DE19912314A1 - Förderpumpe - Google Patents

Abstract

Nach dem Seitenkanal- oder Peripheralprinzip arbeitende Förderpumpen sind aus dem Einsatz in Kraftstoff-Fördereinheiten von Kraftfahrzeugen bekannt. Diese Förderpumpen besitzen vielfach in einem Laufrad gegenüberliegende Kränze von Schaufelkammern, die durch Laufschaufeln begrenzt werden. Laufräder, deren Laufschaufeln gegenüberliegender Schaufelkammern V-förmig zueinander angeordnet sind, erreichen bereits gute Wirkungsgrade. Die neue Förderpumpe soll gegenüber diesen einen verbesserten Wirkungsgrad besitzen. DOLLAR A Die Laufschaufeln der Förderpumpe sind in einem Winkel in Bezug auf die Drehachse des Laufrades angeordnet, wobei sich dieser Winkel der Laufschaufeln vom radial inneren zum radial äußeren Bereich proportional zur radialen Erstreckung der Laufschaufel vergrößert. DOLLAR A Die Förderpumpe ist besonders für den Einsatz in einer Kraftstoff-Fördereinheit in einem Kraftfahrzeug geeignet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Förderpumpe mit einem angetriebenen, sich in einem Pumpengehäuse drehenden Laufrad, mit mindestens einem an einer Stirnseite des Laufrades angeordneten Kranz von Schaufelkammern, einem dem Kranz von Schaufelkammern gegenüberliegenden und in der Wandung des Pumpengehäuses angeordneten Förderkanal und mit die Schaufelkammern seitlich begrenzenden Laufschaufeln.

Derartige Förderpumpen sind als Peripheral- oder Seitenkanalpumpen bekannt und werden vielfach in Kraftstoffördereinheiten von Kraftfahrzeugen eingesetzt. Ein in dem Pumpengehäuse angeordneter Elektromotor treibt über eine Welle das in der Pumpenkammer befindliche Laufrad an. In der Wandung der Pumpenkammer ist ein den Schaufelkammern gegenüberliegender Förderkanal angeordnet. Durch die Ro­ tation des Laufrades wird durch eine in der Pumpenkammer angeordnete Ansaugöff­ nung Kraftstoff angesaugt und mittels der Schaufelkammern und dem Förderkanal bis zu einer Auslaßöffnung gefördert. Die zu fördernde Flüssigkeit tritt durch Zentrifu­ galkräfte bedingt im radial inneren Bereich der Schaufelkammern in diese ein und im radial äußeren Bereich der Schaufelkammern wieder aus. Da die Schaufelkammern und der Förderkanal zumindest annähernd geschlossen sind, bildet sich in der Flüs­ sigkeit eine Zirkulationsströmung aus.

Zur Verbesserung des Wirkungsgrades dieser Förderpumpen sind zahlreiche geo­ metrische Ausgestaltungen des Einlaßbereiches in die Pumpenkammer, des Förder­ kanals und des Laufrades bekannt. Bei der Ausbildung des Laufrades kommt der Gestaltung der Schaufelkammern und des Förderkanals, insbesondere des Quer­ schnitts große Bedeutung zu. Als besonders geeignet haben sich dabei Laufräder mit einander gegenüberliegenden Kränzen von Schaufelkammern erwiesen.

Zur Verbesserung der Zirkulationsströmung zwischen dem Förderkanal und den Schaufelkammern ist weiterhin bekannt, die Laufschaufeln gegenüberliegender Schaufelkammern zueinander V-förmig anzuordnen, so daß die Laufschaufeln in Umlaufrichtung nach vorn geöffnet sind. Diese Anordnung der Laufschaufeln ermög­ licht eine bessere Energieübertragung auf die Strömung. Gleichzeitig werden an der Rückseite der Laufschaufeln auftretende Verwirbelungen vermindert. Damit besitzen derartige Laufräder einen verbesserten Wirkungsgrad gegenüber Laufrädern, deren Laufschaufeln senkrecht zur Stirnseite angeordneten sind.

