DE19918393B4

DE19918393B4 - Hydraulische Fördereinrichtung

Info

Publication number: DE19918393B4
Application number: DE19918393A
Authority: DE
Inventors: Kai Schenck; Dieter Otto
Original assignee: Ixetic Hueckeswagen GmbH
Current assignee: Magna Powertrain Hueckeswagen GmbH
Priority date: 1998-05-04
Filing date: 1999-04-22
Publication date: 2013-12-05
Anticipated expiration: 2019-04-23
Also published as: FR2778211A1; GB9910284D0; DE19918393A1; FR2778211B1; US6168401B1; IT1312285B1; JP4388621B2; GB2339597A; GB2339597B; ITMI990942A1; JP2000027722A

Abstract

Hydraulische Fördereinrichtung zur Förderung eines Fluids, insbesondere eines Dieselkraftstoffs für eine Brennkraftmaschine in Kraftfahrzeugen, mit einer Förderkammer, in der eine durch Rotation Pumpräume mit sich ändernden Volumina erzeugende Verdrängereinheit angeordnet ist, und einem Drucksammelraum, der über mindestens einen unteren Druckkanal und mindestens einen oberen Druckkanal mit der Förderkammer in Wirkverbindung steht, dadurch gekennzeichnet, dass der Drucksammelraum (68) wenigstens eine Querschnittserweiterung (76) und wenigstens eine Querschnittsverengung (82) aufweist, wobei die Querschnittserweiterung (76) – in Förderrichtung des Fluids gesehen – einer Mündung (78) des unteren Druckkanals (66) in den Drucksammelraum (68) nachgeordnet ist, und wobei die Querschnittsverengung (82) – in Förderrichtung des Fluids gesehen – einer Mündung (84) des oberen Druckkanales (66) in den Drucksammelraum (68) nachgeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine hydraulische Fördereinrichtung, insbesondere zur Förderung von Dieselkraftstoff für eine Brennkraftmaschine in Kraftfahrzeugen, mit einem, wenigstens eine Förderkammer aufweisenden Gehäuse sowie einer in der Förderkammer angeordneten Verdrängereinheit, wobei durch Rotation der Verdrängereinheit Pumpräume mit sich ändernden Volumina erzeugt werden, über die ein Fluid von einem Sauganschluß der Fördereinrichtung zu einem Druckanschluss der Fördereinrichtung gefördert wird.
Hydraulische Fördereinrichtungen der gattungsgemäßen Art sind bekannt ( GB 2 227 057 A , GB 1 074 371 A , GB 2 002 454 A , DE 44 36 968 A1 , US 5 472 319 A , DD 112 160 A1 ). Diese werden beispielsweise als Kraftstoffförderpumpen in Kraftfahrzeugen eingesetzt, um den Inhalt eines Tanks anzusaugen und zu einer Einspritzanlage der Brennkraftmaschine zu fördern. Die hydraulischen Fördereinrichtungen sind beispielsweise als Sperrflügelpumpen, Zahnradpumpen, Flügelzellenpumpen ausgebildet. Die hydraulischen Fördereinrichtungen müssen sicherstellen, dass kontinuierlich Kraftstoff aus dem Tank gefördert und unter Druckerhöhung von beispielsweise mehreren bar einer Hochdruckpumpe der Einspritzanlage zur Verfügung gestellt wird. Dies muss unter allen Betriebsbedingungen des Kraftfahrzeugs sichergestellt werden. Insbesondere wenn ein in dem Tank sich befindender Kraftstoffvorrat ausgeht, ein sogenanntes Leerfahren des Tanks, wird durch die Fördereinrichtung Luft angesaugt. Dieses Ansaugen von Luft erfolgt so lange, bis in Zufuhrleitungen zur Brennkraftmaschine sich noch befindlicher Kraftstoff aufgebraucht ist, und die Brennkraftmaschine infolge Kraftstoffmangels ausgeht. Durch den hierbei durch die Fördereinrichtung geförderten Luftstrom wird die Fördereinrichtung quasi ausgetrocknet, so dass infolge eines, für den Betrieb der Fördereinrichtung notwendigen minimalen Spiels zwischen beweglichen und festen Teilen der Fördereinrichtung, eine durch den Kraftstoff vorgenommene Abdichtung des Spiels verlorengeht. Insbesondere bei einem Wiederauffüllen des Tanks mit Kraftstoff und neuem Ansaugen über die Fördereinrichtung besteht das Problem, dass durch die Undichtigkeiten innerhalb der Fördereinrichtung ein Druckaufbau zumindest erschwert, wenn nicht sogar unmöglich wird. Insbesondere ist eine schnelle und sichere Versorgung der Brennkraftmaschine mit Kraftstoff nur nach einer relativ langen Hochlaufphase möglich.