JP2016515686A - 軸シールを有する軸受装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、特に自動車内のウォータポンプ用の軸シールを有する軸受装置に関する。本発明の根底にある課題は、高い作動時間と極端な使用例を有する最近のウォータポンプの要求に対処し、この場合同時に製造費用及び組立て費用を最小化する、特に自動車内のウォータポンプ用の軸シールを有する軸受装置を提供することにある。本発明による軸シールを有する軸受装置は、特に、軸受外輪（１）内に特殊ラジアル軸シール（７）が配置され、この特殊ラジアル軸シールが、水側の軸シール（６）から間隔を置いて配置されかつ軸受外輪（１）内に固定された安定した後壁（８）と、水側でこの後壁（８）に隣接する２次リップシール（９）と、この２次リップシール（９）に隣接しかつ軸受外輪（１）内に不動に位置固定された支持体（１０）と、この支持体（１０）に水側、即ち吐出側で隣接して配置されかつ支持体（１０）と軸受外輪（１）の両方に対して位置固定された１次リップシール（１１）とから成り、加えて、軸受外輪（１）内で転がり軸受部の水側の軸シール（６）とこの軸シールから間隔を置いて配置された後壁（８）との間に、リーク開口（１３）が配置されていることを特徴とする。

Description

本発明は、特に自動車内のウォータポンプ用の軸シールを有する軸受装置に関する。

このような軸受は、大抵は自動車におけるウォータポンプのポンプハウジング内に配置され、中心軸と一体的な軸受外輪との間に、大抵は、その間隔がそれぞれ機能的に対応付けされた、外側の軸受リング部分の軸受リング溝に一致するよう、“軸受溝”が軸に互いに間隔を置いて配置されるように、転動体（例えば２列のボール軸受又はローラ軸受もしくはボール軸受とローラ軸受から成る組合せ）が２列に配置される。

転がり要素の間隔を置いたガイドのため、転がり要素は、転がり軸受では普通なように、ケージ内に配置されている。

転動体の両側には、グリース潤滑を有する転がり軸受では一般に普通なように、シールディスクが配置され、これらシールディスクは、転がり軸受からの潤滑グリースの流出を阻止すべきである。

独国特許出願公告第４４ ３６ ８７９号明細書、独国特許出願公告第６０１ ３０ ８７１号明細書にも、しかしながらまた独国特許出願公開第１９５ ０８ ４０４号明細書にも、このような解決策が記載されている。

独国特許出願公告第４４ ３６ ８７９号明細書に記載の構造形態、独国特許出願公告第６０１ ３０ ８７１号明細書に記載の構造形態でも、独国特許出願公開第１９５ ０８ ４０４号明細書に記載の構造形態でも、取付け状態で、インペラ側に、即ち軸受とポンプインペラの間に、滑りリングシールが配置されている。

独国特許出願公告第４４ ３６ ８７９号明細書に記載の構造形態では、この滑りリングシールは、ポンプハウジング内で滑りリングシールと転がり軸受の間の領域に外に向かって通じる通し孔が配置され、この通し孔が、滑りリングシールを通過する水又は水蒸気の外への抜けを保証するように、転がり軸受から間隔を置いてポンプハウジング内に配置されている。

独国特許出願公告第６０１ ３０ ８７１号明細書に記載の構造形態によれば、転がり軸受と滑りリングシールの間にシールリングが配置され、このシールリングが、コアを備え、このコアが、転がり軸受の軸受外輪の一端でショルダ部分内に固定されており、このコアは、コアが、軸上で滑りリングシールの隣に配置されかつ軸と共に回転する遠心リングの、転がり軸受の方向にシリンダ環状に曲げられた部分に沿って延在するように、その中心の部分が、実質的にＵ字型の形態に向かって湾曲させられるような横断面形状を備える。

