DE102004060978A1

DE102004060978A1 - Laufrad

Info

Publication number: DE102004060978A1
Application number: DE200410060978
Authority: DE
Inventors: Eberhard Geissel
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2004-12-17
Filing date: 2004-12-17
Publication date: 2006-06-22

Abstract

Bei einem Laufrad (4) für eine insbesondere als Seitenkanalpumpe ausgebildete Förderpumpe weisen Schaufelkammern (8, 9) einen schmalen Bereich (16) und einen breiten Bereich (15) auf. Der breite Bereich (15) ist näher an der Drehachse des Laufrades (4) angeordnet als der schmale Bereich (16). In dem schmalen Bereich (16) wird eine Zirkulationsströmung der Förderpumpe beschleunigt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Laufrad für eine insbesondere als Seitenkanalpumpe oder als Peripheralpumpe ausgebildete Förderpumpe, welches in zumindest einer seiner Stirnseiten einen Kranz Schaufelkammern begrenzende Leitschaufeln hat und einen Mitnehmer zu seiner drehfesten Befestigung auf einem entsprechend gestalteten Antrieb aufweist.

Solche Laufräder haben meist in ihrem Zentrum eine unrunde Ausnehmung als Mitnehmer und lassen sich auf eine Welle eines Elektromotors aufstecken. Förderpumpen mit solchen Laufrädern werden in der Regel als Kraftstoffpumpen zur Förderung von Kraftstoff in einem Kraftstoffbehälter eines Kraftfahrzeuges eingesetzt. Beim Antrieb des Laufrades wird in den Schaufelkammern und in diesen gegenüberstehenden, sich von einem Einlass bis zu einem Auslass erstreckenden teilringförmigen Kanälen eine Zirkulationsströmung erzeugt. Hierdurch lassen sich mit den Förderpumpen sehr hohe Druckzahlen bei kleinen Baugrößen erzeugen. Die Zirkulationsströmung tritt bezogen auf die Drehachse des Laufrades radial innen in die Schaufelkammer ein und radial außen aus der Schaufelkammer heraus in den teilringförmigen Kanal. Die Schaufelkammern und der teilringförmige Kanal bilden zusammen eine Förderkammer, durch die der Kraftstoff gefördert wird. Die Geschwindigkeitskomponente in Umfangsrichtung des Laufrades ist eine Funktion der Laufradgeometrie und wird aufgrund des negativen Druckgradients, entgegen welchen die Flüssigkeit in der Förderkammer gefördert wird, reduziert. Dies führt zu einem geringen Wirkungsgrad der Förderpumpe.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein Laufrad der eingangs genannten Art so zu gestalten, dass eine mit diesem ausgestattete Förderpumpe einen besonders hohen Wirkungsgrad aufweist.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Schaufelkammern einen breiten Bereich und einen schmalen Bereich aufweisen und dass der breite Bereich näher an der Drehachse des Laufrades angeordnet ist als der schmale Bereich.

Durch diese Gestaltung tritt die Zirkulationsströmung in den breiten Bereich der Schaufelkammern in das Laufrad ein und gelangt anschließend in den schmalen Bereich. Dies führt insbesondere bei einer Förderung von flüssigem Kraftstoff, welcher sich durch weitgehende Inkompressibilität auszeichnet, zu einer deutlichen Erhöhung der Geschwindigkeit der Zirkulationsströmung. Die Erhöhung der Geschwindigkeit der Zirkulationsströmung verringert die Verweilzeit der Flüssigkeitsteilchen in der Förderkammer, was zu einer deutlichen Erhöhung des Wirkungsgrades der mit dem erfindungsgemäßen Laufrad ausgestatteten Förderpumpe führt.

Eine stufenfreie Gestaltung der Schaufelkammer führt zu besonders geringen Verwirbelungen der Strömung und lässt sich gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung einfach erzeugen, wenn sich der schmale Bereich der Schaufelkammer ausgehend von dem breiten Bereich verjüngt. Die Verjüngung der Schaufelkammer von dem breiten Bereich in den schmalen Bereich kann beispielsweise linear oder progressiv ausgebildet sein.