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine hydraulische Fördereinrichtung der gattungsgemäßen Art zu schaffen, bei der in einfacher Weise ein sicheres und schnelles Hochlaufen, insbesondere auch mit niedrigen Antriebsdrehzahlen, in jeder Betriebssituation möglich ist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine hydraulische Fördereinrichtung mit den im Anspruch 1 genannten Merkmalen gelöst. Dadurch, dass die Fördereinrichtung Mittel umfasst, die bei Unterbrechung einer Fluidzufuhr über den Sauganschluß eine Menge des zu fördernden Fluids in der Förderkammer zurückhalten, ist in vorteilhafter Weise möglich, selbst bei ausgehendem Vorrat eines zu fördernden Fluids, ein Trockenlaufen der hydraulischen Fördereinrichtung zu verhindern. Das in der Fördereinrichtung, insbesondere in einer Förderkammer der Fördereinrichtung verbleibende Fluid verhindert eine Unterbrechung der Dichtwirkung zwischen bewegten und festen Teilen der Fördereinrichtung, so dass jederzeit ein dichtender Fluidfilm in zwischen diesen vorhandenen, konstruktionsbedingten Spalten verbleibt. Bei der Fördereinrichtung ist außerdem vorgesehen, dass der Drucksammelraum wenigstens eine Querschnittserweiterung und/oder wenigstens eine Querschnittsverengung aufweist. Über diese Querschnittserweiterung beziehungsweise Querschnittsverengung kann eine Verwirbelung des Fluides in dem Drucksammelraum bewirkt werden, die zu einer Verlangsamung der Strömungsgeschwindigkeit führt. Hierdurch wird erreicht, dass bei einem, einer Unterbrechung einer Fluidzufuhr nachfolgenden Abschalten der Fördereinrichtung das in dem Drucksammelraum sich befindende Fluid nicht vollständig über den Druckauslass abgepumpt wird. Diese in dem Drucksammelraum zurückbleibende Menge des Fluids steht dann für das Auffüllen der Förderkammer zur Verfügung. Schließlich ist vorgesehen, dass die Querschnittsverengung – in Förderrichtung des Fluids – einer Mündung eines oberen Druckkanals nachgeordnet ist.
In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass ein Drucksammelraum in Einbaulage der Sperrflügelpumpe im Wesentlichen oberhalb der Förderkammer angeordnet ist. Hierdurch wird vorteilhaft erreicht, dass bei Unterbrechung einer Fluidzufuhr in dem Drucksammelraum verbleibendes Fluid infolge der Schwerkraft in die Förderkammer zurücklaufen kann. Dort sammelt sich das Fluid, so dass die Förderkammer unter einem Restfluidniveau innerhalb der Fördereinrichtung liegt. Bei Wiederanlauf der Fördereinrichtung steht somit gleich ein Fluid zur Verfügung, das einen Dichtfilm zwischen bewegten und feststehenden Teilen der Fördereinrichtung ausbilden kann.
Insbesondere, wenn die die Förderkammer mit dem Drucksammelraum verbindenden Druckkanäle unter einem Winkel verlaufen, der zu einer durch eine Drehachse verlaufenden Horizontalen ansteigt, wird ein gutes Zurückführen des Restfluides in die Förderkammer unterstützt.
In weiterer bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass bei Sperrflügelpumpen Druckauslässe der Förderkammer über wenigstens eine Fluidverbindung mit Federräumen verbunden sind, über die eine Beaufschlagung von Flügeln mit einer radial wirkenden Kraft durch in Federräumen angeordneten Federelementen erfolgt. Hierdurch wird vorteilhaft erreicht, dass das in der Förderkammer sich sammelnde Restfluid nach Wiederanlauf der Fördereinrichtung unmittelbar in die Federräume gelangen kann, und so zu einer Abdichtung eines Spiels (Spalten) von den radial beweglichen zu feststehenden Teilen der Verdrängereinheit, sofort erfolgen kann. Hierdurch wird verhindert, dass über eventuelle Undichtigkeiten bei diesem Spiel ein Druckaufbau der Fördereinrichtung verzögert wird.
Ferner ist bevorzugt, wenn innerhalb des Drucksammelraumes wenigstens eine Wandung vorgesehen ist, die wenigstens eine Durchgangsöffnung für das Fluid aufweist. Hierdurch wird erreicht, dass vor der Wandung ein Stau auftritt, der insbesondere bei plötzlichem Ausbleiben eines zu fördernden Fluids dazu führt, dass dann anstelle des Fluids geförderte Luft die in dem Drucksammelraum verbleibende Restfluidmenge mitreißen kann. Diese staut sich vorteilhaft an der wenigstens einen Wandung und steht für das Zurücklaufen der Restfluidmenge in die Förderkammer zu Verfügung.
Ferner ist bevorzugt, wenn der Drucksammelraum durch einen Freiraum eines Gehäuseabschnitts eines Gehäuses der Fördereinrichtung gebildet wird. Hierdurch besteht, insbesondere wenn das Gehäuse aus einem Druckguss hergestellt wird, die Möglichkeit, auch unregelmäßige Konturenschnitte des Drucksammelraumes, beispielsweise die Querschnittserweiterungen, Querschnittsverengungen, Wandungen, Druckkanäle und so weiter in einfacher Weise mittels bekannter und sicher beherrschbarer Verfahren zu erzielen.
Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen. Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine teilweise aufgeschnittene Ansicht einer Sperrflügelpumpe;
2 eine Draufsicht auf die Sperrflügelpumpe gemäß der Linie A-A gemäß 1 bei abgenommenem Deckel und
3 eine teilweise aufgeschnittene Ansicht einer Sperrflügelpumpe nach einem weiteren Ausführungsbeispiel.
