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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf Flügelradpumpen
eines Typs, der als Westco-Pumpen,
Generativ- oder Reibungspumpen, Kaskadenpumpen bzw. Pumpen mit Strömungen in
Umfangsrichtung bekannt ist, die sich drehende Flügelräder aufweisen.
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Beschreibung
des Stands der Technik
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Eine bekannte Westco-Pumpe ist 23 und 24 dargestellt, wobei die Westco-Pumpe
ein einziges Flügelrad 110 enthält, das
drehbar innerhalb eines Pumpengeäuses 104 angeordnet
ist. Das Flügelrad 110 weist
eine im wesentlichen kreisförmige scheibenartige
Konfiguration auf und dreht sich, wenn sich eine Welle 109a eines
Ankers eines (nicht dargestellten) Motorabschnitts dreht. Eine vorgegebene
Anzahl von Kanälen 112 ist
in jeder der oberen und unteren Oberflächen des Flügelrads 110 gebildet,
und die Kanäle
sind mit einem vorgegebenen Abstand in der Umfangsrichtung angeordnet.
Die Kanäle 112,
die in der unteren Oberfläche
ausgebildet sind, und die Kanäle 112,
die in der oberen Oberfläche
ausgebildet sind, sind symmetrisch zueinander angeordnet. Somit
sind die Kanäle 112,
die in der unteren Oberfläche
gebildet sind, und die Kanäle 112, die
in der oberen Oberfläche
gebildet sind, in Bezug aufeinander in den gleichen Positionen in
Umfangsrichtung angeordnet.
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Bezugnehmend auf 23 definiert das Pumpengehäuse 104 Pumpenkanäle 151 und 171, die
den Kanälen 112,
die jeweils in der oberen Oberfläche,
und den Kanälen 112,
die in der unteren Oberfläche
des Flügelrads 110 gebildet
sind, gegenüberliegen.
Saugöffnungen 152 und 172 sind
jeweils im Anschluss an die Anfangsenden der Pumpenkanäle 151 und 171 gebildet.
Abgabeöffnungen 153 und 173 sind
jeweils im Anschluss an die hinteren Enden der Pumpenkanäle 151 und 171 gebildet.
Wie es in 24 gezeigt
ist, sind die Saugöffnung 152 und
die Abgabeöffnung 153 des
Pumpenkanals 151 voneinander durch eine Trennwand 105a getrennt,
die ein Unterbrechungsgebiet definiert. In ähnlicher Weise sind die Saugöffnung 172 und
die Abgabeöffnung 173 des
Pumpenkanals 171 voneinander durch eine Trennwand 107a getrennt.
Ein Saugkanal 170 für den
Kraftstoff ist in dem Pumpengehäuse 104 definiert
und ist in ein Gebiet der Saugseite offen. Der Kraftstoffsaugkanal 170 steht
mit den Saugöffnungen 152 und 172 in
Verbindung. Ein Kraftstoffabgabekanal 150 ist in dem Pumpengehäuse 104 definiert
und ist offen in ein Gebiet der Abgabeseite. Der Kraftstoffabgabekanal 150 steht
mit den Abgabeöffnungen 153 und 173 in
Verbindung. Dabei sind, wie es in 24 gezeigt
ist, die Abgabeöffnungen 153 und 173 in
der gleichen Position zueinander in der Umfangsrichtung des Flügelrads 110 angebracht.
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Bezugnehmend auf 23 wird zum Durchführen des Pumpbetriebs das Flügelrad 110 gedreht, so
dass Kraftstoff von der Saugseite durch den Kraftstoffansaugkanal 170 angesaugt
wird. Nachfolgend wird der Kraftstoff in die Einlassöffnungen 152 und 172 verzweigt
und gelangt dann in die Pumpenkanäle 151 und 171.
Der Kraftstoff, der in die Pumpenkanäle 151 und 171 gelangt
ist, erfährt
kinetische Energie von den Kanälen 112 (d.h.
den durch die Kanäle 112 definierten
Leitschaufeln) des Flügelrads 110 und
wird unter Druck gesetzt, so dass er durch die Pumpenkanäle 151 und 171 geführt wird.
Der Kraftstoff, der zum hinteren Ende des Pumpenkanals 151 geführt worden
ist, und der Kraftstoff, der zum hinteren Ende des Pumpenkanals 171 geführt worden
ist, wird nach dem Passieren durch die Abgabeöffnungen 153 und 173 jeweils
zusammengeführt.
Der Kraftstoff wird dann über
den Kraftstoffabgabekanal 150 abgegeben.
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Bei der bekannten Westco-Pumpe sind
jedoch die in der unteren Oberfläche
geformten Kanäle 112 und
die in der oberen Oberfläche
geformten Kanäle 112 in
den gleichen Positionen bezüglich
der Umfangsrichtung des Flügelrads 110 angeordnet. Zusätzlich sind
die Abgabeöffnung 152 des
Pumpenkanals 151 und die Abgabeöffnung 173 des Pumpenkanals 171 in
der gleichen Position bezüglich
der Umfangsrichtung des Flügelrads 110 angebracht. Daher
sind die Pulsationsphasen des aus dem Pumpenkanal 151 abgegebenen
Kraftstoffs und des aus dem Pumpenkanal 171 abgegebenen
Kraftstoffs zueinander gleich, und die Pulsationen des Kraftstoffs werden
möglicherweise
durch das Zusammenlaufen des aus den Abgabeöffnungen 153 und 173 abgegebenen
Kraftstoffs verstärkt.
Folglich ist es möglich, dass
Pumpengeräusche,
die durch die Pulsationen hervorgerufen werden, zunehmen. Dabei
be zeichnet der Ausdruck "Pulsation" eine periodische Druckänderung
des Kraftstoffs während
des Betriebs der Pumpe.
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Ferner ändern sich bei der bekannten
Westco-Pumpe die Strömungsrichtungen
des Kraftstoffs aus den Pumpenkanälen 151 und 171 im
wesentlichen in einem rechten Winkel in Richtung auf die Abgabeöffnungen 153 bzw. 173.
Daher kollidiert der Kraftstoff mit den Eckbereichen 161a und 171a (siehe 24) an den hinteren Ende
der Pumpenkanäle 151 und 171.
Die Pumpengeräusche
können
auch aufgrund des Aufpralls, der durch diese Kollision hervorgerufen
wird, verstärkt
werden. Daher war es gewünscht,
Pumpengeräusche
zu verringern, die durch die Pulsationen und den Aufprall des Fluids
hervorgerufen werden.
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Die Japanischen Patentoffenlegungsschriften
mit den Nummern 3-18688, 8-14814 und 2000-329085 lehren Westco-Pumpen, die Mittel
zum Verringern des Aufpralls aufweisen. Diese Veröffentlichungen
beziehen sich jedoch auf Westco-Pumpen, bei denen ein Fluid von
einer Ansaugöffnung
angesaugt wird, die auf einer Seite eines Flügelrads angebracht ist, und
dann aus einer Abgabeöffnung
abgegeben wird, die auf der anderen Seite des Flügelrads angebracht ist. Das
Flügelrad
weist mehrere Kanäle auf,
die in sowohl der oberen als auch der unteren Oberfläche des
Flügelrads
geformt sind und voneinander in der Umfangsrichtung mit einem vorbestimmten
Abstand beabstandet sind. Das Mittel zum Verringern des Aufpralls
ist vorgesehen, um den Aufprall des Fluids zu verringern, wobei
der Aufprall erzeugt wird, wenn die Strömungsrichtung des Fluids in
Richtung auf die Abgabeöffnung
verändert
wird. Somit sind die Westco-Pumpen der Veröffentlichungen nicht dazu gestaltet,
das Fluid aus zwei Abgabeöffnungen
abzugeben, die auf sowohl der oberen als auch der unteren Seite
des Flügelrads
angebracht sind. Daher lehren die Veröffentlichungen keine Mittel zum
Verringern, die dazu gestaltet oder gedacht sind, die Pulsationen
des Fluids zu verringern, die aufgrund des Konvergierens des aus
den Ausgabeöffnungen
abgegebenen Fluids verstärkt
sein können.
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DARSTELLUNG
DER ERFINDUNG
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Es ist demgemäss eine Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, verbesserte Techniken zum Verringern oder Minimieren
der Geräusche
von Flügelradpumpen
zu lehren, wobei die Geräusche
durch Pulsationen und den Aufprall des Fluids hervorgerufen werden.
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Diese Aufgabe wird durch eine Flügelradpumpe
mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen
sind durch die abhängigen
Ansprüche
definiert.
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Gemäss einem Aspekt der vorliegenden Lehren
enthalten Flügelradpumpen
für Fluide
ein sich drehendes Flügelrad
und ein Pumpengehäuse. Das
Pumpengehäuse
definiert einen ersten Pumpenkanal und einen zweiten Pumpenkanal.
Das Flügelrad
ist innerhalb des Pumpengehäuses
angebracht und liegt dem ersten Pumpenkanal und dem zweiten Pumpenkanal
jeweils gegenüber.