Eine vorgesehene Trennung der Einströmung in den breiten Bereich und des Ausströmens in den schmalen Bereich der Schaufelkammern lässt sich gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung einfach sicherstellen, wenn sich der schmale Bereich ungefähr über die halbe Höhe der Schaufelkammer erstreckt.

Die Aufteilung der Schaufelkammern in den schmalen Bereich und in den breiten Bereich erfordert gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung einen besonders geringen konstruktiven Aufwand, wenn in dem schmalen Bereich der Schaufelkammer die in Drehrichtung weisende Vorderseite der einzelnen Leitschaufeln auf die gegenüberliegende, gegen die Drehrichtung weisende Rückseite der nächsten Leitschaufel geneigt ist. Durch diese Gestaltung wird die Strömung durch die in Laufrichtung des erfindungsgemäßen Laufrades weisende Neigung der Vorderseite der Leitschaufeln zusätzlich beschleunigt.

Zur weiteren Verringerung des konstruktiven Aufwandes der Aufteilung der Schaufelkammern trägt es gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung bei, wenn im schmalen Bereich der Schaufelkammer die gegen die Drehrichtung des Laufrades weisende Rückseite der Leitschaufeln auf die gegenüberliegende, in Drehrichtung des Laufrades weisende Vorderseite der nächsten Leitschaufel hin geneigt ist.

Zur weiteren Erhöhung des Wirkungsgrades der mit dem erfindungsgemäßen Laufrad ausgestatteten Förderpumpe trägt es bei, wenn auf beiden Stirnseiten angeordnete und einander gegenüberstehende Schaufelkammern miteinander verbunden sind und jeweils einen breiten Bereich und einen schmalen Bereich aufweisen.

Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Diese zeigt in
1 einen Längsschnitt durch eine Förderpumpe mit einem erfindungsgemäßen Laufrad,
2 einen Teilschnitt durch die Förderpumpe aus 1 im Bereich des erfindungsgemäßen Laufrades entlang der Linie II-II,
3 einen Teilbereich einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Laufrades.
1 zeigt eine von einem Elektromotor 1 angetriebene, als axial durchströmte Seitenkanalpumpe ausgebildete Förderpumpe 2 in einem Längsschnitt. Die Förderpumpe 2 hat ein in einem Gehäuse 3 drehbar angeordnetes, auf einer Welle 5 des Elektromotors 1 befestigtes Laufrad 4. Das Gehäuse 3 weist an einer Seite einen Einlasskanal 6 und an der dem Einlasskanal 6 gegenüberliegenden Seite einen Auslasskanal 7 auf. In den Stirnseiten des Laufrades 4 sind jeweils ein Kranz Schaufelkammern 8, 9 begrenzende Leitschaufeln 10, 11 angeordnet.
Einander gegenüberstehende Schaufelkammern 8, 9 haben eine Verbindung 12 miteinander. In seinen den Leitschaufeln 10, 11 des Laufrades 4 gegenüberstehenden Bereichen weist das Gehäuse 3 jeweils einen sich in Drehrichtung des Laufrades 4 gesehen von der Höhe des Einlasskanals 6 bis zu der Höhe des Auslasskanals 7 erstreckenden, teilringförmigen Kanal 13, 14 auf. Die Schaufelkammern 8, 9 und die teilringförmigen Kanäle 13, 14 bilden eine Förderkammer für eine zu fördernde Flüssigkeit, beispielsweise für Kraftstoff. Bei einem Antrieb des Laufrades 4 durch den Elektromotor 1 entsteht innerhalb der Förderkammer eine Zirkulationsströmung. Diese Zirkulationsströmung tritt in einem radial inneren Bereich des Laufrades 4 in die Schaufelkammern 8, 9 ein und in einem radial äußeren Bereich des Laufrades 4 aus den Schaufelkammern 8, 9 heraus. Zur Verdeutlichung sind in der Zeichnung die Strömungen der geförderten Flüssigkeit mit Pfeilen gekennzeichnet.
2 zeigt in einer Schnittdarstellung durch die Förderpumpe 2 aus 1 entlang des Linie II-II einen radial äußeren Teilbereich einer Stirnseite des Laufrades 4. Hierbei ist zu erkennen, dass die Schaufelkammern 9 einen breiten Bereich 15 und einen schmalen Bereich 16 aufweisen. Der breite Bereich 15 ist näher an der Drehachse des Laufrades 4 und damit mit Blick auf die Stirnseite des Laufrades 4 in einem radial inneren Bereich des Laufrades 4 angeordnet als der schmale Bereich 16. Damit dringt die in 1 dargestellte Strömung in dem breiten Bereich 15 in die Schaufelkammer 9 ein und tritt aus dem schmalen Bereich 16 aus der Schaufelkammer 9 heraus. Der schmale Bereich 16 erstreckt sich ungefähr über die halbe Höhe der Schaufelkammern 9 und wird von einer in Drehrichtung des Laufrades 4 weisenden Vorderseite 17 der Leitschaufeln 11 erzeugt. Hierbei ist ein Teilbereich der Vorderseite 17 der Leitschaufel 11 in Drehrichtung des Laufrades 4 auf eine gegen die Drehrichtung weisende Rückseite 18 der nächsten Leitschaufel 11 geneigt und verjüngt damit die Schaufelkammer 9 kontinuierlich. Zur Verdeutlichung ist die Drehrichtung des Laufrades 4 in der Zeichnung mit einem Pfeil gekennzeichnet.
3 zeigt einen radial äußeren Teilbereich einer weiteren Ausführungsform des Laufrades 4 aus 1, bei der die Schaufelkammern 9 ebenfalls an ihrem zum radial Inneren des Laufrades 4 weisenden Ende einen breiten Bereich 20 und an ihrem zum radial Äußeren des Laufrades 4 weisenden Ende einen schmalen Bereich 21 aufweisen. Zur Erzeugung des schmalen Bereichs 21 hat eine Vorderseite 22 der Leitschaufeln 11 einen Radius r. Gegen die Drehrichtung weisenden Rückseiten 23 der Leitschaufeln 11 sind jeweils auf die Vorderseite 22 hin geneigt.

