NL9200816A

NL9200816A - Water pump

Info

Publication number: NL9200816A
Application number: NL9200816A
Authority: NL
Original assignee: Skf Ind Trading & Dev
Priority date: 1992-05-07
Filing date: 1992-05-07
Publication date: 1993-12-01

Abstract

A water pump, in particular for use in the cooling circuit of an internal-combustion engine for an automobile, is provided with a casing with a liquid chamber in which there is a pump component. This is arranged on a shaft which is guided to outside the housing and is rotatably supported by a bearing structure with a stationary outer ring which is mounted on the casing. The liquid chamber is sealed with respect to the shaft with the aid of a sealing unit which is provided with a first ring, which is connected to the shaft, and a stationary second ring which is mounted on the outer ring of the bearing structure. These rings are provided with mutually facing, at least approximately axial sealing surfaces which bear against one another so as to form a seal, while the first ring is loaded by a resilient component towards the second ring. The first ring is arranged on the shaft via an elastic damping and centring element which is distributed over the circumference of the shaft and lies between the internal circumference of this ring and the external circumference of the shaft.

Description

WaterpompWater pump

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een waterpomp, in het bijzonder voor toepassing in het koelcircuit van een verbrandingsmotor voor een automobiel, voorzien van een huis met een vloeistofruimte, waarin zich een pomporgaan bevindt, dat is aangebracht op een as die tot buiten het huis is geleid en draaibaar is ondersteund door een lagerconstruc-tie met een aan het huis gemonteerde stationaire buitenring, terwijl de vloeistofruimte ten opzichte van de as is afgedicht met behulp van een afdichtingseenheid, die is voorzien van een met de as verbonden eerste ring en een aan de buitenring van de lagerconstructie gemonteerde stationaire tweede ring, welke ringen zijn voorzien van naar elkaar toe gekeerde althans ongeveer axiale afdichtingsvlakken die afdichtend tegen elkaar aan liggen, terwijl de eerste ring in de richting van de tweede ring door een verend orgaan is belast.The present invention relates to a water pump, in particular for use in the cooling circuit of a combustion engine for an automobile, comprising a housing with a liquid space, in which a pump member is mounted, which is mounted on an axis outside the housing guided and rotatably is supported by a bearing structure with a housing-mounted stationary outer ring, while the fluid space is sealed from the shaft by a sealing unit, which includes a first ring connected to the shaft and a to the shaft outer ring of the bearing structure mounted stationary second ring, said rings having facing at least approximately axial sealing surfaces which face each other sealingly, while the first ring is loaded in the direction of the second ring by a resilient member.

Bij de hedendaagse personenauto’s zijn waterpompen kritiek voor de prestaties en betrouwbaarheid van de motoren en er dient grote aandacht te worden geschonken aan het waarborgen van de betrouwbare werking van de waterpomp. Onderzoek heeft echter uitgewezen dat waterpompen het grootste garantie-en onderhoudsprobleem van automotoren vormen: 33 % van alle geproduceerde waterpompen is voor de vervangingsmarkt, terwijl 80 % van alle waterpompen ten gevolge van overmatige koelmid-dellekkage tijdens de levensduur van de auto moeten worden vervangen.In today's passenger cars, water pumps are critical to engine performance and reliability, and great care must be taken to ensure the reliable operation of the water pump. However, research has shown that water pumps are the biggest warranty and maintenance problem of car engines: 33% of all water pumps produced are for the replacement market, while 80% of all water pumps have to be replaced during the life of the car due to excessive coolant leakage.

De meeste thans gebruikte autowaterpompen zijn opgebouwd uit vijf afzonderlijke hoofdonderdelen: een aluminium huis, een aslagerconstructie, een afdichtingseenheid, een pompwaaier en een aandrijfpoelie. Deze hoofdonderdelen worden door de waterpompfabrikant meestal van verschillende toeleveranciers betrokken.Most currently used automotive water pumps are made up of five separate main components: an aluminum housing, a shaft bearing construction, a sealing unit, a pump impeller and a drive pulley. These main parts are usually purchased by the water pump manufacturer from different suppliers.

Van de afdichtingseenheid wordt tijdens de montage van de waterpomp de eerste ring op de as aangebracht, terwijl de tweede ring in een boring in het aluminium huis wordt geplaatst. De lagerconstructie wordt in een verdere boring in het huis bevestigd. Het is nu gebleken dat deze twee boringen in het aluminium huis excentriciteitsafwijkingen tot 0,3 mm vertonen, terwijl zij dikwijls tevens een hoekafwijking hebben. De inherente trillingen van de verbrandingsmotor veroorzaken tevens radiale verplaatsingen van de twee afdichtings-ringen ten opzichte van elkaar en gesuperponeerd op de rondgaande beweging van deze afdichtingsringen leidt dit direct of na verloop van tijd tot verhoging van de filmdikte tussen de axiale afdichtingsvlakken van de ringen en daar de lek langs de afdichtingsvlakken een derde machtsfunctie is van de filmdikte zal duidelijk zijn dat hierdoor grote lekkageproblemen ontstaan.During the assembly of the water pump, the first ring of the sealing unit is mounted on the shaft, while the second ring is placed in a bore in the aluminum housing. The bearing construction is secured in a further bore in the housing. It has now been found that these two bores in the aluminum housing have eccentricity deviations of up to 0.3 mm, while they often also have an angular deviation. The inherent vibrations of the internal combustion engine also cause radial displacements of the two sealing rings relative to each other and superimposed on the circular movement of these sealing rings, this leads immediately or over time to increase the film thickness between the axial sealing surfaces of the rings and since the leak along the sealing surfaces is a third power function of the film thickness, it will be clear that this causes major leakage problems.

Ter vermindering van deze problemen wordt in het artikel: "Abdichtung bewegter Machinenteile"; Müller, Heinz K.: Medienverl. Müller, Waiblingen 1990, voorgesteld de stationaire tweede ring aan de stationaire buitenring van de lagercon-structie te bevestigen.To reduce these problems, the article reads: "Abdichtung bewter Machinenteile"; Müller, Heinz K .: Medienverl. Müller, Waiblingen 1990, proposed attaching the stationary second ring to the stationary outer ring of the bearing structure.

