JPH01400A - Assembly consisting of water pump, bearings and seals - Google Patents

Assembly consisting of water pump, bearings and seals

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JPH01400A
JPH01400A JP63-139591A JP13959188A JPH01400A JP H01400 A JPH01400 A JP H01400A JP 13959188 A JP13959188 A JP 13959188A JP H01400 A JPH01400 A JP H01400A
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bearing
housing
pump
bearing housing
seal
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スチーヴン エフ.ベイカー
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ゼネラル モーターズ コーポレーション
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は一般的には車輌の水ポンプ、特に、相対的に回
転できる密封リングがシール摩耗面と摩擦係合してポン
プ軸受に冷却剤を入り込ませない形式の水ポンプに関す
る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Industrial Application) The present invention relates generally to vehicle water pumps, and more particularly to water pumps in which a relatively rotatable sealing ring is in frictional engagement with a seal wear surface to pump coolant to a pump bearing. Regarding water pumps that do not allow water to enter.

(従来の技術) 車輌の冷却システムは、−S的には、ヘルド駆動式の軸
と軸装着の羽根車とを備えていて冷却剤をシステムに送
るベルト駆動式の水ポンプを備えている。特徴とすると
ころは、ポンプ・ハウジングがエンジン・ブロックに取
外自在に接続されていて、軸支持用の軸受組立体はハウ
ジングのスリーブ内にプレスばめされている。また、軸
受組立体の外側レースをポンプ・ハウジングと一体にし
、少なくとも理論的には、一部を除去することによって
コストを減らしかつ構造を簡単にする可能性があること
も公知である。その−例が米国特許筒3.981,61
0号に開示されている。しかしながら、このような一体
のポンプ・ハウジング・軸受組立体として生産されたも
のが実際に使用されていることは少ないか、あるいは、
まったくない。これは軸受レース、通路のために適した
鋼が非常に硬くなければならないためである。逆に、代
表的なポンプ・ハウジングは比較的大型であり、複雑な
通路構成湾曲部を持ち、所望の形状に容易に型打ちでき
る軟鋼で形成しなければならない。
BACKGROUND OF THE INVENTION Vehicle cooling systems typically include a belt-driven water pump with a heald-driven shaft and shaft-mounted impeller to deliver coolant to the system. Characteristically, the pump housing is removably connected to the engine block, and the bearing assembly for supporting the shaft is press fit within the sleeve of the housing. It is also known that it is possible to reduce costs and simplify construction by making the outer race of the bearing assembly integral with the pump housing and, at least in theory, partially eliminating it. An example of this is U.S. Patent No. 3.981,61.
It is disclosed in No. 0. However, it is rare that such an integrated pump/housing/bearing assembly is actually used, or
Not at all. This is because the steel suitable for bearing races and passages must be very hard. Conversely, typical pump housings are relatively large, have complex passageway curvatures, and must be constructed of mild steel that can be easily stamped into the desired shape.

しかしながら、車輌水ポンプの設計における最大の挑戦
がシールについてのものであり、シールに関する問題は
車輌の水ポンプ産業が完全に満足する状態にまで未だ解
決されていないということが広く認識されている。シー
ルを必要としない磁気羽根車駆動手段を使用することが
できるが、磁気駆動手段はいままでのところ比較的高価
である。
However, it is widely recognized that the greatest challenge in vehicle water pump design is sealing, and that sealing problems have not yet been resolved to the complete satisfaction of the vehicle water pump industry. Although magnetic impeller drive means that do not require seals can be used, magnetic drive means are currently relatively expensive.

従来からある駆動羽根車を使用する場合、羽根車を駆動
する軸がポンプ・ハウジング内に物理的に延在していな
ければならないので、成る種の摩擦シールを使用しなけ
ればならない。このシールを設置しなければならない位
置は軸支持軸受と軸羽根車の間のスペースである。この
位置では、シールは必然的に高温の腐蝕性冷却剤と接触
する。このような冷却剤は普通のシール材料にとって非
常に有害である。標準の産業用水ポンプ・シールは2つ
の基本的部分、すなわち、密封リングと、この密封リン
グが係合して回転する摩耗面を持つ密封要素とを備えて
いる。シールの一方の部分はポンプ・ハウジング・軸受
構造に取り付けられ、他方の部分は羽根車・軸構造に取
り付けられる。したがって、高温の腐蝕性冷却剤に加え
て、密封リング/摩耗面の共通接触面は軸と軸受の間の
かなり高速の相対回転によって発生するかなりの摩擦熱
にさらされる。この共通接触面での不可避的な摩耗と高
温冷却剤が高圧のために、リングと摩耗面を相互にばね
片寄せしてしっかり接触状態に保つ必要があることも判
明しているが、これは摩擦熱を増大させることになる。
When using conventional drive impellers, some type of friction seal must be used because the shaft that drives the impeller must physically extend within the pump housing. The location where this seal must be installed is the space between the shaft support bearing and the shaft impeller. In this position, the seal necessarily comes into contact with the hot corrosive coolant. Such coolants are very harmful to common seal materials. A standard industrial water pump seal has two basic parts: a sealing ring and a sealing element having a wear surface on which the sealing ring engages and rotates. One part of the seal is attached to the pump housing and bearing structure and the other part is attached to the impeller and shaft structure. Therefore, in addition to the hot corrosive coolant, the common sealing ring/wear surface interface is exposed to significant frictional heat generated by the relatively high speed of relative rotation between the shaft and bearing. It has also been found that due to the unavoidable wear on this common contact surface and the high pressure of the hot coolant, it is necessary to spring bias the ring and wear surface against each other to maintain firm contact; This will increase frictional heat.

