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Die vorliegende Erfindung betrifft eine einstufige Strömungspumpe (turbine pump) und insbesondere eine Mehrkanal-Strömungspumpe zum Fördern von Kraftstoff in einer Kraftstoffzuführanlage für ein Kraftfahrzeug.
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Elektrisch angetriebene Strömungspumpen, insbesondere Peripheral- und Seitenkanalpumpen, werden üblicherweise in Kraftstoffanlagen von Fahrzeugen und dergleichen eingesetzt. Die Pumpen haben typischerweise einen äußeren Mantel, der ein inneres Gehäuse umgibt und zusammenhält. Das innere Gehäuse wird in einen Kraftstofftank getaucht, wobei Kraftstoff durch einen Kraftstoffeinlass aus dem umgebenden Tank angesaugt und durch einen Auslass unter Druck an den Verbrennungsmotor abgegeben wird. Eine nach unten ragende Welle des elektrischen Motors treibt ein scheibenförmiges Laufrad mit einer Vielzahl von in Umfangsrichtung beabstandeten Schaufeln an, die um den Umfang des Laufrades herum angeordnet sind. Ein bogenförmiger Pumpkanal im Gehäuse umgibt den Außenumfang des Laufrades und verläuft von einer Einlassöffnung zu einer Auslassöffnung an entgegengesetzten Enden. Flüssiger Kraftstoff, der sich in Taschen zwischen benachbarten Schaufeln und in dem umgebenden Kanal befindet, entwickelt Druck durch Wirbelströmungen, die durch das dreidimensionale Profil der Schaufeln und die Drehung des Laufrades induziert werden.
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Typischerweise haben Kraftstoff-Strömungspumpen einen stationären Führungsring, der Kraftstoff von den sich bewegenden Laufrad-Schaufeln „abstreift” und den Kraftstoff durch eine Auslassöffnung lenkt. Ein Kanal ist radial außerhalb der Laufrad-Schaufeln und radial innerhalb eines nacheilenden Segmentes des Führungsringes angeordnet. Außerdem ist der Kanal axial bzw. seitlich außen zu beiden Seiten des Laufrades an dem umlaufenden Schaufelkranz angeordnet. Anders ausgedrückt, flankiert der Kanal das Laufrad nicht nur seitlich bzw. kommuniziert der Kanal axial mit dem Laufrad nicht nur an der Schaufelstelle von beiden Seiten aus, sondern er kommuniziert auch radial mit den Schaufeltaschen. Ein kleinerer Abschnitt bzw. ein kleineres Abstreifsegment des Führungsringes ist in Umfangsrichtung zwischen Einlass- und Auslass angeordnet und grenzt an das Laufrad an, um Hochdruckkraftstoff von den sich bewegenden Schaufeln „abzustreifen”, wodurch verhindert wird, dass Kraftstoff am Pumpenauslass vorbeiströmt und in den Einlass zurückgelangt. Drei Beispiele derartiger Kraftstoffpumpen sind offenbart in der
US 5,257,916 A ,
US 6,068,456 A und
US 6,227,819 B1 .
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Ein zweiter Typ Strömungspumpen, wie in der
US 5,702,229 A offenbart, hat zwei konzentrische Schaufelkränze, die radial durch einen Zwischenring (mid-hoop) des Laufrades getrennt sind, wobei beide Schaufelkränze mit einem gemeinsamen Kanal in Verbindung stehen. Wie bei dem oben beschriebenen ersten Pumpentyp ragt der äußere Schaufelkranz vom Umfang des Laufrades radial nach außen in Richtung auf einen stationären Führungsring. Bei dieser Anordnung fließt der Kraftstoff wendelförmig um den Zwischenring und durch den Kanal. D. h., der Kraftstoff fließt um den Mittelring während er gleichzeitig um den Kanal von einem Einlass zu einem Auslass strömt. Leider ist bei diesem Pumpentyp Kavitation innerhalb der Pumpe, insbesondere bei hohen Temperaturen, nach wie vor ein Problem.
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Ein dritter Pumpentyp, wie er in der
US 5,642,981 A offenbart ist, entspricht dem oben erwähnten ersten Pumpentyp, abgesehen davon, dass mehrere Pumpen in Reihe geschaltet vorgesehen sind und von einem gemeinsamen Motor angetrieben werden. Es handelt sich um mehrstufige Pumpen mit einer ersten und zweiten Stufe, von denen die erste Stufe (Niederdruckstufe) Kraftstoff in die zweite Stufe (Hochdruckstufe) fördert, so dass es sich um einen „regenerativen” Pumpentyp handelt. Mehrstufige Pumpen sind allerdings teuer in der Herstellung und haben einen höheren Leistungsverbrauch als einstufige Pumpen.
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DE 197 25 249 C2 beschreibt eine zweistufige Förderpumpe für Kraftstoff, wobei Kraftstoff von einem inneren Kanal in Richtung eines zweiten äußeren Kanals gefördert wird und von diesem weiter zum Auslass gefördert wird. Der innere Kanal ist mit einem Kraftstoffeinlass verbunden, während der äußere Kanal mit einem Kraftstoffauslass verbunden ist.
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Andere Pumpentypen, wie sie in der US-Patentanmeldung
US 2002/0021961 A1 und in der
US 5,807,068 A offenbart sind, verwenden keine stationären Führungsringe, sondern einen Außenring, der einen Teil des Laufrades bildet. Der Außenring liegt an den radial äußeren Enden eines Schaufelkranzes des Laufrades an. Bei dieser Konstruktion stehen die Laufradtaschen lediglich mit Nuten des Kanals in seitlicher bzw. axialer Richtung in Verbindung. D. h., dass eine Strömungsverbindung zwischen den Laufradtaschen und dem Kanal allein in axialer bzw. seitlicher Richtung vorhanden ist. Im Gegensatz hierzu haben die oben beschriebenen ersten und zweiten Pumpentypen Taschen, die mit dem Kanal sowohl in axialer wie auch radialer Richtung in Verbindung stehen.
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Trotz der Vielzahl zur Verfügung stehender Pumpentypen und erheblicher Verbesserungen der heutzutage eingesetzten Kraftstoffpumpen sind sie jedoch immer noch verbesserungswürdig. Der Wirkungsgrad moderner Kraftstoffpumpen liegt zwischen ungefähr 35 und 45%, und bei Kombination mit einem typischen elektrischen Motor eines Wirkungsgrades von ungefähr 45 bis 50% ergibt sich ein Gesamtwirkungsgrad der Kraftstoffpumpe von ungefähr 16 bis 22%. Außerdem sind höhere Volumenstrom- und Druckanforderungen von Kraftstoffpumpen für Kraftfahrzeuge von herkömmlichen Strömungspumpen mit einem Durchmesser von 36 bis 39 mm nicht zu befriedigen. Um die Förderleistung und den Druck zu erhöhen, müssen die Pumpen bei höheren Drehzahlen betrieben werden. Dies verschärft jedoch das Kavitationsproblem. Höhere Drehzahlen zu einem erhöhten viskosen Widerstand für den Anker (Verringerung des Wirkungsgrades), Geräusch und Verschleiß des Kommutators. Die maximale Förderleistung bei hohen Temperaturen beträgt ungefähr 150 l/h für eine herkömmliche einstufige Kraftstoffpumpe (Turbine Pump). Herkömmliche Möglichkeiten zum Verbessern der Förderleistung bei hohen Temperaturen sind die Verwendung weiterer Druckstufen oder das Überdimensionieren der ersten Stufe einer zweistufigen Pumpe, um einen Strömungsverlust von 30 bis 40% zu kompensieren, wie er für regenerative Pumpen typisch ist. Solche Lösungen sind jedoch kostspielig und haben einen erhöhten Leistungsbedarf, was wiederum den Pumpenwirkungsgrad verringert.
