DE10242826A1 - Selbstansaugende Kraftstoffpumpe mit leckverhindernden Rinnen - Google Patents

Abstract

Eine Pumpe weist ein Gehäuse (23) auf, das eine interne Pumpenkammer (27) hat. Ein Einlass (36) für Flüssigkeit zu der und ein Auslass (40) für Flüssigkeit von der Kammer (27) sind entlang eines Bogens um eine Achse (21) im Abstand voneinander angeordnet. Ein Pumpelement (28), das innerhalb des Gehäuses (23) so angeordnet ist, dass es um die Achse (21) rotieren kann, hat einen mit Schaufeln versehenen peripheren Randbereich. Dieser Bereich ist so ausgelegt, dass Flüssigkeit vom Einlass (36) zum Auslass (40) gepumpt wird, wenn das Pumpelement (28) gedreht wird. Die Pumpenkammer (27) ist zumindest teilweise definiert durch einen Hauptkanal (42), der sich innerhalb des Gehäuses (23) bogenförmig um die Achse (21) zu einer axialen Seite des Pumpelements erstreckt. Der Hauptkanal (42) hat einen radialen äußeren Rand, der zumindest über einen Telbereich des bogenförmigen Verlaufs des Hauptkanals (28) zu einem benachbarten Schmutzsammelkanal (56) öffnet. Dieser erstreckt sich bogenförmig innerhalb des Gehäuses (23) um die Achse (21) und bewirkt, dass gewisse in der Flüssigkeit mitgeführte Schmutzteilchen aus dem Hauptkanal (42) heraus gedrückt werden.