このシールの問題に対処すべく標準的な工業態様で、摩
耗面を不腐蝕性セラミック物質で作り、密封リングを異
なった不腐蝕性材料(たとえば、カーボン)で作ること
であった。しかしながら、セラミック材料それ自体が多
くの実際的な問題を抱えており、この分野で出願された
特許の大部分はセラミック材料を使用すること自体の固
有の困難さを解決する提案がなされているように思われ
る。セラミック材料は脆く、熱衝撃を受は易く、平らな
面に重ねるのが難しく、そしてポンプの他の部分の鋼製
構成部分と構造的に係合させるのが。
Standard industry practice to address this sealing problem has been to make the wear surface of a non-corrosive ceramic material and the sealing ring of a different non-corrosive material (eg, carbon). However, ceramic materials themselves have many practical problems, and the majority of patents filed in this field seem to involve proposals to solve the inherent difficulties of using ceramic materials. It seems to me. Ceramic materials are brittle, susceptible to thermal shock, difficult to stack on flat surfaces, and difficult to structurally engage the steel components of other parts of the pump.

非常に難しい。たとえば、米国特許第3,782゜7.
35号がセラミック製密封要素のまわりに緊密に金属ハ
ンドを配置してその構造保全性を維持しようとしている
。セラミック製密封要素を金属製羽根車軸に係合するた
めに、エラストマー製絶縁体を用いることにより、セラ
ミック製密封要素を故意にぐらつくようにして密封境界
面の整合状態、保全状態を対処するようになっている。
extremely difficult. For example, U.S. Patent No. 3,782°7.
No. 35 attempts to place a metal hand tightly around a ceramic sealing element to maintain its structural integrity. By using an elastomeric insulator to engage the ceramic sealing element to the metal impeller shaft, the ceramic sealing element is intentionally wobbled to address the alignment and integrity of the sealing interface. It has become.

このエラストマーは断熱体としても作用し、セラミック
製密封要素が摩擦熱を放散らすのを防ぐ。セラミック製
密封要素は米国特許第3,895,811号に開示され
ているポンプにおいて良好なデザインとされていて、こ
こでは、セラミック要素はそれを囲む変形可能な金属ワ
ッシャ内にしっかりと固定され、それによって保持され
ており、そして、金属ワッシャはセラミック要素を他の
シール部分に対して平面からのずれがないようにしっか
りと保持すると共により良好な熱発散を行なっている。
The elastomer also acts as an insulator, preventing the ceramic sealing element from dissipating frictional heat. Ceramic sealing elements have been well designed in the pump disclosed in U.S. Pat. No. 3,895,811, in which the ceramic element is securely fixed within a deformable metal washer surrounding it; The metal washer holds the ceramic element firmly against the other sealing parts out of plane and provides better heat dissipation.

しかしながら、コストの点でこのデザインの生産が阻ま
れ、先に説明したタイプの従来シールがかなり広く使用
されている。
However, cost has prevented production of this design, and conventional seals of the type previously described are fairly widely used.

(発明が解決しようとする課題及び課題を解決する手段
) 本発明は上記の問題をすべて克服する、水ポンプ、軸受
、シールの組み合わせからなる組立体を提供するもので
ある。本発明は、より経済的かつ精密に組み立てられ、
かつ作動において耐久性やシール寿命の改善を図るもの
である。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a water pump, bearing, and seal combination assembly that overcomes all of the above problems. The present invention is more economically and precisely assembled;
It also aims to improve durability and seal life during operation.

以下に開示する好ましい実施例では、通常使用されるセ
ラミック製密封要素の代りに適当な耐摩耗性を有しかつ
耐腐蝕性を有する金属で作ったもの、明確には、ステン
レス鋼の環状リングを使用している。これにより、セラ
ミック材料固有の欠陥はすべて取り除かれる。ポンプ・
ハウジングは容易に型打ちできる適当に軟かい金属、明
確には、極軟鋼で形成される。ほぼ円筒形の軸受ハウジ
ングは金属で作られており、明確には、軸受用鋼ででき
ており、これは羽根車軸を回転自在に支持している−揃
いのころがり軸受要素のための一体形成の通路を設ける
に充分な硬さを備えている。ポンプ・ハウジング、軸受
ハウジングおよび密封要素はそれぞれの特殊な要件に適
した異種の鋼で形成されるが、それらすべて溶接可能で
あり、かつ類似した熱膨張特性を有し、木来相いれない
鋼とセラミック材料とは異なる。
In the preferred embodiment disclosed below, the normally used ceramic sealing element is replaced by an annular ring made of a suitably wear-resistant and corrosion-resistant metal, specifically a stainless steel annular ring. I am using it. This eliminates all defects inherent in ceramic materials. pump·
The housing is formed of a suitably soft metal that is easily stamped, specifically very mild steel. The generally cylindrical bearing housing is made of metal, specifically bearing steel, which rotatably supports the impeller shaft - an integrally formed bearing housing for matched rolling bearing elements. It has sufficient hardness to form a passageway. The pump housing, bearing housing and sealing elements are made of different steels suited to their specific requirements, all of which are weldable and have similar thermal expansion properties, and which are incompatible with other steels. and different from ceramic materials.

さらに、これら3種の構成要素の各々は特に有利に製造
できるように特別な設計となっている。
Moreover, each of these three components has a special design that makes it especially advantageous to manufacture.

