DE4341565A1 - Förderpumpe, insbesondere zum Fördern von Kraftstoff aus einem Vorratstank zu einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht von einer Förderpumpe, insbesondere zum Fördern von Kraftstoff aus einem Vorratstank zu einer Brennkraftmaschine, nach der Gattung des Patentanspruchs 1, aus. Bei einer solchen aus der DE-OS 40 20 521 bekannten Förderpumpe treibt ein elektrischer Antriebsmotor das Laufrad der als Seitenkanalpumpe ausgebildeten Förderpumpe rotierend an. Das in einer zylindrischen Pumpkammer um­ laufende scheibenförmige Laufrad weist dabei an seinem Umfang eine Vielzahl von Schaufeln auf, dessen radial auswärts weisende Enden durch einen das Laufrad umschließenden Ring miteinander verbunden sind. In den die Pumpkammer stirnseitig begrenzenden Kammerwänden sind in Höhe der axial weisenden Schaufelenden teilringförmig um die Drehachse des Laufrades verlaufende Förderkanäle angeordnet, die von einer Einlaßöffnung zu einer Auslaßöffnung der Pumpkammer führen. Dabei wird während des Betriebs der bekannten Förderpumpe der Kraft­ stoff über die Einlaßöffnung in die Pumpkammer angesaugt und weiter über den Förderkanal unter einer Erhöhung des Kraftstoffdruckes zur Auslaßöffnung gefördert, von wo aus er zur zu versorgenden Brennkraftmaschine weitergeleitet wird.

Dabei tritt an der bekannten Förderpumpe der Nachteil auf, daß über den Spalt zwischen den axial weisenden Stirnseiten des Laufrades und den stirnseitig angrenzenden Kammerwänden und den zwischen dem Ring am Laufrad und der radialen, die Pumpenkammer begrenzenden Umfangs­ wand gebildeten Ringraum ein Leckagestrom von Kraftstoff von der un­ ter hohem Druck stehenden Auslaßseite des Förderkanals zu seiner un­ ter geringerem Druck stehenden Ansaugseite strömt, der dort im Be­ reich der Einlaßöffnung das Ansaugverhalten der Förderpumpe negativ beeinflußt.

Dabei ist es zur Verringerung des Überströmens dieses Leckagestromes bekannt, das radiale Spiel zwischen dem Ring des Laufrades und der Umfangswand der Pumpenkammer möglichst gering zu halten, was jedoch den Nachteil hat, daß die im Ringraum infolge einer erhöhten Flüs­ sigkeitsreibung aufgebaute Schleppströmung mechanische Verluste ver­ ursacht, die den Wirkungsgrad der gesamten Förderpumpe verringern. Um das Überströmen von unter hohem Druck stehenden Kraftstoff von der Ansaugseite des Förderkanals zu dessen Druckseite insbesondere über den von der Umfangswand begrenzten Ringraum zu vermeiden, ist es zudem aus einer früheren deutschen Patentanmeldung mit dem Aktz. P 42 21 184 bekannt, an der Umfangswand einen radial einwärts ragen­ den Steg vorzusehen, der in Höhe des saugseitigen Endes des Förder­ kanals beginnt und sich in von diesem abgewandter Richtung über ei­ nen Winkelbereich von etwa 30° erstreckt, so daß er in etwa im mit­ tigen Bereich zwischen Einlaß- und Auslaßöffnung endet. Dieser Steg ist dabei für eine Unterbrechung der Leckageströmung nur wirksam, wenn er nur ein sehr geringes Spiel zum Außendurchmesser des Ringes am Laufrad aufweist, wobei diese engen Toleranzen den Fertigungsauf­ wand der Förderpumpe erheblich erhöhen.

