DE19643728A1 - Förderpumpe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Förderpumpe mit einem ange­ triebenen, sich in einem Pumpengehäuse drehenden Laufrad, welches an zumindest einer seiner Stirnseiten einen Kranz Schaufelkammern begrenzender Leitschaufeln hat und mit zumindest einem im Bereich der Leitschaufeln in dem Pum­ pengehäuse angeordneten teilringförmigen Kanal, welcher mit den Schaufelkammern eine zum Fördern einer Flüssig­ keit von einem Einlaßkanal bis zu einem Auslaßkanal vorgesehene Förderkammer bildet und einen Kompressionsbe­ reich mit einem sich über einen begrenzten Winkelbereich verjüngenden Querschnitt aufweist.

Solche Förderpumpen sind als Peripheral- oder Seiten­ kanalpumpen bekannt und werden häufig zum Fördern von Kraftstoff aus einem Kraftstoffbehälter zu einer Brenn­ kraftmaschine eines Kraftfahrzeuges eingesetzt. Hierbei erzeugen die Leitschaufeln in der Förderkammer eine quer zu der Bewegungsrichtung der Leitschaufeln verlaufende Zirkulationsströmung. Der Kompressionsbereich dient dazu, den Druck in der Förderkammer zu erhöhen. Hierdurch sol­ len im heißen Kraftstoff vorhandene Gasblasen aus dampfförmigen Kraftstoff in dem flüssigen Kraftstoff durch eine Überschreitung des Dampfdrucks kondensieren. Dies ist beispielsweise bei einem Warmstart des Kraft­ fahrzeuges wichtig, da hier die Temperatur des Kraft­ stoffs besonders hoch ist und deshalb sehr häufig Gasbla­ sen durch den Einlaßkanal angesaugt werden. Kalter Kraftstoff, der in der Regel keine Gasblasen enthält, soll mit der Förderpumpe ebenfalls zuverlässig gefördert werden.

Bei einer aus der aus der Praxis bekannten Förderpumpe befindet sich der Kompressionsbereich unmittelbar an dem sich an den Einlaßkanal anschließenden Bereich des teil­ ringförmigen Kanals. Hierdurch strömt der Kraftstoff von dem Einlaßkanal unmittelbar in den Kompressionsbereich und erzeugt dort Verwirbelungen. Diese Verwirbelungen weisen jedoch Bereiche mit hohen und mit geringen Drücken auf und verhindern damit ein zuverlässiges Auflösen der Gasblasen. Weiterhin besteht bei dieser Förderpumpe ins­ besondere an der Wandung des teilringförmigen Kanals im Kompressionsbereich die Gefahr von Kavitation. Diese Ka­ vitation führt auf Dauer zu einer Zerstörung der Wandung des teilringförmigen Kanals und zu einer verringerten Förderleistung der Förderpumpe.

Es ist eine weitere Förderpumpe bekannt geworden, bei der der an den Einlaßkanal angrenzende Bereich des teilring­ förmigen Kanals zunächst einen ersten Bereich mit einem gleichbleibenden Querschnitt aufweist. Am Ende dieses Be­ reiches ist an dem radial inneren Ende des teilringförmi­ gen Kanals eine Entgasungsbohrung in das Pumpengehäuse eingearbeitet. Anschließend verringert sich der Quer­ schnitt des teilringförmigen Kanals sprungartig, um mit gleichbleibendem Querschnitt bis zu dem Bereich des Aus­ laßkanals geführt zu werden. Die Gasblasen werden hier­ bei nicht in dem Kraftstoff kondensiert, sondern sie sol­ len durch die Entgasungsbohrung abgeführt werden. Da sich in dem ersten Bereich bereits die Zirkulationsströmung ausbildet, werden die Gasblasen von dem Kraftstoff mitge­ rissen und bilden mit dem flüssigen Kraftstoff einen Schaum. Hierdurch ist eine zuverlässige Trennung von Gas­ blasen und Kraftstoff und damit ein Abführen der Gasbla­ sen durch die Entgasungsbohrung ausgeschlossen. Weiterhin ist der Anteil der Gasblasen im zu fördernden Kraftstoff zeitlich starken Schwankungen ausgesetzt, was insbesonde­ re im Bereich der sprungartigen Querschnittsänderung des teilringförmigen Kanals eine Kavitation am Pumpengehäuse und damit einen Abfall der Förderleistung der Förderpumpe zur Folge hat.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Förderpum­ pe der eingangs genannten Art so zu gestalten, daß im Kraftstoff vorhandene Gasblasen besonders zuverlässig kondensiert werden und daß möglichst keine Kavitation im Bereich des teilringförmigen Kanals auftritt.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der teilringförmige Kanal zwischen dem Einlaßkanal und dem Kompressionsbereich einen Beruhigungsbereich mit ei­ nem konstanten Querschnitt aufweist.

