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Die
Erfindung geht aus von einem Förderaggregat
nach der Gattung des Hauptanspruchs. Es ist schon ein Förderaggregat
aus der
US 6,454,520
B1 bekannt, mit einem in einer Pumpenkammer umlaufenden
Laufrad, das an wenigstens einer Stirnfläche einen Kranz von in Umfangsrichtung
mit Abstand zueinander angeordneten Schaufeln aufweist, die jeweils
eine in Umlaufrichtung vorauseilende Vorderseite und eine in Umlaufrichtung
nacheilende Rückseite
aufweisen und mit einem ringförmigen
Förderkanal
der Pumpenkammer zusammenwirken. Zwischen den einzelnen Schaufeln
ist jeweils eine Schaufelkammer gebildet. Die Flüssigkeit tritt radial innen
bezüglich
einer Drehachse des Laufrads aus dem Förderkanal in die Schaufelkammern
ein und radial außen
wieder aus den Kammern in den Förderkanal
aus. Zur Verbesserung der Ein- und Ausströmung in die Kammern bzw. aus
diesen heraus haben die Schaufeln an ihrer von einer Stirnseite
und der Rückseite
gebildeten Kante eine von radial innen nach radial außen durchgehend
verlaufende Fase.
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Nachteilig
ist, dass die von der Stirnseite und der Vorderseite gebildete Kante
keine Fase aufweist. Die Strömung
erfährt
dadurch beim Ausströmen
aus der Schaufelkammer einen erhöhten
Strömungswiderstand.
Wenn die von der Stirnseite und der Vorderseite gebildete Kante
auch eine durchgehend verlaufende Fase wie an der von der Stirnseite
und der Rückseite
gebildeten Kante aufweisen würde,
müßte die
in Umlaufrichtung gemessene Wandstärke der Schaufel vergrößert werden,
was den Widerstand der Strömung
ebenfalls erhöhen
würde.
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Vorteile der
Erfindung
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Das
erfindungsgemäße Förderaggregat
mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den
Vorteil, daß auf
einfache Art und Weise eine Verbesserung des Wirkungsgrads des Förderaggregates
durch Verringerung des Strömungswiderstands
erzielt wird, indem zumindest eine Schaufel radial außen an der
Vorderseite und/oder radial innen an der Rückseite im Bereich der Stirnseiten
zumindest eine dreieckförmige, ovalförmige, kreisförmige oder
kreisausschnittförmige
Schrägfläche aufweist.
Auf diese Weise wird der Strömung
an dem radial inneren und dem radial äußeren Ende der Schaufeln mehr
Fläche
gegeben, um unter einem vorbestimmten Einströmwinkel in die Schaufelkammern
einzutreten bzw. unter einem vorbestimmten Ausströmwinkel
die Schaufelkammern zu verlassen.
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Durch
die in den Unteransprüchen
aufgeführten
Maßnahmen
sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch
angegebenen Förderaggregates
möglich.
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Besonders
vorteilhaft ist, wenn die Schrägfläche der
Schaufel derart gebildet ist, dass ein fiktiver schräger Schnitt
von dem einen Ende der Schaufel ausgehend mit abnehmender Tiefe
in die Richtung des anderen Endes der Schaufel verläuft, da
diese Ausführung
besonders leicht durch Spritzgießen herzustellen ist.
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Weiterhin
vorteilhaft ist, dass die Schrägfläche die
Schrägfläche begrenzende
Kanten aufweist, die gegenüber
den angrenzenden Kanten der benachbarten Flächen in anderer Richtung verlaufen.
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Sehr
vorteilhaft ist es, dass die Schrägfläche eine zwischen den Schaufeln
gebildete und in die Kammer mündende
Einström-
bzw Ausströmfläche vergrößert, da
auf diese Weise der Wirkungsgrad des Förderaggregates erhöht wird.
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In
vorteilhafter Weise wird die Schrägfläche entweder eben oder gewölbt ausgeführt.
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Auch
vorteilhaft ist, wenn die radiale Erstreckung der Schrägfläche bezüglich einer
Pumpenachse kleiner ist als die radiale Erstreckung der Schaufel.
