具有密封装置的滑动轴承和具有滑动轴承的水泵的制作方法

本发明涉及一种具有用于水泵的具有密封装置的径向滑动轴承，以及一种用于车辆中冷却剂回路的水泵，水泵包括具有密封装置的径向滑动轴承。

背景技术：

具有滚动元件的水泵轴承在现有技术中是已知的。通常，它们对湿气的进入敏感，因为所使用的材料，特别是滚动元件合适的钢，对于在湿气中使用没有足够的耐腐蚀性。轴承密封处总是会发生少量泄漏。水分的进入由于腐蚀而导致滚动元件和座圈的表面质量下降，这导致轴承中更大的摩擦力以及相应的热量发展，进而对轴承和密封件造成进一步的损坏。因此，轴轴承或其密封通常构成泵使用寿命的限制因素，因为压力和温度波动会导致它们本身遭受摩擦磨损和脆化。

已知水泵具有由输送的冷却剂润滑的滑动轴承。这些水泵是通过机械方式或通过湿运行的电动机驱动的。

专利申请de19639928a1公开了一种水泵，通过皮带机械地驱动，其中，通过烧结滑动轴承安装有连接至泵叶轮的轴。轴承间隙由要输送的介质润滑。

轴封上的泄漏也是滑动轴承上的一个问题，特别是如果在轴承的下游安装了对湿度敏感的组件(例如电动机)。

具有湿流道的电动水泵的效率较低，这是因为定子和容纳罐的转子之间的间隙变大了，因此作用在转子上的磁场强度减弱了。此外，在转子上发生液体摩擦，由此，特别是在辅助水泵的泵驱动装置尺寸较小的情况下，效率水平进一步降低。此外，湿流道在低温下会遇到问题，例如定子和转子之间的间隙结冰。

由同一申请人但在本专利申请的申请日尚未公开的专利申请de102018104015.6涉及一种具有干运转电动机的水泵的轴承和密封，该水泵借助于冷却剂润滑烧结轴承。该轴承和密封的概念提供了一些措施，以排出不可避免的轻微冷却剂泄漏，以保护电动机和控制电子设备不受湿气侵入的损害。更精确地，在操作条件下实现了非关键的水分平衡，其中通过旋转引导泄漏小滴和马达的废热导致蒸发，该蒸发通过膜泄漏到大气中。

众所周知，径向轴封的使用寿命在很大程度上取决于密封唇的润滑条件。由于润滑膜的摩擦系数和在下文中说明的现象，在冷却剂润滑的情况下运行的密封唇的使用寿命比在润滑油输送系统的环境中的密封唇的使用寿命短。例如，观察到在密封唇的动态密封表面下形成沉积物，该沉积物不利地影响密封功能。这是由于冷却剂泄漏引起的，该泄漏剂在通过密封点时蒸发并留下冷却剂的结晶成分，这些结晶成分会在轴上形成沉积物。

技术实现要素：

鉴于现有技术中提出的发展和知识，本发明的目的是提供一种径向滑动轴承，其具有一体的密封装置并允许在水泵中的持久密封。

该目标通过根据权利要求1的特征，具有密封装置的滑动轴承来实现。

本发明具有密封装置的滑动轴承的特征尤其在于，湿侧轴密封件设置在湿侧和滑动轴承衬套之间。至少在湿侧轴密封件和滑动轴承衬套之间设置至少部分多孔的，由非烧结材料制成的带有基底的润滑剂储存器。其中，润滑剂储存器包括存在于基底的孔中的不溶于水的润滑剂，所述润滑剂储存器的体积和润滑剂填充物的体积占据了湿侧轴密封件和干侧轴密封件之间总空间。

因此，本发明首次提供了一种用于水泵的滑动轴承，其相对于待输送介质的环境携带了单独的润滑剂。

本发明同样首次提供了润滑剂储存器的使用，该润滑剂储存器在结构上部分是固体，部分是粘稠的，不仅用于润滑轴承，而且由于其布置而提供了持久的密封功能，所述密封功能，如后所述，在水泵的工作环境中具有优势。

