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Die
vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen Kraftstoffpumpen für Automobile,
und im Besonderen eine regenerative Kraftstoffpumpe, die ein rotierendes
Lauf- bzw. Flügelrad,
im Folgenden Verdichter genannt, aufweist.
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Regenerative
Kraftstoffpumpen kommen im Fahrzeugbau aufgrund ihrer niedrigen
spezifischen Geschwindigkeitszahl (Verhältnis des Durchmessers und
der Durchflussrate zum Druck), ihres geräuscharmen Betriebs, ihrer günstigen
Eigenschaften in Verbindung mit heißem Kraftstoff und aufgrund
ihrer Langlebigkeit häufig
zur Anwendung. Diese regenerativen Kraftstoffpumpen schließen einen
Verdichter ein, der sich auf einer Welle dreht und in einer Verdichterkammer
innerhalb der Pumpe angebracht ist. Der Abstand zwischen einander
gegenüberliegenden axialen
Seiten des Verdichters und entsprechenden Wandungen der Verdichterkammer
muss genau eingestellt sein, um es zu ermöglichen, dass die Pumpe Kraftstoff
bei relativ hohen Drücken
(d.h. größer als ca.
2 bar) fördern
kann. Die Verdichter sind typischerweise zweiseitige Verdichter,
was bedeutet, dass sie Verdichterschaufeln an beiden gegenüberliegenden Seiten
aufweisen, die dazu dienen, den Kraftstoff auf beiden Seiten des
Verdichters unter Druck zu setzen. Auf diese Weise sind die Verdichter
in axialer Richtung relativ gut ausbalanciert, wodurch der nötige Abstand
zur Förderung
von Kraftstoff bei hohem Druck eingehalten werden kann.
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Ein
Nachteil dieser Kraftstoffpumpen besteht darin, dass ihr Feuchtekreisindex
(engl.: wet circle index) mit Werten von 1,7 oder größer relativ
hoch ist. Der Feuchtekreisindex ist ein Index für die Pumpengrenzschicht (engl.:
pump boundary layer) und Reibungsverluste. Der Feuchtekreisindex
kann als Verhältnis
der Länge
des Feuchtekreises (engl.: wet circle length) zur Querschnittsfläche des
Strömungskanals
definiert werden. Dabei ist die Länge des Feuchtekreises die
Strecke, die entlang des Umfangs des Strömungskanals (das bedeutet der
Umfang eines runden Strömungskanals)
gemessen wird, wobei der Strömungskanal
sowohl durch den Verdichter als auch die Vorrichtungen bzw. Strukturen
(beispielsweise Korpus- und Deckelstrukturen) auf beiden Seiten
des Verdichters gebildet wird.
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Demzufolge
besteht der Bedarf nach einer Kraftstoffpumpe mit stabilem axialen
Abstand zur Förderung
von Kraftstoff unter hohem Druck in einem Fahrzeug, wobei sie gleichzeitig
einen niedrigeren Feuchtekreisindex aufweisen soll, um Reibungsverluste
gering zu halten und die Effizienz der Pumpe zu erhöhen.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer
Kraftstoffpumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Die
vorliegende Erfindung bietet ein Kraftstoffpumpe, welche die Pumpeneffizienz
durch eine Verkleinerung des Feuchtekreisindex erhöht, während sie
einen gleich bleibenden axialen Abstand aufrechterhält, um den
Anforderungen an eine Automobilapplikation gerecht zu werden. Eine
Ausführungsform
der Erfindung schließt
eine Kraftstoffpumpe ein, die Kraftstoff zwecks Förderung
an einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs unter Druck setzt. Die
Kraftstoffpumpe schließt
im Allgemeinen ein Gehäuse,
einen Motor, einen einseitigen Verdichter, einen Deckel, sowie einen
Korpus ein. Die Verwendung eines einseitigen Verdichters verkleinert
in hohem Maße
den Feuchtekreisindex und erhöht
die Pumpeneffizienz.
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Der
Motor ist in dem Gehäuse
untergebracht und treibt eine Welle an. Der Verdichter ist mit der Welle
so verbunden, dass er relativ zu ihr sowohl eine Rotation als auch
eine axiale Translation ausführen kann.
Das bedeutet, dass der Verdichter sozusagen frei auf der Welle schwimmt.
