DE4411627A1

DE4411627A1 - Aggregat zum Fördern von Kraftstoff aus einem Vorratstank zur Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges

Info

Publication number: DE4411627A1
Application number: DE4411627A
Authority: DE
Inventors: Michael Niederkofler; Willi Strohl; Jochen Dipl Ing Rose
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1994-04-02
Filing date: 1994-04-02
Publication date: 1995-10-05
Also published as: US5516259A; JPH07279881A

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht von einem Aggregat zum Fördern von Kraftstoff aus einem Vorratstank zu einer Brennkraftmaschine eines Kraft fahrzeuges nach der Gattung des Patentanspruchs 1 aus. Bei einem solchen aus der US-PS 48 54 830 bekannten Förderaggregat treibt ein elektrischer Antriebsmotor das Laufrad einer als Strömungs pumpe ausgebildeten Förderpumpe rotierend an. Das scheibenförmi ge Laufrad, an dessen Umfang eine Vielzahl von radial nach außen weisenden Schaufeln angeordnet sind, läuft dabei in einer zylin derförmigen Pumpkammer um, die in Achsrichtung des Laufrades durch zwei gegenüberliegende Stirnwände und in radialer Richtung durch eine Ringwand begrenzt ist. In den axialen Stirnwänden der Pumpkammer ist dabei in Höhe der Schaufeln jeweils eine teil ringförmig um die Drehachse des Laufrades verlaufende Nut vorge sehen, die mit dem Laufrad einen Förderkanal bilden, der sich von einer Einlaßöffnung in die Pumpkammer an seinem einen Ende zu einer Auslaßöffnung an seinem anderen Ende erstreckt, wobei während der Drehbewegung des Laufrades Kraftstoff über die Ein laßöffnung in die Pumpkammer angesaugt und über die Auslaßöff nung mit erhöhtem Druck abgegeben wird.

Um dabei bei einem sehr geringen Axialspiel zwischen dem Laufrad und den Stirnwänden der Pumpkammer ein durch unsymmetrische strömungsbedingte Druckkräfte verursachtes Schrägstellen des Laufrades und somit eine Wandberührung, die einen erhöhten Ver schleiß und eine hohe Geräuschemission zur Folge hätte, zu ver meiden, weist das bekannte Förderaggregat Ausnehmungen in den axialen Stirnflächen des Laufrades auf, die während der Drehbe wegung des Laufrades derart mit Kraftstoff befüllbar sind, daß sie einen hydraulischen Puffer zwischen dem Laufrad und den axialen Stirnwänden der Pumpkammer aufbauen.

Dabei sind in dem bekannten Förderaggregat die verschiedensten Ausgestaltungsmöglichkeiten der Ausnehmungen im Laufrad darge stellt und beschrieben, wobei die Ausnehmungen jedoch immer auf die axialen Stirnflächen des Laufrades beschränkt bleiben. Dies hat jedoch den Nachteil, daß auch der hydraulische Puffer auf einen radial innerhalb des Förderkanals angeordneten Bereich be schränkt bleibt. Dagegen greifen die axialen Druckkräfte vorran gig in Höhe des Förderkanals am Laufrad an und können so durch den größeren Abstand zur Laufradachse (Hebelwirkung) gegenüber dem hydraulischen Puffer größere resultierende Kräfte axial zum Laufrad entwickeln, so daß die Ausbildung des hydraulischen Puf fers am bekannten Förderaggregat ein Schrägstellen des Laufrades nicht mit genügender Sicherheit vermeiden kann.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Förderaggregat mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß durch die Anordnung der Ausnehmungen in einem radial außer halb des Förderkanals liegenden Bereich der hydraulische Puffer radial außerhalb des Förderkanals aufgebaut wird und so über seinen großen Abstand von der Laufradachse eine große resultie rende Axialkraft und damit ein großes Rückstellmoment auf das Laufrad aufbaut. Diese, an einem radial außerhalb des Förderka nals angeordneten, das Laufrad umschließenden Außenring angrei fende Axialkraft ist somit wirksamer als eine radial innerhalb des Förderkanals angreifende Axialkraft und ermöglicht nun ein sicheres Vermeiden eines Schrägstellens des Laufrades und so dessen Berührung an einer der Pumpkammerstirnwände, wobei die Befüllung der Ausnehmungen am Außenring neben den Druckverhält nissen im Förderkanal auch durch die Fliehkraftwirkung des ro tierenden Kraftstoffes in der Pumpkammer sicher gewährleistet ist.