在最一般的形式中，本发明基于在滑动轴承中使用润滑剂储存器的知识，所述润滑剂储存器相对于周围的介质产生局部结合的粘性缓冲垫，因此对滑动轴承中的密封功能做出不同的定向作用。

在水泵运行期间，在泵腔及滑动轴承中润滑剂储存器中不断增加的输送压力之间实现了压力平衡，同时防止了不溶于水的润滑剂从基底的孔中冲出。如果要在滑动轴承衬套方向上传输的介质的外部压力增加，则润滑剂储存器的海绵状形态可确保润滑剂储存器在径向方向上的任何膨胀，相对于位于其下游的润滑剂填充物，都可增加分离效果。润滑剂储存器的位移或压缩会在轴向方向上增加轴封至干燥侧的接触压力，其中，润滑剂储存器下游的润滑剂填充会将接触力转移到相应的密封唇上并同时润滑密封唇。

具有密封装置的滑动轴承的发明构思在水泵中具有多个优点。

湿侧的轴封设置为与润滑剂储存器相邻或接触，并被供应润滑剂。相应密封唇的动态密封面始终被润滑膜浸湿，并抑制了冷却剂残留物形成的沉积物。同样，从干油中注入与干燥侧相对的轴密封件，因此具有润滑膜的相应密封唇在轴上滑动。与冷却剂润滑的轴封相比，用润滑剂润滑的轴封可实现更长的使用寿命。

基底的多孔结构和润滑剂的水不溶性影响润滑剂的局部结合。在工作压力平衡期间，要输送的介质的进入防止了滑动轴承的冲刷，并确保了烧结滑动轴承的低摩擦和低磨损。

密封装置在滑动轴承的结构内占据了很小的安装空间，同时在使用寿命内提供润滑。因此，具有密封装置的滑动轴承适合用作紧凑轴承，即，用作安装和密封泵轴的单个单元。

润滑剂填充物和润滑剂储存器的被润滑剂充满的基底的配合以及轴封提高了抵抗滑动轴承轴向渗透的密封效果。因此，具有密封装置的滑动轴承适合于对湿度敏感的组件的应用，例如，特别是干流道类型的电动机或电子设备。

在具有改进的密封性能的水泵的传统设计中，该泵用于干式运行的电动机，在电动机的上游设有泄漏容器和用于捕获来自泵腔泄漏液滴的蒸发孔。与这种设计相比，尽管具有可靠的密封，但仍可以简化壳体的设计，可以节省安装空间和材料成本，并且可以实现更紧凑的总体尺寸。此外，迷宫式密封件或类似结构的密封件可以由更有利的具有相对简单构造的密封唇的轴封代替。

滑动轴承的可靠密封允许使用电动泵驱动器，尤其是干式流道，该干式流道由于转子和定子之间的气隙较小而具有较高的效率。与湿流道相比，干式流道还更具成本效益，因为它们可以作为具有标准化组件的独立单元购买，即独立于泵特定类型的几何形状。

从属权利要求的主题是本发明具有密封装置的滑动轴承的有利发展。

根据本发明的一方面，基底的体积可以完全由具有开孔的结构形成，开孔可以被润滑剂充满。这优化了润滑剂储存器的海绵状形态。

根据本发明的一方面，基底可以由具有确定的孔隙率的聚合物基体制成。借助于聚合物基体，可以制造出多孔的基底，所述多孔的基底为润滑剂储存器提供了的合适的孔径和合适弹性的优化性能。

根据本发明的一方面，润滑剂是合成油。因此，相对于润滑、密封和泄漏性能，提供润滑剂填充物的应用优化的粘度。

根据本发明的一方面，滑动轴承衬套的烧结材料可具有确定的孔隙率。这另外使得可以用润滑剂均匀地浸渍或充满烧结材料。与包含固态润滑剂颗粒或冷却剂润滑的烧结滑动轴承的变体的干式烧结材料相比，当使用带有粘性润滑的烧结滑动轴承时，摩擦系数更低，使用寿命更长。