1 zeigt eine Sperrflügelpumpe 10. Die Sperrflügelpumpe 10 ist in ihrer tatsächlichen Einbaulage während ihres bestimmungsgemäßen Einsatzes gezeigt, das heißt, die in der Darstellung oben gezeigten Abschnitte sind auch tatsächlich oben angeordnet. Sperrflügelpumpen werden beispielsweise als Kraftstoffpumpen in Kraftfahrzeugen eingesetzt. Mittels diesen wird aus einem Tank Kraftstoff zu einer Einspritzanlage einer Brennkraftmaschine gepumpt, wobei der Kraftstoff unter Druckerhöhung, beispielsweise von mehreren bar, zur Verfügung gestellt wird.
Die Sperrflügelpumpe 10 besitzt ein Gehäuse 12, das teilweise aufgeschnitten dargestellt ist. Innerhalb des Gehäuses 12 ist eine, anhand von 2 noch näher erläuterte Verdrängereinheit 14 angeordnet. Mittels der Verdrängereinheit 14 wird ein, an einem nicht dargestellten Sauganschluss, über eine nicht dargestellte Verbindungsleitung ansaugbares Fluid unter Druckerhöhung zu einem Druckanschluss 18 gefördert. Der Druckanschluss 18 ist mit einer Bohrung zum Zylinderkopf zum Wegführen des unter Druck stehenden, zu pumpenden Kraftstoffs verbunden.
Die Verdrängereinheit 14 ist in einem topfförmigen Gehäuseabschnitt 20 des Gehäuses 12 angeordnet. Der Gehäuseabschnitt 20 wird von einer umlaufenden Gehäusewandung 22 gebildet, die einen Freiraum 24 umschließt. Innerhalb des Freiraums 24 ist ein Podest 26 angeordnet, an dessen Stirnflache 28 die Verdrängereinheit 14 anliegt. Der Freiraum 24 ist durch einen Deckel 30 verschlossen, der über hier angedeutete Befestigungselemente 32, beispielsweise Schraubverbindungen, Spannfederverbindungen oder dergleichen, fest mit dem Gehäuseabschnitt 20 verbunden ist. Eine Fuge zwischen dem Deckel 30 und dem Gehäuseabschnitt 20 ist mittels einer Dichtungseinrichtung 34, beispielsweise einem in einer Nut eingelegten O-Ring aus einem elastischen Material abgedichtet. Zwischen dem Deckel 30 und der Verdrängereinheit 14 ist eine Druckplatte 36 angeordnet, deren der Verdrängereinrichtung 14 zugewandte Stirnflache 38 parallel zur Stirnflache 28 des Podestes 26 verläuft. Die Druckplatte 36 wird mittels Schrauben und/oder Federn auf die Verdrängereinheit 14 gepresst. Die Federn könnten zum Beispiel als Tellerfedern ausgeführt sein, die sich am Deckel 30 abstützen. Zusätzlich wird die Druckplatte hydraulisch auf die Verdrängereinheit 14 gepresst.
2 zeigt eine Draufsicht auf die Sperrflügelpumpe 10, entsprechend der in 1 eingetragenen Linie A-A, bei abgenommenem Deckel 30. Gleiche Teile wie in 1 sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.
In 2 ist die in dem Freiraum 24 angeordnete Verdrängereinheit 14 gezeigt, wobei durch die Druckplatte 36 verdeckte Teile der Verdrängereinheit 14 gestrichelt dargestellt sind. Die Verdrängereinheit 14 umfasst eine Mittelplatte 40, die plan zwischen dem Podest 26 und der Druckplatte 36 liegt. Die Mittelplatte 40 besitzt eine zylindrische Öffnung 42, die eine Förderkammer 44 der Sperrflügelpumpe 10 bildet. Innerhalb der Förderkammer 44 ist ein Rotor 48 angeordnet, der im Querschnitt betrachtet die Form einer mehrhubigen Nockenwelle hat. Ein Außenumfang des Rotors 48 wird durch drei sogenannte Großkreise bestimmt, die über durchmesserkleinere Abschnitte ineinander übergehen. Ein Durchmesser des Rotors im Bereich der Großkreise entspricht im Wesentlichen einem Innendurchmesser der Öffnung 42, so dass der Rotor 48 mit seinen Nocken 50 (im Bereich der Großkreise) dichtend an der Innenwandung der Öffnung 42 anliegt. Der Rotor 48 ist auf einer Drehachse 52 gelagert, über die der Rotor in Rotation versetzbar ist. Ein Antrieb der Drehachse 52 erfolgt beispielsweise über einen motorischen Antrieb. Durch die Ausbildung der Nocken 50 des Rotors kommt es zur Ausbildung von zwischen jeweils benachbarten Nocken 50 liegenden Pumpräumen 54.
