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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Kraftstoffpumpen
für Kraftfahrzeuge
und im Besonderen auf eine selbstansaugende Kraftstoffpumpe mit
einem einseitigen Laufrad bzw. Impeller.
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Selbstansaugende
Kraftstoffpumpen sind für die
Anwendung in Kraftfahrzeugen wegen ihrer niedrigen Einheits-Drehzahl
(dem Verhältnis
von Durchmesser und Durchflussrate zum Förderdruck), ihrer ruhigen Arbeitsweise,
ihrem guten Umgang mit Kraftstoff auch bei hohen Temperaturen und
ihrer Haltbarkeit weit verbreitet. Die selbstansaugenden Kraftstoffpumpen
weisen allgemein ein Laufrad auf, der sich auf einer Motorwelle
dreht und innerhalb der Pumpe, in einer Laufradkammer, angeordnet
ist. Die Abstände
zwischen den gegenüber
liegenden axialen Seiten des Laufrads und den entsprechenden Wänden der
Laufradkammer müssen
präzise
vorgegeben und eng geregelt werden, damit die Pumpe den Kraftstoff
bei relativ hohen Drücken,
d.h. bei mehr als etwa 2 bar, fördern
kann. Die Laufräder
sind typisch doppelseitige Laufräder,
was bedeutet, dass die Laufräder
auf jeder der gegenüberliegenden
Seiten darauf angeordnete Flügel
aufweisen, um den Kraftstoff auf beiden Seiten des Laufrads zu verdichten.
Auf diese Weise sind die Laufräder
axial relativ gut ausgewuchtet, um den notwendigen Abstand insbesondere
zu den Wänden
der Laufradkammer, zum Pumpen des Kraftstoffs unter hohem Druck,
aufrecht zu halten.
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Ein
Nachteil dieser Kraftstoffpumpen ist, dass ihr Benetzungskreisindex
relativ hoch ist, typisch 1,7 oder höher und damit auch der Reibungsindex
durch Flüssigkeitsreibung
relativ hoch ist. Der Benetzungskreisindex ist ein Maß für die Grenzschicht
in der Pumpe und die Reibungsverluste. Er kann als die Länge der
benetzten Kreislinie gegen die Querschnittsfläche des Strömungskanals bzw. Durchflusskanals
definiert werden. Das bedeutet, dass die Länge der benetzten Kreislinie
der Abstand entlang des Umfangs des Strömungskanals, d.h. Kreisumfang
eines runden Strömungskanals,
ist, der Strömungskanal
wird sowohl durch das Laufrad als auch die Strukturen, z.B. die
Strukturen von Pumpengehäuse
und Pumpenkörper
auf den gegenüber
liegenden Seiten des Laufrads, gebildet.
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Ein
weiterer Aspekt bei der Verwendung dieser Art von Kraftstoffpumpe
in Kraftstoffsystemen ist, dass eine sekundäre Pumpe, oder eine Ejektorpumpe,
verwendet werden muss, um den Kraftstofffluss an das Kraftstoff-Fördermodul,
in dem die Kraftstoffpumpe angeordnet ist, aufrecht zu halten. Bei
diesen Systemen hält
die Ejektorpumpe den Kraftstofffluss an das Kraftstoff-Fördermodul
aufrecht und die Kraftstoffpumpe übernimmt den Kraftstoff vom
Kraftstoff-Fördermodul
und liefert ihn an das Kraftstoffsystem des Kraftfahrzeugs.
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Es
besteht folglich ein Bedarf für
eine verbesserte Kraftstoffpumpe. Aufgabe der Erfindung ist es,
eine Kraftstoffpumpe mit einem robusten und stabilen axialen Abstand
zu den Wänden
der Laufradkammer zu schaffen, um das Pumpen von Kraftstoff unter
hohem Druck, bei einem gleichzeitig niedrigeren Benetzungskreisindex,
in einem Kraftstoffsystem zu ermöglichen
und die Reibungsverluste insbesondere durch Flüssigkeitsreibung zu verringern
und somit den Wirkungsgrad der Pumpe zu steigern, ohne eine Ejektorpumpe
verwenden zu müssen,
die den Kraftstofffluss an das Kraftstoff-Fördermodul aufrecht hält. Diese
Aufgabe wird durch die Kraftstoffpumpe mit den Merkmalen des Anspruchs
1 gelöst.