Es ist daher keine Förderpumpe bekannt, die den Leckagestrom ohne eine Verringerung des Wirkungsgrades der gesamten Förderpumpe oder eine Erhöhung des Fertigungsaufwandes hinsichtlich der Teiletoleranzen wirkungsvoll verringert bzw. unterbindet.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Förderpumpe mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß der Leckage­ strom von Kraftstoff innerhalb des Ringraumes von der Druckseite zur Saugseite durch die Anordnung zweier einander gegenüberliegend ange­ ordneter Querschnittsverringerungen im Ringraum wirkungsvoll verrin­ gert werden kann, ohne dabei den Querschnitt des Ringraumes in wei­ ten Teilen derart zu verringern, daß eine entstehende Flüssigkeits­ reibung den Wirkungsgrad der Pumpe vermindert. Dabei sind die im Ringraum vorgesehenen Querschnittsverringerungen in vorteilhafter Weise so ausgeführt, daß sie durch ein Ausnutzen der Strömungsver­ hältnisse innerhalb des Ringraumes eine hohe strömungsunterbrechende Wirkung erzielen, ohne dabei das Spiel zwischen der Umfangswand und der Umfangsfläche des Laufrades derart zu verkleinern, daß die Tei­ le mit einer hohen Fertigungstoleranz behaftet sind. Dies wird dabei in vorteilhafter Weise durch die Ausführung der ersten Querschnitts­ verringerung in Form einer Labyrinthdichtung erreicht, an der die entstehende Schleppströmung derart verwirbelt wird, daß deren Wei­ terströmen in Richtung Saugbereich (Einlaßöffnung) nahezu vollstän­ dig unterbunden wird, wobei diese Querschnittsverringerung in vor­ teilhafter Weise möglichst nah an der Einlaßöffnung angeordnet ist. Die zweite Querschnittsverringerung ist als einteiliger Steg ausge­ führt, dessen radiale Erstreckung dabei in vorteilhafter Weise so ausgelegt ist, daß die mit der Drehbewegung des Laufrades von der Saug- zur Druckseite mit bewegte Schleppströmung im Ringraum in Höhe der durch diesen Steg gebildeten Querschnittsverringerung zwischen der Umfangsfläche des Laufrades und der Umfangswand der Pumpenkammer gleich groß der Leckageströmung von der Druckseite zur Saugseite ist, so daß sich an dieser zweiten Querschnittsverringerung die bei­ den entgegengesetzt gerichteten Strömungen aufheben. Dabei läßt sich diese aufhebende Wirkung der beiden entgegengesetzten Strömungen durch die Lage der zweiten Querschnittsverringerung im Ringraum in Umfangsrichtung und dessen Querschnitt optimal auf die Verhältnisse an der jeweiligen Förderpumpe anpassen.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes der Erfindung sind der Beschreibung, den Ansprüchen und der Zeich­ nung entnehmbar.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Förderpumpe, insbeson­ dere zum Fördern von Kraftstoff aus einem Vorratstank zu einer Brennkraftmaschine, ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

Es zeigen die Fig. 1 eine mit einem elektrischen Antriebsmotor in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnete Förderpumpe in einem Längs­ schnitt und eine schematische Darstellung der daran angeschlossenen Brennkraftmaschine und die Fig. 2 einen Schnitt durch die För­ derpumpe der Fig. 1 entlang der Linie II-II, in dem die Ausgestal­ tung eines die Förderpumpe verschließenden Ansaugdeckels dargestellt ist.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

In der Fig. 1 ist eine als Ringkanalpumpe ausgeführte Kraftstofför­ derpumpe 1 mit einem elektrischen Antriebsmotor 3 in einem gemeinsa­ men, in einen Kraftstoffvorratstank 5 eingesetzten Gehäuse 7 ange­ ordnet, wobei der Kraftstoff während des Betriebs der Förderpumpe 1 von dieser über einen Ansaugstutzen g aus dem Vorratstank 5 in das Gehäuse 7 angesaugt und über einen Druckstutzen 11 aus diesem mit erhöhtem Druck über eine Förderleitung 13 zu einer Brennkraftmaschine 15 eines nicht dargestellten Kraftfahrzeuges ge­ fördert wird.