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Durch die vorliegende Erfindung sollen diese Schwierigkeiten überwunden werden. Die Erfindung sowie vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Ansprüchen definiert.
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Die erfindungsgemäß ausgebildete einstufige Strömungspumpe (turbine pump) umfasst ein unteres Gehäuseteil, ein oberes Gehäuseteil, eine Laufradkammer, einen elektrischen Motor und ein Laufrad. Das untere Gehäuseteil hat einen Einlass und erste sowie zweite untere ringförmige Nuten. In der gleichen Weise hat das obere Gehäuseteil einen Auslass und erste und zweite obere ringförmige Nuten. Das Laufrad hat einen ersten Schaufelkranz, der mit den ersten unteren und oberen ringförmigen Nuten in Verbindung steht, und einen zweiten Schaufelkranz, der mit den zweiten unteren und oberen ringförmigen Nuten in Verbindung steht, so dass bei einer Drehung des Laufrades ein Teil des einströmenden Fluids in die erste untere ringförmige Nut und ein anderer Teil in die zweite untere ringförmige Nut eintritt.
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Die erste und zweite untere ringförmige Nut verlaufen unabhängig voneinander und sind nicht miteinander verbunden. Entsprechend verlaufen die erste und zweite obere ringförmige Nut ebenfalls unabhängig voneinander und sind nicht miteinander verbunden. Das Fluid aus beiden unteren ringförmigen Nuten wird dem Auslass zugeführt.
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Aufgrund der Erfindung ergeben sich die folgenden weiteren Vorteile: Die Pumpe hat einen verbesserten Pumpenwirkungsgrad, ein erhöhtes Fördervolumen, ohne dass zusätzliche Teile erforderlich sind und ohne dass ein Verlust an Pumpenwirkungsgrad entsteht, ein verbessertes Heißkraftstoffverhalten bei hohen Förderleistungen über einem weiten Druckbereich, erfordert keine zusätzlichen Bauteile wie bei herkömmlichen mehrstufigen Pumpen, hat einen höheren Wirkungsgrad als eine herkömmliche einstufige und doppelstufige Pumpe, ist einfacher in der Herstellung als mehrstufige Pumpen, hat eine abgeflachte Verhaltungskurve über unterschiedlichen Drücken und elektrischen Spannungen und hat einen solchen Aufbau, dass weitere Stufen ohne erhebliche Mehrkosten und ohne erheblichen Fertigungsaufwand hinzugefügt werden können, um nur einige der Vorteile zu nennen. Die Erfindung zeichnet sich hohe Lebensdauer aus.
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Anhand der Zeichnungen werden Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Es zeigt:
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1 eine Teilschnittansicht eines Ausführungsbeispiels einer Strömungspumpe gemäß der vorliegenden Erfindung;
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2 eine vergrößerte Teilansicht der inneren und äußeren Pumpkammern der Pumpe in 1;
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3 eine perspektivische Ansicht des Laufrades der in 1 gezeigten Pumpe, wobei Teile entfernt sind, um innere Einzelheiten zu zeigen;
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4 eine Draufsicht auf das Laufrad in 3;
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5 eine perspektivische Teilansicht des Laufrades in 3;
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6 eine Querschnittsansicht des Laufrades längs der Linien 6-6 in 4;
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7 eine vergrößerte Teilansicht des inneren und äußeren Schaufelkranzes des Laufrades in 6;
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8 eine vergrößerte Teilansicht des Laufrades in 4 von unten;
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9 eine perspektivische Teilansicht des Laufrades in 3 radial nach innen, wobei Teile entfernt sind, um innere Einzelheiten der Vorderseite der Schaufeln zu zeigen;
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10 eine perspektivische Teilansicht des Laufrades in 3 radial nach innen, wobei Teile entfernt sind, um innere Einzelheiten der Hinterseite der Schaufeln zu zeigen;
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11 eine Teilschnittansicht des Laufrades in 3 radial nach innen;
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12 eine perspektivische Ansicht des unteren Gehäuseteils der Pumpe in 1;
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13 eine zweite perspektivische Ansicht des unteren Gehäuseteils der Pumpe in 1;
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14 eine Ansicht des unteren Gehäuseteils der Pumpe in 1 von unten;
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15 eine vergrößerte Querschnittsansicht des unteren Gehäuseteils der Pumpe in 1;
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16 eine perspektivische Ansicht des oberen Gehäuseteils der Pumpe in 1;
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17 eine zweite perspektivische Ansicht des oberen Gehäuseteils der Pumpe in 1;
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18 eine Ansicht des oberen Gehäuseteils der Pumpe in 1 von unten;
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19 eine vergrößerte Querschnittsansicht des oberen Gehäuseteils der Pumpe längs der Linie 19-19 in 18;
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20 eine vergrößerte Querschnittsansicht des oberen Gehäuseteils der Pumpe längs der Linien 20-20 in 18;
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21 eine perspektivische Teilansicht der Pumpenkammern und des Laufrades, bei der Teile entfernt sind, um den wendelförmigen Strömungsverlauf des Kraftstoffes zu zeigen;
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22 eine Teilschnittansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Strömungspumpe gemäß der Erfindung.
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1 zeigt ein Beispiel einer Kraftstoffpumpe 30 unter Verwendung eines erfindungsgemäß ausgebildeten Laufrades. Das Laufrad wird von einem elektrischen Motor 36 um eine Drehachse 34 angetrieben. Die Pumpe 30 lässt sich bei einer Vielzahl von Anwendungen einsetzen; bevorzugt und für die Zwecke der vorliegenden Beschreibung wird sie jedoch in einer Kraftstoffzuführanlage eingesetzt, bei der die Pumpe typischerweise in einem Kraftstofftank eines Fahrzeuges mit einem Verbrennungsmotor (nicht gezeigt) untergebracht ist. Ein als Außengehäuse dienender Mantel 38 der Pumpe 30 trägt den elektrischen Motor 36 und einen Pumpenabschnitt 32 in aufrechter Lage. Im Betrieb ist die Drehachse 34 vertikal bezüglich des Pumpenabschnitts 32 angeordnet, welcher sich unterhalb des elektrischen Motors 36 befindet.
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Der Pumpenabschnitt 32 umfasst ein oberes Gehäuseteil 42 und ein unteres Gehäuseteil 44, die von dem Mantel umgeben und zusammengehalten werden. Eine Laufradkammer 46 ist konzentrisch zwischen dem oberen und unteren Gehäuseteil 42 bzw. 44 angeordnet und enthält ein Laufrad 48, das um die Achse 34 rotiert. Ein Rotor (nicht gezeigt) und eine Welle 35 des elektrischen Motors sowie das Laufrad 48 rotieren gemeinsam um die Drehachse 34. Die Welle 35 ragt nach unten durch das obere Gehäuseteil 42, erstreckt sich durch das Laufrad 48 und ist mit diesem drehfest verbunden und wird von einem Lager 49 gelagert, das in einer Sackbohrung 51 des unteren Gehäuseteils 44 angeordnet ist.
