DE4341564A1

DE4341564A1 - Aggregat zum Fördern von Kraftstoff aus einem Vorratstank zur Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges

Info

Publication number: DE4341564A1
Application number: DE4341564A
Authority: DE
Inventors: Willi Strohl; Rainer Dipl Ing Lust
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1993-12-07
Filing date: 1993-12-07
Publication date: 1995-06-08
Also published as: FR2713714B1; FR2713714A1; ITMI942345A1; ITMI942345A0; JPH07189978A; IT1275672B1; US5545017A

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht von einem Aggregat zum Fördern von Kraftstoff aus einem Vorratstank zur Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges nach der Gattung des Patentanspruchs 1 aus. Bei einem aus der DE-OS 3 30 35 709 bekannten Förderaggregat dieser Art ist ein elek trischer Antriebsmotor und eine von diesem rotierend angetriebene Förderpumpe in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet, das ansaugsei tig über einen Ansaugstutzen mit dem Vorratstank und druckseitig über einen Druckstutzen mit einer Förderleitung zur Brennkraftma schine eines Kraftfahrzeuges verbunden ist. Dabei ist der elektri sche Antriebsmotor dort als Axialfeldmotor ausgebildet, mit einem auf einer gehäusefesten Achse geführten scheibenförmigen Rotorteil, das mit axial zu diesem, kreisförmig um die Drehachse des Rotorteils angeordneten Permanentmagneten zusammenwirkt. Die Drehbewegung des Rotorteiles wird dabei auf ein als Förderglied der Förderpumpe aus gebildetes, ebenfalls auf der gehäusefesten Achse geführtes Laufrad übertragen, das den Kraftstoff über den Ansaugstutzen in eine Pump kammer ansaugt, beschleunigt und mit erhöhtem Druck dem Druckstutzen zuführt. Um dabei die Abmessungen des Förderaggregates in axialer Richtung des elektrischen Antriebs motor und der Förderpumpe möglichst kurz ausführen zu können, weisen Rotorteil und Laufrad nur einen geringen axialen Abstand zueinander auf bzw. liegen wie in den Fig. 9 bis 12 der genannten Offenle gungsschrift dargestellt in einer gemeinsamen radialen Grenzebene. Dabei sind dort das Rotorteil des Axialfeldmotors und das Laufrad der Förderpumpe als gemeinsames scheibenförmiges Bauteil ausgeführt, wobei auf der Stirnseite des Rotorteiles und der angrenzenden Pum penkammerbegrenzungswand evolventenförmig gekrümmt verlaufende För derrippen angeordnet sind, die den Kraftstoff während der Drehbewe gung des Rotors unter Erhöhung seines Druckes von einem radial inne ren in einen radial äußeren Raum fördern. Die Förderrippen werden dabei durch auf den Rotor aufgebrachte Leiterbahnen gebildet, die über einen Kommutator wechselseitig mit entgegengesetztem elektri schen Potential bestromt werden. Dieser Kommutator ist dabei als Scheibenkommutator ausgebildet, der durch den radial inneren Teil des Rotors gebildet wird und an dessen einer Stirnseite zwei mit un terschiedlichem elektrischen Potential beaufschlagte Kommutatorbür sten mittels Federkraft in axialer Anlage gehalten werden. Dabei hat das bekannte Förderaggregat jedoch den Nachteil, daß es durch die evolventenförmigen Förderrippen am Rotorteil und an den stirnseitigen Kammerwänden einen relativ komplizierten Aufbau auf weist, was einen hohen Fertigungsaufwand zur Folge hat. Zudem er reicht die Förderpumpe erst bei hohen Drehzahlen, die mit einer ho hen Geräuschemission verbunden sind, einen guten Wirkungsgrad, so daß sie den derzeitigen Anforderungen an ein Förderaggregat für eine Brennkraftmaschine nicht genügt.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Aggregat zum Fördern von Kraftstoff aus einem Vorratstank zur Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, daß durch die Ausbildung der Förderpumpe als Peri pheralpumpe bereits bei kleinen Drehzahlen des das Rotorteil aufneh menden Laufrades ein hoher Pumpenwirkungsgrad erreicht wird, wobei dieses langsame Drehen dabei mit einer geringen Geräuschentwicklung verbunden ist, so daß das Förderaggregat zur Senkung der gesamten Geräuschemission des Kraftfahrzeuges beiträgt.

