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Die vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf Fahrzeugkraftstoffpumpen, genauer gesagt auf eine regenerative Fahrzeugkraftstoffpumpe mit einem einseitigen drehbaren Schaufelrad.
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Regenerative Kraftstoffpumpen waren im Fahrzeugbereich wegen der niedrigen spezifischen Geschwindigkeit (Verhältnis des Durchmessers und der Strömungsgeschwindigkeit zum Druck), des leisen Betriebs, der guten Handhabung des heißes Kraftstoffes und der langen Lebensdauer weit verbreitet. Diese regenerativen Kraftstoffpumpen beinhalten im Allgemeinen ein sich auf einer Welle drehendes Schaufelrad, welches innerhalb einer Schaufelradkammer in der Pumpe positioniert ist. Der Abstand zwischen den gegenüberliegenden axialen Seiten des Schaufelrades und den entsprechenden Wänden der Schaufelradkammer muss genau reguliert sein, um der Pumpe zu ermöglichen, Kraftstoff mit relativ hohem Druck (d. h. größer als ungefähr 2 bar) zu verarbeiten. Bei den Schaufelrädern handelt es sich typischerweise um doppelseitige Schaufelräder, d. h. die Schaufelräder beinhalten Schaufeln auf jeder der sich gegenüberliegenden Seiten, um Kraftstoff an beide Seiten des Schaufelrades zu drücken. Auf diese Weise sind die Schaufelräder axial relativ gut ausbalanciert, um den notwendigen Abstand für das Pumpen von Hochdruckkraftstoff beizubehalten.
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Eine Beeinträchtigung dieser Kraftstoffpumpen besteht darin, dass ihr Feuchtigkeitskreisindex (wet circle index) verhältnismäßig hoch ist, gewöhnlich 1,7 oder größer. Der Feuchtigkeitskreisindex (wet circle index) ist ein Index für die Pumpengrenzschicht und Reibungsverluste. Der Feuchtigkeitskreisindex (wet circle index) kann als die Feuchtigkeitskreislänge (wet circle length) im Vergleich zum Strömungskanalquerschnittsbereich definiert werden. Die Feuchtigkeitskreislänge (wet circle length) ist die Distanz entlang des Umfangs des Strömungskanals (d. h. der Umfang eines runden Strömungskanals), der anschließende Kanal ist durch das Schaufelrad und die Strukturen (z. B. Körper- und Deckelstrukturen) auf den gegenüberliegenden Seiten des Schaufelrades gebildet.
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Ein weiteres Problem dieser Art Kraftstoffpumpen ist, dass sich, da der Kraftstoff unter Druck gesetzt wird, ein Gegendruck innerhalb der pumpenden Kammer aufbaut, welcher einen Rückflussverlust verursacht, der die Effizienz der Pumpe beeinträchtigt.
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Die Druckschrift
DE 100 19 911 A1 beschreibt eine Förderpumpe, bei der zwei einander umschließende Förderkammern auf unterschiedlichen axialen Ebenen angeordnet sind. Die
DE 198 26 902 C2 beschreibt eine Förderpumpe, deren Leitschaufeln im inneren radialen Bereich einen anderen Neigungswinkel als die Leitschaufeln im radial äußeren Bereich aufweisen.
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Aus der
DE 198 50 158 A1 und die
DE 31 18 534 A1 sind Seitenkanal-Kraftstoffpumpen bekannt. Die in der
DE 198 50 158 A1 beschriebene Variante weist einen Stator mit einem Pumpkanal und einem zweiten Kanal, die jeweils mit Schaufelkränzen eines von einem elektrischen Motor angetrieben Rotors zusammenwirken, auf, um Druck sowohl im Pumpkanal wie auch in dem zweiten Kanal zu erzeugen. Die Förderpumpe gemäß der
DE 31 18 534 A1 ist mit Mitteln versehen, welche ein Kippmoment ausgleichen, das von einem entlang des Seitenkanals steigenden Förderdrucks auf das Laufrad ausgeübt wird.
