DE10026490A1

DE10026490A1 - Förderaggregat für Kraftstoff

Info

Publication number: DE10026490A1
Application number: DE10026490A
Authority: DE
Inventors: Mathias Rollwage; Albert Gerhard; Jochen Rose; Erich Eiler
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2000-05-27
Filing date: 2000-05-27
Publication date: 2001-11-29
Also published as: FR2809457A1; US20020001520A1; US6527507B2; JP2002005066A

Abstract

Das Förderaggregat weist eine als Seitenkanalpumpe ausgebildete Förderpumpe (10) auf, die ein in einer Pumpenkammer (16) angeordnetes Laufrad (18) aufweist und einen das Laufrad (18) antreibenden bürstenlosen Elektromotor (12). Das Laufrad (18) weist an einer Stirnseite einen Kranz von Schaufeln (20) mit dazwischenliegenden Schaufelkammern (22) auf, wobei diesem ein teilringförmiger Seitenkanal (26) gegenüberliegt. In den Seitenkanal (26) mündet ein Einlaß (28) und in Umlaufrichtung (19) des Laufrads (18) zu diesem versetzt ein Auslaß (30). Der Einlaß (28) und der Auslaß (30) des Seitenkanals (26) sind auf derselben Stirnseite des Laufrads (18) angeordnet. Am Laufrad (18) sind an seiner den Schaufeln (20) gegenüberliegenden Stirnseiten zumindest annähernd spiegelbildlich zu den Schaufelkammern (22) Ausnehmungen (34) ausgebildet, die mit den Schaufelkammern (22) durch Öffnungen (36) im Laufrad (18) verbunden sind. Beim Betrieb des Förderaggregats wird das Laufrad (18) von dem geförderten Kraftstoff nicht durchströmt und durch die Ausnehmungen (34) wird die infolge des Druckaufbaus im Seitenkanal (26) auf das Laufrad (18) in Richtung von dessen Drehachse (17) wirkende Kraft zumindest teilweise kompensiert.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Förderaggregat für Kraftstoff nach der Gattung des Anspruchs 1.

Ein solches Förderaggregat ist durch die DE 197 25 941 A1 bekannt. Dieses Förderaggregat weist eine als Seitenkanalpumpe ausgebildete Förderpumpe auf, die eine in einem Gehäuse ausgebildete Pumpenkammer und ein in der Pumpenkammer angeordnetes, umlaufend angetriebenes Laufrad aufweist. Für den Antrieb der Pumpe ist ein bürstenloser Elektromotor vorgesehen, der eine Satorwicklung und einen Rotor mit Permanentmagneten aufweist sowie diese wechselweise aufnehmenden Stator und Rotor, wobei Laufrad und Rotor in einem Teil realisiert sind. Die Förderpumpe ist einstufig ausgebildet, wobei das Laufrad an seinen beiden Stirnseiten jeweils einen Kranz von Schaufeln mit dazwischenliegenden Schaufelkammern aufweist. Den Schaufelkränzen des Laufrads gegenüberliegend sind im Gehäuse zwei ringförmige Förderkanäle ausgebildet, in die jeweils ein Einlaß und in Umlaufrichtung des Laufrads zu diesem versetzt ein Auslaß münden. Die Schaufelkammern der Schaufelkränze der beiden Stirnseiten des Laufrads sind miteinander verbunden, so daß während des Betriebs der Förderpumpe das Laufrad von dem geförderten Kraftstoff durchströmt wird. Da Laufrad und Rotor in einem Teil realisiert sind, muß das Laufrad eine vom Rotor bestimmte Dicke in Richtung seiner Drehachse aufweisen, wobei dadurch jedoch bei der Durchströmung des Laufrads die Zirkulationsströmung des geförderten Kraftstoffs erheblich gestört wird.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Förderaggregat mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß das Laufrad nicht durchströmt wird, da dieses für jede Pumpenstufe nur an einer Stirnseite einen Kranz mit Schaufeln aufweist, dem im Gehäuse ein Förderkanal gegenüberliegt. Durch die auf der dem Schaufelkranz gegenüberliegenden Stirnseite des Laufrads angeordneten Ausnehmungen wird zumindest teilweise ein Ausgleich der durch den Druckaufbau im Förderkanal bewirkten axial gerichteten Kraft auf das Laufrad erreicht, indem jede dieser Ausnehmungen durch die Öffnung mit der gegenüberliegenden Schaufelkammer verbunden ist. Eine Kraftstofförderung erfolgt hierbei auf der dem Schaufelkranz gegenüberliegenden Stirnseite des Laufrads nicht.

