DE19949615C2 - Schaufelradpumpe vom Seitenkanaltyp zum Fördern von Kraftstoff - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaufelradpumpe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Solche Pumpen können in einem Kraftfahrzeug als elektromotorbetriebene Kraftstoffpumpe dazu eingesetzt werden, flüssigen Kraftstoff aus einem Kraftstofftank durch ein Kraftstoffzuleitungssystem zu einem das Kraftfahrzeug antreibenden Motor zu leiten.

In einem von einem Verbrennungsmotor angetriebenen Kraftfahr­ zeug kann Kraftstoff von einer im Tank angeordneten elektromotor­ betriebenen Kraftstoffpumpe durch ein Kraftstoffzuleitungssystem des Motors gepumpt werden.

Beispiele für Kraftstoffpumpen werden in verschiedenen Patenten dargestellt, unter anderem in den US-Patenten Nummer 3 851 998, 5 310 308, 5 409 357, 5 415 521, 5 551 835 und 5 601 398. Die Patente 5 310 308, 5 409 357, und 5 551 835 offenbaren Pumpen allgemeiner Art, auf die sich die Erfindung bezieht, und solche Pumpen weisen gegenüber anderen Pumpenarten gewisse Vorzüge und Vorteile auf. Ein Vorzug dieser Pumpen besteht darin, dass eine Reihe ihrer Einzelteile aus Polymer, d. h. Kunststoffmaterial gefertigt werden kann.

Durch die ständige Weiterentwicklung dieser Pumpen hat man festgestellt, dass das Vorhandensein eines bestimmten partikelförmigen Stoffs in der herkömmlichen Pumpe zum Verschleiß der synthetischen Materialien und somit zur Abnutzung der aus diesem Material gefertigten Pumpenteile führen kann. Da die Schaufeln eines Kunststoffrades einer solchen Pumpe ziemlich klein sind und die Zwischenräume zwischen den Pumpenkammerwänden und einem solchen Rad auch klein sein können, hält man es für wünschenswert, das Ausmaß der Interaktion von Partikeln eines solchen Stoffs mit dem inneren Pumpenmechanismus zu verringern. Da ein Kraftfahrzeughersteller sich derzeit nicht auf die kommerzielle Kraftstoffverfeinerung zur Verbesserung der Reinheit des Kraftstoffs verlassen kann, musste er dringend eine Lösung finden.

Eine gattungsgemäße Schaufelradpumpe vom Seitenkanaltyp ist aus der DE 196 22 560 A1 bekannt. Die darin gezeigte Pumpe besitzt äußere Strömungskanäle, die über einen Teil ihres Umfangs mit den Förderkanälen verbunden sind, wobei in diesen in Umlaufrichtung des Laufrads ein Druckaufbau etwa entsprechend dem Druckaufbau in den Förderkanälen erfolgt, so dass zwischen diesen im wesentlichen kein Druckunterschied besteht, wodurch ein Eintrag von Schmutz in den Bereich zwischen dem Außenring des Laufrads und den Stirnwänden verhindert werden soll. Die Beseitigung der Schmutzpartikel ist jedoch noch weiter verbesserungsfähig. Zudem ist die vorgeschlagene Lösung hinsichtlich des Wirkungsgrades nicht unproblematisch.

Weiterhin zeigt die DE 196 34 734 A1 eine Schaufelradpumpe, bei der eine Spülströmung erzeugt werden soll, um Schmutzpartikel auszuspülen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Schaufelradpumpe der eingangs genannten Art zu schaffen, die das Problem der Kraftstoffverunreinigungen in effektiver und einfacher Weise löst.

Die genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Schaufelradpumpe vom Seitenkanaltyp gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Es wird also eine Pumpe vorgeschlagen, die ein Pumpengehäuse mit einer inneren Pumpenkammer, einen Fluideinlass zu und einen Flui­ dauslass von der bogenförmig um eine Achse beabstandeten Pum­ penkammer und als Pumpglied ein Schaufelrad umfasst, das inner­ halb des Gehäuses zur Rotation um die Achse angeordnet ist und eine schaufelförmige Peripherie hat, die innerhalb der Pumpenkam­ mer zum Pumpen von Fluid vom Einlass zum Auslass rotatorisch antreibbar ist, wobei die Pumpenkammer wenigstens zum Teil durch einen Hauptkanal gebildet ist, der sich innerhalb des Gehäuses bo­ genförmig um die Achse zu einer axialen Seite des Pumpglieds er­ streckt und der einen radial außenliegenden Rand hat, der sich we­ nigstens längs eines Teils seines bogenförmigen Abschnitts bis zu einem anschließenden Verunreinigungssammelkanal öffnet, der sich bogenförmig innerhalb des Gehäuses um die Achse erstreckt und bei Rotation des Schaufelrads zur Ansammlung bestimmter vom Fluid mitgeführter aus dem Hauptkanal entfernter Partikel und zur Förde­ rung der so angesammelten Partikel zum Auslass hin wirksam und bezogen auf den Hauptkanal derart angeordnet und gebildet ist, dass sein Vorhandensein die Pumpleistung der Pumpe nicht wesentlich verändert.