Dabei ist in vorteilhafter Weise sowohl eine Anordnung der Aus nehmungen im Laufrad als auch in den Stirnwänden der Pumpkammer möglich.

Die Ausbildung der Ausnehmungen kann für eine drehrichtungsunab hängige Ausführung vorzugsweise symmetrisch wannenförmig sein. Für eine sichere Befüllung der Ausnehmungen ist es jedoch vor teilhaft, diese schräg anzuordnen, wobei das dem jeweils in die Umfangsfläche des Außenringes oder in den Bereich des Förderka nals mündenden Ende abgewandte Ende der Ausnehmungen entgegen der Drehrichtung des Laufrades versetzt ist. Zudem weisen die Ausnehmungen in ihrem schrägen Bereich eine rampenartige Quer schnittsvergrößerung bis zu ihrem in Drehrichtung des Laufrades weisenden Ende auf.

Die schrägen Ausnehmungen können dabei sowohl vom Bereich der Umfangsfläche ausgehend radial einwärts als auch vom Bereich des Förderkanals ausgehend radial auswärts weisend angeordnet sein, wobei sowohl nur eine dieser Ausbildungsformen als auch beide abwechselnd für eine sichere Laufradstabilisierung möglich sind, was besonders platzsparend ist.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Ausnehmungen läßt sich durch deren abgewinkelte Form erreichen, die sowohl ein si cheres Befüllen als auch einen optimalen Druckaufbau ermögli chen.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstan des der Erfindung sind der Beschreibung, der Zeichnung und den Ansprüchen entnehmbar.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Aggregats zum För dern von Kraftstoff aus einem Vorratstank zur Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

Es zeigen die Fig. 1 die Strömungspumpe des Förderaggregates in einer vereinfachten Explosivdarstellung, mit in den Stirnwänden der Pumpkammer angeordneten Ausnehmungen, die Fig. 2 einen Schnitt durch die Strömungspumpe, die Fig. 3 das Laufrad der Strömungspumpe mit den am Außenring angeordneten verschiedenen Ausnehmungsformen, die Fig. 4 einen vergrößerten Ausschnitt aus der Fig. 2, in dem die Ausbildung der Ausnehmungen in einem Axialschnitt durch das Laufrad dargestellt ist und die Fig. 5 und 6 eine vergrößerte Ansicht auf die äußere Umfangsfläche des Außenringes mit der Anordnung der Ausnehmungen.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Bei dem nur mit den erfindungswesentlichen Bauteilen dargestell ten Aggregat zum Fördern von Kraftstoff aus einem Kraftstoffvor ratstank zur Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges treibt ein nicht näher dargestellter Elektromotor mittels einer Rotorwelle ein Laufrad 1 einer als Strömungspumpe ausgebildeten, in der Fig. 1 dargestellten Förderpumpe rotierend an. Das über eine zen trisch angeordnete, profilförmige Mitnahmebohrung 2 verdrehfest mit der Rotorwelle verbindbare scheibenförmige Laufrad 1 weist dabei an seinem Umfang einen Kranz von radial auswärts gerichte ten Schaufeln 5 auf, deren radial auswärts weisende Enden durch einen das Laufrad 1 umfangsseitig umschließenden Außenring 7 miteinander verbunden sind.

