DE4437935C2

DE4437935C2 - Peripheralpumpe

Info

Publication number: DE4437935C2
Application number: DE4437935A
Authority: DE
Inventors: Dequan Yu; Henry W Brockner
Original assignee: Ford Motor Co
Current assignee: Ford Motor Co
Priority date: 1993-12-06
Filing date: 1994-10-24
Publication date: 1998-07-02
Anticipated expiration: 2014-10-25
Also published as: DE4437935A1; JPH07197896A; US5409357A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine automatische Peripheral pumpe zur Lieferung von Kraftstoff aus einem Kraftstofftank zu einem Kraftfahrzeugmotor, mit einem Pumpengehäuse, einem Motor, der innerhalb des Pumpengehäuses angeordnet ist und eine aus ihm vorstehende Motorwelle aufweist, einem Pumpenbo denteil, das innerhalb des Pumpengehäuses angeordnet ist und mit einer Bohrung versehen ist, durch die die Motorwelle ge führt ist, einem Flügelrad, das an der Welle befestigt ist und eine Mehrzahl von sich radial um seinen äußeren Umfang nach außen erstreckenden Flügeln mit radial außenliegenden Kanten sowie zwischen den Flügeln eine Mehrzahl von Trennwän den aufweist, die sich vom radial inneren Ende der Flügel um etwa die Hälfte der Flügellänge radial nach außen bis zu ei ner Oberseite erstrecken und mit viertelkreisförmig gebogenen und geraden Abschnitten versehen sind, wobei sich die geraden Abschnitte von den gebogenen Abschnitten nach außen erstrecken und die Trennwände und die Flügel eine Mehrzahl von bo genförmigen Flügelkerben bilden, einem Pumpenabdeckteil, das an dem Ende des Gehäuses angebracht ist und mit einem Pumpen bodenteil verbunden ist, wobei das Flügelrad zwischen diesen Teilen angeordnet ist und das Pumpenabdeckteil und das Pum penbodenteil gemeinsam eine vollständige Pumpenkammer für das Flügelrad bilden.

Kraftstoff-Peripheralpumpen für Automobile weisen normaler weise ein Dreh-Pumpelement, beispielsweise ein Flügelrad auf, das innerhalb eines Pumpengehäuses an einer Motorwelle befe stigt ist. Das Pumpengehäuse besteht aus zwei Hälften, einer Pumpenabdeckplatte und einer Pumpenbodenplatte, die zusammen wirkend eine um den Umfang des Flügelrades angeordnete Pum penkammer ergeben. An dem äußeren Umfang des Flügelrades an geordnete Flügel pumpen bei sich drehender Motorwelle Kraft stoff. In der Pumpenkammer bilden sich Hauptwirbel aus. Die die Pumpwirksamkeit wesentlich beeinflussende Form der Haupt wirbel wird zum Teil durch die Form der zwischen den einzel nen Flügeln ausgebildeten Flügelkerben und vorhandenen Trenn wände bestimmt. Bei herkömmlichen elektrischen Kraftstoff-Pe ripheralpumpen für Kraftfahrzeuge werden Flügelräder verwen det, die durch Trennwände gleicher Länge voneinander ge trennte Flügel aufweisen. Fig. 5 der beigefügten Zeichnungen zeigt ein derartiges Flügelrad 100 mit Flügeln 102 und Trenn wänden 104, die Flügelkerben 106 voneinander trennen. Die Trennwände 104 erstrecken sich so weit, daß sie mit den Flü geln 102 fluchten. Wenn sich das Flügelrad dreht, drehen sich Wirbel 108 in der mit 110 bezeichneten Pumpenkammer und wer den von den Trennwänden 104 gegen die Oberseite 110' der Pum penkammer geführt und ändern ihre Richtung abrupt um 40°, wo durch Pumpverluste entstehen, was eine verringerte Pumpen effizienz zur Folge hat.

Aus mehreren US-Patentschriften, darunter US-PS 2,842,062 (Wright), US-PS 5,011,367 (Yoshida) und US-PS 4,403,910, (Wa tanabe et al.), sind Pumpen-Flügelräder bekannt, die flüssig keitsaktive Oberflächen mit gebogenen Führungsteilen aufwei sen und mit radial linearen Trennwänden versehen sind, die sich derart nach außen erstrecken, daß sie mit dem äußeren Umfang des Flügelrades fluchten. Diese Flügelräder ähneln dem in Fig. 5 dargestellten Flügelrad und weisen die gleichen, vorstehend beschriebenen Nachteile auf.

