WO2009019101A1 - Verdrängerpumpe - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Verdrängerpumpe, insbesondere zur Förderung von Kraftstoff, mit einem Läufer (1), welcher in einem Gehäuse (2) gelagert ist. Das Gehäuse (2) umgibt den Läufer (1) dabei wenigstens radial. Vorgesehen sind zwei Stirnwände (3, 4), welche stirnseitig an den Läufer (1) angrenzen, so dass ein Aufnahmeraum (5) für den Läufer (1) ausgebildet ist. Vorgesehen sind ferner wenigstens eine Zu- und eine Ableitung (9, 10) zu dem Aufnahmeraum (5). Der Läufer (1) ist mit einer Mehrzahl von Sperrelementen (7) versehen, welche sich radial aus Richtung einer Drehachse (6) des Läufers (1) nach außen erstrecken. Gemeinsam mit den Stirnwänden (3, 4) und dem Gehäuse (2) bilden die Sperrelemente (7) eine Mehrzahl von zueinander abgegrenzten Arbeitszellen (8) zur Förderung eines Fluids aus. Die axiale Ausdehnung des Aufnahmeraums (5) verkleinert sich ausgehend von dem mit der Zuleitung (9) korrespondierenden Saugbereich in Richtung auf den mit der zugeordneten Ableitung (10) korrespondierenden Druckbereich. Die Sperrelemente (7) sind derart ausgebildet, dass diese die axialen Querschnittsveränderungen des Aufnahmeraums (5) ausgleichen können.

Description

Verdrängerpumpe

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft eine Verdrängerpumpe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Verdrängerpumpen, insbesondere zur Förderung von Kraftstoff, sind in vielzähliger Art und Weise aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannt. Hierbei kann es sich unter anderem um Flügelzellenpumpen, Außenzahnradpumpen oder Innenzahnradpumpen handeln. Derartige Verdrängerpumpen weisen einen Läufer auf, welcher in einem Gehäuse gelagert ist. Durch zwei Stirnwände, welche stirnseitig an den Läufer angrenzen, wird ein abgeschlossener Auf- nahmeraum für den Läufer ausgebildet. Bei den Stirnwänden kann es sich um separate Teile handeln, in der Regel ist jedoch vorgesehen, dass eine Stirnwand einstückig mit dem Gehäuse und die andere Stirnwand einstückig mit dem Pumpendeckel ausgebildet ist. Der Aufnahmeraum für den Läufer wird im Allgemeinen dadurch geschaffen, dass das Gehäuse eine Gehäusebohrung aufweist, deren Tiefe im wesentlichen der axialen Länge des Läufers entspricht. Die Gehäusebohrung wird nach der Montage des Läufers durch den Pumpendeckel verschlossen. Zum Zu- und Abführen von Fluid ist wenigstens eine Zu- und eine Ableitung vorgesehen. Insofern nur eine Zu- und eine Ableitung vorgesehen ist, handelt es sich um eine einhu- bige Verdrängerpumpe. Bekannt sind dabei auch zweihubige Verdrängerpumpen, die jeweils zwei Zuleitungen und zwei hiermit korrespondierende Ableitungen aufweisen.

Die aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannten Läufer sind mit einer Mehrzahl von Sperrelementen versehen, die sich radial aus Richtung einer Drehachse des Läufers nach außen erstrecken. Gemeinsam mit den Stirnwänden und dem Gehäuse werden somit eine Mehrzahl zueinander abgegrenzter Arbeitszellen zur Förderung des Fluids ausgebildet. Um Fluid zu fördern, ist vorgesehen, dass das in den Arbeitszellen eingeschlossene Fluid auf seinem Weg von der Zuleitung (Saugbereich) zu der zugeordneten Ableitung (Druckbereich) einen Druckanstieg erfährt, so dass das zu fördernde Fluid unter Druck aus den Arbeitszellen abgeleitet werden kann, wenn die Ableitung (Druckbereich) erreicht wird.

