EP1292774B1 - Seitenkanalpumpe - Google Patents

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EP1292774B1
EP1292774B1 EP01943198A EP01943198A EP1292774B1 EP 1292774 B1 EP1292774 B1 EP 1292774B1 EP 01943198 A EP01943198 A EP 01943198A EP 01943198 A EP01943198 A EP 01943198A EP 1292774 B1 EP1292774 B1 EP 1292774B1
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EP
European Patent Office
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impeller
side channel
housing
region
channel pump
Prior art date
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EP01943198A
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English (en)
French (fr)
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EP1292774A1 (de
Inventor
Peter Marx
Cicero Constantin
Jörg Deubner
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Continental Automotive GmbH
Original Assignee
Continental Automotive GmbH
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/04—Shafts or bearings, or assemblies thereof
    • F04D29/046—Bearings
    • F04D29/047—Bearings hydrostatic; hydrodynamic
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/04—Shafts or bearings, or assemblies thereof
    • F04D29/041—Axial thrust balancing
    • F04D29/0413—Axial thrust balancing hydrostatic; hydrodynamic thrust bearings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/18—Rotors
    • F04D29/188—Rotors specially for regenerative pumps

Definitions

  • the invention relates to a side channel pump having a rotatably arranged in a pump housing impeller, arranged in the housing inlet channel and an outlet channel, arranged in the impeller blades for conveying a liquid from the inlet channel to the outlet channel and with guide means for guiding the impeller in an axial and / or radial position, wherein the guide means are arranged in the radially outer portion of the impeller.
  • Such side channel pumps are commonly used in today's motor vehicles, in particular for conveying fuel or windscreen washer fluid and are known in practice.
  • the pump housing is composed of two housing parts which are held by a corresponding with the height of the impeller corresponding intermediate ring at a distance.
  • the known side channel pumps often in the area between their center and the blades on pockets in which collects a small part of the medium to be pumped.
  • the impeller floats on the medium held in the pockets. Radial forces acting on the impeller are usually absorbed by the bearing of a drive shaft of an electric motor driving the side channel pump ( DE 196 15 323 A1 ).
  • this annular wall is able to support only small radial forces acting on the impeller.
  • the disadvantage here is that the leadership of the impeller is very inadequate and usually does not prevent grinding of the impeller on the housing.
  • the side channel pump has a very low efficiency.
  • the gap between the impeller and the pump housing fluctuates in the region of the rotor blades. This leads to a further reduction in the efficiency of the side channel pump.
  • the invention is based on the problem, a side channel pump of the type mentioned in such a way that friction losses are avoided as reliably as possible.
  • the guide means have at least one arranged in the radially outer portion of the impeller cross-sectional change and that the at least one cross-sectional change in the radially outer portion of regions of the impeller is formed, and in that these areas each with a designated distance to the housing are designed opposite guide surfaces.
  • the guide means extend only over a particularly small portion of the impeller. In this area, the fluid to be conveyed due to friction on the impeller and centrifugal forces on a particularly large pressure. As a result, large executives can be transferred to the impeller. Furthermore, the radially outer portion be manufactured with low production costs with a very high accuracy. Other components for guiding the impeller are not required thanks to the invention. The side channel pump according to the invention is thereby also particularly cost-effective.
  • a gap between the rotor blades having region of the impeller and the housing can be interpreted independently of a arranged in the guide means gap because the guide means have a arranged in the region of the edge of the impeller cross-sectional change and because the cross-sectional change forming portions of the impeller as are designed with a predetermined distance from the housing opposite guide surfaces.
  • the gap which is decisive for the friction and guiding forces of the impeller can be set to a prescribed value independently of the gap which is decisive for the characteristic curve of the delivery pump in the region of the rotor blades.
  • the guide means could, for example, have a ring with a plurality of individual runners. To further reduce the manufacturing costs of the side channel pump according to the invention, it is helpful if the guide means have at least one guide surface opposite a corresponding region of the housing with a predetermined distance.
  • the cross-sectional change can be produced according to another advantageous embodiment of the invention is particularly cost, if the cross-sectional change is designed to jump.
  • the impeller can be guided both axially and radially according to another advantageous embodiment of the invention, when the cross-sectional change is designed as a chamfer.
  • the guide means need only a single guide surface on one side.