Durch diese Gestaltung gelangt der durch den Einlaßkanal angesaugte Kraftstoff zunächst in den Beruhigungsbereich, in welchem durch den Einlaßkanal in die Förderkammer eingebrachte Verwirbelungen abklingen können. Nach einem Abklingen der Verwirbelungen gelangt der Kraftstoff zu­ sammen mit den Gasblasen in den Kompressionsbereich, in dem die Gasblasen durch eine Überschreitung ihres Dampf­ drucks zuverlässig in dem Kraftstoff kondensieren. Da die Verwirbelungen des Kraftstoffs zuerst in dem Beruhigungs­ bereich beseitigt werden, wird die Gefahr der Kavitation der Wandung des teilringförmigen Kanals so gering wie möglich gehalten und eine gleichbleibende Förderleistung der Förderpumpe sichergestellt.

Die Erfindung eignet sich insbesondere auch für eine För­ derpumpe, bei der beidseitig des Laufrades Förderkammern angeordnet sind, welche zum Überströmen der Flüssigkeit von der einen Förderkammer in die andere Förderkammer ei­ ne Verbindung aufweisen, wobei der Einlaßkanal in die eine Förderkammer und die andere Förderkammer in den Aus­ laßkanal mündet. Eine solche Förderpumpe wird häufig zur Erlangung einer hohen Förderleistung bei besonders klei­ nen Abmessungen eingesetzt. Die Förderpumpe hat gemäß ei­ ner vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung bei kaltem und bei warmem Kraftstoff eine besonders hohe Förderlei­ stung, wenn der teilringförmige Kanal der in den Auslaß­ kanal mündenden Förderkammer eine in Bewegungsrichtung der Leitschaufeln gesehen kontinuierliche, sich im we­ sentlichen über den gleichen Winkelbereich wie der Beru­ higungsbereich des teilringförmigen Kanals der anderen Förderkammer erstreckende Querschnittserweiterung auf­ weist.

Die Verwirbelungen des durch den Einlaßkanal einströmen­ den Kraftstoffs klingen gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung besonders zuverlässig ab, wenn sich der Beruhigungsbereich über einen Winkelbereich von ungefähr 50° erstreckt.

Die Gasblasen im Kraftstoff kondensieren gemäß einer an­ deren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung besonders zuverlässig im Kraftstoff, wenn sich der Kompressionsbe­ reich über einen Winkelbereich von ungefähr 70° er­ streckt.

Bei den bekannten Förderpumpen gelangt der von dem Ein­ laßkanal in den teilringförmigen Kanal einströmende Kraftstoff nahezu senkrecht auf die Leitschaufeln. Hier­ durch werden zusätzliche Verwirbelungen erzeugt. Diese Verwirbelungen lassen sich gemäß einer anderen vorteil­ haften Weiterbildung der Erfindung einfach vermeiden, wenn im Bereich des Einlaßkanals eine Strömungsleit­ schaufel angeordnet ist, welche zur Einleitung der zu pumpenden Flüssigkeit in tangentialer Richtung in den Be­ ruhigungsbereich der Förderkammer ausgebildet ist.

Die Strömungsleitschaufel könnte als separat in den Ein­ laßkanal einzusetzendes Bauteil ausgebildet sein. Die Förderpumpe besteht jedoch gemäß einer anderen vorteil­ haften Weiterbildung aus besonders wenigen, kostengünstig zu fertigenden Bauteilen, wenn die Strömungsleitschaufel einteilig mit dem Pumpengehäuse gefertigt und an der dem teilringförmigen Kanal abgewandten Seite des Einlaßka­ nals angeordnet ist.