円筒形の軸受ハウジングは円形の端縁を有し、ポンプ・
ハウジングは中央開口を有し、この中央開口は軸受ハウ
ジングとほぼ同じ直径の円形内縁を有する。環状の密封
要素は軸受ハウジングおよびポンプ・ハウジングの円形
縁の直径に匹敵する直径を有する円形外縁を有する。こ
れら3つの縁は共通の接近可能な接合部のところで互い
に合わされ、同時に一緒に溶接され、3つの構成要素か
らなる一体の組立体とすることができる。これはセラミ
ック材料では不可能であり、この一体の組立体は、摩耗
面がユニットの一部ともなっているので、他の一体の組
立体と同じように輸送、取扱い、組み込みに便利である
。それぞれの構成要素は何ら妥協することなくその独特
の要件に最も良く適した材料で作られている。3つすべ
ての構成要素の鋼は類似した熱膨張特性を持っているの
で、共通接合部の構造保全性がポンプ作動中維持される
The cylindrical bearing housing has circular edges and
The housing has a central opening having a circular inner edge of approximately the same diameter as the bearing housing. The annular sealing element has a circular outer edge with a diameter comparable to the diameter of the circular edges of the bearing housing and the pump housing. These three edges may be brought together at a common accessible joint and welded together simultaneously to form a one-piece assembly of three components. This is not possible with ceramic materials, and this one-piece assembly is convenient to transport, handle, and install like any other one-piece assembly since the wear surface is also part of the unit. Each component is made from the materials best suited to its unique requirements without any compromises. Since the steels of all three components have similar thermal expansion properties, the structural integrity of the common joint is maintained during pump operation.

以下に開示する明確な実施例の構造は、材料あるいは製
造過程のいずれにおいてもなんらコストを追加すること
なしに協働かつ相互作用のB様において付加的な利点を
存する。この接合部での溶接もこの共通接合部のところ
で流体阻止密封シールを与える。ステンレス鋼製密封要
素の摩耗面は3つの構成要素の溶接した共通接合部に対
して半径方向に接近している。金属であるから、摩耗面
における摩擦熱は共通接合部を通して軸受ハウジング、
ポンプ・ハウジングへ、そして、そこから周囲大気へ効
果的に伝達される。軸受ハウジングの端縁は肩部を備え
、この肩部はポンプ・ハウ′ジングの開口の経内に嵌合
し、また、密封要素は軸受ハウジングの端縁と衝合する
周フランジを備えている。こうして、3つの構成要素を
一緒に溶接する前に、これらの構成要素は互いに非常に
精密な関係をもって保持され、整合シール境界面は従来
のセラミック製シールに比べてはるかに精密に制御され
る。
The structure of the specific embodiments disclosed below has additional advantages in B-mode of cooperation and interaction without adding any cost in either materials or manufacturing process. Welding at this joint also provides a fluid-tight seal at this common joint. The wear surface of the stainless steel sealing element is radially close to the welded common joint of the three components. Since it is made of metal, frictional heat on the wear surface passes through the common joint to the bearing housing,
It is effectively transmitted to the pump housing and from there to the surrounding atmosphere. The edge of the bearing housing includes a shoulder that fits within the opening of the pump housing, and the sealing element includes a peripheral flange that abuts the edge of the bearing housing. . Thus, prior to welding the three components together, the components are held in a very precise relationship to each other, and the aligned seal interface is much more precisely controlled than with conventional ceramic seals.

したがって、本発明の目的は軸受ハウジング、ポンプ・
ハウジングおよびシールを最も適した材料で形成するこ
とができ、しかもなお、効果的に一体の組立体を構成す
る車輌用水ポンプを提供することにある。
Therefore, it is an object of the present invention to
It is an object of the present invention to provide a water pump for a vehicle in which the housing and seal can be made of the most suitable materials and still effectively form an integral assembly.

本発明の別の目的は摩耗面を有する金属製の密封要素が
、一体ポンプ組立体の作動中に発生するr!l擦熱を組
立体の他の構成要素と協働して効果的に取り除くような
態様で組み込まれている一体ポンプ組立体を提供するこ
とにある。
Another object of the present invention is that the metal sealing element having a wear surface prevents the r! It is an object of the present invention to provide an integrated pump assembly that is incorporated in a manner that effectively removes frictional heat in cooperation with other components of the assembly.

本発明のまた別の目的は、組み立て時に構成要素が互い
に協働して整合することができるようにすることにより
、製造をより容易にすることができ、一体ポンプの作動
の改善のためシールを精密かつ正確に設置することので
きる一体ポンプ組立体を提供することにある。
Yet another object of the invention is to enable easier manufacturing by allowing the components to cooperate and align with each other during assembly and to provide seals for improved operation of the integral pump. The object of the present invention is to provide an integrated pump assembly that can be installed precisely and accurately.

(実施例) 本発明の上記および他の目的、特徴は以下の説明および
図面に示す。
(Example) The above and other objects and features of the present invention are illustrated in the following description and drawings.

まず第1図において、本発明に従った車輌用水ポンプの
好ましい実施例が符号IOで示しである。
Referring first to FIG. 1, a preferred embodiment of a vehicle water pump according to the invention is designated by the reference IO.

