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Vertikal angeordnete, in den Behälter eingetauchte Kraftstoffpumpe
mit einem Schaufelrad Die Erfindung betrifft eine vertikal angeordnete Kraftstoffpumpe,
die in einen Kraftstoffbehälter, beispielsweise den Benzinbehälter eines Kraftfahrzeuges,
eingetaucht ist, mit einem Pumpengehäuse, das eine Schleuderpumpenkammer bildet,
und einem darin drehbaren Schaufelrad.
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Es sind Schleuderpumpen, sogenannte Tauchpumpen in Brennstoffbehältern.
bekannt, bei denen der Brennstoff zur Förderung sowohl von unten als auch von oben
zugeführt wird und bei denen die obere Zuflußöffnung gleichzeitig auch zur Abführung
der dabei entstehenden Dampfblasen verwendet wird. Diese Schleuderpumpen arbeiten
bei den immer wechselnden Betriebsverhältnissen, wie sie üblicherweise bei Kraftfahrzeugen
und Lastkraftwagen auftreten, keinesfalls zufriedenstellend.
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Im Normalbetrieb ist bei diesen Fahrzeugen der Kraftstoffbehälter
gefüllt und demzufolge an den Pumpeneinlässen ein ziemlich hoher Druck vorhanden.
Der Kraftstoff befindet sich verhältnismäßig in Ruhe und weist eine Temperatur auf,
die weit unterhalb seines Siedepunktes liegt. Die tatsächlichen Betriebsverhältnisse
sind jedoch weit ungünstiger und liegen zwischen Grenzverhältnissen, in denen der
Kraftstoffspiegel im Behälter niedrig steht, die Fahrbahnfläche uneben ist und öftere
Richtungswechsel und andere Seitenbewegungen des Fahrzeuges auftreten. Es findet
also eine wiederholte Fortschleuderung des Kraftstoffes von der Pumpe weg statt,
wodurch die Pumpeneinlässe der Luft ausgesetzt sind. Beim Umlauf nimmt der Kraftstoff
bekanntlich Gas auf, so daß ein Schäumen entsteht. Hohe Temperaturen können gleichzeitig
ein Sieden und Verdampfen zur Folge haben.
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Mit der Erfindung soll nun eine Pumpe entwickelt werden, die allen
Betriebsverhältnissen eines Kraftfahrzeuges gerecht wird und dabei außerordentlich
wirksam ist. Die den bekannten Pumpen anhaftenden Nachteile werden vollkommen beseitigt,
und darüber hinaus zeichnet sich die erfindungsgemäße Pumpe durch einen sehr einfachen
Aufbau aus. Sie arbeitet unter ruhigen Betriebsverhältnissen stoßlos als Schleuderpumpe.
An den Pumpeneinlässen und im Behälter findet keine Wirbelung statt. Vor allen Dingen
wird eine Hohlraumbildung vermieden, so daß auch kein Schlagen oder Umrühren des
Kraftstoffes verursacht werden kann.