  • the gap between the impeller and the housing in the region of the rotor blades can be adjusted to a particularly precise height if the edge has a guide surface facing one end face in each case. This contributes to the further improvement of the efficiency of the side channel pump according to the invention.
  • FIG. 1 shows a longitudinal section through a side channel pump 1 according to the invention with adjacent areas of an electric motor 2.
  • the side channel pump 1 has a rotatable in a housing 3 impeller 4.
  • the impeller 4 is arranged on a motor shaft 5 of the electric motor 2.
  • the sheet metal strip 8 holds the side channel pump 1 in a predetermined position relative to the electric motor 2.
  • an inlet channel 9 is arranged, while the other housing part. 6 an outlet channel 10 has.
  • the inlet channel 9 and the outlet channel 10 are each connected to part-annular channels 11, 12.
  • the impeller 4 has in the region of the part-annular channels 11, 12 of blades 13, 14 limited blade chambers 15, 16. In this area, the housing 3 is the impeller 4 to form sealing gaps with a small distance opposite.
  • the side channel pump 1 In its radially outer region seen from the rotor blades 13, 14, the side channel pump 1 has guide means 17 for radial and axial guidance of the rotor 4.
  • the guide means 17 have two guide surfaces 18, 19 formed from the central region of the rim to the end faces guided cross-sectional reductions.
  • the impeller 4 In the area of the guide surfaces 18, 19, the impeller 4 is opposite the housing 3 with an intended distance.
  • the housing parts 6, 7 adjoin one another in the region of the largest diameter of the impeller 4.
  • the liquid to be conveyed Upon rotation of the impeller 4, the liquid to be conveyed is conveyed from the inlet channel 9 to the outlet channel 10. It occurs in the area of the moving blades 13, 14 a small amount of the liquid to be conveyed into the gap between the impeller 4 and the housing 3.
  • this liquid is conveyed into the region of the guide means 17 and generated in dependence on the distances of the guide surfaces 18, 19 of the housing 3 and the angle of the guide surfaces 18, 19 to the end faces of the impeller 4 forces in the axial and radial directions on the impeller 4.
  • the guide surfaces 18, 19 are designed mirror images of each other in the illustrated embodiment.
  • the guide surface 19 facing the electric motor 2 can be dispensed with if a rotor of the electric motor 2 rests on the impeller 4 and thus an intended axial force is generated.
  • the guide surfaces 18, 19 or the guide surfaces 18, 19 opposite region of the housing parts 6, 7 have coatings with emergency running properties or to reduce a sliding friction or sliding bearings ago known pockets for receiving the liquid to be conveyed forth.
  • FIG. 2 shows a side channel pump 20, wherein the guide means 21 have a jump, pointing from the central region of the edge to the end faces of an impeller 22 Querschittsverring réelle.
  • a radial guide surface 23 and an axial guide surface 24 are arranged on the regions adjacent to the end faces.
  • a housing 25 of the side channel pump has in this area in each case one of the guide surfaces 23, 24 corresponding shape.
  • the impeller 22 in its radially outer region axial and radial bearings.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Seitenkanalpumpe mit einem in einem Pumpengehäuse drehbar angeordneten Laufrad, mit in dem Gehäuse angeordnetem Einlaßkanal und einem Auslaßkanal, mit in dem Laufrad angeordneten Laufschaufeln zur Förderung einer Flüssigkeit von dem Einlaßkanal zu dem Auslaßkanal und mit Führungsmitteln zur Führung des Laufrades in einer axialen und/oder radialen Lage, wobei die Führungsmittel im radial äußeren Teilbereich des Laufrades angeordnet sind.
  • Solche Seitenkanalpumpen werden in heutigen Kraftfahrzeugen insbesondere zum Fördern von Kraftstoff oder von Scheibenwaschflüssigkeit häufig eingesetzt und sind aus der Praxis bekannt. Das Pumpengehäuse setzt sich aus zwei Gehäuseteilen zusammen, welche von einem mit der Höhe des Laufrades entsprechende Abmessungen aufweisenden Zwischenring auf Abstand gehalten werden. Als Führungsmittel weisen die bekannten Seitenkanalpumpen häufig im Bereich zwischen ihrem Zentrum und den Laufschaufeln Taschen auf, in denen sich ein geringer Teil des zu fördernden Mediums sammelt. Auf dem in den Taschen gehaltenen Medium schwimmt das Laufrad. Radiale, auf das Laufrad wirkende Kräfte werden meist von der Lagerung einer Antriebswelle eines die Seitenkanalpumpe antreibenden Elektromotors aufgenommen ( DE 196 15 323 A1 ).