Des weiteren sind Laufräder von Förderpumpen bekannt, deren Laufschaufeln im radial äußeren Bereich sehr stark gegenüber dem radial inneren Bereich verdreht sind. Neben der aufwendigen Fertigung derartiger Laufräder, kann das Strömungs­ verhalten in den Schaufelkammern aufgrund des großen Winkelunterschieds zwi­ schen den inneren und den äußeren Schaufelbereichen negativ beeinflußt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Förderpumpe mit einem verbesser­ tem Strömungsverhalten zu schaffen. Dabei soll insbesondere das Laufrad der För­ derpumpe eine hohe Lebensdauer besitzen und kostengünstig herstellbar sein.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit dem Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Es wurde gefunden, daß für eine optimale Energieübertragung zwischen Laufrad und Flüssigkeit die Ausbildung der Laufschaufeln nicht unabhängig von den geometri­ schen Abmessungen des Laufrades betrachtet werden kann. Vielmehr ist neben dem Einströmwinkel und dem Ausströmwinkel der Flüssigkeit in und aus den Schaufel­ kammern auch die Strömung in der Schaufelkammer durch die Ausbildung der Lauf­ schaufeln vorzugeben, indem die radialen Abmessungen von Förderkanal und Schaufelkammer berücksichtigt werden. So wird eine Verbesserung des Wirkungs­ grades von Förderpumpen mit Laufrädern deren Laufschaufeln in einem Winkel zur Drehachse des Laufrades angeordnet sind, erreicht, indem sich der Winkel zwischen Laufschaufel und Drehachse vom radial inneren zum radial äußeren Bereich der Laufschaufel proportional zur radialen Erstreckung der Laufschaufel vergrößert. Die Winkeländerung der Laufschaufel ergibt sich nach der Formel

Dabei ist α(r) der Winkel zwischen der Laufschaufel in Bezug auf die Drehachse in einem Abstand r vom Mittelpunkt des Laufrades zu ei­ nem beliebigen Punkt auf der Laufschaufel. Der Winkel α(r_a) ist ein vorgegebener Winkel zwischen der Laufschaufel in Bezug auf die Drehachse bei einem Abstand r_a vom Mittelpunkt des Laufrades zu einem vorgegebenen Punkt auf der Laufschaufel.

Erfindungswesentlich ist, daß durch die Laufschaufeln die Strömungsverhältnisse in den Schaufelkammern denen im Förderkanal angepaßt wird, da diese Größenver­ hältnisse einen entscheidenden Einfluß auf die sich ausbildende Zirkulationsströ­ mung haben. Gewährleistet wird das durch die Proportionalität der Winkeländerung in Bezug auf die Abmessungen des Förderkanals und der Schaufelkammern, haupt­ sächlich deren radiale Ausdehnung.

Der Vorteil der Förderpumpe besteht darin, daß die Ausbildung der Laufschaufeln zu einer zusätzlichen Beschleunigung der Flüssigkeit in Umfangsrichtung führt und die Flüssigkeit in einem veränderten Winkel aus den Schaufelkammern austritt, wodurch eine Verbesserung des Wirkungsgrades erreicht wird. Die Proportionalität der Win­ keländerung gewährleistet dabei, daß im radial inneren Bereich des Förderkanals die Ausbildung eines zu großen Geschwindigkeitsvektor in tangentialer Richtung ver­ mieden wird. Dieser hätte eine zu starke Beschleunigung der Flüssigkeit in Umfangs­ richtung beim Eintritt in die Schaufelkammern zur Folge, die wiederum zu wirkungs­ gradvermindernden Rückströmungen in den Schaufelkammern führen würde.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die Lebensdauer des Laufrades erhöht wird. Die Ursache ist vor allem darin zu sehen, daß die Gestaltung der Laufschaufeln nicht mehr losgelöst von den vorgegebenen Geometrien und Strömungsverhältnissen er­ folgt. Des weiteren lassen sich derartige Laufräder kostengünstig mittels Spritzgie­ ßens herstellen.

Als vorgegebener Punkt für den Abstand r_a ist der radial innere Rand, die Mitte oder der radial äußere Rand der Laufschaufel (3) vorgegeben. Besonders vorteilhaft sind Laufräder, die in Bezug auf die Drehachse an ihrem radial äußeren Rand einen Win­ kel α(r_a) zwischen 30° und 40° aufweisen.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung mit an den beiden Stirnseiten des Lauf­ rades angeordneten Kränzen von Schaufelkammern sind gegenüberliegende Lauf­ schaufeln V-förmig zueinander angeordnet.

An einem Ausführungsbeispiel wird die Erfindung näher erläutert. Dabei zeigen Fig. 1 eine isometrische Darstellung eines Laufrades einer Peripheralradpum­ pe,

Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie II-II des Laufrades aus Fig. 1 und

Fig. 3 die Winkeländerung einer Laufschaufel über die Höhe der Schaufel­ kammer.