Innerhalb der Mittelplatte 40 sind diametral gegenüberliegend zwei radial zur Drehachse 52 verlaufende Schlitze 56 angeordnet, in denen Flügel 58 radial verschieblich gelagert sind. Die Flügel 58 sind innerhalb der Schlitze 56 spielarmgeführt, das heißt, eine Breite der Schlitze 56 entspricht in etwa der Dicke der Flügel 58, und eine Tiefe der Schlitze 56 (in 2 in die Papierebene hinein betrachtet) entspricht einer Tiefe der Flügel 58. Die Flügel 58 liegen mit ihren radialen Schmalkanten einerseits an der Stirnflache 28 des Podestes 26 und andererseits an der Stirnflache 38 der Druckplatte 36 an. Die Schlitze 56 münden in einen Federraum 60, der im Wesentlichen ebenfalls radial zur Drehachse 52 ausgerichtet ist. Innerhalb der Federräume 60 ist jeweils ein, in 2 nicht dargestelltes, Federelement 62 angeordnet, das sich einerseits am Grund des Federraums 60 und andererseits am Flügel 58 abstützt. Hierdurch werden die Flügel 58 durch die Kraft der Federelemente gegen die Umfangswandung des Rotors 48 gedrückt. Entsprechend der Rotation des Rotors 48 erfahren die Flügel 58 eine radiale Ein- beziehungsweise eine radiale Auswärtsbewegung. In Drehrichtung vor den Nocken 50 liegenden Bereichen werden die Flügel radial auswärts und in Drehrichtung nach den Nocken 50 liegenden Bereichen des Rotors 48 radial einwärts – durch die Federkraft der Federelemente – gedrückt. Hierdurch kommt es in an sich bekannter Weise zur Ausbildung von Pumpräumen 54 mit sich ändernden Volumina. Die Pumpräume werden durch die Flügel 58, die Innenwandung der Öffnung 42 sowie die Außenkontur des Rotors 48 begrenzt. Durch Rotation des Rotors 48, beispielsweise entgegengesetzt der Uhrzeigerrichtung, werden die Volumina der Pumpräume 54 vor den Flügeln 58 verkleinert und die Volumina der Pumpräume 54 nach den Flügeln 58 vergrößert. Im Bereich der sich vergrößernden Volumina münden in die Förderkammer 46 in 2 nicht eingezeichnete Kanäle, die mit dem Sauganschluss 16 der Sperrflügelpumpe 10 verbunden sind. Entsprechend der Vergrößerung der Volumina der Pumpräume 54 wird somit ein Fluid angesaugt.
Bei Verkleinerung der Volumina der Pumpräume 54 vor den Flügeln 58 wird das zuvor angesaugte Fluid in den Pumpräumen 54 verdichtet und durch Druckauslässe 64 unter Druckerhöhung ausgepresst. Die Druckauslässe 64 stehen über Druckkanäle 66 mit einem Drucksammelraum 68 in Verbindung. Entsprechend der Anzahl der Druckauslässe 64 sind eine entsprechende Anzahl von Druckkanälen 66 vorgesehen, die alle gemeinsam in den Drucksammelraum 68 münden. Im gezeigten Beispiel besitzt die Sperrflügelpumpe 10 zwei Flügel 58 mit jeweils zugeordneten Druckauslässen 64. Nach weiteren Ausführungsbeispielen kann die Anzahl der Flügel und somit die Anzahl der Druckauslässe kleiner oder auch größer als zwei sein.
Der Drucksammelraum 68 wird von dem Freiraum 24 gebildet, der zwischen dem Podest 26 und der Gehäusewandung 22 des Gehäuseabschnittes 20 verbleibt (1). Der Drucksammelraum 68 ist über einen Druckkanal 70 mit dem Druckanschluss 18 der Sperrflügelpumpe 10 verbunden.
Die Federräume 60 oder nur der obere Federraum 60 sind über Kanäle 72 mit den Druckauslässen 64 verbunden. Die Kanäle 72 werden beispielsweise von in die Mittelplatte 40 eingebrachten Bohrungen gebildet. Über diese Kanäle 72 kann eine rückwärtige Beaufschlagung der Flügel 58 mit Förderdruck erfolgen, so dass die Flügel 58 in jeder Betriebssituation dichtend am Rotor 48 anliegen. Somit wird ein geringfügiges Abheben der Flügel 58 von der Kontur des Rotors 48 infolge einer radialen Auswärtsbeschleunigung vermieden. Der über die Kanäle 72 in den Federräumen 60 aufgebaute Druck unterstützt somit die Kraft der Federelemente zum Andrücken der Flügel 58 an den Rotor 48.
Anstelle der Kanäle 72 kann eine Verbindung zwischen den Druckauslässen 64 und den Federräumen 60 auch mittels in den Flügeln 58 vorgesehenen radialen Nuten erfolgen.
Die die Druckauslässe 64 mit dem Drucksammelraum 68 verbindenden Druckkanäle 66 verlaufen unter einem Winkel α zu einer durch die Drehachse 52 gedacht verlaufenden Horizontalen 74. Entsprechend der dargestellten Einbaulage der Sperrflügelpumpe 10 steigen somit die Druckkanäle 66 beginnend vom Druckauslass 64 an. Die Druckkanäle 66 verlaufen hierbei durch das Gehäuse und die Druckplatte. Der Verlauf der Druckkanäle 66 kann hierbei beispielsweise geradlinig sein, wie dies bei dem unten dargestellten Druckkanal 66 gemäß 2 der Fall ist, oder diese können einen bogenförmigen Verlauf, wie dies bei dem oben dargestellten Druckkanal 66 der Fall ist, besitzen.