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Die beschriebenen Förderpumpe sind insgesamt sehr unterschiedlich aufgebaut, der Aufbau ist aber in allen Fällen relativ kompliziert. Die Herstellung muss ausgesprochen exakt erfolgen, die Toleranzen müssen gering sein.
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Die
US 45 56 363 A beschreibt Strömungskanäle, die an der Peripherie des Schaufelrads angeordnet sind. Das Fluid tritt sofort in den Deckel der Pumpe im Bereich der Peripherie des Schaufelrads ein und fließt dann entlang der Peripherie von der Deckel- zur Körperseite. Dies hat einige Nachteile, unter anderem haben zweiseitige Schaufeln auf der Peripherie des Schaufelrades sehr hohe Toleranzanforderungen, welche eine ausgesprochen exakte Fertigung fordern. Weiterhin führen die Schaufeln an der Periphere der Pumpe zu einer Vergrößerung des Gesamtdurchmessers, da ausreichend Raum für den Strömungskanal zwischen der Peripherie und dem Gehäuse gegenüber der Schaufeln vorhanden sein muss. Hinzukommt, dass die Flüssigkeit gegen die Innenseite des Gehäuses gedrückt wird, was wiederum zu einem entsprechenden Strömungswiderstand führt.
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Dementsprechend besteht eine Notwendigkeit an einer Kraftstoffpumpe im Fahrzeugbereich mit robusten axialen Abständen, um das Pumpen von Hochdruckflüssigkeit zu ermöglichen, wobei die Kraftstoffpumpe gleichzeitig einen niedrigeren Feuchtigkeitskreisindex (wet circle index) zum Verringern von Reibungsverlusten und zur Verbesserung der Effizienz der Pumpe aufweisen soll, während eine graduellere Druckzunahme des Kraftstoffs gewährleistet ist, um den Gegendruck innerhalb der Kraftstoffpumpe zu vermindern.
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Diese Aufgabe wird durch eine Kraftstoffpumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Die vorliegende Erfindung liefert eine Kraftstoffpumpe, die die Pumpeneffizienz verbessert, indem sie unter Beibehaltung der robusten axialen Abstände den Feuchtigkeitskreisindex der Pumpe senkt, um den Anforderungen einer Anwendung in einem Fahrzeug gerecht zu werden. Eine Ausführung der Erfindung beinhaltet eine Kraftstoffpumpe für das unter Druck setzen von Kraftstoff zur Förderung an einen Motor eines Kraftfahrzeugs. Die Kraftstoffpumpe umfasst im Allgemeinen ein Gehäuse, einen Motor, ein einseitiges Schaufelrad, einen Deckel und einen Körper. Der Einsatz eines einseitigen Schaufelrades verringert den Feuchtigkeitskreisindex außerordentlich und verbessert die Pumpeneffizienz. Der Begriff „einseitiges” Schaufelrad meint, dass das Schaufelrad nur auf einer Seite Kanäle, Schaufeln oder ähnliches aufweist, die andere Seite ist dagegen im Wesentlichen glatt.
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Entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung ist der Motor im Gehäuse positioniert und treibt eine Welle an. Das Schaufelrad ist mit der Welle zur Rotation verbunden, er ist aber auch in axialer Richtung relativ zur Welle verschiebbar. Das heißt, das Schaufelrad gleitet frei auf der Welle. Das Schaufelrad hat gegenüberliegende, seitlich gerichtete Oberflächen, einschließlich einer Körperseitenfläche und einer Deckelseitenfläche. Die Deckelseitenfläche dafiniert erste und zweite Strömungskanäle, die sich rings um das Schaufelrad erstrecken. Das Schaufelrad beinhaltet weiter eine Mehrzahl von Schaufeln, die sich bereichsweise in den ersten und zweiten Strömungskanal hinein erstrecken. Der zweite Schaufelradströmungskanal ist radial einwärts vom ersten Schaufelradströmungskanal positioniert und das Schaufelrad definiert einen Strömungsdurchgang, welcher sich dort hindurch erstreckt.