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Ein Kraftstoffeinlass 50 verläuft in dem unteren Gehäuseteil 44 in im wesentlichen axialer Richtung. Durch den Kraftstoffeinlass 50 gelangt Niederdruck-Kraftstoff aus einem Kraftstoffreservoir bzw. einem umgebenden Kraftstofftank (nicht gezeigt) nach oben in die Laufradkammer 46. In ähnlicher Weise enthält das obere Gehäuseteil 42 einen Kraftstoffauslass 52 (gestrichelt angedeutet), durch den unter Druck stehender Kraftstoff in axialer Richtung nach oben aus der Laufradkammer 46 abgegeben wird. Ein innerer Schaufelkranz 56A und ein äußerer Schaufelkranz 56B des Laufrades 48 fördern den Kraftstoff durch innere und äußere in Umfangsrichtung verlaufende Pumpkammern 54A, 54B, die in erster Linie zwischen dem oberen und unteren Gehäuseteil 42, 44 angeordnet sind. Der innere und äußere Schaufelkranz 56A bzw. 56B sind zu der inneren bzw. äußeren Pumpkammer 54A, 54B radial ausgerichtet, welche, wie besser in 3 zu sehen ist, sich in einem Winkelbereich von ungefähr 300 bis 350° bzw. in jedem Fall von weniger als 360° erstrecken. Die Pumpkammern 54A und 54B verlaufen um die Drehachse 34 vom Kraftstoffeinlass 50 zum Kraftstoffauslass 52 (in 3 nicht gezeigt). Es gibt praktisch keine oder jedenfalls nur eine sehr geringe Querverbindung zwischen der inneren und äußeren Pumpkammer 54A und 54B. Eine sehr beschränkte Querverbindung zwischen den Pumpkammern kann wünschenswert sein, wenn Kraftstoff als Schmiermittel zwischen den sich bewegenden Flächen benötigt wird.
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Es wird nun insbesondere auf 2 Bezug genommen. Die innere und äußere Pumpkammer 54A und 54B enthalten jeweils obere Nuten 58A, 58B, die jeweils in der Unterseite 59 des oberen Gehäuseteils 52 gebildet sind, untere Nuten 62A, 62B, die jeweils in der Oberseite 69 des unteren Gehäuseteils 44 gebildet sind, und Schaufeltaschen 60A, 60B, die zwischen den Schaufeln des Laufrades so gebildet sind, dass sie sowohl mit den oberen wie auch unteren Nuten in Strömungsverbindung stehen. Anders gesagt, umfasst die in Umfangsrichtung verlaufende innere Pumpkammer 54A die obere Nut 58 im oberen Gehäuseteil 42, die Schaufeltasche 60A im Laufrad 48 und die untere Nut 62A im unteren Gehäuse 44, welche sämtlich untereinander in Strömungsverbindung stehen und radial ausgerichtet sind, so dass sie sich in Umfangsrichtung gemeinsam erstrecken. In diesem speziellen Beispiel sind die oberen und unteren Nuten 58A und 62A symmetrisch geformt und dimensioniert; sie könnten jedoch auch nicht symmetrisch gestaltet sein. Die vorstehende Beschreibung der inneren Pumpkammer 54A gilt in entsprechender Weise für die äußere Pumpkammer 54B, welche die obere Nut 58B, die Schaufeltasche 60B und die untere Nut 62B umfasst und an einer Stelle angeordnet ist, die radial außerhalb der inneren Pumpkammer liegt. Die äußere Pumpkammer 54B hat, wie in 2 gezeigt, eine Querschnittsform, die größer ist als die der inneren Pumpkammer 54A. Die ungleiche Größe der beiden Pumpkammern ermöglicht einen höheren Wirkungsgrad des Laufrades. Dies rührt daher, dass die innere Pumpkammer 54A mit einer geringeren Tangentialgeschwindigkeit und mit einem höheren Druckkoeffizienten als die äußere Pumpkammer 54B arbeitet (und zwar aufgrund des kleineren Radius und der geringeren Umfangslänge der inneren Pumpkammer). Um eine Leckage bzw. ein Rückströmen in die innere Pumpkammer zu verringern und die Förderleistung zu maximieren, erfordert die innere Pumpkammer 54A eine kleinere Querschnittsfläche im Vergleich zu der äußeren Pumpkammer 54B, welche beide mit der gleichen Drehzahl arbeiten. Dies ist jedoch ein Kompromiss zwischen einer Verringerung des Bereichs der inneren Pumpkammer zur Minimierung von Leckage und einer Maximierung der Förderleistung dieser Kammer.
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Die oberen und unteren Nuten 58A, 58B und 62A, 62B sind konzentrische bogenförmige Nuten, die jeweils in Umfangsrichtung um eine Fläche des oberen bzw. unteren Gehäuseteils so verlaufen, dass sie zu der Laufradkammer 46 hin offen sind. Jede dieser Nuten hat eine ovale bzw. elliptische Querschnittsform im Gegensatz zu einer halbkreisförmigen Querschnittsform, wie sie im Stand der Technik üblich ist. Der Einfachheit halber bezieht sich die folgende Beschreibung der Nutform auf nur eine der Nuten; sie gilt jedoch auch für die übrigen Nuten. Die ovale Querschnittsform der Nuten setzt sich aus einem ersten radialen Abschnitt 63, einem geradlinigen bzw. ebenen Abschnitt 64 und einem zweiten radialen Abschnitt 65 zusammen und ermöglicht eine Verbesserung des Wirkungsgrades der Pumpe durch Verringerung von Totzonen in den Pummpkammern, in denen Kraftstoff mehr oder weniger stillsteht und nicht in der gewünschten Weise strömt. Dieses Phänomen tritt manchmal in Nuten von halbkreisförmigem Querschnitt auf, bei denen die Nut zu tief ist, was zur Folge hat, dass sich Kraftstoff am Boden der Nut sammelt, statt mit dem Rest des Kraftstoffes durch die Pumpkammer zu fließen. Die beiden radialen Abschnitte 63, 65 sind halbkreisförmige Abschnitte der Nut und können Radien r1 und r2 gleicher Länge oder unterschiedlicher Länge haben. In ähnlicher Weise kann die Länge des ebenen Abschnittes bei den verschiedenen Nuten die gleiche sein, oder die Länge kann bezüglich der einzelnen radialen Abschnitte variieren. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel hat der ebene Abschnitt 64 eine Länge von 0,25 mm bis 1,00 mm. Aufgrund des dazwischenliegenden ebenen Abschnittes 64 sind die Mittelpunkte C1 und C2, die den Radien r1 und r2 entsprechen, durch einen bestimmten Abstand getrennt. Dieser Abstand kann entsprechend den speziellen Betriebsanforderungen der Pumpe variieren und eine Funktion einer der anderen Abmessungen der Nuten sein. Beispielsweise lässt sich entweder die Länge des ebenen Abschnittes 64 oder der die Mittelpunkte trennende Abstand als Funktion der Größe von r1 und/oder r2 definieren. Die oberen und unteren Nuten 58A, 58B und 62A, 62B, die im Betrieb stillstehen, da sie im oberen und unteren Gehäuseteil 42 und 44 gebildet sind, wirken mit den rotierenden Schaufeltaschen zusammen, wie nun genauer erläutert wird.