Description

• Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Pumpen und im besonderen auf Pumpen mit Flügelrädern, die Schaufeln aufweisen und einsetzbar sind als elektromotorisch betriebene Kraftstoffpumpen für ein Kraftfahrzeug, um flüssigen Kraftstoff aus einem Kraftstofftank durch ein Kraftstoffverteilersystem einem Motor zuzuführen, der das Kraftfahrzeug antreibt.
• In einem Kraftfahrzeug, das durch eine Brennkraftmaschine angetrieben ist, wird Kraftstoff durch das Kraftstoffverteilsystem mittels einer im Tank angeordneten, elektromotorisch betriebenen Kraftstoffpumpe gefördert.
• Beispiele für derartige Kraftstoffpumpen sind aus verschiedenen Patenten ersichtlich, zu diesen gehören die US-Patente 3,851,998; 5,310,308; 5,409,357; 5,415,521; 5,551,875; 5,601,308 und 5,904,468. Die im gemeinsamer Inhaberschaft stehenden US-Patente 5,310,308; 5,409,357; 5,551,835; 5,375,971 und 5,921,746 beschreiben Pumpen des allgemeinen Typs, auf das sich die vorliegende Erfindung bezieht, diese Pumpen haben gewisse Vorzüge und Vorteile gegenüber gewissen anderen Arten von Pumpen. Ein Vorteil solcher Pumpen besteht darin, dass eine Anzahl von Teilen aus polymerischen Materialien, allgemein aus Kunststoff, gefertigt werden können.
• Im Rahmen der ständigen Entwicklung derartiger Pumpen hat man herausgefunden, dass das Vorhandensein gewisser Schmutzpartikel in kommerziell erhältlichen Kraftstoffen das synthetische Material abschleifen und abtragen kann und dadurch den Verschleiß der Pumpenteile, die aus derartigen Materialien hergestellt sind, fördert. Da die Schaufeln eines Kunststofflügelrades einer derartigen Pumpe relativ klein sind und weil die Freiräume zwischen den Wänden der Pumpenkammer und einem derartigen Flügelrad auch relativ klein sein können, wird es als wünschenswert angesehen, das Ausmaß einer derartigen Wechselwirkung solcher Schmutzkörperteilchen mit dem inneren Pumpenmechanismus zu verringern. Da ein Automobilhersteller derzeit nicht mit einer gewissen Zuversicht darauf vertrauen kann, dass die Hersteller kommerzieller Kraftstoffe die Reinheit ihrer Kraftstoffe verbessern, ist es eine Notwendigkeit für den Kraftfahrzeughersteller geworden, eine Lösung zu finden.
• Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lösung für die gerade beschriebene Situation. Sie hat es sich zu Aufgabe gemacht, eine Kraftstoffpumpe, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt ist, dahingehend weiter zu entwickeln, das mit Schmutzpartikeln behafteter Kraftstoff weniger schädlich für das Innenleben der Pumpe, insbesondere für das Flügelrad ist.
• Gelöst wird diese Aufgabe durch die Kraftstoffpumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
• Erfindungsgemäß sind eine oder mehrere Rinnen in der Dichtfläche zwischen Einlass und Auslaß angeordnet, dieser Bereich wird auch als "Stripbereich" bezeichnet. Die Rinnen erstrecken sich radial nach außen, ihre Länge hat ungefähr dieselbe Breite wie die Flusskanäle. Die Breite des Kanals beträgt ungefähr 1 mm, die Tiefe der Rinnen ist im Bereich von etwa 1,0 bis 1,5 mm, an jedem Ende der Rinnen. Jede Rinne hat eine weiche, nach oben gerichtete Rampe, um dem Wirbelpfad zu entsprechen und Flussverluste zu reduzieren. Hinsichtlich ihrer Form können die Rinnen einen flachen Boden, einen kreisförmigen Boden oder einen elliptischen Boden haben.
• Es gibt insgesamt drei Funktionen der erfindungsgemäßen, sogenannten "leckverhindernden Rinnen". Sie verringern die Kontaktfläche zwischen Flügelrad und Gehäuse und reduzieren das Drehmoment für die Reibung, die Rinnen entsprechen dem Wirbelpfad, sie reinigen Kontaminierungen in diesem Bereich und reduzieren die Wahrscheinlichkeit eines Abnutzens zwischen Flügelrad und Gehäuse. Dabei ist hinsichtlich des Gehäuses insbesondere der Pumpendeckel entscheidend. Wenn Flügelrad/Pumpendeckel doch aufgrund der Kontaminierungen eine Abnutzung zeigen, wirken die radial gerichteten Rinnen wie dichtende Rinnen und reduzieren die Leckage zwischen Einlass und Auslaß.