Daher nimmt das Fluid die Wirkung des Pumpens durch das Flügelrad an
sowohl dem ersten als auch dem zweiten Pumpenkanal auf, wenn sich
das Flügelrad
dreht. Die aus dem ersten und dem zweiten Pumpenkanal abgegebenen
Fluide werden dann zusammengeführt.
Das aus dem ersten Pumpenkanal und dem zweiten Pumpenkanal abgegebene
Fluid kann jeweils Pulsationen aufweisen, z.B. aufgrund der Kanäle des Flügelrads,
die zum Hervorrufen der Pumpwirkung definiert sind. Eine Einrichtung
zum Ausheben der Pulsation kann die Pulsationen des Fluids ausheben,
das aus dem ersten und zweiten Pumpenkanal abgegeben wird. Zusätzlich kann
eine Einrichtung zum Reduzieren des Aufpralls einen Aufprall verringern,
der durch die Strömung
des Fluids aus dem ersten Pumpenkanal und/oder die Strömung des
Fluids aus dem zweiten Pumpenkanal hervorgerufen wird. Beispielsweise
wird ein solcher Aufprall erzeugt, wenn das Fluid mit einer Endwand,
z.B. einer Trennwand, kollidiert, die einen Endbereich des Pumpenkanals
in der Rotationsrichtung definiert.
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Da die Pulsationen durch die Einrichtung zum
Ausheben der Pulsationen abgestellt werden können, und der Aufprall durch
die Einrichtung zum Verringern des Aufpralls verringert werden kann, können Geräusche, die
durch die Pulsationen und den Aufprall hervorgerufen werden, verringert
oder minimiert werden. Aufgrund der synergistischen Wirkung der
Einrichtung zum Aufheben der Pulsationen und der Einrichtung zum
Verringern des Aufpralls können
insbesondere die Geräusche
weiter reduziert werden.
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Gemäß einem anderen Aspekt der
vorliegenden Lehren dient die Einrichtung zum Verringern des Aufpralls
dazu, eine Pulsationsphase des aus der ersten Abgabeöffnung abgegebenen
Fluids bezüglich
einer Pulsationsphase des aus der zweiten Abgabeöffnung abgegebenen Fluids zu
versetzen, so dass die Pulsationen einander ausheben. Wenn die Zyklusdauer
der Pulsation des aus der ersten Abgabeöffnung abgegebenen Fluids gleich
der Zyklusdauer der Pulsation des aus der zweiten Abgabeöffnung abgegebenen
Fluids ist, kann der Versatz der Phase auf die Hälfte der Zyklusdauer der Pulsation festgelegt
werden.
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Wenn das Flügelrad Kanäle aufweist, die auf beiden
Seiten geformt sind und voneinander um einen vorbestimmten Abstand
versetzt sind, kann insbesondere die Phase geeigneter Weise versetzt
werden durch (1) Verschieben der Kanäle auf einer Seite des Flügelrads
in Bezug auf die Kanäle
auf der anderen Seite des Flügelrads
um eine Länge
entsprechend der Hälfte
des Abstands der Kanäle
in der Umfangsrichtung oder durch (2) Verschieben einer ersten Saugöffnung (die
mit dem ersten Pumpenkanal in Verbindung steht) in Bezug auf eine
zweite Saugöffnung
(die mit dem zweiten Pumpenkanal in Verbindung steht) um einen Abstand,
der der Hälfte
des Abstands der Kanäle
entspricht, in der Umfangsrichtung.
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Gemäß einem anderen Aspekt der
vorliegenden Lehren dient die Einrichtung zum Verringern des Aufpralls
dazu, graduell eine Querschnittsfläche eines Teils zu verringern,
insbesondere eines Teils, der den Kanälen des Flügelrads gegenüberliegt,
eines hinteren Endes des ersten Pumpenkanals und/oder des zweiten
Pumpenkanals. Vorzugsweise wird die Querschnittsfläche des
Teils des hinteren Endes in der Rotationsrichtung des Flügelrads
verringert. Durch diese Anordnung können die Strömungsrichtung
des Fluids graduell verändert
werden und Frequenzkomponenten der Pulsationen hoher Ordnung verringert
werden. Folglich können
Geräusche verringert
oder minimiert werden. Die Frequenz hoher Ordnung (HOF) der Pulsation
kann durch den folgenden Ausdruck bestimmt werden: HOF
= K·Z·N (K≥2)
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Dabei ist Z die Anzahl der Flügelräder und
N die Rotationsgeschwindigkeit (rps) des Flügelrads/der Flügelräder. Dabei
kann eine Grundfrequenz (BSF) der Pulsation ausgedrückt werden durch
"BSF = Z·N",
und die HOF Komponenten sind diejenigen, die Frequenzen größer als
diejenige der BSF aufweisen.
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Beispielsweise kann die Querschnittsfläche des
Teils des hinteren Endes durch Verringern einer Breite in der Radialrichtung
des Flügelrads
und/oder einer Tiefe in der Axialrichtung des Teils verringert werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der
vorliegenden Lehren ist zumindest ein Verbindungsloch in dem Flügelrad geformt.
Das Verbindungsloch stellt eine Verbindung zwischen einem Paar der
Kanäle her,
wobei je ein Kanal eines Paares in einer ersten Oberfläche und
einer in einer zweiten Oberfläche
des Flügelrads
definiert ist, und die Kanäle
des Paars einander in der Axialrichtung des Flügelrads gegenüberliegen.
Die Kanäle
in der ersten Oberfläche
des Flügelrads
und die Kanäle
in der zweiten Oberfläche
des Flügelrads
liegen jeweils dem ersten Pumpenkanal bzw. dem zweiten Pumpenkanal
gegenüber.
Daher stehen der erste Pumpenkanal und der zweite Pumpenkanal miteinander
durch zumindest ein Verbindungsloch in Verbindung. Folglich kann
der Druck innerhalb des ersten Pumpenkanals und der Druck innerhalb
des zweiten Pumpenkanals gleich eingestellt werden, so dass sich
das Flügelrad
gleichmäßig drehen
kann. Daher kann die Effizienz der Pumpe verbessert werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der
vorliegenden Lehren umfassen die Flügelradpumpen weiter einen Motorabschnitt,
der zum Drehen oder Antreiben des Flügelrads dient. Diese Anordnung
ist insbesondere vorteilhaft, wenn Flügelradpumpen als Kraftstoffpumpen
für den
Einbau in einem Tank zum Pumpen von Kraftstoffen verwendet werden,
die in Kraftstofftanks von Kraftfahrzeugen gespeichert sind.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Zusätzliche Aufgaben, Merkmale
und Vorteile der vorliegenden Erfindung sind beim Lesen der folgenden
detaillierten Beschreibung zusammen mit den Ansprüchen und
den beigefügten
Zeichnungen direkt zu verstehen, in denen:
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1 eine
vertikale Querschnittsansicht einer grundlegenden beispielhaften
Westco-Pumpe gemäß der vorliegenden
Erfindung ist;
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2 eine
vergrößerte Querschnittsansicht eines
Pumpenabschnitts der grundlegenden beispielhaften Westco-Pumpe ist;
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3 eine
Querschnittsansicht entlang der Linie III-III aus 2 ist;
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4 eine
Querschnittsansicht entlang der Linie IV-IV aus 2 ist;
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5 eine
Querschnittsansicht eines ersten Pumpengehäuses der grundlegenden beispielhaften Westco-Pumpe
ist;
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6 eine
Querschnittsansicht eines zweiten und alternativen Pumpengehäuses der
grundlegenden beispielhaften Westco-Pumpe ist;
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7 eine
Ansicht eines ersten Flügelrads betrachtet
aus einer ersten Richtung ist;
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8 eine
vergrößerte Ansicht
eines Gebiets VIII gemäß 7 ist;
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9 eine
Querschnittsansicht entlang der Linie IX-IX aus 8 ist;
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10 eine
Darstellung ähnlich
zu 9 ist, die jedoch
ein zweites und alternatives Flügelrad zeigt;
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11 eine
Querschnittsansicht eines Teils eines Pumpengehäuses und eines Flügelrads
einer ersten beispielhaften Westco-Pumpe ist;
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12 ein
Diagramm ist, das Pulsationsformen des Kraftstoffs an der ersten
und der zweiten Abgabeöffnung
und in einem zusammenführenden Kanal
zeigt;
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13 eine
Querschnittsansicht eines Teils eines Pumpengehäuses und eines Flügelrads
einer zweiten beispielhaften Westco-Pumpe ist;
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14 eine
Ansicht auf der Seite eines Flügelrads
eines Teils eines Pumpenkörpers
um eine erste Abgabeöffnung
bei einer dritten beispielhaften Westco-Pumpe ist;
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15 eine
Querschnittsansicht entlang der Linie XV-XV aus 14 ist;
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16 eine
Ansicht auf der Seite eines Flügelrads
eines Teils eines Pumpenkörpers
um eine erste Abgabeöffnung
bei einer vierten beispielhaften Westco-Pumpe ist;
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17 eine
Querschnittsansicht entlang der Linie XVII-XVII aus 16 ist;
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18 ein
Diagramm ist, das das Verhältnis zwischen
einer Frequenz und einem Geräuschdruck, der
für die
vierte beispielhafte Westco-Pumpe und eine bekannte Westco-Pumpe
gemessen wird, ist;
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19 eine
Darstellung auf der Seite eines Flügelrads eines Teils eines Pumpenkörpers um
eine erste Abgabeöffnung
bei einer fünften
beispielhaften Westco-Pumpe ist;
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20 eine
Querschnittsansicht entlang der Linie XX-XX aus 19 ist;
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21 eine
Querschnittsansicht entlang der Linie XXI-XXI aus 19 ist;
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22 eine
Querschnittsansicht entlang der Linie XXII-XXII aus 19 ist;
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23 eine
Querschnittsansicht eines Pumpenabschnitts einer bekannten Westco-Pumpe
ist; und
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24 eine
vergrößerte Darstellung
eines Teils des in 23 gezeigten
Pumpenabschnitts ist.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Lehren
umfassen Flügelradpumpen,
beispielsweise Westco-Pumpen, ein sich drehendes Flügelrad.
