DE4341563A1 - Aggregat zum Fördern von Kraftstoff aus einem Vorratstank zur Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht von einem Aggregat zum Fördern von Kraftstoff aus einem Vorratstank zu einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges nach der Gattung des Patentanspruchs 1 aus. Bei einem solchen aus der DE-OS 32 26 325 bekannten Förderaggregat treibt ein elektrischer Antriebsmotor das Laufrad einer als Strömungspumpe ausgebildeten Förderpumpe rotierend an. Das scheibenförmige Laufrad, an dessen Um­ fang eine Vielzahl von radial nach außen weisenden Schaufeln ange­ ordnet ist, läuft dabei in einer zylinderförmigen Pumpkammer um, die in Achsrichtung des Laufrades durch zwei gegenüberliegende Stirnwän­ de und in radialer Richtung durch eine Ringwand begrenzt ist. In den axialen Stirnwänden der Pumpkammer sind dabei in Höhe der Schaufeln jeweils eine teilringförmig um die Drehachse des Laufrades verlau­ fende Nut vorgesehen, die mit dem Laufrad einen Förderkanal bilden, der sich von einer Einlaßöffnung an seinem einen Ende zu einer Aus­ laßöffnung an seinem anderen Ende erstreckt, wobei während der Dreh­ bewegung des Laufrades Kraftstoff über die Einlaßöffnung angesaugt und über die Auslaßöffnung mit erhöhtem Druck abgegeben wird. Um dabei bei einem geringen Axialspiel zwi­ schen dem Laufrad und den Stirnwänden der Pumpkammer ein durch un­ symmetrische strömungsbedingte Druckkräfte verursachtes Schrägstel­ len des Laufrades und somit dessen Wandberührung, die einen erhöhten Verschleiß und hohe Geräuschentwicklung zur Folge hätte, zu vermei­ den, weist das bekannte Förderaggregat an den Stirnwänden der Pump­ kammer taschenförmige Ausnehmungen auf, die während der Drehbewegung des Laufrades derart mit Kraftstoff befüllbar sind, daß sie einen hydraulischen Keil zwischen dem Laufrad und den axialen Stirnwänden der Pumpkammer bilden. Dabei sind dort die vorzugsweise fünf Ausneh­ mungen in den Stirnwänden so angeordnet, daß sie auf der Nieder­ druckseite des Förderkanals, die sich im wesentlichen von der Ein­ laßöffnung bis in etwa die Mitte des Förderkanals erstreckt, von ei­ ner Innenkammer an der Laufradachse und auf der Druckseite, die sich von der Mitte des Förderkanals bis in den Bereich der Auslaßöffnung erstreckt, vom Förderkanal aus befüllbar sind, wobei sich ihr Quer­ schnitt in Achsrichtung des Laufrades von der Füllöffnung an stetig verringert.

Dabei hat die unsymmetrische Anordnung der taschenförmigen Ausneh­ mungen bei dem bekannten Förderaggregat jedoch den Nachteil, daß sie hinsichtlich der optimalen Lage der Ausnehmungen nur mit großem Auf­ wand an verschiedene Förderpumpen und Betriebsbedingungen anpaßbar ist und daß die eigentliche Strömungsenergie des umströmenden Kraft­ stoffes zwischen Laufrad und Stirnwänden zur Füllung der Ausnehmun­ gen kaum ausgenutzt wird, so daß sich kein ausreichender hydrodyna­ mischer Keil aufbaut.

Zudem hat das bekannte Förderaggregat den Nachteil, daß die Befül­ lung der Ausnehmungen auf der Druckseite direkt aus dem Förderkanal erfolgt, was das Förderverhalten der Förderpumpe negativ beeinflußt.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Förderaggregat mit den kennzeichnenden Merkma­ len des Patentanspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß durch die gleichmäßige Anordnung der taschenförmigen Ausnehmungen über den Umfang des Laufrades eine gleichmäßige Zentrierung des Laufrades er­ folgt, so daß ein Schrägstellen des Laufrades sicher vermieden wer­ den kann. Dabei kann diese Anordnung der taschenförmigen Ausnehmun­ gen an verschiedenen Strömungspumpen ohne aufwendige Anpassungsar­ beiten verwendet werden, da sich der wirksame hydraulische Keil zwi­ schen dem Laufrad und den Stirnwänden der Pumpkammer im wesentlichen durch die mit dem Laufrad umlaufende Kraftstoffströmung aufbaut, so daß die Befüllung der Ausnehmungen von den speziellen, von Pumpe zu Pumpe variierenden Strömungsverhältnissen im Axialspalt zwischen Laufrad und Stirnwänden relativ unabhängig ist. Dieses sichere Be­ füllen wird dabei in vorteilhafter Weise durch die Ausrichtung der den Druckaufbau vornehmenden Endbereiche in Laufrichtung des Lauf­ rades erreicht, wodurch die Bewegungsrichtung des Laufrades bzw. der Kraftstoffströmung zum Füllen der Ausnehmungen und zum Druckaufbau in dessen Endbereichen ausgenutzt wird, so daß die taschenförmigen Ausnehmungen wie hydrodynamische Lager wirken.