Der Deckel schließt
einen Deckel strömungskanal
ein, der angrenzend an einen Verdichterströmungskanal ausgerichtet ist,
der sich im Verdichter befindet. Eine Rotation des Verdichters sowie
seiner Schaufeln setzt den geringer unter Druck stehenden Kraftstoff
unter Druck, der sich an einem Einlassende des Deckelströmungskanals
befindet, und der nun zu einem Auslassende des Deckelströmungskanals
gedrückt
wird. Durch den Verdichter verläuft
ein Verdichterströmungsdurchgang,
der mit dem Auslassende des Deckelströmungskanals kommuniziert. Der
Korpus bildet einen Auslassgang, der so angeordnet ist, dass er
in Fließverbindung
mit dem Verdichterströmungsdurchgang steht
und so höher
unter Druck stehenden Kraftstoff zur Weiterleitung an den Verbrennungsmotor
empfängt.
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Der
Verdichter schwimmt frei auf der Welle und ist sowohl einer deckelseitigen
Kraft durch den Kraftstoff ausgesetzt, der sich im Deckelströmungskanal
sowie im Verdichterströmungskanal
befindet, als auch einer korpusseitigen Kraft, die der Kraftstoff ausübt, welcher
sich im Auslassgang befindet. Der Auslassgang ist zumindest teilweise
der Korpusseite frei zugewandt, und dieser exponierte Bereich ist
derart bemessen, dass er eine korpusseitige Axialkraft aufbaut,
die in etwa die gleiche Größe wie die
deckelseitige Axialkraft hat. Auf diese Weise ist der Verdichter
auf der Welle ausbalanciert und hält so konstant die axialen
Abstände
ein, um stark unter Druck stehenden Kraftstoff zu fördern.
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Um
auf weitere detaillierte Aspekte einzugehen, ist der exponierte
Bereich auf der Korpusseite des Verdichters kleiner als der Bereich
auf seiner Deckelseite, der zum Deckeldurchflusskanal hin exponiert
ist, da der Druck an der Korpusseite im allgemeinen größer ist
als der Druck, der im Mittel an der Deckelseite des Verdichters
herrscht. Zusätzlich
können Korpus,
Deckel, oder beide zugleich, Druckausgleichkanäle aufweisen, die in Fließverbindung
mit stark oder schwach unter Druck stehendem Kraftstoff stehen,
und so angepasst werden können,
dass der Verdichter ausbalanciert ist. Diese Druckausgleichkanäle können viele
Formen annehmen und an verschiedenen Stellen des Radius sowie des
Umfangs angeordnet sein.
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Durch
das Größenverhältnis der
deckel- beziehungsweise korpusseitigen exponierten Bereiche der
Verdichteroberfläche,
die mit dem Kraftstoff Kontakt haben, ermöglicht es die Kraftstoffpumpe
der vorliegenden Erfindung, dass der Verdich ter den axialen Abstand
von höchstens
50 μm zum
Deckel einhält.
Gleichermaßen
hält der
Verdichter einen axialen Abstand zum Deckel ein, der ausreicht,
um einen Kraftstoffdruck von mindestens 2 bar aufzubauen. Es sei
darauf hingewiesen, dass die Kraftstoffpumpe ohne Lager oder andere
strukturelle Komponenten auskommt, um den notwendigen Abstand zwischen Deckel
und Verdichter herzustellen.
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Die
beigefügten
Zeichnungen, die in die Anmeldung eingebunden sind und einen Teil
derselben bilden, zeigen verschiedene Aspekte der vorliegenden Erfindung,
und zusammen mit der Beschreibung dienen sie dazu, die Prinzipien
der Erfindung zu verdeutlichen.
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1:
zeigt einen Querschnitt einer erfindungsgemäßen Kraftstoffpumpe;
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2:
zeigt eine perspektivische Explosionszeichnung des Deckels, Verdichters,
und Korpus', die
zusammen einen Bereich der in 1 abgebildeten
Kraftstoffpumpe bilden;
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3:
zeigt eine perspektivische Explosionszeichnung ähnlich 2, wobei
an dieser Stelle die gegenüberliegenden
Seiten von Deckel, Verdichter und Korpus dargestellt sind.