Dabei weist das erfindungsgemäße Förderaggregat gegenüber dem be kannten Aggregat einen konstruktiv einfachen Aufbau auf, so daß der Fertigungsaufwand gegenüber diesem geringer ist.

Durch die Ausbildung des Kommutators als Trommelkommutator mit radi al am Kommutator anliegenden Kommutatorbürsten kann in vorteilhafter Weise trotz einer sehr platzsparenden Anordnung des Kommutators in axialer Richtung, eine große Verschleißlänge an den Kommutatorseg menten erreicht werden. Dabei ist es bei entsprechender Formgebung der Permanentmagneten bzw. deren einseitiger Anordnung auf der dem Kommutator abgewandten Stirnseite des Laufrades möglich, den die Trommelkommutatorsegmente tragenden Zapfen derart kurz auszuführen, daß die Kommutatorsegmente direkt bis an die Stirnseite des das Ro torteil aufnehmenden Laufrades führen, so daß das gesamte Förderag gregat noch flacher ausgeführt werden kann und somit auch in sehr flache Kraftstofftanks eingesetzt werden kann.

Zu dieser sehr flachen und kompakten Bauweise des Förderaggregates trägt dabei die Integrierung eines Kraftstoffilters in das Gehäuse bei, wozu dieses in vorteilhafter Weise ebenfalls scheibenförmige, sich über den Durchmesser des Laufrades erstreckende Filter einen das Gehäuse auf seiner einen Stirnseite verschließenden Gehäusedeckel bildet. Somit ist es bei einem sehr großen Durchtrittsquerschnitt für den Kraftstoff möglich, das Kraftstoffil ter ohne zusätzlichen Bauraum zu beanspruchen, in das Förderaggregat zu integrieren, wobei dadurch zudem auf einen zusätzlichen Gehäuse deckel verzichtet werden kann.

Um eine weitere Vereinfachung des Laufrades mit dem darin integrier ten Rotorteil zu erreichen, ist es auch möglich, diesen als einfache Spule auszuführen und die Elemente des gehäusefesten Stators wech selseitig zu bestromen, so daß dann der am Laufrad angeordnete Kom mutator entfallen könnte, was den axialen Bauraum des Aggregates noch einmal verringern würde, wobei die Statorelemente dann elektro nisch kommutiert werden.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes der Erfindung sind der Zeichnung, der Beschreibung und den Ansprü chen entnehmbar.

Zeichnung

Zwei Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Aggregates 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 eine schematische Darstellung der Anordnung des Förderaggregats in einem Vorratstank einer Brennkraftmaschine, die Fig. 2 ein erstes Ausführungsbeispiel des Förderaggregates im Längsschnitt, bei dem die Schaufeln des Laufrades radial außerhalb des Rotorteiles angeordnet sind, die Fig. 3 einen vereinfachten Schnitt durch das Laufrad der Fig. 2 mit einer angedeuteten Lage der Permanentmagneten, die Fig. 4 ein zweites Ausführungsbeispiel des Förderaggregates im Längsschnitt, bei dem die Schaufeln des Laufrades radial innerhalb des Rotorteiles angeordnet sind und die Fig. 5 analog zur Fig. 3 einen vereinfachten Schnitt durch das Laufrad des in der Fig. 4 dargestellten Förderaggregates.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Bei der in der Fig. 1 dargestellten Anordnung ist ein in einen Kraftstoffvorratstank 1 eingesetztes Förderaggregat 3 druckseitig über eine Förderleitung 5 mit einer Brennkraftmaschine 7 eines Kraftfahrzeuges verbunden und versorgt diese während ihres Betriebs mit Kraftstoff.