Door deze maatregel is de afdichting onafhankelijk geworden van de toleranties van het waterpomphuis. Immers, de afdichtingseenheid is dan geïntegreerd in de aslagercon-structie. Deze aslagerconstructie is gekenmerkt door zeer kleine toleranties doordat de afwerking door slijpen of een dergelijke nauwkeurige bewerking geschiedt. Dit in tegenstelling tot het waterpomphuis waarvan de toleranties worden bepaald door giet- en draaibewerkingen, die veel onnauwkeuriger zijn. Een verder voordeel van de integratie van as, lagercon-structie en afdichtingseenheid is dat de fabricage hiervan door één fabrikant kan worden uitgevoerd, die daardoor meer controle over passende toleranties heeft.This measure has made the seal independent of the tolerances of the water pump housing. After all, the sealing unit is then integrated in the shaft bearing construction. This shaft bearing construction is characterized by very small tolerances in that the finishing is done by grinding or such precise machining. This is in contrast to the water pump housing, the tolerances of which are determined by casting and turning operations, which are much more inaccurate. A further advantage of the integration of shaft, bearing construction and sealing unit is that it can be manufactured by one manufacturer, which therefore has more control over appropriate tolerances.

De onderhavige uitvinding heeft ten doel een waterpomp van de in de aanhef genoemde soort verder te verbeteren.The object of the present invention is to further improve a water pump of the type mentioned in the preamble.

Hiertoe wordt de waterpomp volgens de uitvinding daardoor gekenmerkt, dat de eerste ring via een tussen de binnenomtrek van deze ring en de buitenomtrek van de as gelegen, over de omtrek van de as verdeeld, elastisch demp- en cen-treerelement op de as is aangebracht.To this end, the water pump according to the invention is characterized in that the first ring is arranged on the shaft via an elastic damping and centering element distributed between the inner circumference of this ring and the outer circumference of the shaft, distributed over the circumference of the shaft. .

Het is bij onderzoeken verrassenderwijs gebleken, dat het demp- en centreerelement een zeer gunstige invloed op de lekkage- en slijtage-eigenschappen en op de levensduur van de afdichtingseenheid heeft. De ring dient tevens om tolerantie-verschillen tussen de binnenomtrek van deze ring en de buitenomtrek van de as op te vangen. De lekkage wordt nu terugge bracht tot minimale damplekkage die ontstaat door verdamping van de vloeistofmeniscus tussen de twee afdichtingsvlakken van de beide ringen. Alhoewel derhalve het demp- en centreerele-ment zelf geen afdichtingsfunctie heeft, draagt deze indirect aan de afdichting mee, doordat de met de as draaiende eerste ring nauwkeurig door het element wordt gecentreerd en verder motortrillingen en schokken door het element worden geabsorbeerd.Surprisingly, it has been found that the damping and centering element has a very favorable influence on the leakage and wear properties and on the service life of the sealing unit. The ring also serves to compensate for tolerance differences between the inner circumference of this ring and the outer circumference of the shaft. The leakage is now reduced to a minimum vapor leakage due to evaporation of the liquid meniscus between the two sealing surfaces of the two rings. Therefore, although the damping and centering element itself does not have a sealing function, it indirectly contributes to the sealing, in that the first ring rotating with the shaft is precisely centered by the element and further motor vibrations and shocks are absorbed by the element.

Voor wat betreft de verhoging van de levensduur van de afdichtingseenheid kan nog het volgende worden opgemerkt. Eén van de defecten in de afdichtingseenheid van autowaterpom-pen ontstaat door de opbouw van een kristallijne laag op de afdichtingsvlakken van de ringen. Kleine beschadigingen van deze broze laag zijn hoofdoorzaak voor na verloop van tijd ontstane lekkages langs de afdichting van de waterpomp. Volgens de uitvinding wordt deze defectmogelijkheid aanzienlijk gereduceerd dan wel geëlimineerd, omdat door het in aanzienlijke mate terugbrengen dan wel elimineren van de normale lekstroom langs de afdichtingsvlakken van de ringen ook minder afzetting van vaste deeltjes uit de koelvloeistof op de afdichtingsvlakken veroorzaakt, die verantwoordelijk zijn voor de opbouw van de voor beschadiging gevoelige kristallijne laag. Door het wegblijven van de kristallijne laag zullen ook grotere lekkages als gevolg van beschadigingen daarin niet meer optreden. De zeer geringe afzettingen die uit de uitvinding nog kunnen ontstaan, worden door het normale contact van de afdichtingsvlakken weggelept.The following can be noted with regard to increasing the service life of the sealing unit. One of the defects in the sealing unit of automotive water pumps is due to the build-up of a crystalline layer on the sealing surfaces of the rings. Minor damage to this brittle layer is the main cause of leaks along the water pump seal over time. According to the invention, this defect possibility is considerably reduced or eliminated, because by substantially reducing or eliminating the normal leakage current along the sealing surfaces of the rings also causes less deposition of solid particles from the coolant on the sealing surfaces, which are responsible for the build-up of the crystalline layer sensitive to damage. Due to the absence of the crystalline layer, even larger leaks due to damage will no longer occur therein. The very small deposits which can still arise from the invention are removed by the normal contact of the sealing surfaces.

Een zeer eenvoudige, doch werkzame uitvoering van het demp- en centreerelement is een elastische ring. Deze ring kan over de hele omtrek gelijk, of ook geheel of gedeeltelijk onderbroken zijn.A very simple, yet effective embodiment of the damping and centering element is an elastic ring. This ring can be the same all over the circumference, or it can be completely or partly interrupted.

