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Stand der Technik
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Die Erfindung geht aus von einem Förderaggregat nach der Gattung des Hauptanspruchs. Es ist schon ein Förderaggregat aus der
US 4,451,213 A bekannt, mit einer Pumpenkammer, die zwischen einem Einlassdeckel und einem Auslassdeckel gebildet ist und in der ein Laufrad um eine Drehachse einer Antriebswelle drehbar gelagert ist. Der Einlassdeckel hat einen ringförmigen ersten Förderkanal und der Auslassdeckel einen ringförmigen zweiten Förderkanal. Außerdem sind mehrere Vertiefungen zur hydrodynamischen Stabilisierung des Laufrades vorgesehen, die am Einlassdeckel radial innerhalb des ringförmigen ersten Förderkanals und/oder am Auslassdeckel radial innerhalb des ringförmigen zweiten Förderkanals vorgesehen und in Umfangsrichtung hintereinander angeordnet. Die Vertiefungen sind kreisförmig hintereinander angeordnet. Durch diese symmetrische Anordnung können die Vertiefungen das Laufrad in axialer Richtung bezüglich der Drehachse in einer bestimmten axialen Position, vorzugsweise in der axialen Mitte der Pumpenkammer, halten bzw. das Laufrad in diese bestimmte axiale Position bringen.
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Ein Laufrad derartiger Förderaggregate kann aufgrund von Druckunterschieden zwischen dem ersten Förderkanal und dem zweiten Förderkanal derart in der Pumpenkammer kippen, dass die Drehachse des Laufrades von der Drehachse der Antriebswelle des Förderaggregates abweicht. Dadurch könnte das Laufrad am Einlassdeckel oder am Auslassdeckel schleifen.
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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 ein Kippen des Laufrades in der Pumpenkammer vermieden wird, indem das durch die Druckunterschiede zwischen dem ersten Förderkanal und dem zweiten Förderkanal erzeugte Kippmoment durch ein hydrodynamisch erzeugtes, entgegengesetzt wirkendes Gegen-Kippmoment zumindest teilweise kompensiert wird. Dies wird erreicht, indem die Vertiefungen in Umfangsrichtung gesehen unsymmetrisch angeordnet sind. In der erfindungsgemäßen Ausführung sind die Vertiefungen in Form eines Ringsegmentes bzw. ringsegmentförmig derart hintereinander angeordnet, dass ein hydrodynamisches Kippmoment auf das Laufrad erzeugbar ist.
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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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Gemäß einer vorteilhaften Ausführung kann das Ringsegment zumindest ein Achtelring und höchstens ein Dreiviertelring, insbesondere ein Halbring sein.
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Der erste Förderkanal im Einlassdeckel hat ein einlassseitiges Ende, an dem die Strömung in den ersten Förderkanal einströmt, und ein auslassseitiges Ende, an dem die Strömung aus dem ersten Förderkanal austritt, wobei in Umfangsrichtung gesehen zwischen den beiden Enden ein Unterbrechungsbereich vorgesehen ist. Vorteilhafterweise kann das Ringsegment im Unterbrechungsbereich des Einlassdeckels oder im Bereich des einlassseitigen Endes des ersten Förderkanals beginnen und in Drehrichtung des Laufrades verlaufen.
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Der zweite Förderkanal im Auslassdeckel hat ein ebenfalls einlassseitiges Ende und ein auslassseitiges Ende, wobei in Umfangsrichtung gesehen zwischen den beiden Enden ein Unterbrechungsbereich vorgesehen ist, wobei das Ringsegment im Unterbrechungsbereich des Auslassdeckels oder im Bereich des auslassseitigen Endes des zweiten Förderkanals beginnt und entgegen der Drehrichtung des Laufrades verläuft.
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Besonders vorteilhaft ist, wenn die Vertiefungen in radialer Richtung bezüglich der Drehachse geradlinig oder von radial innen nach radial außen gesehen entgegen der Drehrichtung des Laufrades gekrümmt, abgewinkelt oder gebogen verlaufen. Auf diese Weise wird ein hydraulischer Widerstand erzeugt, der eine Leckageströmung von radial innerhalb des Ringsegmentes nach radial außerhalb des Ringsegmentes hin zum ersten bzw. zweiten Förderkanal behindert.
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Weiterhin vorteilhaft ist, wenn die Erstreckung der Vertiefungen in radialer Richtung größer ist als in Umfangsrichtung, da auf diese Weise eine größere Kraftresultierende für das hydrodynamische Kippmoment erzeugt wird.