このポンプ10は図示されていないエンジン・ブロック
から分離されていて後で据え付けるようにした一体ポン
プ組立体として輸送することのできる状態で示しである
。実際に、水ポンプ10の基本的構成要素のうちの2つ
は普通のものであり、最も広い意味で発明の一部を構成
していないが、本発明に従って全組立体の一部としてこ
れらの構成要素を組み立て、輸送する方が最も実務的で
あると思われる。これら2つの従来の構成要素は12で
示す羽根車と、符号14で示すカートリッジ・シールで
ある。羽根車12は当業者には周知の標準の型打ち金属
デザインである。カートリッジ・シール14は通常の市
販のユニットであり、カーボン製の密封リング16、ベ
ローズ18および片寄せばね20を備えている。この片
寄せばね20は密封リング16と羽根車12の間で圧縮
されている。本発明は符号22で示すようなより基本的
な一体組立体から成り、これは符号24で示す軸と、符
号26で示す軸受ハウジングと、軸24を軸受ハウジン
グ26内に同心に支持する二側の軸受ボール28と、符
号30で示すポンプ・ハウジングと、符号32で示す密
封要素とを包含している。これらの構成要素の各々およ
びそれらを互いに協働するように特別に設計する方法を
以下に詳しく説明する。
The pump 10 is shown separated from an engine block, not shown, so that it can be transported as an integral pump assembly for later installation. In fact, two of the basic components of water pump 10 are conventional and do not form part of the invention in the broadest sense, but they are included as part of the overall assembly in accordance with the present invention. It seems most practical to assemble and transport the components. These two conventional components are an impeller, indicated at 12, and a cartridge seal, indicated at 14. Impeller 12 is a standard stamped metal design well known to those skilled in the art. Cartridge seal 14 is a conventional commercially available unit and includes a carbon sealing ring 16, a bellows 18, and a biasing spring 20. This offset spring 20 is compressed between the sealing ring 16 and the impeller 12. The present invention consists of a more basic unitary assembly, shown at 22, comprising a shaft, shown at 24, a bearing housing, shown at 26, and two sides supporting the shaft 24 concentrically within the bearing housing 26. bearing ball 28, a pump housing indicated at 30, and a sealing element indicated at 32. Each of these components and how they are specifically designed to cooperate with each other is described in detail below.

第1図および第3図において、軸受ハウジング26はほ
ぼ円筒形であり、Al5I52100または1040高
炭素鋼のような軸受用鋼で形成されている。この場合、
軸受ハウジング26はその内面に軸受通路34を一体的
に形成するに充分な硬さである。円筒形であるため、軸
受ハウジング26はほぼ円形の端縁を有し、端縁の1つ
36にはノツチ付き肩部38が形成されている。軸受ハ
ウジング26にはシール14を通過して漏れてきた冷却
材を逃がすための標準通気孔40も形成されている。軸
24は軸受ハウジング26と同じ材料で形成されており
、その外面には軸受通路42が一体に形成されている。
In FIGS. 1 and 3, the bearing housing 26 is generally cylindrical and made of bearing grade steel, such as Al5I52100 or 1040 high carbon steel. in this case,
Bearing housing 26 is sufficiently hard to integrally define bearing passageway 34 on its interior surface. Being cylindrical, the bearing housing 26 has generally circular edges, one of the edges 36 having a notched shoulder 38 formed therein. The bearing housing 26 also has standard vent holes 40 for venting coolant that has leaked past the seal 14. The shaft 24 is made of the same material as the bearing housing 26, and has a bearing passage 42 integrally formed on its outer surface.

軸24は一端44のところで細くなっており、ここには
図示されていないが普通の駆動プーリが装着でき、また
、他端46は羽根車12を装着できるようにされている
The shaft 24 is tapered at one end 44 to which a conventional drive pulley (not shown) can be attached, and the other end 46 is adapted to allow the impeller 12 to be attached.

軸24およびハウジング26を製作し、適切な熱処理を
施した後、二側の軸受ボール28が普通の要領でそれぞ
れの通路42.34間に組み込まれる。軸受ハウジング
26と軸24の間には充分な半径方向の間隙があり、軸
受ボール28を追加したり、所望の潤滑剤をそこに供給
したりするためになんら障害なしに接近することが可能
である。
After fabricating the shaft 24 and housing 26 and subjecting them to appropriate heat treatments, the two side bearing balls 28 are assembled between their respective passages 42, 34 in a conventional manner. There is sufficient radial clearance between the bearing housing 26 and the shaft 24 to allow unobstructed access to add the bearing balls 28 and to supply them with the desired lubricant. be.

次に、適当なリップ・シール48.50がボール28を
囲むように備わっている。この時点で、軸受ハウジング
26、軸24およびボール28は個別に取扱える軸受半
組立体を構成している。
A suitable lip seal 48,50 is then provided surrounding the ball 28. At this point, bearing housing 26, shaft 24, and balls 28 constitute a bearing subassembly that can be handled individually.

更に第1図および第3図において、密封要素32はほぼ
環状形状となっており、適当な耐腐蝕性金属により、本
実施例においては、Al5I303ステンレス鋼より形
成されており、含浸オイル鋳鉄のような他の材料を使用
することもできる。
1 and 3, the sealing element 32 is generally annular in shape and is formed of a suitable corrosion-resistant metal, in this example Al5I303 stainless steel, such as impregnated oil cast iron. Other materials may also be used.

両材料共に摩耗性に優れており、製造、取扱いが一層容
易であり、セラミック材料よりもはるかに良好に熱衝撃
、機械衝撃に耐えることができる。
Both materials are highly abrasive, easier to manufacture and handle, and can withstand thermal and mechanical shock much better than ceramic materials.