根据本发明的一方面，在滑动轴承衬套中形成至少一个凹部，所述凹部延伸穿过滑动轴承衬套的轴向尺寸，润滑剂储存器和润滑剂填充物占据了至少一个凹部的体积。润滑剂储存器在滑动轴承衬套另一侧的轴向延伸特别具有两个优点。一方面，可以增加润滑剂储存器和滑动轴承衬套之间的体积和接触面积，以用润滑剂润滑或充满烧结材料。另一方面，增加了一次填充滑动轴承的润滑剂的总体积，因此，期望使用寿命的进一步增加。

根据本发明的一个方面，可以在滑动轴承衬套的外圆周上形成多个轴向凹部。该实施例构成用于生产凹部、生产优化的简单形状。

根据本发明的一方面，润滑剂储存器的多孔基底可以延伸穿过至少一个凹部并且可以与干侧轴封接触。因此，在干侧上的轴封的润滑是通过与润滑剂储存器接触而不是仅通过润滑剂填充来提供的。因此，可以进一步优化与将污物颗粒渗透到密封唇的内侧以及润滑剂向密封唇外侧的泄漏有关的密封特性。

根据本发明的一个方面，干侧轴封的密封唇可以朝滑动轴承衬套倾斜。因此，密封唇被压到轴的圆周上。

根据本发明的一个方面，干侧轴封可以由包含偏二氟乙烯的氟橡胶制成。通过简短地选择一种包含偏二氟乙烯或fkm的氟橡胶，在干燥侧的轴圆周上实现应用优化的摩擦性能和密封唇的使用寿命。

根据本发明的一方面，湿侧轴封可以由聚四氟乙烯制成。通过简短地选择聚四氟乙烯或ptfe，实现应用优化的湿侧轴圆周上密封唇的摩擦性能和使用寿命。

根据本发明的一个方面，径向滑动轴承间隙设置为3-10μm。通过间隙尺寸的这一范围，结合润滑剂可以实现滑动轴承衬套烧结体的摩擦性能和使用寿命的应用优化性能。

根据本发明的一方面，滑动轴承衬套、轴封和润滑剂储存器可被容纳在圆柱形轴承壳体的内部。所述设置允许密封装置相对于滑动轴承在尺寸上稳定和齐平地安装，而与泵壳体的特定类型几何形状以及作为单元或组件提供无关。

根据本发明的一个方面，提供了一种用于车辆中冷却剂回路的水泵，其中，具有密封装置的滑动轴承设置在泵腔之间的泵壳体内，其中，泵轴与泵叶轮以及泵壳体的驱动侧连接，在该驱动侧上驱动泵轴。相对于安装空间，进行了优化的在泵中用作轴的单个紧凑轴承构成了值得保护的优选产品，包括具有密封装置的密封轴承。

根据本发明的一个方面，提供了一种相应的电动水泵，所述电动水泵包括与泵轴连接的干式类型的电动机。这种泵构成使用具有密封装置的滑动轴承的密封功能时值得保护的优选产品。

根据本发明的一个方面，泵壳体可包括推力面，该推力面与泵轴的轴向滑动轴承的一端相对，提供了用于吸收泵轴轴向力的简单且节约成本的构造。

附图说明

在下文中，将参照两个示例性实施例和在水泵中使用的示例来描述本发明。在图中：

图1是根据第一实施例具有密封装置的滑动轴承的纵向剖视图。

图2是根据第一实施例具有密封装置的滑动轴承的水泵的纵剖视图。

图3是根据第二实施例在水泵中具有密封装置的滑动轴承的纵截面的区域。

图4是根据第二实施例在水泵中具有密封装置的滑动轴承的横截面的区域。

具体实施例

密封滑动轴承的第一实施例将在下文中描述。

图1显示了径向烧结滑动轴承形式的滑动轴承1。由烧结材料，特别是多孔的烧结金属合金制成的滑动轴承衬套11在其内周表面上为轴3的圆周提供径向滑动轴承表面。轴3通过约为3-10μm的径向轴承间隙，可旋转且可轴向移动地容纳在滑动轴承衬套11中。此外，借助于滑动轴承1的润滑剂填充物22的润滑剂来辅助轴3和多孔烧结材料之间的滑动性能。滑动轴承衬套11和润滑剂填充物22与密封装置2一起被接收在圆柱状轴承壳6内。圆柱状轴承壳6在右侧所示的侧面上具有阶梯状的基座，该阶梯形的基座具有用于轴3的通孔。