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Der Abstand zwischen den Vertiefungen kann in Drehrichtung des Laufrades gesehen von einer Vertiefung zur nächsten Vertiefung gleich oder unterschiedlich sein. Die Auslegung der Abstände zwischen den Vertiefungen hängt von dem Betrag und der Richtung des zu kompensierenden Kippmomentes, das aus der Druck- und Impulsbilanz am Laufrad resultiert, ab. Vorteilhaft wären unterschiedliche Abstände, um Überlagerungseffekte bei Druckpulsationen in den Vertiefungen zu vermeiden.
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Sehr vorteilhaft ist, dass die Tiefe der Vertiefungen in Drehrichtung des Laufrades gesehen zumindest abschnittsweise abnimmt, da auf diese Weise die Kraft für das hydrodynamische Kippmoment erzeugbar ist.
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Des Weiteren vorteilhaft ist, wenn dass der Einlassdeckel radial innerhalb der Vertiefungen eine kreisförmige Kammer zur Aufnahme einer axialen Lagerung der Antriebswelle aufweist, wobei in radialer Richtung bezüglich der Drehachse zwischen den Vertiefungen und der kreisförmigen Kammer ein ringförmiger innerer Dichtbereich vorgesehen ist. Die Vertiefungen sind also durch den inneren Dichtbereich gegenüber der kreisförmigen Kammer getrennt und münden nicht wie im Stand der Technik unmittelbar in diese kreisförmige Kammer. Dies hat den Vorteil, dass eine hydraulische Entkopplung der Vertiefungen von der kreisförmigen Kammer erfolgt, so dass eine deutliche Erhöhung der radialen Leckagen durch die Vertiefungen vermieden wird und das Druckprofil in den Vertiefungen ungestört bleibt.
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Darüber hinaus vorteilhaft ist, wenn in radialer Richtung bezüglich der Drehachse zwischen den Vertiefungen und dem ersten bzw. dem zweiten Förderkanal ein ringförmiger äußerer Dichtbereich vorgesehen ist. Die Vertiefungen sind also durch den äußeren Dichtbereich gegenüber den Förderkanälen getrennt und münden nicht unmittelbar in einen der beiden Förderkanäle. Dies hat den Vorteil, dass eine hydraulische Entkopplung der Vertiefungen von den Förderkanälen erfolgt, so dass eine deutliche Erhöhung der radialen Leckagen durch die Vertiefungen vermieden wird.
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Zusätzlich wird dadurch eine Störung der Strömung im Förderkanal und des Druckprofils in den Vertiefungen vermieden, welche z.B. zu einer Geräuscherhöhung führen kann.
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Zeichnung
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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1 zeigt eine Schnittansicht durch ein erfindungsgemäßes Förderaggregat,
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2 eine dreidimensionale Ansicht des Einlassdeckels nach 1,
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3 eine zweidimensionale Ansicht des Einlassdeckels nach 1,
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4 eine Schnittansicht durch die Vertiefungen des Einlassdeckels oder Auslassdeckels und
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5 eine dreidimensionale Ansicht des Auslassdeckels nach 1.
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Beschreibung des Ausführungsbeispiels
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1 zeigt eine Schnittansicht durch ein erfindungsgemäßes Förderaggregat.
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Das Förderaggregat 1 weist eine Pumpenkammer 2 auf, die zwischen einem Einlassdeckel 3 und einem Auslassdeckel 4 gebildet ist und in der ein Laufrad 5 um eine Drehachse 6 einer Antriebswelle 7 drehbar gelagert ist. Die Antriebswelle 7 ist beispielsweise Teil eines Ankers 8 eines Elektromotors, der das Laufrad 5 elektrisch antreibt. Das Förderaggregat ist beispielsweise eine Elektrokraftstoffpumpe. Die Deckel 3,4 können von einem Pumpengehäuse 9 umschlossen sein.
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Der Einlassdeckel 3 hat an seiner der Pumpenkammer 2 zugewandten Stirnseite einen ringförmigen ersten Förderkanal 10. Der Auslassdeckel 4 hat an seiner der Pumpenkammer 2 zugewandten Stirnseite ebenfalls einen ringförmigen zweiten Förderkanal 11. Das Laufrad 5 weist im radialen Bereich der Förderkanäle 10, 11 einen Kranz von Förderschaufeln 12 auf, die das Fluid aus den Förderkanälen 10, 11 in Drehrichtung des Laufrades 5 mitfördern.
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Im Auslassdeckel 4 ist eine Durchgangsöffnung 13 zur Durchführung der Antriebswelle 7 vorgesehen.
