DE102011005108A1

DE102011005108A1 - Mechanical seal for use as shaft seal for water pump of motor car, has housing fixed at bearing housing of water pump over seal, where housing is made of plastic, and sealing ring and/or counter-ring made of ceramic

Info

Publication number: DE102011005108A1
Application number: DE102011005108A
Authority: DE
Inventors: Holger Conrad
Original assignee: Mahle International GmbH
Current assignee: Mahle International GmbH
Priority date: 2011-03-04
Filing date: 2011-03-04
Publication date: 2012-09-06
Also published as: JP2012184843A; JP5937844B2

Abstract

The seal (1) has a housing (2) fixed at a bearing housing of a water pump over the seal, where the housing is made of plastic. A sealing ring (7) and/or a counter-ring (8) is made of ceramic, silicon carbide or graphite. A spring (9) biases the sealing ring against the counter-ring, where the spring is formed as a corrugated spring or as a plate spring. The counter-ring is connected to a retainer (6) in a torque-proof manner. A rubber bellow (10) is held radially inwardly in the housing by a nose (12). An independent claim is also included for a water pump.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Gleitringdichtung, insbesondere für eine Wasserpumpe in einem Kraftfahrzeug, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The present invention relates to a mechanical seal, in particular for a water pump in a motor vehicle, according to the preamble of claim 1.

Gleitringdichtungen zum Abdichten von Wellen, insbesondere bei Wasserpumpen in Kraftfahrzeugen, sind hinlänglich bekannt und langjährig erfolgreich eingesetzt. Aufgrund der Bestrebung, immer leichter zu bauen und dadurch insbesondere bei Kraftfahrzeugen immer weniger Kraftstoff zu verbrauchen, werden Gehäuse von derartigen Wasserpumpen zunehmend nicht mehr aus Metall, sondern aus Kunststoff ausgebildet. In diese werden die Gleitringdichtungen eingepresst. Nachteilig bei einer derartigen Kombination ist jedoch, dass zwischen der Gleitringdichtung und dem aus Kunststoff ausgeführten Gehäuse der Wasserpumpe langfristig aufgrund unterschiedlicher Wärmeausdehnungen ein Spalt auftreten kann und dadurch die Dichtigkeit der Gleitringdichtung verloren geht.Mechanical seals for sealing waves, especially in water pumps in motor vehicles, are well known and successfully used for many years. Due to the desire to build ever lighter and thus consume less and less fuel, especially in motor vehicles, housing of such water pumps are increasingly no longer made of metal, but of plastic. In this the mechanical seals are pressed. The disadvantage of such a combination, however, is that between the mechanical seal and the housing made of plastic water pump, a gap may occur in the long term due to different thermal expansions and thereby the tightness of the mechanical seal is lost.

Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, für eine Gleitringdichtung der gattungsgemäßen Art eine verbesserte oder zumindest eine alternative Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere durch eine langlebige und dichte Verbindung mit dem Gehäuse einer Wasserpumpe auszeichnet.The present invention therefore deals with the problem of providing an improved or at least one alternative embodiment for a mechanical seal of the generic type, which is characterized in particular by a long-lasting and tight connection with the housing of a water pump.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.This problem is solved according to the invention by the subject matters of the independent claims. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims.

Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, ein Gehäuse einer Dichtungseinrichtung, vorzugsweise einer Gleitringdichtung, über welches diese an einem Lagergehäuse einer Wasserpumpe fixierbar ist, nicht mehr wie bisher bekannt aus Metall, sondern zukünftig aus Kunststoff auszubilden. Ein derartiges Kunststoffgehäuse lässt sich dauerhaft dicht mit einem ebenfalls aus Kunststoff ausgebildeten Lagergehäuse der Wasserpumpe verbinden, wodurch die Dichtigkeit einer derartigen Wasserpumpe langfristig, vorzugsweise über die gesamte Lebensdauer, gewährleistet werden kann. Durch die Wahl derselben Werkstoffe oder von Werkstoffen mit einem zumindest annähernd gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten, sowohl für das Lagergehäuse der Wasserpumpe als auch für das Gehäuse der Gleitringdichtung können unterschiedlich Wärmeausdehnungskoeffizienten, die zwangsläufig im Laufe der Zeit zu unerwünschten Dichtungsproblemen führen würden, vermieden werden. Vorzugsweise handelt es sich bei den Werkstoffen um geeignete Kunststoffe wie z. B. faserverstärkte Thermoplaste oder faserverstärkte Duroplaste. Zudem kann durch die Herstellung des Gehäuses der Gleitringdichtung aus Kunststoff ein flexibles und zugleich kostengünstiges Gehäuse geschaffen werden, welches zudem auf mannigfaltige Weise, beispielsweise mittels Verkleben, Verschweigen oder ähnlichem, mit dem Lagergehäuse der Wasserpumpe verbunden werden kann.The present invention is based on the general idea, a housing of a sealing device, preferably a mechanical seal, via which it can be fixed to a bearing housing a water pump, no longer as previously known from metal, but in the future form of plastic. Such a plastic housing can be permanently connected tightly with a likewise made of plastic bearing housing of the water pump, whereby the tightness of such a water pump in the long term, preferably over the entire life, can be guaranteed. By choosing the same materials or materials with at least approximately the same coefficient of thermal expansion, both for the bearing housing of the water pump and for the housing of the mechanical seal different coefficients of thermal expansion, which would inevitably lead to undesirable sealing problems over time, can be avoided. Preferably, the materials are suitable plastics such. As fiber-reinforced thermoplastics or fiber-reinforced thermosets. In addition, a flexible and at the same time cost-effective housing can be created by the manufacture of the housing of the mechanical seal made of plastic, which can also be connected in manifold ways, for example by gluing, concealing or the like, with the bearing housing of the water pump.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung, weist die Gleitringdichtung zusätzlich folgende Komponenten auf. Eine drehfest mit einer abzudichtenden Welle verbindbare Aufnahme, einen Dichtring, einen mit diesem Dichtring zusammenwirkenden Gegenring, eine Feder sowie einen Gummibalg. Der Dichtring und/oder der Gegenring können dabei aus Keramik, insbesondere aus Siliziumcarbit, oder aus Graphit ausgebildet werden. Der Dichtring und der Gegenring bilden beim Betrieb der Gleitringdichtung die aneinander anliegenden Dichtflächen, wobei der Dichtring üblicherweise drehfest mit dem Gehäuse der Gleitringdichtung und damit drehfest mit dem Lagergehäuse der Wasserpumpe verbunden ist, wogegen der Gegenring üblicherweise drehfest mit der Aufnahme und damit drehfest mit der Welle der Wasserpumpe verbunden ist. Sowohl Siliziumcarbit als auch Graphit haben unterschiedliche und individuelle Eigenschaften, wobei beispielsweise Graphit eine geringe Verlustreibung aufweist. Siliziumcarbit hingegen weist eine hohe Härte sowie einen hohen Schmelzpunkt auf und dadurch besonders geeignet für die Verwendung als sogenannte Ingenieurkeramik. Selbstverständlich sind auch weitere, hier nicht genannte, typische Dichtungsmaterialien denkbar.In an advantageous development of the solution according to the invention, the mechanical seal additionally comprises the following components. A rotatably connected to a shaft to be sealed receptacle, a sealing ring, a cooperating with this sealing ring, a spring and a rubber bellows. The sealing ring and / or the counter ring can be made of ceramic, in particular of silicon carbide, or of graphite. The sealing ring and the mating ring form during operation of the mechanical seal the abutting sealing surfaces, the sealing ring usually rotatably connected to the housing of the mechanical seal and thus rotatably connected to the bearing housing of the water pump, whereas the mating ring usually rotatably with the recording and thus rotatably with the shaft the water pump is connected. Both silicon carbide and graphite have different and individual properties, with, for example, graphite having a low loss of friction. Silicon carbide, however, has a high hardness and a high melting point and thus particularly suitable for use as so-called engineering ceramics. Of course, other, not mentioned here, typical sealing materials are conceivable.

Bei einer alternativen Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung, kann ein alternatives Dichtungskonzept wie beispielsweise eine Dichtlippe vorgesehen sein, sofern die Werkstoffe des Lagergehäuses und des Gehäuses der Dichtungseinrichtung zumindest annährend gleiche, vorzugsweise identische, Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen. Vorzugsweise handelt es sich bei den Werkstoffen um geeignete Kunststoffe, wie z. B. faserverstärkte Thermoplaste oder faserverstärkte, Thermoplaste.In an alternative development of the solution according to the invention, an alternative sealing concept such as a sealing lip may be provided, provided that the materials of the bearing housing and the housing of the sealing device have at least approximately the same, preferably identical, thermal expansion coefficient. Preferably, the materials are suitable plastics, such. As fiber reinforced thermoplastics or fiber reinforced, thermoplastics.

Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.Other important features and advantages of the invention will become apparent from the dependent claims, from the drawings and from the associated figure description with reference to the drawings.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the particular combination given, but also in other combinations or in isolation, without departing from the scope of the present invention.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.Preferred embodiments of the invention are illustrated in the drawings and will be described in more detail in the following description, wherein like reference numerals refer to the same or similar or functionally identical components.

Dabei zeigen, jeweils schematisch,Show, in each case schematically,

1 eine Schnittdarstellung durch eine erfindungsgemäße Gleitringdichtung, 1 a sectional view through a mechanical seal according to the invention,

2 eine in eine Wasserpumpe eingebaute Gleitringdichtung. 2 a built-in a water pump mechanical seal.

Entsprechend den 1 und 2, weist eine erfindungsgemäße Gleitringdichtung 1 ein Gehäuse 2 auf, über welches die Gleitringdichtung 1 an einem Lagergehäuse 3 einer Wasserpumpe 4 (vgl. 2) fixierbar ist. Da das Lagergehäuse 3 der Wasserpumpe 4 aus Kunststoff ausgebildet ist, ist auch das Gehäuse 2 der Gleitringdichtung 1 erfindungsgemäß aus Kunststoff ausgebildet. Vorzugsweise handelt es sich bei den Werkstoffen um geeignete Kunststoffe wie z. B. faserverstärkte Thermoplaste oder faserverstärkte Thermoplaste. Hierdurch sollen insbesondere unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten vermieden werden, die langfristig gesehen zu unterschiedlichen Ausdehnungen und dadurch zu Undichtigkeiten führen können. Zugleich ermöglicht ein aus Kunststoff ausgebildetes Gehäuse 2 eine flexible und kostengünstige Herstellung der Gleitringdichtung 1. Die Gleitringdichtung 1 trennt dabei üblicherweise einen Wasser führenden Teil von einem Luftteil innerhalb der Wasserpumpe 4.According to the 1 and 2 , Has a mechanical seal according to the invention 1 a housing 2 over which the mechanical seal 1 on a bearing housing 3 a water pump 4 (see. 2 ) is fixable. Because the bearing housing 3 the water pump 4 is made of plastic, is also the case 2 the mechanical seal 1 formed according to the invention of plastic. Preferably, the materials are suitable plastics such. As fiber-reinforced thermoplastics or fiber-reinforced thermoplastics. As a result, in particular different thermal expansion coefficients are to be avoided, which in the long term can lead to different expansions and thereby to leaks. At the same time allows a housing formed of plastic 2 a flexible and cost-effective production of the mechanical seal 1 , The mechanical seal 1 It usually separates a water-carrying part of an air part within the water pump 4 ,

Die Gleitringdichtung 1 kann darüber hinaus zusätzlich folgende Komponenten aufweisen:
Eine drehfest mit einer abzudichtenden Welle 5 der Wasserpumpe 4 verbindbare Aufnahme 6, einen Dichtring 7, eine mit dem Dichtring 7 zusammenwirkenden Gegenring 8, eine Feder 9 sowie einen Gummibalg 10.The mechanical seal 1 may additionally have the following components:
A rotationally fixed with a shaft to be sealed 5 the water pump 4 connectable recording 6 , a sealing ring 7 , one with the sealing ring 7 interacting mating ring 8th , a feather 9 and a rubber bellows 10 ,

Der Dichtring 7 und/oder der Gegenring 8 können dabei aus Keramik, insbesondere aus Siliziumcarbit oder aus Graphit ausgebildet sein. Denkbar ist auch, dass der Dichtring 7 beispielsweise aus Keramik und der zugehörige Gegenring aus Graphit ausgebildet ist. Der Gegenring 8 ist dabei drehfest mit der Aufnahme 6 verbunden, wogegen der Dichtring 7 drehfest mit dem Gehäuse 2 und darüber drehfest mit dem Lagergehäuse 3 der Wasserpumpe 4 verbunden ist.The sealing ring 7 and / or the mating ring 8th can be made of ceramic, in particular silicon carbide or graphite. It is also conceivable that the sealing ring 7 made of ceramic, for example, and the associated counter-ring made of graphite. The mating ring 8th is rotatably with the recording 6 connected, whereas the sealing ring 7 rotatably with the housing 2 and beyond it rotatably with the bearing housing 3 the water pump 4 connected is.