In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Förderaggregats angegeben.

Zeichnung

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 ein Förderaggregat in einem Teilschnitt gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, Fig. 2 einen in Fig. 1 mit 11 bezeichneten Ausschnitt des Förderaggregats in vergrößerter Darstellung, Fig. 3 das Förderaggregat in einem Querschnitt entlang Linie III-III in Fig. 1, Fig. 4 das Förderaggregat gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel und Fig. 5 einen in Fig. 4 mit V bezeichneten Ausschnitt des Förderaggregats in vergrößerter Darstellung.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In den Fig. 1 bis 5 ist ein Förderaggregat dargestellt, das zum Fördern von Kraftstoff aus einem Vorratsbehälter zu einer Brennkraftmaschine 8 eines Kraftfahrzeugs dient. Üblicherweise wird das Förderaggregat in Verbindung mit anderen Bauteilen, wie einem Speichertopf, einem oder mehreren Filterelementen sowie gegebenenfalls weiteren Bauteilen, als sogenannte Tankeinbaueinheit im Kraftstoffvorratsbehälter oder Kraftstofftank des Kraftfahrzeugs angeordnet. Das Förderaggregat weist eine als Seitenkanalpumpe ausgebildete Förderpumpe 10 und einen die Förderpumpe 10 antreibenden Elektromotor 12 auf. Die Förderpumpe 10 und der Elektromotor 12 sind in einem gemeinsamen Gehäuse 14 aufgenommen. Im Gehäuse 14 ist eine Pumpenkammer 16 gebildet, die in Richtung der Drehachse des Förderglieds der Förderpumpe 10 von zwei sich radial erstreckenden, voneinander in axialer Richtung beabstandeten Seitenwänden 161, 162 und in Umfangsrichtung von einer die beiden Seitenwände 161, 162 längs deren kreisförmigen Peripherie miteinander verbindende Peripherwand 163 begrenzt ist. In der Pumpenkammer 16 ist als Förderglied der Förderpumpe 10 ein Laufrad 18 angeordnet, das auf einer Welle oder Achse gelagert ist und das um eine Drehachse 17 rotierend angetrieben wird. Die Umlaufrichtung des Laufrads 18 ist mit 19 bezeichnet.

In den Fig. 1 bis 3 ist das Förderaggregat gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem die Förderpumpe 10 nur eine Pumpenstufe aufweist. Das Laufrad 18 weist dabei wie in Fig. 3 dargestellt an einer Stirnseite einen Kranz von in Umfangsrichtung zueinander versetzten Schaufeln 20 auf, zwischen denen Schaufelkammern 22 gebildet sind. Die Schaufeln 20 können etwa radial angeordnet sein oder bei Betrachtung senkrecht zur Drehachse 17 des Laufrads 18 schräggestellt oder gekrümmt und/oder bei Betrachtung in Richtung der Drehachse 17 mit ihren radial äußeren Enden gegenüber ihren radial inneren Enden in Umlaufrichtung 19 des Laufrads 18 vorauseilend. Die Laufradschaufeln 20 sind durch einen Außenring 24 miteinander verbunden. Jeweils zwei benachbarte Schaufeln 20 des Laufrads 18 begrenzen zwischen sich eine Schaufelkammer 22, die radial nach außen durch den Außenring 24 begrenzt ist und die in Richtung der Drehachse 17 des Laufrads 18 offen ist. Das Laufrad 18 liegt mit Spaltabstand den Seitenwänden 161, 162 gegenüber und der Außenring 24 ist mit radialem Abstand zur Peripherwand 163 angeordnet.