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Zeichnung
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und
in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen 1 im
Schnitt eine Ansicht eines Förderaggregates, 2 ein
Laufrad dieses Förderaggregates, 3 eine
erfindungsgemäße Schaufel
gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel, 4 eine
dreidimensionale Ansicht einer Schaufel gemäß 3 mit dreieckigen
Schrägflächen, 5 eine
dreidimensionale Ansicht einer Schaufel gemäß 3 mit kreisausschnittförmigen Schrägflächen, 6 eine
dreidimensionale Ansicht einer Schaufel gemäß 3 mit ovalförmigen oder
kreisförmigen
Schrägflächen, 7 eine
Schnittansicht entlang der Linie VII-VII in 3, 8 eine
erfindungsgemäße Schaufel
gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel, 9 eine Schnittansicht
entlang der Linie IX-IX in 8 und 10 eine
dreidimensionale Ansicht einer Schaufel gemäß 8 mit dreieckigen
Schrägflächen.
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Beschreibung
der Ausführungsbeispiele
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1 zeigt
ein Förderaggregat,
bei dem eine erfindungsgemäße Ausbildung
der Schaufeln Anwendung finden kann.
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Das
erfindungsgemäße Förderaggregat dient
dazu, eine Flüssigkeit,
beispielsweise Kraftstoff, aus einem Vorratsbehälter zu fördern, beispielsweise über eine
Druckleitung zu einer Brennkraftmaschine.
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Das
erfindungsgemäß ausgebildete
Förderaggregat
hat ein Pumpengehäuse 1,
das einen Pumpenteil 2 und einen Motorteil 3 aufweist.
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Das
erfindungsgemäße Förderaggregat
ist eine Strömungspumpe,
beispielsweise eine Peripheralpumpe oder eine Seitenkanalpumpe.
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Das
Pumpenteil 2 weist eine Pumpenkammer 4 auf, in
der ein Laufrad 5 rotierend um eine rotationssymmetrische
Pumpenachse 8 umläuft.
Das Laufrad 5 wird von einem in dem Motoreil 3 vorgesehenen
Aktor 9 über
eine Antriebswelle 10 angetrieben. Der Aktor 8 ist
beispielsweise ein Elektromotor und ist in einem Motorraum 7 des
Motorteils 3 angeordnet.
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Ein
Bereich stromauf der Pumpenkammer 4 wird als Saugseite,
ein Bereich stromab der Pumpenkammer 4 wird als Druckseite
des Aggregates bezeichnet.
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Die
Pumpenkammer 4 weist einen Pumpenkammereingang 11 und
einen Pumpenkammerausgang 12 auf. Die Pumpenkammer 4 wird
begrenzt durch zwei sich in Richtung der Pumpenachse 8 gegenüberliegende
Stirnwände,
einer ersten Stirnwand 15 und einer zweiten Stirnwand 16,
wobei in der ersten Stirnwand 15 der Pumpenkammereingang 11 und
in der zweiten Stirnwand 16 der Pumpenkammerausgang 12 vorgesehen
ist, und in radialer Richtung bezüglich der Pumpenachse 8 von
einer Ringwand 17.
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Das
Laufrad 5 weist beispielsweise an beiden Stirnflächen 20.1, 20.2 einen
Kranz von in Umfangsrichtung mit Abstand zueinander angeordneten Schaufeln 5.1 auf.
Zwischen den Schaufeln 5.1 sind Kammern 5.2 gebildet.
Beispielsweise sind die Schaufeln 5.1 und die Kammern 5.2 der
ersten Stirnfläche 20.1 des
Laufrads 5 spiegelsymmetrisch auf der zweiten Stirnfläche 20.2 vorgesehen.
Die sich jeweils gegenüberliegenden
Kammern 5.2 der beiden Stirnflächen 20.1, 20.2 des
Laufrads 5 sind beispielsweise über eine Verbindungsöffnung 26 miteinander verbunden.
Nach radial außen
hin sind die Kammern 5.2 beispielsweise geschlossen, indem
an den radial äußeren Enden
der Schaufeln 5.1 ein umlaufender Ring 5.3 vorgesehen
ist.
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In
den Stirnwänden 15, 16 sind
ringförmige Förderkanäle 14 vorgesehen,
die im radialen Bereich der Schaufeln 5.1 angeordnet sind.