Der Drucksammelraum 68 besitzt – in seiner Längserstreckung in Richtung des Druckanschlusses 18 betrachtet – wenigstens eine Querschnittserweiterung 76. Dies bedeutet, die freie Querschnittsfläche und somit freie Durchtrittsfläche für ein gefördertes Fluid wird relativ schlagartig vergrößert. Die Querschnittserweiterung 76 liegt in einem Bereich des Drucksammelraums 68, der einer Mündung 78 des ersten Druckkanals 66 in den Drucksammelraum 68 nachfolgend, in Strömungsrichtung des geförderten Fluids, angeordnet ist. Durch die Querschnittserweiterung 76 erfolgt eine sprunghafte Erweiterung des zur Verfügung stehenden Strömungsquerschnittes, so dass es zu Verwirbelungen des geförderten Fluids in einem der Querschnittserweiterung 76 folgenden Bereich 80 des Drucksammelraums 68 kommt. Ein Verhältnis der Querschnittserweiterung 76 des Drucksammelraums 68 beträgt beispielsweise 1:3, das heißt, im Bereich 80 des Drucksammelraums 68 steht die dreifache freie Durchtrittsfläche für das Fluid zur Verfügung als vor der Querschnittserweiterung 76. Dieses Verhältnis kann bei unterschiedlichen Pumpentypen beziehungsweise unterschiedlichem Aufbau der Pumpen variiert werden. Beispielsweise kann das Verhältnis auch 1:2, 1:4, 1:5 und so weiter oder Zwischenwerte annehmen.
Der Drucksammelraum 68 weist ferner wenigstens eine Querschnittsverengung 82 auf. Bei der Querschnittsverengung 82 erfolgt eine Verkleinerung des freien Querschnitts des Drucksammelraums 68, beispielsweise in einem Faktor 3:1 oder anderen, analogen zur Querschnittserweiterung 76 genannten Werten. In Förderrichtung des zu pumpenden Fluids liegt die Querschnittsverengung 82 hinter einer Mündung 84 des oberen Druckkanals 66.
Innerhalb des Bereiches 80 des Drucksammelraums 68 ist wenigstens eine, den Bereich 80 in Kammern teilende Wandung 86 vorgesehen, durch die wenigstens eine Durchgangsöffnung 88 führt. Die Wandung 86 kann auch mehrere, beispielsweise siebartig angeordnete Durchgangsöffnungen 88 aufweisen. Anstelle der die Durchgangsöffnungen 88 aufweisenden Wandung 86 oder zusätzlich dazu kann innerhalb des Bereiches 80, vorzugsweise der Mündung 84 nachgeordnet, ein Sieb 89 angeordnet sein.
Von der Gehäusewandung 22 entspringt eine Gehäusezunge 90, die zur Ausbildung des Druckkanals 70 führt. Die Gehäusezunge 90 schließt unmittelbar an die Mittelplatte und die Druckplatte 36 an und kann zusätzlich als Montagehilfe für die Verdrängereinheit 14 dienen. Durch Ausbildung der Gehäusezunge 90 wird für den Drucksammelraum 68 ein Überlauf 92 ausgebildet, der in Einbaulage der Sperrflügelpumpe 10 möglichst weit oben angeordnet ist. Die Dichtungseinrichtung 34, über die der Deckel 30 druckdicht mit dem Gehäuseabschnitt 20 verbunden ist, erstreckt sich in den Bereich der Gehäusezunge 90 hinein.
Die Federräume 60 besitzen an ihren zur Drehachse 32 radial äußeren Enden jeweils eine Öffnung 92', die über nicht gezeigte Verbindungen mit dem Drucksammelraum 24 in Verbindung stehen. Darüber hinaus besitzt zumindest der untere Federraum 60 an seinem radial inneren Ende beiderseits des Flügels 58 angeordnete Öffnungen 94, die ebenfalls über nicht dargestellte Verbindungen mit dem Drucksammelraum 24 in Verbindung stehen. Derartige Öffnungen 94 können zusätzlich auch an dem oberen Federraum 60 vorgesehen sein. Anstelle der Öffnungen 94 können die Federräume 60 in den an sich winklig ausgeführten Eckbereichen auch einen runden Übergang von den Federräumen 60 in die Schlitze 56 aufweisen (stetiger Übergang).
Die in 1 und 2 gezeigte Sperrflügelpumpe 10 zeigt folgende Funktion:
Über ein nicht dargestelltes Antriebsmittel wird der Rotor 48 in Rotation versetzt, so dass das bereits erläuterte Pumpverhalten der Sperrflügelpumpe 10 entsteht. Hierbei wird ein Fluid, beispielsweise Dieselkraftstoff, von dem Sauganschluss 16 unter Druckerhöhung zu dem Druckanschluss 18 gefördert. Der Kraftstoff wird hierbei über die Druckkanäle 66 in den Drucksammelraum 68 gedrückt, der über den Druckkanal 70 mit dem Druckauslass 18 in Verbindung steht. Das aus dem unteren Druckkanal 66 austretende Fluid muss die Querschnittserweiterung 76 passieren. Hierdurch erfolgt eine Verwirbelung des Fluids innerhalb des Bereiches 80. Infolge der schlagartigen Querschnittserweiterung wird eine Strömungsgeschwindigkeit des Fluids stark reduziert, so dass innerhalb des Bereiches 80 eine strömungsarme Zone für das Fluid entsteht. Dieses Fluid passiert die in der Wandung 86 vorgesehenen Durchgangsöffnungen 88 und wird dort mit dem aus dem oberen Druckauslass 66 austretenden Fluid vermischt. Das der Mündung 84 des oberen Druckauslasses 66 nachgeordnete Sieb 89 führt ebenfalls zu einer Verwirbelung des Fluides, das heißt, innerhalb des geförderten Fluids sind Fluidmengen vorhanden, deren Bewegungsrichtungsvektor während des Betriebes der Sperrflügelpumpe 10 nicht in Richtung des Druckanschlusses 18 gerichtet sind.