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Die Schaufeltaschen 60A und 60B sind Teil des Laufrades 48 und zwischen benachbarten Schaufeln im inneren Schaufelkranz 58A bzw. im äußeren Schaufelkranz 56B gebildet. Sowohl die inneren wie auch äußeren Schaufeltaschen sind sowohl an ihren oberen wie auch unteren axialen Enden offen, so dass sie benachbarte Flächen 59, 69 sind und mit den oberen und unteren Nuten in Strömungsverbindung stehen. Ferner haben die innere Schaufeltasche eine Fläche 66A und die äußere Schaufeltasche eine Fläche 66B, die jeweils auf der radial inneren Seite der Schaufeltasche angeordnet sind und einen umlaufenden Grat (bzw. eine umlaufende Rippe) 92A bzw. 92B aufweisen. Jede der Schaufeltaschen hat eine Fläche 67A, 67B, die an der radial äußeren Seite der Schaufeltasche angeordnet und eben ausgebildet ist. Die Flächen 66A und 66B werden teilweise durch die Grate 92A, 92B so unterteilt, dass gekrümmte Flächen 73A, 73B an den oberen axialen Hälften der Flächen 66A und 66B gebildet werden und gekrümmte Flächen 75A, 75B an den unteren axialen Hälften der Flächen 66A und 66B gebildet werden. Hieraus folgt, dass die innere Pumpkammer 54A eine Schaufeltasche 60A umfasst, die eine radial innere Fläche 66A mit einem Grat 92A aufweist. Der Grat 92A unterteilt die Fläche 66A so, dass obere und untere gekrümmte Flächen 73A und 75A gebildet werden. Diese gekrümmten Flächen können halbkreisförmig ausgebildet sein und haben vorzugsweise einen Radius, der gleich dem des ersten radialen Abschnittes 63 der entsprechenden Nut ist. Somit verläuft jede gekrümmte Fläche 73A, 75A weg von dem Grat 92A in axialer Richtung in Richtung auf die oberen bzw. unteren Nuten und setzt sich über den schmalen Spalt fort, der die Nuten von der Schaufeltasche trennt. Diese Fortsetzung bewirkt, dass die gekrümmten Flächen 73A und 75A glatt in den ersten radialen Abschnitt 63 der Nuten 58A bzw. 62A übergehen, wodurch ein größerer zusammengesetzter Halbkreis gebildet wird, der von dem Grat zu dem ebenen Abschnitt 64 verläuft. Selbstverständlich lassen sich jedoch auch andere Pumpkammerausbildungen verwenden, beispielsweise solche, bei denen der Grat in einem abgerundeten, ebenen oder stumpfen Ende ausläuft, im Gegensatz zu dem spitzen Ende, das in den Zeichnungen dargestellt ist. Außerdem könnten die Nuten in radialer Richtung länger als die entsprechenden Schaufeltaschen sein, usw.
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Unter Bezugnahme auf die 3 und 4 wird nun das Laufrad genauer beschrieben.
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Das Laufrad 48 rotiert um die Drehachse 34 in einer durch einen Pfeil angedeuteten Richtung 102. Das Laufrad 48 hat, allgemein gesagt, die Form einer Scheibe mit einer Oberseite 77, die der Unterseite 59 des oberen Gehäuseteils unmittelbar zugewandt ist, und einer Unterseite 79, die der Oberseite 69 des unteren Gehäuseteils unmittelbar zugewandt ist. Um Querströmungen des Kraftstoffs zwischen den inneren und äußeren Pumpkammer 54A, 54B zu verhindern bzw. zu minimieren und eine Leckage im allgemeinen zu unterbinden, steht die Oberseite 77 in Dichtungsbeziehung zu der Unterseite 59, und die Unterseite 79 steht in Dichtungsbeziehung zu der Oberseite 69. Eine kreisförmige Nabe 70 des Laufrades 48 hat ein Mitnehmerloch 71, durch die die Welle 35 erstreckt, so dass die Welle 35 und das Laufrad 48 gemeinsam um die Drehachse 34 rotieren. Die Nabe 70 erstreckt sich radial nach außen zu dem inneren Schaufelkranz 56A. Ein Zwischenring 72 (Mid-Hoop) ist radial zwischen dem inneren und äußeren Schaufelkranz 56A, 56B angeordnet, und ein Außenring 74 (Outer Hoop) ist radial außerhalb des äußeren Schaufelkranzes 56B angeordnet. Die Nabe 70 wird an einem radial äußeren Umfang durch eine auswärtsweisende Fläche 86A begrenzt, welche bereits in Verbindung mit 2 erwähnt wurde. Von dieser Fläche aus, die im folgenden als die äußere Nabenfläche 66A bezeichnet wird, erstrecken sich die Schaufein radial nach außen.
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Es wird nun auf 5 bis 7 Bezug genommen. Der innere Schaufelkranz 56A enthält zahlreiche einzelne Schaufeln 78A, die sich jeweils von der äußeren Nabenfläche 66A radial nach außen zu der einwärts gerichteten Fläche 77A erstrecken, welche ebenfalls in Verbindung mit 2 bereits erwähnt wurde. Der Einfachheit halber wird die Fläche 67A im folgenden als die innere Zwischenringfläche 67A bezeichnet. Der Zwischenring 72 wird radial von der inneren Zwischenringfläche 67A sowie von einer nach außen gerichteten äußeren Zwischenringfläche 66B begrenzt. Jede Schaufel 78B des äußeren Schaufelkranzes 56B ragt von der äußeren Zwischenringfläche 66B radial nach außen zu der nach innen gerichteten Fläche 67B. Der Außenring 74 ist am Außenumfang des Laufrades angeordnet und liegt radial zwischen der Innenfläche 67B und einem Umfangsrand 86A des Laufrades. Um Missverständnisse zu vermeiden, sei darauf hingewiesen, dass die Flächen 66A, 67A, 66B und 67B, die in 9 gezeigt sind, dieselben sind wie die vorstehend erwähnten Flächen in 2. Der Umfangsrand 86 liegt unmittelbar einer nach unten ragenden Ringschulter 87 des oberen Gehäuseteils 42 gegenüber, wie am besten in 1 zu sehen ist. Eine äußere Ringfläche der Schulter 87 liegt abgedichtet an der Oberseite 69 des unteren Gehäuseteils 44 an.
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Jede Schaufel 78A des inneren Schaufelkranzes 56A und jede Schaufel 78B des äußeren Schaufelkranzes 56B verläuft innerhalb des Laufrades 48 radial und nicht geradlinig, um den Pumpenwirkungsgrad des Laufrades zu erhöhen. Die Schaufeln werden nun anhand mehrerer Figuren beschrieben, welche die Schaufeln jeweils aus einer anderen Perspektive zeigen und unterschiedliche Eigenschaften der Schaufeln und/oder des Laufrades hervorheben.