Der elektrische Antriebsmotor 3 treibt dazu mittels einer Rotorwelle 17 ein als Förderglied der Förderpumpe 1 dienendes, in einer zylind­ rischen Pumpkammer 19 angeordnetes Laufrad 21 rotierend an, wobei die Pumpkammer 19 von einem das Gehäuse 7 verschließenden, den An­ saugstutzen 9 aufnehmenden Ansaugdeckel 20 und einem scheibenförmi­ gen Zwischenstück 22 zwischen der Förderpumpe 1 und dem Antriebsmo­ tor 3 begrenzt wird.

Das scheibenförmige, verdrehfest auf der Rotorwelle 17 angeordnete Laufrad 21 weist dabei an seinem Umfang eine Vielzahl von radial nach außen ragende Schaufeln 23 auf, deren radial auswärts weisende Enden mit einem, das Laufrad 21 radial umschließenden Ring 25 ver­ bunden sind. Desweiteren sind in den die Pumpkammer 19 stirnseitig begrenzenden Kammerwänden 27, im Bereich der Schaufeln 23 des Lauf­ rades 21 einander gegenüberliegende, symmetrisch zueinander ausge­ bildete teilringförmig um die Drehachse des Laufrades 21 verlaufende Förderkanäle 29 angeordnet, die von einer mit dem Ansaugstutzen 9 verbundenen Einlaßöffnung 31 in die Pumpkammer 19 zu einer Auslaß­ öffnung 33 aus dieser heraus führen.

Zwischen der radial auswärts weisenden Umfangsfläche des Ringes 25 am Laufrad 21 und einer die Pumpkammer 19 radial begrenzenden Wand 35 ist zudem ein Ringraum 37 gebildet, in den ein großer Teil des zwischen den axialen Flächen des Laufrades 21 und den stirnseitigen Kammerwänden 27 aus den Förderkanälen 29 überströmenden Leckage­ kraftstoffes gelangt.

Um dabei zu vermeiden, daß dieser unter hohem Druck stehende Lecka­ gestrom in den Bereich der Einlaßöffnung 31 strömt und dort das An­ saugverhalten der Förderpumpe beeinflußt, weist dieser Ringraum 37, wie in der Fig. 2 näher dargestellt, zwei einander in Umfangsrich­ tung des Ringraumes 37 gegenüberliegende Querschnittsverringerungen auf. Dabei sind diese Querschnittverrin­ gerungen des Ringraumes 37 durch radial einwärts weisende Profile an der den Ringraum 37 radial begrenzenden, am Ansaugdeckel 20 angeord­ neten Kammerwand 35 gebildet, die sich in etwa jeweils über einen gleich großen Umfangswinkelbereich von etwa 30° erstrecken, wobei ein erstes Profil 41 durch eine Vielzahl von im gleichen Abstand zuein­ ander angeordneten, radial einwärts weisenden Stegen 43 und ein zweites Profil 45 durch einen durchgehenden Steg 45 gebildet ist. Die radiale Höhe dieser Profile 41, 45 ist dabei so ausgeführt, daß sich deren radial einwärts weisende Stirnflächen bis auf ein kleines Spiel an den strichpunktiert dargestellten Außendurchmesser des den Ringraum 37 radial einwärts begrenzenden Laufradring 25 annähern, so daß der Querschnitt des Ringraumes 37 in Höhe dieser Profile 41, 45 stark verringert ist.

Dabei erstreckt sich das erste Profil 41 von dem einlaßseitigen Ende des Förderkanals 29 in der von diesem abgewandten Richtung bis in etwa den mittigen Bereich des zwischen den Förderkanalenden verblei­ benden Stegs in der stirnseitigen Kammerwand 27, der ein mit der Einlaßöffnung 31 verbindbares saugseitiges Ende 49 von einem mit der Auslaßöffnung 31 verbindbares druckseitiges Ende 51 des Förderkanals 29 voneinander trennt.