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4:
zeigt eine vergrößerte perspektivische
Ansicht des in den 1 bis 3 dargestellten
Deckels;
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5:
zeigt Deckel, Verdichter, und Korpus der 1 bis 3 im
Querschnitt;
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6:
zeigt Deckel, Verdichter, und Korpus der 1 bis 3 im
Querschnitt;
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7:
zeigt ähnlich 4 eine
vergrößerte perspektivische
Ansicht, jedoch einer alternativen Ausführungsform des Deckels;
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8:
zeigt ähnlich 4 eine
vergrößerte perspektivische
Ansicht, je doch einer alternativen Ausführungsform des in den 1 bis 4 dargestellten
Verdichters;
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9:
zeigt eine vergrößerte perspektivische
Ansicht einer alternativen Ausführungsform
des in den 1 bis 4 dargestellten
Korpus; und
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10:
zeigt eine vergrößerte perspektivische
Ansicht einer alternativen Ausführungsform
des in den 1 bis 4 dargestellten
Korpus.
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1 zeigt
einen Querschnitt einer Kraftstoffpumpe 20, die erfindungsgemäß konstruiert
wurde. Wie man erkennen kann, schließt die Kraftstoffpumpe 20 einen
einseitigen Verdichter 50 ein, der den Feuchtekreisindex
von 1,8 auf 1,1 verkleinert, wodurch Reibungsverluste reduziert
werden und die Pumpeneffizienz der Kraftstoffpumpe 20 um
ca. 20-35% erhöht
wird. Des weiteren ist der einseitige Verdichter 50 frei
schwimmend, wobei er einen axialen Abstand gegenüber einem Deckel 30 einhält, der es
erlaubt, stark unter Druck stehenden Kraftstoff bei etwa 2 bar oder
mehr zu fördern.
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Wie
in 1 dargestellt, schließt die Kraftstoffpumpe 20 im
Allgemeinen ein Gehäuse 22 ein,
in welchem sich ein Motor 24 befindet. Der Motor 24 ist funktionell
mit einer Welle 26 verbunden, die eine Zentralachse 28 der
Kraftstoffpumpe 20 definiert. Ein Deckel 30 schließt das offene
Ende des Gehäuses 22 ab
und schließt
einen Einlass 34 ein, der zur Aufnahme geringer unter Druck
stehenden Kraftstoffes dient. Ein Korpus 70 befindet sich
innerhalb des Gehäuses 22 und
vor dem Deckel 30. Der Verdichter 50 ist so an
der Welle 26 angebracht, dass er sowohl eine Rotation als
auch eine Translation relativ zu ihr ausführen kann. Dies bedeutet, dass
der Verdichter 50 frei auf der Welle 26 schwimmt,
worauf bereits hingewiesen wurde.
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In 2 ist
eine perspektivische Explosionsansicht des Deckels 30,
des Verdichters 50, und des Korpus 70 gezeigt.
Es ist erkennbar, dass der Verdichter 50 eine deckelseitige
Oberfläche 52 aufweist, in
welcher sich ein Verdichterströmungskanal 58 befindet.
Der Verdichterströmungskanal 58 verläuft ringförmig um
den Verdichter 50 und grenzt an eine äußere Umfangsoberfläche 51 desselben.
Der Verdichterströmungskanal 58 schließt eine
Vielzahl Schaufeln 60 ein, die dazu dienen, den Kraftstoff
unter Druck zu setzen, wie es Stand der Technik ist. Ein Verdichterströmungsdurchgang 62 verläuft durch den
Verdichter 50 von der deckelseitigen Oberfläche 52 zu
einer korpusseitigen Oberfläche 53 (siehe 3).
Der Verdichterströmungsdurchgang 62 wird durch
mehrere in Umfangsrichtung verteilte Öffnungen 64 gebildet,
die wie dargestellt ringförmig
angeordnet sind. Die Öffnungen 64 werden
durch mehrere Speichen 66 getrennt, die zur Verbesserung
der Strömungseigenschaften
einen kreisrunden Querschnitt haben. Der Fachmann wird erkennen,
dass der Querschnitt der Speichen 66 anders als kreisrund
geformt sein kann, etwa oval, elliptisch, flach, gekrümmt, oder flügelförmig, und
dass er entlang der Speichen 66 veränderlich sein kann. Nicht-kreisförmige oder
flügelförmige Speichen 66 sind
dem Pumpvorgang der Kraftstoffpumpe 20 förderlich.
Ferner kann der Zeichnung entnommen werden, dass der Verdichter 50 eine Öffnung 54 mit
einer Abflachung 56 aufweist, die dazu dient, die Welle 26 aufzunehmen,
die den Verdichter 50 rotieren lässt.
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Der
Korpus 70 schließt
im Allgemeinen eine Korpusoberfläche 72 ein,
die in axialer Richtung dem Verdichter 50 zugewandt ist.