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Es wird nun auf 8 Bezug genommen, die eine vergrößerte Darstellung des inneren Schaufelkranzes 56A zeigt; die folgende Beschreibung gilt jedoch in entsprechender Weise für den äußeren Schaufelkranz 56B, sofern nichts anderes gesagt wird. Jede Schaufel umfasst ein Schaufelfußsegment 88, das von der äußeren Nabenfläche 66A radial nach außen im wesentlichen geradlinig verläuft, wie durch eine Linie 134 angedeutet ist. Die Linie 134 und somit das geradlinige Schaufelfußsegment 88, gesehen in Drehrichtung 102, eilen dem Radius 144 des Laufrades geringfügig nach. In dieser Figur liegt die Linie 134 entlang der Vorderseite der Schaufel und verläuft somit durch einen Punkt 114; diese Linie könnte jedoch auch längs der Rückseite der Schaufel oder durch die Mitte der Schaufel gezogen werden, solang sie parallel zu den Schaufelflächen ist. In gleicher Weise ist der Radius 144 des Laufrades so gezogen, dass er durch den Punkt 114 verläuft. Diese nacheilende Ausrichtung des geradlinigen Schaufelfußsegmentes 88 bildet einen Winkel ψ, der als Winkel zwischen der Linie 134 und dem Radius 144 des Laufrades definiert ist. Der Radius des Laufrades verläuft natürlich durch die Mitte des Laufrades. Der Winkel ψ liegt vorzugsweise im Bereich von 2° bis 20°, insbesondere im Bereich von 5° bis 15° und beträgt ganz bevorzugt ungefähr 10°.
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Ein Schaufelspitzensegment 90 jeder Schaufel verläuft von dem äußersten radialen Abschnitt des Schaufelfußsegmentes 88 kontinuierlich zu der inneren Zwischenringfläche 67A. Wie in den Zeichnungen dargestellt, ist das Schaufelspitzensegment geringfügig so gekrümmt, dass es bezüglich der Drehrichtung 102 konkav ist. D. h., das Schaufelspitzensegment 90 ist so gekrümmt, dass das geradlinige Schaufelfußsegment und das gekrümmte Schaufelspitzensegment eine Kraftstoff auffangende Tasche bilden, wenn sich das Laufrad 48 in Drehrichtung 102 dreht. Vorzugsweise bildet das Schaufelspitzensegment 90 eine gleichförmige Kurve, die durch einen gedachten Radius r3 definiert wird. Der Radius r3 hat einen Wert zwischen 1,00 und 5,00 mm, vorzugsweise zwischen 2,25 und 3,25 mm für den inneren Schaufelkranz 66A und 2,75 mm bis 3,75 mm für den äußeren Schaufelkranz 56B. Da das Schaufelspitzensegment 90 im wesentlichen radial nach außen von dem entfernten Ende des Schaufelfußsegmentes 88 vorsteht (wobei das entfernte Ende des Schaufelfußsegmentes die am meisten nacheilende radiale Stelle der Schaufel ist), ragt es auch in eine geringfügig voreilende Richtung bezüglich des geradlinigen Schaufelfußsegmentes vor, gesehen in Drehrichtung 102 des Laufrades. Diese voreilende Ausrichtung ist in 8 als Winkel θ dargestellt, der der Winkel zwischen der nacheilenden Linie 134 längs der Vorderseite des Schaufelfußsegmentes 88 und der voreilenden Linie 140 ist, welche tangential zu einem Punkt auf der Vorderseite des gekrümmten Schaufelspitzensegmentes 90 ist. Da die Ausrichtung der tangentialen Linie 140 von dem speziellen Punkt längs der Vorderseite des Schaufelsegmentes, zu dem sie tangential ist, abhängt, ändert sich der Winkel θ über der radialen Erstreckung des Schaufelspitzensegmentes 90. Der Winkel θ liegt im Bereich von 0 bis 50°, vorzugsweise 15 bis 35° und beträgt besonders bevorzugt ungefähr 28°, unter der Annahme, dass die Linie 140 tangential zu einem Punkt ist, der am radial äußersten Ende des Schaufelspitzensegmentes (einem Punkt nächst der Stelle, an der das Schaufelspitzensegment auf die Fläche 67A trifft) angeordnet ist. Der Winkel θ des voreilenden Schaufelspitzensegmentes erhöht den Pumpenwirkungsgrad, da der Kraftstoffstrom das Laufrad 48 mit einer vorwärts gerichteten Tangentialgeschwindigkeit verlässt, die größer als die Tangentialgeschwindigkeit des Laufrades ist.
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Wenngleich in den Zeichnungen nicht durch einen speziellen Winkel kenntlich gemacht, verläuft die voreilende Linie 140 in eine Richtung, die ebenfalls dem Radius 144 des Laufrades voreilt, gesehen in Drehrichtung 102. Wie bei dem Winkel θ ändert sich dieser Winkel über die radiale Erstreckung des Schaufelspitzensegmentes 90, je nach dem speziellen Punkt längs der Vorderseite des gekrümmten Schaufelspitzensegmentes, von der die tangentiale Linie ausgeht. Beispielsweise verläuft eine Linie, die zu dem radial innersten Punkt des Schaufelspitzensegmentes 90 tangential verläuft, unter einem anderen Winkel als eine Linie, die zu dem radial äußersten Punkt des Schaufelspitzensegmentes tangential ist. Der Winkel zwischen der tangentialen Linie 140 und dem Radius 144 des Laufrades liegt im Bereich von 0 bis 30°, vorzugsweise zwischen 10 und 25° und beträgt besonders bevorzugt ungefähr 18°, unter der Annahme, dass die Linie 140 tangential zu einem Punkt ist, der am radial äußersten Ende des Schaufelspitzensegmentes angeordnet ist. Außerdem haben das Schaufelfußsegment und das Schaufelspitzensegment vorzugsweise die gleiche radiale Länge; anders ausgedrückt, ist der radiale Abstand zwischen der Fläche 66A und dem Ende des Schaufelfußsegmentes 88 ungefähr gleich dem radialen Abstand zwischen dem Anfang des Schaufelspitzensegmentes 90 und der Fläche 67A in einer bevorzugten Ausführungsform.
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Die Voreilung des Schaufelspitzensegmentes 90 in Umfangsrichtung ist, allgemein gesprochen, nicht so groß wie die Nacheilung des Schaufelfußsegmentes 88. Daher ist der gesamte radiale Verlauf der Schaufel zwischen der äußeren Nabenfläche 66A und der inneren Zwischenringfläche 67A geringfügig nacheilend in Drehrichtung 102. Anders ausgedrückt, ist der radial innerste Punkt 114 an der Vorderseite der Schaufeln im Vergleich zu dem radial äu-ßersten Punkt 142 an der Vorderseite der Schaufel etwas voreilend in Drehrichtung 102. Diese nacheilende bzw. verzögerte Ausrichtung wird als Winkel ß veranschaulicht, der der Winkel zwischen dem Radius 144 des Laufrades und der Linie 146 ist, welche die Punkte 114 und 142 verbindet. Hieraus folgt, dass bei einer Drehung des Laufrades der Punkt 114 eine spezielle Winkelposition vor dem Punkt 142 erreicht. Der Winkel ß liegt im Bereich von 0 bis 10°, vorzugsweise zwischen 0 und 5° und beträgt besonders bevorzugt ungefähr 2°.