In der der Stirnseite des Laufrads 18 mit dem Kranz der Schaufeln 20 gegenüberliegenden Seitenwand 161 der Pumpenkammer 16 ist ein zur Pumpenkammer 16 hin offener, nutartiger Seitenkanal 26 ausgebildet, der sich zumindest annähernd konzentrisch zur Drehachse 17 des Laufrads 18 teilringförmig erstreckt. Der Seitenkanal 26 erstreckt sich über einen Umfangswinkel von beispielsweise etwa 330° von einem Seitenkanalanfang bis zu einem Seitenkanalende, wobei zwischen dem Seitenkanalende und dem Seitenkanalanfang ein Unterbrechersteg verbleibt, um diese voneinander zu trennen. Beim Seitenkanal 26 ist dessen Seitenkanalanfang mit 261 und dessen Seitenkanalende mit 262 bezeichnet. Der Seitenkanal 26 kann einen Querschnitt beispielsweise etwa in Form eines Kreisbogenabschnitts aufweisen. Die Schaufelkammern 22 zwischen den Schaufeln 20 des Laufrads 18 können im Querschnitt beispielsweise ebenfalls etwa in Form eines Kreisbogenabschnitts ausgebildet sein.

Im Bereich des Seitenkanalanfangs 261 mündet eine Einlaßöffnung 28 und im Bereich des Seitenkanalendes 262 mündet eine Auslaßöffnung 30 in den Seitenkanal 26. Die Einlaßöffnung 28 und die Auslaßöffnung 30 sind in der Seitenwand 161 ausgebildet und an diese schließen sich ein Einlaßkanal 29 bzw. ein Auslaßkanal 31 an, die beispielsweise etwa parallel zur Drehachse 17 des Laufrads 18 verlaufen. Die Einlaßöffnung 28 und die Auslaßöffnung 30 sind somit auf derselben Stirnseite des Laufrads 18 angeordnet. An den Einlaßkanal 29 und/oder den Auslaßkanal 31 kann sich an der Seitenwand 161 an deren dem Laufrad 18 abgewandter Außenseite ein Stutzen 32 anschließen, auf den eine Leitung aufgeschoben werden kann.

Auf der dem Kranz der Schaufeln 20 am Laufrad 18 gegenüberliegenden Stirnseite des Laufrads 18 sind dem Schaufelkranz zumindest annähernd spiegelbildlich gegenüberliegend eine Vielzahl von in Umfangsrichtung zueinander beabstandeten Ausnehmungen 34 ausgebildet. Die Ausnehmungen 34 weisen in radialer Richtung bezüglich der Drehachse 17 des Laufrads 18 zumindest annähernd dieselbe Erstreckung s auf wie die Schaufelkammern 22. Die Tiefe t der Ausnehmungen 34 in Richtung der Drehachse 16 betrachtet ist geringer als die Tiefe T der Schaufelkammern 22 in Richtung der Drehachse 16. Die Ausnehmungen 34 sind im Querschnitt beispielsweise etwa rechteckförmig ausgebildet. Die Ausnehmungen 34 sind über Öffnungen 36, beispielsweise in Form von Bohrungen, mit den Schaufelkammern 22 der gegenüberliegenden Stirnseite des Laufrads 18 verbunden. Die Öffnungen 36 weisen einen wesentlich kleineren Querschnitt auf als die Ausnehmungen 34. Die den Ausnehmungen 34 gegenüberliegende Seitenwand 162 ist glatt ausgebildet und weist keinen Seitenkanal auf. Die Fläche der Ausnehmungen 34 in Richtung der Drehachse 17 betrachtet ist zumindest annähernd gleich groß wie die Fläche der gegenüberliegenden Schaufelkammern 22 in Richtung der Drehachse 17 betrachtet.