密封要素32は鋼又はその他の鉄金属であるため、軸受
ハウジング26の金属と同様の熱膨張特性を存し、溶接
可能である。全体的に環状の形状のほかに、密封要素3
2には他の構成要素と協働する構造上の特徴があり、こ
れは第3図で最も良くわかる。密封要素32の本体は軸
受ハウジング端縁36の内径よりもほんの少し小さい寸
法となっており、それ故密封要素32が軸受ハウジング
26の端にすべり嵌合できるようになっている。一対の
0リング52が軸受ハウジング26の内面を拭うように
係合するような寸法となっている。周フランジ54は軸
受ハウジング肩部38の外径よりちょっと大きい外径を
有し、端縁36と衝合可能にされている。隆起した摩耗
面56が外向きに設けてあり、これは半径方向、軸方向
の両方においてフランジ54に近く設けられている。ポ
ンプ・ハウジング30はAl5IIOIO極軟鋼により
型打ちして形成されている。したがって、ポンプ・ハウ
ジング30はポンプ・ハウジングにおいて−i的に必要
な一体的に形成された冷却材の入口、出口流路および取
付用周フランジ58を備えた複雑に入りくんだ回旋形状
に形成し易くなっている。
Since the sealing element 32 is steel or other ferrous metal, it has similar thermal expansion characteristics to the metal of the bearing housing 26 and is weldable. In addition to the generally annular shape, the sealing element 3
2 has structural features that cooperate with other components, which are best seen in FIG. The body of the sealing element 32 is sized only slightly smaller than the inner diameter of the bearing housing edge 36, thus allowing the sealing element 32 to be a sliding fit on the end of the bearing housing 26. The dimensions are such that the pair of O-rings 52 engage with the inner surface of the bearing housing 26 so as to wipe the inner surface of the bearing housing 26. Peripheral flange 54 has an outer diameter slightly larger than the outer diameter of bearing housing shoulder 38 and is adapted to abut edge 36 . A raised wear surface 56 is provided outwardly, which is located proximate the flange 54 both radially and axially. The pump housing 30 is stamped and formed from Al5IIOIO extremely mild steel. Accordingly, the pump housing 30 is formed into a complex convoluted shape with integrally formed coolant inlet and outlet passages and mounting circumferential flanges 58 as required in the pump housing. It's getting easier.

ポンプ・ハウジング30は鋼であるため、溶接可能であ
り、軸受ハウジング26、密封要素32両方の金属と同
様な熱膨張特性を有する。ポンプ・ハウジング30は円
形の内縁60で構成される中央開口も型打ち形成されて
いて、この中央開口は軸受ハウジング肩部38にほぼ等
しい直径、厚さを有する。上述の如(、軸受ハウジング
26、ボンプ・ハウジング30および密封要素32は、
すべて、それら独自の要件に最も適った種々の材料で形
成されているものである。それにもかかわらず、これら
の材料の類似性および構成要素が熟慮の末に選定された
構造的な関係を有することにより、ポンプ10のための
精密な組立体および改良された動作を得ることができる
。これについては以下に説明する。
Because the pump housing 30 is steel, it is weldable and has thermal expansion characteristics similar to the metals of both the bearing housing 26 and sealing element 32. The pump housing 30 is also stamped with a central aperture defined by a circular inner edge 60 having a diameter and thickness approximately equal to the bearing housing shoulder 38. As described above, the bearing housing 26, the pump housing 30 and the sealing element 32 are
All are made of a variety of materials to best suit their unique requirements. Nevertheless, the similarity of these materials and the carefully selected structural relationships of the components may result in precise assembly and improved operation for pump 10. . This will be explained below.

次いで第2図および第3図において、軸受ハウジング2
6、ポンプ・ハウジング3oおよび密封要素32につい
て上述した相対的な寸法法めにより1、これらの構成要
素を次のように組み立て、結合することができる。ポン
プ・ハウジング30の内縁60を軸受ハウジング肩部3
8上に着座させて協働位置で非常に正確に同軸に整合さ
せる。次に、密封要素32を軸受ハウジング26の端に
すべり嵌合させ、フランジ54を端縁36と衝合させる
。このすべり嵌合と衝合で、密封要素32を軸受ハウジ
ング26と同軸に精密に整合させると共に、摩耗面56
を軸24の軸線に対して直角に位置させることができる
。これは、上述した従来のセラミック製密封要素に比べ
て価値ある特徴的なことであり、それは従来のセラミッ
ク製密封要素はエラストマー内に埋め込まれているので
精密に整合したり位置決めをしたりすることがほとんど
できないという理由による。軸受ハウジング26、ポン
プ・ハウジング30および密封要素32を上述したよう
にまとめることにより、それぞれの端縁36、内縁60
およびフランジ54の共通接合部も形成し、この共通接
合部を第1図において円で囲んだところであり、第3図
に62で示しである。これらの部材は適当な治具あるい
は自動組み立て装置で一時的な仮組状態にこの関係で容
易に保持できる。第3図で最も良くわかるように、共通
接合部62はポンプ・ハウジング30の開放により容易
に接近することができ、符号64で示す適切な工具によ
って3つの縁を相互に同時に溶接することができる。溶
接段階で上述した一体組立体22が得られ、次いで、3
つの構成要素が互いに一体であるかのようにして取扱う
こと及び輸送を容易に行なうことができる。しかも、材
料についての妥協はなんらする必要がない、接合部62
の溶接は、また、なんら余分な作業段階あるいはシール
構造を要しないで同時に連続した流体密封シールを作る
。実際、接合部62での溶接シールは0リング52を省
略することが出来るほど良好である。組立体22をその
まま輸送しても良いが、カートリッジ・シール14およ
び羽根車12を加え、これらによって密封リング16を
摩耗面56と摩擦係合させると最も便利である。
Next, in FIGS. 2 and 3, the bearing housing 2
6. Due to the relative dimensions described above for the pump housing 3o and the sealing element 32, 1. these components can be assembled and connected as follows. The inner edge 60 of the pump housing 30 is attached to the bearing housing shoulder 3
8 and very precisely coaxially aligned in a cooperative position. The sealing element 32 is then slidably fitted onto the end of the bearing housing 26 and the flange 54 abuts the edge 36. This slip fit and abutment provides precise coaxial alignment of the sealing element 32 with the bearing housing 26 and wear surface 56.
can be located at right angles to the axis of shaft 24. This is a valuable feature compared to the conventional ceramic sealing elements mentioned above, since they are embedded within the elastomer and therefore cannot be precisely aligned or positioned. This is because it is almost impossible to do so. By bringing the bearing housing 26, pump housing 30 and sealing element 32 together as described above, the respective end edges 36, inner edges 60
and flange 54, which is circled in FIG. 1 and indicated at 62 in FIG. These parts can easily be held in this relationship in a temporary pre-assembled condition with suitable jigs or automated assembly equipment. As best seen in FIG. 3, the common joint 62 is more easily accessible by opening the pump housing 30 and the three edges can be simultaneously welded together by a suitable tool, indicated at 64. . The welding step results in the above-mentioned monolithic assembly 22, and then 3
The two components can be easily handled and transported as if they were integral with each other. Moreover, there is no need to make any compromises regarding the material at the joint 62.
The welding also simultaneously creates a continuous fluid-tight seal without requiring any extra work steps or seal construction. In fact, the weld seal at joint 62 is so good that O-ring 52 can be omitted. Although assembly 22 may be shipped as is, it is most convenient to add cartridge seal 14 and impeller 12, which frictionally engage sealing ring 16 with wear surface 56.