Der Korpus 70 bildet einen Auslass 74, durch den
unter Druck stehender Kraftstoff zur endgültigen Abgabe an den Verbrennungsmotor
strömt.
Ferner bildet der Korpus 70 eine Zentralöffnung 76 sowie
ein Lager 75, durch welche die Welle zum weiteren Anschluss
an den Verdichter 50 verläuft. Der Korpus 70 weist
eine Aussenkante 78 auf, die in ihrem Innern eine Verdichterkammer 80 einschließt. Wie
am besten in 1 zu sehen ist, wird die Verdichterkammer 80 sowohl
von der Aussenkante 78 als auch von der Korpusoberfläche 72 gebildet,
und hat solche Abmessungen, dass sie den Verdichter 50 aufnehmen
kann. Schließlich
bildet der Korpus 70 noch einen Auslassgang 82,
der in Fließverbindung
mit dem Auslass 74 steht. Der Auslassgang 82 wird
zumindest teilweise von einer Aussparung 84 gebildet, die
sich in der Korpusoberfläche 72 befindet.
Es ist erkennbar, dass sich die Aussparung 84 vom Auslass 74 aus
in radialer Richtung nach innen erstreckt und die Form der Ziffer „8" beziehungsweise
einer Sanduhr aufweist.
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Die
gegenüberliegenden
Seiten des Deckels 30, Verdichters 50, sowie des
Korpus' 70 sind
in der Explosionszeichnung der 3 dargestellt.
Der Deckel 30 weist eine Deckeloberfläche 32 auf, die in
axialer Richtung dem Verdichter 50 zugewandt ist. Die Deckeloberfläche 32 bildet
eine Aussparung 36, die so bemessen ist, dass sie die Welle 26 sowie
ein Lagerpolster wie in 1 dargestellt aufnehmen kann. Die
Deckeloberfläche 32 bildet
außerdem
einen Deckelströmungskanal 38,
der sich ringförmig
um den Deckel 30 erstreckt. Der Deckelströmungskanal 38 ist
in radialer Richtung gegenüber
dem Verdichterströmungskanal 58 und
seinen Schaufeln 60 (s. 2) ausgerichtet,
die auf diese Weise Kraftstoff in ihn hineindrücken. Der Deckelströmungskanal 38 durchläuft im Deckel 30 einen
Winkel von etwa 330° und
lässt somit
eine Freifläche 44 zwischen
seinen Enden frei.
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In 3 ist
ebenfalls erkennbar, dass der Verdichter 50 eine korpusseitige
Oberfläche 53 hat, die
keinerlei Schaufeln oder Strömungskanäle aufweist,
was bedeutet, dass es sich bei dem Verdichter 50 um einen
einseitigen Verdichter handelt.
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In 4 ist
eine vergrößerte Ansicht
des Deckels 30 dargestellt. Im Besonderen ist der Deckelströmungskanal 38 erkennbar,
der ein Einlassende 40 sowie ein Auslassende 42 hat.
Des Weiteren weist der Deckelströmungskanal 38 eine
Dampfentlüftungsöffnung 46 auf,
die dazu dient, unerwünschten Kraftstoffdampf
innerhalb der Kraftstoffpumpe 20 zu entlüften. Das
Auslassende 42 des Deckelströmungskanals 38 beschreibt
einen Bogen und windet sich in radialer Richtung nach innen, worauf
zu einem späteren
Zeitpunkt noch eingegangen werden wird.
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Im
Folgenden werden anhand der 5 und 6 die
Strömungskanäle durch
den Deckel 30, Verdichter 50, und den Korpus 70 beschrieben. Wenn
die Bauteile wie dargestellt zusammengefügt werden, schließen der
Deckel 30 und der Korpus 70 den Verdichter 50 nach
Art eines Sandwich ein, wobei sich der Verdichter 50 innerhalb
der Verdichterkammer 80 befindet, die durch die Außenkante 78 des
Korpus 70 gebildet wird. Im Folgenden wird 5 von
links nach rechts beschrieben. Der Deckel 30 schließt im Allgemeinen
den Einlass 34 ein, durch den gering unter Druck stehender
Kraftstoff zur Förderung
an den Verbrennungsmotor aufgenommen wird. Der Einlass 34 verläuft in axialer
Richtung und kommuniziert mit dem Einlassende 40 des Deckelströmungskanals 38.
