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Hintergrund der Erfindung
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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Seitenkanalpumpe bzw. selbstansaugende
Pumpe oder Peripheralpumpe zur Verwendung als elektrisch betriebene
Kraftstoffpumpe, die eine Struktur aufweist, die die Pumpeneffizienz
verbessern soll, indem ein Leckstrom eines Hochdruckfluids zwischen
einem Hochdruckauslass und einem Niederdruckeinlass verringert wird.
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5 zeigt eine Seitenquerschnittsansicht eines
Hauptteils einer herkömmlichen
Pumpe mit Seitenkanal (sogenannte Wescopumpe), und 6 zeigt einen Längsquerschnitt der gleichen
Pumpe.
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Bei
der Pumpe wird ein Flügelrad
(Rotor) innerhalb eines Gehäuses,
das mit einem Fluid gefüllt ist,
gedreht, damit dem Fluid Druckenergie verliehen wird. Ein Außenumfangsrand 21 des
Flügelrads 2 ist derart
konstruiert, dass er nicht mit einer Innenfläche des Gehäuses 1 in Kontakt
kommt. In 5 und 6 bezeichnet Referenzziffer 3 einen
Niederdruckeinlass, Referenzziffer 4 einen Hochdruckauslass,
Referenzziffer 5 einen Strömungsweg, der in dem Gehäuse 1 gebildet
ist, Referenzziffer 22 einen Schaufelkanal, der in dem
Flügelrad 2 ausgebildet
ist, und Referenzziffer 23 ein vertikales Durchgangsloch.
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Da
jedoch, wie oben beschrieben, der äußere Umfangsrand 21 des
Flügelrads
und die Innenfläche 11 des
Gehäuses 1 so
konstruiert sind, daß sie nicht
miteinander in Kontakt sind, ist ein Spalt 9 zwischen dem äußeren Umfangsrand 21 des
Flügelrads 2 und
der Innenfläche 11 des
Gehäuses 1 auch
in einem Trennbereich (Totpunkt) 6 gebildet, der in einem Abschnitt
zwischen dem Hochdruckauslass und dem Niederdruckeinlass 3 entlang
der Rotationsrichtung des Flügelrads
gebildet ist. Somit leckt das Hochdruckfluid, das auf der Seite
des Hochdruck auslasses 4 vorhanden ist, zur Seite des Niederdruckauslasses 3 über den
Spalt 9 derart, dass der Leckstrom die Pumpeneffizienz
verringert.
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Aus
der
US 3,259,072 ist
eine Seitenkanalpumpe bekannt, bei der in einem Trennbereich; der
in einem Abschnitt von einem Hochdruckauslass zu einem Niederdruckeinlass
entlang einer Rotationsrichtung eines Flügelrads gebildet ist, ein Dichtelement auf
der Innenwand des Gehäuses
aufgebracht ist.
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Aus
der
US 2,455,552 und
der
JP 02009990 A sind
jeweils Seitenkanalpumpen bekannt, bei denen in dem Trennbereich
zwischen dem Hochdruckauslass und dem Niederdruckeinlass in der
Rotationsrichtung des Flügelrads
ein Ventilelement vorgesehen ist, welches sich bei einem Überdruck,
beispielsweise hervorgerufen durch eine Verstopfung einer Abführleitung, öffnet, so
dass durch die Öffnungsbewegung
des Ventilelements der Spalt im Trennbereich zwischen Flügelrad und
Gehäuse
vergrößert wird.
Dazu wird ein durch eine Feder in Schließrichtung, das heißt in Richtung
einer Verengung des Spalts, vorbelastetes Ventilelement mittels
der Wirkung des hohen Drucks, der über einen Druckzufuhrkanal
von der Umgebung des Hochdruckauslasses an das Ventilelement zugeführt wird,
gegen die Wirkung der Federkraft bewegt und somit geöffnet.
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Darstellung
der Erfindung
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Angesichts
des oben beschriebenen Problems ist es die Aufgabe der Erfindung,
eine Seitenkanalpumpe vorzusehen, die die Pumpeneffizienz verbessern
kann, indem der Leckstrom des Hochdruckfluids vom Hochdruckauslass
zum Niederdruckeinlass durch eine einfache Struktur verringert wird.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Pumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1
gelöst.