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Der Deckel umfasst eine Deckeloberfläche, die einen Deckelströmungskanal definiert, welcher sich rings um den Deckel erstreckt. Der Deckelströmungskanal empfängt Kraftstoff von einem Einlauf, der in dem Deckel gebildet ist. Ein erster Teil des Deckelströmungskanals ist mindestens teilweise an dem ersten Schaufelradströmungskanal ausgerichtet und ein zweiter Teil des Deckelströmungskanals ist mindestens teilweise an dem zweiten Schaufelradströmungskanal ausgerichtet. Der Deckelströmungskanal umfasst ein Ablaufende, das sich radial einwärts für die Fließverbindung mit dem Strömungsdurchgang des Schaufelrades erstreckt.
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Die Umdrehung des Schaufelrades und seiner Schaufeln setzt den Niederdruckkraftstoff unter Druck, der am Einlauf des Deckelströmungskanals bereitgestellt ist und welcher dann zum Ablaufen des Deckelströmungskanals getrieben wird. Das Schaufelrad beinhaltet einen Strömungsdurchgang, welcher sich durch dieses hindurch erstreckt und in Verbindung mit dem Ablaufende des Deckelströmungskanals steht. Der Körper definiert einen Auslassdurchgang, der positioniert ist, um eine Fließverbindung mit dem Schaufelradströmungsdurchgang zu schaffen und dadurch Hochdruckkraftstoff zur Anlieferung an den Motor zu empfangen.
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Das Schaufelrad gleitet frei auf der Welle und ist einer deckelseitigen Kraft vom Kraftstoff im Deckelströmungskanal und im Schaufelradströmungskanal unterworfen, wie auch einer körperseitigen Kraft vom Kraftstoff im Auslassdurchgang. Der Auslassdurchgang ist zumindest teilweise zur Körperseite des Schaufelrades freigelegt und der freigelegte Bereich hat eine Größe, die ausreicht, um eine Körperseite und -kraft bereitzustellen, die ungefähr gleich der Deckelseite und -kraft ist. Auf diesem Weg ist das Schaufelrad auf der Welle ausbalanciert, um robuste axiale Abstände zum Pumpen von Hochdruckkraftstoff zu schaffen.
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Entsprechend weiterer vorteilhafter Ausführungsvarianten ist der freigelegte Bereich auf der Körperseite des Schaufelrades kleiner als der Bereich der Deckelseite des Schaufelrades, welcher dem Deckelströmungskanal ausgesetzt ist, da der Druck auf der Körperseite üblicherweise größer als der durchschnittliche Druck auf der Deckelseite des Schaufelrades ist. Zusätzlich können der Körper und der Deckel, oder einer von beiden, Druckregelkanäle in Fließverbindung entweder mit Hochdruckkraftstoff oder Niedrigdruckkraftstoff definieren, welche ausgelegt werden können, um ein ausbalanciertes Schaufelrad zur Verfügung zu stellen. Die Druckregelkanäle können viele Formen aufweisen und an verschiedenen radialen und umlaufenden Positionen angeordnet sein.
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Auf diese Weise bewirkt die Kraftstoffpumpe der vorliegenden Erfindung, dass das Schaufelrad einen axialen Abstand zwischen dem Deckel und dem Schaufelrad beibehält, der kleiner als oder gleich 50 Mikrometer ist, indem die Größe des Bereichs der Deckelseitenfläche des Schaufelrades, welcher Flüssigkeit ausgesetzt ist, im Verhältnis zu dem Bereich der Körperseitenfläche des Schaufelrades, welcher Kraftstoff ausgesetzt ist, angepasst ist. Ebenso hält das Schaufelrad einen axialen Abstand zum Deckel aufrecht, der ausreichend ist, um Kraftstoff um mindestens bis zu 2 bar unter Druck zu setzen. Die Kraftstoffpumpe benötigt vor allem kein Lager oder eine andere strukturelle Komponente, um den notwendigen Abstand zwischen Deckel und Schaufelrad beizubehalten.