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Die
erste Stirnwand 15 ist beispielsweise Teil eines Ansaugdeckels 18 und
die zweite Stirnwand 16 und die Ringwand 17 sind
beispielsweise Teil eines Druckdeckels 19. In dem Ansaugdeckel 18 ist
ein Eingangskanal 22 vorgesehen, der über den Pumpenkammereingang 11 in
die Pumpenkammer 4 mündet,
wobei die Pumpenkammer 4 über den Pumpenkammerausgang 12 und
einen in dem Druckdeckel 19 vorgesehenen Ausgangskanal 23 mit
dem Motorraum 7 strömungsverbunden
ist.
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Der
Druckdeckel 19 weist eine Durchgangsöffnung 24 auf. Die
mit dem Aktor 9 mechanisch gekoppelte Antriebswelle 10 ragt
von dem Motorraum 7 ausgehend durch die Durchgangsöffnung 24 des Druckdeckels 19 in
die Pumpenkammer 4.
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Die
axiale Breite der Pumpenkammer 4 ist größer als die axiale Breite des
Laufrades 5, so daß ein
Axialspalt 20 von ca. zehn bis dreißig Mikrometer zwischen dem
Laufrad 5 und den Stirnwänden 15, 16 besteht.
Die Differenz zwischen der Breite der Pumpenkammer 4 und
der Breite des Laufrades 5 wird als Gesamtaxialspalt definiert.
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Das
Laufrad 5 ist beispielsweise auf die in die Pumpenkammer 4 ragende
Antriebswelle 10 gesteckt, wofür das Laufrad 5 eine
Laufradöffnung 25 aufweist,
in die die Antriebswelle 10 zumindest hineinragt, um mit
dem Laufrad formschlüssig
und/oder kraftschlüssig
verbunden zu sein. Das Laufrad 5 ist auf der Antriebswelle 10 beispielsweise
derart gelagert, daß es
zwischen der ersten Stirnwand 15 und der zweiten Stirnwand 16 axial
beweglich ist.
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Das
Förderaggregat
saugt beispielsweise Flüssigkeit
aus einem Vorratsbehälter 32 über den Eingangskanal 22,
den Pumpenkammereingang 11 in die Pumpenkammer 4 an
und fördert
diesen über den
Pumpenkammerausgang 12, den Ausgangskanal 23,
den Motorraum 7 des Motorteils des Pumpengehäuses 1 und
eine Druckleitung 33 beispielsweise zu einer Brennkraftmaschine 34.
In der Druckleitung 33 ist beispielsweise ein Rückschlagventil 35 vorgesehen,
um nach einem Abschalten des Förderaggregates
einen vorbestimmten Druck in der Druckleitung 33 aufrechtzuerhalten.
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2 zeigt
ein Laufrad aus dem Stand der Technik, das gemäß den nachfolgenden 3–9 erfindungsgemäß ausgeführt wird.
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Bei
dem Laufrad nach 2 sind die gegenüber dem
Förderaggregat
nach 1 gleichbleibenden oder gleichwirkenden Teile
durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
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3 zeigt
einen Ausschnitt eines erfindungsgemäß ausgebildeten Laufrads gemäß einem ersten
Ausführungsbeispiel
mit einer erfindungsgemäßen Schaufel.
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Bei
dem Laufrad nach 3 sind die gegenüber dem
Förderaggregat
nach 1 und dem Laufrad nach 2 gleichbleibenden
oder gleichwirkenden Teile durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
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Die
Schaufeln 5.1 weisen in einer Umlaufrichtung 29 des
Laufrades 5 gesehen eine Vorderseite 30 und eine
Rückseite 31 auf.
Zu den Stirnflächen 20.1, 20.2 des
Laufrades 5 hin haben die Schaufeln 5.1 eine Stirnseite 32.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen,
dass zumindest eine Schaufel 5.1 radial außen an der
Vorderseite 30 und/oder radial innen an der Rückseite 31 im
Bereich der Stirnseite 32 zumindest eine Schrägfläche 38 aufweist.
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Die
Schrägfläche 38 ist
radial außen
im Bereich einer von der Vorderseite 30 und der Stirnseite 32 der
Schaufel 5.1 gebildeten Vorderkante 30.1 und/oder
radial innen im Bereich einer von der Rückseite 31 und der
Stirnseite 32 der Schaufel 5.1 gebildeten Hinterkante 31.1 vorgesehen.