Dabei wird die gleichmäßige Anordnung der taschenförmigen Ausnehmun­ gen in den beschriebenen Ausführungsbeispielen dadurch erreicht, daß sie von einem gemeinsamen Kreisradius aus abführen und den gleichen Abstand zueinander aufweisen. Es ist jedoch insbesondere bei unter­ schiedlich gerichteten Ausnehmungen auch möglich, die für den Druck­ aufbau verantwortlichen Endbereiche der Ausnehmungen auf einem ge­ meinsamen Kreisradius anzuordnen.

Ein weiterer Vorteil wird durch das entgegengesetzte Ausrichten der Ausnehmungen auf der Druck- und der Saugseite des Förderkanals er­ reicht, wobei dort in vorteilhafter Weise die Strömungsverhältnisse des Leckagestromes für eine Unterstützung der Befüllung der Ausnehmungen mit genutzt wird.

Der zwischen dem Förderkanal und den taschenförmigen Ausnehmungen verbleibende Steg an den Stirnwänden der Pumpkammer vermeidet zudem in vorteilhafter Weise eine Beeinflussung der Fördercharakteristik der Strömungspumpe und damit des gesamten Förderaggregates. Werden die taschenförmigen Ausnehmungen durch eine Vertiefung in den Stirnwänden ständig von einem radial innen liegenden Innenraum der Pumpkammer aus gefüllt, ist neben der beschriebenen Anordnung der taschenförmigen Ausnehmungen in den Stirnwänden der Pumpkammer auch deren Anordnung auf den axialen Stirnflächen des Laufrades möglich. Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes der Erfindung sind der Beschreibung, der Zeichnung und den Ansprü­ chen entnehmbar.

Zeichnung

Zwei Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Aggregats zum För­ dern von Kraftstoff aus einem Vorratstank zur Brennkraftmaschine ei­ nes Kraftfahrzeuges sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

Es zeigen die Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel, bei dem der die Strömungspumpe aufweisende Teil des Förderaggregats in einem Teilschnitt dargestellt ist, die Fig. 2 und 3 jeweils einen Schnitt durch das Pumpengehäuse der in Fig. 1 dargestellten Förder­ pumpe entlang der gegenüberliegenden Stirnwände der Pumpkammer, die Fig. 4 und 5 jeweils einen Schnitt durch die in den Fig. 2 und 3 dargestellten taschenförmigen Ausnehmungen in den Stirnwänden, die Fig. 6 ein zweites Ausführungsbeispiel analog zur Darstellung der Fig. 1, bei dem die taschenförmigen Ausnehmungen an eine radial in­ nen liegende Vertiefung angrenzen und die Fig. 7 und 8 jeweils einen Schnitt durch die in Fig. 6 gezeigte Förderpumpe entlang der Stirnwände der Pumpkammer.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Die Anordnung gemäß Fig. 1 zeigt einen Teilschnitt eines in einen nicht dargestellten Kraftstoffvorratstank eingesetzten Förderaggre­ gates, das einer ebenfalls nicht dargestellten Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges über eine Förderleitung Kraftstoff aus dem Vorratstank zuführt.

Das Förderaggregat 1 weist dazu eine als Strömungspumpe ausgebildete Förderpumpe 3 auf, dessen als Förderglied wirkendes Laufrad 4 von einem mit der Förderpumpe 3 in einem gemeinsamen Gehäuse 5 angeord­ neten elektrischen Antriebsmotor 7 über eine Rotorwelle 8 rotierend angetrieben wird.

Das über eine Rotorwelle 9 mit dem Antriebsmotor 7 verbundene, scheibenförmige Laufrad 4 weist dabei an seinem Umfang einen Kranz von radial auswärts gerichteten Schaufeln 9 auf, die im Ausführungs­ beispiel durch einen das Laufrad 4 radial umschließenden Ring 11 miteinander verbunden sind. Das Laufrad 4 ist in einer zylinderför­ migen Pumpkammer 13 angeordnet, die in Achsrichtung des Laufrades 4 durch zwei gegenüberliegende Stirnwände und in Umfangsrichtung durch eine Ringwand begrenzt ist. Dabei ist die erste Stirnwand 21 der Pumpkammer 13 an einem einen Ansaugstutzen 15 aufweisenden Ansaug­ deckel 17 des Förderaggregats 1 und die zweite Stirnwand 23 an einem die Förderpumpe 3 in Richtung zum Antriebsmotor 7 hin abgrenzenden Zwischenstück 19 angeordnet.