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Die begleitenden Zeichnungen, die einen Teil der Beschreibung bilden, veranschaulichen einige Aspekte der vorliegenden Erfindung und dienen gemeinsam mit der Beschreibung der Erläuterung der Prinzipien der Erfindung. Es zeigen:
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1: eine Querschnittsansicht einer Kraftstoffpumpe, konstruiert in Übereinstimmung mit den Lehren der vorliegenden Erfindung;
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2: eine perspektivische Darstellung, des Deckels, des Schaufelrades und des Körpers, die einen Teil der Kraftstoffpumpe aus 1 bilden;
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3: eine Darstellung, perspektivisch ähnlich zu 2, aber die gegenüberliegenden Seiten des Deckels, Schaufelrades und Körpers darstellend; und
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4: eine vergrößerte Perspektivansicht des Deckels, der in 3 dargestellt ist.
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1 zeigt eine Kraftstoffpumpe 14. Die Kraftstoffpumpe 14 ist geeignet, um Kraftstoff vom Innern eines Kraftstofftanks (nicht dargestellt) in ein Kraftstoffsystem eines Fahrzeugs (nicht dargestellt) zu pumpen. Der Kraftstoff fließt durch einen Einlauf 24 in die Kraftstoffpumpe 14. Von der Kraftstoffpumpe 14 fließt der Kraftstoff durch einen Ablauf 26.
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Die Kraftstoffpumpe 14 beinhaltet insbesondere ein Schaufelrad 34. In einer Ausführung ist das Schaufelrad 34 der Kraftstoffpumpe 14 ein einseitiges Schaufelrad, welches den Feuchtigkeitskreisindex von ungefähr 1,8 auf ungefähr 1,1 deutlich verringert und dadurch Reibungsverluste reduziert und die hydraulische Effizienz der Kraftstoffpumpe 14 gewöhnlich um ungefähr 20%–35% erhöht. Des Weiteren gleitet das einseitige Schaufelrad 34 frei, während es einen axialen Abstand aufrechterhält, der ausreichend ist, um Kraftstoffe mit höherem Druck, gewöhnlich ungefähr 2 bar oder höher, zu handhaben.
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Die vorliegende Erfindung könnte ebenso mit einem doppelseitigen Schaufelrad, wie dem in der
US 6,688,844 B2 beschriebenen, realisiert werden, welches am 10. Februar 2004 für den gleichen Anmelder erteilt wurde, und dessen Inhalt auch Gegenstand dieser Patentanmeldung sein soll.
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Die Kraftstoffpumpe 14 umfasst im Allgemeinen ein Gehäuse 36, in dem ein Motor 38 angeordnet ist. Der Motor 38 ist wirksam mit einer Weile 40 verbunden, die eine Zentralachse 42 der Kraftstoffpumpe 14 definiert. Ein Deckel 44 schließt ein offenes Ende des Gehäuses 36 und definiert einen Eingang 24 für das Empfangen des Niederdruckkraftstoffs. Ein Körper 46 ist innerhalb des Gehäuses 36 und angrenzend an den Deckel 44 positioniert. Das Schaufelrad 34 ist zwischen den Deckel 44 und den Körper 46 eingefügt. Das Schaufelrad 34 ist für eine Rotation wie auch zur axialen Verschiebung relativ zur Welle 40 an die Welle 40 angepasst. Das heißt, das Schaufelrad 34 gleitet, wie zuvor erwähnt, frei auf der Welle 40.
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2 zeigt eine perspektivische Explosivdarstellung des Deckels 44, des Schaufelrades 34 und des Körpers 46. Es ist erkennbar, dass das Schaufelrad 34 eine Deckelseitenfläche 48 umfasst, die einen ersten Schaufelradströmungskanal 50 und einen zweiten Schaufelradströmungskanal 52 definiert. Der erste Schaufelradströmungskanal 50 erstreckt sich rings um das Schaufelrad 34 und ist angrenzend an die äußere Umgangsfläche 54 des Schaufelrades 34 angeordnet. Der zweite Schaufelradströmungskanal 52 erstreckt sich rings um das Schaufelrad 34 und ist radial einwärts von und angrenzend an den ersten Schaufelradströmungskanal 50 angeordnet.