  • Aus der US-A-5,577,880 , welche den nächstkommenden Stand der Technik bildet, ist eine Pumpe der eingangs genannten Art bekannt geworden, bei der eine ringförmige Wand den Rand des Laufrades mit Abstand gegenübersteht.
  • Diese ringförmige Wand vermag jedoch nur geringe radiale, auf das Laufrad wirkende Kräfte abzustützen.
  • Nachteilig hierbei ist, daß die Führung des Laufrades sehr unzureichend ist und in der Regel ein Schleifen des Laufrades an dem Gehäuse nicht verhindert. Durch beim Schleifen entstehende Reibungsverluste hat die Seitenkanalpumpe einen sehr geringen Wirkungsgrad. Weiterhin schwankt wegen der unzureichenden Führung der Spalt zwischen dem Laufrad und dem Pumpengehäuse im Bereich der Laufschaufeln. Dies führt zu einer weiteren Verringerung des Wirkungsgrades der Seitenkanalpumpe.
  • Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Seitenkanalpumpe der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß Reibungsverluste möglichst zuverlässig vermieden werden.
  • Dieses Problem wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Führungsmittel zumindest eine im radial äußeren Teilbereich des Laufrades angeordnete Querschnittsveränderung aufweisen und dass die zumindest eine Querschnittsveränderung im radial äußeren Teilbereich aus Bereichen des Laufrades gebildet ist, und daß diese Bereiche jeweils als mit einem vorgesehenen Abstand dem Gehäuse gegenüberstehende Führungsflächen gestaltet sind.
  • Durch diese Gestaltung erstrecken sich die Führungsmittel nur über einen besonders geringen Teilbereich des Laufrades. In diesem Bereich weist die zu fördernde Flüssigkeit durch Reibung an dem Laufrad und durch Zentrifugalkräfte einen besonders großen Druck auf. Hierdurch lassen sich große Führungskräfte auf das Laufrad übertragen. Weiterhin kann der radial äußere Teilbereich bei geringem Fertigungsaufwand mit einer besonders hohen Genauigkeit gefertigt werden. Weitere Bauteile zur Führung des Laufrades sind dank der Erfindung nicht erforderlich. Die erfindungsgemäße Seitenkanalpumpe gestaltet sich hierdurch zudem besonders kostengünstig. Ein Spalt zwischen dem die Laufschaufeln aufweisenden Bereich des Laufrades und dem Gehäuse läßt sich unabhängig von einem im Bereich der Führungsmittel angeordneten Spalt auslegen, weil die Führungsmittel einen im Bereich des Randes des Laufrades angeordnete Querschnittsveränderung aufweisen und weil die die Querschnittsveränderung bildenden Bereiche des Laufrades jeweils als mit einem vorgesehenen Abstand dem Gehäuse gegenüberstehende Führungsflächen gestaltet sind. Hierdurch läßt sich der für die Reibung und Führungskräfte des Laufrades maßgebliche Spalt unabhängig von dem für die Kennlinie der Förderpumpe maßgebliche Spalt im Bereich der Laufschaufeln auf einen vorgesehenen Wert einstellen.
  • Die Führungsmittel könnten beispielsweise einen Kranz mit einer Vielzahl von einzelnen Kufen aufweisen. Zur weiteren Verringerung der Fertigungskosten der erfindungsgemäßen Seitenkanalpumpe trägt es bei, wenn die Führungsmittel zumindest eine mit einem vorgesehenen Abstand einem entsprechenden Bereich des Gehäuses gegenüberstehende Führungsfläche aufweisen.
  • Die Querschnittsveränderung läßt sich gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung besonders kostengünstig erzeugen, wenn die Querschnittsveränderung sprungartig gestaltet ist.
  • Mittels einer einzigen Führungsfläche läßt sich das Laufrad gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sowohl axial als auch radial führen, wenn die Querschnittsveränderung als Fase gestaltet ist.