Das Flügelrad
weist eine erste Oberfläche
und eine zweite Oberfläche
auf, die einander gegenüberliegen.
Sowohl die erste als auch die zweite Oberfläche umfassen mehrere Kanäle, die
in einer Umfangsrichtung des Flügelrads
angeordnet sind und voneinander um einen vorbestimmten Abstand getrennt
sind. Das Flügelrad
ist innerhalb eines Pumpengehäuses
angebracht, das einen ersten Pumpenkanal und einen zweiten Pumpenkanal
definiert.
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Der erste Pumpenkanal und der zweite
Pumpenkanal liegen den in der ersten Oberfläche ausgebildeten Kanälen und
den in der zweiten Oberfläche des
Flügelrads
ausgebildeten Kanälen
jeweils gegenüber.
Der erste Pumpenkanal steht mit einer ersten Saugöffnung und
einer ersten Abgabeöffnung
in Verbindung, die voneinander durch eine erste Trennwand getrennt
sind. Der zweite Pumpenkanal steht mit einer zweiten Saugöffnung und
einer zweiten Abgabeöffnung
in Verbindung, die voneinander durch eine zweite Trennwand getrennt
sind.
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Die erste und die zweite Abgabeöffnung stehen
mit einem zusammenführenden
Kanal in Verbindung, so dass das aus der ersten Abgabeöffnung abgegebene
Fluid und das aus der zweiten Abgabeöffnung abgegebene Fluid an
dem zusammenführenden
Kanal zusammenlaufen.
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Eine Einrichtung zum Ausheben von
Pulsationen löscht
Pulsationen des jeweils aus der ersten Abgabeöffnung bzw. der zweiten Abgabeöffnung abgegebenen
Fluids aus.
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Eine Einrichtung zum Verringern eines
Aufpralls verringert oder minimiert einen Aufprall des Fluids, der
durch eine Richtungsänderung
einer Strömung
des Fluids, das aus dem ersten Pumpenkanal abgegeben wird, in Richtung
auf die erste Abgabeöffnung
und/oder einer Strömung
des Fluids, das aus dem zweiten Pumpenkanal abgegeben wird, in Richtung
auf die zweite Abgabeöffnung
hervorgerufen wird.
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Da die Pulsationen durch die Einrichtung zum
Ausheben der Pulsationen ausgelöscht
werden können
und der Aufprall durch die Einrichtung zum Verringern des Aufpralls
verringert wer den kann, können
Geräusche,
die durch die Pulsationen und den Aufprall hervorgerufen werden,
verringert oder minimiert werden. Aufgrund der synergistischen Wirkung
der Einrichtung zum Aufhebung der Pulsationen und der Einrichtung
zum Verringern des Aufpralls können
die Geräusche
insbesondere weiter reduziert werden.
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Gemäß einer anderen Ausführungsform
der vorliegenden Lehren kann die Einrichtung zum Ausheben der Pulsationen
eine Pulsationsphase des aus der ersten Abgabeöffnung abgegebenen Fluids bezüglich einer
Pulsationsphase der Strömung
des aus der zweiten Abgabeöffnung
abgegebenen Fluids versetzen.
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Um die Phase zu versetzen, sind beispielsweise
die Kanäle
des Flügelrads,
die auf der ersten Oberfläche
definiert sind, bezüglich
den Kanälen,
die auf der zweiten Oberfläche
definiert sind, um einen vorbestimmten Abstand versetzt, z.B. die
Hälfte
des Abstands der Kanäle
des Flügelrads.
In einem solchen Fall können
die erste Abgabeöffnung
und die zweite Abgabeöffnung
in der gleichen Position in Umfangsrichtung des Flügelrads
angebracht sein.
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Alternativ dazu kann die erste Abgabeöffnung bezüglich der
zweiten Abgabeöffnung
um einen Abstand entsprechend der Hälfte des Abstands der Kanäle des Flügelrads
versetzt sein. In diesem Fall können
die auf der ersten Oberfläche
des Flügelrads definierten
Kanäle
und die auf der zweiten Oberfläche
des Flügelrads
definierten Kanäle
in den gleichen Positionen in Umfangsrichtung des Flügelrads angebracht
sein.
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Bei einer anderen Ausführungsform
der vorliegenden Lehren dient die Einrichtung zum Verringern des
Aufpralls dazu, graduell eine Querschnittsfläche eines Teils, insbesondere
eines Teils gegenüber
den entsprechenden Kanälen
des Flügelrads,
eines hinteren Endes des ersten Pumpenkanals und/oder des zweiten
Pumpenkanals zu verringern. Vorzugsweise wird die Querschnittsfläche des
Teils am hinteren Ende in Rotationsrichtung des Flügelrads
verringert.
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Beispielsweise umfasst die Einrichtung
zum Verringern des Aufpralls ein Gebiet mit abnehmender Breite,
das durch das hintere Ende des ersten Pumpenkanals und/oder des
zweiten Pumpenkanals definiert wird, so dass die Breite des Teils
gegenüber
den Kanälen
graduell in der Rotationsrichtung des Flügelrads abnimmt. Das Gebiet
mit abnehmender Breite kann sich entlang der Rotationsrichtung des
Flügelrads
erstrecken oder kann sich in der Richtung nach außen von
dem ersten Pumpenkanal und/oder dem zweiten Pumpenkanal in der Radialrichtung
erstrecken.
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Alternativ umfasst die Einrichtung
zum Verringern eines Aufpralls ein Gebiet mit abnehmender Tiefe,
das am hinteren Ende des ersten Pumpenkanals und/oder des zweiten
Pumpenkanals derart angebracht ist, dass die Tiefe des Teils gegenüber den Kanälen graduell
in der Rotationsrichtung des Flügelrads
abnimmt.
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Vorzugsweise umfasst das Gebiet mit
abnehmender Tiefe eine geneigte Oberfläche, die in der Rotationsrichtung
des Flügelrads
geneigt ist.
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Bei eine anderen Ausführungsform
der vorliegenden Lehren ist zumindest ein Verbindungsloch in dem
Flügelrad
definiert. Das Verbindungsloch dient dazu, eine Verbindung zwischen
einem Paar der Kanäle
herzustellen, die in der ersten Oberfläche und der zweiten Oberfläche jeweils
definiert sind und die einander in der Axialrichtung des Flügelrads
gegenüberliegen.
Daher können
der erste Pumpenkanal und der zweite Pumpenkanal miteinander über das
Verbindungsloch in Verbindung stehen. Folglich gleicht sich der
Druck innerhalb des ersten Pumpenkanals und der Druck innerhalb
des zweiten Pumpenkanals aus, so dass sich das Flügelrad gleichmäßig drehen
kann. Daher kann die Effizienz der Pumpe verbessert werden. Ein
solches Verbindungsloch kann für
alle der Paare von gegenüberliegenden
Kanäle
vorgesehen sein oder lediglich für
eine vorbestimmte Anzahl der Paare der gegenüberliegenden Kanäle vorgesehen
sein.
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Jedes der zusätzlichen Merkmale und der Lehren,
die oben und unten beschrieben werden, kann getrennt oder in Verbindung
mit anderen Merkmalen und Lehren verwendet werden, um verbesserte
Flügelradpumpen
vorzusehen und solche Flügelradpumpen
zu verwenden. Repräsentative
Beispiele der vorliegenden Erfindung, die viele dieser zusätzlichen
Merkmale und Lehren sowohl getrennt als auch in Verbindung verwenden,
werden nun im einzelnen unter Verweis auf die beigefügten Zeichnungen
beschrieben. Diese detaillierte Beschreibung soll lediglich einem
Fachmann weitere Einzelheiten zum Ausführen bevorzugter Aspekte der
vorliegenden Lehren geben und soll den Rahmen der Erfindung nicht
begrenzen. Nur die An sprüche
definieren den Rahmen der Erfindung. Daher müssen Kombinationen von Merkmalen
und Schritten, die in der folgenden detaillierten Beschreibung offenbart
sind, nicht unbedingt die Erfindung in ihrem breitesten Sinn ausführen und sollen
stattdessen lediglich dazu dienen, spezielle repräsentative
Beispiele der Erfindung zu beschreiben. Ferner können verschiedene Merkmale
der repräsentativen
Beispiele und der abhängigen
Ansprüche auf
Arten kombiniert werden, die nicht im einzelnen aufgezählt sind,
so dass zusätzliche
nützliche
Ausführungsformen
der vorliegenden Lehren vorgesehen werden.