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2 zeigt dreidimensionale Ansicht des Einlassdeckels nach 1. Bei der Ansicht nach 2 sind die gegenüber der Ansicht nach 1 gleichbleibenden oder gleichwirkenden Teile durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
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Der erste Förderkanal 10 im Einlassdeckel 3 hat ein einlassseitiges Ende 10.1 und ein auslassseitiges Ende 10.2, wobei in Umfangsrichtung gesehen zwischen den beiden Enden 10.1, 10.2 ein Unterbrechungsbereich 14 vorgesehen ist. Der erste Förderkanal 10 ist also kein geschlossener Ring, sondern als offener Ring ausgeführt. Ein Einlass 15 des Förderaggregates mündet am einlassseitigen Ende 10.1 in den ersten Förderkanal 10. Am auslassseitigen Ende 10.2 des ersten Förderkanals 10 wird das geförderte Fluid durch das Laufrad 5 hindurch in einen am Auslassdeckel 4 ausgeführten Auslass 16 geleitet.
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Am Einlassdeckel 3 sind radial innerhalb des ersten Förderkanals 10 mehrere Vertiefungen 18 zur hydrodynamischen Stabilisierung des Laufrades 5 vorgesehen und bezüglich der Drehachse 6 in Umfangsrichtung hintereinander angeordnet. Der Einlassdeckel 3 weist eine ebene Stirnfläche 3.1 auf, in der der erste Förderkanal 10 und die Vertiefungen 18 ausgebildet sind. Der erste Förderkanal 10 und die Vertiefungen 18 sind gegenüber dieser ebenen Stirnfläche 3.1 des Einlassdeckels 3 vertieft.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Vertiefungen 18 in Form eines Ringsegmentes 19 derart hintereinander angeordnet sind, dass ein hydrodynamisches Kippmoment auf das Laufrad 5 erzeugbar ist. Dieses hydrodynamische Kippmoment kann ein Moment zumindest teilweise kompensieren, das durch geringe Druckunterschiede zwischen dem ersten Förderkanal 10 und dem zweiten Förderkanal 11 entsteht und das Laufrad 5 in der Pumpenkammer 2 schräg zu den Stirnseiten der Pumpenkammer 2 stellen möchte.
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Das Ringsegment 19 kann im Unterbrechungsbereich 14 des Einlassdeckels 3 gemäß dem Ausführungsbeispiel in 2 im Bereich des einlassseitigen Endes 10.1 des ersten Förderkanals 10 beginnen und in Drehrichtung 20 des Laufrades 5 verlaufen. Das Ringsegment 19 kann beispielsweise zumindest ein Achtelring und höchstens ein Dreiviertelring, insbesondere ein Halbring, sein.
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Die Vertiefungen 18 verlaufen in radialer Richtung bezüglich der Drehachse geradlinig oder gemäß dem Ausführungsbeispiel in 2 von radial innen nach radial außen gesehen entgegen der Drehrichtung 20 des Laufrades gekrümmt, abgewinkelt oder gebogen. Die Krümmung, Abwinkelung bzw. Biegung der Vertiefungen 18 kann in Drehrichtung des Laufrades 5 gesehen von einer Vertiefung 18 zur nächsten Vertiefung 18 unterschiedlich ausgebildet sein. Insbesondere kann der Winkel und/oder die Länge der Krümmung, Abwinkelung bzw. Biegung in Drehrichtung gesehen von einer Vertiefung 18 zur nächsten Vertiefung 18 unterschiedlich sein.
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Dabei ist die Erstreckung der Vertiefungen 18 in radialer Richtung größer als in Umfangsrichtung. Dadurch ergeben sich eine langloch- oder nierenförmige Vertiefungen 18.
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Der Abstand zwischen den Vertiefungen 18 kann in Drehrichtung 20 des Laufrades 5 gesehen von einer Vertiefung 18 zur nächsten Vertiefung 18 gleich oder unterschiedlich sein. Der Abstand zwischen zwei benachbarten Vertiefungen 18 kann in radialer Richtung von radial innen nach radial außen konstant sein oder zunehmen. Auch kann der Querschnitt einer einzelnen Vertiefung 18 in radialer Richtung gesehen konstant sein oder sich vergrößern.
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Die Vertiefungen 18 haben in radialer Richtung bezüglich der Drehachse 6 gesehen jeweils ein radial inneres Ende 18.1 und ein radial äußeres Ende 18.2, wobei die radial inneren Enden 18.1 der Vertiefungen 18 gemäß dem Ausführungsbeispiel nach 2 auf einem gleichen ersten Durchmesser und die radial äußeren Enden 18.2 der Vertiefungen 18 auf einem gleichen zweiten Durchmesser beginnen bzw. enden.