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Diese vorteilhafte Wirkung wird dadurch erreicht, daß die Deckenwand
des Pumpengehäuses eine nach oben weisende, in der Mitte gelegene Einlaßöffnung
zum Zuführen von Flüssigkeit und zum Ablassen von Gas besitzt, daß weiterhin die
Bodenwand des Pumpengehäuses eine nach unten weisende, in der Mitte gelegene Einlaßöffnung
zum Zuführen von Flüssigkeit hat und diese Einlaßöffnungen in unmittelbarer Verbindung
mit dem Kraftstoffbehälter stehen, so daß der Kraftstoff aus dem Behälter frei einströmen
und Gas zum Behälter aus der nach oben weisenden Öffnung frei entweichen kann, daß
die Pumpenkammer ringförmig gestaltet ist und sich zwischen diesen Einlaßöffnungen
nach außen erstreckt, daß das Zentrifugalschaufelrad einen radialen Mittelsteg aufweist,
an dem sich nach den Seiten und nach außen erstreckende PumpenschaufeIn angebracht
sind, die die Flüssigkeit aus diesen Einlaßöffnungen nach außen pumpen, daß das
Schaufelrad zwischen den Schaufeln vom äußeren Umfang her bis nahe der nach oben
weisenden Einlaßöffnung axial offen und einwärts dieser axial offenen Flächen schaufelfrei
ist und daß die oberen Kanten der Pumpenschaufeln nicht ummantelt sind und einen
Abstand von der Deckenwand der Pumpenkammer haben, so daß die zwischen den Pumpenschaufeln
befindlichen Pumpenräume zu der ortsfesten Deckenwand offen sind und mit Flüssigkeit
aus dem einen oder dem anderen Einlaß gefüllt werden können und aus dem unteren
Einlaß strömendes und teilweise von den Schaufeln mitgerissenes Gas frei durch das
Laufrad hindurch zum oberen Einlaß strömen und aus dem oberen Einlaß entweichen
kann. Man erkennt aus alledem sehr leicht, daß sich der Erfindungsgedanke aus einer
Mehlzahl erfinderischer Einzelmaßnahmen zusammensetzt, deren kombinatorisches Zusammenwirken
den
technischen Fortschritt gegenüber dem Bekannten ausmacht.
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Die Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt. In den Zeichnungen
ist Fig. 1 eine schematisch ausgeführte Darstellung einer erfindungsgemäß ausgeführten
Kraftstoffanlage für ein Kraftfahrzeug, Fig. 2 ein lotrechter Schnitt durch einen
aus einer Kraftstoffpumpe bestehenden aufrechten Aufbau, der zur Verwendung bei
einem Kraftfahrzeug geeignet ist, Fig. 3 eine Unteransicht nach Linie 3-3 der Fig.
2 mit abgenommener Bodenhälfte des Pumpengehäuses, Fig. 4 eine zweckmäßige Abwandlung
der Fig. 3.
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In Fig.1 ist ein im Sinne der Erfindung gestalteter und aus Pumpe
und Motor bestehender Aufbau 10 dargestellt, der in einen Kraftstoffbehälter 12
eingebaut und über eine Kraftstoffleitung 14 sowie ein Filter 16 mit dem Einlaßventil
18 eines Vergasers 20 und dem Fahrzeugmotor 22 verbunden ist. Die Pumpe arbeitet
dabei nach dem bekannten Rückdruckprinzip, das auf der statischen Druck- und Widerstandshöhe
in. der Rohrleitung 14 und den Filter 16 und vor allem auf der vom Ventil 18 bedingten
Verengung beruht.
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Nach diesem kurzen. Hinweis auf das Arbeitsprinzip soll nun eine eingehende
Erläuterung der Kraftstoffpumpe mit ihrem erfindungsgemäßen Aufbau erfolgen.
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Der in Fig. 2 bis 4 dargestellte Aufbau weist eine Lagerplatte 50
auf, die an den Kanten einer in der Deckenwand 52 des Kraftstoffbehälters 12 befindlichen
Öffnung befestigt ist. Dabei trägt ein mit einer Dichtung 58 versehener und nach
unten gerichteter Mittelring 54 das zylindrische Motorgehäuse 56, in dessen unterem
Teil ein den Motor tragendes Gußstück 60 mit Dichtungsring 62 befestigt ist. Das
obere Ende des Gußstückes 60 nimmt den am unteren Ende des Motors 68 befindlichen
Lageransatz 66 auf. Der Motor ist am Gußstück 60 von Schraubenbolzen 69 gehalten.
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Die nach unten herausstehende Motorwelle 70 nimmt gleitend die Nabe
72 des antreibenden Kupplungsteils 74 einer magnetischen Kupplung auf, und zwar
über einen in einen Nabenschlitz eingreifenden Querzapfen 76. Das untere Ende des
den Motor tragenden Gußstückes 60 ist über einen Dichtungsring 82 durch eine Membran
80 abgeschlossen, die von einem Gehäuse 84 festgeklemmt wird, das den getriebenen
Kupplungsteil 86 der Magnetkupplung aufnimmt.