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Verschiedene beispielhafte Flügelradpumpen
werden nun unter Verweis auf 1 bis 22 beschrieben. Die beispielhaften
Flügelradpumpen
können
als Kraftstoffpumpen verwendet werden, die innerhalb von Kraftstofftanks
von Fahrzeugen, z.B. Kraftfahrzeugen, angebracht sind. Im Hinblick
auf die Veranschaulichung wird eine grundlegende Struktur der beispielhaften
Flügelradpumpen
unter Verweis auf 1 bis 10 beschrieben, und anschließend werden
die Einzelheiten der beispielhaften Flügelradpumpen unter Verweis
auf 11 bis 22 beschrieben.
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Bezugnehmend auf 1 ist dort eine Flügelradpumpe gezeigt, die eine
grundlegende Struktur der repräsentativen
Flügelradpumpen
aufweist. Die in 1 gezeigte
Flügelradpumpe
wird im folgenden als "grundlegende beispielhafte Flügelradpumpe"
bezeichnet. Die grundlegende beispielhafte Flügelradpumpe kann als Westco-Pumpe
konfiguriert sein und umfasst im wesentlichen ein im wesentlichen
zylindrisches Pumpengehäuse 1,
einen Motorabschnitt 2 und einen Pumpenabschnitt 3.
Der Pumpenabschnitt ist innerhalb des Pumpengehäuses 1 angeordnet, und
dient als Antriebsquelle. Der Pumpenabschnitt 3 wird durch
den Motorabschnitt 2 angetrieben.
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Der Motorabschnitt 2 kann
als Gleichstrommotor mit Bürsten
konfiguriert sein. Ein Pumpengehäuse 4 ist
an einem Ende (unteres Ende betrachtet in 1) des Pumpengehäuses 1 angebracht.
Eine Motorabdeckung 8 ist an dem anderen Ende (oberes Ende
betrachtet in 1) des
Pumpengehäuses 1 angebracht.
Ein Raum 2a ist in dem Pumpengehäuse 1 definiert. Magnete
M sind an der inneren Umfangswand des Pumpengehäuses 4 befestigt und
liegen dem Raum 2a gegenüber. Ein Anker 9 ist
innerhalb des Raums 2a angebracht und weist eine Welle 9a auf,
die sich nach oben und unten ausgehend von dem Anker 9 erstreckt.
Ein Ende (unteres Ende betrachtet in 1)
der Welle 9a des Ankers 9 ist drehbar durch das
Pumpengehäuse 4 gestützt. Andererseits
ist das andere Ende (oberes Ende betrachtet in 1) der Welle 9a drehbar durch
die Motorabdeckung 8 gestützt. Ein Kraftstoffauslass 8a ist
in der Motorabdeckung 8 definiert, um den Kraftstoff aus dem
Raum 2a zur Außenseite
der Pumpe abzugeben. Eine Kraftstoffabgabeleitung (nicht gezeigt) kann
an den Kraftstoffauslass 8a angeschlossen werden und dient
dazu, den Kraftstoff einem (nicht dargestellten) Motor eines Kraftfahrzeugs
zuzuführen.
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Zum Drehen des Ankers 9 wird
ein elektrischer Gleichstrom aus einer (nicht dargestellten) Gleichstromquelle
dem Anker 9 (der eine Ankerwicklung aufweist) über (nicht
gezeigte) Anschlüsse
zugeführt,
die auf der Motorabdeckung 8 angebracht sind. Die anderen
Elemente des Motorabschnitts 2, die zum Anker 9 gehören, sind
im Stand der Technik gut bekannt und somit wird eine Erklärung dieser
Elemente weggelassen. Zusätzlich
kann jede andere Art von bekannten Motoren als Motorabschnitt 2 eingesetzt
werden.
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Der Pumpenabschnitt 3 ist
als Westco-Pumpe gestaltet und wird nun beschrieben. Bezugnehmend
auf 2 umfasst der Pumpenabschnitt 3 das Pumpengehäuse 4 und
ein einziges Flügelrad 10, das
drehbar innerhalb des Pumpengehäuses 4 angebracht
ist. Vorzugsweise wird das Pumpengehäuse 4 durch eine Anordnung
von drei Gehäuseelementen gebildet,
d.h. eine obere Pumpenabdeckung 5, ein Abstandsstück 6 und
einem Pumpenkörper 7,
die jeweils in einer oberen, mittleren und unteren Position angebracht
sind. Das Pumpengehäuse 4 definiert
einen Raum zum Aufnehmen eines Flügelrads, so dass sich ein Flügelrad 10 innerhalb
des Raums zum Aufnehmen des Flügelrads
drehen kann.
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Bezugnehmend auf 7 weist das Flügelrad 10 eine im
wesentliche scheibenartige Gestalt auf und weist ein im wesentlichen
D-förmiges
Axialloch 11 auf, das im Zentrum des Flügelrads 10 gebildet
ist. Das Axialloch 11 des Flügelrads 10 nimmt ein
Ende der Welle 9a in Eingriff auf, das sich von dem Anker 9 nach
unten erstreckt, so dass sich das Flügelrad 10 drehen kann,
wenn sich die Welle 9a dreht.
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Eine vorgegebene Anzahl von Kanälen 12 ist in
dem Umfangsgebiet von sowohl einer ersten Oberfläche als auch einer zweiten
Oberfläche,
die der ersten Oberfläche
gegenüberliegt,
des Flügelrads 10 gebildet.
Die Kanäle 12,
die in der ersten bzw. der zweiten Oberfläche gebildet sind, sind derart
angeordnet, dass sie bezüglich
einander in der Umfangsrichtung des Flügelrads 10 mit einem
vorgegebenen Abstand gleich beabstandet sind. Ein Leitblech 14 ist als
Trennung zwischen zwei benachbarten Kanälen 12 definiert.
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Bezugnehmend auf 9 sind die Kanäle 12, die auf der
Seite der ersten Oberfläche
angebracht sind (anschließend
ebenfalls als "Kanäle
der ersten Seite 12" bezeichnet) und die Kanäle 12, die auf der
Seite der zweiten Oberfläche
angebracht sind (anschließend
als "Kanäle 12 der
zweiten Seite" bezeichnet) des Flügelrads 10 bezüglich einander
in der Umfangsrichtung des Flügelrads 10 um
einen Abstand versetzt, der der Hälfte des Abstands der Kanäle 12 entspricht.
Der Abstand der Kanäle 12 der ersten
Seite und der Abstand der Kanäle 12 der
zweiten Seite ist zueinander gleich. Das Flügelrad, das die Kanäle 12 der
ersten Seite, die bezüglich
der Kanäle 12 der
zweiten Seite um die Hälfte
des Abstands versetzt sind, aufweist, wird anschließend auch
als "erstes Flügelrad"
bezeichnet.
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Unter Verweis auf 10 können
andererseits die Kanäle 12 der
ersten Seite und die Kanäle 12 der
zweiten Seite des Flügelrads 10 in
der gleichen Position in Umfangsrichtung angeordnet sein. Das in 10 gezeigte Flügelrad wird
anschließend als
"zweites Flügelrad"
bezeichnet, und Referenzziffer 20 ist dem in 10 gezeigten Flügelrad statt
Referenzziffer 10 zugewiesen. Das Flügelrad 20 weist die
gleiche Konstruktion wie das Flügelrad 10 außer der
Relativposition der Kanäle 12 der
ersten Seite und der Kanäle 12 der
zweiten Seite auf. Daher wird das Flügelrad 20 nicht weiter
beschrieben.
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Die Konfiguration von jedem der Kanäle 12 wird
nun beschrieben. Bezugnehmend auf 8 definiert
jeder Kanal 12 eine Öffnung,
die eine im wesentlichen rechteckige Gestalt aufweist. Die Öffnung umfasst
einen Vorderrand 12a, einen Hinterrand 12b, einen
Innenrand 12c und einen Außenrand 12d. Der Vorderrand 12a ist
auf der Vorderseite in der Rotationsrichtung des Flügelrads 10,
wie sie durch den Pfeil 10Y in 8 angegeben ist, positioniert. Der Hinterrand 12b ist
auf der Rückseite
in der Rotationsrichtung des Flügelrads 10 angebracht
(linke Seite betrachtet in 8).
Der Innenrand 12c ist auf der Innenseite in der Radialrichtung
des Flügelrads 10 positioniert
(untere Seite betrachtet in 8).
Der Außenrand 12d ist
auf der Außenseite
in der Radialrichtung des Flügelrads 10 positioniert
(obere Seite betrachtet in 8).