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Aus
DE 199 46 024 A1 ,
US 6 425 734 B2 und
DE 195 17 751 A1 ist
jeweils eine Kraftstoffpumpe bekannt, die hinsichtlich der Merkmalsgruppen
a, b und c sowie teilweise der unter d genannten Merkmale mit der
im Anspruch 1 angegebenen Ausgestaltung übereinstimmt. Anders als dort
sind jedoch gemäß Anspruch
1 nur an einer der Stirnseiten des Laufrades Flügel angeordnet und der im radial
außen liegenden
Durchflusskanal geförderte
Kraftstoff gelangt über
ein sich radial einwärts
erstreckendes Auslassende, eine Durchflussöffnung des Laufrades und eine
im Pumpengehäuse
angeordnete erste Auslassöffnung
zu einem ersten Auslass und von dort weiter durch die Kraftstoffpumpe
hindurch zu einem zum Kraftfahrzeugmotor führenden Auslass.
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Die
vorliegende Erfindung stellt eine Kraftstoffpumpe zur Verfügung, die
den Wirkungsgrad der Pumpe, durch Verringerung des Benetzungskreisindex
und damit des Reibungsindexes durch Flüssigkeitsreibung in der Pumpe,
verbessert, während
stabile axiale Abstände
aufrecht erhalten bleiben, um den Anforderung an die Verwendung
in einem Kraftfahrzeug gerecht zu werden. Eine Realisierung der Erfindung
umfasst eine Kraftstoffpumpe, um Kraftstoff unter Druck an den Motor
eines Kraftfahrzeugs zu fördern.
Die Kraftstoffpumpe besteht allgemein aus einem Gehäuse, einem
Elektromotor, einem einseitigen Laufrad, einem Pumpendeckel und
einem Pumpengehäuse.
Die Verwendung eines einseitigen Laufrads verringert stark den Benetzungskreisindex und
damit den Reibungsindex durch Flüssigkeitsreibung
und verbessert den Wirkungsgrad der Pumpe.
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Entsprechend
einem besonderen Aspekt ist der Elektromotor in dem Gehäuse untergebracht
und treibt die Motorwelle an. Das Laufrad ist mit der Motorwelle,
sowohl für
seine Drehung als auch für
eine axiale Bewegung auf der Motorwelle, verbunden. Das bedeutet,
dass das Laufrad auf der Motorwelle eine freie axiale Verschiebung
ausführen
kann. Das Laufrad weist gegenüber
liegende axiale Stirnflächen auf,
einschließlich
einer Fläche
zum Pumpengehäuse
und einer Fläche
zum Pumpendeckel. Die Fläche zum
Pumpendeckel bildet erste und zweite Strömungskanäle, die sich über den
Umfang des Laufrads erweitern. Das Laufrad umfasst weiterhin eine Vielzahl
von Flügeln,
wobei jeder des ersten und zweiten Strömungskanals des Laufrads mindestens teilweise
einen Teil der Flügel
aufnimmt. Der zweite Strömungskanal
des Laufrads verläuft
gegenüber dem
ersten Strömungskanal
radial einwärts
und das Laufrad bildet weiterhin eine durchgehende Durchflussöffnung.
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Der
Pumpendeckel umfasst eine Fläche
mit ersten und zweiten Strömungskanälen, die
sich über den
Umfang der Fläche
erweitern. Der erste Strömungskanal
erhält
Kraftstoff durch einen ersten Einlass im Pumpendeckel und der zweite
Strömungskanal
erhält
Kraftstoff durch einen zweiten Einlass im Pumpendeckel. Der erste
Strömungskanal
des Pumpendeckels fluchtet mindestens teilweise mit dem ersten Strömungskanal
des Laufrads und weist ein Einlassende auf, um Kraftstoff mit niedrigerem
Druck aufzunehmen, und ein Auslassende auf, um Kraftstoff mit höherem Druck
zur Verfügung
zu stellen. Das Auslassende erweitert sich radial einwärts und steht
mit der Durchflussöffnung
des Laufrads in Verbindung. Der zweite Strömungskanal fluchtet mindestens
teilweise mit dem zweiten Strömungskanal des
Laufrads und weist ein Einlassende auf, um Kraftstoff aufzunehmen,
und ein Auslassende, um Kraftstoff an eine zweite Auslassöffnung zur
Verfügung
zu stellen.
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Die
Drehung des Laufrads und seiner Flügel fördert den Kraftstoff unter
niedrigerem Druck, der an den Einlassenden des ersten und zweiten
Strömungskanals
des Pumpendeckels zur Verfügung steht,
der dann an die Auslassenden des ersten und zweiten Strömungskanal
des Pumpendeckels geleitet wird. Das Laufrad umfasst eine axiale
Durchlassöffnung,
die in Verbindung mit dem Auslassende des ersten Strömungskanals
steht. Das Pumpengehäuse enthält eine
erste Auslassöffnung,
die strömungstechnisch
mit der Durchlassöffnung
des Laufrads verbunden ist und den Kraftstoff unter höherem Druck, zur
Weiterleitung an den Motor, erhält.