• Andere allgemeine und weitere spezifische Aspekte werden aus der folgenden Beschreibung und den Ansprüchen ersichtlich. Die Zeichnung wird nun kurz vorgestellt, sie ist dazu bestimmt, bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung und eine günstige Art der Ausbildung, wie sie derzeit gesehen wird, zur Ausführung der Erfindung zu erläutern.
• In der Zeichnung zeigen:
• Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Kraftstoffpumpe, die die Prinzipien nach der Erfindung realisiert,
• Fig. 2 einen vergrößerten, teilweisen Querschnitt durch ein Teil des Pumpelements, gezeigt sind die Strömungspfade,
• Fig. 3 eine vergrößerte Darstellung eines Teilstücks der Kraftstoffpumpe nach Fig. 1, nämlich eines Pumpelements mit Schaufeln, für sich,
• Fig. 4 eine volle Darstellung eines Pumpelements gesehen in Richtung der Pfeile 4-4 in Fig. 3,
• Fig. 5 eine vergrößerte Darstellung gesehen in Richtung der Pfeile 5-5 in Fig. 1;
• Fig. 6 eine vergrößerte Darstellung gesehen in Richtung der Pfeile 6-6 in Fig. 1;
• Fig. 7 einen Querschnitt einer Pumpe, gesehen in Pfeilrichtung der Pfeile in Fig. 6,
• Fig. 8, 9 und 10 vergrößerte Darstellungen von 3 unterschiedlichen leckverhindernden Rinnen, wie sie in den Fig. 5 und 7 dargestellt sind,
• Fig. 11, 12, 13 und 14 vergrößerte teilweise Querschnitte durch eine Pumpe in Bereichen, die jeweils definiert sind durch die Schnittlinien 11-11, 12-12, 13-13 und 14-14 in Fig. 5 und
• Fig. 15 eine vergrößerte perspektivische Darstellung der leckverhindernden Rinnen und ihrer Position nahe dem Einlass der Pumppassage.
• Die folgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung ist nicht so zu verstehen, dass der Bereich der Erfindung auf die drei vorgestellten Ausführungsbeispiele beschränkt sei, sondern soll vielmehr einem Fachmann es ermöglichen, die Erfindung zu verstehen und auszuführen.
• Eine Kraftstoffpumpe 20 für ein Kraftfahrzeug, die die Prinzipien der vorliegenden Erfindung aufweist, hat eine imaginäre Längsachse 21, sie ist in den Fig. 1-7 gezeigt, sie hat weiterhin ein Gehäuse 23, das eine Pumpenwand bzw. einen Pumpenboden 22 und einen Pumpendeckel 24 hat, die gemeinsam so angeordnet sind, dass ein axiales Ende einer zylindrischen Hülse bzw. eines zylindrischen Rohstücks 26 abgeschlossen wird und die gemeinsam eine innere Pumpenkammer 26 definieren, innerhalb der ein Pumpelement 28 so angeordnet ist, dass es um die Achse 21 rotieren kann. Das gegenüberliegende axiale Ende der Hülse 26 ist durch ein Teil 30 abgeschlossen, das einen Auslaßstutzen 32 aufweist, durch den Kraftstoff aus der Pumpe 20 austritt. Teil 30 ist im Abstand vom Pumpendeckel 24 angeordnet, um einen inneren Raum für einen Elektromotor 34 zu schaffen, der das Pumpelement 28 antreibt, wenn die Pumpe 20 in Betrieb ist. Der Motor 34 hat eine Armatur, die eine Welle aufweist, welche gelagert ist für Rotation um die Achse 21 und die eine verschlüsselte Verbindung mit einem Ende aufweist, um Drehmoment auf das Pumpelement 28 übertragen zu können.
• Die Pumpe ist dazu ausgelegt, das sie zumindest teilweise untergetaucht in einem Flüssigkeitstank eines Kraftfahrzeugs angeordnet werden kann und nass läuft. Eine Passage, die sich durch den Pumpenboden 22 erstreckt, weist einen Einlass 36 zur Pumpenkammer 27 auf. Eine Passage, die sich durch den Pumpendeckel 24 erstreckt, weist einen Auslaß 40 von der Pumpenkammer 27 auf. Kraftstoff, der den Auslaß 40 verlässt, durchläuft die Pumpenkammer 27. Kraftstoff, der den Auslaß 40 verlässt, läuft durch den Motor 34 und verlässt die Pumpe 20 über den Auslaßstutzen 32, von dem der Kraftstoff durch ein Kraftstoffverteilsystem, das nicht dargestellt ist, zu einem Motor gepumpt wird.