Flügelräder mit rechtwinkligen Flügeln, zwischen denen ver kürzte, gebogene flüssigkeitsreaktive Oberflächen angeordnet sind, welche bewirken, daß sich Flüssigkeit vom Umfang des Flügelrades radial nach außen bewegt, sind aus US-PS 4,141,674 (Schonwald), US-PS 3,973,865 (Mugele) und US-PS 4,943,208 (Schonwald), bekannt. Diese Flügelräder weisen je doch nicht den vorteilhaften, weiter unten erläuterten line aren Trennwandabschnitt der vorliegenden Erfindung auf.

Bei der aus der DE 89 11 302 U1 bekannten Peripheralpumpe konvergieren die stirnseitigen Wandabschnitte der Trennwände radial nach außen und sind diese beiden Wandabschnitte durch eine gekrümmte Trennwandoberseite miteinander verbunden.

In der EP 0 563 957 A1 wird eine Peripheralpumpe vorgeschla gen, bei der die stirnseitigen Wandabschnitte der Trennwände gekrümmt bis in die Oberseite der Trennwand verlaufen, wobei die Oberseite flach ausgebildet ist.

Mit der vorliegenden Erfindung soll eine Peripheralpumpe mit einem Flügelrad geschaffen werden, bei der durch die Formge bung des Flügelrades die Strömung und insbesondere die Wir belbildung in den Seitenkanälen verbessert wird.

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Peripheralpumpe dadurch gelöst, daß die geraden Abschnitte der Trennwand par allel zur Stirnseite des Flügelrades verlaufen und sich zwi schen ungefähr 0,1 mm und 0,5 mm von dem radial äußersten Ende der viertelkreisförmig gebogenen Abschnitte nach außen bis zu der Oberseite erstrecken, die flach und parallel mit der radial außenliegenden Kante des Flügels verläuft, wobei die Ecken zwischen den geraden Abschnitten und der Oberseite abgerundet sind.

Mit der vorliegenden Erfindung wird eine Peripheralpumpe zum Zuführen von Kraftstoff aus einem Kraftstofftank zu einem Fahrzeugmotor geschaffen, wobei die Peripheralpumpe mit einem Pumpengehäuse versehen ist und einen innerhalb des Pumpenge häuses angeordneten Motor und eine Motorwelle aufweist, die sich aus dem Motor erstreckt, sowie eine Ummantelung für ein Flügelrad. Die Ummantelung weist ein innerhalb des Pumpenge häuses angebrachtes Pumpenbodenteil auf, mit einer Bohrung, durch die die Motorwelle geführt ist, und einen Bodenteilkanalabschnitt einer einen Kraftstoffauslaß an ihrem einen Ende aufweisenden ringförmigen Pumpenkammer. Ein an der Motorwelle befestigtes Flügelrad weist eine Mehrzahl von beabstandeten, sich radial nach außen erstreckenden, an einem äußeren Umfang des Flügelrades angeordneten Flügeln auf, wo bei zwischen den Flügeln eine Mehrzahl von Trennwänden vorge sehen ist. Die Trennwände erstrecken sich radial nicht so weit nach außen wie die Flügel und erstrecken sich über den halben Abstand, gemessen von dem radial innersten Punkt eines Flügels bis zu dem radial äußersten Punkt eines Flügels. Die Trennwände weisen an jeder Seite eines geraden Abschnittes einen gebogenen Abschnitt auf, wobei sich der gerade Ab schnitt von den gebogenen Abschnitten radial nach außen er streckt und eine flache Oberseite mit gerundeten Ecken auf weist. Die gebogenen Abschnitte haben die Form von viertel kreisförmigen Oberflächenabschnitten, welche bei einem radial innersten Führungsabschnitt der Trennwände beginnen. Auf die se Weise wird durch die Trennwände und Flügel eine Mehrzahl von flüssigkeitsaktiven, bogenförmigen Flügelkerben gebildet, welche bewirken, daß sich Kraftstoff von dem Flügelrad nach außen bewegt. Ein Pumpenabdeckteil, in dem ein Kanalabschnitt einer ringförmigen Pumpenkammer mit einem Pumpeneinlaß ausge bildet ist, ist an einem Ende des Gehäuses angebracht und an dem Pumpenbodenteil befestigt, wobei das Flügelrad derart da zwischen angeordnet ist, daß das Pumpenabdeckteil und das Pumpenbodenteil so zusammenwirken, daß sie eine vollständige Pumpenkammer für das Flügelrad bilden.