Bij het direct ondersteunen van bijvoorbeeld een koolstof afdichtingsring met een relatief ruwe boring zal de voorkeur voor een uitvoering met onderbroken contactvlakken tussen de eerste ring en het demp- en centreerelement bestaan, opdat de benodigde axiale krachten op het afdichtingsvlak, gegenereerd door het veerelement en de koelvloeistofsysteem-druk, niet worden opgenomen door de wrijvingskracht tussen het demp- en centreerelement en de afdichtingsring.When directly supporting, for example, a carbon sealing ring with a relatively rough bore, it will be preferred for an embodiment with interrupted contact surfaces between the first ring and the damping and centering element, so that the required axial forces on the sealing surface generated by the spring element and the coolant system pressure, are not absorbed by the frictional force between the damping and centering element and the sealing ring.

Daarbij kan de elastische ring passend in een in de buitenomtrek van de as of in de binnenomtrek van de eerste ring aangebrachte omtreksgroef zijn geplaatst.The elastic ring can thereby be placed in a circumferential groove arranged in the outer circumference of the shaft or in the inner circumference of the first ring.

in het geval van slijtage van een van de ringen kan de op de as aangebrachte eerste ring ten opzichte van de as verschuiven, teneinde de afdichtingseigenschappen te behouden. Indien de groef in de eerste ring is aangebracht, zal de elastische ring of het anders uitgevoerde demp- en centreerelement met de eerste ring meebewegen, terwijl in het geval van een groef in de as de eerste ring ten opzichte van het demp- en centreerelement verschuiven. Uiteraard gaat het hier om zeer geringe verplaatsingen.in the case of wear of one of the rings, the first ring mounted on the shaft may shift with respect to the shaft, in order to maintain the sealing properties. If the groove is arranged in the first ring, the elastic ring or the otherwise designed damping and centering element will move with the first ring, while in the case of a groove in the shaft the first ring will move relative to the damping and centering element . Of course these are very small movements.

Het is verder van voordeel indien het demp- en centreerelement is vervaardigd van een polymeer materiaal met een grotere thermische uitzettingscoëfficiënt dan die van de eerste ring.It is further advantageous if the damping and centering element is made of a polymer material with a greater coefficient of thermal expansion than that of the first ring.

Op deze wijze kan het demp- en centreerelement bij uitgeschakelde en koude motor vrij los zitten, terwijl deze zichzelf goed vastzet tijdens het opwarmen van de motor en waterpomp.In this way, the damping and centering element can be quite loose when the engine is switched off and cold, while it secures itself well during the heating of the engine and water pump.

Een zeer voordelige uitvoering van de waterpomp volgens de uitvinding is daardoor gekenmerkt, dat de stationaire tweede ring is vervaardigd van een materiaal, bij voorkeur metaal, met een thermische uitzettingscoëfficiënt die althans ongeveer gelijk is aan die van de buitenring van de lagercon-structie en met een perspassing direct in de buitenring is gemonteerd, terwijl althans het axiale afdichtingsvlak van de tweede ring is voorzien van een coating.A very advantageous embodiment of the water pump according to the invention is characterized in that the stationary second ring is made of a material, preferably metal, with a coefficient of thermal expansion at least approximately equal to that of the outer ring of the bearing construction and a press fit is mounted directly in the outer ring, while at least the axial sealing surface of the second ring is coated.

Door volgens de uitvinding niet meer de gehele ring van keramiek respectievelijk koolstof te vervaardigen, doch alleen een voldoende dikke oppervlaktelaag daarvan op het of elk afdichtingsvlak aan te brengen, kan de tweede ring direct in de buitenring van de lagerconstructie worden geperst, waardoor een goedkopere en nog nauwkeuriger bevestiging van de tweede ring in de lagerconstructie ontstaat, zonder het gevaar van beschadigingen of ongewenste vervormingen ten gevolge van de verschillende thermische uitzettingscoëfficiënten.By no longer manufacturing the entire ring of ceramic or carbon according to the invention, but only applying a sufficiently thick surface layer thereof to the or each sealing surface, the second ring can be pressed directly into the outer ring of the bearing construction, so that a cheaper and even more precise fixing of the second ring in the bearing construction is achieved, without the danger of damage or undesired deformation due to the different thermal expansion coefficients.

Zoals hiervoor reeds is beschreven, kan volgens de uitvinding de lekkage langs de afdichtingsvlakken van de ringen van de afdichtingseenheid tot nagenoeg nul worden teruggebracht. Slechts door verdamping van water, van het meestal uit een mengsel van water en glycol bestaande koelmiddel, uit de meniscus die ontstaat aan de binnenrand van de afdichtingsvlakken, ontstaat enige lek. Deze damplekkage, die tijdens de economische levensduur van een auto slechts enkele kubieke centimeters kan bedragen, kan gemakkelijk door de lagercon-structie naar de omgeving worden getransporteerd. Dit trans-portmechanisme is gebaseerd op het in bedrijfsomstandigheden ontstane verschil in vochtigheid en temperatuur binnen in de lagerconstructie ten opzichte van de omgeving. In dit geval kunnen ook de twee duurdere lagerafdichtingen, gemaakt van een polymeer materiaal met een metalen ondersteuning, vervallen en worden vervangen door een zeer eenvoudig en voordelig metalen schijfje, dat de damplekkage doorlaat en het lagervet tegenhoudt. Indien de omstandigheden zodanig zijn dat druppels zich verzamelen in de ruimte tussen de lagerconstructie en de af-dichtingsvlakken, kan daar een poreus water absorberend materiaal worden aangebracht. Vrije druppels zullen dan over een groter gebied worden verspreid en bij hogere temperatuur weer verdampen. Dit poreuze water absorberende materiaal kan bijvoorbeeld bestaan uit silicagel of een daarop gebaseerd materiaal.As already described above, according to the invention, the leakage along the sealing surfaces of the rings of the sealing unit can be reduced to virtually zero. Some leakage occurs only through evaporation of water, of the coolant usually consisting of a mixture of water and glycol, from the meniscus formed on the inner edge of the sealing surfaces. This vapor leakage, which can be only a few cubic centimeters during the economic life of a car, can easily be transported through the bearing construction to the environment. This transport mechanism is based on the difference in humidity and temperature in the bearing construction relative to the environment that arises in operating conditions. In this case, the two more expensive bearing seals, made of a polymer material with a metal support, can also be omitted and replaced by a very simple and inexpensive metal disc, which allows vapor leakage and stops the bearing grease. If the conditions are such that drops collect in the space between the bearing structure and the sealing surfaces, a porous water absorbing material can be applied there. Free drops will then be spread over a larger area and evaporate again at a higher temperature. This porous water-absorbing material can for instance consist of silica gel or a material based on it.