そうすれば、ポンプ・ユニット10全体を輸送し、ポン
プ・ハウジング・フランジ58のところで1ユニツトと
してエンジン・ブロックにボルト止めすることができる
The entire pump unit 10 can then be transported and bolted as one unit to the engine block at the pump housing flange 58.

最後に第1図を参照して、先に詳しく説明した材料およ
び組み立て体により、主としてシール動作及び寿命の改
良の故にポンプ動作、及び寿命の大いなる改良を得るこ
とができる。軸24が回転し、羽根車12が冷却剤を駆
動すると、密封リング16と摩耗面56の摩擦係合が接
合部62での溶接と共に冷却剤が軸受ボール28に接触
することを防止する。さらに、密封リング16を通過し
たいかなる冷却剤もリップ・シール50によって軸受ポ
ール28に達することがなく、通気孔40を通して周囲
大気に排出されることができるようになっている。結合
部62は高温の冷却剤にさらされるが、3つの異なった
鋼の類似した熱膨張特性が溶接部の構造保全性を維持す
る。密封リング16および摩耗面56が互いに精密に整
合しているので、偏心や摩擦摩耗が最小限に抑えられる
Finally, with reference to FIG. 1, with the materials and assembly detailed above, significant improvements in pump operation and life can be obtained, primarily due to improved sealing action and life. As shaft 24 rotates and impeller 12 drives coolant, the frictional engagement of sealing ring 16 and wear surface 56 together with the weld at joint 62 prevents coolant from contacting bearing balls 28 . Furthermore, any coolant that passes through the sealing ring 16 is prevented from reaching the bearing pole 28 by the lip seal 50 and can be vented to the ambient atmosphere through the vent hole 40. Although the joint 62 is exposed to high temperature coolant, the similar thermal expansion properties of the three different steels maintain the structural integrity of the weld. The precise alignment of sealing ring 16 and wear surface 56 with each other minimizes eccentricity and frictional wear.

鋼製の摩耗面56はカーボン密封リング16が実際にこ
の摩耗面に密着することができる充分な平坦さにより容
易に重ね合わされる。シール16/摩耗而56の共通面
での改良された整合のため、成る程度の摩耗面56の腐
蝕は許される。その理由は、部品の整合を乱すことなく
連続的に摩耗すると共にばね20が絶えず摩擦接触状態
を維持しているからである。さらに、密封要素32の鋼
が良好な伝熱体であるため、そして、摩耗面56が共通
接合部62に接近しているため、接触面で発生した摩擦
熱で密封要素32、接合部62を通して外気にさらされ
ている軸受ハウジング26及びポンプ・ハウジング30
に容易に伝達される。冷却剤の流動もシール寿命を延ば
す。こうして、泪で密封要素32を作り、それを他の鋼
製構成要素とともに組み立てることにより、コスト、生
産性、シール寿命の相互に協働する態様すべてについて
数多くの利点を得ることができる。
The steel wear surface 56 is easily overlapped with sufficient flatness to allow the carbon sealing ring 16 to actually adhere to the wear surface. Due to the improved alignment of the seal 16/wear surface 56 at the common surface, some corrosion of the wear surface 56 is permitted. This is because the spring 20 remains in constant frictional contact as it wears continuously without disrupting the alignment of the parts. Furthermore, because the steel of the sealing element 32 is a good heat transfer material, and because the wear surface 56 is close to the common joint 62, the frictional heat generated at the contact surface can be transferred through the sealing element 32 and the joint 62. Bearing housing 26 and pump housing 30 exposed to outside air
easily transmitted. Coolant flow also extends seal life. Thus, by fabricating the sealing element 32 with tears and assembling it with other steel components, numerous advantages can be obtained with respect to cost, productivity, and seal life, all of which interact together.

