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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 40 20 521 A1 bekannten
Förderpumpe
treibt ein elektrischer Antriebsmotor das Laufrad der als Seitenkanalpumpe
ausgebildeten Förderpumpe
rotierend an. Das in einer zylindrischen Pumpkammer umlaufende scheibenförmige Laufrad ist
dabei an seinem Umfang eine Vielzahl von Schaufeln auf, deren 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 Kraftstoff 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.
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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 Umfangswand
gebildeten Ringraum ein Leckagestrom von Kraftstoff von der unter
hohem Druck stehenden Auslaßseite
des Förderkanals
zu seiner unter geringerem Druck stehenden Ansaugseite strömt, der
dort im Bereich der Einlaßöffnung das
Ansaugverhalten der Förderpumpe
negativ beeinflußt.
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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
F1üssigkeitsreibung aufgebaute
Schleppströmung
mechanische Verluste verursacht, 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 der nicht vorveröffentlichten
DE 42 21 184 A1 bekannt,
an der Umfangswand einen radial einwärts ragenden Steg vorzusehen,
der in Höhe
des saugseitigen Endes des Förderkanals
beginnt und sich in von diesem abgewandter Richtung über einen
Winkelbereich von etwa 30° erstreckt,
so daß er
in etwa im mittigen 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
Fertigungaufwand der Förderpumpe
erheblich erhöhen.
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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. Aus der nicht vorveröffentlichten
DE 43 18 122 A1 ist
eine Förderpumpe
für Kraftstoff
mit einem umlaufenden Scheibenförmigen
Laufrad bekannt, bei der in dem zwischen einem das Laufrad umschließenden Ring
und einer die Pumpkammer radial begrenzenden Umfangswand gebildeten
Ringraum in unmittelbare Nähe
einer Einlassöffnung
und einer Auslassöffnung
der Pumpkammer im Wesentlichen nebeneinander angeordnete Querschnittsverringerungen
vorgesehen sind.
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Bekannt ist ebenfalls durch die
DE 1 921 945 A eine
Seitenkanalpumpe, bei der zwischen radial gerichteten Ein- und Auslasskanälen eine
Querschnittsverringerung in den Pumpkanal ragt.
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Die erfindungsgemäße Förderpumpe mit den kennzeichnenden
Merkmalen des Patentanspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß der Leckagestrom
von Kraftstoff innerhalb des Ringraumes von der Druckseite zur Saugseite
durch die Anordnung zweier einander gegenüberliegend angeordneter Querschnittsverringerungen
im Ringraum wirkungsvoll verringert werden kann, ohne dabei den Querschnitt
des Ringraumes in weiten Teilen derart zu verringern, daß eine entstehende
Flüssigkeitsreibung
den Wirkungsgrad der Pumpe vermindert. Dabei sind die im Ringraum
vorgesehenen Querschnittsverringerungen in vorteilhafter Weise so
ausgeführt,
daß sie
durch ein Ausnutzen der Strömungsverhältnisse
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 Teile mit einer hohen
Fertigungstoleranz behaftet sind. Dies wird dabei in vorteilhafter
Weise durch die Ausführung
der ersten Querschnittsverringerung in Form einer Labyrinthdichtung
erreicht, an der die entstehende Schleppströmung derart verwirbelt wird,
daß deren
Weiterströmen
in Richtung Saugbereich (Einlaßöffnung)
nahezu vollständig
unterbunden wird, wobei diese Querschnittsverringerung in vorteilhafter
Weise möglichst
nah an der Einlaßöffnung angeordnet
ist. Die zweite Querschnittsverringerung ist als einteiliger Steg
ausgeführt,
dessen radiale Erstreckung dabei in vorteihafter 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 beiden 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.
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Weitere Vorteile und vorteilhafte
Ausgestaltungen des Gegenstandes der Erfindung sind der Beschreibung,
den Ansprüchen
und der Zeichnung entnehmbar.
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Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Förderpumpe,
insbesondere zum Fördern von
Kraftstoff aus einem Vorratstank zu einer Brennkraftmaschine, ist
in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung
näher erläutert.
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Es zeigen die 1 eine mit einem elektrischen Antriebsmotor
in einem gemeinsamen Gehäuse
angeordnete Förderpumpe
in einem Längsschnitt und
eine schematische Darstellung der daran angeschlossenen Brennkraftmaschine
und die 2 einen Schnitt
durch die Förderpumpe
der 1 entlang der Linie
II-II, in dem die Ausgestaltung eines die Förderpumpe verschließenden Ansaugdeckels
dargestellt ist.