Zur weiteren Beruhigung des in den teilringförmigen Kanal einströmenden Kraftstoffs trägt es bei, wenn der Übergang des Einlaßkanals in den Beruhigungsbereich des teilring­ förmigen Kanals gemäß einer anderen vorteilhaften Weiter­ bildung der Erfindung auf der der Strömungsleitschaufel gegenüberliegenden Seite gerundet ist.

Bei einer noch nicht mit Kraftstoff gefüllten Förderpumpe kann in dem teilringförmigen Kanal befindliche Luft gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung einfach entweichen, wenn der teilringförmige Kanal am En­ de des Kompressionsbereichs eine das Pumpengehäuse durch­ dringende Entlüftungsbohrung hat.

Die Querschnittserweiterung des zu dem Auslaßkanal füh­ renden teilringförmigen Kanals könnte beispielsweise durch eine stetige Vertiefung bei einer gleichbleibenden Breite des teilringförmigen Kanals erzeugt werden. In diesem teilringförmigen Kanal bildet sich jedoch gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung besonders schnell eine Zirkulationsströmung aus, wenn die Querschnittserweiterung des zu dem Auslaßkanal führenden teilringförmigen Kanals durch eine Verbreiterung des teilringförmigen Kanals erzeugt ist. Hierdurch wird die Förderleistung der Förderpumpe zusätzlich erhöht.

Die Förderleistung der Förderpumpe läßt sich weiter er­ höhen, wenn die Querschnittserweiterung durch eine in Strömungsrichtung gesehen nach innen geführte radial in­ nere Begrenzung des teilringförmigen Kanals bei einer gleichzeitigen kontinuierlichen Vertiefung erzeugt ist. Durch diese Gestaltung bildet sich die Zirkulationsströ­ mung zunächst in dem radial äußeren Bereich der Leit­ schaufeln, wo der Druck durch die von den Leitschaufeln erzeugten Fliehkräfte ohnehin am größten ist.

Die Erfindung läßt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine da­ von in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend be­ schrieben. Diese zeigt in

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erfindungs­ gemäße Förderpumpe,

Fig. 2 einen tangentialen Schnitt durch die Förder­ pumpe aus Fig. 1 entlang der Linie II-II,

Fig. 3 eine Schnittdarstellung durch die Förderpumpe entlang der Linie III-III aus Fig. 1,

Fig. 4 eine Schnittdarstellung durch die Förderpumpe entlang der Linie IV-IV aus Fig. 1.

Die Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt einer erfindungsge­ mäßen, als Seitenkanalpumpe ausgebildeten Förderpumpe mit einem Pumpengehäuse 1. In dem Pumpengehäuse 1 ist ein Laufrad 2 drehbar angeordnet. In dem Laufrad 2 sind in seinen beiden Stirnseiten 3, 4 jeweils ein Kranz 5 von Leitschaufeln 6, 6a, 6b eingearbeitet. Das Laufrad 2 ist in seinem Zentrum drehfest auf einer Antriebswelle 7 be­ festigt. Das Pumpengehäuse 1 hat im Bereich der Leit­ schaufeln 6, 6a, 6b auf beiden Seiten jeweils einen teil­ ringförmigen Kanal 8, 9. Die teilringförmige Kanäle 8, 9 bilden zusammen mit in Fig. 2 dargestellten Schaufelkam­ mern 10, 10a, 10b zwischen den Leitschaufeln 6, 6a, 6b Förderkammern 11, 12. Bei einer Drehung des Laufrades 2 entstehen in den Förderkammern 11, 12 Zirkulationsströ­ mungen einer zu fördernden Flüssigkeit. Zur Verdeutli­ chung sind die Zirkulationsströmungen in den Fig. 1 und 2 mit Pfeilen gekennzeichnet. Die Förderkammern 11, 12 haben untereinander eine Verbindung 13, die durch eine Überschneidung der halbkreisförmigen Querschnitte der Schaufelkammern 10, 10a, 10b erzeugt ist. Durch diese Verbindung 13 kann Flüssigkeit nahezu verwirbelungsfrei von der einen Förderkammer 11 in die andere Förderkammer 12 überströmen.