Das Laufrad 1 ist in einer zylinderförmigen, in der Fig. 2 nä her dargestellten Pumpkammer 9 angeordnet, die in Achsrichtung des Laufrades 1 durch zwei gegenüberliegende Stirnwände 11, 13 und in Umfangsrichtung durch eine Ringwand 15 begrenzt ist. Da bei ist wie auch der Fig. 1 entnehmbar, die erste Stirnwand 11 der Pumpkammer 9 an einem einen Ansaugstutzen 17 aufweisenden Ansaugdeckel 19 der Förderpumpe und die zweite Stirnwand 13 an einem die Förderpumpe in Richtung zum elektrischen Antriebsmotor hin abgrenzenden Auslaßdeckel 21 angeordnet. Die Ringwand 15 wird durch die Innenwand eines zwischen Ansaugdeckel 19 und Aus laßdeckel 21 eingespannten, deren Abstand zueinander fixierenden Distanzringes 23 gebildet, über dessen Dimensionierung auch der zwischen Laufrad 1 und Stirnwänden 11, 13 verbleibende Axial spalt einstellbar ist, wobei der Distanzring 23 dabei auch ein Teil des Ansaug- oder Auslaßdeckels 19, 21 sein kann.

In den Stirnwänden 11, 13 sind jeweils in Höhe der Schaufeln 5 des Laufrades 1 einander gegenüberliegend teilringförmig um die Drehachse des Laufrades 1 verlaufende Nuten 25 vorgesehen, die mit dem Laufrad 1 einen Förderkanal 27 bilden, der dabei in be kannter Weise von einer mit dem Ansaugstutzen 17 verbundenen Einlaßöffnung 29 im Ansaugdeckel 19 an seinem einen Ende zu ei ner im Auslaßdeckel 21 angeordneten Auslaßöffnung 31 führt. Für eine axiale Stabilisierung des Laufrades 1 während des Be triebs der Förderpumpe sind zudem, wie auch in den Fig. 3 bis 6 dargestellt, Ausnehmungen 33 in Form von wannenförmigen Kerben im Außenring 7 oder in den Stirnseiten 11, 13 der Pumpkammer 9 angeordnet. Diese Ausnehmungen 33 sind gleichmäßig über den Um fang des Außenringes 7 oder der Pumpkammer 9 verteilt und weisen in der Fig. 1 eine abgewinkelte Form auf, wobei ein in Umfangs richtung des Laufrades 1 gerichteter Bereich der abgewinkelten Ausnehmungen 49 in einen radial zur Laufradachse gerichteten Be reich mündet. Der in Umfangsrichtung des Laufrades 1 gerichtete Bereich der abgewinkelten Ausnehmung 49 weist dabei entgegen der Drehrichtung des Laufrades 1 und hat einen in Richtung radial er Bereich zunehmenden Querschnitt, wobei der radiale Bereich so wohl radial einwärts als auch auswärts oder wie dargestellt ab wechselnd radial ein- und auswärts gerichtet sein kann.

Die in den Fig. 3 bis 6 gezeigten Ausnehmungen 33 im Außen ring 7 des Laufrades 1 erstrecken sich von der radial auswärts weisenden Umfangsfläche 35 des Außenringes 7 oder vom Förderka nal 27 beginnend bis etwa zur halben Außenringbreite A, wobei der Verlauf der in die Stirnseite des Außenringes 7 eingearbei teten Fläche der Ausnehmungen 33, dabei wie in der Fig. 4 dar gestellt, gekrümmt ausgeführt ist.

Die Ausnehmungen 33 können dabei wie in der Fig. 3 dargestellt symmetrisch oder aber schräg ausgeführt sein, wobei die radial auswärts gerichteten schrägen Ausnehmungen 45 und die radial einwärts gerichteten Ausnehmungen 47 so gerichtet sind, daß ihre schrägen Enden entgegen der Drehrichtung des Laufrades 1 gerich tet sind, was ihre Befüllung mit Kraftstoff während des Betriebs der Förderpumpe unterstützt. Dabei können sowohl nur radial ein wärts oder radial auswärts gerichtete Ausnehmungen vorgesehen werden, es ist jedoch auch möglich beide Arten wechselseitig an zuordnen. Der Querschnitt der Ausnehmungen 33 nimmt dabei in Richtung Austrittsöffnung stetig zu.