Der Druckanstieg wird gemäß dem Stand der Technik auf unterschiedliche Art und Weise erreicht, wozu auf die bekannten Außenzahnradpumpen, Innenzahnradpumpen und Flügelzellenpumpen verwiesen wird. Bei Flügelzellenpumpen ist in der Regel vorgesehen, dass der Aufnahmeraum für den Läufer im Saugbereiche eine radiale Ausbuchtung aufweist, die es ermöglicht, dass die Sperrelemente (Flügelzellen) weiter aus einem Rotor des Läufers ausfah- ren können, wodurch sich das Volumen der Arbeitszellen in diesem Bereich vergrößert. In Richtung auf den Druckbereich verkleinert sich die Ausbuchtung bzw. verschwindet, so dass die Sperrelemente (Flügelzellen) wieder in den Rotor eingeschoben werden und sich das Volumen der Arbeitszellen entsprechend verkleinert, woraus ein Druckanstieg resultiert.

Von Nachteil bei den bekannten Verdrängerpumpen ist es, dass diese einen aufwändigen Aufbau aufweisen, da eine Mehrzahl von zueinander beweglichen Teilen erforderlich ist. Des weiteren müssen die bekannten Verdrängerpumpen, insbesondere die Außenzahnradpumpen und Innenzahnradpumpen, mit einer engen Toleranz gefertigt werden, wodurch eine kostengünstige Herstellung erschwert ist.

Offenbarung der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Verdrängerpumpe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, die einen einfachen Aufbau aufweist, kostengünstig herstellbar ist und mit der ein möglichst gleichmäßiger Volumenstrom erzeugbar ist.

Die Aufgabe ist bei einer Verdrängerpumpe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass sich die axiale Ausdehnung des Aufhahmeraums ausgehend von dem mit der Zuleitung korrespondierenden Saugbereich in Richtung auf den mit der zugeordneten Ableitung korrespondierenden Druckbereich verkleinert und die Sperrelemente derart ausgebildet sind, dass diese die axialen Querschnittsveränderungen des Aufnahmeraums ausgleichen können.

Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, dass durch die große Grundfläche der Arbeitszellen kleine Veränderungen in der axialen Ausdehnung des Aufnahmeraums (axiale Höhe) ausreichen, um einen geforderten Volumenstrom des Fluids darzustellen. Dabei sind verschiedene Maßnahmen denkbar, um die radial nach außen verlaufenden Sperrelemen- te des Läufers, welche die Arbeitszellen zueinander abgrenzen, so auszubilden, dass sie axiale Querschnittsveränderungen ausgleichen können. Denkbar ist zum Beispiel eine Ausgestaltung, bei der bewegliche Elemente eingesetzt werden, die je nach Bedarf in axialer Richtung des Läufers ausfahren und wieder einfahren.

Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Sperrelemente besteht darin, diese elastisch auszubilden.

Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn die Sperrelemente mit dem Läufer einstückig aus einem elastischen Material ausgebildet sind. Hierdurch lässt sich ein besonders einfacher Auf- bau der Verdrängerpumpe realisieren.

Die Verdrängerpumpe weist vorzugsweise nur ein bewegliches Teil, nämlich den einstückig mit den Sperrelementen ausgebildeten Läufer, auf.

Die erfmdungsgemäße Verdrängerpumpe lässt sich kostengünstig herstellen, da enge Toleranzen, wie dies beispielsweise bei Außenzahnradpumpen und Innenzahnradpumpen der Fall ist, nicht erforderlich sind. Da die große Grundfläche der Arbeitszellen genutzt werden kann, kann die axiale Baulänge der Verdrängerpumpe gering sein.

Möglich ist auch die Anordnung vieler Arbeitszellen, wodurch eine Gleichmäßigkeit des Vo- lumenstroms erreicht wird.

Die erfindungsgemäße axiale Querschnittsveränderung lässt sich in besonders einfacher Weise dadurch erreichen, dass in dem mit der Zuleitung korrespondierenden Saugbereich der Verdrängerpumpe wenigstens eine der Stirnwände mit einer Vertiefung versehen ist. In einer Ausgestaltung der Erfindung können auch beide Zwischenwände mit einer Vertiefung versehen sein. Vorteilhaft ist es dabei, wenn sich die Vertiefung radial aus Richtung der Drehachse des Läufers nach außen hin vergrößert. Die Vergrößerung der Vertiefung erfolgt vorzugsweise konstant, so dass sich die Sperrelemente einfach daran anpassen können.