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Der Vorderrand 12a und der
Hinterrand 12b erstrecken sich im wesentlichen in der Radialrichtung des
Flügelrads 10 und
weisen äußere Endbereiche auf,
die in der Rotationsrichtung des Flügelrads 10 (Richtung
bezeichnet durch den Pfeil 10Y) gekrümmt sind. Der Innenrand 12c geht
gleichmäßig in die
inneren Endbereiche in der Radialrichtung des Vorderrands 12a und
des Hinterrands 12b über.
Der Außenrand 12d geht
gleichmäßig in die äußeren Endbereiche
in der Radialrichtung des Vorderrands 12a und des Hinterrands 12b über.
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Bezugnehmend auf 9 oder 10 weist die Öffnung von
jedem Kanal 12 eine Rückwand 12f auf,
die sich von dem hinteren Rand 12b zu einem Bodenbereich 12e der Öffnung erstreckt.
Die Rückwand 12f definiert
eine Vorderwand des Leitblechs 14. Die Rückwand 12f erstreckt
sich im wesentlichen senkrecht zur zweiten Oberfläche (oder
der ersten Oberfläche)
des Flügelrads 10.
Zusätzlich
erstreckt sich eine Vorderwand 12h vom Vorderrand 12a zum Bodenbereich 12e und
definiert eine Rückwand
des Leitblechs 14. Die Vorderwand 12h weist eine
im wesentlichen bogenförmige
Konfiguration im Querschnitt derart auf, dass die Tiefe des Kanals 12 am Bodenbereich 12e in
einer Position angrenzend an die Rückwand 12f maximal
wird.
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Wieder bezugnehmend auf 9 stehen die Kanäle jedes
Paars aus zwei einander gegenüberliegenden
Kanälen 12 (einer
definiert in der ersten Oberfläche
und der andere definiert in der zweiten Oberfläche des Flügelrads 10) miteinander über ein Verbindungsloch 16 in
Verbindung. Das Verbindungsloch 16 öffnet sich an beiden Seiten
des Flügelrads 10.
Insbesondere stellt das Verbindungsloch 16 des Flügelrads 10 ("erstes
Flügelrad"
in diesem Fall) eine Verbindung zwischen der Vorderwand 12h des Kanals 12,
der in der ersten Oberfläche
des Flügelrads 10 definiert
ist (untere Oberfläche
betrachtet in 9), und
dem Bodenbereich 12e des Kanals 12, der in der
zweiten Oberfläche
des Flügelrads 10 definiert
ist (obere Oberfläche
betrachtet in 9), her. Alternativ
ist das Verbindungsloch 16, des ersten Flügelrads 10 derart
gestaltet, dass es eine Verbindung zwischen dem Bodenbereich 12e des
Kanals 12, der in der ersten Oberfläche definiert ist (untere Oberfläche betrachtet
in 9) und der Vorderwand
12h des Kanals 12, der in der zweiten Oberfläche definiert
ist (obere Oberfläche
be trachtet in 9), herstellt.
Somit können
die Positionen des Verbindungslochs 16 auf verschiedene
Weisen verändert
werden.
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Andererseits kann, wie es in 10 gezeigt ist, das Verbindungsloch 16 des
zweiten Flügelrads 20 derart
konfiguriert sein, dass es eine Verbindung zwischen dem Bodenbereich 12e des
Kanals 12, der in der ersten Oberfläche des Flügelrads 20 definiert ist
(untere Oberfläche
betrachtet in 10), und
dem Bodenbereich 12e des Kanals 12, der in der
zweiten Oberfläche
(obere Oberfläche
betrachtet in 10) des
Flügelrads 20 definiert
ist, herstellt. Alternativ ist das Verbindungsloch 16 des
zweiten Flügelrads 20 derart
konfiguriert, dass es eine Verbindung zwischen der Vorderwand 12h des
Kanals 12, der in der ersten Oberfläche definiert ist, und der
Vorderwand 12h, die in der zweiten Oberfläche des
Flügelrads 20 definiert
ist, herstellt. Die Positionen des Verbindungslochs 16 des
zweiten Flügelrads 20 können ebenfalls
auf verschiedene Weisen modifiziert werden.
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Bezugnehmend auf 3 ist ein erster Pumpenkanal 51 in
einer Wandoberfläche
der Pumpenabdeckung 5 gebildet, wobei die Wandoberfläche einen
Teil des Aufnahmeraums für
das Flügelrad
definiert und den Kanälen 12 der
ersten Seite des Flügelrads 10 gegenüberliegt.
Vorzugsweise ist der erste Pumpenkanal 51 als im wesentlichen
C-förmige Ausnehmung
gestaltet. Eine erste Saugöffnung 52 und
eine erste Abgabeöffnung 53 sind
ebenfalls in der Pumpenabdeckung 5 gebildet und stehen
jeweils mit einem Anfangsende bzw. einem hinteren Ende des ersten
Pumpenkanals 51 in Verbindung. Die Pumpenabdeckung 5 definiert
eine erste Trennwand 5a, die als ein Unterbrechungsgebiet
für den
ersten Pumpenkanal 51 dient. Somit sind die erste Saugöffnung 52 und
die erste Abgabeöffnung 53 voneinander
in der Umfangsrichtung durch die erste Trennwand 5a getrennt.
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Bezugnehmend auf 4 kann ein zweiter Pumpenkanal 71 in
einer Wandoberfläche
des Pumpenkörpers
geformt sein, wobei die Wandoberfläche einen Teil des Aufnahmeraums
für das
Flügelrad
bildet und den Kanälen 12
der zweiten Seite des Flügelrads 10 gegenüberliegt.
Vorzugsweise ist der zweite Pumpenkanal 71 als im wesentlichen
C-förmige
Ausnehmung gebildet. Eine zweite Saugöffnung 72 und eine
zweite Abgabeöffnung 73 sind
ebenfalls in dem Pumpenkörper 7 geformt
und stehen jeweils mit einem Anfangsende bzw. einem hinteren Ende
des zweiten Pumpenkanals 71 in Verbindung. Der Pumpenkörper 7 definiert
eine zweite Trennwand 7a, die als Unterbrechungsgebiet
für den
zweiten Pumpenkanal 71 dient. Somit können die zweite Saugöffnung 72 und
die zweite Abgabeöffnung 73 voneinander
in der Umfangsrichtung durch die zweite Trennwand 7a getrennt
sein.
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Bezugnehmend auf 5 sind die erste Abgabeöffnung 53 und
die zweite Abgabeöffnung 73 in der
gleichen Position in der Umfangsrichtung des Flügelrads 10 angebracht.
Das Pumpengehäuse 4, das
die erste Abgabeöffnung 53 und
die zweite Abgabeöffnung 73 auf
diese Weise angeordnet hat, wird anschließend auch als "erstes Pumpengehäuse" bezeichnet.
Die erste Saugöffnung 52 und
die zweite Saugöffnung 72 sind
ebenfalls in der gleichen Position in der Umfangsrichtung des Flügelrads 10 angebracht.
Die Relativposition zwischen der ersten Saugöffnung 52 und der
zweiten Saugöffnung 72 ist jedoch
nicht auf diese Anordnung eingeschränkt.
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Andererseits können unter Verweis auf 6 die erste Abgabeöffnung 53 und
die zweite Abgabeöffnung 73 bezüglich einander
in der Umfangsrichtung um einen Abstand entsprechend der Hälfte des
Abstands der Kanäle 12 des
Flügelrads 10 versetzt
sein. Das Pumpengehäuse 4,
das auf eine auf diese Weise angeordnete Abgabeöffnung 53 und zweite Öffnung 73 aufweist,
wird anschließend
auch als "zweites Pumpengehäuse"
bezeichnet, und die Referenzziffer 24 wird dem zweiten
Pumpengehäuse zugewiesen.
Die andere Konstruktion des zweiten Pumpengehäuses 24 ist gleich
wie für
das erste Pumpengehäuse 4 und
wird nicht weiter beschrieben.
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Wieder bezugnehmend auf 1 ist ein Kraftstoffabgabekanal 50 in
der Pumpenabdeckung 5 geformt und ein zusammenführender
Kanal 62 in dem Abstandsstück 6 gebildet. Ein
Ende (oberes Ende betrachtet in 1)
des Kraftstoffabgabekanals 50 steht mit einem Raum 2a in
Verbindung, der in dem Motorabschnitt 2 definiert ist.
Das andere Ende (unteres Ende betrachtet in 1) des Kraftstoffabgabekanals 50 steht
mit dem zusammenführenden
Kanal 62 in Verbindung. Die erste Abgabeöffnung 53 und
die zweite Abgabeöffnung 73 stehen
mit dem zusammenführenden
Kanal 62 derart in Verbindung, daß die Strömung des Kraftstoffs aus der
ersten Abgabeöffnung
und die Strömung
des Kraftstoffs aus der zweiten Abgabeöffnung 73 in dem zusammenführenden
Kanal 62 zusammenlaufen (siehe 2). Der Kraft stoffabgabekanal 50 und
der zusammenführende
Kanal 62 definieren einen zusammenführenden Weg, durch den der
Kraftstoff nach dem Zusammenlaufen strömt.