Das in der Fig. 2 gezeigte erste Ausführungsbeispiel des erfin dungsgemäßen Förderaggregats 3 wird aus einem in einem gemeinsamen zylindrischen Gehäuse 8 angeordneten elektrischen Axialfeldmotor 9 und einer von diesem angetriebenen Peripheralpumpe 11 gebildet. Das Förderaggregat 3 weist dabei ein auf einer gehäusefesten Achse 13 geführtes Laufrad 15 auf, das in einer zylindrischen Pumpkammer 17 umläuft. Dabei sind auf dem in der Fig. 3 in einem stark verein fachten Schnitt dargestellten Laufrad 15 sowohl ein Rotorteil 19 des Axialfeldmotors 9, als auch Förderelemente der Peripheralpumpe 11 angeordnet. Das scheibenförmige Laufrad 15 weist dazu an seinen axi alen Stirnseiten flach ausgeführte radial auswärts weisende Rotor wicklungen 21 auf, die durch in der Scheibenfläche liegende Wick lungsbahnen gebildet werden, die beim Bestromen ein axiales Feld aufbauen und die mit einem nicht elektrisch leitenden, kraftstoffre sistenten Material umspritzt sind, so daß die einzelnen Rotorwick lungen 21 gegeneinander abgegrenzt sind. Radial an diesem die Rotor wicklungen 21 aufnehmenden Rotorteil 19 nach außen gerichtet angren zend ist ein Kranz von in Umfangsrichtung des Laufrades 15 mit Ab stand zueinander angeordneten Schaufeln 23 am Laufrad 15 angeordnet, die die Förderelemente der Peripheralpumpe 11 bilden und die im Aus führungsbeispiel in radial auswärts weisender Richtung in einen das Laufrad 15 umschließenden Ring 24 übergehen.

Desweiteren sind innerhalb des Gehäuses 8, kreisförmig um die Dreh achse des Laufrades 15 in Höhe der Rotorwicklungen 21 Permanentmagneten 25 mit axial weisendem Magnetfeld beidseitig des Laufrades 15 derart angeordnet, daß jeweils die aneinandergrenzenden und gegenüberliegenden Magneten ein entgegengesetztes Potential auf weisen. Diese auch in der Fig. 3 angedeuteten Permanentmagneten 25 werden in radial auswärts weisender Richtung jeweils von einem scheibenförmigen Grundkörper 27 im Gehäuse 8 begrenzt, in dessen dem Laufrad 15 zugewandter, die Pumpkammer 17 begrenzender Stirnseite jeweils in Höhe der Schaufeln 23 ein teilringförmig um die Drehachse des Laufrades 15 verlaufender zum Laufrad 15 offener Förderkanal 29 vorgesehen ist. Dieser Förderkanal 29 führt dabei von einer an sei nem einen Ende eintretenden Einlaßöffnung 31 zu einer um etwa einen Winkelbereich von 300° versetzt zu dieser angeordneten von ihm ab führenden Auslaßöffnung 33 (versetzt gezeichnet), wobei das während des Betriebes umlaufende Laufrad 15 mittels der Schaufeln 23, die einen Kraftstoffdurchtritt von der einen Stirnseite des Laufrades 15 zu dessen anderer ermöglichen, eine hydraulische Verbindung zwischen der in dem einen Grundkörper 27 angeordneten Einlaßöffnung 31 zu der im gegenüberliegenden Grundkörper 27 angeordneten Auslaßöffnung 33 herstellt.