Das Schaufelrad besitzt vorzugsweise einen zentralen kreisförmigen Körper, der eine Folge von in Umfangsrichtung beabstandeten und radial nach außen gerichteten Schaufeln enthält, einen kreisförmigen Ring, der die Schaufeln umringt, und Speichen aufweist, die zwischen einander benachbarten Schaufeln angeordnet sind und den Ring mit dem zentralen kreisförmigen Körper verbinden, wobei der Ring eine radial innenliegende Fläche hat, die zu den Schaufeln weist und eine im radialen Querschnitt gesehen zu den Schaufeln konkav ausgebildete Krümmung hat.

Vorteilhafterweise werden beim Betrieb der Pumpe die vom Fluid mitgeführten Partikel vom Hauptkanal in den Verunreinigungssam­ melkanal ausgetrieben und die so gesammelten Partikel zum Auslass befördert, ohne dass die Pumpleistung der Pumpe aufgrund des Vorhandenseins des Verunreinigungssammelkanals wesentlich ver­ ändert wird.

Bevorzugte Ausführungsformen werden in der nachfolgenden Beschreibung anhand der Zeichnung erläutert.

Die Zeichnung zeigt:

Fig. 1 ist eine Längsschnittansicht einer erfindungsgemäßen Kraftstoffpumpe.

Fig. 2 ist eine vergrößerte Ansicht der Details innerhalb des Kreises 2 von Fig. 1.

Fig. 3 ist eine vergrößerte Ansicht eines Teiles der Kraftstoffpumpe von Fig. 1, nämlich des Schaufelpumpglieds selbst.

Fig. 4 ist eine Gesamtansicht in Richtung der Pfeile 4-4 in Fig. 3.

Fig. 5 ist eine vergrößerte Ansicht in Richtung der Pfeile 5-5 in Fig. 1.

Fig. 6 ist eine vergrößerte Ansicht in Richtung der Pfeile 6-6 in Fig. 1.

Fig. 7 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie 7-7 in Fig. 6.

Die Fig. 8, 9 und 10 sind Ansichten, die denen der Fig. 2, 3 und 4 ähneln, aber eine andere Ausführungsform zeigen.

Die Fig. 11, 12, 13 und 14 sind vergrößerte Ausschnitte der Querschnittansichten an den jeweils von den Schnittlinien 11-11, 12- 12, 13-13 und 14-14 in Fig. 5 angegebenen Stellen einer Pumpe.

In den Fig. 1-7 ist eine Kraftstoffpumpe 20 für Kraftfahrzeuge dargestellt, die gemäß den Grundsätzen der Erfindung ausgeführt ist und eine gedachte Längsachse 21 aufweist. Sie umfasst ein Gehäuse mit einem Pumpenboden 22 und einem Pumpendeckel 24, die gemeinsam in der Nähe eines axialen Endes einer zylindrischen Hülse 26 angeordnet sind und gemeinsam eine innere Pumpenkammer 27 bilden, in der ein Pumpglied bzw. Schaufelrad 28 angebracht ist, das um die Achse 21 rotiert. Das gegenüberliegende axiale Ende der Hülse 26 wird von einem Teil 30 verschlossen, das ein Auslassrohr 32 enthält, durch das Kraftstoff die Pumpe 20 verlässt. Das Teil 30 ist von dem Pumpendeckel 24 beabstandet, wodurch ein innenliegender Raum für einen Elektromotor 34 geschaffen ist, der das Pumpglied 28 dreht, wenn die Pumpe 20 läuft. Der Motor 34 weist einen Anker auf, der eine zur Rotation um die Achse 21 bestimmte Welle 38 enthält, die eine Kerbenverbindung an einem Ende aufweist, die zur Übertragung der Rotationsbewegung auf das Pumpglied 28 dient.