Eine weitere Ausführungsmöglichkeit der Ausnehmungen 33 ist de ren abgewinkelte Form wie zur Fig. 1 beschrieben, wobei die ra dialen Enden der abgewinkelten Ausnehmungen 49 dann jeweils in die Umfangsfläche 35 oder den Förderkanal 27 münden.

Die in den Fig. 5 und 6 dargestellten Austrittsöffnungen der Ausnehmungen 33 an der Umfangsfläche 35 des Außenringes 7 können dabei sowohl einandergegenüberliegend als auch versetzt zueinan der angeordnet sein, wobei sie im dargestellten Ausführungsbei spiel eine symmetrische Form aufweisen.

Das erfindungsgemäße Förderaggregat arbeitet in folgender Weise. Das durch den elektrischen Antriebsmotor rotierend angetriebene Laufrad 1 saugt über den Ansaugstutzen 17 und die Einlaßöffnung 29 Kraftstoff aus dem Vorratstank in den Förderkanal 27. Dort wird der Kraftstoff während seines Durchströmens in Richtung Auslaßöffnung 31 infolge des Impulsaustausches zwischen dem im Laufrad 1 beschleunigten und dem im Förderkanal 27 strömenden Kraftstoffes in seinem Druck erhöht, tritt über die Auslaßöff nung 31 mit erhöhtem Druck in das, die Förderpumpe und den An triebsmotor aufnehmende Gehäuse des Förderaggregates ein und strömt dort zu einem nicht dargestellten Druckanschluß, an den eine Förderleitung zur Brennkraftmaschine angeschlossen ist. Dabei tritt während der Kraftstofförderung über den Axialspalt zwischen dem Laufrad 1 und den Stirnwänden 11, 13 der Pumpkammer 9 eine Leckagemenge aus dem Förderkanal 27 aus. Diese Leckage strömung erfolgt auf der Hochdruckseite 41 (Fig. 1) des Förder kanals 27, d. h. von seinem mittigen Bereich bis zur Auslaßöff nung 31 vom Förderkanal 27 in den Axialspalt und von dort über die Ausnehmungen 33 am Außenring 7 oder in den Stirnwänden 11, 13 in einen zwischen diesem und der Ringwand 15 verbleibenden Ringraum und auf der Niederdruckseite 43 von diesem in umgekehr ter Richtung in den Förderkanal 27, so daß die Ausnehmungen 33 jeweils sicher mit Kraftstoff befüllt werden, was dort zum Auf bau eines das Laufrad 1 axial beaufschlagenden hydraulischen Druckkeiles bzw. Puffers zwischen dem Laufrad 1 und den Stirn wänden 11, 13 führt, der infolge der gleichmäßigen Anordnung der Ausnehmungen 33 das Laufrad 1 in der Art eines hydrodynamischen Axiallagers zentriert.

Es ist somit in konstruktiv einfacher Weise möglich, daß axiale Anlaufen des Laufrades an den Stirnwänden der Pumpkammer infolge einer Schrägstellung des Laufrades sicher zu vermeiden, wobei die Einleitung der abstützenden und zentrierenden Axialkraft am äußeren Umfang des Laufrades besonders wirkungsvoll ist.