しかしながら、これら前記の全ての構造形態の場合、インペラ側、即ち軸受とポンプインペラの間に、常に滑りリングシールが配置されているので、これら前記の全ての構造形態は、常に、滑りリングが、圧縮バネによって相手リングに押し付けられ、ベローズ状の２次シールによってシールすることを特徴とする。この場合、相手リングは、それぞれ別個のプレス嵌めで別々に軸受外輪の隣のハウジング内に取り付けられた別の別個のシールリングによってハウジングに対してシールされる。

このような構造形態は、同時に高い製造費用で特に幾何学的なハウジング偏差（例えば粗さ、真円度、．．．によって惹起される）を回避し、よって一方では部品の固定を、他方ではシール（それぞれ別個の２つのプレス嵌め）に対するウォータポンプ軸の同心運動を保証するために、組み立てるべき多数の個々の部品以外に、製造においても組立てにおいても物流費用を必要とする。

加えて、相手リングが常に別々に基体に対してシールされているので、ハウジングに対する滑りリングシールの摩擦熱の排熱は、非常に粗悪にしか保証することができない。

滑りリングシールにおいて“圧力サージ”及び振動負荷と関係して生じる摺動面の“浮揚”及び“傾倒”は、前記解決策のみに依存して、長時間使用でも確実な液体シールが保証されていることを生じさせる。

加えてこの場合、滑りリングシールにおいて、シールギャップへ汚染物質が達することがあるが、その場合、この汚染物質は、確実なリークなしの液体シールを非常に強く侵害する。

別の欠点は、多数の個々の部品の非常に高価な製造と、これに結び付いた高価な組立てから生じ、加えてシール側からの軸受の組立ては、これら構造形態の場合には可能でない。

相手リングが軸受の軸受外輪に直接的に固定され、よってこれにより滑りリングシールからハウジングへの摩擦熱の有利な排熱を保証する、より安価に構成された滑りリングシールを有する同様の軸受が、独国特許出願公開第２ ２３８ ３０９号明細書で提案される。

しかしながらこの解決策の場合も、転がり軸受の水側の端部において滑りリングシールがシール機能を引き受けるべきであるので、既に前で従来技術の前記保護権と関係して説明したように、この解決策の場合でも、シールギャップを通り抜ける水又は水蒸気が軸受内に侵入し、そこで障害を惹起するとの危険がある。

軸受シールを改善するために、独国特許出願公開第３３ ２４ ４６８号明細書で、水側の端部のところと、比較的“単純”に構成された滑りリングシール（回転防止装置なし）の前と、軸受装置のアウタスリーブ内の半径方向外側に、付加的にリップシール（２重リップシール）を閉じたアウタスリーブの前に配置することが提案された。

この解決策により、確実な長時間使用は保証することはできないが、それは、摺動面の冷却が行なわれず、これにより、滑り軸受の信頼性が、強く侵害されるからであり、更に、一旦軸受装置内に侵入した漏水は、集まることもできず、再び軸受装置から流出することもできない。その上、この解決策も、更にまた高い製造費用を必要とする。

まとめると、前記解決策のいずれも、高い作動時間と極端な使用例を有する最近のウォータポンプの要求に対処できないことが認められる。

独国特許出願公告第４４ ３６ ８７９号明細書 独国特許出願公告第６０１ ３０ ８７１号明細書 独国特許出願公開第１９５ ０８ ４０４号明細書 独国特許出願公開第２ ２３８ ３０９号明細書 独国特許出願公開第３３ ２４ ４６８号明細書

本発明の根底にある課題は、高い作動時間と極端な使用例を有する最近のウォータポンプの要求に対処し、高い温度でも低い温度でも長い作動期間にわたりシールを確実に保証し、シール領域の発熱も摩擦も明らかに低減し、水流入領域（吸込み室）での場所の必要量（軸シールを有する軸受装置の取付けスペース）を実質的に低減、即ち最小化し、その際同時に極端な使用条件下でさえもシールへの汚染物質の侵入の可能性を、これから生じるリークと共に明らかに低減し、同時に製造費用及び組立て費用を最小化し、加えて極端な使用条件下での非常に長い作動時間後でさえもアッセンブリ全体の信頼性及び寿命を明らかに高める、特に自動車内のウォータポンプ用の軸シールを有する軸受装置を提供することにある。