Die Trennwände weisen sich parallel zu einer senkrecht zur Motorwelle erstreckenden Ebene verlaufende gerade Abschnitte auf, die sich zwischen ungefähr 0,1 mm und 0,5 mm von dem ra dial am weitesten außen liegenden Ende der gebogenen Ab schnitte radial nach außen erstrecken. Das Flügelrad ist vor zugsweise rotationssymmetrisch um eine durch das Flügelrad und senkrecht zu der Motorwelle verlaufende Ebene ausgebildet und im Spritzgießverfahren aus einem Phenol-Kunststoffmate rial hergestellt. Die Peripheralpumpe kann innerhalb des Kraftstofftanks des Fahrzeugs angeordnet sein. Bei einer al ternativen Ausführungsform weist das Flügelrad einen Ringab schnitt um einen äußeren Umfang desselben auf, der derart mit der Mehrzahl von Flügeln verbunden ist, daß eine Mehrzahl sich axial erstreckender Kraftstofffluß-Durchgangspassagen zwischen den Flügeln, den Trennwänden und dem Ringabschnitt gebildet ist.

Die viertelkreisförmigen Flügelradkerben bilden innerhalb der das Flügelrad umgebenden Pumpenkammer bessere Kraftstoffwir bel aus.

Die von den viertelkreisförmigen Kerben in dem Flügelrad auf gehenden geraden Vorsprünge stabilisieren den Fluß der Kraft stoffwirbel und mindern Pumpverluste.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zei gen:

Fig. 1 eine Querschnittsansicht einer erfindungsgemäßen Peri pheralpumpe;

Fig. 2 eine Querschnittsansicht längs der Linie 2-2 in Fig. 1 mit der Darstellung eines erfindungsgemäßen Flügelra des;

Fig. 3 eine Querschnittsansicht längs der Linie 3-3 des in Fig. 2 dargestellten Flügelrades mit der Darstellung eines Pumpflügels mit Flügelkerben, die durch eine ra dial verkürzte Trennwand verbunden sind;

Fig. 4 eine teilweise Querschnittsansicht eines erfin dungsgemäßen Flügelrades mit der Darstellung einer Flügeltrennwand, die gebogene Abschnitte an jeder Sei te eines geraden Abschnittes aufweist, der radial kür zer als der Flügel ist;

Fig. 5 eine Querschnittsansicht eines innerhalb einer Pum penkammer angeordneten Flügelrades nach dem Stand der Technik, bei dem eine die Flügelkerben trennende Trennwand umfangsmäßig mit einem Flügel fluchtet;

Fig. 6 eine Querschnittsansicht eines erfindungsgemäßen Flü gelrades mit einer Darstellung radial verkürzter Flügeltrennwände, aufgrund derer die in der Pumpenkam mer erzeugten Wirbel in ihrer Form optimiert sind;

Fig. 7 eine Querschnittsansicht längs der Linie 2-2 in Fig. 1 mit einer Darstellung einer Peripheralpumpe gemäß ei ner alternativen Ausführungsform der vorliegenden Er findung, die einen radial äußeren Ringabschnitt auf weist, der mit den Flügeln des Pumpelements verbunden ist;

Fig. 8 eine Querschnittsansicht entlang der Linie 8-8 in Fig. 7 mit einer Darstellung eines Flügelrades gemäß einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfin dung, wobei ein Pumpflügel mit durch eine verkürzte Trennwand voneinander getrennten Flügelkerben darge stellt ist, welcher einen radial äußeren Abschnitt mit einem Umlaufring aufweist, und

Fig. 9 eine Querschnittsansicht einer alternativen Ausfüh rungsform eines erfindungsgemäßen Flügelrades mit ei ner Darstellung eines Umlaufringabschnittes und einer radial verkürzten Flügeltrennwand, wodurch die Wir belbildung innerhalb der Pumpenkammer verbessert wird.