Claims

1. Aggregat zum Fördern von Kraftstoff aus einem Vorratstank zu einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges, mit einer als Strömungspumpe ausgebildeten Förderpumpe, deren rotierend ange triebenes, scheibenförmiges, einen Kranz von radial auswärts ge richteten Schaufeln (5) aufweisendes Laufrad (1) in einer zylin derförmigen Pumpkammer (9) umläuft, die in Achsrichtung des Laufrades (1) durch zwei gegenüberliegende Stirnwände (11, 13) und in Umfangsrichtung durch eine Ringwand (15) begrenzt ist, wobei in den beiden Stirnwänden (11, 13) in Höhe der Schaufeln (5) des Laufrades (1) je eine teilringförmig um die Drehachse des Laufrades (1) verlaufende Nut (25) angeordnet ist, die mit dem Laufrad (1) einen Förderkanal (27) bilden, der von einer Einlaßöffnung (29) an seinem einen Ende zu einer Auslaßöffnung (31) an seinem anderen Ende führt und mit Ausnehmungen in den axialen Stirnflächen des Laufrades (1) oder in den Stirnwänden (11, 13), die während des Betriebs der Förderpumpe derart mit Kraftstoff befüllbar sind, daß sie einen axial auf die Stirnflä che des Laufrades (1) wirkenden, das Laufrad (1) stabilisieren den hydraulischen Puffer zwischen Laufrad (1) und den Stirnwän den (11, 13) der Pumpkammer (9) bilden, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen (33) im Bereich eines die Schaufeln (5) des Laufrades (1) an ihren radial auswärts weisenden Enden verbin denden, das Laufrad (1) in Umfangsrichtung begrenzenden Außen ringes (7) angeordnet sind.

2. Aggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen (33) in dem Außenring (7) angeordnet sind.

3. Aggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen (33) radial außerhalb des Förderkanals (27) in den Stirnwänden (11, 13) der Pumpkammer (9) angeordnet sind.

4. Aggregat nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die ein hydrodynamisches Lager bildenden Ausnehmungen (33) als symmetrische wannenförmige Kerben mit in Umfangsrichtung beid seitig sich keilförmig verringerndem Querschnitt ausgebildet sind.

5. Aggregat nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Ausnehmungen (33) in radiler Richtung zum Außenring (7) von dessen radial auswärts weisender Umfangsfläche (35) vorzugsweise bis zur halben Außenringbreite unter Bildung einer gekrümmten Fläche erstrecken.

6. Aggregat nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die in die äußere Umfangsfläche (35) mündende Kante der Ausnehmungen (33) kreissegmentförmig ausgebildet ist.

7. Aggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen (33) gleichmäßig über den gesamten Umfang des Lauf rades (1) bzw. der Pumpkammer (9) verteilt angeordnet sind.

8. Aggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen (33) schräg zur Radialebene des Laufrades (1) und entgegen der Drehrichtung des Laufrades (1) geneigt sind.

9. Aggregat nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen (33) als radial auswärts weisende, in die Umfangs fläche (35) des Außenringes (7) auslaufende schräge Ausnehmungen (45) ausgebildet sind.

10. Aggregat nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen (33) als radial einwärts weisende, in den Bereich des Förderkanals (27) auslaufende schräge Ausnehmungen (47) aus gebildet sind.

11. Aggregat nach Ansprüchen 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die schrägen Ausnehmungen (45, 47) abwechselnd über den Um fang verteilt vorgesehen sind.

12. Aggregat nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Querschnitt der schrägen Ausnehmungen (45, 47) in Drehrich tung des Laufrades (1) vergrößert.

13. Aggregat nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeich net, daß die Ausnehmungen (33) als abgewinkelte Ausnehmungen (49) ausgebildet sind, mit einem radial zum Laufrad (1) gerich teten Bereich und einem von diesem, entgegengesetzt zur Dreh richtung, abführenden Bereich in Umfangsrichtung des Laufrades (1), wobei der Querschnitt des in Umfangsrichtung des Laufrades (1) ausgerichteten Bereichs in Richtung radialer Bereich stetig zunimmt.

14. Aggregat nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die an den gegenüberliegenden Stirnseiten des Außenringes (7) angeord neten Ausnehmungen jeweils in Umfangsrichtung des Außenringes (7) versetzt zueinander angeordnet sind.