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Das
Laufrad kann auf der Motorwelle eine freie axiale Verschiebung durchführen und
ist sowohl einer Kraft von der Seite des Pumpendeckels, durch Kraftstoff
im Strömungskanal
von Pumpendeckel und Laufrad, als auch einer Kraft von der Seite
des Pumpengehäuses,
durch Kraftstoff in der Auslassöffnung, unterworfen.
Die Auslassöffnung
ist zumindest teilweise der Seite des Laufrads zum Pumpengehäuse ausgesetzt
und dieser exponierte Bereich ist in der Größe, ungefähr gleich der Kraft auf der
Seite des Pumpendeckels, zur Verfügung zu stellen. Auf diese Weise
wird das Laufrad auf der Motorwelle ausgeglichen, um robuste axiale
Abstände
zum Pumpen des Kraftstoffs mit höherem
Druck zur Verfügung
zu stellen.
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Entsprechend
weiteren Einzelheiten und Weiterbildungen ist die exponierte Fläche auf
der Seite des Laufrads, die dem Pumpengehäuse zugewandt ist, kleiner
als die Fläche
auf der Seite des Laufrads, die dem Pumpendeckel und seinem Strömungskanal
zugewandt ist, wodurch der Druck auf der Seite des Pumpengehäuses in
Allgemeinen höher
ist als der mittlere Druck auf der Seite des Pumpendeckels des Laufrads.
Zusätzlich
können
das Pumpengehäuse
und/oder der Pumpendeckel Druckregelkanäle bzw. -ausgleichskanäle enthalten, die
strömungstechnisch
entweder mit dem Kraftstoff unter höherem oder unter niedrigerem
Druck stehen, was entsprechend angepasst werden kann, um ein ausgewuchtetes
Laufrad zu erhalten. Die Druckregelkanäle können viele Formen aufweisen
und sie können
an verschiedenen radialen und peripheren Positionen angeordnet sein.
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Auf
diese Weise kann das Laufrad der Kraftstoffpumpe bei der vorliegenden
Erfindung, durch die Anpassung der Fläche auf der Seite des Laufrads, die
dem Pumpendeckel zugewandt und Kraftstoff ausgesetzt ist in Bezug
auf die Fläche
der Seite des Laufrads, die dem Pumpendeckel zugewandt und Kraftstoff
ausgesetzt ist, einen axialen Abstand zum Pumpendeckel einhalten,
der kleiner als oder gleich 0,05 mm (50 Mikron) ist. Das Laufrad
hält damit
einen axialen Abstand zum Pumpendeckel ein, der ausreichend ist,
um den Kraftstoff auf mindestens 2 bar zu verdichten. Bemerkenswert
ist, dass die Pumpe keine Lager oder andere strukturelle Komponenten
benötigt,
um den notwendigen Abstand zwischen dem Pumpendeckel und dem Laufrad
aufrecht zu halten.
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Die
begleitenden Zeichnungen bilden einen Teil der Offenbarung, stellen
mehrere Merkmale und Ansichten der vorliegenden Erfindung dar und
dienen, zusammen mit der Beschreibung, die Prinzipien der Erfindung
zu erklären.
In der Zeichnung zeigen:
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1 einen
Querschnitt durch ein Kraftstoff-Fördermodul, konstruiert gemäß den Ausführungen
der vorliegenden Erfindung;
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2 eine
perspektivische Ansicht der Kraftstoffpumpe, die im Kraftstoff-Fördermodul
aus 1 montiert ist;
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3 einen
Querschnitt durch die Kraftstoffpumpe aus 2, entlang
der Schnittlinie 3-3;
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4 einen
Querschnitt durch die Kraftstoffpumpe aus 2, entlang
der Schnittlinie 4-4;
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5 eine
perspektivische Explosionsansicht von Pumpendeckel, Laufrad und
Pumpengehäuse,
die einen Teil der Kraftstoffpumpe aus 2 bilden;
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6 eine
perspektivische Explosionsansicht, ähnlich der aus 5,
der entgegengesetzten Seiten von Pumpendeckel, Laufrad und Pumpengehäuse; und
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7 eine
Draufsicht auf den Pumpendeckel aus 6.