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Beschreibung
des Ausführungsbeispiels
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In der 1 ist
eine als Ringkanalpumpe ausgeführte
Kraftstofförderpumpe 1 mit
einem elektrischen Antriebsmotor 3 in einem gemeinsamen,
in einen Kraftstoffvorratstank 5 eingesetzten Gehäuse 7 angeordnet,
wobei der Kraftstoff während
des Betriebs der Förderpumpe 1 von
dieser über
einen Ansaugstutzen 9 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
gefördert
wird.
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Der elektrische Antriebsmotor 3 treibt
dazu mittels einer Rotorwelle 17 ein als Förderglied
der Förderpumpe 1 dienendes,
in einer zylindrischen Pumpkammer 19 angeordnetes Laufrad 21 rotierend an,
wobei die Pumpkammer 19 von einem das Gehäuse 7 verschließenden,
den Ansaugstutzen 9 aufnehmenden Ansaugdeckel 20 und
einem scheibenförmigen
Zwischenstück 22 zwischen
der Förderpumpe 1 und
dem Antriebsmotor 3 begrenzt wird.
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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 verbunden
sind. Desweiteren sind in den die Pumpkammer 19 stirnseitig
begrenzenden Kammerwänden 27,
im Bereich der Schaufeln 23 des Laufrades 21 einander
gegenüberliegende, symmetrisch
zueinander ausgebildete 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 Auslaßöffnung 33 aus dieser
heraus führen.
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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 Leckagekraftstoffes
gelangt.
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Um dabei zu vermeiden, daß dieser
unter hohem Druck stehende Leckagestrom in den Bereich der Einlaßöffnung 31 strömt und dort
das Ansaugverhalten der Förderpumpe
beeinflußt,
weist dieser Ringraum 37, wie in der 2 näher
dargestellt zwei einander in Umfangsrichtung des Ringraumes 37 gegenüberliegende Querschnittsverringerungen
auf. Dabei sind diese Querschnittverringerungen des Ringraumes 37 durch
radial einwärts
weisende Profile an der den Ringraum 37 radial begrenzenden,
am Ansaugdeckel 20 angeordneten Kammerwand 35 gebildet,
die sich in etwa jeweils über
einen gleichgroßen
Umfangswinkelbereich von etwa 30° erstrecken,
wobei ein erstes Profil 41 durch eine Vielzahl von im gleichen
Abstand zueinander 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.
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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
verbleibenden Stegs in der stirnseitigen Kammerwand 27,
der ein mit der Einlaßöffnung 31 verbinbares
saugseitiges Ende 49 von einem mit der Auslaßöffnung 31 verbindbares
druckseitiges Ende 51 des Förderkanals 29 voneinander
trennt.
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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 2 nicht dargestellte Auslaßöffnung überdeckender
Bereich einen Druckbereich bilden.
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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.
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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 Vorratstank 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 Impulsautausches zwischen dem im Laufrad 21 beschleunigten
und dem im Förderkanal
strömenden Kraftstoff
eine Druckerhöhung
erfährt.
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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 druckseitigen Ringraumbereich 55 in den saugseitigen
Bereich 53 und von dort zur Einlaßöffnung 31 zu strömen.
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Dieses Überströmen der Leckagemenge wird dabei
an den beiden durch das erste und zweite Profil 41, 45 gebildeten
Querschnittsverringerungen des Ringraumes 37 verhindert,
wobei dies am ersten Profil 41 an der Vielzahl von Stegen 43 erfolgt,
die in Form einer Labyrinthdichtung wirken und die Leckage- und
Schleppströmung
derart verwirbeln, daß über das
erste Profil hinaus kein Kraftstoff vom druckseitigen 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 scharfkantige, rechtwinklige Nut ausgeführt sein
kann.
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An der zweiten durch den durchgehenden Steg 45 gebildeten
Querschnittsverringerung wird die entgegengesetzte Strömungsrichtung
der durch Flüssigkeisreibung
entstandenen Schleppströmung A
in Drehrichtung des Laufrades 21 und der entgegengesetzt
zu dieser vom Druckbereich 55 zum Saugbereich 53 strömenden Leckageströmung B ausgenutzt
um ein Überströmen des
Leckagestromes sicher zu vermeiden, wobei der verbleibende Spalt
zwischen dem Steg 45 und dem Laufradring 25 derart
ausgebildet ist, daß die
durchströmende Schleppströmung im
Betriebsdrehzahlbereich wenigstens gleich groß der anströmenden Leckageströmung ist,
wobei diese Strömungsbedingung
durch die Lage, radiale Erstreckung und Ausgestaltung des Steges 45 auf
die jeweiligen Verhältnisse
abgestimmt werden kann.
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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 Pumpkammerwand 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.