Durch diese Maßnahmen, nämlich die Querschnittserweiterung 76, die Wandung 86 mit den Durchgangsöffnungen 88, dem Sieb 89 sowie der Querschnittsverengung 82, wird erreicht, dass bei Unterbrechung einer Fluidzufuhr über den Sauganschluss 16, beispielsweise bei sogenanntem Leerfahren des Tanks eines Kraftfahrzeuges, eine Restmenge an Fluid in der Sperrflügelpumpe 10 verbleibt. Innerhalb des Bereiches 80 wird dem durch die Querschnittserweiterung 76 verwirbelten Fluid durch die nachfolgende Wandung 86 ein Strömungswiderstand entgegengesetzt, der verhindert, dass ein vollständiges Absaugen des Fluids aus dem Drucksammelraum 68 erfolgen kann. Dieser gleiche Effekt tritt durch die Verwirbelung des Fluids in dem der Wandung 86 nachgeordneten Bereich 81 des Drucksammelraumes 68 ein. Die Teilmengen des Fluids, deren Bewegungsrichtungsvektor gerade nicht in Richtung des Druckauslasses 18 gerichtet sind, werden bei abfallendem Druck nicht in Richtung des Druckauslasses 18 weiter gefördert, sondern verbleiben in dem Bereich 81 des Drucksammelraumes.
Durch die Ausbildung der Gehäusezunge 90 wird der Überlauf 92 des Drucksammelraumes 68 in den Druckkanal 70 maximal nach oben – in Einbaulage der Sperrflügelpumpe 10 betrachtet – verlagert. Hierdurch wird ebenfalls bei Abschalten der Sperrflügelpumpe 10 verhindert, dass in dem Drucksammelraum 68 sich zum Abschaltzeitpunkt befindliches Fluid infolge einer Schwerkraft über den Druckkanal 70 in Richtung des Druckanschlusses 18 ablaufen kann.
Das in dem Druckraum 68 verbleibende Fluid kann über die unter dem Winkel α angeordneten Druckkanäle 66 infolge der Schwerkraft in Richtung der Druckauslässe 64 der Förderkammer 46 zurückfließen. Somit wird bei Stillstand des Rotors 48 ein Reservoir der Restflüssigkeit in den Pumpenräumen 54 gesammelt, die im Bereich der Druckauslässe 64 sich gerade befinden. Hierdurch wird erreicht, dass bei Wiederinbetriebnahme der Sperrflügelpumpe 10 über die die Druckauslässe 64 mit den Federräumen 60 verbindenden Kanäle 72 und/oder in den Flügeln 58 angeordneten Nuten der in der Förderkammer 76 verbliebene Fluidrest sofort in die Federkammern 60 gefördert wird. Durch die in den Federräumen 60 vorgesehenen Öffnungen 92 und 94 kann eine Entlüftung der Federräume 60 erfolgen, so dass bei eindringendem Fluid durch die Kanäle 72 durch ein sich verringerndes Luftvolumen innerhalb der Federräume 60 kein Widerstand dem Füllen der Federräume 60 mit dem Restfluid entgegengesetzt wird. Durch das, nach Anlaufen der Sperrflügelpumpe 10 sofortige Einbringen des Restfluides in Federräume 60 wird insbesondere erreicht, dass zwischen den Flügeln 58 und den Schlitzen 56 sowie den zwischen den radialen Schmalkanten der Flügel 58 und den Stirnflächen 28 beziehungsweise 38 vorhandene Spalte sofort mit dem Fluid gefüllt werden. Hierdurch erfolgt eine Abdichtung dieser Spalte durch einen vollständigen Fluidfilm. Dieser sofort aufgebaute Fluidfilm sorgt dafür, dass bei Anfahren der Sperrflügelpumpe 10 sofort ein Druckaufbau möglich ist, da keine Verbindung über die Spalten zwischen den bewegten und feststehenden Teilen der Verdrängereinheit 14 und somit zwischen dem Sauganschluss 16 und dem Druckanschluss 18 besteht, die einen Druckabfall zur Folge hat, der verhindert, dass die Sperrflügelpumpe 10 unmittelbar hochlaufen kann. Die Förderung eines Fluids setzt sofort ein.