Bij deze constructies kan nu ook het lekkagekanaal in zowel de lagereenheid als het pomphuis vervallen, hetgeen niet alleen directe economische voordelen in de constructie biedt, maar ook het z.g. "kosmetische lekkage" probleem oplost, waarbij eigenaars van duurdere automobielen vervanging van de waterpomp eisen als een lekkagestreepje op het motorblok zichtbaar is tijdens de garantieperiode. Dit laatste probleem wordt nu meestal opgelost door het aanbrengen van additionele beplating of andere afscherming van de lekkagebaan op het motorblok, hetgeen volgens de uitvinding kan worden vermeden.With these constructions, the leakage channel in both the bearing unit and the pump housing can now also be dispensed with, which not only offers direct economic advantages in the construction, but also solves the so-called "cosmetic leakage" problem, whereby owners of more expensive cars demand replacement of the water pump as a leak mark on the engine block is visible during the warranty period. The latter problem is now usually solved by applying additional sheeting or other shielding of the leakage path on the engine block, which can be avoided according to the invention.

Ook deze hiervoor beschreven uiterst geringe damplekkage kan nog worden verminderd indien aan de van de vloeistof-ruimte afgekeerde zijde van de axiale afdichtingsvlakken van de eerste en tweede ring een met behulp van een afdichtingsor-gaan afgedichte ruimte is gevormd. Door dit afdichtingsorgaan dat in serie met de afdichtingsvlakken van de ringen is geplaatst, zal de vloeistofmeniscus zich in een 100 % verzadigde ruimte bevinden, waardoor geen verdere verdamping van water ontstaat. In dat geval zal de afdichtingseenheid althans na genoeg hermetisch zijn. Het genoemde afdichtingsorgaan kan zeer eenvoudig van constructie zijn en ofwel tegen de as, of tegen de eerste of tweede ring zijn afgedicht.This extremely low vapor leakage described above can also be reduced if a space sealed by means of a sealing member is formed on the side of the axial sealing surfaces of the first and second ring remote from the liquid space. Due to this sealing member placed in series with the sealing surfaces of the rings, the liquid meniscus will be in a 100% saturated space, so that no further evaporation of water occurs. In that case, the sealing unit will at least be hermetic enough. The said sealing member can be very simple in construction and can be sealed either against the shaft or against the first or second ring.

De uitvinding omvat tevens een aslagerconstructie met geïntegreerde afdichtingseenheid die is bedoeld voor de in het voorgaande beschreven waterpomp.The invention also includes an axle bearing construction with an integrated sealing unit intended for the water pump described above.

De uitvinding zal hierna worden toegelicht aan de hand van de tekening, die uitvoeringsvoorbeelden van de waterpomp volgens de uitvinding weergeeft.The invention will be explained below with reference to the drawing, which shows exemplary embodiments of the water pump according to the invention.

Fig. 1 is een vooraanzicht van een deel van een waterpomp volgens de uitvinding.,Fig. 1 is a front view of part of a water pump according to the invention.,

Fig. 2 is een op grotere schaal weergegeven gedeeltelijke doorsnede van de waterpomp volgens fig. 1, waarbij de aslagerconstructie en afdichtingseenheid volgens de uitvinding zijn geïllustreerd door middel van een eerste uitvoeringsvoorbeeld .Fig. 2 is an enlarged partial sectional view of the water pump of FIG. 1, illustrating the shaft bearing construction and sealing unit of the invention by means of a first embodiment.

Fig. 3 toont een detail III van de afdichtingseenheid van fig. 2.Fig. 3 shows a detail III of the sealing unit of FIG. 2.

Fig. 4-6 tonen alternatieve uitvoeringen voor het detail van fig. 3.Fig. 4-6 show alternative embodiments for the detail of FIG. 3.

Fig. 6A toont in vooraanzicht het demp- en centreer-element van fig. 6.Fig. 6A shows the damping and centering element of FIG. 6 in front view.

Fig. 7 is een met fig. 2 overeenkomende doorsnede van een tweede uitvoeringsvoorbeeld van de waterpomp volgens de uitvinding.Fig. 7 is a cross-section corresponding to FIG. 2 of a second exemplary embodiment of the water pump according to the invention.

Fig. 8 is een met fig. 2 overeenkomende doorsnede van een derde uitvoeringsvoorbeeld van de waterpomp volgens de uitvinding.Fig. 8 is a sectional view corresponding with FIG. 2 of a third exemplary embodiment of the water pump according to the invention.

Fig. 9 toont op grotere schaal een detail IX in fig.Fig. 9 shows detail IX in FIG.

8.8.

Fig. 10-13 zijn met fig. 9 overeenkomende doorsneden van alternatieve uitvoeringen.Fig. 10-13 are sectional views corresponding to FIG. 9 of alternative embodiments.

Fig. 14 is een soortgelijke doorsnede als Fig. 3 en toont een verdere variant van de uitvinding.Fig. 14 is a similar section to FIG. 3 and shows a further variant of the invention.

Fig. 15 toont in vooraanzicht de eerste ring van de uitvoering volgens fig. 14.Fig. 15 is a front view of the first ring of the embodiment of FIG. 14.