Der Deckelströmungskanal 38 ist
in radialer Richtung am Verdichterströmungskanal 58 ausgerichtet,
der sich im Verdichter 50 befindet. Kraftstoff fließt in den
Deckelströ mungskanal 38 und den
Verdichterströmungskanal 58 und
wird durch Schaufeln 60 und die Drehung des Verdichters 50 relativ
zum Deckel 30 und zum Korpus 70, die beide stationär sind,
unter Druck gesetzt.
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Im
Folgenden wird 6 betrachtet. Während Kraftstoff
vom Einlassende 40 des Deckelströmungskanals 38 zu
seinem Auslassende 42 strömt, wird er unter Druck gesetzt.
Wie der Abbildung zu entnehmen ist, beschreibt das Auslassende 42 des Deckelströmungskanals 38 einen
Bogen und verläuft in
radialer Richtung nach innen zu einem Punkt, der am Verdichterströmungsdurchgang 62 des
Verdichters 50 ausgerichtet ist. Der Auslassgang 82,
der vom Korpus 70 gebildet wird, steht in Fließverbindung
mit dem Verdichterströmungsdurchgang 62 des
Verdichters 50. Auf diese Weise ist es möglich, dass
stärker unter
Druck stehender Kraftstoff durch den Verdichter 50 hindurch
und über
den Auslassgang 82 in den Auslass 74 strömt, der
sich im Korpus 70 befindet.
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Auf
diese Weise wird erfindungsgemäß eine effizientere
Kraftstoffpumpe 20 durch die Verwendung eines einseitigen
Verdichters 50 angeboten. Der Deckelströmungskanal 38 sowie
der Verdichterströmungskanal 58 sind
so dimensioniert, dass die Kraftstoffpumpe 20 eine vergleichbare
Förderleistung
wie eine solche mit doppelseitigem Verdichter hat, während sie
gleichzeitig mit einem einseitigen Verdichter 50 arbeitet,
durch den der Feuchtekreisindex verkleinert und somit Reibungsverluste
reduziert werden.
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Es
muss auf jeden Fall sichergestellt werden, dass ein festgelegter
Abstand zwischen dem Verdichter 50 sowie dem Deckel 30 beziehungsweise dem
Korpus 70 erhalten bleibt. Im Besonderen bei der Verwendung
der Kraftstoffpumpe 20 in einem Kraftfahrzeug treten relativ
hohe Kraftstoffdrücke
auf, die oberhalb 2 bar liegen können.
Daher ist es erforderlich, dass ein axialer Abstand von ca. 50 μm (oder 0,5
mm) oder weniger zwischen dem Verdichter 50 und dem Deckel 30 beziehungsweise
dem Korpus 70 erhalten bleibt. Das bedeutet, dass die deckelseitige Oberfläche 52 des
Verdichters 50 innerhalb eines (axialen) Abstands von 50 μm zur Deckeloberfläche 32 gehalten
werden muss, um einen Kraftstoffdruck von 2 bar oder höher zu ermöglichen.
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Unglücklicherweise
ist es nicht möglich,
den Verdichter 50 fest mit der Welle 26 zu verbinden. Während des
rauen Einsatzes in einem Kraftfahrzeug ist die Kraftstoffpumpe 20 einem
dauernden und sich ständig
wiederholenden Einsatz unterworfen, der Verschleiß an dem
Lagerpolster hervorruft, durch das die Welle 26 gelagert
wird. Daher ist es möglich,
dass die Welle 26 über
die Lebensdauer der Kraftstoffpumpe 20 ihre Position verändert, was
die Einhaltung des optimalen Abstands zwischen Verdichter 50 und
Deckel 30 unmöglich
macht. Daraus folgt, dass die Kraftstoffpumpe 20 beim Einsatz
in einem Kraftfahrzeug einen frei auf der Welle 20 schwimmenden
Verdichter 50 aufweisen muss.
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Daher
wird bei der erfindungsgemäßen Kraftstoffpumpe 20 die
Oberfläche
des Verdichters 50 festgelegt, im Besonderen die Fläche der
korpusseitigen Oberfläche 53,
die Kontakt mit dem stärker unter
Druck stehenden Kraftstoff im Auslassgang 82 hat. Dies
kann am besten anhand der in 6 dargestellten
Querschnittsansicht nachvollzogen werden. Im besonderen die Fläche des
Verdichters 50, die an seiner korpusseitigen Oberfläche 53 Kontakt
mit Kraftstoff hat, ist hinsichtlich ihrer Größe sorgfältig auf die Fläche abgestimmt,
die an seiner deckelseitigen Oberfläche 52 mit Kraftstoff
in Berührung
kommt. Wie man leicht feststellen kann, hängt die Fläche des Verdichters 50,
die an seiner deckelseitigen Oberfläche 52 Kontakt mit
Kraftstoff hat, von der ihr in axialer Richtung gegenüberliegenden
Fläche
des Deckelströmungskanals 38 ab.