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Gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel ist
die Schrägfläche 38 der
Schaufel 5.1 derart gebildet, dass ein fiktiver schräger Schnitt
von dem einen Ende der Schaufel 5.1 ausgehend mit abnehmender Tiefe
T in radialer Richtung des anderen Endes der Schaufel 5.1 verläuft. Der
fiktive schräge
Schnitt an der Vorderkante 30.1 bzw. Hinterkante 31.1 der Schaufel 5.1 verläuft nur über eine
Teillänge
der Vorderkante 30.1 bzw. der Hinterkante 31.1,
so dass die radiale Erstreckung der Schrägfläche 38 bezüglich der
Pumpenachse 8 kleiner ist als die radiale Erstreckung der
Schaufel 5.1.
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Die
Schrägfläche 38 ist
eine Teilfläche
der Vorderseite 30 bzw. der Rückseite 31.
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Die
Schrägfläche 38 weist
die Schrägfläche 38 begrenzende
Kanten 39 auf, die gegenüber den angrenzenden Kanten
der benachbarten Flächen 30, 31, 32 in
anderer Richtung verlaufen (4). Die Schrägfläche 38 weist
dadurch gegenüber
der Vorderseite 30 bzw. Rückseite 31 eine Neigung
auf. Die Schrägfläche 38 verläuft also
schräg
bezüglich
der Vorderseite 30, der Rückseite 31 und der
Stirnseite 32 der Schaufel 5.1 und somit in eine
andere räumliche
Richtung als die Fläche
der Vorderseite 30, der Rückseite 31 und der
Stirnseite 32 der Schaufel 5.1.
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Die
Schrägfläche 38 ist
derart ausgebildet, dass der Strömungswiderstand
beim Ein- und Ausströmen
eine zwischen den Schaufeln 5.1 gebildete und in die Kammer 5.2 mündende Einström- bzw Ausströmfläche vergrößert.
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Erfindungsgemäß ist die
Schrägfläche 38 beispielsweise
dreieckförmig
(3, 4), kreisaussehnittförmig (5),
oval, kreisförmig
(6) oder ähnlich
ausgeführt.
Die Schrägfläche 38 kann eben
oder gewölbt
ausgeführt
sein.
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4 zeigt
eine erfindungsgemäß ausgebildete
Schaufel gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel
mit einer dreieckförmigen
Schrägfläche.
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Bei
der Schaufel nach 4 sind die gegenüber dem
Förderaggregat
nach 1 und dem Laufrad nach 2 und 3 gleichbleibenden
oder gleichwirkenden Teile durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
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Die
Schaufeln 5.1 sind bei Betrachtung in radialer Richtung
bezüglich
der Pumpenachse 8 beispielsweise V-förmig bzw. gepfeilt ausgeführt. Die zwei
Schenkel der V-förmigen
Schaufeln 5.1 sind bezogen auf die Pumpenachse 8 schräggestellt.
Die Schaufeln 5.1 weisen an dem radial inneren Ende der Hinterkante 31.1 und
an dem radial äußeren Ende der
Vorderkante 30.1 beispielsweise dreieckförmige Schrägflächen 38 auf.
Die dreieckförmigen
Schrägflächen 38 sind
durch drei Kanten 39 gebildet. Beispielsweise hat die Schaufel 5.1 zu
beiden Stirnflächen 20.1, 20.2 des
Laufrads 5 hin erfindungsgemäße Schrägflächen 38.
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5 zeigt
eine erfindungsgemäß ausgebildete
Schaufel gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel
mit einer kreisausschnittförmigen
Schrägfläche.
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Bei
der Schaufel nach 5 sind die gegenüber dem
Förderaggregat
nach 1 und dem Laufrad nach 2 bis 4 gleichbleibenden
oder gleichwirkenden Teile durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
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6 zeigt
eine erfindungsgemäß ausgebildete
Schaufel gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel
mit einer ovalförmigen
oder kreisförmigen Schrägfläche.
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Bei
der Schaufel nach 6 sind die gegenüber dem
Förderaggregat
nach 1 und dem Laufrad nach 2 bis 5 gleichbleibenden
oder gleichwirkenden Teile durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
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7 zeigt
eine Schnittansicht des Laufrades entlang der Linie VII-VII in 3 gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel.