In den Stirnwänden 21, 23 sind jeweils in Höhe der Schaufeln 9 des Laufrades 4 einander gegenüberliegend teilringförmig um die Drehach­ se des Laufrades 4 verlaufende Nuten 24 vorgesehen, die mit dem Laufrad 4 einen Förderkanal 25 bilden, der dabei von einer mit dem Ansaugstutzen 15 verbundenen Einlaßöffnung 27 im Ansaugdeckel 17 an seinem einen Ende zu einer im Zwischenstück 19 angeordneten Auslaßöffnung 29 führt. Dabei sind die Lage der Nuten 24 und der Ein- bzw. Auslaßöffnungen 27, 29 in den Stirnwänden 21, 23 den in den Fig. 2 und 3 dargestellten Schnitten der Fig. 1 zu entnehmen. Für eine axiale Stabilisierung des Laufrades 4 sind zudem taschen­ förmige Ausnehmungen 31 in den Stirnwänden 21, 23 vorgesehen, die einander symmetrisch gegenüberliegen und die von einem gemeinsamen Kreisradius 32 abführen und die den gleichen Abstand zueinander auf­ weisen. Dabei sind diese taschenförmigen Ausnehmungen 31 im ersten Ausführungsbeispiel auf der sich von der Einlaßöffnung 27 bis in et­ wa die Mitte des Förderkanals 25 in Umfangsrichtung erstreckenden Saugseite 33 radial auswärts und auf der sich von der Mitte des För­ derkanals 25 bis über den Bereich der Auslaßöffnung 29 hin er­ streckenden Druckseite 35 radial einwärts gerichtet.

Die Form der taschenförmigen Ausnehmungen 31 ist in den Fig. 4 und 5 dargestellt, die jeweils eine der in ihrer Form gleich ausge­ führten Ausnehmungen 31 in vergrößerter Darstellung und in zwei An­ sichten zeigen. Dabei weisen die Ausnehmungen 31 zwei Teilbereiche auf, von denen ein erster einen Einlaufbereich 37 bildender Bereich sich in einem spitzen Winkel vom Kreisradius 32 ausgehend in Rich­ tung der Drehbewegung des Laufrades 4 erstreckt und ein an diesen grenzender zweiter, einen Druckbereich 39 bildender Bereich über ei­ nen erneut abgewinkelten Übergang im wesentlichen parallel zur Lauf­ richtung des Laufrades 4 ausgerichtet ist. Die Tiefe der taschenför­ migen Ausnehmung 31 nimmt dabei im Einlaufbereich 37 in Richtung zum Druckbereich 39 stetig zu, es ist jedoch auch möglich den Übergang zwischen der Stirnfläche der Stirnwände 21, 23 und dem Einlaufbereich 37 am Kreisradius 32 als Absatz auszuführen. Der Querschnittsver­ lauf des für den Aufbau des Druckkeiles zwischen den Stirnwänden 21, 23 und dem Laufrad 4 genutzten Druckbereiches 39 der Ausnehmungen 31 ist in einem weiteren Schnitt C-C (Fig. 4a) bzw. D-D (Fig. 5b) dar­ gestellt, wobei sich die Tiefe der Ausnehmungen 31 im Druckbereich 39 in Laufradrichtung verringert, so daß dessen Querschnitt vom Maß des Einlaufbereiches 37 ausgehend stetig abnimmt.

Der Aufbau des in den Fig. 6 bis 8 dargestellten zweiten Ausfüh­ rungsbeispiels ist dem des ersten in den Fig. 1 bis 5 dargestell­ ten Ausführungsbeispiel bis auf die Anordnung der taschenförmigen Ausnehmungen 31 gleich, so daß dessen Beschreibung auf die Anordnung der taschenförmigen Ausnehmungen 31 in den Stirnwänden 21, 23 der Pumpkammer 13 beschränkt ist, wobei bei baugleichen Teilen die Be­ zugszeichen der Fig. 1 bis 5 beibehalten wurden.