Bevorzugte Ausführungsformen
sind durch die abhängigen
Ansprüche
gekennzeichnet.
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Bei
der Pumpe dieser Erfindung wird der Spalt in dem Trennbereich elastisch
deformiert, wenn der Federbereich den Gegendruck von dem Hochdruckfluid
aufnimmt, und das Volumen des Spalts wird verringert. Somit wird
der Leckstrom des Hochdruckfluids zwischen dem Hochdruckauslass
und dem Niederdruckeinlass aufgrund der Verkleinerung des Spalts
im Trennbereich verringert. Wenn auch der Federbereich fast den äußeren Umfangsrand
des Flügelrads
aufgrund seiner elastischen Deformation berührt, nimmt der Federbereich
eine Kraft aufgrund eines Keileffektes in einer Richtung auf, die
vom Außenumfangsrand
des Flügelrads
weggerichtet ist, auf Grund dessen, dass das Hochdruckfluid zwischen dem
Federbereich und dem äußeren Umfangsrand des
Flügelrads
strömt
(wenn die Breite des Spalts in der Strömungsrichtung verengt wird,
wird ein Druck zum Aufnehmen seiner Last erzeugt). Diese Kraft nimmt
zu, wenn der Druck des Hochdruckfluids ansteigt, und die elastische
Deformation des Federbereichs nimmt zu. Da im Grunde der Federbereich nicht
in Kontakt mit dem Außenumfangsrand
des Flügelrads
kommt, treten Nachteile, wie z.B. eine Behinderung der Rotation
des Flügelrads,
die Erzeugung von Reibungswärme
und eine Abnutzung des Federbereichs, nicht auf. Da ferner der Federbereich
einer Exzentrizität
und einer Abnutzung des Flügelrads
folgen kann, wird keine Verringerung der Reduktionswirkung des Leckstroms
hervorgerufen. Da Fremdstoffe durch die elastische Deformation des
Federbereichs entfernt werden können,
wenn das Fluid eine geringe Menge von Fremdkörpern enthält, kann eine Blockierung der
Pumpe verhindert werden.
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Gemäß den Merkmalen
von Anspruch 2 kann die Keilwirkung ausgeübt werden.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
eine seitliche Querschnittsansicht eines Hauptteils der Pumpe gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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2 ist
eine Erklärungsdarstellung,
um eine Keilwirkung zu erklären;
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3 ist
eine strukturelle Darstellung eines Federbereichs gemäß einer
Modifikation der Ausführungsform;
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4 ist
eine Diagramm, das das Verhältnis zwischen
einem Druck P des Hochdruckfluids und einer Spaltgröße X angibt;
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5 ist
eine seitliche Querschnittsansicht von Hauptteilen einer herkömmlichen
Seitenkanalpumpe; und
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6 ist
eine Längsquerschnittsansicht
von Hauptteilen der gleichen Pumpe.
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Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsformen
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Bezugnehmend
auf 1 bezeichnet Referenzziffer 1 ein Gehäuse der
Pumpe, das aus Metall, wie zum Beispiel Aluminium oder Polyphenylensulfid (PPS)
Harz gefertigt ist, und Referenzziffer 21 bezeichnet einen äußeren Umfangsrand
eines Flügelrads 2.
In dem Gehäuse 1 ist
ein Niederdruckeinlass 3 zum Ansaugen eines Niederdruckfluids
stromabwärts
und ein Hochdruckauslass 4 zum Abgeben eines Hochdruckfluids
nach einer Druckbeaufschlagung ausgebildet. Ein Strömungsweg 5,
in dem das Fluid strömen
kann, ist in einem Abschnitt vom Niederdruckeinlass 3 zum
Hochdruckauslass 4 entlang der Rotationsrichtung a des
Flügelrads 2 geformt.