Das Zurückhalten von Restfluid in der Sperrflügelpumpe 10 wird auch erreicht, wenn diese, beispielsweise aus einem leeren Tank, nur noch Luft fördert. Diese Luft wird über den Sauganschluss 16 angesaugt und über den Druckanschluss 18 weitergeführt, so dass praktisch ein Durchblasen der Sperrflügelpumpe 10 erfolgt. Die innerhalb der Bereiche 80 des Drucksammelraumes 68 angeordnete Wandung 86, mit der wenigstens einen Durchlassöffnung 88 erlaubt jedoch, dass die geförderte Luft durch die Durchlassöffnungen 88 hindurchtritt, jedoch eine verbliebene Restflüssigkeit durch die geschlossenen Bereiche der Wandung 86 zurückgehalten wird. Diese gleiche Funktion wird durch das Sieb 89 erreicht. Somit wird ein Trockenlaufen der Sperrflügelpumpe 10 vermieden.
Dadurch, dass der größte Teil des Drucksammelraumes 68 oberhalb der Förderkammer 44 – in Einbaulage der Sperrflügelpumpe 10 – angeordnet ist, kann das im Drucksammelraum 68 zurückbehaltende Restfluid jederzeit über die dann schräg nach unten unter dem Winkel α angeordneten Druckkanäle 66 zurück in die Förderkammer 46 gelangen.
Die in den Federräumen 60 vorgesehenen Öffnungen 94 beziehungsweise die dort vorgesehene Abrundung der Federräume 60 dienen dazu, dass in diesen, tote Winkel bildenden Bereichen der Federräume 60 das Entstehen von Lufteinschlüssen vermieden wird, die ein Eindringen des Fluides in die Federräume 60 behindern könnten. Insbesondere bei dem unten angeordneten Federraum 60 sind diese Öffnungen 94 in einen Boiler gehoben angeordnet, so dass die Luft entweichen kann.
Die Ausbildung des Drucksammelraumes 68 mit seinen Querschnittserweiterungen 76 und/oder Querschnittsverengungen 82 und/oder Wandungen 86 und/oder Sieben 89 kann in einfacher Weise bei der Herstellung des Gehäuses 12 der Sperrflügelpumpe 10 berücksichtigt werden. Durch die Anordnung der Verdrängereinheit 14 zwischen dem Podest 26 des Gehäuseabschnitts 22 und dem Deckel 30 wird der den Drucksammelraum 68 bildende Freiraum 24 gleich mitangelegt. Bei Herstellen des Gehäuses, beispielsweise mittels eines Druckgussverfahrens, ist über eine entsprechende Formengestaltung die Ausbildung des Drucksammelraumes 68 mit bekannten Verfahren in einfacher Weise möglich. Die Dichtungseinrichtung 34 zwischen dem Deckel 30 und der Gehäusewandung 22 und insbesondere auch der Gehäusezunge 90 verhindert, dass ein Restfluid aus dem Drucksammelraum 68 beziehungsweise der Förderkammer 46 unkontrolliert austreten kann.
3 zeigt eine weitere Ausführungsvariante einer Sperrflügelpumpe 10, bei der gleiche Teile wie in 1 mit gleichen Bezugszeichen versehen und nicht nochmals erläutert sind. Aufbau und Funktion der Verdrängereinheit 14 sowie der speziellen, anhand von 2 erläuterten Anordnung von Bauelementen zur Rückhaltung von Restfluid innerhalb der Sperrflügelpumpe 10 treffen auch auf das in 3 gezeigte Ausführungsbeispiel zu. Im Unterschied zu dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist hier vorgesehen, dass die Gehäusewandung 22 mit dem Podest 26 fluchtet. Der Deckel 30 ist hier topfförmig ausgebildet, so dass dieser ebenfalls einen Freiraum 96 umgreift, der gemeinsam mit dem Freiraum 24 den Drucksammelraum 68 bildet. Die Verdrängereinheit 14 ist hierbei innerhalb des Freiraumes 96 des Deckels 30 angeordnet. Der Deckel 30 kann hierbei vorzugsweise aus einem Aluminium-Druckguss, analog dem Gehäuse 12 der Sperrflügelpumpe 10, gefertigt sein. Denkbar sind jedoch auch Deckel 30 aus tiefgezogenem Blech oder dergleichen.
Die Erfindung beschränkt sich selbstverständlich nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele. So sind auch Sperrflügelpumpen 10 mit einer von zwei abweichenden Anzahl von Flügeln 58 denkbar, bei denen der Drucksammelraum 68 die erläuterte Form und Funktion, insbesondere zum Zurückhalten eines Restfluides in der Sperrflügelpumpe 10, insbesondere in den Förderkammern 46, besitzt. Darüber hinaus ist dieses Prinzip auch für weitere Pumpentypen, beispielsweise Zahnradpumpen, sowohl Innenzahnrad- als auch Außenzahnradpumpen, anwendbar, bei denen über die Verdrehung zueinander angeordneter Zahnräder die Pumpenräume mit verändernden Volumina geschaffen werden. Die dort vorgesehenen Druckauslässe können ebenfalls über eine spezielle Gestaltung des Drucksammelraumes sowie weiteren erläuterten Maßnahmen so ausgebildet sein, so dass eine Restflüssigkeit in der Pumpe verbleibt, die zum Abdichten von Spalten zwischen bewegten und feststehenden Teilen unmittelbar nach Anlauf der jeweiligen Pumpe dienen.