Dabei weisen die Stirnwände 21, 23 im zweiten Ausführungsbeispiel eine, von einem die Rotorwelle 8 des Antriebsmotors 7 innerhalb der Pumpkammer 13 umgebenden Innenraum 41 ausgehende, ringförmige Ver­ tiefung 43 auf, deren radial auswärts gerichtetes Ende über einen eine Ringkante 45 bildenden kreisförmigen Absatz an die die Nuten 24 aufnehmenden Stirnflächen der Stirnwände 21, 23 grenzt, so daß der im Innenraum 41 befindliche Kraftstoff bis in die Vertiefungen 43 gelangt. Der Innenraum 41 ist dabei über eine nicht dargestellte Verbindungsleitung mit dem an die Auslaßöffnung 29 angrenzenden In­ neren des Gehäuses 5 des Förderaggregates 1 verbunden, wobei auch ein Kraftstoffdurchtritt am die Rotorwelle 8 führenden Lager 47 mög­ lich ist, über den sich der Kraftstoffhochdruck aus dem den An­ triebsmotor 7 aufnehmenden Gehäuseteil in den Innenraum 41 und die Vertiefung 43 fortsetzt.

Die die analog zu den in den Fig. 4 und 5 beschriebenen taschen­ förmigen Ausnehmungen 31 ausgeführten Ausnehmungen 31 des zweiten Ausführungsbeispiels erstrecken sich von der Ringkante 45 ausgehend alle gleichgerichtet in Laufradrichtung, wobei der Einlaufbereich 37 direkt von der Vertiefung 43 abführt und sich dann analog zum ersten Ausführungsbeispiel über einen Winkel in den Druckbereich 39 fort­ setzt, dessen Querschnitt sich in Laufradrichtung über eine Verrin­ gerung seiner Tiefe verkleinert.

Dabei verbleibt in beiden Ausführungsbeispielen ein Steg zwischen den radial auswärts weisenden Enden der taschenförmigen Ausnehmungen 31 in den Stirnwänden 21, 23, so daß der Kraftstoffumlauf im Förder­ kanal 25 nicht beeinflußt wird.

Das erfindungsgemäße Förderaggregat arbeitet in folgender Weise. Das durch den elektrischen Antriebsmotor 7 rotierend angetriebene Laufrad 4 saugt über den Ansaugstutzen 15 und die Einlaßöffnung 27 Kraftstoff aus dem Vorratstank in den Förderkanal 25. Dort wird der Kraftstoff während seines Durchströmens in Richtung Auslaßöffnung 29 infolge des Impulsaustausches zwischen dem im Laufrad beschleunigten und dem im Förderkanal 25 strömenden Kraftstoffes in seinem Druck erhöht, tritt über die Auslaßöffnung 29 mit erhöhtem Druck in das Innere des Gehäuses 5 ein und strömt dort entlang dem Antriebsmotor 7 zu einem nicht dargestellten Druckanschluß am Gehäuse 5, an den eine Förderleitung zu Brennkraftmaschine angeschlossen ist. Dabei tritt während der Kraftstofförderung über den Axialspalt zwi­ schen dem Laufrad 4 und den Stirnwänden 21, 23 eine Leckagemenge aus dem Förderkanal 25 aus, die durch die Drehung des Laufrades 4 in ei­ ne Schleppströmung in Laufradrichtung versetzt wird, wobei insbeson­ dere auf der Druckseite 35 Kraftstoff aus dem Förderkanal 25 aus­ tritt, der in Richtung Saugseite 33 strömt. Durch diese Strömungs­ verhältnisse im Axialspalt werden die taschenförmigen Ausnehmungen 31 im ersten Ausführungsbeispiel sicher mit Kraftstoff gefüllt, wo­ bei in dessen Druckbereichen 39 durch den abnehmenden Querschnitt eine Druckerhöhung erfolgt, was zum Aufbau eines das Laufrad 4 axial beaufschlagenden hydraulischen Druckkeiles führt, der infolge der symmetrisch gegenüberliegenden Ausnehmungen 31 an den Stirnwänden 21, 23 das Laufrad zentriert. Dabei wird diese hydrodynamische La­ gerwirkung durch die umlaufende Schleppströmung des Leckagekraft­ stoffes unterstützt, indem diese entlang den in Laufradrichtung aus­ gerichteten Druckbereichen 39 der Ausnehmungen 31 strömt. Bei dem in den Fig. 6 bis 8 dargestellten zweiten Aus­ führungsbeispiel erfolgt das Befüllen der taschenförmigen Ausnehmun­ gen 31 direkt über den unter hohem Druck stehenden geförderten Kraftstoff, der sich aus dem antriebseitigen Gehäuseinneren in den Innenraum 41 und die Vertiefung 43 bis in die taschenförmigen Aus­ nehmungen 31 fortsetzt und dort in der beschriebenen Weise als hydrodynamisches Lager wirkt.