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Die Arbeitsweise der grundlegenden
beispielhaften Westco-Pumpe wird nun beschrieben. Bezugnehmend auf 1 wird zum Drehen des Ankers 9 ein
elektrischer Strom (Gleichstrom) von der Stromquelle dem Anker 9 (Ankerwicklung)
des Motorabschnitts 2 zugeführt. Wenn sich der Anker 9 dreht,
dreht sich das Flügelrad 10 in
einer Richtung, die durch den Pfeil 10Y in 7 angegeben ist. Dann wird ein Pumpen
durch das Flügelrad 10 durchgeführt, und
der innerhalb des Kraftstofftanks (nicht gezeigt) gespeicherte Kraftstoff
wird in einen Verteilerkanal 61 über einen Kraftstoffeinlass 70 des
Pumpengehäuses 4 angesaugt.
Danach wird die Kraftstoffströmung
in den ersten Pumpenkanal 51 und den zweiten Pumpenkanal 71 verteilt
(siehe 2).
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Der Kraftstoff, der in den ersten
Pumpenkanal 51 und den zweiten Pumpenkanal 71 zugeführt ist,
nimmt kinetische Energie aus den Kanälen 12 (Leitblechen 14)
auf, die auf beiden Seiten des Flügelrads 10 definiert
sind, und wird innerhalb des ersten und zweiten Pumpenkanals 51 und 71 derart
unter Druck gesetzt, dass er jeweils in Richtung auf die erste bzw.
die zweite Abgabeöffnung 75 bzw. 73 weitergeführt wird.
Der Kraftstoff, der die hinteren Enden des ersten und zweiten Pumpenkanals 51 und 71 erreicht
hat, wird in den zusammenführenden
Kanal 62 über
die erste und die zweite Abgabeöffnung 53 und 73 eingeführt. Danach
gelangt der Kraftstoff in den Raum 2a des Motorabschnitts 2 über den
Kraftstoffabgabekanal 50 (siehe 1). Der Kraftstoff strömt weiter
aus dem Raum 2a des Motorabschnitts 2 zu der Kraftstoffabgabeleitung
(nicht gezeigt) über
den Kraftstoffauslass 8a der Motorabdeckung 8.
Der Weg der Kraftstromströmung
ist durch Pfeile in 1 angegeben.
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Erste beispielhafte
Ausführungsform
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Eine erste beispielhafte Westco-Pumpe
wird unter Verweis auf 11 beschrieben.
Bezugnehmend auf 11 umfasst
die erste repräsentative Westco-Pumpe
eine Kombination aus dem ersten Pumpengehäuse 4 (siehe 5) und dem ersten Flügelrad 10 (siehe 9) der grundlegenden beispielhaften
Westco-Pumpe. Somit sind die erste Abgabeöffnung 53 des ersten
Pumpenkanals 51 und die zweite Abgabeöffnung 73 des zweiten
Pumpenkanals 71 in der gleichen Position in der Umfangsrichtung
des Flügelrads 10 angebracht.
Zusätzlich
sind die Kanäle 12 der
ersten Seite des Flügelrads
bezüglich
der Kanäle 12 der
zweiten Seite in der Umfangsrichtung um einen Abstand entsprechend
der Hälfte des
Kanalabstands versetzt. Diese Anordnungen dienen dazu, die Pulsationen
des Kraftstoffs aufzuheben, wie unten beschrieben wird.
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Ferner ist, wie es in 11 gezeigt ist, eine Ecke
der ersten Trennwand 5a, die dem hinteren Ende des ersten
Pumpenkanals 51 auf der Seite der ersten Abgabeöffnung 53 gegenüberliegt,
abgeschrägt,
so dass eine geneigte Oberfläche 155 definiert
wird. In ähnlicher
Weise ist eine Ecke der zweiten Trennwand 7a, die dem hinteren
Ende des zweiten Pumpenkanals 71 auf der Seite der zweiten
Abgabeöffnung 73 gegenüberliegt,
zum Ausbilden einer geneigten Oberfläche 175 abgeschrägt. Die
geneigten Oberflächen 155 und 175 sind
in Bezug aufeinander symmetrisch bezüglich des Flügelrads 10.
Daher definiert an dem hinteren Ende des ersten Pumpenkanals 51 auf
der Seite der ersten Abgabeöffnung 53 die
geneigte Oberfläche 155 ein
Gebiet, in dem eine Tiefe 51d des ersten Strömungskanals 51 gegenüber den
Kanälen 12 der
zweiten Seite des Flügelrads 10 graduell
in der Rotationsrichtung des Flügelrads 10 abnimmt.
Entsprechend definiert am hinteren Ende des zweiten Pumpenkanals 71 auf
der Seite der zweiten Abgabeöffnung 73 die
geneigte Oberfläche 175 ein
Gebiet, in dem eine Tiefe 71d des zweiten Strömungskanals 71 gegenüber den
Kanälen 12 der
ersten Seite des Flügelrads 10 graduell
in der Rotationsrichtung des Flügelrads 10 abnimmt. Da
die Richtungen der Strömungen
des Fluids aus dem ersten und dem zweiten Pumpenkanal 51 und 71 jeweils
in Richtung auf die erste und die zweite Abgabeöffnung 155 und 175 verändert werden,
kollidiert der Kraftstoff mit den Trennwänden 5a und 7a, so
dass er darauf aufprallt. Aufgrund der graduellen Abnahme der Tiefe
an den geneigten Oberflächen 155, 175 wird
jedoch der Aufpralls des Kraftstoffs auf die Trennwände 5a und 7a verringert.
Somit dienen die geneigten Oberflächen 155, 175 als
Einrichtung zum Verringern eines Aufpralls.
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Gemäß der ersten beispielhaften
Westco-Pumpe wird die Pulsationsphase (die durch die Linie 12L1 in 1 angegeben ist) des aus
der ersten Abgabeöffnung 53 abgegebenen
Kraftstoffs (siehe 11)
um die Hälfte
der Zyklusdauer der Pulsation relativ zur Pulsationsphase (angegeben
durch die Linie 12L2 in 12)
des aus der zweiten Abgabeöffnung 73 abgegebenen
Kraftstoffs versetzt (siehe 11).
Da der aus der ersten Abgabeöffnung 53 abgegebene Kraftstoff
und der aus der zweiten Abgabeöffnung 73 abgegebene
Kraftstoff am zusammenlaufenden Kanal 62 zusammenlaufen
(siehe 2), heben die
Pulsation des aus der ersten Abgabeöffnung 53 abgegebenen
Kraftstoffs und die Pulsation des aus der zweiten Abgabeöffnung 73 abgegebenen Kraftstoffs
einander auf, wie es durch die Linie 12L3 in 12 angegeben ist. Nachdem
sich die Pulsationen aufgehoben haben, wird der Kraftstoff dem Kraftstoffabgabekanal 50 (siehe 2) zugeleitet. Somit dient
die Anordnung der Kanäle 12 der
ersten Seite und der Kanäle 12 der
zweiten Seite, die bezüglich einander
um die Hälfte
des Kanalabstands versetzt sind als Einrichtung zum Aufheben von
Pulsationen.
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Aufgrund der synergistischen Wirkung
der Einrichtung zum Verringern eines Aufpralls und der Einrichtung
zum Aufheben von Pulsationen können die
Pumpengeräusche,
die durch den Aufprall und die Pulsationen des Kraftstoffs erzeugt
werden, verringert oder minimiert werden.
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Da zusätzlich jeder der Kanäle 12 der
ersten Seite des Flügelrads 10 mit
dem entsprechenden gegenüberliegenden
Kanal 12 der zweiten Seite über das Verbindungsloch 16 in
Verbindung steht (siehe 11),
gleichen sich der Druck des Kraftstoffs innerhalb des ersten Pumpenkanals 51 und
der Druck des Kraftstoffs innerhalb des zweiten Pumpenkanals 71 einander
an. Daher wird keine wesentliche Kraft auf das Flügelrad 10 in
der Axialrichtung aufgebracht. Folglich kann sich das Flügelrad 10 gleichmäßig drehen,
so dass die Pumpeffizienz verbessert werden kann.
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Zweite repräsentative
Ausführungsform
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Es wird nun eine zweite beispielhafte
Westco-Pumpe beschrieben. Die zweite beispielhafte Westco-Pumpe
ist eine Modifikation der ersten beispielhaften Westco-Pumpe. Daher
wird die Beschreibung nur auf diejenigen Merkmale gerichtet, die
sich von der ersten beispielhaften Westco-Pumpe unterscheiden, und
eine identische Erklärung
wird nicht wiederholt.
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Bezugnehmend auf 13 umfasst die zweite beispielhafte Westco-Pumpe
eine Kombination des zweiten Pumpengehäuses 24 (siehe 6) mit dem zweiten Flügelrad 20 (siehe 10) der grundlegenden beispielhaften
Westco-Pumpe.
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Somit sind die Kanäle 12 der
ersten Seite und die Kanäle 12 der
zweiten Seite des Flügelrads 20 in
der gleichen Position bezüglich
einander in der Umfangsrichtung positioniert. Die erste Abgabeöffnung 53 des
ersten Pumpenkanals 51 und die zweite Abgabeöffnung 73 des
zweiten Pumpenkanals 71 sind bezüglich einander in der Umfangsrichtung
um den Abstand entsprechend der Hälfte des Kanalabstands versetzt.