In seinem radial äußeren Bereich und an seinen Stirnsei­ ten 3, 4 steht das Laufrad 2 dem Pumpengehäuse 1 mit ei­ nem geringen Abstand gegenüber. Hierdurch entsteht ein um das Laufrad 2 umlaufender Dichtspalt 14, der die Förder­ kammern 11, 12 abdichtet.

Von den Leitschaufeln 6, 6a, 6b aus gesehen im radial in­ neren Bereich des Laufrades 2 sind in den Stirnseiten 3, 4 mehrere einander gegenüberliegende Vertiefungen 15, 16 eingearbeitet. Jeweils zwei gegenüberliegende Vertiefun­ gen 15, 16 sind durch einen Kanal 17 miteinander verbun­ den. Durch den Dichtspalt 14 zwischen dem Laufrad 2 und dem Pumpengehäuse 1 gelangt eine geringe Menge Leckage der zu fördernden Flüssigkeit zu den Vertiefungen 15, 16. Hierdurch bilden die Vertiefungen 15, 16 Axialgleitlager für das Laufrad 2. Im Betrieb der Förderpumpe schwimmt das Laufrad 2 damit reibungsfrei auf einem Flüs­ sigkeitsfilm.

Die Fig. 2 zeigt einen tangentialen Schnitt durch die erfindungsgemäße Förderpumpe aus Fig. 1 entlang der Li­ nie II-II. Zur Verdeutlichung der Zeichnung sind die Förderkammern 11, 12 und das Laufrad 2 im Bereich der Leitschaufeln 6, 6a, 6b gestreckt eingezeichnet. Das Pum­ pengehäuse 1 hat einen Einlaßkanal 18 und einen Auslaß­ kanal 19, die von einem beidseitig des Laufrades 2 ange­ ordneten Schweller 20 voneinander getrennt sind. Der Schweller 20 unterbricht die in den Förderkammern 11, 12 erzeugten Zirkulationsströmungen der zu fördernden Flüs­ sigkeit. Der Einlaßkanal 18 mündet in die eine Förder­ kammer 11, während die andere Förderkammer 12 in den Aus­ laßkanal 19 mündet.

Der teilringförmige Kanal 8 der Förderkammer 11, in die der Einlaßkanal 18 mündet, hat eingangsseitig einen Be­ ruhigungsbereich 21, an dem sich ein Kompressionsbereich 22 anschließt. Der Kompressionsbereich 22 verringert den Querschnitt des teilringförmigen Kanals 8 ungefähr um die Hälfte. An dem Kompressionsbereich 22 schließt sich ein Förderbereich 23 mit einem konstanten Querschnitt an, der unmittelbar vor dem Schweller 20 in einen Endbereich 24 mündet. Im Einlaßkanal 18 ist eine Strömungsleitschaufel 25 angeordnet, die einteilig mit dem Pumpengehäuse 1 ge­ fertigt ist. Der teilringförmige Kanal 9 der in den Aus­ laßkanal 19 mündenden Förderkammer 12 hat in Strömungs­ richtung gesehen eingangsseitig eine Querschnittserweite­ rung 26, welche sich über denselben Winkelbereich er­ streckt wie der Beruhigungsbereich 21 des anderen teil­ ringförmigen Kanals 8. An die Querschnittserweiterung 26 schließt sich ein Förderbereich 27 mit einem konstanten Querschnitt an.

Die Fig. 3 zeigt in einer Schnittdarstellung entlang der Linie III-III aus Fig. 1 den teilringförmigen Kanal 8, in den der Einlaßkanal 18 mündet. Der Einlaßkanal 18 ist in dieser Ansicht zur Hälfte von der Strömungsleit­ schaufel 25 verdeckt. Der Beruhigungsbereich 21 des teil­ ringförmigen Kanals 8 erstreckt sich ungefähr über einen Winkelbereich von 50°, an dem sich der Kompressionsbe­ reich 22 ungefähr über einen Winkelbereich von 70° an­ schließt. Am Ende des Kompressionsbereichs 22 wird das Pumpengehäuse 1 von einer Entlüftungsbohrung 28 durch­ drungen. Diese Entlüftungsbohrung 28 dient hauptsächlich zur Entlüftung der Förderpumpe beim erstmaligen Befüllen.