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Mit
Bezug auf 1 ist ein Kraftstoff-Fördermodul 10 allgemein
dargestellt. Das Kraftstoff-Fördermodul 10 ist
innerhalb des Kraftstofftanks eines Kraftfahrzeugs angeordnet und
weist einen Kraftstoffspeicher 12 und eine Kraftstoffpumpe 14 auf,
die innerhalb des Kraftstoffspeichers 12 montiert ist.
Die Kraftstoffpumpe 14 wird verwendet, um Kraftstoff aus dem
Kraftstoffspeicher 12 anzusaugen, bezeichnet durch den
Pfeil 16, und um den Kraftstoff unter Druck an einen Motor
nicht dargestellt zu liefern, bezeichnet durch den Pfeil 18.
Die Kraftstoffpumpe 14 wird weiterhin verwendet, um Kraftstoff
aus dem Kraftstofftank, außerhalb
des Kraftstoffspeichers 12, anzusaugen, bezeichnet durch
den Pfeil 20, und in den Kraftstoffspeicher 12 zu
pumpen, bezeichnet durch Pfeil 22.
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Kraftstoff
strömt
durch einen ersten Ansaugstutzen 24 aus dem Kraftstoffspeicher 12 in
die Kraftstoffpumpe 14. An dem ersten Ansaugstutzen 24 ist
ein Kraftstofffilter 26 angeordnet, um Verunreinigungen
aus dem Kraftstoffspeicher 12 in die Kraftstoffpumpe 14 zu
verhindern. Durch einen zweiten Ansaugstutzen 28 strömt Kraftstoff
aus dem Kraftstofftank in die Kraftstoffpumpe 14. An dem
zweiten Ansaugstutzen 28 ist ein Kraftstofffilter 30 angeordnet,
um Verunreinigungen aus dem Kraftstofftank in die Kraftstoffpumpe 14 zu
verhindern. Kraftstoff strömt
aus der Kraftstoffpumpe 14 durch eine zweite Auslassöffnung 32 in
den Kraftstoffspeicher 12.
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2 ist
eine perspektivische Ansicht der Kraftstoffpumpe 14, aus
dem Kraftstoff-Fördermodul 10 entfernt. 3 und 4 sind
Querschnitte durch die Kraftstoffpumpe 14 und zeigen verschiedene Merkmale
der Kraftstoffpumpe 14.
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Mit
Bezug auf 3 ist ein Querschnitt durch die
Kraftstoffpumpe 14, konstruiert gemäß den Ausführungen der vorliegenden Erfindung,
dargestellt. Bemerkenswert ist, dass die Kraftstoffpumpe 14 ein einseitiges
Laufrad 34 hat, der den Benetzungskreisindex von etwa 1,8
auf 1,1 stark verringert, wodurch die Reibungsverluste vermindert
und der hydraulische Wirkungsgrad der Kraftstoffpumpe 14 um
typisch 25% bis 35% verbessert wird. Das einseitige Laufrad 34 kann
sich weiterhin frei axial verschieben, wodurch sich ein axialer
Abstand einstellt, der ausreichend ist, um Kraftstoff mit einem
höheren
Druck, typisch etwa 2 bar oder mehr, zu pumpen.
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Die
Kraftstoffpumpe 14 hat allgemein ein Gehäuse 36,
das einen Elektromotor 38 aufnimmt. Der Elektromotor 38 ist
mit einer Welle bzw. Motorwelle 40 wirkverbunden, die die
Mittelachse 42 der Kraftstoffpumpe 14 definiert.
Ein Pumpendeckel 44 schließt das offene untere Ende des
Gehäuses 36 ab und
enthält
den ersten und zweiten Ansaugstutzen 24, 28, um
Kraftstoff unter niedrigerem Druck anzusaugen, sowie die zweite
Auslassöffnung 32.
Der erste Ansaugstutzen 24 ist in 3 dargestellt
und der zweite Ansaugstutzen 28 und die zweite Auslassöffnung 32 sind
in 4 dargestellt. Ein Pumpengehäuse 46 ist innerhalb
des Gehäuses 36 und
auf der Innenseite des Pumpendeckels 44 angeordnet. Das Laufrad 34 ist
zwischen dem Pumpendeckel 44 und dem Pumpengehäuse 46 angeordnet.
Das Laufrad 34 sitzt auf der Motorwelle 40, sowohl
für die
Rotation als auch für
eine axiale Bewegung auf der Motorwelle 40. Das heißt, das
Laufrad 34 kann auf der Motorwelle 40 eine frei
axiale Verschiebung ausführen,
wie vorher erwähnt.