• Die Pumpenkammer 27 hat einen Hauptkanal 42, wie in Fig. 5 gezeigt ist, er erstreckt sich bogenförmig um die Achse 21 im Pumpenboden zu einer axialen Seite des Pumpelements 28. Wie aus Fig. 5 ersichtlich ist, hat der Hauptkanal 42 eine Erstreckung in Umfangsrichtung über mehr als 270°, aber weniger als 360°. Von einem Ort 44, der unmittelbar in Nähe des Einlasses 36 ist, zu einem Ort 46, der unmittelbar in der Nähe des Auslaßes 40 ist, ist der Hauptkanal 42 im wesentlich zirkular, er hat im wesentlichen konstante radiale Abmessungen. Im radialen Querschnitt ist der Hauptkanal 42 konkav, wie dies in den Fig. 1, 2 und 3 gezeigt ist. Ein weiterer Bereich der Pumpenkammer 27 ist durch den zweiten Hauptkanal 48 ausgebildet, der im Pumpendeckel 24 gegenüberliegend und mit einer entsprechenden Geometrie zum Hauptkanal 42 ausgebildet ist.
• Das Pumpelement 28 hat einen kreisförmigen Körper 50, der eine Serie von umfänglich beabstandeten Schaufeln 52 mit einem umlaufenden Ring an der äußeren Peripherie hat. Wenn das Pumpelement 28 durch den Motor 34 rotiert wird, bewirkt die mit Schaufeln versehene Peripherie einen Druckunterschied zwischen Einlass 36 und Auslaß 40, so dass Flüssigkeit durch das Rohr 30 und den Motor 34 gedrückt wird und Flüssigkeit aus der Pumpe 20 durch den Auslaß 32 herausbefördert wird.
• In Übereinstimmung mit gewissen erfinderischen Prinzipien hat der Hauptkanal 42 einen radialen äußeren Rand, der entlang zumindest eines Teilbereichs seines bogenförmigen Verlaufs zu einem benachten Schmutzsammelkanal 56 öffnet, welcher sich bogenförmig um die Achse 21 erstreckt. Der geöffnete Bereich wird durch das Bezugzeichen 58 bezeichnet. Im radialen Querschnitt ist der Kanal 56 viel kleiner als der Hauptkanal 42. Wenn das Pumpelement 28 rotiert, werden gewisse von der Flüssigkeit mitgeführte Teilchen im Kraftstoff durch die Pumpe bewegt und durch den Hauptkanal 42 zum offenen Bereich 58 gefördert, insbesondere durch Zentrifugalkräfte.
• Der Schmutzsammelkanal 56 bewirkt die Aufnahme und das Fördern derartiger aufgesammelter Teilchen in eine Richtung zum Auslaß 40 hin. Der Schmutzsammelkanal 56 ist so in Bezug auf den Hauptkanal 42 bemessen, dass das Vorhandensein des Schmutzsammelkanals 46 in der Pumpe 20 keine merkliche Veränderung des Wirkungsgrades der Pumpe zur Folge hat, im Vergleich zu einer Pumpe, die nicht einen derartigen Schmutzsammelkanal 56 aufweist.
• Unterhalb des Ortes 46 zieht sich der Hauptkanal 52 zusammen und bildet einen Endbereich 60 für den Übergang des Kraftstoffes hin zum Auslaß 40. Am Ende des Schmutzsammelkanals 46 in Nähe des Auslaßes 40 ist ein Sumpf 62 nach außen hin angeordnet in Nähe dieses Endbereichs 40. Der Sumpf 62 ist gebildet durch einen Hinterschnitt in der selben Fläche des Pumpenbodens 22, die den Schmutzsammelkanal 56 aufweist. Der Sumpf 62 hat ein Volumen, so dass Teilchen, die durch den Schmutzsammelkanal 56 in ihn gelangt sind, sich ansammeln können, bevor sie von der Pumpe 20 ausgestoßen werden. Da der Auslaß 40 sich im Pumpendeckel 24 befindet, überbrückt ein Schlitz den Sumpf 62 zum Auslaß 40 radial nach außen hin von der Peripherie von sowohl dem Element 28 als auch dem Endbereich 60. Auf diese Weise ermöglicht der Schlitz 64 es, dass Teilchen herausgelangen können vom Sumpf 62 zum Auslaß 40 außerhalb des Bewegungsbereichs des rotierenden Pumpelements 28.
• Die Fig. 8, 9 und 10 sind seitliche Querschnitte von drei unterschiedlichen leckverhindernden Rinnen, die in Fig. 5 am Pumpenboden 22 gezeigt sind. Es sind mehrere Rinnen eingearbeitet in die Dichtfläche zwischen der Eingangs- und der Ausgangsfläche. Fig. 8 zeigt eine Rinne, die einen flachen Boden 63 und geneigte Enden 65 hat, welche gewinkelt sind, um den Winkel der Schaufeln des Impellers zu entsprechen. Die Länge der Rinne 61 ist von der selben Weite, wie der Haupt- bzw. Flusskanal 42. Die Breite ist ungefähr 1 mm und die Tiefe der Rinnen ist im Bereich 1,0 bis 1,5 mm an jedem Ende der Rinnen. Eine weiche, nach oben gerichtete Rampe ist vorgesehen, um die Strömungspfade anzupassen und Strömungsverluste zu reduzieren. Die Form dieser Rinnen kann mit flachem Boden, gerundeten oder elliptischen Formen ausgeführt sein.