Für eine wechselseitige Bestromung der Rotorwicklungen 21 auf dem Laufrad 15 weist dieses einen sogenannten Trommelkommutator 35 auf, der durch einen konzentrischen, von der einen Stirnseite des Laufra des 15 axial vorstehenden Zapfen 37 gebildet wird, auf dessen Um fangsfläche achsparallel zur Laufradachse verlaufende, mit den ein zelnen Rotorwicklungen 21 elektrisch verbundene Kommutatorsegmente 39 angeordnet sind. An diesen Segmenten 39 werden zwei einander ge genüberliegend im Gehäuse 8 angeordnete und mit unterschiedlichem elektrischen Potential beaufschlagte Kommutatorbürsten 41 mittels der Federkraft zweier Andrückfedern 43 in Anlage gehalten bzw. lau fen während der Drehbewegung des Laufrades 15 und des verdrehfest mit diesem verbundenen Trommelkommutators 35 auf dessen Kommutator segmenten 39 ab.

Das Gehäuse 8 wird auf seiner dem Kommutator 35 abgewandten Stirn seite durch ein flaches scheibenförmiges Kraftstoffilter 45 ver schlossen, das so in das Gehäuse 8 eingesetzt ist, daß zwischen die sem und der dem Laufrad 15 abgewandten Stirnseite einer die Lage der Permanentmagneten 25 und des Grundkörpers 27 fixierender Distanz scheibe 46 ein Kraftstoffsammelraum 47 verbleibt, so daß die gesamte Fläche des Kraftstoffilters 45 als Durchtrittsquerschnitt nutzbar ist.

Die Ein- und Auslaßöffnungen 31, 33 sind dabei so im jeweiligen Grundkörper 27 angeordnet, daß die Einlaßöffnung 31 in den Kraft stoffsammelraum 47 mündet, während die Auslaßöffnung 33 an der ge genüberliegenden Stirnseite des scheibenförmigen Gehäuses 8 austritt.

Das in den Fig. 4 und 5 dargestellte zweite Ausführungsbeispiel unterscheidet sich zum in den Fig. 2 und 3 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel durch die Anordnung von Rotorteil und Förderele menten.

Dabei ist dort der Kranz der Schaufeln 23 radial nach innen an den die Rotorwicklungen 21 tragenden Laufradteil angrenzend auf dem Laufrad 15 angeordnet. Dementsprechend befindet sich auch der Ring der Permanentmagneten 25 radial nach außen an die die Förderkanäle 29 aufnehmenden Grundkörper 27 angrenzend, wobei die Anordnung der Ein- und Auslaßöffnungen 31, 33 in den Grundkörpern 27 sowie der Aufbau des Trommelkommutators 35 analog zum ersten Ausführungsbei spiel erfolgt. Dabei verlaufen die elektrischen Leitungen zur Kon taktierung der Kommutatorsegmente 39 mit den einzelnen Rotorwicklun gen 21 durch die jeweiligen Schaufeln 23.

Das erfindungsgemäße Förderaggregat arbeitet in folgender Weise. Mit Bestromen der Kommutatorbürsten 41 erhalten die einzelnen Rotor wicklungen 21 einen elektrischen Strom, der in Wechselwirkung mit dem durch die Permanentmagneten 25 erzeugten ma gnetischen Feld ein Drehmoment auf das Laufrad bewirkt, so daß das Laufrad 15 in eine durch die Anordnung der Permanentmagneten be stimmte Drehrichtung bewegt wird. Diese Drehbewegung des Laufrades bewirkt dabei mittels der im Förderkanal 29 bewegten Schaufeln 23 in bekannter Weise eine Förderung des Kraftstoffes von der Einlaßöff nung 31 zur Auslaßöffnung 33, wobei der Kraftstoffdruck während des Durchströmens des Förderkanals durch den Impulsaustausch zwischen dem im Laufrad beschleunigten und dem im Förderkanal strömenden Kraftstoff erhöht wird. Dabei wird der Kraftstoff aus dem unter nie derem Druck stehenden Vorratstank 1 über das Kraftstoffilter 45 an gesaugt und über die mit der Auslaßöffnung 33 verbundene Förderlei tung 5 mit erhöhtem Druck zur Brennkraftmaschine 7 gefördert.