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Wie zuvor besprochen, kann die vorliegende Erfindung mit einem einseitigen Schaufelrad
34 oder einem doppelseitigen Schaufelrad realisiert werden. Bei einem einseitigen Schaufelrad
34 sind die ersten und zweiten Schaufelradströmungskanäle
50,
52 innerhalb der Deckelseitenfläche
48 gebildet, erstrecken sich aber nicht durch das Schaufelrad
34 hindurch. Bei einem doppelseitigen Schaufelrad (nicht dargestellt), erstrecken sich die ersten und zweiten Schaufelradströmungskanäle
50,
52 durch das Schaufelrad zur Körperseitenfläche hindurch, wie in der
US 6,688,844 B2 beschrieben.
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Die Schaufelradströmungskanäle 50, 52 umfassen eine an Vielzahl Schaufeln 56, die verwendet werden, um den Kraftstoff unter Druck zu setzen, wie es den Fachleuten bekannt ist. Wie dargestellt, sind die Radialbreiten der ersten und zweiten Schaufelradströmungskanäle 50, 52 im Wesentlichen gleich, jedoch ist es erfindungsgemäß auch möglich, dass die Radialbreite des ersten und zweiten Schaufelradströmungskanals 50, 52 im Wesentlichen nicht gleich ist.
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Ein Strömungskanaldurchgang 58 erstreckt sich von der Deckelseitenfläche 48 durch das Schaufelrad 34 zu einer Körperseitenfläche 60 gegenüber der Deckelseitenfläche 48. Der Strömungskanaldurchgang 58 ist nur bei einem einseitigen Schaufelrad 34 notwendig. Bei einem doppelseitigen Schaufelrad verläuft der Kraftstofffluss durch die Schaufelradströmungskanäle 50, 52. Der Strömungskanaldurchgang 58 ist durch eine Vielzahl rings um angeordneter Öffnungen 62 definiert, die wie dargestellt in einer ringförmigen Konfiguration ausgerichtet sind. Die Öffnungen 62 sind durch eine Vielzahl von Speichen 64 getrennt, welche einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen, um den Flüssigkeitsfluss zu erleichtern. Von den Fachleuten wird außerdem erkannt werden, dass die Speichen 64 andere Querschnittsformen als kreisförmig, wie oval, elliptisch, flach, gekurvt oder Schaufelförmig aufweisen können, die entlang der Länge der Speiche 64 variieren können. Nicht-kreisförmige oder Schaufelförmige Speichen 64 ergänzen die Pumpwirkung der Kraftstoffpumpe 14. Es ist weiterhin erkennbar, dass das Schaufelrad 34 einen Durchlass 66 aufweist, welcher eine Fläche 68 für das Empfangen der Welle 40, die das Schaufelrad 34 rotierend antreibt, umfasst.
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Der Körper 46 umfasst im Allgemeinen eine Körperoberfläche 70, die dem Schaufelrad 34 axial gegenübersteht. Der Körper 46 weist einen Ablauf 72 auf, welcher Kraftstoffdurchflüsse für die endgültige Anlieferung an den Motor unter Druck setzt. Der Körper 46 weist außerdem eine Zentralöffnung 74 und eine Führungsfläche 76, durch die sich die Welle 40 für die Verbindung an das Schaufelrad 34 erstreckt, auf. Der Körper 46 beinhaltet eine periphere Randzone 78, die eine Schaufelradkammer 80 definiert. Somit bilden die Randzone 78 und die Körperoberfläche 70 eine Schaufelradkammer 80, welche bemessen ist, um das Schaufelrad 34 aufzunehmen, wie am besten in den 2 und 3 zu erkennen ist. Schließlich definiert der Körper 46 einen Ablaufdurchgang 82, der mit dem Ablauf 72 in Fließverbindung steht. Der Ablaufdurchgang 82 ist zumindest teilweise durch eine Vertiefung 84 gebildet, die in der Körperoberfläche 70 angeordnet ist. Es ist erkennbar, dass sich die Vertiefung 84 von dem Ablauf 72 aus radial einwärts erstreckt und eine Acht-Form oder Sanduhrform hat.