• Fig. 9 zeigt eine Rinne 67, die einen elliptischen Boden 69 hat und Fig. 10 zeigt eine ähnliche Rinne 70 mit einem runden Boden 72, wie oben beschrieben. Es wird ersichtlich, dass drei Funktionen durch das zur Verfügungstellen der leckverhindernden Rinnen 61, 67 und 70 erzielt werden. Die Rinnen 61, 67 und/oder 70, wie in Fig. 15 ersichtlich, können einzeln verwendet werden oder in einer größeren Anzahl oder in einer gemischten Form von Rinnen. Erstens reduzieren die Rinnen die Kontaktfläche zwischen Impeller und Pumpendeckel und reduzieren das Reibungsdrehmoment. Zweitens ist jede Rinne dem Strömungspfad angepasst, Kontamination in dem entsprechenden Bereich wird gereinigt und das Risiko eines Verschleißes zwischen Impeller und Deckelfläche wird verringert. Wenn Impeller und Deckelflächen abnutzen aufgrund von Kontamination, wirken die radial gerichteten Rinnen wie Dichtrinnen, sie reduzieren die Leckage zwischen Einlass und Auslaß.
• Der Schmutzsammelkanal 56 kann, wie in den Fig. 11 bis 14 gezeigt ist, so beschrieben werden, dass er zwei Seitenwandflächen 56a und 56b und eine Endwandfläche 56c hat. Die Figuren zeigen eine Geometrie, von der man glaubt, dass sie wünschenswert ist, um ein Sammeln im Schmutzsammelkanal 56 zu unterstützen, wenn einmal derartiges Material diesen Kanal erreicht hat. Entlang eines Eingangsbereichs des Kanals 56, der sich von dem Ort 46 erstreckt, können die Wandflächen 56a, 56b gleichmäßig voneinander beanstandet sein und parallel verlaufen, dadurch machen sie die axialen Dimensionen des offenen Bereichs 58 konstant. Wenn der Schmutzsammelkanal 56 sich dem Sumpf 62 nähert, können die Flächen 56a und 56b von der parallelen Anordnung abweichen, aber ihre Flachheit beibehalten. Beispielsweise kann die Fläche 56b beginnen, geringfügig abzuwinkeln, so dass sie eine fortschreitende Abnahme in den axialen Dimensionen des offenen Bereich 58 bewirkt und einen entsprechenden Abfall im Querschnittsbereich des Schmutzsammelkanals 56, entlang der Umfangsrichtung dieses Kanals 56 gesehen. Man nimmt an, dass diese graduelle Verjüngung hilft, dass die Schmutzpartikel durch den Kanal 56 gefördert und das ihr Ausstoß aus der Pumpe verbessert wird. Da es aus den Grundlagen der Strömungslehre bekannt ist, dass eine Verringerung im Querschnittbereich eines Flusses einen entsprechenden Anstieg in der Flussgeschwindigkeit bewirkt, nimmt man an, dass den Schmutzpartikeln eine Beschleunigung mitgegeben wird, wenn sie entlang des Kanals 56 strömen, dies unterstützt unmittelbar das Herausspülen dieser Partikel aus der Pumpe und verringert ihre Ansammlung im Sumpf 62. Beispielhafterweise für die Maße "A" "C" in allen Fig. 11 bis 14 und für die Abmessungen "D1", "D2", "D3" und "D4" in den entsprechenden der Fig. 11 bis 14 sind folgende: "A" = 0,100 mm; "C" = 0,070 mm; "D1" = 0,070 mm; "D2" = 0,070; "D3" = 0,030 mm und "D4" = 0,010 mm.
• Man glaubt, dass Pumpen mit den Ausbildungen, wie sie beschrieben und illustriert wurden, die Leistungsfähigkeit und Beständigkeit von Pumpen verbessern.
• Die vorgehende Diskussion erläutert und beschreibt zwei bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung. Ein Fachmann erkennt unmittelbar, aufgrund der Diskussion und den zugehörigen Figuren und den Ansprüchen, dass Änderungen und Modifikationen ausgeführt werden können an der Erfindung, ohne aus dem wahren Gehalt und dem fairen Schutzbereich der Erfindung herauszugelangen, wie dieser in den folgenden Patentansprüchen definiert ist. Die Erfindung wurde in illustrativer Weise beschrieben und es ist so zu verstehen, dass die gewählte Terminologie in der Natur der Worte und der Beschreibung liegt und nicht einschränkend zu verstehen ist.