Von Vorteil ist es ferner, wenn sich die axiale Ausdehnung bzw. die Vertiefung, ausgehend von dem Saugbereich in Richtung auf den zugeordneten Druckbereich, verkleinert bzw. geringer wird bzw. vollständig verschwindet, sobald der Druckbereich erreicht wird. Dadurch wird in einfacher Weise ein Druckanstieg erzeugt, so dass das zu fördernde Fluid, z. B. ein Kraftstoff, aus der Arbeitszelle abgeleitet werden kann, wenn der Druckbereich bzw. die Ab- leitung erreicht ist.

Die erfindungsgemäße Lösung eignet sich für alle Arten von Verdrängerpumpen. In besonderer Weise eignet sich die erfindungsgemäße Verdrängerpumpe zur Förderung von Kraftstoff zu einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs.

Die erfindungsgemäße Verdrängerpumpe kann sowohl einhubig, als auch zwei- oder mehrhu- big ausgebildet sein. In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass eine Stirnwand einstückig mit dem Gehäuse ausgebildet ist. Somit lässt sich durch eine Veränderung der Tiefe der Gehäusebohrung (axiale Ausdehnung) in einfacher, schneller und kostengünstiger Weise die erfindungsgemäße Lösung realisieren.

Von Vorteil ist es, wenn eine der Stirnwände als Pumpendeckel ausgebildet ist.

Nachfolgend ist anhand der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel der Erfindung prinzipmäßig dargestellt.

Kurzbeschreibung der Zeichnung

Es zeigen:

Figur 1 eine vereinfachte Darstellung eines Querschnitts durch eine zweihubige

Verdrängerpumpe mit einem Gehäuse und einem Läufer; Figur 2 einen Schnitt gemäß der Linie H-II der Fig. 1 ohne Läufer; Figur 3 einen Schnitt gemäß der Linie HI-III der Fig. 1 ohne Läufer; und

Figur 4 einen Schnitt gemäß der Linie IV-IV der Fig. 1.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

In Fig. 1 ist ein Querschnitt durch eine Verdrängerpumpe dargestellt, welche einen Läufer 1 aufweist, der in einem Gehäuse 2 drehbar gelagert ist. Das Gehäuse 2 umgibt den Läufer 1 dabei radial. Vorgesehen sind - wie aus einer Zusammenschau mit den Figuren 2 und 3 ersichtlich ist - zwei Stirnwände 3, 4, welche stirnseitig an den Läufer 1 angrenzen, so dass ein Aufnahmeraum 5 für den Läufer 1 ausgebildet ist.

Im Ausführungsbeispiel ist die Stirnwand 3 einstückig mit dem Gehäuse 2 ausgebildet. Die Stirnwand 4 stellt im Ausführungsbeispiel einen Teil eines Pumpendeckel dar. Der Aufnah- meraum 5 wird dadurch gebildet, dass das Gehäuse 2 mit einer entsprechend tiefen Bohrung zur Aufnahme des Läufers 1 versehen ist. Die Stirnwände 3, 4 weisen mit Ausnahme der durch die erfmdungsgemäße Lösung bedingten Ausgestaltung plane Flächen auf, welche stirnseitig an den Läufer 1 angrenzen.

Der Läufer 1 kann sich in bekannter Weise innerhalb des Gehäuses 2 drehen. Der Läufer 1 weist im Ausführungsbeispiel eine Mehrzahl von Sperrelementen 7 auf, welche sich sternförmig bzw. radial aus Richtung einer Drehachse 6 des Läufers 1 nach außen erstrecken. Durch die Sperrelemente 7 werden gemeinsam mit dem Gehäuse 2 (und der integrierten Stirnwand 3) sowie der Stirnwand 4 Arbeitszellen 8 zur Förderung eines Fluids ausgebildet. Durch die Sperrelemente 7 werden die Arbeitszellen 8 voneinander abgetrennt und abgedichtet. Die Montage der Verdrängerpumpe erfolgt derart, dass die Sperrelemente 7 in Form von Trennwänden dicht mit den Flächen der Stirnwände 3, 4 abschließen.