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Ferner sind auf die gleiche Weise
wie bei der ersten beispielhaften Ausführungsform die geneigten Oberflächen 155 und 175,
die als Einrichtung zum Verringern eines Aufpralls dienen, auf den
Trennwänden 5a und 7a an
den hinteren Enden des ersten Pumpenkanals 51 und des zweiten
Pumpenkanals 71 auf der Seite der ersten Abgabeöffnung 55 bzw. der
zweiten Abgabeöffnung 175 jeweils
ausgebildet.
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Gemäß der zweiten beispielhaften
Westco-Pumpe können
aufgrund der Anordnung der ersten Abgabeöffnung 53 des ersten
Pumpenkanals 51 und der zweiten Abgabeöffnung 73 des zweiten
Pumpenkanals 71, die bezüglich einander in der Umfangsrichtung
um den Abstand entsprechend dem halben Kanalabstand versetzt sind,
die Pulsationsphase des aus der ersten Abgabeöffnung 53 abgegebenen
Kraftstoffs und die Pulsationsphase des aus der zweiten Abgabeöffnung 73 abgegebenen
Kraftstoffs um die Hälfte
der Zyklusdauer der Pulsation versetzt werden. Diese Anordnung dient
als Einrichtung zum Aufheben der Pulsationen. Wenn somit die Strömung des
Kraftstoffs aus der ersten Abgabeöffnung 53 und die
Strömung
des Kraftstoffs aus der zweiten Abgabeöffnung 73 an dem zusammenführenden
Kanal 62 zusammenlaufen (siehe 2), heben die Pulsationen dieser Strömungen einander
auf.
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Aufgrund der geneigten Oberflächen 155 und 157,
die als die Einrichtungen zum Verringern eines Aufpralls für den ersten
Pumpenkanal 51 und dem zweiten Pumpenkanal 71 jeweils
dienen, kann zusätzlich
der Aufprall des Kraftstoffs aufgrund der Richtungsänderungen
der Strömung
von dem ersten bzw. dem zweiten Pumpenkanal 51 und 71 in
Richtung auf die erste bzw. die zweite Abgabeöffnung 53 und 73 verringert
oder minimiert werden.
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Aufgrund der synergistischen Wirkungen
der Einrichtungen zum Verringern eines Aufpralls und der Einrichtung
zum Ausheben der Pulsation können die
Pumpengeräusche,
die durch den Aufprall und die Pulsationen des Kraftstoffs hervorgerufen
werden, minimiert werden.
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Dritte beispielhafte
Ausführungsform
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Eine dritte beispielhafte Westco-Pumpe
wird nun beschrieben. Die dritte beispielhafte Westco-Pumpe ist
eine Modifikation der ersten beispielhaften Westco-Pumpe. Insbesondere
unterscheidet sich die dritte beispielhafte Westco-Pumpe von der ersten
beispielhaften Westco-Pumpe lediglich in der Konstruktion der Einrichtungen
zum Verringern des Aufpralls. Daher wird die Beschreibung nur auf
die Einrichtungen zum Verringern des Aufpralls gerichtet.
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Bezugnehmend auf 14 erstreckt sich das hintere Ende des
ersten Pumpenkanals 51 auf der Seite der ersten Abgabeöffnung 53 nach
außen und
tangential bezüglich
des ersten Pumpenkanals 51. Der erste Pumpenkanal 51 wird
in der Pumpenabdeckung 5 definiert. Daher wird die erste
Abgabeöffnung 53 radial
außerhalb
der Kanäle 12 des
Flügelrads 10 (siehe 7) positioniert. Wie es
in 14 gezeigt ist, weist
der erste Pumpenkanal 51 eine Breite 51W auf,
die der Breite der Kanäle 12 des Flügelrads 10 in
der Radialrichtung entspricht. Am verlängerten hinteren Ende nimmt
die Breite 51W eines Teils des ersten Pumpenkanals 51,
der den Kanälen 12 des
Flügelrads 10 gegenüberliegt,
graduell in der Rotationsrichtung des Flügelrads 10 ab. Somit ist
das verlängerte
hintere Ende als Gebiet 357 mit abnehmender Breite gestaltet.
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Wie es in 15 gezeigt ist, definiert die Pumpenabdeckung 5 zusätzlich einen
inneren Eckbereich als Übergangspunkt
von dem ersten Pumpenkanal 51 zur ersten Abgabeöffnung 53.
Der Eckbereich kann abgeschrägt
sein, so dass er eine geneigte Oberfläche 358 bildet, so
dass der Kraftstoff gleichmäßig aus
dem ersten Pumpenkanal 51 zur ersten Abgabeöffnung 53 strömt.
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Es ist zwar in den Zeichnungen nicht
gezeigt, aber der zweite Pumpenkanal 71 des Pumpenkörpers 7 (siehe 4) kann ebenfalls ein verlängertes hinteres
Ende entsprechend dem ers ten Pumpenkanal 51, wie es in 14 gezeigt ist, aufweisen,
und der Pumpenkörper 7 kann
das Gebiet mit abnehmender Breite 357 und eine geneigte
Oberfläche 358 am verlängerten
hinteren Ende bilden.
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Da der Teil der Breite des ersten
Pumpenkanals 51, der den Kanälen 12 des Flügelrads 10 gegenüberliegt,
gemäß der dritten
beispielhaften Westco-Pumpe in dem Gebiet 357 mit abnehmender
Breite (siehe 14) graduell
abnimmt, wird der Aufprall des Kraftstoffs, der durch die Richtungsänderung vom
ersten Pumpenkanal 51 (siehe 3)
in Richtung auf die erste Abgabeöffnung 53 hervorgerufen wird,
verringert oder minimiert. In ähnlicher
Weise kann der Aufprall des Kraftstoffs, der durch die Richtungsänderung
von dem zweiten Pumpenkanal 71 (siehe 4) in Richtung auf die zweite Abgabeöffnung 73 hervorgerufen
wird, durch das Gebiet 357 mit abnehmender Breite verringert
oder minimiert werden.
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Zum Ausheben der Pulsationen des
Kraftstoffs kann die dritte beispielhafte Westco-Pumpe eine Kombination
aus dem ersten Pumpengehäuse 4 (siehe 5) und dem ersten Flügelrad 10 (siehe 9) umfassen. Diese Kombination
kann jedoch auch durch die Kombination aus dem zweiten Pumpengehäuse 24 (siehe 6) und dem zweiten Flügelrad 29 (siehe 10) ersetzt werden.
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Vierte beispielhafte
Ausführungsform
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Es wird nun eine vierte beispielhafte
Westco-Pumpe beschrieben. Die vierte beispielhafte Westco-Pumpe
ist eine Modifikation der ersten beispielhaften Westco-Pumpe. Insbesondere
unterscheidet sich die vierte beispielhafte Westco-Pumpe von der
ersten beispielhaften Westco-Pumpe lediglich in der Konstruktion
der Einrichtungen zum Verringern eines Aufpralls. Daher wird die
Beschreibung nur auf die Einrichtungen zum Verringern des Aufpralls
gerichtet.
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Die Einrichtungen zum Verringern
eines Aufpralls der vierten beispielhaften Westco-Pumpe sind ähnlich zu
den Einrichtungen zum Verringern eines Aufpralls, die in der Japanischen
Offenlegungsschrift Nr. 2000-329085 beschrieben sind.
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Somit ist die erste Abgabeöffnung 53 des ersten
Pumpenkanals 51, die in der Pumpenabdeckung 5 definiert
ist, in der Umfangsrichtung des Flügelrads 10 wie es
in 16 gezeigt ist, länglich.
Zusätzlich
weist das hintere Ende des ersten Pumpenkanals 51 auf der
Seite der ersten Abgabeöffnung 53 ein
Gebiet 457 mit abnehmender Breite auf. Somit nimmt ein
Teil der Breite 51W des ersten Pumpenkanals 51 gegenüber den
Kanälen 12 des
Flügelrads 10 graduell
in dem Gebiet 457 mit abnehmender Breite in der Rotationsrichtung
des Flügelrads 10 ab.
-
Wie es in 17 gezeigt ist, ist zusätzlich ein Eckbereich,
der durch die Pumpenabdeckung 5 in einer Position gegenüber dem
hinteren Ende des ersten Pumpenkanals 51 definiert wird,
abgeschrägt,
so dass eine geneigte Oberfläche 455 definiert
wird. Der Rand der geneigten Oberfläche 455 in der Rotationsrichtung
des Flügelrads 10 definiert
einen Teil des Umfangsrands des Gebiets 457 mit abnehmender Breite.
Die geneigte Oberfläche 455 definiert
ein Gebiet mit abnehmender Tiefe, in dem eine Tiefe 51d des
ersten Pumpenkanals 51 am hinteren Ende graduell in der
Rotationsrichtung des Flügelrads 10 innerhalb
des Gebiets der Länge
der geneigten Oberfläche 455 in
der Umfangsrichtung abnimmt.