密封的滑动轴承1被设计成密封轴3，该轴3被安装在与液体介质接触的湿侧4与诸如，腔或外侧的干侧5之间，这样即使在两侧4和5之间存在压力差，液体介质也不会轴向通过滑动轴承1。为此，滑动轴承1配备有密封装置2。滑动轴承1的密封装置2包括湿侧轴封24，干侧轴封25和有效密封的润滑剂储存器20。

干侧轴封25是具有相对于轴3的动态密封表面的径向轴封环，并且封闭了轴3与轴承壳6的阶梯状基座中的通孔之间的开口间隙。轴封25的密封唇在偏置边缘和轴圆周之间向内倾斜进入一个空间，该空间容纳在滑动轴承衬套11的端侧中。该空间由滑动轴承衬套11和轴封25之间的润滑剂填充物22占据。湿侧轴封24是相对于轴3具有动态密封面的径向轴封环，封闭轴3与轴承壳6圆周之间的径向开口。轴封24通过夹紧环14保持抵靠滑动轴承衬套11的端侧。轴封24的密封唇在轴圆周上具有朝外朝向湿侧4的凸缘。轴封24由聚四氟乙烯(ptfe)组成和轴封25由氟橡胶(fkm)组成。

润滑剂储存器20位于在湿侧轴封24和滑动轴承衬套11之间的空间中，该润滑剂储存器20被容纳在滑动轴承衬套11的端侧中。图中，润滑剂储存器20通过选中的阴影线示出。在关于润滑剂填充物22的剩余体积的限定性定义中，润滑剂储存器20由多孔基底21构成和粘结到多孔基底21的润滑剂的体积构成，该多孔基底21作为用于润滑剂的局部粘结的基本结构。基板21在圆周方向上与轴3和该空间或轴承壳体6的外边界表面在径向接触。润滑剂储存器20具有海绵状形态并且至少通过轴承间隙与用虚线所示的润滑剂填充物22处于液体连通状态，液体连通是没有多孔基底21的相同润滑剂的液体垫。

润滑剂储存器20是一种混合润滑剂，其原理被定义为“固体油”。多孔基底21由具有弹性的聚合物基体组成，优选地，由具有毛细作用的开孔结构的所谓的克鲁勃(mikrozella)组成。由合成烃、硅油及酯油等组成的润滑油被吸收在润滑油储存器20基板21的孔中或过饱和释放，也形成润滑油填充物22。润滑油的粘度被调整以适应基底21和滑动轴承衬套11的烧结材料以及滑动轴承1载荷的孔隙率。

当润滑剂储存器20在湿侧4上的液体介质的外部作用压力下与轴封24和25相互作用时，发生密封装置2的密封功能。因此，发生了少量的介质泄漏，在轴封24的密封唇处进入滑动轴承1，直到建立压力平衡为止。从左侧所示的润滑剂储存器20一侧升高的压力实现了多孔基底21的轴向压缩和径向膨胀。因此，将海绵状润滑剂储存器20压向轴3和轴承外壳6径向压力增加了。粘合的润滑剂在多孔基底21中的水不溶性确保了渗透的介质与滑动轴承1的位于其下游的部分之间的介质分离，从而防止了润滑剂填充物22的冲洗。此外，借助于润滑剂填充物22增加了在干侧轴封25的向内倾斜的密封唇上的轴向接触压力。由于通过润滑剂对密封唇进行了润滑，因此相对于摩擦磨损增加了表面压力不是关键的。