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Der Einfachheit halber werden im folgenden nur Schaufeln des inneren Schaufelkranzes beschrieben; die Schaufeln des äußeren Schaufelkranzes sind jedoch im wesentlichen identisch, sofern nichts anderes gesagt wird. Es wird nun auf die 9 bis 11 unter besonderer Beachtung der 11 Bezug genommen. Die gedachte Ebene, in der der Grat 92A liegt, unterteilt die V-förmige Schaufel 78A in eine obere Schaufelhälfte 100 und eine untere Schaufelhälfte 104 längs einer vorderen Schnittlinie 106 an der Vorderseite 108 der Schaufel und längs einer hinteren Schnittlinie 110 an der Rückseite 112 der Schaufel. Die konkave Vorderseite 108 einer Schaufel ist der konvexen Rückseite 112 einer benachbarten Schaufel 78A zugewandt. Die obere Schaufelhälfte 100 und die untere Schaufelhälfte 104 der Schaufeln 78A sind nach vorne in Drehrichtung 102 des Laufrades angestellt bzw. geneigt; d. h. sie verlaufen von der den Grat 92A enthaltenden gedachten Ebene zu den die Ober- und Unterseiten 77, 79 des Laufrades enthaltenden entsprechenden gedachten Ebenen. Der Anstellwinkel der oberen Schaufelhälfte 100 ist praktisch ein Spiegelbild der Anstellwinkels der unteren Schaufelhälfte 104; d. h. sie sind vorzugsweise symmetrisch. Der Anstellwinkel sollte größer als 0° sein, um den Pumpenwirkungsgrad und den Niederspannungsstrom zu erhöhen. Die vorwärtsgerichtete Anstellung der Schaufel ermöglicht ein besseres Einströmen von Kraftstoff in die Schaufeltasche 60A, wodurch der wendelförmige Strömungsverlauf erzeugt wird, wie am besten in 21 zu sehen ist. Mit anderen Worten, wird der Druck des Kraftstoffes bei seiner Strömung in den Pumpkammern 54A, 54B durch die mechanische Drehung des Laufrades 48 und die Wirbelströmung des Kraftstoffes erhöht. Der Strömungsverlauf des Kraftstoffes wird durch die entsprechenden Schaufelkränze 56A und 56B induziert, welche bewirken, dass der Kraftstoff immer wieder in die Nuten 58A, 58B und 62A, 62B hinein und aus ihnen herausströmt.
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Bei der Fertigung des Laufrades 48 muss es aus der Gießform durch eine Drehbewegung entfernt werden. Daher hat das Schaufelfußsegment 88 einen Neigungswinkel αR, der gleich oder vorzugsweise kleiner als ein Neigungswinkel αr des Schaufelspitzensegmentes 90 ist. Die Neigungswinkel αR und αT können entweder von der Vorder- oder Rückseite der Schaufel aus gemessen werden, da sie parallel sind. Vorzugsweise wird der Neigungswinkel α des inneren Schaufelkranzes von dem Schaufelfußsegment 88 aus zu den Schaufelspitzensegmenten 90 hin allmählich größer, und er liegt im Bereich von 10 bis 50°, vorzugsweise 20 bis 40°, und beträgt insbesondere ungefähr 25° an dem radial innersten Punkt des Schaufelfußsegmentes und vorzugsweise 35° an dem radial äußersten Punkt des Schaufelspitzensegmentes. Eine entsprechende Beziehung gilt für die Schaufeln des äußeren Schaufelkranzes; ihr Neigungswinkel liegt jedoch im Bereich von 15 bis 55°, vorzugsweise 20 bis 45°, und beträgt insbesondere ungefähr 30° an dem radial innersten Punkt des Schaufelfußsegmentes und 40° an dem radial äußersten Punkt des Schaufelspitzensegmentes. Somit gilt die folgende Beziehung zwischen dem Neigungswinkel am Schaufelfuß und dem Winkel an der Schaufelspitze für sowohl den inneren wie auch äußeren Schaufelkranz: 10° ≤ αR ≤ αT ≤ 55°. Der Neigungswinkel αR des Schaufelfußsegmentes wird zwischen einer vertikalen bzw. axialen Referenzlinie 113, die parallel zur Drehachse 34 ist, und einer Neigungslinie 116, die längs der Vorderseite der Schaufel 78A am Schaufelfußsegment 88 verläuft, gemessen. Wie bereits erwähnt, hat jede der oberen und unteren Schaufelhälften 100, 104 Vorder- und Rückseiten 108, 112, die parallel sind; d. h. die Schaufel hat eine gleichförmige Schaufeldicke in Umfangsrichtung. Die Neigungslinie 116 könnte somit statt dessen auch längs der Rückseite der Schaufel verlaufen. Die Referenzlinie 113 und die Neigungslinie 116 schneiden sich vorzugsweise in einem Punkt, der in der Vorderseite der Schaufel liegt. Unabhängig hiervon fallen die radial innersten Enden der vorderen Schnittlinie 106 und der hinteren Schnittlinie 110 mit dem Grat 92A zusammen, wie am besten in den 9 und 10 zu sehen ist.
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Der Neigungswinkel αT der Schaufelspitze wird zwischen einer vertikalen bzw. axialen Referenzlinie 122, die parallel sowohl zur Drehachse 34 wie auch zur Referenzlinie 113 ist, und einer Neigungslinie 124, die vorzugsweise längs der Vorderseite 108 der Schaufel im Bereich des Schaufelspitzensegmentes 90 verläuft, gemessen. Wie weiter oben bereits erläutert, könnte die Neigungslinie 113 auch längs der Rückseite 112 der Schaufel verlaufen.
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Auch die Neigungswinkel αR und αT der Schaufeln des inneren Schaufelkranzes 56A sind kleiner als diejenigen der Schaufeln des äußeren Schaufelkranzes 56B. Zusätzlich zu weiteren Vorteilen erlaubt es dieser Winkelunterschied, das Laufrad bei der Herstellung aus einer einzigen Rotationsgießform herausdrehen zu können. Diese Neigungswinkelkonfiguration beeinträchtigt nicht das Pumpverhalten, da die Schaufeln des inneren Schaufelkranzes 56A mit einem höheren Druckkoeffizienten arbeiten und somit einen kleineren Neigungswinkel α für ein optimales Betriebsverhalten erfordern als die Schaufeln des äußeren Schaufelkranzes 56B.
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Wie bereits erwähnt, verläuft das Schaufelfußsegment 88 von der äußeren Nabenfläche 66A radial nach außen in nacheilender Richtung bezüglich des Radius des Laufrades 144. Hieraus folgt, dass die vordere Schnittlinie 106, die die obere und untere Schaufelhälfte 100, 104 trennt, einen radial einwärts gerichteten Abschnitt hat, der ebenfalls dem Radius 144 nacheilt, gesehen in Drehrichtung 102. Dieser radial einwärts gerichtete Abschnitt der vorderen Schnittlinie 106 ist derjenige Abschnitt, der sich von dem Grat 92A geradlinig zu dem radial äußeren Ende des Schaufelfußsegmentes erstreckt. Die vordere Schnittlinie 106 enthält ebenfalls einen radial äußeren Abschnitt, der sich wie das Schaufelspitzensegment 90 in voreilende Richtung, mit gekrümmtem Verlauf erstreckt. Dieser radial äußere Abschnitt ist derjenige Abschnitt der vorderen Schnittlinie 106, der dort beginnt, wo der radial innere Abschnitt aufhörte, und der sich zu der inneren Zwischenringfläche 67A erstreckt. Anders ausgedrückt, umfasst die vordere Schnittlinie 106 einen radial inneren Abschnitt, der Teil des Schaufelfußsegmentes 88 ist und somit in eine nacheilende Richtung verläuft, und einen radial äußeren Abschnitt, der Teil des Schaufelspitzensegmentes 90 ist und sich somit in eine voreilende Richtung mit gekrümmtem Verlauf erstreckt. Wie bereits erwähnt, sorgt diese taschenbildende bzw. schüsselförmige Schaufelkonfiguration, gesehen sowohl in radialer wie auch axialer Richtung, für einen verbesserten Pumpenwirkungsgrad.