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Die gegenüberliegenden Seiten des Deckels 44, des Schaufelrades 34 und des Körpers 46 sind in der Explosionsdarstellung in 3 gezeigt. Der Deckel 44 umfasst eine Deckeloberfläche 86, die dem Schaufelrad 34 axial gegenübersteht. Die Deckeloberfläche 86 weist eine Aussparung 88 auf, die bemessen ist, um die Welle 40 und einen Schubknopf aufzunehmen, wie in 1 dargestellt. Die Deckeloberfläche 86 beinhaltet außerdem einen Deckelströmungskanal 90, der sich ringsum den Deckel 44 erstreckt.
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Ein erster Teil 92 des Deckelströmungskanals 90 erstreckt sich ungefähr über 330° um den Deckel 44, bevor er radial einwärts dreht, so dass sich ein zweiter Teil 94 des Deckelströmungskanals 90 radial einwärts vom ersten Teil des Deckelströmungskanals aus um den Deckel 44 herum erstreckt. Der zweite Teil 94 des Deckelströmungskanals 90 endet an einem Ablaufende 96 des Deckelströmungskanals 90. Auf diese Weise erstreckt sich die totale Länge des Deckelströmungskanals 90 um mehr als 360° um den Deckel 44 herum.
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Der erste Teil 92 des Deckelströmungskanals 90 ist radial auf den ersten Schaufelradströmungskanal 50 und dessen Schaufel 56 ausgerichtet, um darin Kraftstoff unter Druck zu setzen und der zweite Teil 94 des Deckelströmungskanals 90 ist radial auf den zweiten Schaufelradströmungskanal 52 und dessen Schaufel 56 ausgerichtet, um darin Kraftstoff unter Druck zu setzen.
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3 verdeutlich weiterhin, dass die Körperseitenfläche 60 des Schaufelrades 34 keine Schaufeln oder Strömungskanäle umfasst, das Schaufelrad 34 folglich einseitig ist.
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Eine vergrößerte Ansicht des Deckels 44 ist in 4 dargestellt. Insbesondere ist der Einlauf 24, die ersten und zweiten Teile 92, 94 und das Ablaufende 96 des Deckelströmungskanals 90 erkennbar. Kraftstoff tritt durch den Einlauf 24 in den Deckelströmungskanal 90 ein, flißt durch den ersten Teil 92 und dann den zweiten Teil 94 des Deckelströmungskanals 90 und tritt durch den Strömungskanaldurchgang 58 nahe dem Ablaufende 96 aus dem Deckelströmungskanal 90 aus. Zusätzlich umfasst der Deckelströmungskanal 90 ein Dampfentlüftungsloch 100, das verwendet wird, um unerwünschte Kraftstoffdämpfe von der Kraftstoffpumpe 14 zu entlüften.
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Im zusammengebauten Zustand, wie in 1 dargestellt, ist das Schaufelrad 34 zwischen dem Deckel 44 und dem Körper 46 angeordnet, das Schaufelrad 34 ist innerhalb der durch die Randzone 78 des Körpers 46 definierten Schaufelradkammer 80 positioniert. Niederdruckkraftstoff wird vom Kraftstofftank durch den Einlauf 24 aufgenommen. Der Einlauf 24 erstreckt sich axial und steht mit dem ersten Teil 92 des Deckelströmungskanals 90 in Verbindung. Der erste Teil 92 des Deckelströmungskanals 90 ist radial auf den ersten Schaufelradströmungskanal 50 ausgerichtet, welcher im Schaufelrad 34 gebildet ist. Der zweite Teil 94 des Deckelströmungskanals 90 ist radial auf den zweiten Schaufelradströmungskanal 52 ausgerichtet, welcher im Schaufelrad 34 gebildet ist. Kraftstoff fließt somit in den ersten Teil 92 des Deckelströmungskanals 90 und den ersten Schaufelradströmungskanal 50, und wird durch die Schaufel 56 und die Rotation des Schaufelrades 34 im Verhältnis zum ortsfesten Deckel 44 und Körper 46 unter Druck gesetzt. Der Kraftstoff fließt dann in den zweiten Teil 94 des Deckelströmungskanals 90 und den zweiten Schaufelradströmungskanal 52, und wird durch die Schaufel 56 und die Rotation des Schaufelrades 34 im Verhältnis zum ortsfesten Deckel 44 und Körper 46 unter Druck gesetzt.