  • Bei erfindungsgemäßen, zur Förderung von Kraftstoff oder Scheibenwaschflüssigkeit vorgesehenen Seitenkanalpumpen vermag die als Fase ausgebildete Querschnittsveränderung das Laufrad ausreichend radial und axial zu führen, wenn die Führungsfläche in einem Winkel von ungefähr 30 bis 60° zur Stirnseite des Laufrades angeordnet ist.
  • Häufig genügt es, bei der erfindungsgemäßen, zur Förderung von Kraftstoff oder Scheibenwaschflüssigkeit vorgesehenen Seitenkanalpumpe das Laufrad nur in einer Richtung gegen die Schwerkraft axial abzustützen, und den Elektromotor zum Antrieb des Laufrades oberhalb des Laufrades anzuordnen. In diesem Fall benötigen die Führungsmittel nur auf einer Seite eine einzige Führungsfläche. Jedoch läßt sich der Spalt zwischen dem Laufrad und dem Gehäuse im Bereich der Laufschaufeln gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung auf eine besonders genaue Höhe einstellen, wenn der Rand jeweils eine zu jeweils einer Stirnseite weisende Führungsfläche hat. Dies trägt zur weiteren Verbesserung des Wirkungsgrades der erfindungsgemäßen Seitenkanalpumpe bei.
  • Kostenintensive, in das Pumpengehäuse einzusetzende Zwischenringe lassen sich gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung einfach vermeiden, wenn zwei einander gegenüberstehende, das Laufrad umschließende Gehäuseteile im Bereich des größten Durchmessers des Laufrades aneinandergrenzen. Hierdurch läßt sich zudem die Höhe des Spaltes mit besonders geringen Toleranzen einstellen. Dies trägt zur weiteren Erhöhung des Wirkungsgrades der erfindungsgemäßen Seitenkanalpumpe bei.
  • Die Erfindung läßt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips sind zwei davon in der Zeichnung dargestellt und werden nachfolgend beschrieben. Diese zeigt in
    • Fig. 1
    einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Seiten- kanalpumpe mit angrenzenden Bereichen eines Elektro- motors,
    Fig. 2
    einen Längsschnitt durch eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Seitenkanalpumpe.
  • Figur 1 zeigt einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Seitenkanalpumpe 1 mit angrenzenden Bereichen eines Elektromotors 2. Die Seitenkanalpumpe 1 hat ein in einem Gehäuse 3 drehbares Laufrad 4. Das Laufrad 4 ist auf einer Motorwelle 5 des Elektromotors 2 angeordnet. Das Gehäuse 3 hat zwei auf Abstand gehaltene Gehäuseteile 6, 7 und einen verrollten Blechstreifen 8. Der Blechstreifen 8 hält die Seitenkanalpumpe 1 in einer vorgesehenen Lage gegenüber dem Elektromotor 2. In einem der Gehäuseteile 7 ist ein Einlaßkanal 9 angeordnet, während das andere Gehäuseteil 6 einen Auslaßkanal 10 aufweist. Der Einlaßkanal 9 und der Auslaßkanal 10 sind jeweils mit teilringförmigen Kanälen 11, 12 verbunden. Das Laufrad 4 hat im Bereich der teilringförmigen Kanäle 11, 12 von Laufschaufeln 13, 14 begrenzte Schaufelkammern 15, 16. In diesem Bereich steht das Gehäuse 3 dem Laufrad 4 zur Bildung von dichtenden Spalten mit geringem Abstand gegenüber. In seinem von den Laufschaufeln 13, 14 aus gesehen radial äußeren Bereich hat die Seitenkanalpumpe 1 Führungsmittel 17 zur radialen und axialen Führung des Laufrades 4. Die Führungsmittel 17 weisen zwei als Führungsfläche 18, 19 ausgebildete, von dem mittleren Bereich des Randes bis zu den Stirnseiten geführte Querschnittsverringerungen auf. Im Bereich der Führungsflächen 18, 19 steht das Laufrad 4 dem Gehäuse 3 mit einem vorgesehenen Abstand gegenüber. Die Gehäuseteile 6, 7 grenzen im Bereich des größten Durchmesser des Laufrades 4 aneinander an.