以下，说明使用了密封的滑动轴承1的水泵10的使用实施例。

从图2中水泵10的纵向剖视图中可以看出，泵壳体60在左侧所示的一侧包括一个进气连接61和一个压力连接62，它们通入泵腔40中。进气连接61用作泵的入口，并且以壳体盖的形式在泵腔40的开放的轴向端部处装配到泵壳体60上。进气连接61通向固定在泵轴30上的泵叶轮41。泵腔40的周围被螺旋形壳体64围绕。螺旋形壳体64沿切线方向进入形成泵出口的压力连接62中。泵叶轮41是已知的具有中心开口的径向泵叶轮。通过进气连接61朝泵叶轮41流动的输送流体，被泵叶轮41的叶片径向向外加速进入泵腔40的螺旋形壳体64，并通过压力连接62转移。

泵壳体60的驱动侧50位于右侧所示的一侧。驱动侧50在泵壳体60中形成为电动机51的容纳室，并且与泵腔40分离。形成为泵壳体60的容纳室的驱动侧50轴向侧的端部通过电动机盖65封闭。电动机51是外转轮。转子53是钟形的，并且连接到如右图所示的泵轴30的自由端。转子53绕着内部定子52旋转，该内部定子相对于滑动轴承1同轴地设置在泵壳体60上。电动机51是干式的，即定子52的励磁线圈是暴露在与转子53相对的气隙中。

泵轴30在泵腔40和形成为容纳室的驱动侧50之间，穿过泵壳体60延伸。泵壳体60的一部分将驱动侧50与泵腔40分开。形成用于容纳密封滑动轴承1的法兰形轴承座66。密封的滑动轴承1的圆柱轴承壳体6从泵腔40的侧面插入到法兰形轴承座66的端部处的台阶部分，并且通过压配合固定。如左侧所示的泵轴30的自由端的端面与泵壳体60的推力面63相对。推力面63设置在进气连接61和泵叶轮41之间的支杆中，并且用于泵轴30的轴向滑动轴承。在运行过程中，泵叶轮41沿进气连接61的方向将轴30推向推力面63并因此吸收用于泵轴30轴承的一侧轴向载荷轴就足够了。在推力面63和泵轴30的端部侧之间成对暴露的滑动表面通过待输送介质(如冷却水)的滑动膜润滑。

密封滑动轴承1的第二实施方式将在下文中参照图3和图4进行描述。

第二实施例与第一实施例的不同之处在于，沿轴向增加了润滑剂储存器20的尺寸。在滑动轴承衬套11的外周表面上，从轴向的一端到另一端引入三个凹槽作为凹部12。润滑剂储存器20具有与之互补的三个轴向延伸部，该轴向延伸部由多孔基底21组成，并占据了三个凹部12的空间并向其中填充润滑剂。可选地，多孔基底21可以在干侧或驱动侧延伸至轴封25，并且可以与其密封唇接触。否则，润滑剂储存器20的多孔基底21可终止于凹部12的任何轴向延伸，并且直到轴密封件25为止的剩余空间的体积被没有该多孔基底21的润滑剂填充物22占据。凹部12允许润滑剂和滑动轴承衬套11的多孔烧结材料之间的大表面接触。此外，凹部12在轴承间隙外部在两个轴封24和25之间建立液体连接。

固定环15设置在滑动轴承衬套11与轴封24和25之间，以便在用于轴封24和25的凹部12区域中的滑动轴承衬套11的端侧上提供圆周轴承表面。

可以理解，凹部12的数量和形状也可以在滑动轴承衬套11的两个轴向端之间改变。同样地，一个或多个凹部12的螺旋形状、迷宫式或其他结构可以提供。同样可以在滑动轴承衬套11的周向厚度上设置凹部12。

多孔基底21同样可以具有没有开孔的核心区域，或者可以通过不同的材料部分固定在润滑剂储存器20的核心区域中。

附图标记列表：

1滑动轴承

2密封装置

3轴

4湿侧

5干边

6轴承壳体

10水泵

11滑动轴承衬套

12凹部

14夹紧环

15固定环

20润滑剂储存器

21多孔基底

22润滑剂填充物

24湿侧轴封

25干侧轴封

30泵轴

40泵腔

41泵叶轮

50驱动侧

51电动机

52定子

53转子

60泵壳体

61进气连接

62压力连接

63推力面

64螺旋形壳体

65电动机盖

66轴承座。