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Wie in 11 dargestellt und bereits erwähnt, hat jede Schaufelhälfte 100, 104 der Schaufeln 78A einen rückseitigen Winkel γ, der vorzugsweise gleich den entgegengesetzten vorderen Neigungswinkeln αR und αT ist. Dies resultiert in einer gleichförmigen Schaufeldicke, gesehen in Umfangsrichtung, und erleichtert den Fertigungsprozess dadurch, dass das Laufrad im Anschluss an den Gießvorgang gelöst werden kann. Es ist jedoch möglich, dass der rückseitige Winkel γ größer als der entsprechende vordere Neigungswinkel ist („entsprechend” meint den Abschnitt der Vorderseite 108, der sich an derselben radialen Stelle der Schaufel befindet), was in Schaufeln mit Vorder- und Rückseiten resultieren würde, die bei Annäherung an die axialen Seitenwände bzw. Enden der Schaufel konvergieren. Da der Mindestwert von αR gleich 10° und αT gleich oder größer als αR ist, ist der Mindestwert von γ über der gesamten axialen Erstreckung der Schaufel ebenfalls 10°.
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Jede Schaufel hat zwei Radien 120, 130 längs Rändern, die zwischen der Vorderseite 112 und den benachbarten oberen und unteren Seitenwänden 121, 131 angeordnet sind. Die Seitenwand 131, wie am besten in 8 zu sehen ist, bildet eine fingerförmige Flache der Schaufel, die in derselben Ebene wie die Unterseite des Laufrads liegt und der Oberseite 69 des unteren Gehäuseteils gegenüber angeordnet ist. In der gleichen Weise bildet die Seitenwand 121, die in 8 nicht dargestellt ist, die komplementäre fingerförmige Fläche der Schaufel, die auf der entgegengesetzten axialen Seite des Laufrades angeordnet ist und somit in derselben Ebene wie die Oberseite 77 des Laufrades liegt, derart, dass sie der Unterseite 59 des oberen Gehäuseteils gegenüberliegt. Die Abrundung 120 ist eine gleichförmige runde Fläche, die sich über die gesamte radiale Länge der Schaufel erstreckt und daher einen Abschnitt, der Teil des Schaufelfußsegmentes 88 ist, und einen Abschnitt, der Teil des Schaufelspitzensegmentes 90 ist, umfasst. Die Abrundung als runde Fläche mit einem speziellen Radius (0,70 mm im bevorzugten Ausführungsbeispiel) auszubilden, hilft dabei mit, die Rückseite der Schaufel zu dem einströmenden Kraftstoffstrom auszurichten, wodurch der Wirkungsgrad der Pumpe erhöht wird, indem die Gefahr von Kavitation und das Entstehen unerwünschter Kraftstoffdämpfe reduziert werden. Sowohl der rückseitige Winkel γ wie auch die Abrundung 120 werden so gewählt, dass sie so gut wie möglich zu dem einströmenden Kraftstoffstrom (angedeutet durch Pfeile in 11) ausgerichtet sind, wenn er in die Schaufeltasche 60A eintritt. Versuche haben gezeigt, dass die Verwendung einer Abrundung am Laufrad gegenüber der Verwendung einer ebenen Fase, wie sie manchmal im Stand der Technik verwendet wird, von Vorteil ist.
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Die vorstehende Erläuterung der Laufradteile, insbesondere des geradlinigen Schaufelfußsegmentes, des gekrümmten Schaufelspitzensegmentes, des umlaufenden Grates, der Schaufeltaschen, der oberen Schaufelhälfte, der unteren Schaufelhälfte, der vorderen Schnittlinie, der hinteren Schnittlinie und der Abrundung wie auch sämtlicher Winkel, Referenzlinien, gedachter Ebenen usw. in gleicher Weise für den äußeren Schaufelkranz 56B gelten, sofern nicht etwas anderes angegeben ist. Außerdem ist die vorstehende Diskussion nicht auf ein Laufrad mit doppeltem Schaufelkranz beschränkt; vielmehr gilt sie auch für ein Laufrad mit drei, vier oder beliebig vielen Schaufelkränzen, sofern dies praktikabel ist.
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Es wird nun auf die 12 bis 15 Bezug genommen, in denen das untere Gehäuseteil 44 der Pumpe genauer dargestellt ist. Wie bereits erwähnt, ist das untere Gehäuseteil 44 ein scheibenförmiges Bauteil mit einem kanalförmig ausgebildeten Einlass 50 und einer Oberseite 69, in der eine innere ringförmige Nut 62A und eine äußere ringförmige Nut 62B gebildet sind. Der Einlass 50 steht sowohl mit einem Fluid-Reservoir wie z. B. einem Kraftstofftank wie auch mit den unteren Nuten 62A und 62B in Strömungsverbindung. Wie in 15 durch die abgezweigten Pfeil angedeutet wird, gelangt Kraftstoff in die Pumpe 30 über den Einlass 50 in der Weise, dass ein Teil des einströmenden Kraftstoffes in die untere innere Nut 62A und ein anderer getrennter Teil in die untere äußere Nut 82B gelenkt wird. Die Zuordnung des Kraftstoffs zu jeder der unteren Nuten hängt von der speziellen Form des Einlasses, der Verbindung zwischen dem Einlass und den Nuten, der Form und Größe der Nuten wie auch weiteren Auslegungsfaktoren ab. Wie bereits erwähnt, hat die äußere Pumpkammer 54B und somit die untere äußere Nut 62B eine größere Querschnittsfläche als die entsprechende innere Pumpkammer bzw. untere innere Nut. Die äußere Nut kann somit ein größeres Kraftstoffvolumen aufnehmen und somit ist der in die untere äußere Nut 62B gelenkte Kraftstoffanteil größer als der in die untere innere Nut 62A gelenkte Kraftstoffanteil. Zahlreiche weitere Merkmale spielen wiederum einen Teil beim Bestimmen der Anteile des einströmenden Kraftstoffes, die in jede der unteren Nuten gelenkt werden. Eines dieser Merkmale ist der verjüngte bzw. durchmesserverringerte Abschnitt 150; dieser Abschnitt verjüngt sich bis unmittelbar zum Rand jeder der unteren Nuten in der Weise, dass der gesamte einströmende Kraftstoff entweder zu der inneren oder äußeren unteren Nut geführt wird. Obgleich der Abschnitt 150 des Einlasses 50 einen verringerten Durchmesser im Vergleich zu dem restlichen Kanal des Einlasses hat, ist er immer noch groß genug, um sowohl die innere wie auch äußere untere Nut 62A und 62B einzuschließen, wie in 15 zu sehen ist. Die nicht halbkreisförmige Querschnittsform der Nuten wurde bereits in Verbindung mit 2 erläutert und wird hier nicht nochmals beschrieben.