Claims (8)

1. Aggregat zum Fördern von Kraftstoff aus einem Vorratstank zur Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges, mit einer als Strömungs­ pumpe ausgebildeten Förderpumpe (3), deren rotierend angetriebenes, scheibenförmiges, einen Kranz von radial auswärts gerichteten Schau­ feln (9) aufweisendes Laufrad (4) in einer zylinderförmigen Pumpkam­ mer (13) umläuft, die in Achsrichtung des Laufrades (4) durch zwei gegenüberliegende Stirnwände (21, 23) und in Umfangsrichtung durch eine Ringwand begrenzt ist, wobei in den beiden Stirnwänden (21, 23) in Höhe der Schaufeln (9) des Laufrades (4) je eine teilringförmig um die Drehachse des Laufrades (4) verlaufende Nut (24) angeordnet ist, die mit dem Laufrad (4) einen Förderkanal (25) bilden, der von einer Einlaßöffnung (27) an seinem einen Ende zu einer Auslaßöffnung (29) an seinem anderen Ende führt und mit taschenförmigen Ausnehmun­ gen (31) in den Stirnwänden (21, 23) der Pumpkammer (13), die wäh­ rend des Betriebs der Förderpumpe (3) derart mit Kraftstoff befüll­ bar sind, daß sie einen axial auf die Stirnfläche des Laufrades (4) wirkenden hydraulischen Keil bilden, dadurch gekennzeichnet, daß die taschenformigen Ausnehmungen (31) im wesentlichen auf einem gemein­ samen Kreisradius (32) und in Umfangsrichtung jeweils im regelmäßi­ gen, vorzugsweise gleichen Abstand zueinander angeordnet sind und daß ein den hydraulischen Keil zwischen Laufrad (4) und Stirnwänden (21, 23) aufbauender Druckbereich (39) der taschenförmigen Ausnehmungen (31) jeweils in Umfangsrichtung des Laufrades (4) ausgerichtet ist und in Drehrich­ tung des Laufrades (4) im Querschnitt abnimmt.

2. Aggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ta­ schenförmigen Ausnehmungen (31) in den Stirnwänden (21, 23) der Pumpkammer (13) so ausgeführt sind, daß in radial auswärts weisender Richtung ein Steg zwischen ihnen und dem Förderkanal (25) verbleibt.

3. Aggregat nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die taschenförmigen Ausnehmungen (31) zwei zueinander abgewinkelte Be­ reiche aufweisen, von denen ein erster Bereich einen Einlaufbereich (37) für den einströmenden Kraftstoff und ein zweiter Bereich den Druckbereich (39) bildet.

4. Aggregat nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das senk­ recht zur Stirnwand (21, 23) verlaufende Maß der Ausnehmung (31) im Einlaufbereich (37) vom Kreisradius (32) in Richtung Druckbereich (39) stetig zunimmt.

5. Aggregat nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ein­ laufbereich (37) der Ausnehmungen (31) an seinem dem Druckbereich (39) abgewandten Ende einen senkrecht zur Stirnwand (21, 23) ver­ laufenden Absatz aufweist und sich im weiteren Verlauf mit konstan­ tem Querschnitt bis zum Druckbereich (39) fortsetzt.

6. Aggregat nach einem der vorstehenden Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaufbereich (37) der Ausnehmungen (31) vorzugsweise um 45° abgewinkelt zum Druckbereich (39) verläuft.

7. Aggregat nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die taschenförmigen Ausnehmungen (31) im Bereich einer zwischen der Einlaßöffnung (27) und der Mitte des Förderkanals (25) in Umfangs­ richtung gebildeten Saugseite (33), ausgehend vom Kreisradius (32) radial auswärts gerichtet, und auf der zwischen der Mitte des Förder­ kanals (25) bis in den Bereich der Auslaßöffnung (29) gebildeten Druckseite (35) radial einwärts gerichtet sind.

8. Aggregat nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnwände (21, 23) der Pumpkammer (13) eine von einem mit Kraftstoff befüllbaren Innenraum (41) ausgehende ringförmige Vertie­ fung (43) aufweisen, deren radial auswärts gerichtetes Ende jeweils eine Ringkante (45) zur die Nuten (24) aufnehmenden Stirnfläche der Stirnwände (21, 23) bildet und daß die taschenförmigen Ausnehmungen (31) sich von dieser Ringkante (45) aus in radial auswärts weisender Richtung erstrecken.