Der Elektromotor 12 ist als sogenannter Innenpolläufer ausgebildet und weist in bekannter Weise einen Stator 38 und einen Rotor 40 auf, der in das Laufrad 18 integriert ist, so daß das Laufrad 18 und der Rotor 40 in einem Teil realisiert sind. Die Magnetpole des Rotors 40 werden von Permanentmagnetsegmenten 42 gebildet, die auf dem Außenring 24 des Laufrads 18 über dessen Umfang verteilt befestigt sind. Der Stator 38 ist als genutetes Blechpaket 44 ausgebildet und zumindest annähernd koaxial zur Drehachse 17 des Laufrads 18 im Gehäuse 14 so angeordnet, daß die Innenringfläche des Blechpakets 44 die Peripherwand 163 der Pumpenkammer 16 bildet. In den Nuten des Blechpakets 44 ist üblicherweise eine Ankerwicklung 46 angeordnet. Im Falle eines Gleichstromantriebs wird der Elektromotor 12 elektronisch kommutiert. Da das Laufrad 18 Bestandteil des Rotors 40 ist, wird es vorzugsweise aus plastoferritischem Werkstoff hergestellt.

Beim Betrieb des Förderaggregats wird die Förderpumpe 10 durch den Elektromotor 12 angetrieben, wobei das Laufrad 18 in der Pumpenkammer 16 rotiert. Durch den Einlaßkanal 29 und die Einlaßöffnung 28 wird Kraftstoff in den Seitenkanal 26 angesaugt und durch den Kranz der Schaufeln 20 am Laufrad 18 in dessen Umlaufrichtung 19 unter Erhöhung des Drucks zum Ende 262 des Seitenkanals 26 gefördert. Am Ende 262 des Seitenkanals 26 tritt der Kraftstoff durch die Auslaßöffnung 30 und den Auslaßkanal 31 aus und gelangt zur Brennkraftmaschine. Durch die Öffnungen 36 sind die Ausnehmungen 34 im Laufrad 18 auf der den Schaufeln 20 gegenüberliegenden Stirnseite des Laufrads 18 mit den Schaufelkammern 22 verbunden, so daß dort eine Druckänderung in Umlaufrichtung des Laufrads 18 etwa entsprechend dem Druckaufbau in den Schaufelkammern 22 erfolgt. Hierdurch wird die durch den Druckaufbau bewirkte Kraft auf das Laufrad 18 in Richtung von dessen Drehachse 17 zu der Seitenwand 162 hin zumindest teilweise kompensiert, so daß sich im wesentlichen keine oder zumindest nur eine geringe Kraft in Richtung der Drehachse 17 ergibt, mit der das Laufrad 18 gegen die Seitenwand 162 gedrückt wird. Das Laufrad 18 wird von dem geförderten Kraftstoff nicht durchströmt und tritt auf derselben Stirnseite des Laufrads 18 ein und aus. Eine Förderung von Kraftstoff erfolgt auf der den Schaufeln 20 gegenüberliegenden Seite des Laufrads 18 mit den Ausnehmungen 34 nicht, da dort kein Seitenkanal vorhanden ist.