Zur Erzeugung eines möglichst gleichmäßigen Volumenstroms sind eine Vielzahl von Sperr- elementen 7 vorgesehen, wodurch eine entsprechende Anzahl von Arbeitszellen 8 ausgebildet wird. Aus einer Zusammenschau der Figuren 1 bis 3 ist ersichtlich, dass sich die axiale Ausdehnung ausgehend von dem mit der Zuleitung 9 korrespondierenden Saubereich in Richtung auf den mit der zugeordneten Ableitung 10 korrespondierenden Druckbereich verkleinert. Im Ausführungsbeispiel wird eine Veränderung der axialen Ausdehnung des Aufnahmeraums 5 in den Saugbereichen, in welche die Zuleitungen 9 münden, dadurch erzielt, dass in der durch das Gehäuse 2 gebildeten Stirnwand 3 jeweils eine entsprechende Vertiefung 11 eingebracht ist. Die Vertiefung 11 grenzt an den zugeordneten Saugbereich an. Die Tiefe der Bohrung in dem Gehäuse 2, durch welche der Aufnahmeraum 5 gebildet wird, ist somit über den Umfang nicht konstant. Dies ist aus den Figuren 2 und 3, welche die Schnittdarstellungen II-II und III- III der Fig. 1 zeigen, ersichtlich. Durch die Vertiefungen 11 entsteht in einer abgeschlossenen Arbeitszelle 8, die sich in Richtung verengendem Gehäusequerschnitt bewegt (Pfeile A) ein Druckanstieg, wodurch das zu fördernde Fluid, vorzugsweise ein Kraftstoff, aus der Arbeits- zelle 8 in die Ableitung 10 abgeleitet werden kann. Umgekehrt entsteht bei der Bewegung einer abgeschlossenen Arbeitszelle 8 in Richtung vergrößertem Gehäusequerschnitt (Pfeile B) bzw. Vertiefung 11 ein Unterdruck und Kraftstoff kann über eine der beiden Zuleitungen 9 angesaugt werden.

Im Ausführungsbeispiel kann vorgesehen sein, dass, wie in Fig. 2 und Fig. 3 dargestellt, die axiale Höhe, d. h. die Tiefe der Gehäusebohrung, im Druckbereich "h" beträgt, während die maximale Tiefe der Gehäusebohrung im Saugbereich "h+x" beträgt, wobei x die maximale zusätzliche Vertiefung 11 darstellt. Im Ausführungsbeispiel ist für "h" ein Wert von 8 bis 12 mm, vorzugsweise 10 mm, vorgesehen und für "x" ein Wert von 0,8 bis 1,2 mm, vorzugswei- se 1 mm.

Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, verläuft die Vertiefung 11 im Ausführungsbeispiel derart, dass sich diese radial aus Richtung der Drehachse 6 nach außen erstreckt und sich dabei vergrößert. Um einen vorteilhaften Druckanstieg in einer geschlossenen Arbeitszelle 8 zu gewähr- leisten, ist vorgesehen, dass sich die Vertiefung 11, ausgehend von einem Saugbereich in Richtung auf einen zugeordneten Druckbereich kontinuierlich verkleinert. Im Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass im Druckbereich keine Vertiefung 11 vorhanden ist.

Im Ausführungsbeispiel sind die Sperrelemente 7 gemäß Fig. 4 ausgestaltet. Erfmdungsge- maß ist vorgesehen, dass die Sperrelemente 7 so ausgebildet sind, dass diese die axialen Querschnittsveränderungen des Aufnahmeraums 5 und somit die Vertiefungen 11 ausgleichen können. Im Ausführungsbeispiel ist hierzu eine elastische Ausgestaltung der Sperrelemente 7 vorgesehen. Vorgesehen ist des weiteren, dass die Sperrelemente 7 einstückig mit dem Läufer 1 ausgebildet sind. Als Material hierfür kann vorzugsweise ein Kunststoff verwendet werden, der somit eine kostengünstige Herstellung ermöglicht.

Wie aus Fig. 4 ersichtlich ist, weisen die im Ausführungsbeispiel vorgesehenen Sperrelemente 7 ein zentrales Mittelteil 12 auf, welches sich in Laufrichtung des Läufers 1 erstreckt. Das Mittelteil 12 ist dabei in Form eines Steges ausgebildet. Das Mittelteil 12 ist so angeordnet, dass dieses in axialer Richtung betrachtet, in etwa in der Mitte der Tiefe der Bohrung (inklusive der Vertiefungen 11) im Gehäuse 2 verläuft.