本発明によれば、この課題は、本発明の請求項１の特徴による、特に自動車内のウォータポンプ用の軸シールを有する軸受装置によって解決される。

本発明の有利な形成、詳細及び特徴は、従属請求項並びに本発明による解決策に関する２つの図と関係した本発明による解決策の以下の説明からわかる。

軸受外輪１内に直接的に配置された特殊ラジアル軸シール７の部品と回転スリーブ２０とを備えた、本発明による軸シールを有する軸受装置の可能な構造形態の１つの横から見た断面図 軸受外輪１内に配置されかつ内部に特殊ラジアル軸シール７の部品を配置したシールハウジングカップ１７を備えた（回転スリーブを有しない構造形態）、本発明による軸シールを有する軸受装置の別の可能な構造形態の横から見た断面図

図１は、軸受外輪１内に直接的に配置された特殊ラジアル軸シール７の部品と回転スリーブ２０とを備えた、特に自動車内のウォータポンプ用の、本発明による軸シールを有する軸受装置の可能な構造形態の１つを、横から見た断面図で示す。

図２には、本発明による軸シールを有する軸受装置の可能な構造形態の別の構造形態を横から見た断面図が図示されている。図２に図示した解決策の場合、軸受外輪１内にシールハウジングカップ１７が圧入され、このシールハウジングカップ内に、特殊ラジアル軸シール７の部品が配置されている。

特に自動車内のウォータポンプ用の、本発明による軸シールを有する軸受装置は、軸受外輪１と軸受外輪の中心に配置された軸２とを備え、軸受外輪１と軸２の間に配置された複数の転動体３を有し、これら転動体は、互いに対応付けされかつ軸受外輪１及び軸２に配置された軸受溝４の間で回転し、転動体３は、グリース潤滑下でケージ５内に間隔をおいてガイドされ、転動体３の両側に、グリース潤滑された転がり軸受の場合は普通であるように、軸シール６が配置されている。水側で転動体３に隣接する軸シール６の隣に、本発明により、軸受外輪１内に特殊ラジアル軸シール７が配置されている。

本発明により軸受外輪１内に配置されたこの特殊ラジアル軸シール７とって特徴的であるのは、この特殊ラジアル軸シールが、水側の軸シール６から間隔を置いて配置されかつ軸受外輪１内に固定された安定した後壁８と、水側でこの後壁８に隣接する２次リップシール９と、この２次リップシール９に隣接しかつ軸受外輪１内に不動に位置固定された支持体１０と、この支持体１０に水側、即ち吐出側で隣接して配置されかつ支持体１０と軸受外輪１の両方に対して位置固定された１次リップシール１１とから成る。

後壁８と支持体１０の間で軸受外輪１に対して位置固定された２次リップシール９は、同様に支持体１０に接して軸受外輪１に対して位置固定された２次リップシール９と関係して、高い軸方向のシール作用と同時に高い半径方向のシール作用の両方を、非常に正確な位置決めにより非常に極端な負荷下でさえも保証する。

支持体１０に隣接する自由空間が、最終組立状態で、グリースで満たされていると、摩擦技術的に有利である。

軸受外輪１内で転がり軸受部の水側の軸シール６とこの軸シールから間隔を置いて配置された特殊ラジアル軸シール７の後壁８との間、即ちリーク室１２に、リーク開口１３が配置され、これにより、非常に極端な負荷時に、場合によってはどうしてもリーク室１２内へ流入する冷却剤が、妨害されることなく流出もしくは蒸発できることが、本発明にとって重要である。