Claims

Hydraulische Fördereinrichtung zur Förderung eines Fluids, insbesondere eines Dieselkraftstoffs für eine Brennkraftmaschine in Kraftfahrzeugen, mit einer Förderkammer, in der eine durch Rotation Pumpräume mit sich ändernden Volumina erzeugende Verdrängereinheit angeordnet ist, und einem Drucksammelraum, der über mindestens einen unteren Druckkanal und mindestens einen oberen Druckkanal mit der Förderkammer in Wirkverbindung steht, dadurch gekennzeichnet, dass der Drucksammelraum (68) wenigstens eine Querschnittserweiterung (76) und wenigstens eine Querschnittsverengung (82) aufweist, wobei die Querschnittserweiterung (76) – in Förderrichtung des Fluids gesehen – einer Mündung (78) des unteren Druckkanals (66) in den Drucksammelraum (68) nachgeordnet ist, und wobei die Querschnittsverengung (82) – in Förderrichtung des Fluids gesehen – einer Mündung (84) des oberen Druckkanales (66) in den Drucksammelraum (68) nachgeordnet ist.
Hydraulische Fördereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Drucksammelraum (68) – in Einbaulage der Fördereinrichtung (10) – im wesentlichen oberhalb der Förderkammer (46) angeordnet ist.
Hydraulische Fördereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckauslässe (64) der Förderkammer (46) unter einem Winkel (α) zu einer durch eine Drehachse (32) eines Rotors (48) verlaufenden Horizontalen (74) ansteigend angeordnet sind und in den Drucksammelraum (68) münden.
Hydraulische Fördereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckauslässe (64) über wenigstens eine Fluidverbindung mit Federräumen (60) verbunden sind, über die eine Beaufschlagung von Flügeln (58) mit einer radial wirkenden Federkraft durch in den Federräumen (60) angeordneten Federelementen erfolgt.
Hydraulische Fördereinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidverbindungen zwischen wenigstens einen in einer Mittelplatte (40) der Verdrängereinheit (14) angeordneten Kanal (72) erfolgt.
Hydraulische Federeinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidverbindungen durch wenigstens eine radiale Nut in den Flügeln (58) erfolgt.
Hydraulische Fördereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Federräume (60) wenigstens eine Öffnung (92, 94) aufweisen, über die eine Verbindung zu dem Drucksammelraum (68) erfolgt.
Hydraulische Fördereinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckkanäle (66) geradlinig ansteigen.
Hydraulische Fördereinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckkanäle (66) unter Ausbildung eines bogenförmigen Verlaufes in den Drucksammelraum (68) münden.
Hydraulische Fördereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Querschnittserweiterung (76) sprunghaft erfolgt, wobei ein Verhältnis der Querschnitte des Drucksammelraumes (68) vor der Querschnittserweiterung (76) und nach der Querschnittserweiterung (76) mindestens 1:2, insbesondere mindestens 1:3, beträgt.
Hydraulische Fördereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Querschnittsverengung sprunghaft erfolgt, wobei ein Verhältnis der Querschnitte des Drucksammelraumes (68) vor der Querschnittserweiterung (76) und nach der Querschnittsverengung (82) mindestens 2:1, insbesondere mindestens 3:1, beträgt.
Hydraulische Fördereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb eines Bereiches (80) des Drucksammelraumes (68), der zwischen einer Querschnittserweiterung (76) und einer Querschnittsverengung (82) liegt, wenigstens eine, quer zur Strömungsrichtung des Fluides liegende Zwischenwand (86) angeordnet ist, die wenigstens eine Durchgangsöffnung (88) für das Fluid aufweist.
Hydraulische Fördereinrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenwand (86) vor der Mündung (84) des oberen Druckkanales (66) angeordnet ist.
Hydraulische Fördereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Bereiches (80) ein Sieb (89) angeordnet ist.
Hydraulische Fördereinrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Sieb (89) der Mündung (84) des oberen Druckkanales (66) nachgeordnet ist.
Hydraulische Fördereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Drucksammelraum (68) durch einen Freiraum (24) eines Gehäuseabschnittes (20) eines Gehäuses (12) der Fördereinrichtung (10) gebildet wird, der durch einen Deckel (30) druckdicht verschließbar ist.
Hydraulische Fördereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Freiraum (24) von einer äußeren Gehäusewandung (22) und einem von der Gehäusewandung (22) umgriffenen Podest (26) begrenzt wird, wobei das Podest (26) gleichzeitig als Anlage für die Verdrängereinheit (14) dient.
Hydraulische Fördereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Freiraumes (24) eine Gehäusezunge (90) ausgebildet ist, die einen Überlauf (92) für den Drucksammelraum (68) bildet.
Hydraulische Fördereinrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Überlauf (92) in Einbaulage der Fördereinrichtung (10) möglichst weit oben angeordnet ist.
Hydraulische Fördereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Drucksammelraum (68) durch den Freiraum (24) und einen, durch einen geformten Deckel (30) ausgebildeten Freiraum (96) gebildet wird.
Hydraulische Fördereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die hydraulische Fördereinrichtung (10) eine Sperrflügelpumpe ist.
Hydraulische Fördereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die hydraulische Fördereinrichtung (10) eine Zahnradpumpe ist.
Hydraulische Fördereinrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die hydraulische Fördereinrichtung (10) eine Innenzahnradpumpe ist.
Hydraulische Fördereinrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die hydraulische Fördereinrichtung (10) eine Außenzahnradpumpe ist.