Fig. 1 toont een uitvoeringsvoorbeeld van een waterpomp die wordt gebruikt voor het circuleren van koelvloeistof in een verbrandingsmotor voor een voertuig en in het bijzonder een personenauto. Uiteraard kan de waterpomp ook voor andere doeleinden worden gebruikt.Fig. 1 shows an exemplary embodiment of a water pump used for circulating coolant in a combustion engine for a vehicle and in particular a passenger car. The water pump can of course also be used for other purposes.

De waterpomp bevat als hoofdonderdelen een huis l waarvan hier een gedeelte is weergegeven en dat is voorzien van een door een stippellijn schematisch aangeduide vloeistof-ruimte 2, waarin zich als tweede hoofdonderdeel een pomporgaan 3 in de vorm van een waaier bevindt, dat is bedoeld voor het doen circuleren van de koelvloeistof. Het pomporgaan 3 is aangebracht op een as 4 die aan zijn van het pomporgaan 3 afgekeerde uiteinde is voorzien van een poelie of riemschijf 5, waarop een riem loopt voor de aandrijving van de waterpomp vanaf de krukas van de verbrandingsmotor. De laatste twee hoofdonderdelen van de waterpomp zijn de lagerconstructie voor het draaibaar ondersteunen van de as 4 en een afdichtingseen-heid voor het afdichten van de vloeistofruimte 2 ten opzichte van de as 4.The main components of the water pump are a housing 1, a part of which is shown here and which is provided with a liquid space 2 schematically indicated by a dotted line, in which, as the second main part, there is a pump member 3 in the form of a impeller, which is intended for circulating the coolant. The pump member 3 is mounted on a shaft 4, which at its end remote from the pump member 3 is provided with a pulley or pulley 5, on which a belt runs for driving the water pump from the crankshaft of the internal combustion engine. The last two main parts of the water pump are the bearing construction for rotatably supporting the shaft 4 and a sealing unit for sealing the liquid space 2 with respect to the shaft 4.

Fig. 2 toont in doorsnede de lagerconstructie 6 en de afdichtingseenheid 7. De lagerconstructie 6 bestaat in dit geval uit twee kogellagers 8 die direct op loopvlakken 9 in de as 4 en direct op loopvlakken 10 in een stationaire buitenring 11 van de lagerconstructie 6 lopen. Uiteraard is de lagerconstructie 6 ook met andere lagers uit te voeren. De kogellagers 8 bevinden zich in een gedeeltelijke met vet gevulde ruimte die door vetafdichtingen 12 is afgesloten.Fig. 2 shows in cross section the bearing construction 6 and the sealing unit 7. The bearing construction 6 in this case consists of two ball bearings 8 which run directly on treads 9 in the shaft 4 and directly on treads 10 in a stationary outer ring 11 of the bearing construction 6. The bearing construction 6 can of course also be designed with other bearings. The ball bearings 8 are located in a partial grease-filled space closed by grease seals 12.

Aan het naar de vloeistofruimte 2 toegekeerde uiteinde van de lagerconstructie 6 bevindt zich de afdichtingseenheid 7, die een afdichting verschaft tussen de met het huis 1 verbonden stationaire delen en de draaiende as 4, teneinde lekkage vanuit de vloeistofruimte 2 tegen te gaan. Het hart van de afdichtingseenheid 7 wordt gevormd door een met de as 4 verbonden eerste ring 13 en een stationaire tweede ring 14. De eerste en tweede ring 13, 14 zijn voorzien van naar elkaar toe gekeerde axiale afdichtingsvlakken 15 respectievelijk 16, die zodanig tegen elkaar aanliggen dat zowel in stilstand als tijdens draaiing van de as 4 een vloeistofafdichting wordt bewerkstelligd.At the end of the bearing construction 6 facing the liquid space 2, the sealing unit 7 is provided, which provides a seal between the stationary parts connected to the housing 1 and the rotating shaft 4, in order to prevent leakage from the liquid space 2. The heart of the sealing unit 7 is formed by a first ring 13 connected to the shaft 4 and a stationary second ring 14. The first and second rings 13, 14 are provided with axial sealing surfaces 15 and 16 facing each other, which are so against each other abut that a liquid seal is effected both when stationary and during rotation of the shaft 4.

Hiertoe wordt de eerste ring 13 door een axiale veer 17 in de richting van de tweede ring 14 belast. De in dit geval als schroefveer uitgevoerde axiale veer 17 steunt aan zijn van de eerste ring 13 afgekeerde uiteinde tegen een positio-neerring 18 die vast op de as 4 is bevestigd. Een rubber mem braan 19 zorgt voor de afdichting tussen de eerste ring 13 en de positioneerring 18, terwijl een flensring 20 de kracht van de axiale veer 17 via het membraan 19 op de eerste ring 13 overbrengt.To this end, the first ring 13 is loaded by an axial spring 17 in the direction of the second ring 14. The axial spring 17, which in this case is designed as a coil spring, rests at its end remote from the first ring 13 against a positioning ring 18 which is fixedly mounted on the shaft 4. A rubber membrane 19 provides the seal between the first ring 13 and the positioning ring 18, while a flange ring 20 transmits the force of the axial spring 17 via the membrane 19 to the first ring 13.