共通接合部62での溶接は単に一体のユニットを与える
以上のものである。密封要素32を加え、3つすべての
構成要素を衝合させ、62のところでこれらの構成要素
を一緒に溶接することによって、外気への熱伝達におい
て優れたものとなり、密封要素32の良好な冷却を行な
うことができる。
The welding at common joint 62 does more than simply provide an integral unit. By adding the sealing element 32, abutting all three components, and welding these components together at 62, there is excellent heat transfer to the outside air and good cooling of the sealing element 32. can be done.

共通接合部62により、3つすべての構成要素を容易に
互いに整合させることができ、しかも堅固なユニットを
得ることができる。
The common joint 62 allows all three components to be easily aligned with each other, yet provides a rigid unit.

本発明の概念から逸脱することなく開示した好ましい実
施例において変更を加えることができ、たとえば、異な
った寸法のポンプあるいは冷却環境では、摩耗面56は
共通接合部62に接近させる必要はない。密封要素32
が鋼で作ってあり、軸受ハウジング26、ポンプ・ハウ
ジング30に溶接されているという事により、生産性お
よびY7擦シール境界面での整合性を改良することがで
きる。しかしながら、摩耗面56を共通接合部62に接
近させて位置させることにより、使用時に発生した摩擦
熱を効果的に都合よく発散させることができる。同様に
、軸受ハウジング26、ポンプ・ハウジング30および
密封要素32すべでが共通結合部で相互に合わせ得るほ
ぼ同じ直径の円形縁を有する限り、軸受ハウジング肩部
38および密封要素フランジ54を省略して構成要素を
幾分筒略化することもできる。しかしながら、上述した
種々のフランジ、肩部は共通接合部62で構成要素自身
を整合させるものであり、利点でもある。
Changes may be made in the disclosed preferred embodiment without departing from the inventive concept; for example, in different sized pumps or cooling environments, the wear surface 56 need not be close to the common joint 62. Sealing element 32
The fact that it is made of steel and welded to the bearing housing 26 and pump housing 30 improves productivity and integrity at the Y7 rub seal interface. However, by locating the wear surface 56 in close proximity to the common joint 62, the frictional heat generated during use can be effectively and conveniently dissipated. Similarly, bearing housing shoulder 38 and sealing element flange 54 may be omitted so long as bearing housing 26, pump housing 30 and sealing element 32 all have circular edges of approximately the same diameter that can be mated together at a common joint. It is also possible to simplify the components somewhat. However, the various flanges and shoulders described above are an advantage as they align the components themselves at the common joint 62.

したがって、本発明を上述した好ましい実施例以外の構
造に具体化することができ、本発明が実施例のみに限定
されるものではない。
Therefore, the present invention may be embodied in structures other than the preferred embodiments described above, and the present invention is not limited to the embodiments.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の好ましい実施例の側面図であり、成る
部品を横断面で、他の部品を側面で示す図である。 第2図は第1図の2−2線に沿った図である。 第3図は第1図の円で囲んだ部分の拡大図である。 (主要部分の符号の説明)
FIG. 1 is a side view of a preferred embodiment of the invention, with some parts shown in cross section and other parts shown in side view. FIG. 2 is a view taken along line 2-2 in FIG. FIG. 3 is an enlarged view of the circled area in FIG. 1. (Explanation of symbols of main parts)