In den Fig. 4 und 5 ist das Förderaggregat gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem die Förderpumpe 10 zwei Pumpenstufen aufweist. Das Laufrad 218 weist für jede der beiden Pumpenstufen an einer seiner Stirnseiten einen Kranz von Schaufeln 220, 320 mit dazwischenliegenden Schaufelkammern 222, 322 auf, wobei die Schaufeln 220 einer ersten Pumpenstufe auf einem kleineren Durchmesser am Laufrad 218 angeordnet sind als die Schaufeln 320 einer zweiten Pumpenstufe. Die Schaufeln 220 der ersten Pumpenstufe sind auf einer Stirnseite des Laufrads 218 ausgebildet und die Schaufeln 320 der zweiten Pumpenstufe sind auf der anderen Stirnseite des Laufrads 218 ausgebildet. Es kann auch eine zweistufige Ausführung der Förderpumpe 10 vorgesehen werden, bei der die Schaufeln beider Pumpenstufen auf derselben Stirnseite des Laufrads 218 ausgebildet sind. Zumindest annähernd spiegelbildlich zu den Schaufelkammern 222 der ersten Pumpenstufe sind auf der gegenüberliegenden Stirnseite des Laufrads 218 über dessen Umfang verteilte Ausnehmungen 234 ausgebildet, die über Öffnungen 236 mit den Schaufelkammern 222 verbunden sind. Zumindest annähernd spiegelbildlich zu den Schaufelkammern 322 der zweiten Pumpenstufe sind auf der gegenüberliegenden Stirnseite des Laufrads 218 über dessen Umfang verteilte Ausnehmungen 334 ausgebildet, die über Öffnungen 336 mit den Schaufelkammern 322 verbunden sind. In der Seitenwand 162 ist dem Kranz der Schaufeln 220 der ersten Pumpenstufe gegenüberliegender nutartiger, teilringförmiger Seitenkanal 226 ausgebildet, an dessen Kanalanfang 261 eine Einlaßöffnung 228 mündet und an dessen Kanalende 262 eine Auslaßöffnung 230 mündet. Die Einlaßöffnung 228 ist mit einem in der Seitenwand 162 verlaufenden Einlaßkanal 229 verbunden und die Auslaßöffnung 230 ist mit einem in der Seitenwand 162 verlaufenden Auslaßkanal 231 verbunden. In der Seitenwand 161 ist dem Kranz der Schaufeln 320 der zweiten Pumpenstufe gegenüberliegender nutartiger, teilringförmiger Seitenkanal 326 ausgebildet, an dessen Kanalanfang 361 eine Einlaßöffnung 328 mündet und an dessen Kanalende 362 eine Auslaßöffnung 330 mündet. Die Einlaßöffnung 328 ist mit einem in der Seitenwand 161 verlaufenden Einlaßkanal 329 verbunden und die Auslaßöffnung 330 ist mit einem in der Seitenwand 161 verlaufenden Auslaßkanal 331 verbunden. Die Seitenkanalanfänge 261, 361 und die Seitenkanalenden 262, 362 der Seitenkanäle 226, 326 können etwa im selben Umfangsbereich angeordnet sein oder in Umfangsrichtung zueinander versetzt, wobei die Ein- und Auslaßöffnungen entsprechend angeordnet sind.

Durch die den jeweiligen Kränzen der Schaufeln 220, 320 mit den dazwischenliegenden Schaufelkammern 222, 322 gegenüberliegenden Ausnehmungen 234, 334 und deren Verbindungen über die Öffnungen 236, 336 werden die auf das Laufrad 218 infolge des Druckaufbaus in den Seitenkanälen 226, 326 wirkenden Kräfte in Richtung der Drehachse 17 des Laufrads 218 zumindest teilweise ausgeglichen, so daß auf dieses zumindest annähernd keine resultierenden Kräfte und Momente wirken. Es ist dabei für jede Pumpenstufe nur an einer Stirnseite des Laufrads 218 ein Kranz der Schaufeln 220, 320 und in der gegenüberliegenden Seitenwand 161, 162 ein Seitenkanal 226, 326 vorgesehen.

Das Förderaggregat gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel kann beispielsweise in einem in einem Vorratstank des Kraftfahrzeugs angeordneten Speicherbehälter 50 angeordnet sein. Der Einlaßkanal 229 der ersten Pumpenstufe mündet dabei in den Vorratstank, so daß durch diese Kraftstoff aus dem Vorratstank angesaugt wird. Der Auslaßkanal 231 der ersten Pumpenstufe mündet in den Speicherbehälter 50, so daß der von dieser geförderte Kraftstoff in den Speicherbehälter 50 gelangt. Der Einlaßkanal 329 der zweiten Pumpenstufe mündet in den Speicherbehälter 50, so daß durch diese Kraftstoff aus dem Speicherbehälter 50 angesaugt wird. Der Auslaßkanal 331 der zweiten Pumpenstufe mündet an einem Stutzen 32, an den eine zur Brennkraftmaschine 8 führende Leitung angeschlossen ist, so daß durch die zweite Pumpenstufe Kraftstoff aus dem Speicherbehälter 50 zur Brennkraftmaschine 8 gefördert wird.