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Mit
Bezug auf 5 ist nun eine perspektivische
Explosionsansicht von Pumpendeckel 44, Laufrad 34 und
Pumpengehäuse 46 dargestellt.
Es ist ersichtlich, dass das Laufrad 34 eine Fläche 48 zum Pumpendeckel 44 aufweist,
die einen ersten Strömungskanal 50 und
einen zweiten Strömungskanal 52 enthält. Der
erste Strömungskanal 50 erstreckt sich peripher,
bzw. kreisförmig über den
Umfang, des Laufrads 34 und grenzt an den äußeren Umfang 54 des
Laufrads 34. Der zweite Strömungskanal 52 erstreckt
sich ebenfalls kreisförmig über den
Umfang des Laufrads 34 und ist radial nach innen, angrenzend
an den ersten Strömungskanal 50,
angeordnet. Jeder der ersten und zweiten Strömungskanäle 50, 52 hat
eine Vielzahl von Flügeln 56,
um den Kraftstoff zu komprimieren, wie es aus dem Stand der Technik bekannt
ist. Wie dargestellt, sind die radialen Breiten des ersten und zweiten
Strömungskanals 50, 52 im Wesentlichen
gleich, es versteht sich allerdings, dass die Erfindung auch so
ausgeführt
werden kann, dass die radialen Breiten des ersten und zweiten Strömungskanals 50, 52 nicht
im Wesentlichen gleich sind.
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Eine
Durchflussöffnung 58 erstreckt
sich durch das Laufrad 34, von der Fläche zum Pumpendeckel 48 zu
der Fläche
zum Pumpengehäuse 60, gegenüber der
Fläche
zum Pumpendeckel 48 und dargestellt in 6.
Wie dargestellt, wird die Durchflussöffnung 58 durch eine
Vielzahl von kreisförmig angeordneten Öffnungen 62 gebildet.
Die Öffnungen 62 sind
durch eine Vielzahl von Stegen mit kreisförmigem Querschnitt, um den
Flüssigkeitsstrom
zu unterstützen,
voneinander getrennt. Fachleute werden erkennen, dass die Stege 64 andere
als kreisförmige Querschnittsformen
aufweisen können,
wie ovale, elliptische, flache, gebogene oder flügelförmige, die über die Länge der Stege 64 variieren
können. Nicht-kreisförmige oder
flügelförmige Stege 64 werden
die Pumpwirkung der Kraftstoffpumpe 14 unterstützen. Es
ist ebenfalls ersichtlich, dass das Laufrad 34 eine Bohrung 66 mit
einer Abflachung 68 umfasst, um die Motorwelle 40 aufzunehmen,
die das Laufrad 34 in Drehung versetzt.
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Das
Pumpengehäuse 46 weist
allgemein eine Fläche 70 auf,
die dem Laufrad 34 [und der Fläche 60] axial gegenüber steht.
Das Pumpengehäuse 46 enthält einen
ersten Auslass 72, durch den unter Druck stehender Kraftstoff,
zur endgültigen
Weiterleitung an den Motor, fließt. Der Pumpengehäuse 46 enthält weiterhin
eine Mittelbohrung 74 und ein Kugellager 76, durch
die die Motorwelle 40 führt,
mit der das Laufrad 34 verbunden ist. Der Pumpengehäuse 46 umfasst
am Umfang einen Rand 78, der innen eine Laufradkammer 80 bildet.
Das bedeutet, dass der periphere Rand 78 und die Fläche 70 die
Laufradkammer 80 in der Größe bilden, um das Laufrad 34 aufzunehmen,
wie am Besten aus 3 und 4 zu sehen
ist. Der Pumpengehäuse 46 enthält schließlich eine
erste Auslassöffnung 82,
die strömungstechnisch
mit dem ersten Auslass 72 verbunden ist. Die erste Auslassöffnung 82 wird
zumindest teilweise durch eine Vertiefung 84 in der Oberfläche 70 des
Pumpengehäuses
gebildet. Wie zu sehen ist, erweitert sich die Vertiefung 84 vom
ersten Auslass 72 aus radial einwärts und weist eine 8-förmige Gestalt
bzw. Sanduhrform auf.
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Die
gegenüber
liegenden Flächen
des Pumpendeckels 44, des Laufrads 34 und des
Pumpengehäuses 46 sind
in einer Explosionsansicht in 6 dargestellt.