本発明によれば、リーク室１２内に軸段部１４が存在する。これは、一方でリーク室１２を軸方向に制限するアッセンブリの最適な組立を可能にする。

この場合、軸受外輪１内に不動に固定されかつ水側で転動体３に隣接する軸シール６が、ラジアル軸シールリングであり、このラジアル軸シールリングが、対応付けされた軸シール６の作動領域において軸受側で軸段部１４に隣接してプレス嵌めで軸１２に配置された特殊な遠心カラー回転スリーブ１５と作用結合し、この遠心カラー回転スリーブが、リーク室側に遠心カラー１６を備える。

軸段部１４の隣に配置されたこの遠心カラー１６は、場合によってはどうしてもリーク室１２内へ流入した冷却剤が軸段部１４及び遠心カラー１６を介してリーク開口１３の方向に投げ出され、遠心カラー回転スリーブ１５上を走行しかつ外側を軸受外輪１内に不動に固定されたラジアル軸シールは、グリースで満たされた軸受領域を確実にリーク室からシールするので、非常に極端な負荷下でさえも、冷却剤は軸受領域に侵入することができない。

アキシャル滑りリングシールの使用の徹底した放棄により、製造費及び組立て費の高いそのアッセンブリが削減されるだけでなく、まさにアキシャル滑りリングシールの廃止は、これと結びついた滑りリングに特有の軸方向に相並んで圧縮されるシール面の廃止によって、設置スペースの削減以外に、非常に明らかな強靭さの向上を生じさせるので、本発明による解決策を使用した場合には、もはや変位時の摺動面の浮揚を生じさせることができず、圧力サージの際にはもはや振動及び摺動面の傾斜等を生じさせることができない。

軸方向の誤差、しかしながらまた軸受システムの軸方向の振動でさえ、本発明による解決策の使用によって問題なく補償することができるので、アキシャル滑りリングシールにおいて軸受システムの軸方向の振動から生じるリークは、本発明による解決策の使用時にはもはや生じることがない。

従って、ここで紹介した解決策は、極端な使用例に対してさえ、抜群に適している。

加えて、滑りリングシールに対して、１次シールリップ及び２次シールリップの非常に狭いシールエッジに基づいて、非常に僅かな摩耗しか生じることがなく、これにより、アキシャル滑りリングシールを有する構造形態に対するこの構造形態の信頼性及び寿命の明らかな向上を得ることができる。

しかしながら使用中だけでなく、組立て時にも、本発明による解決策は、従来技術で普通の、軸受装置及びアキシャル滑りリングシールのそれぞれ別個のハウジング座への別々の組立てに対して、実質的に単純な、加えて傾倒なしの組立てを可能にする。

本発明による解決策の別の重要な利点は、本発明による解決策の使用時には、本発明による“コンパクト軸受”の本発明による“軸シールを有する軸受装置”の搬送、貯蔵、取扱い中でも、組立て中でも、シールアッセンブリの汚染及び／又は損傷は、もはや生じることができない。

加えて、アキシャル滑りリングシールの使用の本発明による回避により、シール領域の摩擦も明らかに低減され、加えてこれにより、冷却剤ポンプの駆動側の損失効率が低下させられ、同時にシールギャップにおける発熱が明らかに低減されるので、高い温度でも、低い温度でも、連続運転中の作動時間を明らかに向上させつつ最適な摩擦損失の少ないシールを確実に保証することができる。

本発明による解決策の既に説明した利点以外に、本発明による解決策の使用は、冷却剤ポンプの吸込み室内の、軸シールを有する軸受装置を取り付けるための場所の必要量の明らかな低減を伴う取付けスペースの最適化を生じさせる。

加えて、製造中に、本発明による軸シールを有する軸受装置、即ち本発明による“コンパクト軸受”は、所定の圧力範囲及び回転数に応じて相応の転がり軸受と予組立て可能であり、これにより、最小化された製造費用及び組立費用設計でそれぞれの使用例に対して最適な設計を可能にする。

