DE10330845B4 - Seitenkanalpumpe - Google Patents

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Abstract

Seitenkanalpumpe, enthaltend:
einen Trennbereich (6), der in einem Abschnitt zwischen einem Hochdruckauslass (4) und einem Niederdruckeinlass (3) entlang einer Rotationsrichtung (a) eines Flügelrads (2) gebildet ist; und ein elastisch deformierbares Element, das in dem Trennbereich zur Veränderung eines zwischen dem elastisch deformierbaren Element und einem Außenumfangsrand des Flügelrads (2) gebildeten Spalts (X) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass das elastisch deformierbare Element ein elastisch deformierbarer Federzungenbereich (7) ist, der sich von einem an einem Gehäuse (1) angeordneten Bereich (72) in einer Richtung entgegengesetzt zur Rotationsrichtung (a) des Flügelrades (2) erstreckt und der einen Gegendruck von dem Hochdruckfluid auf der Seite des Hochdruckauslasses (4) aufnimmt und dadurch elastisch in einer Richtung deformiert wird, in der der Spalt (X) verkleinert wird, der zwischen dem Federzungenbereich (7) und dem Außenumfangsrand (21) des Flügelrads (2) gebildet ist.

Description

  • Hintergrund der Erfindung
  • Gebiet der Erfindung
  • 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.
  • 5 zeigt eine Seitenquerschnittsansicht eines Hauptteils einer herkömmlichen Pumpe mit Seitenkanal (sogenannte Wescopumpe), und 6 zeigt einen Längsquerschnitt der gleichen Pumpe.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Darstellung der Erfindung
  • 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.
  • Diese Aufgabe wird durch eine Pumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind durch die abhängigen Ansprüche gekennzeichnet.
  • 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.
  • Gemäß den Merkmalen von Anspruch 2 kann die Keilwirkung ausgeübt werden.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 ist eine seitliche Querschnittsansicht eines Hauptteils der Pumpe gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 2 ist eine Erklärungsdarstellung, um eine Keilwirkung zu erklären;
  • 3 ist eine strukturelle Darstellung eines Federbereichs gemäß einer Modifikation der Ausführungsform;
  • 4 ist eine Diagramm, das das Verhältnis zwischen einem Druck P des Hochdruckfluids und einer Spaltgröße X angibt;
  • 5 ist eine seitliche Querschnittsansicht von Hauptteilen einer herkömmlichen Seitenkanalpumpe; und
  • 6 ist eine Längsquerschnittsansicht von Hauptteilen der gleichen Pumpe.
  • Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.

Claims (4)

  1. Seitenkanalpumpe, enthaltend: einen Trennbereich (6), der in einem Abschnitt zwischen einem Hochdruckauslass (4) und einem Niederdruckeinlass (3) entlang einer Rotationsrichtung (a) eines Flügelrads (2) gebildet ist; und ein elastisch deformierbares Element, das in dem Trennbereich zur Veränderung eines zwischen dem elastisch deformierbaren Element und einem Außenumfangsrand des Flügelrads (2) gebildeten Spalts (X) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass das elastisch deformierbare Element ein elastisch deformierbarer Federzungenbereich (7) ist, der sich von einem an einem Gehäuse (1) angeordneten Bereich (72) in einer Richtung entgegengesetzt zur Rotationsrichtung (a) des Flügelrades (2) erstreckt und der einen Gegendruck von dem Hochdruckfluid auf der Seite des Hochdruckauslasses (4) aufnimmt und dadurch elastisch in einer Richtung deformiert wird, in der der Spalt (X) verkleinert wird, der zwischen dem Federzungenbereich (7) und dem Außenumfangsrand (21) des Flügelrads (2) gebildet ist.
  2. Pumpe nach Anspruch 1, wobei die auf das Flügelrad (2) gerichtete Seite des Federzungenbereichs (7) in einer kreisförmigen Gestalt ausgebildet ist, die einen Durchmesser aufweist, der größer als der Außendurchmesser des Flügelrads (2) ist, oder in einer geraden Gestalt entlang einer Tangentenlinie des Außenumfangs des Flügelrads (2) ausgebildet ist.
  3. Pumpe nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Federbereich (7) einstückig mit dem Gehäuse (1) geformt ist.
  4. Pumpe nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Federbereich (7) als an dem Gehäuse (1) angeordnetes Federelement ausgebildet ist.
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