1: Elektromotor
2: Förderpumpe
3: Gehäuse
4: Laufrad
5: Welle
6: Einlasskanal
7: Auslasskanal
8,9: Schaufelkammer
10,11: Leitschaufel
12: Verbindung
13,14: Kanal
15,16: Bereich
17: Vorderseite
18: Rückseite
20,21: Bereich
22: Vorderseite
23: Rückseite

Claims

Laufrad für eine insbesondere als Seitenkanalpumpe oder als Peripheralpumpe ausgebildete Förderpumpe, welches in zumindest einer seiner Stirnseiten einen Kranz Schaufelkammern begrenzende Leitschaufeln hat und einen Mitnehmer zu seiner drehfesten Befestigung auf einem entsprechend gestalteten Antrieb aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaufelkammern (8, 9) einen breiten Bereich (15, 20) und einen schmalen Bereich (16, 21) aufweisen und dass der breite Bereich (15, 20) näher an der Drehachse des Laufrades (4) angeordnet ist als der schmale Bereich (16, 21).
Laufrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich der schmale Bereich (16, 21) der Schaufelkammer (8, 9) ausgehend von dem breiten Bereich (15, 20) verjüngt.
Laufrad nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich der schmale Bereich (16, 21) ungefähr über die halbe Höhe der Schaufelkammer (8, 9) erstreckt.
Laufrad nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem schmalen Bereich (16, 21) der Schaufelkammer (8, 9) die in Drehrichtung weisende Vorderseite (17, 22) der einzelnen Leitschaufeln (10, 11) auf die gegenüberliegende, gegen die Drehrichtung weisende Rückseite (18, 23) der nächsten Leitschaufel (10, 11) geneigt ist.
Laufrad nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im schmalen Bereich (16, 21) der Schaufelkammer (8, 9) die gegen die Drehrichtung des Laufrades (4) weisende Rückseite (18, 23) der Leitschaufeln (10, 11) auf die gegenüberliegende, in Drehrichtung des Laufrades (4) weisende Vorderseite (17, 22) der nächsten Leitschaufel (10, 11) hin geneigt ist.
Laufrad nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf beiden Stirnseiten angeordnete und einander gegenüberstehende Schaufelkammern (8, 9) miteinander verbunden sind und jeweils einen breiten Bereich (10, 15) und einen schmalen Bereich (16, 21) aufweisen.