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Wie in 12 dargestellt ist, haben die unteren inneren und äußeren Nuten 62A und 62B jeweils einen ersten Abschnitt 152, der sich ausgehend vom Einlass 60 um ungefähr die ersten 30° erstreckt. Der erste Abschnitt 152 ist ein sich axial verjüngender Nutabschnitt, in dem die Nut tiefer in Umfangsrichtung um das Gehäuse herum allmählich abnimmt. Diese Verringerung der Nuttiefe hat eine entsprechende Verringerung der Querschnittsfläche der Nut zur Folge, was wiederum bewirkt, dass Kraftstoffdampf aus dem flüssigen Kraftstoff herausgetrieben wird, wenn der Kraftstoff durch den ersten Abschnitt 152 strömt, wie grundsätzlich bekannt ist. Zwei Entlüftungslöcher 154A und 154B sind am Ende des ersten Abschnittes 152 vorgesehen und ermöglichen ein Entweichen von Kraftstoffdämpfen. Ein sich in gleicher Weise verjüngender zweiter Abschnitt 156 ist in Richtung des Endes der ringförmigen Erstreckung der unteren Nuten 62A, 62B vorgesehen; d. h. der zweite Abschnitt 156 erstreckt sich um ungefähr 30° und endet in einem Segment der unteren Nuten, das dem Auslasskanal 52 entspricht. Unter Bezugnahme auf die 16 bis 20 wird nun das obere Gehäuseteil 42 genauer beschrieben.
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Das obere Gehäuseteil 42 ist ganz ähnlich dem gerade beschriebenen unteren Gehäuseteil und umfasst, allgemein gesprochen, eine Unterseite 59, in der eine obere innere ringförmige Nut 58A und eine obere äußere ringförmige Nut 58B gebildet sind, einen kanalförmigen Auslass 52 und einen sich in Umfangsrichtung erstreckenden Steg 160. Die obere innere und äußere Nut 58A, 58B hat jeweils einen sich axial verjüngenden dritten Abschnitt 162, jedoch keine zwei sich axial verjüngende Abschnitte wie die unteren Nuten. Der dritte Abschnitt 162 verjüngt sich entgegengesetzt bzw. komplementär zu dem ersten Abschnitt 152; d. h., während sich die Querschnittsfläche des ersten Abschnittes 152 der unteren Nuten verringert, vergrößert sich die Querschnittsfläche des dritten Abschnittes 162 der oberen Nuten über dieselbe Winkelerstreckung. Derartige komplementär geformte Verjüngungen bzw. Abschrägungen sorgen für eine adäquate Kraftstoffverteilung in sowohl den oberen wie auch unteren Nuten, statt dass ein disproportionierter Anteil in den unteren Nuten verbleibt, da diese mit dem Einlass 50 unmittelbar in Verbindung stehen. Der Steg 160 erstreckt sich in Umfangsrichtung um den Außenumfang des oberen Gehäuseteils 42 und bildet eine Anlagefläche für das untere Gehäuseteil 44. Durch die gegenseitige Anlage an dem Steg 160 statt an der Fläche 59 selbst bilden das untere Gehäuseteil 44 und das obere Gehäuseteil 42 eine Laufradkammer 46, dazwischen angeordnet ist. Die Höhe und andere Eigenschaften des Steges 160 können variieren, da sie von der Dicke des Laufrades 48 wie auch weiteren Faktoren abhängen.
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Wenn im Betrieb das Laufrad 48 rotiert, fließt Kraftstoff in den Pumpenabschnitt 32 über den Einlass 50, der unmittelbar mit der inneren und äußeren Nut 62A und 62B in Verbindung steht. Während der Kraftstoff durch den ersten Abschnitt 152 gepumpt wird, wird er in die obere innere und äußere Nut 58A und 58B getrieben, so dass sich eine entsprechende Kraftstoffaufteilung zwischen der oberen und unteren Nut ergibt. Dies erzeugt eine weitgehend gleichförmige Kraftstoffverteilung zwischen dem oberen und unteren Teil der inneren und äußeren Pumpkammer 54A und 54B, so dass näherungsweise gleiche Kräfte auf beide axialen Seiten des Laufrades 48 ausgeübt werden. Wie am besten aus 21 zu sehen ist, steigt der Druck des Kraftstoffes, während er von dem rotierenden Laufrad 48 in einer Wirbelströmung innerhalb der unabhängigen Pumpkammern 54A und 54B vorwärtsgetrieben wird. Der wirbelförmige Strömungsverlauf wird durch den inneren und äußeren Schaufelkranz 56A und 56B induziert, welche unabhängig voneinander auf den Kraftstoff einwirken. Insbesondere wirkt jeder der Nuten 62A, 62B mit ihren entsprechenden gekrümmten Abschnitten 75, 75B der Schaufelkränze zusammen, um ihre eigene unabhängige wendelförmige Kraftstoffströmung zu erzeugen. Die Strömung tritt somit wendelförmig in die Schaufeltaschen und angrenzenden Nuten wendelförmig hinein und wieder aus ihnen heraus, so dass die Schaufeltaschen und Nuten in seitlicher bzw. axialer Richtung in Strömungsverbindung stehen. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel führt dies zu insgesamt vier wendelförmigen Strömungsverläufen (zwei in der inneren Pumpkammer 54A und zwei in der äußeren Pumpkammer 54B); eine gewisse Querverbindung zwischen diesen Strömungsverläufen kann allerdings eintreten. Beispielsweise können die oberen Nuten 58A, 58B mit den unteren Nuten 62A, 62B über die offenen Schaufeltaschen kommunizieren, welche zwischen benachbarten Schaufeln gebildet sind. Da sich die in Umfangsrichtung erstreckenden Grate 92A, 92B sich nicht über die gesamte radiale Erstreckung der Schaufeltaschen erstrecken, sind sie offen und ermöglichen hierdurch, dass Kraftstoff zwischen den oberen und unteren Nuten strömt. Diese offene Taschenkonfiguration erlaubt es, dass Kraftstoff aus dem Einlass 50 durch die unteren Nuten in die entsprechenden oberen Nuten und in gleicher Weise zu dem Auslass strömt, in dem der Kraftstoff aus den unteren Nuten durch die entsprechenden oberen Nuten in den Auslass 52 strömt. Wenn der Kraftstoff das ringförmige Ende der Pumpkammern erreicht hat, verlässt der nun unter Druck stehende Kraftstoff den Pumpenabschnitt 32 durch den Auslass 52. Beim Einbau in ein Kraftfahrzeug würde dann der Auslass 52 den unter Druck stehenden Kraftstoff irgendeiner Leitung oder einem anderen Teil der Kraftstoffzuführanlage zuführen, aus der bzw. dem der Kraftstoff einem Verbrennungsmotor zugeführt würde.
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Entsprechend einer alternativen Ausführungsform, die in 22 dargestellt ist, ist eine Kraftstoffpumpe 30' vorgesehen, bei der der Außenring des Laufrades des vorhergehenden Ausführungsbeispiels durch einen stationären Führungsring 74' ersetzt ist, wie dies im Stand der Technik an sich bekannt ist. Der stationäre Führungsring 74' ist nicht Teil des Laufrades und dreht sich somit nicht mit dem Laufrad. Der stationäre Führungsring 180 umfasst einen Abstreifabschnitt (nicht gezeigt), der Kraftstoff von den offenen Enden bzw. Spitzen der Schaufeln eines äußeren Schaufelkranzes „abschert”. Anders ausgedrückt, ist eine äußere ringförmige Pumpkammer 54B' am äußersten Umfang des Laufrades so angeordnet, dass die äußersten Schaufeltaschen 98B' sowohl in axialer wie auch radialer Richtung kommunizieren. Diese Art der Anordnung ist an sich bekannt und wird manchmal als Peripheralschaufeltechnik (Peripheral Vane Technology = PVT) bezeichnet.