De tweede stationaire ring 14 is volgens de uitvinding direct met de lagerconstructie 6 verbonden, en wel met de stationaire buitenring 11 daarvan. Hiertoe is de in dit geval uit keramiek gevormde ring 14 in de stationaire buitenring 11 van de lagerconstructie 6 geperst onder tussenplaatsing van een met rubber beklede flensring 21 van metaalplaat. Het axiale afdichtingsvlak 16 van de tweede ring 14 is nauwkeurig in één vlak met het geslepen axiale eindvlak 22 van de stationaire buitenring 11 van de lagerconstructie 6 geplaatst, zodat het axiale afdichtingsvlak 16 nauwkeurig haaks op de hartlijn van de nauwkeurig gelagerde as 4 staat. Door deze integratie van de afdichtingseenheid 7 in de aslagerconstructie 4, 6 kunnen de toleranties van de onderdelen daarvan goed worden beheerst, zodat een zeer nauwkeurige en weinig lek toelatende afdichtingseenheid 7 ontstaat, die door de integratie ook de minimum lengte van de as 4 beperkt.According to the invention, the second stationary ring 14 is directly connected to the bearing construction 6, namely to the stationary outer ring 11 thereof. To this end, the ring 14, which in this case is made of ceramic, is pressed into the stationary outer ring 11 of the bearing construction 6, with the interposition of a rubber-coated flange ring 21 of metal plate. The axial sealing surface 16 of the second ring 14 is accurately aligned with the ground axial end surface 22 of the stationary outer ring 11 of the bearing structure 6, so that the axial sealing surface 16 is exactly perpendicular to the axis of the precisely bearing shaft 4. Due to this integration of the sealing unit 7 into the shaft bearing construction 4, 6, the tolerances of the parts thereof can be well controlled, so that a very accurate and leak-proof sealing unit 7 is created, which also limits the minimum length of the shaft 4 due to the integration.

Volgens een verder aspect van de uitvinding is de eerste ring 13 aan zijn binnenomtrek ondersteund door een demp- en centreerelement, dat in dit uitvoeringsvoorbeeld bestaat uit een polymere ring 23, die om de as 4 is aangebracht. Zoals de fig. 3-6 tonen, zijn verschillende vormen van de polymere ring 23 mogelijk, en kan de ring bijvoorbeeld een rechthoekige (fig. 3), omgekeerd afgeknot kegelvormige (fig.According to a further aspect of the invention, the first ring 13 is supported on its inner circumference by a damping and centering element, which in this exemplary embodiment consists of a polymeric ring 23, which is arranged around the shaft 4. As shown in Figs. 3-6, different shapes of the polymeric ring 23 are possible, and the ring can be, for example, a rectangular (Fig. 3), inversely frusto-conical (Fig.

4), afgeknot kegelvormige (fig. 5) en ronde (fig. 6) dwarsdoorsnede bezitten. Bij voorkeur is de polymere ring 23 in een groef 24 gemonteerd, welke groef 24 zowel in de buitenomtrek van de as 4 als in de binnenomtrek van de eerste ring 13 kan zijn gevormd. Aan de omtrek van de ring 23 die niet in de groef 24 is geplaatst, is de ring in aanraking met een glad oppervlak van de as 4 of de eerste ring 13. Indien de ring 23 is vervaardigd van een materiaal waarvan de thermische uitzet-tingscoëfficiënt groter is dan die van de eerste ring 13, dan zal de ring 23 bij bedrijfstemperatuur de eerste ring 13 stijver ondersteunen dan bij omgevingstemperatuur, waar de polymere ring 23 zelfs los kan komen van het tegenoppervlak. Bij afgekoelde waterpomp kan de eerste ring 13 dan ook altijd door de axiale veer 17 in de richting van de tweede ring 14 worden verplaatst om slijtage van de axiale afdichtingsvlakken 16, 17 te compenseren. De polymere ring 23 werkt zoals gezegd als demp- en centreerelement voor de eerste ring 13, waardoor een zeer nauwkeurige draaiing van de eerste ring 13 ten opzichte van de tweede ring 14 plaatsvindt en motortrillingen en schokken tijdens het rijden zeer effectief worden geabsorbeerd, zodat deze geen nadelige invloed op de afdichtende werking van de afdichtingseenheid 7 hebben.4), have a truncated conical (Fig. 5) and round (Fig. 6) cross section. Preferably, the polymeric ring 23 is mounted in a groove 24, which groove 24 may be formed both in the outer circumference of the shaft 4 and in the inner circumference of the first ring 13. At the periphery of the ring 23 not placed in the groove 24, the ring contacts a smooth surface of the shaft 4 or the first ring 13. If the ring 23 is made of a material whose thermal expansion coefficient larger than that of the first ring 13, the ring 23 at operating temperature will support the first ring 13 more rigidly than at ambient temperature, where the polymer ring 23 may even come off the counter surface. With a cooled water pump, the first ring 13 can therefore always be moved by the axial spring 17 in the direction of the second ring 14 to compensate for wear of the axial sealing surfaces 16, 17. As mentioned, the polymeric ring 23 acts as a damping and centering element for the first ring 13, whereby a very precise rotation of the first ring 13 with respect to the second ring 14 takes place and motor vibrations and shocks are absorbed very effectively during driving, so that these do not adversely affect the sealing action of the sealing unit 7.

Fig. 6A toont nog dat de buitenomtrek van de elastische ring 23 is voorzien van een aantal regelmatig over de omtrek verdeelde uithollingen 23A, zodat daartussen contactoppervlakken 23B worden gevormd, die te zamen een onderbroken contactvlak tussen de ring 23 en de eerste ring 13 vormen.Fig. 6A also shows that the outer circumference of the elastic ring 23 is provided with a number of recesses 23A regularly distributed around the circumference, so that contact surfaces 23B are formed between them, which together form an interrupted contact surface between the ring 23 and the first ring 13.

Fig. 7 toont een verder ontwikkelde uitvoeringsvorm van de waterpomp volgens de uitvinding. In deze uitvoeringsvorm is de stationaire tweede ring 14 direct met een perspassing in de stationaire buitenring 11 van de lagerconstructie 6 geplaatst. Dit is mogelijk gemaakt doordat de tweede ring 14 is vervaardigd van een materiaal, bij voorkeur staal, met een thermische uitzettingscoëfficiënt die gelijk is aan of enigszins groter is dan die van het staal van de buitenring 11. Op deze wijze kan de tweede ring 14 nog nauwkeuriger en goedkoper in de lagerconstructie 6 worden geïntegreerd. Het afdichtings-vlak 16 van de tweede ring 14 is in dit geval voorzien van een keramische, hardmetalen, monomoleculaire of enige andere coating die de wrijving en slijtage vermindert en de levensduur van de afdichting verhoogt. De kosten van een dergelijke stalen tweede ring 14 met speciale coating zullen ook nog eens lager zijn dan een geheel uit de genoemde materialen vervaardigde ring. Op dezelfde wijze kan ook de eerste ring 13 in plaats van uit koolstof uit staal met een speciale coating 26 zijn gevormd.Fig. 7 shows a further developed embodiment of the water pump according to the invention. In this embodiment, the stationary second ring 14 is press fit directly into the stationary outer ring 11 of the bearing structure 6. This is made possible by the fact that the second ring 14 is made of a material, preferably steel, with a coefficient of thermal expansion equal to or slightly greater than that of the steel of the outer ring 11. In this way, the second ring 14 can still can be integrated more precisely and cheaper into the bearing construction 6. The sealing surface 16 of the second ring 14 in this case is provided with a ceramic, carbide, monomolecular or any other coating that reduces friction and wear and increases the service life of the seal. The costs of such a steel second ring 14 with a special coating will also be less than a ring entirely made of the materials mentioned. Similarly, instead of carbon steel, the first ring 13 may also be formed with a special coating 26.