Der Pumpendeckel 44 weist eine Fläche 86 auf, die axial
in Richtung auf das Laufrad 34 weist. Die Fläche 86 enthält eine
Ausdrehung 88 in der Größe, um die
Motorwelle 40 und eine axiale Druckplatte aufzunehmen,
dargestellt in 3 und 4. Die Oberfläche 86 enthält weiterhin
erste und zweite Strömungskanäle 90, 92,
die sich peripher über
den Pumpendeckel 44 erstrecken.
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Der
erste Strömungskanal 90 des
Pumpendeckels 44 fluchtet radial mit dem ersten Strömungskanal 50 des
Laufrads 34 und seinen Flügeln 56, siehe 5,
um den Kraftstoff darin zu komprimieren. Der erste Strömungskanal 90 erstreckt
sich auf dem Pumpendeckel 44 [auf der Fläche des
Pumpendeckels 86] etwa 330 Grad, bevor er radial einwärts verläuft, wodurch
ein Spalt 94 zwischen den Enden des ersten Strömungskanals 90 entsteht.
Der zweite Strömungskanal 92 des
Pumpendeckels 44 fluchtet radial mit dem zweiten Strömungskanal 52 des
Laufrads 34 und seinen Flügeln 56, siehe 5,
um den Kraftstoff darin zu komprimieren. In 6 ist ebenfalls
zu erkennen, dass die zum Pumpengehäuse weisende Fläche 60 des
Laufrads 34 keine Strömungskanäle oder
Flügel
aufweist, das Laufrad 34 demnach einseitig ist.
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Eine
vergrößerte Ansicht
auf den Pumpendeckel 44 ist in 7 dargestellt.
Im Besonderen ist der erste Strömungskanal 90 zu
erkennen, der ein Einlassende 96 und ein Auslassende 98 aufweist. Kraftstoff
tritt durch den ersten Ansaugstutzen 24 in den ersten Strömungskanal 90 ein
und verlässt
den ersten Strömungskanal 90 in
der Nähe
des Auslassendes 98 durch die Durchlassöffnung 58 des Laufrads 34.
Der erste Strömungskanal 90 hat
zusätzlich ein
Entlüftungsloch 100,
das verwendet wird, um unerwünschte
Kraftstoffdämpfe
in der Kraftstoffpumpe 14 zu entlüften. Das Auslassende 98 des
ersten Strömungskanals 90 verläuft radial
einwärts,
was weiter unten ausführlicher
beschrieben wird. Kraftstoff tritt durch den zweiten Ansaugstutzen 28 in
den zweiten Strömungskanal 92 ein
und verlässt
den zweiten Strömungskanal 92 durch
die zweite Auslassöffnung 32.
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Wenn
sie, wie dargestellt, miteinander montiert werden, liegt das Laufrad 34 zwischen
dem Pumpendeckel 44 und dem Pumpengehäuse 46, wobei das
Laufrad 34 innerhalb der Laufradkammer 80, die
durch den Rand 78 des Pumpengehäuses 46 gebildet wird,
angeordnet ist. Kraftstoff unter niedrigerem Druck fließt durch
den zweiten Ansaugstutzen 28 ein. Der zweite Ansaugstutzen 28 erstreckt
sich axial und steht mit dem zweiten Strömungskanal 92 des Pumpendeckels 44 in
Verbindung. Der zweite Strömungskanal 92 fluchtet
radial mit dem zweiten Strömungskanal 52 des
Laufrads 34. Kraftstoff strömt also in den zweiten Strömungskanal 92 und
den zweiten Strömungskanal 52 und
wird durch die Flügel 56 im
zweiten Strömungskanal 52,
durch die Drehung des Laufrads 34 relativ zum stationären Pumpendeckel 44 und
stationären
Pumpengehäuse 46, verdichtet.
Kraftstoff wird also durch den zweiten Strömungskanal 52 des Laufrads 34 und
dem zweiten Strömungskanal 92 des
Pumpendeckels 44 aus dem Kraftstofftank in den Kraftstoffspeicher 12 gepumpt.
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Gleichzeitig
strömt
Kraftstoff unter niedrigerem Druck aus dem Kraftstoffspeicher 12 durch
den ersten Ansaugstutzen 24. Der erste Ansaugstutzen 24 erweitert
sich axial und steht mit dem Einlassende 96 des ersten
Strömungskanals 90 des
Pumpendeckels 44 in Verbindung. Der erste Strömungskanal 90 fluchtet
radial mit dem ersten Strömungskanal 50 des Laufrads 34,
gebildet im Laufrad 34 [in der Oberfläche 48 des Laufrads 34].