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Der Pumpenkörper 90 ist unterhalb des Gehäuses 84 unter Verwendung
von Abstandspfosten 102 befestigt und bildet die Deckenwand 92 des Pumpengehäuses.
Diese weist mehrere sich schräg nach oben und innen erstreckende Streben 94 auf,
die eine Lagerbuchse 96 tragen. Diese Buchse paßt in eine Mittelöffnung des Gehäuses
84 und nimmt zwei auf Abstand stehende Buchsenlager 98 für die Welle 100
auf. Ein in einer der Streben 94 befindlicher Durchlaß fördert nun den Kraftstoff
von der Pumpendruckseite in den zwischen den Lagern 98 befindlichen Raum und schmiert
darum gleichzeitig diese Lager. Ein Pumpendeckel 104 bildet die Bodenwand 106 des
Pumpengehäuses 90.
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Decken- und Bodenwand 92, 106 des Pumpengehäuses besitzen Mittelöffnungen
108, 110, die sich axial gegenüberstehen. Außerdem begrenzen die Gehäusewände
92 und 106 eine schmale ringförmige Pumpenkammer, die sich zwischen den Eintrittsöffnungen
nach außen erstreckt. Diese Kammer steht mit einer im Pumpenkörper 90 und im Boden
106 befindlichen Einströmspirale 114 in Verbindung, die sich tangential über den
Pumpenzuführkanal 116 zu einem Sockel 118 für das untere Ende einer Förderleitung
120 erstreckt. Die Förderleitung 120 wird zwischen den Sockeln 118,122 der Lagerplatte
50 gehalten und ist an jedem Sockel mittels eines Dichtungsringes abgedichtet. Der
obere Sockel 122 ist mit einem Paßstück 124 versehen, das mit der Kraftstoffrohrleitung
14 verbunden ist.
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Während der eine Motoranschluß geerdet ist, steht der andere über
ein Kabel 128 mit einer Klemme 126 in Verbindung, die isolierend die Tragplatte
durchsetzt. Die daran angeschlossene Leitung 36 ist zweckmäßig mit einer Isolation
130 umgeben.
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Die Membran 80 besteht aus unmagnetischem Material, beispielsweise
rostfreiem Stahl, Messing oder einem nichtleitenden Kunstharz. Sie ist völlig undurchlässig
und damit gegenüber dem im Behälter befindlichen Kraftstoff abgedichtet. Der antreibende
Teil 74 der Magnetkupplung und insbesondere der Motor 68 sind auf diese Weise vom
Behälter isoliert und arbeiten ohne Schmierung in einer von Kraftstoff freien Atmosphäre.
Die Motorkammer wird zweckmäßigerweise entlüftet. Sie kann aber auch abgedichtet
und mit Gas gefüllt werden.
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Die antreibende Kupplungshälfte 74 weist zwei auf Abstand stehende
nach unten gerichtete Ringwände auf, die ein Lager für einen entsprechend geformten
Dauermagneten 140 bilden, dessen untere Kanten abgeschrägt sind und der in seinem
Lager dadurch gehalten wird, daß die Wände über die abgeschrägten Ecken umgebördelt
sind. Der Magnet besitzt an seiner Unterfläche vier auf Abstand stehende Pole abwechselnder
Polarität. Die Kupplungshälfte 74 weist an ihrer Oberfläche Gebläseflügel 75 auf,
die dem Motor Kühlluft zuführen. Die getriebene Kupplungshälfte 86 der Magnetkupplung
mit ihrer Mittelnabe 142 besitzt einen ähnlichen Aufbau. Ein ringförmiger Dauermagnet
144 ist in dem Behälter befestigt und weist an seiner oberen Fläche liegende Pole
auf.