Die Pumpe 20 ist so ausgelegt, dass sie wenigstens teilweise in den Kraftstofftank eines Kraftfahrzeugs eingetaucht werden und im nassen Zustand laufen kann. Ein Durchlass, der durch den Pumpenboden 22 führt, bildet einen Einlass 36 zur Pumpenkammer 27. Ein Durchlass, der durch den Pumpendeckel 24 führt, bildet einen Auslass 40 aus der Pumpenkammer 27. Kraftstoff der aus dem Auslass 40 austritt, fließt durch den Motor 34 und verlässt die Pumpe 20 durch das Rohr 32, von wo aus der Kraftstoff durch ein (nicht gezeigtes) Motorkraftstoffzuleitungssystem zu einem Motor gepumpt wird.

Die Pumpenkammer 27 weist einen Hauptkanal 42 auf, der sich bogenförmig um die Achse 21 im Pumpenboden 22 zu einer axialen Seit des Pumpglieds 28 erstreckt. Wie in Fig. 5 gezeigt ist, erstreckt sich der Hauptkanal 42 in Umfangsrichtung um mehr als 270° aber um weniger als 360°. Von einer Stelle 44 unmittelbar neben dem Einlass 36 zu einer Stelle 46 unmittelbar neben dem Auslass 40 ist der Hauptkanal 42 im wesentlichen kreisförmig mit einem im wesentlichen konstanten Radius. Im radialen Querschnitt ist der Hauptkanal 42 konkav, wie in Fig. 2 dargestellt ist. Ein weiterer Abschnitt der Pumpenkammer 27 wird von einem Hauptkanal 48 gebildet, der in dem gegenüberliegenden Pumpendeckel 24 gebildet ist und in seiner Geometrie dem Hauptkanal 42 gleicht.

Das Pumpglied 28 weist einen kreisförmigen Körper 50 mit einer Reihe von um seine äußere Peripherie in Umfangs­ richtung voneinander beabstandeten Schaufeln 52 auf. Da das Pumpglied 28 von dem Motor 34 gedreht wird, kann seine schaufelförmige Peripherie einen Druckunterschied zwischen Einlass 36 und Auslass 40 bewirken, der Fluid durch das Rohr 30 und den Motor 34 zieht, durch die Pumpenkammer 28 bewegt, und aus der Pumpe 20 durch den Auslass 40 drückt.

Die Fig. 8, 9 und 10 zeigen eine Pumpe mit einer Ausführungsform des Pumpglieds 28', die sich vom Pumpglied 28 unterscheidet. Wie das Pumpglied 28 besteht auch das Pumpglied 28' aus geformtem Kunststoff. Das Pumpglied 28' unterscheidet sich jedoch vom Pumpglied 28 darin, dass es einen Kreisring 70 aufweist, der die Schaufeln 52 umringt. Speichen 72 sind zwischen den beabstandeten Schaufeln 52 angeordnet und verbinden den Ring 70 mit dem zentralen kreisförmigen Körper 50. Dadurch kann man in einzelnen Taschen im außenliegenden Rand des Pumpglieds 28' Schaufeln 52 anordnen.

Der Ring 70 hat an seiner radial innenliegenden und zu den Schaufeln 52 weisenden Oberfläche 76 eine im radialen Querschnitt gesehen zu den Schaufeln konkav ausgebildete Krümmung. Es wird angenommen, dass eine solche Krümmung die Verwirbe­ lung des Kraftstoffs in den die Schaufeln enthaltenden Taschen verbessert und den Verschleiß der Schaufelkanten verringert. Zum Beispiel kann diese Krümmung kreisförmig sein und einen Radius von 4,0 mm haben. In einer Pumpe mit dem Pumpglied 28' ist die relative Positionierung der Hauptkanäle 42 und 48 zum Pumpglied so, wie in Fig. 8 dargestellt.