Es ist somit in konstruktiv einfacher Weise möglich, die Vorteile eines flach bauenden Axialfeldmotors auf eine Peripheralpumpe zu übertragen und so ein in axialer Richtung sehr klein bauendes För deraggregat zu erhalten, dessen Förderleistung und Geräuschemission zudem den hohen Ansprüchen an moderne Kraftstofförderaggregate ent spricht.

Claims

1. Aggregat zum Fördern von Kraftstoff aus einem Vorratstank (1) zur Brennkraftmaschine (7) eines Kraftfahrzeuges, mit einem als Axial feldmotor ausgeführten elektrischen Antriebsmotor (9), mit axial zu einem scheibenförmigen Rotorteil (19), kreisförmig um dessen Dreh achse angeordneten Permanentmagneten (25), wobei das scheibenförmi ge, wenigstens auf einer Stirnseite mit Rotorwicklungen (21) verse hene Rotorteil zugleich Teil eines in einer Pumpkammer (17) umlau fenden Laufrades (15) einer Förderpumpe (11) ist, deren auf dem Laufrad (15) angeordnete Förderelemente eine Einlaßöffnung (31) in die Pumpkammer (17) mit einer Auslaßöffnung (33) aus dieser heraus hydraulisch verbinden, dadurch gekennzeichnet, daß die Förderelemen te auf dem Laufrad (15) durch einen Kranz von in Umfangsrichtung des Laufrades (15) mit Abstand zueinander angeordneten Schaufeln (23) gebildet sind, die in Höhe einer in der die Pumpkammer (17) axial begrenzenden Pumpkammerwände vorgesehenen, teilringförmig um die Drehachse des Laufrades (15) von der Einlaßöffnung (31) zur Auslaß öffnung (33) verlaufenden, zusammen mit dem Laufrad (15) je einen Förderkanal (29) bildenden Ausnehmung liegen.

2. Aggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in jeder der Pumpkammerwände ein teilringförmiger, zum Laufrad (15) offener Förderkanal (29) vorgesehen ist und die Schaufeln (23) Verbindung zu beiden Förderkanälen haben.

3. Aggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotor wicklungen (21) des Rotorteils (19) als radial auswärts weisende flache Wicklungen ausgeführt sind, die mit einem nicht elektrisch leitenden, kraftstoffresistenten Material umspritzt sind.

4. Aggregat nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das schei benförmige, das Rotorteil (19) integrierende Laufrad (15) an seiner einen Stirnseite einen konzentrischen, axial vorstehenden Zapfen (37) aufweist, auf dessen radialer Umfangsfläche axial verlaufende, mit den einzelnen Rotorwicklungen (21) verbundene Kommutatorsegmente (39) angeordnet sind, an denen zwei einander gegenüberliegend ange ordnete und mit unterschiedlichem elektrischen Potential beauf schlagte Kommutatorbürsten (41) mittels Federkraft in radialer Anla ge gehalten werden.

5. Aggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das den Axialfeldmotor (9) und die Förderpumpe (11) aufnehmende Gehäuse (8) im wesentlichen zylinderförmig ausgebildet ist, dessen eine Stirn seite durch ein, der Einlaßöffnung (31) vorgeschaltetes, flaches scheibenförmiges Kraftstoffilter (45) verschlossen wird.

6. Aggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rotor teil (19) und das Laufrad (15) im wesentlichen einstückig ausgeführt sind und die Schaufeln (23) des Laufrades (15) auf einer Kreisbahn außerhalb der Rotorwicklungen (21) des Rotorteils angeordnet sind.

7. Aggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schau feln (23) des Laufrades (15) auf einer Kreisbahn innerhalb der Ro torwicklungen (21) angeordnet sind, wobei die den Kommutator (35) mit den Rotorwicklungen (21) kontaktierenden Leitungen durch die Schaufeln verlaufen.

8. Aggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beiden Stirnseiten des Laufrades (15), in Höhe der Rotorwicklungen (21) ge genüberliegend, Permanentmagneten (25) im Gehäuse (8) angeordnet sind.

9. Aggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Laufrad (15) auf einer gehäusefest gelagerten Achse (13) drehbar geführt ist.