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、相対的に回転できる密封リングがシール摩耗面に摩
擦支持しているタイプの、車輌水ポンプ、軸受、シール
の組み合わせからなる組立体であって、前記密封リング
を装着した回転可能な軸と、ほぼ円筒形の軸受ハウジン
グと、この軸受ハウジング内で同心に前記軸を支持する
軸受要素と、ほぼ中央に開口が設けられているポンプ・
ハウジングと、前記摩耗面を備えたほぼ環状の密封要素
とから構成されていて、 前記軸受ハウジング(26)がその内面に一体的に形成
された軸受通路(34)を設けるに充分な硬さの溶接可
能な金属で形成されていて、また、前記軸受ハウジング
(26)がほぼ円形の端縁(36)を有し、前記ポンプ
・ハウジング(30)が前記軸受ハウジング(26)の
金属と同様の熱膨張特性を備えかつ適当な形状に容易に
型打ちできるほどの軟かさを有する溶接可能な金属で形
成されていて、ポンプ・ハウジング(30)のほぼ中央
の開口が前記軸受ハウジング端縁(36)の直径にほぼ
等しい直径を有する内縁(60)で構成されていて、ほ
ぼ環状の密封要素(32)が前記軸受ハウジング及びポ
ンプ・ハウジングの金属と同様の熱膨張特性を有しかつ
前記シール摩耗面(56)を備えるために充分な摩耗特
性を有する溶接可能な金属で形成されており、前記密封
要素(32)は前記軸受ハウジング端縁(36)の直径
にほぼ等しい直径を有する外縁を有し、前記軸受ハウジ
ング端縁(36)、ポンプ・ハウジング内縁(60)お
よび密封要素外縁が共通の接合部(62)のところで合
わされて一緒に同時に溶接されていて一体の組立体を作
ると共に前記共通接合部(62)のところで連続した流
体阻止密封シールが作り上げられ、車輌水ポンプ・軸受
およびシールの組み合わせからなる組立体(10)を車
輌エンジンに組み込んだときに前記溶接した共通接合部
(62)が、これを形成している前記3種の金属の熱膨
張特性が類似しているためにポンプ作動中に構造上竪牢
のままであることを特徴とする、車輌水ポンプ、軸受、
シールの組み合わせからなる組立体。 2、車輌水ポンプ、軸受、シールの組み合わせからなる
組立体(10)を車輌エンジンに組み込んだとき、前記
軸受ハウジング(26)およびポンプ・ハウジング(3
0)の外面が周囲空気にさらされていて、ポンプ作動中
に密封リング/摩耗面の共通接触面のところに生じる摩
擦熱が前記摩耗面(56)から前記共通接合部(62)
を通して前記軸受ハウジング及び前記ポンプ・ハウジン
グへ効果的に伝わることを特徴とする請求項1記載の車
輌水ポンプ、軸受、シールの組み合わせからなる組立体
。 3、前記密封要素摩耗面(56)が前記密封要素(32
)の外縁に接近していてポンプ作動中に密封リング/摩
耗面の共通の接触面からの摩擦熱の伝達効率をさらに高
めることを特徴とする請求項2記載の車輌水ポンプ・軸
受、シールの組み合わせからなる組立体。 4、前記軸受ハウジング(26)が前記端縁(36)の
ところにおいてほぼ円形の肩部(38)を有し、前記ポ
ンプ・ハウジング(30)のほぼ中央の開口が前記軸受
ハウジング肩部(38)の直径にほぼ等しい直径を有し
、前記密封要素(32)が前記軸受ハウジング端縁(3
6)と衝合できる周フランジ(54)を有し、それによ
って、前記軸受ハウジング(26)、ポンプ・ハウジン
グ(30)および密封要素(32)が、前記共通接合部
(62)で一緒に同時に溶接されて一体組立体を形成す
る前に、前記軸受ハウジング肩部(38)上にわたって
前記ポンプ・ハウジング内縁(60)を摺動させ、前記
密封要素間フランジ(54)を前記軸受ハウジング端縁
(36)と衝合させることによって前記共通接合部(6
2)のところで互いに整合させられ得るようになってい
ることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の
車輌水ポンプ・軸受、シールの組み合わせからなる組立
体。
[Claims] 1. An assembly consisting of a combination of a vehicle water pump, a bearing, and a seal, of a type in which a relatively rotatable sealing ring is frictionally supported on a seal wear surface, and the sealing ring is installed. a pump having a rotatable shaft, a generally cylindrical bearing housing, a bearing element supporting the shaft concentrically within the bearing housing, and a generally central opening.
comprising a housing and a generally annular sealing element with said wear surface, said bearing housing (26) being of sufficient hardness to provide an integrally formed bearing passageway (34) on its inner surface; The pump housing (30) is constructed of a weldable metal, and the bearing housing (26) has a generally circular edge (36) and the pump housing (30) is constructed of a weldable metal. The pump housing (30) is formed of a weldable metal having thermal expansion properties and soft enough to be easily stamped into a suitable shape, with an opening approximately in the center of the pump housing (30) extending from the bearing housing edge (36). ), the generally annular sealing element (32) having thermal expansion properties similar to the metal of said bearing housing and pump housing and having said seal wear. the sealing element (32) having an outer edge having a diameter approximately equal to the diameter of the bearing housing edge (36); and said bearing housing edge (36), pump housing inner edge (60) and sealing element outer edge are met and simultaneously welded together at a common joint (62) to create an integral assembly and said common A continuous fluid-tight hermetic seal is created at the joint (62) and the welded common joint (62) is assembled when the vehicle water pump/bearing and seal combination assembly (10) is assembled into a vehicle engine. A vehicle water pump, a bearing, characterized in that the bearing remains structurally rigid during pump operation due to the similar thermal expansion properties of the three metals forming the bearing;
An assembly consisting of a combination of seals. 2. When the assembly (10) consisting of a combination of a vehicle water pump, a bearing, and a seal is assembled into a vehicle engine, the bearing housing (26) and the pump housing (3)
0) is exposed to ambient air and the frictional heat generated at the sealing ring/wear surface common contact surface during pump operation is transferred from said wear surface (56) to said common joint (62).
2. The combination vehicle water pump, bearing, and seal assembly of claim 1, wherein said combination vehicle water pump, bearing, and seal assembly is in communication with said bearing housing and said pump housing through said bearing housing and said pump housing. 3. The sealing element wear surface (56) is attached to the sealing element (32).
3. A vehicle water pump/bearing as claimed in claim 2, characterized in that the seal is close to the outer edge of the bearing of the vehicle water pump/bearing of claim 2, further increasing the efficiency of frictional heat transfer from the common contact surface of the sealing ring/wearing surface during pump operation. An assembly consisting of a combination. 4. The bearing housing (26) has a generally circular shoulder (38) at the edge (36), and a generally central opening in the pump housing (30) defines the bearing housing shoulder (38). ), said sealing element (32) having a diameter approximately equal to the diameter of said bearing housing edge (3
6), whereby said bearing housing (26), pump housing (30) and sealing element (32) are simultaneously brought together at said common joint (62). The pump housing inner edge (60) is slid over the bearing housing shoulder (38) and the intersealing element flange (54) is attached to the bearing housing edge (54) before being welded to form an integral assembly. said common joint (6) by abutting said common joint (6).
A vehicle water pump/bearing/seal combination assembly as claimed in any one of claims 1 to 3, characterized in that it is adapted to be aligned with one another at point 2).
JP63-139591A 1987-06-09 1988-06-08 Assembly consisting of water pump, bearings and seals Pending JPH01400A (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US059,935 1987-06-09
US07/059,935 US4768923A (en) 1987-06-09 1987-06-09 Combined water pump, bearing and seal assembly

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS64400A JPS64400A (en) 1989-01-05
JPH01400A true JPH01400A (en) 1989-01-05

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