Kraftstoff strömt
also in den ersten Strömungskanal 90 und
in den ersten Strömungskanal 50 und
wird durch die Flügel 56,
durch die Drehung des Laufrads relativ zum stationären Pumpendeckel 44 und
stationären
Pumpengehäuse 46,
verdichtet. Kraftstoff wird also durch den ersten Strömungskanal 50 des
Laufrads 34 und den ersten Strömungskanal 90 des
Pumpendeckels 44 aus dem Kraftstoffspeicher 12 zum
Motor des Kraftfahrzeugs gepumpt.
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Strömt der Kraftstoff
vom Einlassende 96 zum Auslassende 98 des ersten
Strömungskanals 90 des
Pumpendeckels 44, erhöht
sich sein Druck. Wie in 6 dargestellt, ändert das
Auslassende 98 des ersten Strömungskanals 90 seine
Richtung und erstreckt sich radial einwärts bis zu einer Position,
die mit der Durchflussöffnung 58 des
Laufrads 34 fluchtet. Die erste Auslassöffnung 82 im Pumpengehäuse 46 ist
strömungstechnisch
mit der Durchflussöffnung 58 im
Laufrad 34 verbunden. Auf diese Weise kann Kraftstoff unter
höherem
Druck durch das Laufrad 34 durch, durch die erste Auslassöffnung 82 und
in den ersten Auslass 72 des Pumpenkörpers 46 fließen.
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Folglich
wird durch die vorliegende Erfindung, durch ein einseitiges Laufrad 34,
eine leistungsfähigere
Kraftstoffpumpe 14 zur Verfügung gestellt. Der erste Strömungskanal 90 des
Pumpendeckels 44 und der erste Strömungskanal 50 des
Laufrads 34 sind in der Größe ausgelegt, um eine Kraftstoffpumpe 14 zur
Verfügung
zu stellen, die das gleiche Kraftstoffvolumen wie eine vergleichbare
Pumpe mit einem doppelseitigen Laufrad pumpen kann, während gleichzeitig
durch die Verwendung eines einseitigen Laufrads 34 der
Reibungsindex durch Flüssigkeitsreibung
und die Reibungsverluste verringert werden. Zusätzlich stellen der zweite Durchflusskanal 92 des
Pumpendeckels 44 und der zweite Strömungskanal 52 des
Laufrads 34 eine Pumpe zur Verfügung, die Kraftstoff aus dem
Kraftstofftank in den Kraftstoffspeicher pumpen kann, wodurch die Notwendigkeit
für eine
zusätzliche
Ejektorpumpe entfällt.
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Zwischen
dem Laufrad 34, dem Pumpendeckel 44 und dem Pumpengehäuse 46 muss
jedoch ein vorgegebener Abstand eingehalten werden. Die Verwendung
der Kraftstoffpumpe 14 für den Motor eines Kraftfahrzeugs
erfordert im Besonderen, dass der Kraftstoff mit einem relativ hohen
Druck gepumpt wird, nämlich
etwa 2 bar oder darüber.
Ein axialer Abstand von etwa 0,05 mm oder weniger muss deshalb zwischen
dem Laufrad 34, dem Pumpendeckel 44 und dem Pumpengehäuse 46 eingehalten
werden. Das heißt,
dass der axiale Abstand der Fläche 48 des Laufrads 34 innerhalb
von 0,05 mm bzw. 50 Mikron zu der Fläche 86 des Pumpendeckels 44 liegen muss,
um Kraftstoff mit 2 bar oder höher
zu pumpen.
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Das
Laufrad kann unglücklicherweise
nicht auf der Motorwelle 40 fixiert werden. In der rauhen Umgebung
eines Kraftfahrzeugs wird die Kraftstoffpumpe 14 andauerndem
und wiederkehrendem Betrieb unterworfen, was zu Verschleiß an dem
Axialelement führt,
das die Motorwelle 40 stützt. Über die Lebensdauer der Kraftstoffpumpe 14 kann
die Motorwelle 40 deshalb ihre Position verändern und
dies macht es unmöglich,
den idealen Abstand zwischen dem Laufrad 34 und dem Pumpendeckel 44 einzuhalten.
Die Anwendung der Kraftstoffpumpe 14 im Kraftstoffsystem
eines Kraftfahrzeugs erfordert deshalb die freie axiale Verschiebung
des Laufrads 34 auf der Motorwelle 40.