Das in Fig. 1 dargestellte Laufrad 1 ist ein Peripheralrad einer Kraftstoffpumpe. Im äußeren Bereich des Laufrades 1 sind zu beiden Seiten über den Umfang verteilt Schaufelkammern 2 angeordnet. Die einzelnen Schaufelkammern 2 werden von Laufschaufeln 3 begrenzt. Einander gegenüberliegende Schaufelkammern 2 sind durch einen Steg 4 voneinander getrennt. Eine Ausnehmung 5 dient der Aufnahme einer nicht dargestellten Welle eines Elektromotors zum Antrieb des Laufrades 1. Die Radien r₁, r₂, r₃ geben den Abstand der Laufschaufeln 3', 3", 3''' von der Drehachse 6 des Laufrades 1 bis zum Schnitt II-II an.

Fig. 2 zeigt schematisch das Laufrad 1 aus Fig. 1 entlang eines Schnittes II-II in einer Draufsicht, wobei in dieser Ansicht nur die Laufschaufeln 3', 3", 3''' dargestellt sind. Die Laufschaufeln 3', 3", 3''' werden in einem Abstand r₁, r₂, r₃ von der Dreh­ achse 6 geschnitten. Die Abstände r₁ und r₃ sind gleich, so daß die Laufschaufeln 3', 3''' in der Schnittebene den gleichen Abstand s von der Drehachse 6 besitzen. Die Laufschaufeln 3', 3", 3''' sind V-förmig zu den auf der anderen Seite des Laufrades 1 gegenüberliegenden Laufschaufeln angeordnet. Der Winkel der Laufschaufeln 3', 3", 3''' bezüglich der Drehachse 6 verhält sich nach der Beziehung

Dementsprechend besitzt die Laufschaufel 3' an der Stelle des Radius r₁ einen Winkel α₁, der aufgrund der Symmetrie zur Laufschaufel 3''' gleich dem Winkel α₃ ist. Die Laufschaufel 3" besitzt an der Stelle r₂ den Winkel α₂. Der Winkel α₂ ist kleiner als die beiden Winkel α, und α₃.

In Fig. 3 ist der Winkelverlauf α einer Laufschaufel 3 dargestellt. Auf der Abszisse ist der Radius r über die radiale Erstreckung der Schaufelkammer 2 aufgetragen. Der radial innere Rand der Laufschaufel 3 beginnt bei einem Radius von 12 mm, während sich der äußere Rand der Laufschaufel 3 bis auf 15 mm erstreckt. Bei einem an der Stelle r_a von 15 mm vorgegebenen Winkel α(r_a) = 38° ergibt sich für den Winkelver­ lauf der Laufschaufel 3 eine Kurve. An ihrem radial inneren Rand besitzt die Lauf­ schaufel 3 einen Winkel von 32°.

Claims (6)

1. Förderpumpe mit einem angetriebenen, sich in einem Pumpengehäuse drehen­ den Laufrad, mit mindestens einem an einer Stirnseite des Laufrades angeord­ neten Kranz von Schaufelkammern, einem dem Kranz von Schaufelkammern ge­ genüberliegenden und in der Wandung des Pumpengehäuses angeordneten Förderkanal und mit die Schaufelkammern seitlich begrenzenden Laufschaufeln, die in Bezug auf die Drehachse des Laufrades in einem Winkel α angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Laufschaufeln (3) über die Höhe der Schaufelkammern (2) in einem Winkel α(r) entsprechend der Formel
angeordnet sind, wobei r ein beliebiger Abstand zwi­ schen dem Mittelpunkt des Laufrades (1) und einem Punkt auf der Laufschaufel (3), r_a der Abstand zwischen dem Mittelpunkt des Laufrades (1) und einem vorge­ gebenen Punkt auf der Laufschaufel und α(r_a) ein vorgegebener Winkel ist.

2. Förderpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand r_a der Radius vom Mittelpunkt des Laufrades (1) bis zum radial inneren Rand, der Mitte oder zum radial äußeren Rand der Laufschaufel (3) ist.

3. Förderpumpe nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel α(r_a) am radial äußeren Rand der Laufschaufel (3) zwischen 30° und 40° beträgt.

4. Förderpumpe nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Laufschaufeln (3) des Laufrades (1) derart angeordnet sind, daß die an den Stirn­ seiten des Laufrades (1) angeordneten Enden der Laufschaufeln (3) in Umlauf­ richtung ausgerichtet sind.

5. Förderpumpe nach zumindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Laufrad (1) zwei an den Stirnseiten gegenüberliegende Kränze von Schaufelkammern (2) aufweist, deren Laufschaufeln (3) zueinander V-förmig ausgerichtet sind.

6. Förderpumpe nach zumindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß ein gegenüberliegende Schaufelkammern (2) trennender Steg (4) Durchbrüche zum Überströmen der zu fördernden Flüssigkeit von einer Seite des Laufrades (1) zur gegenüberliegenden Seite besitzt.