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Jede dieser Kupplungshälften 74 und 86 hat einen Drucklagersitz 146,
während zwei Drucklagerplatten 148 in einen verdickten Abschnitt der Mitte der Membran
80 eingesetzt sind. Der von der Zugwirkung zwischen den Dauermagneten
140 und 144 herrührende Druck wird unmittelbar von diesem Drucklageraufbau
aufgenommen und wird nicht auf die Gehäuse oder auf die Motorlager oder die Pumpenwellenlager
übertragen. Die getriebene Kupplungshälfte 86 ist auf der Pumpenwelle 100 befestigt,
wobei die magnetische Zugkraft die Kupplung und die Welle nach oben in der Stellung
hält, die von dem unteren Druckeinsatz 148 der Membran 80 bestimmt wird.
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Das in der Fig.3 dargestellte Pumpenschaufelrad weist eine Mittelnabe
150 auf, die auf die Pumpenwelle 100 aufgeschraubt ist. An einem ringförmigen Steg
152 sind mehrere in Umfangsrichtung auf Abstand stehende und radial gerichtete Schaufeln
154 angeordnet. Mittlere Verstärkungsrippen bestehen mit dem Steg 152 -aus einem
Stück und erstrecken sich in einer Ebene längs der Schaufelvorderflächen. Von der
Mittelrippe jeder Schaufel verlaufen die Schaufelkanten nach oben und unten und
haben einen bestimmten Abstand von der Decken- und Bodenwand 92, 106 des
Pumpengehäuses. Obere und untere Schaufelhälften haben gleiche Radiallänge. Das
Schaufelrad ist also in bezug auf die Mittelebene der Pumpe symmetrisch angeordnet.
Die Schaufeln verlaufen kegelförmig nach außen, während die Pumpengehäusewände 92,
106
eine entsprechende flache Kegelform besitzen. Der Abstand der
einzelnen Schaufeln bedingt verhältnismäßig große, sich nach innen bis zu den Innenenden
erstreckende Zwischenräume, so daß die aus den beiden Eintrittsöffnungen kommende
Flüssigkeit frei über die Mittelebene der Pumpe strömen und dabei das Schaufelrad
auffüllen kann, wobei der entstehende Druck über die gesamte Axialbreite jeder Schaufel
ausgeglichen wird, während das gesamte Gas bzw. die im Pumpengehäuse befindliche
Luft ungehindert aus der oberen Eintrittsöffnung 108 austreten kann.
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Bei einer Kraftfahrzeugpumpe ist zweckmäßig ein Schlagen und Wirbelung
des Kraftstoffes zu vermeiden. Es darf sich nur ein bestimmtes Maß an Umwälzung,
Durchwirbelung in der umgebenden Flüssikeit des Behälters ergeben. Zu diesem Zwecke
liegen erfindungsgemäß die Innenenden der Schaufeln 154 an den Umfangskanten der
Eintrittsöffnungen oder auswärts der Umfangskanten der Eintrittsöffnungen, wobei
kein Teil der Schaufeln über eine dieser Eintrittsöffnungen zur umgebenden Flüssigkeit
unmittelbar frei liegt. Aus dem gleichen Grunde sind Mittelnabe 150 und Steg 152
des Schaufelrades (Fig. 3) mit einer glatten, ohne Unterbrechung verlaufenden Drehfläche
versehen, die sich frei über den Eintrittsöffnungen bewegen kann, während sich der
ebene glatte Steg 1.52 nach außen bis zur Umfangsfläche der größeren dieser Eintrittsöffnungen
108, 110 erstreckt. Zweckmäßig haben jedoch die beiden Eintrittsöffnungen die gleiche
Größe.
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Die Schaufeln können eine geringe Krümmung nach vorn oder hinten haben,
sind aber vorzugsweise meist geradlinig ausgebildet.