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Bei
dem Laufrad nach 7 sind die gegenüber den
vorigen Figuren gleichbleibenden oder gleichwirkenden Teile durch
die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
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Das
Fluid strömt
von den Förderkanälen 14 ausgehend
radial innen in die Kammern 5.2 des Laufrades 5 unter
einem Einströmwinkel
E ein und radial außen
unter einem Ausströmwinkel
A aus den Kammern 5.2 heraus in die Förderkanäle 14. Der Einströmwinkel
E und der Ausströmwinkel
A sind durch die Schrägflächen 38 unterschiedlich
ausgebildet, wobei der Einströmwinkel
E größer ist
als der Ausströmwinkel
A.
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In
der Pumpenkammer 4 des Förderaggregates entsteht eine
spiralförmige
Zirkulationsströmung,
die beim Einströmen
in die Kammern 5.2 und beim Ausströmen aus den Kammern 5.2 heraus
einen Strömungswiderstand
erfährt.
Durch das Vorsehen der Schrägflächen 38 wird
eine größere Einström- und Ausströmfläche zur
Verfügung
gestellt und damit der Strömungswiderstand
deutlich verringert. Die Schrägflächen 38 vergrößern den
Einströmwinkel
E und den Ausströmwinkel
A gegenüber
dem Stand der Technik. Durch die Vergrößerung des Ausströmwinkels
A werden lokale Unterdruckgebiete an den Schaufelkanten 30.1, 31.1 vermieden
oder zumindest verkleinert. Auf diese Weise wird die Förderung
von Kraftstoff bei hoher Temperatur (sogenannte Heißbenzinförderung)
verbessert.
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8 zeigt
einen Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Laufrades gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel.
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Bei
dem Laufrad nach 8 sind die gegenüber den
vorigen Figuren gleichbleibenden oder gleichwirkenden Teile durch
die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
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Die
Schaufeln 5.1 gemäß dem zweiten
Ausführungsbeispiel
sind wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel
V-förmig
bzw. gepfeilt ausgebildet. Die Schaufeln 5.1 nach dem zweiten
Ausführungsbeispiel
unterscheiden sich gegenüber
den Schaufeln des ersten Ausführungsbeispiels
darin, dass sie radial außen
einen in Umlaufrichtung 29 nacheilenden Abschnitt 5.4 und
radial innen einen in Umlaufrichtung 29 vorauseilenden
Abschnitt 5.5 aufweisen. Der nacheilende Abschnitt 5.4 und
der vorauseilende Abschnitt 5.5 sind beispielsweise gegenüber einem mittleren
Abschnitt 5.6, der zwischen den Abschnitten 5.4, 5.5 vorgesehen
ist, abgewinkelt. Durch diese abgewinkelte Ausführung der Schaufeln 5.1 wird
erreicht, dass der Ausströmwinkel
A (9) weiter vergrößert wird und dadurch Unterdruckgebiete
an den Schaufelkanten 30.1, 31.1 vermieden oder
zumindest verkleinert werden, was die Förderung von Heißbenzin
weiter verbessert. Weiterhin wird eine Verbesserung des Ein- und
Ausströmens
aus der Pumpenkammer 5.2 erreicht, so dass die Strömungsverluste
gesenkt werden.
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Auch
die Schaufeln 5.1 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel
weisen radial außen
an der Vorderseite 30 und/oder radial innen an der Rückseite 31 im
Bereich der Stirnseite 32 zumindest eine Schrägfläche 38 auf,
die wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel
beschrieben ausgebildet sind.
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9 zeigt
eine Schnittansicht des Laufrades entlang der Linie IX-IX in 8 gemäß dem zweiten
Ausführungsbeispiel.
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Bei
dem Laufrad nach 9 sind die gegenüber den
vorigen Figuren gleichbleibenden oder gleichwirkenden Teile durch
die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
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Die
Abwinkelung der Schaufel 5.1 in den Abschnitten 5.4, 5.5 verläuft über die
gesamte Breite B des Laufrades 5.
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10 zeigt
eine dreidimensionale Ansicht einer Schaufel mit dreieckigen Schrägflächen gemäß dem zweiten
Ausführungsbeispiel.
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Bei
dem Laufrad nach 9 sind die gegenüber den
vorigen Figuren gleichbleibenden oder gleichwirkenden Teile durch
die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.