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Ein
Trennbereich 6 ist in einem Abschnitt zwischen dem Hochdruckauslass 4 und
dem Niederdruckeinlass 3 entlang der Rotationsrichtung
a ausgebildet. Der Trennbereich 6 enthält einen elastisch deformierbaren
Federbereich bzw. Federzungenbereich 7, der integral mit
dem Gehäuse 1 aus
Harz ausgebildet ist. Der Federbereich 7 ist nahe an dem Außenrand 21 des
Flügelrads 2 geformt,
in einer kreisförmigen
Gestalt, deren Durchmesser größer als der
Durchmesser des Außenrands des
Flügelrads 2 ist,
oder in einer linearen Gestalt entlang der Tangentenlinie des Außenrands
des Flügelrads 2,
so dass ein keilartiger Strömungsweg
ausgebildet wird. Ein vorderer Endbereich 71 des Federbereichs 7 ist
derart gebildet, dass er sich von einem am Gehäuse 1 angeordneten
Bereich 72 des Federbereichs 7 in einer Richtung
entgegengesetzt zur Rotationsrichtung a des Flügelrads erstreckt, oder zur
Seite des Hochdruckauslasses 4.
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Im
Betrieb der Pumpe wird der Federbereich 7 elastisch in
einer Richtung deformiert, in der er mit dem Außenumfangsrand 71 des
Flügelrads 2 in
Kontakt kommt, da er einen Gegendruck durch das Hochdruckfluid in
der Hochdruckkammer 8 aufnimmt, die mit dem Hochdruckauslass 4 in
Verbindung steht. Somit wird der Spalt X in dem Trennbereich 6 verkleinert,
so dass ein Leckstrom des Hochdruckfluids zwischen dem Hochdruckauslass 4 und
dem Niederdruckeinlass 3 verringert wird. Ferner stellt
der Federbereich 7 fast einen Kontakt mit dem Außenumfangsrand 21 des
Flügelrads 2 durch
seine elastische Deformation her. Aufgrund des Keileffekts, bei
dem ein Hochdruckfluid zwischen dem Federbereich 7 und
dem Außenumfangsrand 21 des
Flügelrads 2 strömt, wie
es in 2 dargestellt ist, nimmt der Federbereich 7 jedoch
eine Kraft in einer Richtung auf, die weg von dem Außenumfangsrand 21 des
Flügelrads 2 gerichtet
ist. Diese Kraft wird größer, wenn
der Druck des Hochdruckfluids größer wird,
und die elastische Deformation des Federbereichs 7 wird
weiter verstärkt.
Daher steht der Spalt X zwischen dem Federbereich 7 und
dem Außenumfangsrand 21 des Flügelrads 2 mit
dem Druck P des Hochdruckfluids in einem Verhältnis, das in 4 angegeben
ist, und im Grunde berührt
der Federbereich 7 den Außenumfangsrand 21 des
Flügelrads 2 nicht.
Aus diesem Grund treten Nachteile, wie z.B. die Behinderung der Rotation
des Flügelrads 2 durch
den Federbereich 7, die Erzeugung von Reibungswärme und
eine Abnutzung des Federbereichs 7 nicht auf. Der Federbereich 7 kann
einer Exzentrizität
und einer Abnutzung des Flügelrads
durch seine elastische Deformation folgen. Somit tritt keine Verringerung
der Funktion zum Verringern des Leckstroms auf. Da Fremdstoffe durch
die elastische Deformation des Federbereichs 7 entfernt
werden können,
wenn eine kleine Menge von Fremdstoffen in dem Fluid enthalten ist,
kann ferner eine Blockierung der Pumpe vermieden werden.
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Der
Federbereich 7 kann durch ein Federelement ausgebildet
werden, das an dem Gehäuse 1 befestigt
ist, wie es in 3 gezeigt ist. Dieser Federbereich 7 arbeitet
auf die gleiche Weise und hat die gleiche Wirkung wie oben beschrieben
und verbessert die Eigenschaften bei der Herstellung und beim Zusammenfügen.
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Gemäß der oben
stehenden Beschreibung kann die Pumpe diese Ausführungsform die Pumpeneffizienz
verbessern, indem ein Leckstrom des Hochdruckfluids zwischen dem
Hochdruckauslass und dem Niederdruckeinlass mit einer einfachen Struktur
verringert wird. Insbesondere ist im Fall eines Flügelrads
mit Seitenkanal diese Wirkung groß.