In fig. 7 is verder te zien, dat de vetafdichtingen 12 zijn gevormd door labyrintafdichtingen die geen vloeistof maar wel damp doorlaten. Hierdoor behoeft de buitenring 11 van de lagerconstructie 6 niet met een speciale afvoer te worden uitgevoerd, doch kan de damplekkage die bij de meniscus aan de binnenzijde van de afdichtingsvlakken 15 en 16 van de eerste en tweede ring 13, 14 ontstaat, via de labyrintafdichtingen 12 en de ruimte van de lagers 8 naar de omgeving worden afgevoerd. Indien onder bepaalde omstandigheden toch nog enige waterdruppels ontstaat, bijvoorbeeld doordat de waterdamp condenseert, dan zullen deze door het tussen de labyrintafdichting 12 en de tweede ring 14 aangebrachte, poreuze en water absorberende materiaal 27 worden opgenomen. Dit opgenomen water kan dan later weer in de vorm van damp worden afgegeven.It can further be seen in Fig. 7 that the grease seals 12 are formed by labyrinth seals which do not allow liquid to pass through but vapor. As a result, the outer ring 11 of the bearing construction 6 does not have to be equipped with a special drain, but the vapor leakage that arises at the meniscus on the inside of the sealing surfaces 15 and 16 of the first and second ring 13, 14, via the labyrinth seals 12 and the space of the bearings 8 is discharged to the environment. If, under certain circumstances, some water droplets still occur, for instance because the water vapor condenses, these will be absorbed by the porous and water-absorbing material 27 arranged between the labyrinth seal 12 and the second ring 14. This absorbed water can then be released again in the form of vapor.

Een ten aanzien van de damplekkage door de afdich-tingseenheid 7 nog verder geoptimaliseerde uitvoering is in fig. 8 weergegeven, waarbij ook nog de laatste lekkage ten gevolge van de verdamping van het water uit het koelmiddel ter plaatse van de meniscus aan de binnenomtrek van de axiale af-dichtingsvlakken 15, 16 van de eerste en tweede ring 13, 14 kan worden geëlimineerd. Hiertoe is de ruimte waarin de genoemde meniscus zich bevindt, afgedicht door een verder af-dichtingsorgaan 28, waardoor de ruimte 29 om de meniscus 100 % verzadigd zal raken en derhalve verdamping wordt tegengegaan.An embodiment which has been further optimized with regard to the vapor leakage through the sealing unit 7 is shown in Fig. 8, the last leakage also resulting from the evaporation of the water from the coolant at the meniscus on the inner circumference of the axial sealing surfaces 15, 16 of the first and second rings 13, 14 can be eliminated. To this end, the space in which the said meniscus is located is sealed by a further sealing member 28, whereby the space 29 around the meniscus will become 100% saturated and therefore evaporation is prevented.

De fig. 9-13 tonen verschillende uitvoeringsvormen van het afdichtingsorgaan 28 dat met behulp van een bevestigingsmiddel 30 zowel aan de eerste' ring 13 als aan de tweede ring 14 kan zijn bevestigd en tegen de eerste ring 13 (fig.Figures 9-13 show various embodiments of the sealing member 28, which can be attached to the first ring 13 as well as to the second ring 14 and to the first ring 13 by means of a fastening means 30 (fig.

9), tegen de tweede ring 14 (fig. 10, 11) of tegen de as 4 (fig. 12, 13) kan afdichten.9), can seal against the second ring 14 (fig. 10, 11) or against the shaft 4 (fig. 12, 13).

De fig. 14 en 15 tonen een verdere variant van de eerste ring 13 en het demp- en centreerelement 23. Ook in dit geval is weer sprake van een in de omtreksrichting onderbroken contactvlak tussen de eerste ring 13 en het demp- en centreerelement 23 (zoals bij de ring 23 van fig. 6A), doch in dit geval is de buitenomtrek van het demp- en centreerelement 23 glad, terwijl de binnenomtrek van de eerste ring 23 is voorzien van een aantal regelmatig over de omtrek verdeelde axiale uithollingen 3IA met daartussen contactoppervlakken 31B. De uithollingen 3IA lopen niet over de gehele lengte van de eerste ring 13 door, zodat het afdichtingsvlak 16 hiervan cirkel-ringvormig is. Deze uitvoering heeft' het voordeel dat het demp- en centreerelement 23 zeer eenvoudig kan worden uitgevoerd, en hiervoor zelfs een normaal voor afdichtingsdoelein-den gebruikte 0-ring kan worden benut. De kosten voor het vervaardigen van de eerste ring 23 worden door de uithollingen 3IA nauwelijks verhoogd, wanneer de ring 23 door poederpersen, sinteren en harsimpregnatie van grafiet wordt gemaakt. Alleen de matrijs moet worden ingericht voor het vormen van de uithollingen 3IA. Overigens zou de ring 23 ook door spuitgieten van een mengsel van koolstofgrafiet en phenolhars kunnen worden vervaardigd.Figures 14 and 15 show a further variant of the first ring 13 and the damping and centering element 23. Again in this case there is again a contact surface interrupted in the circumferential direction between the first ring 13 and the damping and centering element 23 ( as in the ring 23 of Fig. 6A), but in this case the outer circumference of the damping and centering element 23 is smooth, while the inner circumference of the first ring 23 is provided with a number of axial recesses 3IA regularly distributed along the circumference with in between contact surfaces 31B. The recesses 3IA do not extend along the entire length of the first ring 13, so that the sealing surface 16 thereof is circular-ring-shaped. This embodiment has the advantage that the damping and centering element 23 can be designed very simply, and even an O-ring normally used for sealing purposes can be used for this. The cost of manufacturing the first ring 23 is hardly increased by the recesses 3IA when the ring 23 is made from graphite by powder pressing, sintering, and resin impregnation. Only the die must be arranged to form the recesses 3IA. Incidentally, the ring 23 could also be manufactured by injection molding a mixture of carbon graphite and phenolic resin.