Claims

1. Förderaggregat für Kraftstoff mit einer als Seitenkanalpumpe ausgebildeten Förderpumpe (10), die eine in einem Gehäuse (14) ausgebildete Pumpenkammer (16) und ein in der Pumpenkammer (16) angeordnetes Laufrad (18; 218) aufweist, mit einem das Laufrad (18; 218) antreibenden bürstenlosen Elektromotor (12), der einen Sator (38) und einen Rotor (40) aufweist, wobei der Rotor (40) und das Laufrad (18; 218) in einem Teil realisiert sind, wobei die Förderpumpe (10) wenigstens eine Pumpenstufe aufweist, mit einem Kranz von Schaufeln (20; 220, 320) mit dazwischenliegenden Schaufelkammern (22; 222, 322) an wenigstens einer Stirnseite des Laufrads (18; 218) und einem diesen gegenüberliegenden teilringförmigen Seitenkanal (26; 226, 326) im Gehäuse (14), wobei in den Seitenkanal (26; 226, 326) ein Einlaß (28; 228, 328) und in Umlaufrichtung (19) des Laufrads (18; 218) zu diesem versetzt ein Auslaß (30; 230, 330) münden, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens eine Pumpenstufe der Förderpumpe (10) nur an einer Stirnseite des Laufrads (18; 218) einen Kranz von Schaufeln (20; 220, 320) und diesen gegenüberliegend einen Seitenkanal (26; 226, 326) im Gehäuse (14) aufweist, daß der Einlaß (28; 228, 328) und der Auslaß (30; 230, 330) des Seitenkanals (26; 226, 326) auf derselben Stirnseite des Laufrads (18; 218) angeordnet sind und daß am Laufrad (18; 218) an seiner den Schaufeln (20; 220, 320) gegenüberliegenden Stirnseite zumindest annähernd spiegelbildlich zu den Schaufelkammern (22; 222, 322) Ausnehmungen (34; 234, 334) ausgebildet sind, die mit den Schaufelkammern (22; 222, 322) durch Öffnungen (38; 238, 338) im Laufrad (18; 218) verbunden sind.

2. Förderaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Förderpumpe (10) zweistufig ausgebildet ist, daß die Kränze von Schaufeln (220, 320) mit dazwischenliegenden Schaufelkammern (222, 322) für die beiden Pumpenstufen in radialer Richtung bezüglich der Drehachse (17) des Laufrads (218) zueinander versetzt ausgebildet sind, wobei diesen jeweils ein Seitenkanal (226, 326) im Gehäuse (14) gegenüberliegt, und daß zumindest annähernd spiegelbildlich zu den Schaufelkammern (222, 322) der beiden Kränzen von Schaufeln (220, 320) jeweils an der gegenüberliegenden Stirnseite des Laufrads (218) in diesem Ausnehmungen (234, 334) ausgebildet sind, die mit den gegenüberliegenden Schaufelkammern (222, 322) durch Öffnungen (236, 336) im Laufrad (218) verbunden sind.

3. Förderaggregat nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kränze von Schaufeln (220, 320) mit dazwischenliegenden Schaufelkammern (222, 322) für die beiden Pumpenstufen an gegenüberliegenden Stirnseiten des Laufrads (218) ausgebildet sind.

4. Förderaggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Erstreckung (s) der Ausnehmungen (34; 234, 334) in radialer Richtung bezüglich der Drehachse (17) des Laufrads (18; 218) zumindest annähernd gleich groß ist wie die Erstreckung der Schaufelkammern (22; 222, 322) in dieser Richtung.

5. Förderaggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefe (t) der Ausnehmungen (34; 234, 334) in Richtung der Drehachse (17) des Laufrads (18; 218) geringer ist als die Tiefe (T) der Schaufelkammern (22; 222, 322) in dieser Richtung.

6. Förderaggregat nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Fläche der Ausnehmungen (34; 234, 334) in Richtung der Drehachse (17) des Laufrads (18; 218) betrachtet zumindest annähernd gleich groß ist wie die Fläche der gegenüberliegenden Schaufelkammern (22; 222, 322) in Richtung der Drehachse (17) betrachtet.