Claims (6)

1. Eine Pumpe weist auf
ein Gehäuse (23), das eine interne Pumpenkammer (27) hat, einen Einlass (36) für Flüssigkeit zu der und einen Auslaß (40) für Flüssigkeit von der Kammer (27), die entlang eines Bogens um eine Achse (21) und im Abstand von dieser angeordnet sind,
ein Pumpelement (28), das innerhalb des Gehäuses (23) so angeordnet ist, dass es um die Achse (21) rotieren kann und das einen mit Schaufeln (52) versehenden peripheren Randbereich hat, der so ausgelegt ist, dass Flüssigkeit vom Einlass (36) zum Auslaß (40) gepumpt wird, wenn das Pumpelement (28) gedreht wird; die Pumpenkammer (27) ist zumindestens teilweise definiert durch einen Hauptkanal (42), der sich innerhalb des Gehäuses (23) bogenförmig um die Achse (21) zu einer axialen Seite des Pumpelements erstreckt; der Hauptkanal (42) hat einen radialen äußeren Rand, der zumindestens entlang eines Teilbereichs des bogenförmigen Verlaufs zu einem benachbarten Schmutzsammelkanal (56) öffnet, welcher sich bogenförmig innerhalb des Gehäuses (23) um die Achse (21) erstreckt, und der, wenn das Pumpelement (28) rotiert, bewirkt, dass gewisse in der Flüssigkeit mitgeführte Schmutzteilchen, die aus dem Hauptkanal (42) heraus gedrückt werden, gesammelt werden und der solche angesammelten Schmutzteilchen zum Auslaß (40) fördert, dabei ist der Schmutzsammelkanal (46) in Bezug auf den Hauptkanal (42) so angeordnet und ausgelegt, dass die Anordnung des Schmutzsammelkanals (56) in der Pumpe keine spürbare Veränderung im Wirkungsgrads der Pumpe bewirkt; und
zumindest eine leckverhindernde Rinne (61, 67, 70), die zwischen Einlass (36) und Auslaß (40) angeordnet ist.

2. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die leckverhindernde Rinne (61, 67, 70) so gewinkelt ist, dass sie dem Winkel der Schaufeln (52) des Schaufelrades angepasst ist.

3. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl von leckverhindernden Rinnen (61, 67, 70) in nebeneinander befindlichen Positionen angeordnet sind, zwischen dem Einlass (36) und dem Auslaß (40), die in Faden radial von der Achse (21) anordnet sind.

4. Pumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die leckverhindernde Rinne (61) einen flachen Boden (63) hat.

5. Pumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die leckverhindernde Rinne (70) einen teilkreisförmigen Boden (72) hat.

6. Pumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die leckverhindernde Rinne (67) einen teilelliptischen Boden (69) hat.