Dabei trennen das erste Profil 41 und das diesem gegenüberliegende zweite Profil 45 den Ringraum 37 in zwei Bereiche, von denen ein die Einlaßöffnung 31 überdeckender Bereich einen Saugbereich 53 und ein die in der Fig. 2 nicht dargestellte Auslaßöffnung überdeckender Bereich einen Druckbereich bilden.

Für die Abführung von in der Pumpkammer 19 befindlichen Gasblasen ist zudem eine Entgasungsnut 61 in der stirnseitigen Kammerwand 27 vorgesehen, von der eine Entgasungsbohrung 63 ausgeht, die in den Vorratstank 5 mündet, wobei diese Entgasungsbohrung 63 vorzugsweise in Höhe der durch den durchgehenden Steg 45 gebildeten zweiten Querschnittsverringerung angeordnet ist.

Die erfindungsgemäße Förderpumpe arbeitet in folgender Weise. Während der umlaufenden Bewegung des Laufrads 21 saugt dieses über den Ansaugstutzen 9 und die Einlaßöffnung 31 Kraftstoff aus dem Vor­ ratstank 5 in die Pumpkammer 19 und den Förderkanal 29 an. Dieser Kraftstoff wird weiter über den Förderkanal 29 zur Auslaßöffnung 33 und von dort durch das Gehäuse 7 zum mit der Förderleitung 13 zur Brennkraftmaschine 15 verbundenen Druckstutzen 11 gefördert, wobei der den Förderkanal 29 durchströmende Kraftstoff infolge des Impuls­ austausches zwischen dem im Laufrad 21 beschleunigten und dem im För­ derkanal strömenden Kraftstoff eine Druckerhöhung erfährt.

Dabei strömt auch ein Teil des Kraftstoffes als Leckagemenge über den Axialspalt zwischen der axialen Stirnfläche des Laufrades 21 und den stirnseitigen Kammerwänden 27 in den Ringraum 37, wobei diese Leckagemenge infolge des Druckgefälles bestrebt ist, vom druckseiti­ gen Ringraumbereich 55 in den saugseitigen Bereich 53 und von dort zur Einlaßöffnung 31 zu strömen.

Dieses Überströmen der Leckagemenge wird dabei an den beiden durch das erste und zweite Profil 41, 45 gebildeten Querschnittsverringe­ rungen des Ringraumes 37 verhindert, wobei dies am ersten Profil 41 an der Vielzahl von Stegen 43 erfolgt, die in Form einer Labyrinth­ dichtung wirken und die Leckage- und Schleppströmung derart verwir­ beln, daß über das erste Profil hinaus kein Kraftstoff vom drucksei­ tigen Ringraumbereich 55 abströmt. Dazu bilden die Stege 43 Kammern mit halbkreisförmigen, zur Umfangsfläche des Laufrades 21 weisenden Querschnitten, wobei der Querschnitt dieser Kammern auch als scharf­ kantige, rechtwinklige Nut ausgeführt sein kann.

An der zweiten durch den durchgehenden Steg 45 gebildeten Quer­ schnittsverringerung wird die entgegengesetzte Strömungsrichtung der durch Flüssigkreisreibung entstandenen Schleppströmung A in Drehrich­ tung des Laufrades 21 und der entgegengesetzt zu dieser vom Druckbereich 55 zum Saugbereich 53 strömenden Leckageströmung B aus­ genutzt, um ein Überströmen des Leckagestromes sicher zu vermeiden, wobei der verbleibende Spalt zwischen dem Steg 45 und dem Laufrad­ ring 25 derart ausgebildet ist, daß die durchströmende Schleppströ­ mung im Betriebsdrehzahlbereich wenigstens gleich groß der anströ­ menden Leckageströmung ist, wobei diese Strömungsbedingung durch die Lage, radiale Erstreckung und Ausgestaltung des Steges 45 auf die jeweiligen Verhältnisse abgestimmt werden kann.