Gemäß bestimmter Grundsätze der Erfindung hat der Haupt­ kanal 42 einen radial außenliegenden Rand, der sich entlang wenigstens eines Abschnitts seiner bogenförmigen Ausdehnung zu einem angrenzenden Verunreinigungssammelkanal 56, der sich bogenförmig um die Achse 21 erstreckt, öffnet. Der offene Bereich ist mit der Bezugszahl 58 bezeichnet. Im radialen Querschnitt ist ersichtlich, daß der Kanal 56 viel kleiner ist als der Hauptkanal 42. Da sich das Pumpglied 28 oder 28' dreht, werden bestimmte mit dem Fluid mitgeführte Partikel im Kraftstoff, die durch die Pumpe fließen, vom Hauptkanal 42 vermutlich durch Zentrifugalkräfte durch den offenen Bereich 58 geschleudert. Der Verunreinigungs­ sammelkanal 56 bewirkt die Ansammlung und Weiterleitung der so gesammelten Partikel in Richtung zum Auslass 40. Der Verunreinigungssammelkanal 56 ist im Verhältnis zum Haupt­ kanal 42 so dimensioniert, dass sein Vorhandensein in der Pumpe 20 im Vergleich zu derselben Pumpe ohne Verun­ reinigungssammelkanal 56 keine wesentliche Veränderung der Pumpleistung bewirkt.

Hinter der Stelle 46 verengt sich der Hauptkanal 42 zu einem Endbereich 60 zur Weiterleitung des Kraftstoffflusses zum Auslass 40. Am Ende des Verunreinigungssammelkanals 56 ist in der Nähe des Auslasses 40 ein Sumpf 62 angeordnet, der außen an den Endbereich 60 angrenzt. Der Sumpf 62 wird durch eine Hinterschneidung gebildet, die sich auf der­ selben Seite des Pumpenbodens 22 wie der Verunreinigungssammelkanal 56 befindet. Der Sumpf 62 bildet einen Raum, in dem sich die Partikel, die durch den Kanal 56 zu ihm geleitet wurden, sammeln können, bevor sie aus der Pumpe 20 ausgetrieben werden. Da sich der Auslass 40 im Pumpendeckel 24 befindet, überbrückt eine Rille 64 den Sumpf 62 zum Auslass 40 radial außerhalb der Peripherie sowohl des Pumpglieds 28 als auch des Endbereichs 60. Auf diese Weise bildet die Rille 64 eine Austrittsmöglichkeit für Partikel aus dem Sumpf 62 zum Auslass 40 außerhalb der Bahn des rotierenden Pumpglieds 28.

Der Verunreinigungssammelkanal 56 kann, wie in den Fig. 11-14 gezeigt ist, zwei Seitenwandflächen 56a, 56b und eine Abschlusswandfläche 56c aufweisen. Die in diesen Figuren dargestellte Geometrie wird als wünschenswert erachtet zur Unterstützung bei einer Teilchenverunreinigung im Kanal 56, wenn solche Teilchen in den Kanal eingedrungen sind. Entlang eines Anfangsabschnitts des Kanals 56, der sich von der Stelle 44 erstreckt, können die Wandflächen 56a, 56b gleichmäßig beabstandet sein und parallel verlaufen, wo­ durch die axiale Abmessung des offenen Bereichs 58 konstant bleibt. Dort, wo sich der Verunreinigungssammelkanal 56 dem Sumpf 62 nähert, können die Wandflächen 56a, 56b von der Parallelität abweichen, bleiben jedoch flach. Zum Beispiel kann die Wandfläche 56b leicht ansteigen, so dass sie eine ständige Verkleinerung der axialen Abmessung des offenen Bereichs 58 und eine entsprechende Verkleinerung im Querschnittsbereich des Verunreinigungssammelkanals 56, in seiner Umfangsrichtung gesehen, bewirkt. Es wird davon ausgegangen, dass diese graduelle Einschränkung bei der Verunreinigung durch Teilchen, die sich durch den Kanal 56 bewegen und schließlich durch die Pumpe herausgeschleudert werden, unterstützend wirkt. Da bekannte Fließregeln aus­ sagen, dass eine Verkleinerung des für den Durchfluss zur Verfügung stehenden Querschnittsbereichs eine entsprechende Erhöhung der Fließgeschwindigkeit bewirkt, wird davon aus­ gegangen, dass die Teilchen, wenn sie sich entlang des Kanals 56 bewegen, beschleunigt werden und dadurch aus der Pumpe herausgeschleudert werden anstatt sich im Sumpf 62 anzusammeln. Beispielhafte Maße für die Abmessungen "A" und "C" in allen Fig. 11-14 und entsprechend für die Maße "D1", "D2", "D3" und "D4" in den Fig. 11-14 lauten wie folgt: "A" = 0,100 mm, "C" = 0,070 mm, "D1" = 0,070 mm, "D2" = 0,070 mm, "D3" = 0,030 mm und "D4" = 0,010 mm.