Man wird außerdem
leicht einsehen, dass sich der Kraftstoffdruck innerhalb des Deckelströmungskanals 38 zwischen
seinem Einlassende 40 und seinem Auslassende 42 verändert. Daher
muss der Kraftstoffdruck im Deckelströmungskanal 38 gemittelt
werden, und an dieser Stelle ist es hinreichend genau anzunehmen,
dass er ungefähr der
Hälfte
des Differenzdruckes zwischen Einlassende 40 und Auslassende 42 entspricht.
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Wenn
beispielsweise am Einlassende 40 ein niedrigerer Kraftstoffdruck
von etwa 0 bar anliegt und von der Kraftstoffpumpe 20 bis
zum Auslassende 42 auf einen Druck von etwa 4 bar gebracht
wird, kann der durchschnittliche Druck im Deckelströmungskanal 38 mit
2 bar abgeschätzt
werden. In diesem Beispiel beträgt
der höhere
Kraftstoffdruck im Auslassgang 82 ebenfalls etwa 4 bar.
Dementsprechend wird die Fläche
des Verdichters 50 (im besonderen seine korpusseitige Oberfläche 53),
die dem Auslassgang 82 zugewandt ist, in Abhängigkeit
von der mit dem Deckelströmungskanal 38 korrespondierenden
Fläche
dimensioniert, wodurch die auf die beiden gegenüberliegenden Seiten des Verdichters 50 wirkenden Kräfte im wesentlichen
ins Gleichgewicht gesetzt werden. Mit anderen Worten ist der Verdichter 50 einer
deckelseitigen und einer korpusseitigen Kraft unterworfen, die konstruktionsbedingt
ungefähr
gleich groß sein
sollen.
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Terme
wie „in
etwa", „ungefähr", und „im wesentlichen" in Verbindung mit
auf den Verdichter 50 wirkenden Kräften und Drücken sollen im Rahmen dieser
Anmeldung der Tatsache Rechnung tragen, dass der aktuelle Druck
innerhalb des Deckelströmungskanals 38 von
speziellen Randbedingungen (etwa einem Pulsieren oder anderen Druckänderungen)
abhängt,
und seinerseits dazu führen
kann, dass sich der Verdichter 50 auf der Welle 26 bewegt. Dieser
Umstand ist in Fachkreisen hinreichend bekannt. In unserem Beispiel
entspricht die dem Kraftstoff ausgesetzte Fläche der korpusseitigen Oberfläche 53 des
Verdichters 50 in etwa der Hälfte der dem Kraftstoff ausgesetzten
Fläche
an seiner deckelseitigen Oberfläche 52.
Auf diese Weise ist es möglich, dass
der Verdichter 50 eine axiale Translation infolge Druckschwankungen
des Kraftstoffs ausführen
und gleichzeitig einen angemessenen axialen Abstand von etwa 50 μm oder weniger
einhalten kann und so das Vermögen
der Pumpe 20 gewährleisten
kann, einen Kraftstoffdruck von 2 bar oder größer aufzubauen.
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Der
Fachmann wird erkennen, dass zusätzliche
Vorrichtungen im Deckel 30, Verdichter 50, und/oder
Korpus 70 zum Einsatz kommen können, um den Verdichter 50 entlang
der Welle 26 auszubalancieren. In den 7–10 sind
einige von vielen Ausführungsformen
des Deckels 30 sowie des Korpus' 70 abgebildet. Im Besonderen
ist in 7 ein Druckausgleichskanal 48 erkennbar,
der sich in der Deckeloberfläche 32 befindet.
Dieser Druckausgleichskanal 48 befindet sich in radialer
Richtung innerhalb des Deckelströmungskanals 38.
Ein verengter Verbindungsabschnitt 49 ist Teil des Druckausgleichskanals 48 und
verbindet diesen mit dem Auslassende 42 des Deckelströmungskanals 38.
Auf diese Weise kann stärker
unter Druck stehender Kraftstoff, der sich in der Nähe des Auslassendes 42 befindet,
durch den relativ engen Verbindungsabschnitt 49 in den
Druckausgleichskanal 48 strömen. Auf diese Weise enthält der Druckausgleichskanal 48 Kraftstoff,
die zur deckelseitigen Kraft beiträgt, die auf den Verdichter 50 wirkt,
deren Höhe
von der Größe der Fläche des
Druckausgleichskanals 48 abhängt.