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Eine bei normalen Förderverhältnissen arbeitende Pumpe übt infolge
ihres glatten Schaufelrades keine Schlag- oder Rührwirkung auf die einströmende
Flüssigkeit aus. Es kann demzufolge auch nicht zur Erzeugung von. verdampfenden
oder flüchtenden Bestandteilen kommen, selbst wenn sich der Kraftstoff im Siedezustand
befindet. Tritt wirklich eine Flüssigkeitswirbelung in der Nähe der Eintrittsöffnung
auf, so ist sie doch verhältnismäßig nur gering. Selbst unter Siedeverhältnissen
erzeugt die Wirbelung für gewöhnlich keinen so hohen Wirbel, daß Gas längs der Pumpenachse
fließt, und erzeugt auch keinen zirkulierenden Strom von Gasbläschen in der Flüssigkeit.
Alle Bestandteile des in die Pumpe einströmenden Kraftstoffes werden daher zurückgehalten
und in flüssigem Zustand unter Druck der Kraftstoffmischvorrichtung des Motors zugeführt.
Enthält der Behälter, in welchem die Pumpe arbeitet, einen verhältnismäßig niedrigen
Kraftstoffspiegel, so schwemmt gegebenenfalls die Bewegung des Behälters die Flüssigkeit
von der Pumpe weg und gibt zeitweilig die Eintrittsöffnungen für Luft frei. Bei
dieser Freigabe der Öffnungen unterbricht die Luft den Pumpvorgang, während die
Zuführleitung mit Kraftstoff gefüllt gehalten wird, so daß mit Fördern sofort wieder
begonnen werden kann, wenn die Eintrittsöffnungen wieder in den Kraftstoff eintauchen.
Die Pumpe wird also nicht durch zurückgehaltenes Gas stillgesetzt.
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Bei der Fig. 4 ragt gleichfalls die Motorwelle 450
nach unten
in das Pumpengehäuse und trägt auf ihrem unteren Ende das Pumpenschaufelrad 452.
In diesem Falle sind die obere und untere Einlaßöffnung des aus zwei Blechstanzstücken
436 bestehenden Pumpengehäuses wesentlich größer als die in der zuerst beschriebenen
Ausführung dargestellten Eintrittsöffnungen (Fig. 3 und 2). Die Radschaufeln ragen
außerdem nach innen in die Eintrittsöffnungen. Bei dieser Anordnung der Schaufeln
erzeugt das Schaufelrad eine Rührwirkung auf die einströmende Flüssigkeit und bewirkt
eine verhältnismäßig kräftige Durchwirbelung der Einströmflüssigkeit und der umgebenden
Flüssigkeitsmasse. Dieses Rühren und Wirbeln trennt die flüchtigeren Bestandteile
aus dem Kraftstoff als Gasbläschen, die dann aus den Eintrittsöffnungen als nach
außen gerichtete kegelförmige Ströme austreten. Gas kann sich auch in der Mitte
des Wirbels aus umlaufender Flüssigkeit sammeln. Alle Bläschen, die an der oberen
Eintrittsöffnung entstehen, steigen von dieser Eintrittsöffnung frei auf und perlen
über besondere Öffnungen in den Behälter zurück. Zu diesem Zwecke ragen diese Öffnungen
nach oben bis zu einer Stelle, die oberhalb der Unterseite des Motortragansatzes
liegt. Gasbläschen, die mit der umlaufenden Flüssigkeit von der Umfangskante der
unteren Eintrittsöffnung abgegeben werden, steigen um das Pumpengehäuse herum frei
zur Decke des Behälters, während in der Mitte des Wirbels an der unteren Eintrittsstelle
entstehende und sich sammelnde Gasbläschen durch die zu diesem Zwecke hohl ausgebildete
Pumpenwelle 450 abgeführt werden. Diese Sonderheit der Ausbildung macht zum
Schmieren und Kühlen des Motors einen Flüssigkeitsstrom erforderlich, dessen Ableitung
über ein am Umfang der Pumpenkammer vorgesehenes Rohr 454 erfolgt, das in eine Öffnung
der Deckenwand des Pumpengehäuses eingepaßt ist und nach oben in das Motorgehäuse
einmündet, und zwar vorzugsweise an einer Stelle, die sich oberhalb des Kommutators
des Motors befindet.