Von dem Mittelteil 12 erstrecken sich zwei Flügelteile 13 in Richtung auf die jeweils angrenzenden Stirnwände 3, 4. Die Flügelteile 13 verlaufen dabei in Drehrichtung des Läufers 1 betrachtet, von ihrer Verbindungsstelle mit dem Mittelteil 12 winklig nach hinten. Der Winkel kann dabei beispielsweise 10° bis 80°, vorzugsweise 45°, zu dem Mittelteil 12 betragen. Eine derartige winklige Anordnung der Flügelteile 13 unterstützt die elastischen Eigenschaften des Kunststoffs und ermöglicht ein vorteilhaftes Ein- bzw. Ausfedern der Flügelteile 13, damit sich diese an die axialen Querschnittsveränderungen des Aufnahmeraums 5 anpassen können. Im Ausführungsbeispiel ist eine symmetrische Anordnung der Flügelteile 13 zu dem Mittelteil 12 vorgesehen.

Fig. 4 zeigt schematisch zwei Sperrelemente 7 mit einer dazwischen ausgebildeten Arbeitszelle 8.

Die erfmdungsgemäße Lösung eignet sich in besonderer Weise für Verdrängerpumpen zur Förderung von Kraftstoff, ist hierauf jedoch nicht beschränkt.

Claims

Patentansprüche

1. Verdrängerpumpe, insbesondere zur Förderung von Kraftstoff, mit einem Läufer, welcher in einem Gehäuse gelagert ist, welches den Läufer wenigstens radial umgibt, wobei zwei Stirnwände vorgesehen sind, welche stirnseitig an den Läufern angrenzen, so dass ein Aufnahmeraum für den Läufer ausgebildet ist, wobei wenigstens eine Zu- und eine Ableitung zu dem Aufnahmeraum vorgesehen ist, und wobei der Läufer mit einer Mehrzahl von Sperrelementen versehen ist, die sich radial aus Richtung einer Drehachse des Läufers nach außen erstrecken, wobei die Sperrelemente gemeinsam mit den Stirn- wänden und dem Gehäuse eine Mehrzahl zueinander abgegrenzter Arbeitszellen zur

Förderung eines Fluids ausbilden, dadurch gekennzeichnet, dass sich die axiale Ausdehnung des Aufnahmeraums (5) ausgehend von dem mit der Zuleitung (9) korrespondierenden Saugbereich in Richtung auf den mit der zugeordneten Ableitung (10) korrespondierenden Druckbereich verkleinert und die Sperrelemente (7) derart ausgebildet sind, dass diese die axialen Querschnittsveränderungen des Aufnahmeraums (5) ausgleichen können.

2. Verdrängerpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sperrelemente (7) aus einem elastischen Material gebildet sind.

3. Verdrängerpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sperrelemente (7) mit dem Läufer (1) einstückig ausgebildet sind.

4. Verdrängerpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sperrelemente (7) zum Ausgleich der axialen Querschnittsveränderung beweglich angeordnet sind.

5. Verdrängerpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Ausdehnung des Aufnahmeraums (5) in dem mit der Zuleitung (9) korrespondie- renden Saugbereich dadurch vergrößert ist, dass wenigstens eine der Stirnwände (3,4) angrenzend an den Saugbereich eine Vertiefung (11) aufweist.

6. Verdrängerpumpe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Vertiefung (11) aus Richtung der Drehachse (6) des Läufers (1) radial nach außen erstreckt und sich konstant vergrößert.

7. Verdrängerpumpe nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Vertiefung (11) ausgehend von dem mit der Zuleitung (9) korrespondierenden Saugbereich in Richtung auf den mit der Ableitung (10) korrespondierenden Druckbereich verringert.

8. Verdrängerpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Sperrelemente (7) ein sich in Laufrichtung erstreckendes Mittelteil (12) aufweisen, von welchem sich zu beiden Seiten in Laufrichtung nach hinten abgewinkelt ein Flügelteil

(13) erstreckt, welches zur Abdichtung der Arbeitszellen (8) an einer zugeordneten Stirnwand (3,4) anliegt.

9. Verdrängerpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ei- ne Stirnwand (3) einstückig mit dem Gehäuse (2) ausgebildet ist.

10. Verdrängerpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch eine wenigstens zweihubige Ausgestaltung.