Es wird davon ausgegangen, dass Pumpen, die nach den hier beschriebenen und dargestellten Grundsätzen ausgeführt sind, leistungsfähiger und haltbarer sind. Weiterhin wurde aufgezeigt, dass die Grundsätze, die sich auf das Sammeln von Verunreinigungen beziehen, auf Pumpen mit verschieden geformten Pumpgliedern 28 und 28' angewandt werden können.

Während eine bevorzugte Ausführungsform dargestellt und beschrieben wurde, muss beachtet werden, dass die Erfindung auch in verschiedenen anderen Formen innerhalb des Bereichs der Ansprüche ausgeführt werden kann.

Claims (8)

1. Schaufelradpumpe vom Seitenkanaltyp zum Fördern von Kraftstoff, mit einem Pumpengehäuse, in dem eine Pumpenkammer (27) vorgesehen ist, einem Fluideinlaß (36) in die und einem Fluidauslaß (40) aus der Pumpenkammer (27), einem Schaufelrad (28), das um eine Rotationsachse (21) drehbar in der Pumpenkammer (27) angeordnet ist, wobei die Pumpenkammer (27) zumin­ dest zum Teil von einem sich bogenförmig um die Rotationsachse (21) erstre­ ckenden, auf einer axialen Seite des Schaufelrads (28) liegenden Seitenkanal (42) gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß am radial außen liegenden Rand des Seitenkanals (42) längs zumindest eines Teils seines Umfangs ein Verunreinigungssammelkanal (56) vorgesehen ist, der mit dem Fluidauslaß (40) in Verbindung steht.

2. Pumpe nach Anspruch 1, wobei das Pumpengehäuse einen am auslaßseiti­ gen Ende des Verunreinigungssammelkanals (56) liegenden Sumpf (62) ent­ hält, durch den der Verunreinigungssammelkanal (56) mit dem Fluidauslaß (40) in Verbindung steht.

3. Pumpe nach Anspruch 2, wobei das Pumpengehäuse mehrere die Pumpen­ kammer (27) gemeinsam bildende Gehäuseteile (22, 24) aufweist, von denen ein erstes Gehäuseteil (22) den Sumpf (62), den Verunreinigungssammelka­ nal (56) und einen der Seitenkanäle (42) enthält, sowie ein weiteres Gehäu­ seteil (24) den Fluidauslaß (40) sowie einen weiteren Seitenkanal (48) enthält, der auf der dem erstgenannten Seitenkanal (42) gegenüberliegenden axialen Seite des Schaufelrads (28) angeordnet ist und einen weiteren Abschnitt der Pumpenkammer (27) bildet.

4. Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Schaufelrad (28) einen zentralen kreisförmigen Körper (50), der eine Folge von in Um­ fangsrichtung beabstandeten radial nach außen gerichteten Schaufeln (52) aufweist, einen Kreisring (70), der die Schaufeln (52) umgibt, und Speichen (72) besitzt, die zwischen einander benachbarten Schaufeln (52) angeordnet sind und den Kreisring (70) mit dem zentralen kreisförmigen Körper (50) ver­ binden.

5. Pumpe nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der Kreisring (70) eine radial innen liegende Oberfläche hat, die zu den Schaufeln (52) weist und eine zu den Schaufeln (52) weisende, im radialen Querschnitt gesehen konkave Krümmung besitzt.

6. Pumpe nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die konkave Krümmung der radial innen liegenden Oberfläche des Kreisrings (70) einen Krümmungs­ radius besitzt, der im wesentlichen 4,0 mm beträgt.

7. Pumpe nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die axial gemessene Di­ mension der Öffnung (58) des radial außen liegenden Randes des Seitenka­ nals (42) zum Verunreinigungssammelkanal (56) entlang eines anfänglichen Abschnitts seiner Umfangserstreckung in der Nähe des Fluideinlasses (36) im wesentlichen konstant ist und sich fortschreitend entlang eines darauffolgen­ den Abschnittes zum Fluidauslaß (40) hin verkleinert.

8. Pumpe nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der Verunreinigungs­ sammelkanal (56) radial von einer Außenwand (56c) begrenzt ist, die sich bo­ genförmig um die Rotationsachse (21) erstreckt und eine im wesentlichen konstante axiale Abmessung längs der Umfangserstreckung hat.