Uit het voorgaande zal duidelijk zijn dat de uitvinding een waterpomp alsmede een eenheid van as, lager en afdichting voor toepassing in deze waterpomp verschaft, waarbij lekkageproblemen op zeer effectieve en ook eenvoudige wijze zijn tegengegaan. Ook de levensduur van de afdichting en daarmede van de gehele waterpomp is aanzienlijk verbeterd. Hiermede is een zwakke schakel in de betrouwbaarheid van de huidige automotoren geëlimineerd. De uitvinding verschaft tevens mogelijkheden tot het verkorten van de aslengte van de waterpomp, waardoor constructeurs van verbrandingsmotoren meer speelruimte wordt geboden.From the foregoing it will be clear that the invention provides a water pump as well as a unit of shaft, bearing and seal for use in this water pump, wherein leakage problems have been counteracted in a very effective and also simple manner. The service life of the seal and thus of the entire water pump has also been considerably improved. This has eliminated a weak link in the reliability of current car engines. The invention also provides possibilities for shortening the shaft length of the water pump, so that manufacturers of combustion engines are given more leeway.

De uitvinding is niet beperkt tot de in het voorgaande beschreven en in de tekeningen weergegeven uitvoeringsvoor-beelden, die op verschillende manieren binnen het kader van de uitvinding kunnen worden gevarieerd. Zo is het mogelijk het samenstel van aslagerconstructie en afdichtingseenheid voor andere toepassingen dan in een waterpomp te benutten.The invention is not limited to the exemplary embodiments described above and shown in the drawings, which can be varied in various ways within the scope of the invention. For example, it is possible to use the combination of shaft bearing construction and sealing unit for applications other than in a water pump.

Claims

Water pump, in particular for use in the cooling circuit of an internal combustion engine for an automobile, provided with a housing (1) with a liquid space (2), in which there is a pump member (3) mounted on an axle (4 ) which is guided outside the housing (1) and is rotatably supported by a bearing construction (6) with a stationary outer ring (11) mounted on the housing (l), while the liquid space (2) relative to the shaft (4 ) is sealed using a sealing unit (7), which includes a first ring (13) connected to the shaft (4) and a stationary second ring (14) mounted on the outer ring (11) of the bearing structure (6) , which rings (13, 14) are provided with at least approximately axial sealing surfaces (15, 16) which face each other and which are sealingly abutting, while the first ring (13) is directed in the direction of the second ring (14). resilient member (17) is loaded, characterized in that the first ring (13) via an intermediate and the inner circumference of this ring and the outer circumference of the shaft (4) located on the shaft (4) distributed over the circumference of the shaft, elastic damping and centering element (23).

Water pump according to claim 1, wherein the damping centering element (23) consists of an elastic ring.

Water pump according to claim 2, wherein the annular damping and centering element (23) has an interrupted contact surface on its inner and / or outer circumference.

Water pump according to claim 1 or 2, wherein the first ring (13) has an interrupted contact surface on its inner circumference with the damping and centering element (23).

Water pump according to claim 2, 3 or 4, wherein the elastic ring (23) is suitably placed in a circumferential groove (24) arranged in the outer circumference of the shaft (4) or in the inner circumference of the first ring (13).

The water pump according to any one of claims 1 to 5, wherein the damping and centering element (23) is made of a polymeric material having a greater coefficient of thermal expansion than that of the first ring (13).

Water pump according to any one of the preceding claims, wherein the stationary second ring (14) is made of a material, preferably metal, with a coefficient of thermal expansion at least approximately equal to that of the outer ring (11) of the bearing construction ( 6) and is press-fitted directly into the outer ring (11), while at least the axial sealing surface (16) of the second ring (14) is provided with a coating (25).

Water pump according to any one of the preceding claims, wherein a porous water-absorbing material (27) is arranged between the sealing unit (7) and the bearings (8) of the bearing construction (6).

Water pump according to any one of claims 1-7, wherein on the side of the axial sealing surfaces (15, 16) of the first and second ring (13, 14) facing away from the liquid space, a space is sealed by means of a sealing member (28) (29) is formed.

Shaft bearing construction (4, 6) with integrated shaft sealing unit (7) for the water pump according to one of the preceding claims.

11. Shaft bearing construction with sealing unit, for example for a water pump, provided with a stationary outer ring (11), a shaft running parallel to it (4) and bearing means (8) arranged between them, whereby between the outer ring (11) and the shaft (4) one side of the bearing structure (6) sealing unit (7) is provided, which is provided with a first ring (13) connected to the shaft (4) and a stationary second ring (11) mounted on the outer ring (11) of the bearing structure (6) 14), which rings (13, 14) are provided with at least approximately axial sealing surfaces (15, 16) facing each other, which are sealingly abutting, while the first ring (13) faces the second ring (14) resiliently loaded, characterized in that the first ring (13) is located between the inner circumference of this ring and the outer circumference of the shaft (4), distributed over the circumference of the shaft, elastic damping and centering element (23 ) is mounted on the shaft.