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Wie in 3 dargestellt, ist das Ablaufende 96 des Deckelströmungskanals 90 zumindest teilweise auf den Strömungskanaldurchgang 58 ausgerichtet. Der im Körper 46 angeordnete Ausflussdurchgang 82 steht in einer Fließverbindung mit dem Strömungskanaldurchgang 58. Auf diese Art ist es dem unter Druck gesetzten Kraftstoff möglich, durch den Strömungskanaldurchgang 58, den Ausflussdurchgang 82 und in den durch den Körper 46 definierten Ablauf 72 zu fließen, Dementsprechend wird über die vorliegende Erfindung durch die Bereitstellung eines Deckelströmungskanals 90, der sich um mehr als 360 Grad um den Deckel 44 erstreckt, eine effizientere Kraftstoffpumpe 14 zur Verfügung gestellt. Dieser lange Deckelströmungskanal 90 erlaubt eine sukzessivere Druckzunahme des darin befindlichen Kraftstoffs und senkt dadurch die Höhe des Gegendrucks und des entsprechenden Gegendruckverlusts.
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Jedoch muss ein vorbestimmter Abstand zwischen dem Schaufelrad 34, dem Deckel 44 und dem Körper 46 beibehalten werden. Insbesondere erfordert die Anwendung der Kraftstoffpumpe 14 in einem Kraftfahrzeug, dass der Kraftstoff bis zu einem verhältnismäßig hohen Niveau unter Druck gesetzt wird, nämlich ungefähr 2 bar oder höher. Folglich muss ein axialer Abstand von ungefähr 50 Mikrometer (oder 0,05 mm) oder weniger zwischen dem Schaufelrad 34, dem Deckel 44 und dem Körper 46 aufrechterhalten bleiben. Das heißt, die Deckelseitenfläche 48 des Schaufelrades 34 muss innerhalb von 50 Mikrometern (axial) zu der Deckeloberfläche 86 des Deckels 44 gehalten werden, um geeignet zu sein, den Kraftstoff auf 2 bar oder höher unter Druck zu setzen.
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Leider kann das Schaufelrad 34 nicht an die Welle 40 montiert werden. In der rauen Umgebung eines Kraftfahrzeugs wird die Kraftstoffpumpe 14 dauerhaft und wiederholenden Vorgängen unterworfen, welche eine Abnutzung des Schubknopfes verursachen, der die Welle 40 stützt. Somit kann sich die Welle 40 im Verlaufe des Lebens der Kraftstoffpumpe 14 verschieben, was es unmöglich macht, den idealen Abstand zwischen dem Schaufelrad 34 und dem Deckel 44 beizubehalten. Folglich verlangt die Fahrzeugumgebung der Kraftstoffpumpe 14, dass das Schaufelrad 34 frei auf der Welle 40 gleitet.