Es ist somit mit der erfindungsgemäßen Förderpumpe möglich, ein Überströmen der Leckagemenge vom druckseitigen Ende zum saugseitigen Ende des Förderkanals über den Ringraum sicher zu vermeiden, ohne dazu die Fertigungstoleranzen des Laufrades und der radialen Pump­ kammerwand über den gesamten Umfang sehr klein auszuführen, wobei die infolge des großen möglichen Ringraumquerschnitts über einen großen Umfangsbereich geringe Flüssigkeitsreibung am Laufrad den Wirkungsgrad der Förderpumpe nicht beeinträchtigt.

Claims (6)

1. Förderpumpe, insbesondere zum Fördern von Kraftstoff aus einem Vorratstank (5) zu einer Brennkraftmaschine (15), mit einem in einer Pumpkammer (19) umlaufenden scheibenförmigen Laufrad (21), an dessen Umfang eine Vielzahl von sich radial nach außen erstreckenden Schau­ feln (23) angeordnet sind, deren radial auswärts weisende Enden durch einen das Laufrad (21) umschließenden Ring (25) miteinander verbunden sind und mit wenigstens einem in einer die Pumpkammer (19) stirnseitig begrenzenden, axial an das Laufrad (21) angrenzenden Kammerwände (27), im Bereich der Schaufeln (23) des Laufrades (21) angeordneten, über einen Teilring um die Drehachse des Laufrades (21) verlaufenden zum Laufrad (21) hin offenen Förderkanal (29), der von einer Einlaßöffnung (31) der Pumpkammer (19) zu einer Auslaßöff­ nung (33) führt, sowie mit einem zwischen der radial auswärts wei­ senden Umfangsfläche des Ringes (25) und einer die Pumpkammer (19) radial begrenzenden Umfangswand (35) gebildeten Ringraum (37), da­ durch gekennzeichnet, daß der Ringraum (37) zwei einander in Um­ fangsrichtung im wesentlichen gegenüberliegend angeordnete Quer­ schnittsverringerungen aufweist.

2. Förderpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsverringerungen im Ringraum (37) durch radial einwärts weisende Profile an der Umfangswand (35) gebildet sind die einen Drosselspalt zwischen Profil und Umfangsfläche des Ringes (25) bil­ den.

3. Förderpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Pro­ file an der Umfangswand (35) sich im wesentlichen über einen jeweils gleich großen Umfangsbereich erstrecken, wobei das erste der Profile (41) durch eine Vielzahl von im gleichen Abstand zueinander angeord­ neten, in Umfangsrichtung zueinander parallelen Stegen (43) und das zweite der Profile (45) durch einen einzigen Steg gebildet ist.

4. Förderpumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich das erste Profil (41) im Ringraum (37) im Umfangsbereich außerhalb des vom Förderkanal (29) eingenommenen Teilringbereiches, vorzugsweise unmittelbar an dem an den einlaßöffnungsseitigen Teilringbereich an­ grenzenden Umfangsbereich erstreckt und daß das zweite Profil (45), diesem gegenüberliegend, in etwa mittig in dem Umfangsbereich zwi­ schen Ein- und Auslaßöffnung (31, 33) angeordnet ist, wobei die Profile dabei zwei Ringraumbereiche voneinander trennen.

5. Förderpumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ste­ ge (43) des ersten Profils (41) Kammern mit halbkreisförmigen, zur Umfangsfläche weisenden Querschnitten bilden.

6. Förderpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Laufrad (21) von einem, mit der Förderpumpe (1) in einem gemeinsamen Gehäuse (7) angeordneten Elektromotor mittels einer Rotorwelle (17) rotierend angetrieben wird.