Eine in Fig. 1 dargestellte Peripheralpumpe 10 weist ein Ge häuse 12 auf. In einem Motorbereich 16 ist ein vorzugsweise elektrischer Motor 14 angeordnet, dessen Motorwelle 18 sich in Richtung auf einen Kraftstoffeinlaß 19 auf der linken Sei te der Peripheralpumpe 10 erstreckt. Ein Flügelrad 20 ist auf der Motorwelle 18 befestigt und wird von einem Pumpenboden teil 22 und einem Pumpenabdeckteil 24 umschlossen. Das Flü gelrad 20 hat eine mit der Motorwelle 18 fluchtende Mittel achse. Die Motorwelle 18 tritt durch eine Wellenöffnung 26 des Pumpenbodenteils 22 und durch das Flügelrad 20 in eine Aussparung 28 des Abdeckteils 24 ein und grenzt an einen Druckknopf 30. Die Motorwelle 18 ist in einem Lager 32 gela gert. Das Pumpenbodenteil 22 weist einen Kraftstoffauslaß 34 auf, der aus einer Pumpenkammer 36 führt, die entlang des Um fangs des Flügelrades 20 durch einen ringförmigen Abdeckkanal 38 des Pumpenabdeckteils 24 und einen ringförmigen Bodenteil kanal 40 des Pumpenbodenteils 22 gebildet ist. Unter Druck stehender Kraftstoff wird durch den Kraftstoffauslaß 34 an den Motorraum 16 abgegeben und kühlt den Motor 14, während er an ihm vorbei zum Pumpenausgang strömt, welcher an dem dem Kraftstoffeinlaß axial gegenüberliegenden Ende der Pumpe 10 angeordnet ist.

Fig. 2 zeigt eine Querschnittsansicht des Flügelrades 20 längs der Linie 2-2 in Fig. 1. Von einem äußeren Umfang 52 der Stirnseite 54 des Flügelrades erstrecken sich Flügel 50 radial nach außen. Die Flügel 50 trennende Trennwände 56 sind zwischen den Flügeln angeordnet und erstrecken sich von dem äußeren Umfang 52 aus um einen radial kürzeren Abstand als die Flügel 50 nach außen. Eine Bohrung 58 ist so ausgebildet, daß das Flügelrad 20 im Preßsitz auf der Welle 18 angeordnet werden kann.

Fig. 3 zeigt eine Seitenansicht des Flügelrades 20 längs der Linie 3-3 in Fig. 2. Das Flügelrad 20 ist vorzugsweise symme trisch um eine Achse 59 ausgebildet, welche senkrecht zu der Welle 18 verläuft und einen Außenumfang zwischen 35 mm und 40 mm, vorzugsweise ungefähr 38 mm, aufweist.

Eine Detaildarstellung des äußeren Umfangsabschnittes des Flügelrades 50 und einer Trennwand 56 ist in Fig. 4 in teil weiser Querschnittsansicht dargestellt. Der Flügel 50, der vorzugsweise rechtwinklig ausgebildet ist, ist der Trennwand 56 benachbart. Die Trennwand 56 enthält bogenförmig ausgebil dete Abschnitte 60 an beiden Seiten des geraden Abschnitts 62, der sich von den gebogenen Abschnitten 60 radial nach außen erstreckt, und der radial kürzer als der Flügel 50 ist. Der gerade Abschnitt 62 weist vorzugsweise eine flache Ober seite 66 auf, die ungefähr parallel mit der radial außenlie genden Kante 68 des Flügels 50 verläuft. Die flache Oberseite 66 weist abgerundete Ecken 67 auf. Die gebogenen Abschnitte 60 beginnen bei dem äußeren Umfang 52 der Stirnseite 54 des Flügelrades und sind vorzugsweise viertelkreisförmig aus ge bildet. Der gerade Abschnitt 62 weist parallele Seiten 70 auf, die sich um einen Abstand L in einem Bereich von den ge bogenen Abschnitten 60 radial nach außen erstrecken, wie in Fig. 4 dargestellt. Der Abstand L liegt zwischen ungefähr 0,1 mm und 0,5 mm. Die Trennwand 56 erstreckt sich ungefähr auf der Hälfte des Abstandes zwischen dem äußeren Umfang 52 der Stirnseite 54 des Flügelrades und der außenliegenden Kante 68 des Flügels 50. Die Flügelkerben 64 sind auf diese Weise axial von der Trennwand 56 getrennt.

Fig. 6 zeigt das vorstehend beschriebene, zwischen dem Pum penabdeckteil 24 und dem Pumpenbodenteil 22 angeordnete Flügelrad 20. Wenn sich das Flügelrad 20 dreht, bilden sich Wirbel 72 in dem Ringkanal 38 des Abdeckteils und dem Ringka nal 40 des Bodenteils der Pumpenkammer 36 aus. Aufgrund des verkürzten geraden Abschnittes 62 des Flügelrades 20 ist der Abstand zwischen der Trennwand 56 und der oberen Wand 36a der Pumpenkammer vergrößert. Die Drehwinkelbeschleunigung der Wirbel 72 in der Nähe des Ringkanals 38 des Abdeckteils und des Ringkanals 40 des Bodenteils ist verringert, ebenso auch die Größe der Zonen mit kleiner Geschwindigkeit (Wirbelströme) nahe des äußeren Umfangs 68 der Flügel des Flügelrades 20. Versuche haben gezeigt, daß mit der Bauform des oben be schriebenen Flügelrades 20 der Wirkungsgrad der Pumpe 10 um fast 10% gesteigert ist.