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Man
wird des Weiteren erkennen, dass der Druckausgleichskanal 48 in
Umfangsrichtung zum Einlassende 40 des Deckelströmungskanals 38 hin ausgerichtet
ist. Dieses Konstruktionsmerkmal wird eingesetzt, um die auf den
Verdichter 50 wirkende deckelseitige Kraft gleichmäßig über dessen
gesamten deckelseitigen Bereich zu verteilen (d.h. eine Verteilung
von größeren und
kleineren Kräften
vorzunehmen). Auf diese Weise befindet sich der Druckausgleichskanal 48 (der
mit stärker
unter Druck stehendem Kraftstoff gefüllt ist] in der Nähe des Bereiches
des Deckelströmungskanals 38,
der mit geringer unter Druck stehendem Kraftstoff gefüllt ist
(womit der Bereich des Einlassendes 40 gemeint ist). Der
Druckausgleichskanal 48 durchläuft einen Winkel von 180° oder weniger
innerhalb des Deckels 30, kann jedoch auch größere Winkel
einnehmen. Es ist außerdem
erkennbar, dass der verbindende verengte Bereich 49 des
Druckausgleichskanals 48 in Umfangsrichtung an der Freifläche 44 des
Deckels 30 ausgerichtet ist.
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In 8 ist
nochmals der Deckel 30 abgebildet, der hier jedoch eine
alternative Version eines Druckausgleichskanals 148 aufweist.
Letzterer schließt
weiterhin einen verengten Verbindungsabschnitt 149 nahe
der Freifläche 44 ein.
Der verengte Verbindungsabschnitt 149 verbindet den Druckausgleichskanal 148 mit
stärker
unter Druck stehendem Kraftstoff, der am Auslassende 42 des
Deckelströmungskanals 38 ansteht.
In dieser Ausführungsform verläuft der
Druckausgleichskanal 148 gabelförmig und wird durch eine Wand 147 in
einen Außenabschnitt 148a und
einen Innenabschnitt 148b unterteilt. Die Wand 147 ist
in radialer Richtung an dem Verdichterströmungsdurchgang 62 ausgerichtet,
um diesen gegen einen Kraftstoffstrom abzudichten. Der Innenabschnitt 148b erstreckt
sich radial nach innen bis zu einem Punkt, der neben der Aussparung 36 liegt,
während
der Außenabschnitt 148a in
radialer Richtung an den Deckelströmungskanal 38 grenzt. Wie
in der Ausführungsform
der 7 ist der Druckausgleichskanal 148 in
Umfangsrichtung am Einlassende 40 ausgerichtet und in radialer
Richtung nach innen versetzt, außerdem durchläuft er auch
hier einen Winkel von etwa 180° in
Umfangsrichtung. Dem Fachmann ist ersichtlich, dass beide der in
den 7 und 8 abgebildeten Ausführungsformen
Druckausgleichskanäle 48 bzw. 148 aufweisen
können,
die am Auslassende 42 des Deckelströmungskanals 38 ausgerichtet
sind und verengte Verbindungsabschnitte 49 bzw. 149 einschließen, die
diese Kanäle in
Fließverbindung
mit dem Einlassende 40 des Deckelströmungskanals 38 bringen,
an welchem sich geringer unter Druck stehender Kraft stoff befindet.
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9 zeigt
eine perspektivische Ansicht des Korpus 70, in dessen Korpusoberfläche 72 sich
ein Druckausgleichskanal 86 befindet. Der Druckausgleichskanal 86 verläuft in Umfangsrichtung
innerhalb des Korpus 70 und bedeckt einen Winkel von höchstens
360°. Der
Druckausgleichskanal 86 ist an zumindest einem Teilstück des Auslasses 74 sowie des
Auslassganges 82 ausgerichtet, obwohl man erkennen wird,
dass der Druckausgleichskanal 86 an einer beliebigen Stelle
der Korpusoberfläche 72 angeordnet
und von beliebiger Form sein kann, solange seine senkrecht zur Zentralachse 28 stehende
Fläche
so dimensioniert ist, dass die auf den Verdichter 50 wirkenden
Kräfte
im Gleichgewicht stehen. Gemäß dieser
Anforderung sieht die in 9 abgebildete Ausführungsform
einen Druckausgleichskanal 86 im Korpus 70 vor,
der stärker
unter Druck stehenden Kraftstoff aus dem Auslassgang 82 empfängt und
so zur korpusseitigen Kraft auf den Verdichter 50 beiträgt.