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Die
Kraftstoffpumpe 14 regelt folglich, entsprechend den Ausführungen
der vorliegenden Erfindung, den Bereich des Laufrads 34 und
im Besonderen den Bereich auf der Fläche 60 zum Pumpengehäuse 46,
der dem Kraftstoff unter höherem
Druck an der ersten Auslassöffnung 82 ausgesetzt
ist. Besonders der Bereich des Laufrads 34, der Kraftstoff
auf seiner Fläche 60 ausgesetzt
ist, ist eng ausgelegt, relativ zum Bereich der Fläche 48 zum
Pumpendeckel 44, die ebenfalls Kraftstoff ausgesetzt ist.
Es ist zu erkennen, dass der Bereich des Laufrads 34, der
an seiner Fläche 48 zum
Pumpendeckel 44 dem Kraftstoff ausgesetzt ist, durch die
axialen Stirnflächen des
ersten und zweiten Strömungskanals 90, 92 definiert
ist. Es ist ebenfalls zu erkennen, dass sich der Druck des Kraftstoffs
im ersten und zweiten Strömungskanal 90, 92 von
den Ansaugstutzen 24, 28 zu den Auslässen 32, 72 ändert. Der
Druck im Kraftstoff im ersten und zweiten Strömungskanal 90, 92 des Pumpendeckels 44 muss
deshalb gemittelt werden und für
die Zwecke hier kann er als etwa die halbe Druckänderung von den Ansaugstutzen 24, 28 zu den
Auslässen 32, 72 verallgemeinert
werden.
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Steht
zum Beispiel Kraftstoff bei Umgebungsluftdruck am Einlassende 96 zur
Verfügung und
wird dieser durch die Kraftstoffpumpe 14 am Auslassende 98 auf
einen Druck von etwa 4 bar verdichtet, kann der mittlere Druck im
ersten Strömungskanal 90 als
2 bar abgeschätzt
werden. In diesem Beispiel steht der Kraftstoff in der ersten Auslassöffnung 82 des
Pumpengehäuses 46 deshalb
also unter etwa 4 bar. Folglich ist der Bereich des Laufrads 34 und
im Besonderen die Fläche 60 zum
Pumpengehäuse 46,
die der ersten Auslassöffnung 82 gegenüber steht,
in Bezug auf den Bereich geregelt, der mit dem ersten Strömungskanal 90 des
Pumpendeckels 44 korrespondiert, wodurch eine im Allgemeinen
ausgeglichene Kraft auf den gegenüber liegenden Seiten des Laufrads 34 erzeugt
wird. Anders ausgedrückt wirkt
auf das Laufrad 34 eine Kraft auf der Seite des Pumpendeckels
und eine Kraft auf der Seite des Pumpenkörpers, die entsprechend der
Auslegung und der Konstruktion etwa gleich sind.
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Die
hier benutzten Begriffe etwa', 'ungefähr', 'im Allgemeinen' usw., wenn sie in
Verbindung mit den Kräften
und den Drücken
am Laufrad 34 verwendet werden, umfassen die Tatsache,
dass sich der tatsächliche
Druck innerhalb des ersten und zweiten Strömungskanals 90, 92 des
Pumpendeckels 44 unter bestimmten Bedingungen z. B. Pulsieren
oder andere Druckschwankungen verändern kann, was zu einer Veränderung.
der gegenüber
liegenden Kräfte am
Laufrad 34 führt,
was wiederum zu einer Verschiebung des Laufrads 34 auf
der Motorwelle 40 führt,
wie es im Stand der Technik bekannt ist. Um sich Druckschwankungen
anzupassen, kann sich das Laufrad 34 auf diese Art und
Weise axial auf der Motorwelle 40 verschieben, während gleichzeitig
ein entsprechender axialer Abstand von etwa 0.05 mm (50 Mikron)
oder weniger aufrecht erhalten bleibt, um die Fähigkeit der Pumpe, Kraftstoff
auf einen hohen Druck von etwa 2 bar oder mehr zu verdichten, sicher zu
stellen.
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Die
vorangegangene Beschreibung der hier vorgestellten Realisierungen
ist zu dem Zweck der Illustration und der Veranschaulichung dargelegt
worden. Es ist nicht beabsichtigt, dass sie vollständig ist oder
die Erfindung auf die genau beschriebenen Realisierungen beschränkt. Zahlreiche
Modifikationen oder Variationen sind mit Blick auf die obigen Ausführungen
möglich.
Die beschriebenen Realisierungen wurden ausgewählt, um die beste Darstellung
der Prinzipien der Erfindung zu zeigen, um es dadurch einem üblichen
Fachmann zu ermöglichen,
die Erfindung in verschiedenen Realisierungen und mit verschiedenen
Modifikationen, wie sie für
eine bestimmte vorgesehene Anwendung geeignet ist, zu verwenden.