  • Bei einer Drehung des Laufrades 4 wird die zu fördernde Flüssigkeit von dem Einlaßkanal 9 zu dem Auslaßkanal 10 gefördert. Dabei tritt im Bereich der Laufschaufeln 13, 14 eine geringe Menge der zu fördernden Flüssigkeit in den Spalt zwischen dem Laufrad 4 und dem Gehäuse 3. Durch Reibungs- und Zentrifugalkräfte wird diese Flüssigkeit in den Bereich der Führungsmittel 17 gefördert und erzeugt in Abhängigkeit von den Abständen der Führungsflächen 18, 19 von dem Gehäuse 3 und dem Winkel der Führungsflächen 18, 19 zu den Stirnseiten des Laufrades 4 Kräfte in axialer und radialer Richtung auf das Laufrad 4. Durch eine entsprechende Gestaltung der Führungsmittel 17 läßt sich damit das Laufrad 4 axial und radial führen. Die Führungsflächen 18, 19 sind bei der dargestellten Ausführungsform spiegelbildlich zueinander gestaltet. Auf die dem Elektromotor 2 zugewandte Führungsfläche 19 kann jedoch verzichtet werden, wenn ein Rotor des Elektromotors 2 auf dem Laufrad 4 aufliegt und damit eine vorgesehene Axialkraft erzeugt wird. Selbstverständlich können die Führungsflächen 18, 19 oder der den Führungsflächen 18, 19 gegenüberstehende Bereich der Gehäuseteile 6, 7 Beschichtungen mit Notlaufeigenschaften oder zur Verminderung einer Gleitreibung oder von Gleitlagern her bekannte Taschen zur Aufnahme der zu fördernden Flüssigkeit aufweisen.
  • Figur 2 zeigt eine Seitenkanalpumpe 20, bei der Führungsmittel 21 eine sprunghafte, von dem mittleren Bereich des Randes zu den Stirnseiten eines Laufrades 22 weisende Querschittsverringerung haben. Hierdurch sind an den an die Stirnseiten angrenzenden Bereichen jeweils eine radiale Führungsfläche 23 und eine axiale Führungsfläche 24 angeordnet. Ein Gehäuse 25 der Seitenkanalpumpe hat in diesem Bereich jeweils eine den Führungsflächen 23, 24 entsprechenden Form. Hierdurch hat das Laufrad 22 in seinem radial äußeren Bereich axiale und radiale Gleitlager.

Claims (7)

  1. Seitenkanalpumpe mit einem in einem Pumpengehäuse drehbar angeordneten Laufrad (4; 22), mit in dem Gehäuse angeordnetem Einlaßkanal (9) und einem Auslaßkanal (10), mit in dem Laufrad (4; 22) angeordneten Laufschaufeln (13, 14) zur Förderung einer Flüssigkeit von dem Einlaßkanal (9) zu dem Auslaßkanal (10) und mit Führungsmitteln (17) zur Führung des Laufrades (4; 22) in einer axialen und/oder radialen Lage, wobei die Führungsmittel (17; 21) im radial äußeren Teilbereich des Laufrades (4; 22) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsmittel (17; 21) zumindest eine im radial äußeren Teilbereich des Laufrades (4; 22) angeordnete Querschnittsveränderung aufweisen und daß die zumindest eine Querschnittsveränderung im radial äußeren Teilbereich aus Bereichen des Laufrades (4; 22) gebildet ist, und daß diese Bereiche jeweils als mit einem vorgesehenen Abstand dem Gehäuse (3; 25) gegenüberstehende Führungsflächen (18, 19) gestaltet sind.
  2. Seitenkanalpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsmittel (17; 21) eine einzige mit einem vorgesehenen Abstand einem entsprechenden Bereich des Gehäuses (3; 25) gegenüberstehende Führungsfläche (18, 19, 23, 24) aufweisen.
  3. Seitenkanalpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsveränderung sprungartig gestaltet ist.
  4. Seitenkanalpumpe nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsveränderung als Fase gestaltet ist.
  5. Seitenkanalpumpe nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsflächen (18, 19) in einem Winkel von ungefähr 30 bis 60° zur Stirnseite des Laufrades (4) angeordnet sind.
  6. Seitenkanalpumpe nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der radial äußere Teilbereich des Laufrades (4; 22) jeweils eine zu jeweils einer Stirnseite des Laufrades (4; 22) weisende Führungsfläche (18, 19) hat.
  7. Seitenkanalpumpe nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwei einander gegenüberstehende, das Laufrad (4; 22) umschließende Gehäuseteile (6, 7) im Bereich des größten Durchmessers des Laufrades (4; 22) aneinandergrenzen.
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