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In 10 ist
eine weitere Ausführungsform des
Korpus 70 dargestellt, die einen ersten Druckausgleichskanal 186 sowie
einen zweiten Druckausgleichskanal 188 aufweist. Diese
Druckausgleichskanäle 186, 188 sind
nierenförmig
und durchlaufen jeweils einen Winkel von höchstens 180° innerhalb des Korpus 70.
Der erste Druckausgleichskanal 186 steht in Fließverbindung
mit dem Auslassgang 82 sowie dem Auslass 74 und
nimmt somit stärker
unter Druck stehenden Kraftstoff auf. Der zweite Druckausgleichkanal
steht im Bereich des Einlasses 34 des Deckels 30 und über einen
Durchgang 189, der sich im Außenrand 78 des Korpus 70 befindet,
in Fließverbindung
mit geringer unter Druck stehendem Kraftstoff. Im allgemeinen ist
der Druckausgleichskanal 186, der stärker unter Druck stehenden
Kraftstoff führt,
in Umfangsrichtung an dem stärker
unter Druck stehenden Bereich des Deckelströmungskanals 38 (das
bedeutet am Auslassende 42) ausgerichtet, während der
Druckausgleichskanal 188, der geringer unter Druck stehenden
Kraftstoff führt,
in Umfangsrichtung an dem geringer unter Druck stehenden Bereich
des Deckelströmungskanals 38 (das
ist der Bereich nahe des Einlassendes 40) ausgerichtet
ist. Auf diese Weise ist dafür
gesorgt, dass die größeren deckelseitigen Kraftanteile
in etwa auf einer Wirkungslinie mit den größeren korpusseitigen Kraftanteilen
liegen. Gleichzeitig und analog dazu liegen die kleineren deckelseitigen
Kraftanteile und die kleineren korpusseitigen Kraftanteile (das
heißt
die Kraftanteile, die sich aus dem geringer unter Druck stehenden
Kraftstoff ergeben) auf einer Wirkungslinie.
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Für den Fachmann
ist ersichtlich, dass die vorliegende Erfindung, die im vorangegangenen
anhand mehrerer erfindungsgemäß konstruierter
Ausführungsformen
beschrieben wurde, eine Kraftstoffpumpe 20 bietet, die
den Feuchtekreisindex verringert sowie die Effizienz der Pumpe erhöht. Letzteres wird
durch einen einseitigen Verdichter 50 unterstützt, der
frei auf der Welle 26 schwimmt. Gleichzeitig ist der Verdichter 50 hinsichtlich
seiner Lage entlang der Welle 26 ausbalanciert und hält einen
axialen Abstand zu Deckel 30 und Korpus 70 ein,
der kleiner als 50 μm
ist und es ermöglicht,
die Kraftstoffpumpe 20 unter den rauen Arbeits- und Betriebsbedingungen
eines Kraftfahrzeugs einzusetzen, die Kraftstoffdrücke von
oberhalb 2 bar erfordern.
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Die
vorstehende Beschreibung verschiedener Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung dient darstellenden und beschreibenden Zwecken. Sie soll
weder erschöpfend
sein noch die Erfindung auf die vorgestellten Ausführungsformen
beschränken.
Zahlreiche Ver- und Abänderungen
sind unter zu Hilfenahme der dargelegten Erkenntnisse denkbar. Zum
Beispiel können
sämtliche
Strömungs- und Druckausgleichskanäle, die
in Deckel 30, Verdichter 50, oder Korpus 70 zu
finden sind, jeden beliebigen Querschnitt haben, etwa quadratisch,
rechteckig, halbkreisförmig,
halboval, halbelliptisch, usw.. Die hier betrachteten Ausführungsformen
wurden ausgewählt
und beschrieben, um die Prinzipien sowie die praktische Umsetzung
der Erfindung bestmöglich
zu illustrieren und dadurch den Fachmann in die Lage zu versetzen,
diese in verschiedenen Ausführungsformen
und versehen mit praxisgerechten Abänderungen anzuwenden. All diese
Ver- und Abänderungen
fallen unter den Geltungsbereich der Erfindung, wie er in den nachfolgenden
Ansprüchen
sowie ihrem gesamten angemessenen, legalen, und rechtmäßigen Interpretationsspielraum
festgehalten wird.