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Erfindungsgemäß reguliert die Kraftstoffpumpe 14 deshalb der vorliegenden Erfindung den Bereich des Schaufelrades 34 und insbesondere den Bereich der Körperseitenfläche 60, die dem Hochdruckkraftstoff im Ablaufdurchgang 82 ausgesetzt ist. Insbesondere ist der Bereich des Schaufelrades 34, welcher dem Kraftstoff auf seiner Körperseitenfläche 60 ausgesetzt ist, verhältnismäßig nahe dem Bereich der Deckelseitenfläche 48 des Schaufelrades 34, der Flüssigkeit ausgesetzt ist, bemessen. Es ist erkennbar, dass der Bereich des Schaufelrades 34, welcher der Flüssigkeit auf seiner Deckelseitenfläche 48 ausgesetzt ist, durch den axial gegenüberstehenden Bereich des Deckelströmungskanals 90 definiert ist. Es ist weiterhin erkennbar, dass der Druck der Flüssigkeit im Deckelströmungskanal 90 vom Einlauf 24 zum Ablaufende 96 variiert. So muss der Druck der Flüssigkeit im Deckelströmungskanal 90 gemittelt werden und kann hier zu diesem Zwecke als ungefähr der Hälfte der Änderung des Drucks vom Einlauf 24 bis zum Ablaufende 96 angenommen werden.
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Wenn zum Beispiel am Einlauf 24 Niederdruckflüssigkeit bei ungefähr 0 bar bereitgestellt ist und durch die Kraftstoffpumpe 14 bis zu einem Druck von ungefähr 4 bar am Ablaufende 96 erhöht wird, kann der durchschnittliche Druck in dem Deckelströmungskanal 90 auf ungefähr 2 bar geschätzt werden. In diesem Beispiel weist der Hochdruckkraftstoff im Ablaufdurchgang 82 des Körpers 46 folglich ungefähr 4 bar auf. Dementsprechend ist der Bereich des Schaufelrades 34 (und insbesondere die Körperseitenfläche 60), der dem Ablaufdurchgang 82 ausgesetzt ist, in Bezug auf den herausgestellten Bereich, der dem Deckelströmungskanal 90 entspricht, geregelt und stellt dadurch eine im Allgemeinen ausgeglichene Kraft auf entgegengesetzten Seiten des Schaufelrades 34 zur Verfügung. Anders ausgedrückt ist das Schaufelrad 34 Gegenstand einer deckelseitigen Kraft und einer körperseitigen Kraft, die ungefähr gleich sind.
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Die hier verwendeten Begriffe ungefähr, im Allgemeinen, circa und dergleichen, umfassen, wenn sie in Bezug auf die Kräfte und den Druck auf das Schaufelrad 34 verwendet werden, die Tatsache, dass der tatsächliche Druck innerhalb des Deckelströmungskanals 90 abhängig von bestimmten Bedingungen (z. B. Pulsieren oder andere Druckschwankungen) variieren kann, was im Gegenzug auch die entgegenwirkenden axialen Kräfte auf das Schaufelrad 34 veranlasst, zu variieren, was wiederum verursacht, dass das Schaufelrad 34 auf der Welle 40 gleitet, was Fachleuten bekannt ist. Auf diese Art ist es dem Schaufelrad 34 möglich, sich entlang der Welle 40 axial zu versetzen, um die Druckschwankungen auszugleichen und gleichzeitig einen ungefähren axialen Abstand von ca. 50 Mikrometer oder weniger beizubehalten, um die Fähigkeit der Pumpe sicherstellen, Kraftstoff bis zum Hochdruck unter Druck zu setzen, und zwar auf ungefähr 2 bar oder höher.
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Die vorhergehende Beschreibung der hier erläuterten Ausführungen wurde zum Zwecke der Illustration und Beschreibung vorgelegt. Es ist nicht beabsichtigt, vollständig zu sein oder die Erfindung auf die exakten offenbarten Ausführungen zu begrenzen. Zahlreiche Modifikationen oder Variationen sind im Lichte der oben genannten Informationen möglich. Die beschriebenen Ausführungen wurden ausgewählt und beschrieben, um die beste Abbildung der Prinzipien der Erfindung und seiner praktischen Anwendung zu verdeutlichen und dadurch jemandem von gewöhnlicher Fähigkeit in dieser Technik zu ermöglichen, die Erfindung in verschiedenen Ausführungen und mit verschiedenen Modifikationen, die einem bestimmten gewünscht Gebrauch entsprechen, zu verwenden. All diese Modifikationen und Variationen befinden sich innerhalb des Bereichs der Erfindung.