-
Ferner ist ein Eckbereich, der durch
die Pumpenabdeckung 5 am Übergangspunkt vom ersten Pumpenkanal 51 zur
ersten Abgabeöffnung 53 geformt
ist, abgeschrägt,
so dass eine geneigte Oberfläche 458 gebildet
wird, so dass der Kraftstoff gleichmäßig aus dem ersten Pumpenkanal 51 zur
ersten Abgabeöffnung 53 strömen kann.
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Ferner kann eine Vorderwand der ersten
Abgabeöffnung 53 in
der Rotationsrichtung des Flügelrads 10 als
geneigte Oberfläche 459 gestaltet
sein. Ferner kann ein Eckbereich zwischen der geneigten Oberfläche 459 und
der geneigten Oberfläche 455 ebenfalls
abgeschrägt
sein, um eine Endfläche 456 zu
definieren.
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Es ist zwar in den Zeichnungen nicht
dargestellt, aber das Gebiet 457 mit abnehmender Breite, die
geneigten Oberflächen 455, 458 und 459 und
die Endfläche 456 können ebenfalls
durch den Pumpenkörper 7 (siehe 4) am hinteren Ende des
zweiten Pumpenkanals 71 und der zweiten Abgabeöffnung 73 definiert
sein.
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Gemäß der vierten beispielhaften
Westco-Pumpe können
sowohl das Gebiet mit abnehmender Tiefe 455 als auch das
Gebiet 457 mit abnehmender Breite als Einrichtungen zum
Verringern des Aufpralls des Kraftstoffs dienen, wenn die Richtung
der Strömung
des Kraftstoffs aus dem ersten Pumpenkanal 51 in Richtung
auf die erste Abgabeöffnung 53 verändert wird.
Aufgrund der synergistischen Wirkungen des Gebiets mit abnehmender
Tiefe und des Gebiets mit abnehmender Breite 457 kann der
Aufprall weitergehend verringert werden.
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Um die Pulsationen des Kraftstoffs
auszulöschen,
kann die vierte repräsentative
Westco-Pumpe ferner
die Kombination des ersten Pumpengehäuses 4 (siehe 5) und des ersten Flügelrads 10 (siehe 9) umfassen. Diese Kombination
kann jedoch auch durch die Kombination aus dem zweiten Pumpengehäuse 24 (siehe 6) und dem zweiten Flügelrad 29 (siehe 10) ersetzt werden.
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Vergleichsexperimente wurden für die vierte beispielhafte
Westo Pumpe und eine herkömmliche Westco-Pumpe
im Hinblick auf einen Geräuschdruck durchgeführt. 18 ist ein Diagramm, das
die Ergebnisse der Vergleichsexperimente zeigt. In 18 stellte eine Abszissenachse eine Frequenz
(Hz) dar und die Ordinate einen Geräuschdruck (dB). Das Ergebnis
der Messung für
die vierte beispielhafte Westco-Pumpe ist durch eine durchgezogene
Linie L1 angegeben und das Ergebnis der Messung für die herkömmliche
Westco-Pumpe mit der Strich-Punkt-Linie L2. Wie es aus 18 zu erkennen ist, ist
das Geräuschdruckniveau,
das für
die vierte beispielhafte Westco-Pumpe gemessen wurde, niedriger
als das Geräuschdruckniveau,
das für
die herkömmliche Westco-Pumpe
gemessen wurde. Daher kann die vierte beispielhafte Westco-Pumpe
geringe Geräusche
im Vergleich zur herkömmlichen
Westco-Pumpe erzeugen.
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Fünfte beispielhafte
Ausführungsform
-
Eine fünfte beispielhafte Westco-Pumpe
wird nun beschrieben. Die fünfte
beispielhafte Westco-Pumpe ist eine Modifikation der vierten beispielhaften
Westco-Pumpe. Insbesondere unterscheidet sich die fünfte beispielhafte
Westco-Pumpe von der vierten beispielhaften Westco-Pumpe lediglich
in der Konstruktion der Einrichtungen zum Verringern eines Auf pralls.
Daher wird die Beschreibung nur auf die Einrichtungen zum Verringern
eines Aufpralls gerichtet.
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Bezugnehmend auf die 19 erstreckt sich das hintere Ende (auf
der Seite der ersten Abgabeöffnung 53)
des ersten Pumpenkanals 51, der durch die Pumpenabdeckung 5 definiert
wird, nach außen
und tangential bezüglich
des ersten Pumpenkanals 51. Das hintere Ende ist dann weiter
nach außen
in der Radialrichtung gebogen, so dass ein Gebiet mit abnehmender
Breite 557, das eine im wesentlichen L-förmige Konfiguration
aufweist, am hinteren Ende definiert wird. Die erste Abgabeöffnung 53 ist
radial außerhalb
der Kanäle 12 (siehe 7) des Flügelrads 10 positioniert.
Durch diese Anordnung nimmt in dem Gebiet 557 mit abnehmender
Breite ein Teil der Breite 51W des ersten Pumpenkanals 51 gegenüber den
Kanälen 12 des
Flügelrads 10 graduell
in der Rotationsrichtung des Flügelrads 10 ab.
Die Position der ersten Abgabeöffnung 53 kann
in Abhängigkeit
von der Konfiguration des Gebiets mit abnehmender Breite 557 verändert werden.
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Innerhalb des Gebiets 557 mit
abnehmender Breite kann eine geneigte Oberfläche 555 am hinteren
Ende auf der Seite der ersten Abgabeöffnung 53 des ersten
Pumpenkanals 53 definier sein. Die geneigten Oberflächen 555 können zusammen
eine im wesentlichen L-förmige
Konfiguration bilden, in der Ansicht gemäß 19. Zusätzlich weisen die geneigten
Oberflächen 555,
wie aus 20 bis 22 zu erkennen ist, einen
im wesentlichen V-förmigen Querschnitt
auf. Ferner weisen die geneigten Oberflächen 555 Ränder auf,
die mit dem Umfangsrand des Gebiets 557 mit abnehmender
Breite verbunden sind. Am hinteren Ende des ersten Pumpenkanals 51 dienen
die geneigten Oberflächen 555,
insbesondere eine der geneigten Oberflächen 555, die auf
der oberen Seite betrachtet in 19 angebracht
ist, dazu, graduell die Tiefe (siehe 21)
eines Teils des ersten Pumpenkanals 51 zu verringern, der
den Kanälen 12 des
Flügelrads 10 gegenüberliegt.
Insbesondere nimmt die Tiefe 51d in der Rotationsrichtung
des Flügelrads 10 an
diesem Teil ab. Somit definieren die geneigten Oberflächen 555 ein
Gebiet mit abnehmender Tiefe.
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Es ist zwar in den Zeichnungen nicht
gezeigt, aber das Gebiet 557 mit abnehmender Breite und
die geneigten Oberflächen 555 können auch
durch den Pumpenkörper 7 (siehe 4) am hinteren Ende des zweiten
Pumpenkanals 71 auf der Seite der zweiten Abgabeöffnung 73 definiert
sein.
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Gemäß der fünften beispielhaften Westco-Pumpe
dienen sowohl das Gebiet mit abnehmender Breite 557 als
auch das Gebiet mit abnehmender Tiefe, das durch die geneigten Oberflächen 555 definiert
wird, als Einrichtungen zum Verringern eines Aufpralls zum Verringern
des Aufpralls des Kraftstoffs, wenn die Strömungsrichtung des Kraftstoffs vom
ersten Pumpenkanal 51 in Richtung auf die Abgabeöffnung 53 verändert wird.
Aufgrund der synergistischen Wirkungen des Gebiets 557 mit
abnehmender Breite und des Gebiets mit abnehmender Tiefe kann der
Aufprall ferner weiter reduziert werden.
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Um die Pulsationen des Kraftstoffs
aufzuheben, kann die fünfte
beispielhafte Westco-Pumpe die Kombination des ersten Pumpengehäuses 4 (siehe 5) und des ersten Flügelrads 10 (siehe 9) aufweisen. Diese Kombination
kann jedoch auch durch die Kombination aus dem zweiten Pumpengehäuse 24 (siehe 6) und dem zweiten Flügelrad 29 (siehe 10 ) ersetzt werden.
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Es sind zwar beispielhafte Ausführungsformen
in Verbindung mit Westco-Pumpen beschrieben worden, die als Kraftstoffpumpen
für Kraftfahrzeuge nützlich sind,
aber die vorliegende Erfindung kann auch auf Pumpen zum Pumpen jeder
anderen Art von Fluid, beispielsweise Hydraulikfluid und Wasser, angewendet
werden.
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Ferner kann die Position des Verbindungslochs 16,
das eine Verbindung zwischen den Kanälen 12 des Flügelrads 10 (20),
die ein Paar aus gegenüberliegenden
Kanälen
bilden, nach Bedarf bestimmt werden. Ferner können mehrere der Verbindungslöcher zum
Herstellen einer Verbindung zwischen jeweils gegenüberliegenden
Kanälen 12,
die ein Paar bilden, vorgesehen werden.