoir-Ausnehmung 12 zu beiden axialen Richtungen jeweils durch einen Abschnitt des Lagerspalts 21 eingegrenzt, während zugleich ein Volumen der Schmierstoffreservoir-Ausnehmung 12 mit dem vergleichsweise kleinen Volumen des Lagerspalts 21 in Verbindung steht.As an alternative to the two illustrated embodiments, the lubricant reservoir recess can be used 12th likewise in an axially central area of the shaft 3 be incorporated. The lubricant reservoir recess 12th is in this alternative embodiment in the circumferential surface 31 except. The lubricant reservoir recess 12th reduces the diameter of the shaft in sections 3 so that an annular chamber between the shaft 3 and the plain bearing bush 11 arises. The shaft faces either side of the annular chamber 3 again axial sections with the circumferential surface 31 on. Thus, the lubricant reservoir recess 12th to both axial directions through a section of the bearing gap 21 limited, while at the same time a volume of the lubricant reservoir recess 12th with the comparatively small volume of the bearing gap 21 communicates.

In weiteren alternativen Ausgestaltungen können ebenso mehrere axial abgegrenzte oder radial abgegrenzte Schmierstoffreservoir-Ausnehmung 12 innerhalb der axialen Abmessung der Gleitlagerbuchse 11 realisiert werden.In further alternative configurations, a plurality of axially delimited or radially delimited lubricant reservoir recesses can also be used 12th within the axial dimension of the plain bearing bush 11 will be realized.

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
1111: GleitlagerbuchsePlain bearing bush
1212th: Schmierstoffreservoir-AusnehmungLubricant reservoir recess
1313th: GleitflächeSliding surface
2121: LagerspaltBearing gap
2222nd: SchmierstofffüllungLubricant filling
2323: VolumenkompensatorVolume compensator
2424: trockenseitige Wellendichtungshaft seal on the dry side
2525th: nassseitige Wellendichtungwet side shaft seal
3131: Umfangsfläche der WelleCircumferential surface of the shaft

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

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

Claims

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 lubricant filling (22) for lubricating a bearing gap (21) which is formed between the sliding surface (13) of the plain bearing bush (11) and the peripheral surface (31) of the shaft (3), and for sealing free spaces between the wet-side shaft seal (24) and the dry-side shaft seal (25), in the water pump bearing unit (1) is received; and at least one lubricant reservoir recess (12) is provided to enlarge the lubricant filling (22); wherein the at least one lubricant reservoir recess (12) is delimited in both axial directions by a section of the bearing gap (21).

Water pump bearing unit (1) with sealing arrangement (2) according to Claim 1 , wherein the at least one lubricant reservoir recess (12) is formed in relation to the sliding surface (13) in the sliding bearing bushing (11).

Water pump bearing unit (1) with sealing arrangement (2) according to Claim 1 or 2 wherein the at least one lubricant reservoir recess (12) is formed in the shaft (3) in relation to the circumferential surface (31).

Water pump bearing unit (1) with sealing arrangement (2) according to one of the preceding claims, wherein the at least one lubricant reservoir recess (12) is designed as an annular chamber open to the bearing gap (21).

Water pump bearing unit (1) with sealing arrangement (2) according to one of the preceding claims, wherein a volume compensator (23) is provided in the lubricant reservoir recess (12) to compensate for a temperature-dependent volume fluctuation of the lubricant filling (22), which comprises a compressible material.

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 lubricant filling (22) for lubricating a bearing gap (21) which is formed between the sliding surface (13) of the plain bearing bush (11) and the peripheral surface (31) of the shaft (3), and for sealing free spaces between the wet-side shaft seal (24) and the dry-side shaft seal (25), in the water pump bearing unit (1) is received; and at least one lubricant reservoir recess (12) is provided to enlarge the lubricant filling (22); wherein a volume compensator (23) for compensating a temperature-dependent volume fluctuation of the lubricant filling (22), which comprises a compressible material, is provided in the lubricant reservoir recess (12).

Water pump bearing unit (1) with sealing arrangement (2) according to Claim 5 or 6th , wherein the volume compensator (23) is formed from a closed-cell elastomer.

Water pump bearing unit (1) with sealing arrangement (2) according to at least one of the Claims 5 until 7th , wherein the volume compensator (23) is annular, and in the at least one lubricant reservoir recess (12) is arranged, which is designed as an annular chamber open to the bearing gap (21).

Water pump bearing unit (1) with sealing arrangement (2) according to at least one of the Claims 6 until 8th wherein the at least one lubricant reservoir recess (12) is delimited in both axial directions by a section of the bearing gap (21).

Water pump bearing unit (1) with sealing arrangement (2) according to at least one of the Claims 6 until 9 , wherein the at least one lubricant reservoir recess (12) at least one of the features of Claims 2 until 4th having.

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 sintered metal which is coated with a Lubricant of the lubricant filling (22) is impregnated.

Water pump bearing unit (1) with sealing arrangement (2) according to one of the preceding claims, wherein a sealing lip of the dry-side shaft seal (25) and a 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).

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 11 ; set up for mounting and sealing a shaft (3) in a housing (6) between a pump impeller and an electric motor.

Water pump after Claim 13 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).

Water pump after Claim 13 or 14th 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.