Die Fig. 4 zeigt den in den Auslaßkanal 19 mündenden teilringförmigen Kanal 9. Deutlich ist zu erkennen, daß die radial äußere Begrenzung des teilringförmigen Kanals 9 einen über den gesamten Winkelbereich konstanten Radius aufweist. Die Querschnittserweiterung 26 zu Beginn des teilringförmigen Kanals 9 wird von der radial inneren Be­ grenzung erzeugt.

Claims (10)

1. Förderpumpe mit einem angetriebenen, sich in einem Pumpengehäuse drehenden Laufrad, welches an zumindest ei­ ner seiner Stirnseiten einen Kranz Schaufelkammern be­ grenzender Leitschaufeln und mit zumindest einem im Be­ reich der Leitschaufeln in dem Pumpengehäuse angeordneten teilringförmigen Kanal, welcher mit den Schaufelkammern eine zum Fördern einer Flüssigkeit von einem Einlaßkanal bis zu einem Auslaßkanal vorgesehene Förderkammer bildet und einen Kompressionsbereich mit einem sich über einen begrenzten Winkelbereich verjüngenden Querschnitt auf­ weist, dadurch gekennzeichnet, daß der teilringförmige Kanal (8) zwischen dem Einlaßkanal (18) und dem Kompres­ sionsbereich (22) einen Beruhigungsbereich (21) mit einem konstanten Querschnitt aufweist.

2. Förderpumpe nach Anspruch 1, bei der beidseitig des Laufrades Förderkammern angeordnet sind, welche zum Über­ strömen der Flüssigkeit von der einen Förderkammer in die andere Förderkammer eine Verbindung aufweisen, wobei der Einlaßkanal in die eine Förderkammer und die andere För­ derkammer in den Auslaßkanal mündet, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der teilringförmige Kanal (9) der in den Auslaßkanal (19) mündenden Förderkammer (12) eine in Be­ wegungsrichtung der Leitschaufeln (6) gesehen kontinuier­ liche, sich im wesentlichen über den gleichen Winkelbe­ reich wie der Beruhigungsbereich (21) des teilringförmi­ gen Kanals (8) der anderen Förderkammer (11) erstreckende Querschnittserweiterung (26) aufweist.

3. Förderpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß sich der Beruhigungsbereich (21) über ei­ nen Winkelbereich von ungefähr 50° erstreckt.

4. Förderpumpe nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Kompres­ sionsbereich (22) über einen Winkelbereich von ungefähr 70° erstreckt.

5. Förderpumpe nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich des Einlaßkanals (18) eine Strömungsleitschaufel (25) ange­ ordnet ist, welche zur Einleitung der zu pumpenden Flüs­ sigkeit in tangentialer Richtung in den Beruhigungsbe­ reich (21) der Förderkammer (11) ausgebildet ist.

6. Förderpumpe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsleitschaufel (25) einteilig mit dem Pumpengehäuse (1) gefertigt und an der dem teilringförmi­ gen Kanal (8) abgewandten Seite des Einlaßkanals (18) angeordnet ist.

7. Förderpumpe nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Übergang des Einlaßkanals (18) in den Beruhigungsbereich (21) des teilringförmigen Kanals (8) auf der der Strömungsleit­ schaufel (25) gegenüberliegenden Seite gerundet ist.

8. Förderpumpe nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der teilringför­ mige Kanal (8) am Ende des Kompressionsbereichs (22) eine das Pumpengehäuse (1) durchdringende Entlüftungsbohrung (28) hat.

9. Förderpumpe nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnitts­ erweiterung (26) des zu dem Auslaßkanal (19) führenden teilringförmigen Kanals (9) durch eine Verbreiterung des teilringförmigen Kanals (9) erzeugt ist.

10. Förderpumpe nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnitts­ erweiterung (26) durch eine in Strömungsrichtung gesehen nach innen geführte, radial inneren Begrenzung des teil­ ringförmigen Kanals (9) bei einer gleichzeitigen kontinu­ ierlichen Vertiefung erzeugt ist.