Die Feder 9 kann beispielsweise als Tellerfeder oder als Wellfeder ausgebildet sein und dient zu einem Vorspannen des Dichtrings 7 gegen den Gegenring 8. Die Gleitringdichtung 1 ist über das Gehäuse 2 dicht mit dem Lagergehäuse 3 der Wasserpumpe 4 verbunden, insbesondere mit diesem verschweißt, verklebt oder verpresst.The feather 9 For example, it can be designed as a plate spring or a corrugated spring and serves to preload the sealing ring 7 against the mating ring 8th , The mechanical seal 1 is over the case 2 tight with the bearing housing 3 the water pump 4 connected, in particular with this welded, glued or pressed.

Betrachtet man die 1, so kann man erkennen, dass die Feder 9 einerseits gegen das Gehäuse 2 und andererseits gegen einen Topf 11 vorgespannt ist, wobei der Topf 11 sowohl einen äußeren Ring des Gummibalgs 10 als auch den Dichtring 7 trägt. Der Gummibalg 10 ist dabei radial innen mittels einer Nase 12 im Gehäuse 2 gehalten. Anstelle der Aufnahme 6, des Gegenrings 8 und des Dichtrings 7 kann die Gleitringdichtung 1 auch einen nicht gezeigten Simmerring aufweisen.Looking at the 1 , so you can tell that the spring 9 on the one hand against the housing 2 and then against a pot 11 is biased, the pot 11 both an outer ring of the rubber bellows 10 as well as the sealing ring 7 wearing. The rubber bellows 10 is radially inward by means of a nose 12 in the case 2 held. Instead of recording 6 , the counter ring 8th and the sealing ring 7 can the mechanical seal 1 also have a simmer ring, not shown.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Gehäuses 2 der Gleitringdichtung 1 aus Kunststoff können insbesondere aufgrund unterschiedlicher Wärmeausdehnungskoeffizienten auftretende Spalte zwischen dem Gehäuse 2 und der Gleitringdichtung 1 und dem Lagergehäuse 3 der Wasserpumpe 4 vermieden und dadurch langfristig eine Dichtigkeit der Gleitringdichtung 1 gewährleistet werden.Due to the inventive design of the housing 2 the mechanical seal 1 made of plastic, in particular due to different thermal expansion coefficients occurring gaps between the housing 2 and the mechanical seal 1 and the bearing housing 3 the water pump 4 avoided and thus a long-term tightness of the mechanical seal 1 be guaranteed.

Claims

Mechanical seal ( 1 ) for a water pump ( 4 ), in particular in a motor vehicle, with a housing ( 2 ), via which the mechanical seal ( 1 ) on a bearing housing ( 3 ) of the water pump ( 4 ), characterized in that the housing ( 2 ) is formed of plastic.

Mechanical seal according to claim 1, characterized in that the mechanical seal ( 1 ) additionally comprises the following components; a rotationally fixed with a shaft to be sealed ( 5 ) connectable recording ( 6 ), a sealing ring ( 7 ), one with the sealing ring ( 7 ) cooperating counter ring ( 8th ), a feather ( 9 ) and a rubber bellows ( 10 ).

Mechanical seal according to claim 2, characterized in that the sealing ring ( 7 ) and / or the mating ring ( 8th ) made of ceramic, in particular of silicon carbide, or of graphite is formed.

Mechanical seal according to claims 2 or 3, characterized in that the spring ( 9 ) the sealing ring ( 7 ) against the counter ring ( 8th ).

Mechanical seal according to one of claims 2 to 4, characterized in that the spring ( 9 ) Is designed as a wave spring or as a plate spring.

Mechanical seal according to claim 1, characterized in that the mechanical seal ( 1 ) has a Simmerring.

Water pump ( 4 ) of a motor vehicle with - with a bearing housing ( 3 ) made of plastic and - with a sealing device with a housing ( 2 ) made of plastic, via which the sealing device on the bearing housing ( 3 ) of the water pump ( 4 ) is fixed, - where the bearing housing ( 3 ) and the housing ( 2 ) are formed of a plastic with at least approximately the same coefficient of thermal expansion.

Water pump ( 4 ) of a motor vehicle, in particular according to claim 7, with a mechanical seal ( 1 ) according to one of claims 1 to 6.