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In der Stirnfläche 3.1 des Einlassdeckels 3 kann radial innerhalb der Vertiefungen 18 eine kreisförmige Kammer 23 zur Aufnahme einer axialen Lagerung der Antriebswelle 7 vorgesehen sein, wobei in radialer Richtung bezüglich der Drehachse 6 zwischen den Vertiefungen 18 und der kreisförmigen Kammer 23 ein ringförmiger innerer Dichtbereich 24 ausgebildet ist, der ein Teil der Stirnfläche 3.1 ist. In der Stirnfläche 3.1 ist also in radialer Richtung zwischen den Vertiefungen 18 und der kreisförmigen Kammer 23 ein Abstand vorgesehen, so dass die Vertiefungen 18 gegenüber der kreisförmigen Kammer 23 getrennt sind. Weiterhin ist in der Stirnfläche 3.1 zwischen den Vertiefungen 18 und dem ersten Förderkanal 10 ein ringförmiger äußerer Dichtbereich 25 vorgesehen, der ein Teil der Stirnfläche 3.1 ist, so dass die Vertiefungen 18 gegenüber dem ersten Förderkanal 10 getrennt sind.
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4 zeigt eine Schnittansicht durch die Vertiefungen 18 des Einlassdeckels 3 oder Auslassdeckels 4 entlang der Linie IV-IV in 3 bzw. 5. Die Tiefe T der Vertiefungen 18 nimmt in Drehrichtung 20 des Laufrades 5 gesehen zumindest abschnittsweise ab, derart, dass an der der Drehrichtung 20 abgewandten Seite jeder Vertiefung 18 eine Schräge 18.3 ausgebildet ist (4). Diese Schräge 18.3 bewirkt in bekannter Weise einen hydrodynamische Effekt im Zusammenwirken mit einer ebenen Stirnfläche des Laufrads 5.
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5 zeigt eine dreidimensionale Ansicht des Auslassdeckels 4 nach 1. Bei der Ansicht nach 5 sind die gegenüber der Ansicht nach 1 gleichbleibenden oder gleichwirkenden Teile durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
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Am Auslassdeckel 4 können ebenso wie am Einlassdeckel 3 radial innerhalb des zweiten Förderkanals 11 die erfindungsgemäßen Vertiefungen 18 zur hydrodynamischen Stabilisierung des Laufrades 5 vorgesehen sein und bezüglich der Drehachse 6 in Umfangsrichtung hintereinander angeordnet sein. Der zweite Förderkanal 11 hat im Auslassdeckel 4 ein einlassseitiges Ende 11.1 und ein auslassseitiges 11.2 Ende. In Umfangsrichtung gesehen zwischen den beiden Enden des zweiten Förderkanals 11 ist der Unterbrechungsbereich 14 vorgesehen, wobei das Ringsegment 19 in dem Unterbrechungsbereich 14 des Auslassdeckels 4 oder im Bereich des auslassseitigen Endes 11.2 des zweiten Förderkanals 11 beginnt und entgegen der Drehrichtung 20 des Laufrades 5 verläuft.
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Darüber hinaus sind die am Auslassdeckel 4 vorgesehenen Vertiefungen 18 von ihrer Geometrie und Anordnung genauso ausgeführt wie für die Ausführung am Einlassdeckel 3 nach 2 und 3 beschrieben.
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Der Auslassdeckel 4 weist eine ebene Stirnfläche 4.1 auf, in der der zweite Förderkanal 11 und die Vertiefungen 18 ausgebildet sind. Der zweite Förderkanal 11 und die Vertiefungen 18 sind gegenüber dieser ebenen Stirnfläche 4.1 des Auslassdeckels 4 vertieft. In radialer Richtung bezüglich der Drehachse 6 gesehen zwischen den Vertiefungen 18 und der Durchgangsöffnung 13 des Auslassdeckels 4 ist der ringförmige innere Dichtbereich 24 ausgebildet, der ein Teil der Stirnfläche 4.1 ist.
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In der Stirnfläche 4.1 ist also in radialer Richtung zwischen den Vertiefungen 18 und der Durchgangsöffnung 13 ein Abstand vorgesehen, so dass die Vertiefungen 18 gegenüber der Durchgangsöffnung 13 getrennt sind. In radialer Richtung bezüglich der Drehachse 6 gesehen ist zwischen den Vertiefungen 18 und dem zweiten Förderkanal 11 der ringförmige äußere Dichtbereich 25 vorgesehen, der ein Teil der Stirnfläche 4.1 ist, so dass die Vertiefungen 18 gegenüber dem zweiten Förderkanal 11 getrennt sind.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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