同時に、ハウジングの加工時の技術投入が低減され、操業上の在庫品が簡素化される。

特殊ラジアル軸シール７の個々の部品の位置固定のために、この特殊ラジアル軸シールが、図１と関係して説明し、図２に図示したように、シールハウジングカップ１７内に配置されている場合が、特に組立ての簡素化のために有利であり、その場合、このシールハウジングカップは、完品の特殊ラジアル軸シール７と共に水側（即ちポンプ吐出側）からシールすべき軸受外輪１内へプレス嵌めでリーク開口１３の前まで圧入され、この場合、リーク室１２を（ポンプ）吐出側でシールする。

内部にプレス嵌めで支持体１０が圧入されたシールハウジングカップ１７は、その円形リングディスク状の底部分でもって同時に後壁８を構成する。

本発明の１つの特徴は、２次リップシール９の２次シールリップ１８と１次リップシール１１の１次シールリップ１９の両方が、軸２に直接的に当接することでもある。

本発明による解決策の出荷状態で、２次シールリップ１８も１次シールリップ１９も、既に完全に軸に当接しているので、より有利には、両シールリップの間の“中間スペース”は、一方でシール特性及び作動特性を改善し、同時に摩耗を最小化するグリース充填を備えることができる。

本発明の別の特徴は、２次リップシール９の２次シールリップ１８と１次リップシール１１の１次シールリップ１９の両方が、シールすべき軸２上に水側／吐出側からプレス嵌めで“装着”された回転スリーブ２０に当接することである。

この構造形態でも、２次シールリップ１８と１次シールリップ１９の間の中間スペースが、出荷状態で、グリース充填を備えており、これにより、本発明による軸シールを有する軸受装置全体のシール特性及び作動特性を改善し、同時に摩耗を最小化することができる。

軸受外輪１の外周面で特殊ラジアル軸シール７の領域に、ポンプハウジングに対して確実なシールを保証する液体シール２１が配置されている場合も有利である。

本発明の別の特徴は、最終組立状態で、リーク開口１３が、軸受ハウジング内で、少なくとも１つのリーク／蒸気流出孔が接続するリング溝の向かい側に位置することにある。これにより、極僅かなリークさえの確実な導出が保証されるので、極端な使用条件下での極端に長い作動時間後でも、水又は水蒸気は、本発明による装置の軸受領域に流入することができない。

加えて本発明による軸シールを有する軸受装置の使用は、製造においても組立てにおいても実質的なコスト削減を生じさせる。

そして、完成品“ウォータポンプ”のリーク試験を廃止することができる。それは、本発明による“コンパクト軸受”、即ち本発明による軸シールを有する軸受装置の使用時には、“水密性”が、実質的により安価に、加えて自動化可能に“コンパクト軸受”において試験することができるからである。

同時に、本発明による解決策によって、例えばポンプハウジングへシールを別々に取り付ける際に生じ得るシールの可能な損傷のような多数の組立て問題も排除される。

ハウジング内の別個のシール座に対して本発明による装置の別の重要な利点は、孔の中心線、ラジアルシールの収容座及び軸の中心軸が、同一であり、これにより本発明による解決策によって、中心ずれもしくは場合によっては生じる、互いに作用結合している個々の部品のゆがみが回避される。

本発明による解決策により、高い作動時間及び極端な使用例を有する最近のウォータポンプの要求に対処し、高い温度でも低い温度でも、長い作動期間にわたりシールを確実に保証し、シール領域の発熱も摩擦も明らかに低減し、水流入領域（吸込み室）での場所の必要量（軸シールを有する軸受装置の取付けスペース）を実質的に低減、即ち最小化し、その際同時に極端な使用条件下での長い作動時間後でさえもシールへの汚染物質の侵入の可能性を、これから生じるリークと共に明らかに低減し、その際同時に製造費用及び組立て費用を最小化し、加えて極端な使用条件下でさえもアッセンブリ全体の信頼性及び寿命を明らかに高める、本発明による“コンパクト軸受”の構造形態の特に自動車内のウォータポンプ用の軸シールを有する軸受装置を達成することに成功した。