Bei der in Fig. 7 dargestellten alternativen Ausführungsform weist das Flügelrad 20 einen mit den Flügeln 50 verbundenen Ringabschnitt 76 um den äußeren Umfang 52 des Flügelrades auf. Fig. 8 zeigt eine Seitenansicht der alternativen Ausfüh rungsform des Flügelrades 20 längs der Linie 8-8 in Fig. 7. Der Ringabschnitt 76 paßt gerade in die Pumpenkammer 36, wie aus Fig. 9 ersichtlich, so daß für das Pumpenbodenteil 22 kein Abstreifabschnitt (nicht dargestellt) notwendig ist, wie er in herkömmlichen Peripheralpumpen erforderlich ist, in denen Flügelräder nach Art einer Antriebsturbine verwendet werden. Zwischen den Flügeln 50, den Trennwänden 56 und dem Ringabschnitt 76 ist eine Mehrzahl sich axial erstreckender Kraftstoffflußpassagen 78 ausgebildet.

Das Flügelrad 20 ist in bekannter Weise vorzugsweise im Gieß verfahren aus einem Kunststoffmaterial, wie etwa Phenol, Ace tyl oder einem anderen Kunststoffmaterial oder Nicht-Kunst stoffmaterial hergestellt. Alternativ kann das Flügelrad 20 im Gießverfahren aus Aluminium oder Stahl hergestellt sein.

Die Peripheralpumpe 10 kann in einem (nicht dargestellten) Kraftstofftank angebracht werden, oder sie kann alternativ ins Leitungsnetz eingebaut werden.

Claims

1. Peripheralpumpe zur Lieferung von Kraftstoff aus einem Kraftstofftank zu einem Kraftfahrzeugmotor, mit:
einem Pumpengehäuse (12),
einem Motor (14), der innerhalb des Pumpengehäuses ange ordnet ist und eine aus ihm vorstehende Motorwelle (18) aufweist,
einem Pumpenbodenteil (22), das innerhalb des Pumpengehäu ses angeordnet ist und mit einer Bohrung versehen ist, durch die die Motorwelle geführt ist,
einem Flügelrad (20), das an der Welle befestigt ist und eine Mehrzahl von sich radial um seinen äußeren Umfang nach außen erstreckenden Flügeln (50) mit radial außenlie genden Kanten (68) sowie zwischen den Flügeln eine Mehr zahl von Trennwänden (56) aufweist, die sich vom radial inneren Ende der Flügel (50) um etwa die Hälfte der Flü gellänge radial nach außen bis zu einer Oberseite (66) er strecken und mit viertelkreisförmig gebogenen und geraden Abschnitten versehen sind, wobei sich die geraden Ab schnitte (70) von den gebogenen Abschnitten (60) nach außen erstrecken und die Trennwände (56) und die Flügel (50) eine Mehrzahl von bogenförmigen Flügelkerben (64) bilden,
einem Pumpenabdeckteil (24), das an dem Ende des Gehäuses angebracht ist und mit dem Pumpenbodenteil (22) verbunden ist, wobei das Flügelrad (20) zwischen diesen Teilen ange ordnet ist und das Pumpenabdeckteil (24) und das Pumpenbo denteil (22) gemeinsam eine vollständige Pumpenkammer (36) für das Flügelrad (20) bilden, dadurch gekennzeichnet, daß die geraden Abschnitte (70) der Trennwand (56) parallel zur Stirnseite (54) des Flügelrades (20) verlaufen und sich zwischen ungefähr 0,1 mm und 0,5 mm von dem radial äußersten Ende der viertelkreisförmig gebogenen Abschnitte (60) nach außen bis zu der Oberseite (66) erstrecken, die flach und parallel mit der radial außenliegenden Kante (68) des Flügels (50) verläuft, wobei die Ecken zwischen den geraden Abschnitten (70) und der Oberseite (66) abge rundet sind.

2. Peripheralpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Flügelrad (20) symmetrisch bezüglich einer durch das Flügelrad (20) und rechtwinklig zu der Motorwelle (18) verlaufenden Ebene (59) ausgebildet ist.