１ 軸受外輪
２ 軸
３ 転動体
４ 軸受溝
５ ケージ
６ 軸シール
７ 特殊ラジアル軸シール
８ 後壁
９ ２次リップシール
１０ 支持体
１１ １次リップシール
１２ リーク室
１３ リーク開口
１４ 軸段部
１５ 遠心カラー回転スリーブ
１６ 遠心カラー
１７ シールハウジングカップ
１８ ２次シールリップ
１９ １次シールリップ
２０ 回転スリーブ
２１ 液体シール

Claims (6)

1. 軸受外輪（１）とこの軸受外輪の中心に配置された軸（２）とを有し、軸受外輪（１）と軸（２）の間に配置された複数の転動体（３）を有し、これら転動体が、互いに対応付けされかつ軸受外輪（１）及び軸（２）に配置された軸受溝（４）の間で回転し、転動体（３）が、グリース潤滑下でケージ（５）内に間隔を置いてガイドされ、転動体（３）の両側に軸シール（６）が配置され、水側で転動体（３）に隣接する軸シール（６）の隣に、別の軸シール装置が、ウォータポンプハウジング内に配置されている、ウォータポンプ用の軸シールを有する軸受装置において、
   ・軸シール装置が、軸受外輪（１）内に配置され、特殊ラジアル軸シール（７）として形成され、この特殊ラジアル軸シールが、水側の軸シール（６）から間隔を置いて配置されかつ軸受外輪（１）内に固定された安定した後壁（８）と、水側でこの後壁（８）に隣接する２次リップシール（９）と、この２次リップシール（９）に隣接しかつ軸受外輪（１）内に不動に位置固定された支持体（１０）と、この支持体（１０）に水側、即ち吐出側で隣接して配置されかつ支持体（１０）と軸受外輪（１）の両方に対して位置固定された１次リップシール（１１）とから成り、
   ・軸受外輪（１）内で転がり軸受部の水側の軸シール（６）とこの軸シールから間隔を置いて配置された特殊ラジアル軸シール（７）の後壁（８）との間、即ちリーク室（１２）に、リーク開口（１３）が配置され、
   ・リーク室（１２）内に軸段部（１４）が存在し、
   ・軸受外輪（１）内に不動に固定されかつ水側で転動体（３）に隣接する軸シール（６）が、ラジアル軸シールリングであり、このラジアル軸シールリングが、対応付けされた軸シール（６）の作動領域において軸受側で軸段部（１４）に隣接してプレス嵌めで軸（２）に配置された特殊な遠心カラー回転スリーブ（１５）と作用結合し、この遠心カラー回転スリーブが、リーク室側に遠心カラー（１６）を備える
   こと、を特徴とする軸シールを有する軸受装置。
2. 特殊ラジアル軸シール（７）の個々の部品の位置固定のために、これら個々の部品が、シールハウジングカップ（１７）内に配置され、このシールハウジングカップが、水側から、シールすべき軸受外輪（１）内へプレス嵌めでリーク開口（１３）の前まで圧入されること、を特徴とする請求項１に記載の軸シールを有する軸受装置。
3. ２次リップシール（９）の２次シールリップ（１８）と１次リップシール（１１）の１次シールリップ（１９）の両方が、軸（２）に直接的に当接すること、を特徴とする請求項１又は２に記載の軸シールを有する軸受装置。
4. ２次リップシール（９）の２次シールリップ（１８）と１次リップシール（１１）の１次シールリップ（１９）の両方が、シールすべき軸（２）上に水側／吐出側からプレス嵌めで装着された回転スリーブ（２０）に当接すること、を特徴とする請求項１又は２に記載の軸シールを有する軸受装置。
5. 特殊ラジアル軸シール（７）の領域で軸受外輪（１）の外周面に、液体シール（２１）が配置されていること、を特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の軸シールを有する軸受装置。
6. 最終組立状態で、軸受ハウジング内で、リーク開口（１３）の向かい側に、リーク開口（１３）が接続するリング溝が位置すること、を特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の軸シールを有する軸受装置。

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