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Die
Erfindung betrifft eine Schaufelradpumpe vom Seitenkanaltyp, die
in einem Kraftfahrzeug als elektromotorbetriebene Kraftstoffpumpe
dazu eingesetzt werden kann, flüssigen
Kraftstoff aus einem Kraftstofftank durch ein Kraftstoffzuleitungssystem
zu einem das Kraftfahrzeug antreibenden Motor zu leiten.
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In
einem von einem Verbrennungsmotor angetriebenen Kraftfahrzeug kann
Kraftstoff von einer im Tank angeordneten elektromotorbetriebenen Kraftstoffpumpe
durch ein Kraftstoffzuleitungssystem des Motors gepumpt werden.
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Beispiele
für solche
Kraftstoffpumpen sind in verschiedenen Patenten dargestellt, unter
anderem in der
US 5
409 357 A ,
US
5 415 521 A und
US
5 601 398 A . Diese Druckschriften offenbaren Pumpen der Art,
auf die sich die Erfindung bezieht. Eine derartige Pumpe ist ebenso
durch die
DE 196 34
734 A1 und die
JP
09079170 A bekannt. 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.
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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.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte
Schaufelradpumpe der genannten Art zu schaffen, die die genannten
Nachteile vermeidet. Insbesondere soll übermäßiger Verschleiß durch
Kraftstoffverunreinigungen vermindert werden.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine
Schaufelradpumpe gemäß Patentanspruch
1 gelöst.
Bevorzugte Ausführungen
der Erfindung sind Gegenstand der weiteren Ansprüche.
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Es
ist also eine Pumpe vorgesehen, die ein Pumpengehäuse mit
einer inneren Pumpenkammer, einen Fluideinlaß zu und einen Fluidauslaß von der bogenförmig um
eine Achse beabstandeten Pumpenkammer und ein Pumpglied umfaßt, das
innerhalb des Gehäuses
zur Rotation um die Achse angeordnet ist und eine schaufelförmige Peripherie
hat, die innerhalb der Pumpenkammer zum Pumpen von Fluid vom Einlaß zum Auslass
bei Rotation des Pumpglieds betreibbar ist, wobei die Pumpenkammer
wenigstens zum Teil durch einen Hauptkanal gebildet ist, der sich
innerhalb des Gehäuses
bogenförmig
um die Achse zu einer axialen Seite des Pumpglieds erstreckt und
das Pumpglied einen zentralen kreisförmigen Körper, der eine Folge von in
Umfangsrichtung beabstandeten und radial nach außen gerichteten Schaufeln enthält, einen
kreisförmigen Ring,
der die Schaufeln umgibt, 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 konkav ausgebildete
Krümmung
hat.
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Andere
allgemeine und spezifischere Ausführungsformen werden in der
nachfolgenden Beschreibung und den Ansprüchen erläutert.
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Die
Zeichnung, die nunmehr kurz beschrieben wird, ist hier beigefügt, um eine
bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung und die derzeit als am besten erachtete Ausführungsart
der Erfindung darzustellen.
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1 ist
eine Längsschnittansicht
einer erfindungsgemäßen Kraftstoffpumpe.
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2 ist
eine vergrößerte Ansicht
der Details innerhalb des Kreises 2 von 1.
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3 ist
eine vergrößerte Ansicht
eines Teiles der Kraftstoffpumpe von 1, nämlich des Schaufelpumpglieds
selbst.
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4 ist
eine Gesamtansicht in Richtung der Pfeile 4-4 in 3.
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5 ist
eine vergrößerte Ansicht
in Richtung der Pfeile 5-5 in 1.
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6 ist
eine vergrößerte Ansicht
in Richtung der Pfeile 6-6 in 1.
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7 ist
eine Querschnittsansicht entlang der Linie 7-7 in 6.
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Die 8, 9, 10 und 11 sind vergrößerte Ausschnitte
der Querschnittansichten an den jeweils von den Schnittlinien 11-11,
12-12, 13-13 und 14-14 in 5 angegebenen
Stellen einer Pumpe.
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In
den 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 als Schaufelrad ausgebildetes Pumpglied 28 angeordnet
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 Pumglied 28 dient.
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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.
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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 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 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.
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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.
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Das
Pumpglied 28 besteht aus geformtem Kunststoff. Das Pumpglied 28 zeichnet
sich dadurch aus, 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.
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Der
Ring 70 unterscheidet sich von der bekannten Ausbildung
dadurch, daß seine
radial innenliegende und zu den Schaufeln 52 weisende Oberfläche 76 eine
im radialen Querschnitt gesehen zu den Schaufeln konkav ausgebildete
Krümmung
hat. Es wird angenommen, daß eine
solche Krümmung
die Verwirbelung 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 2 dargestellt.
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Vorzugsweise
hat der Hauptkanal 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 Haupt kanal 42.
Da sich das Pumpglied 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 Verunreinigungssammelkanal 56 bewirkt
die Ansammlung und Weiterleitung der so gesammelten Partikel in
Richtung zum Auslass 40. Der Verunreinigungssammelkanal 56 ist
im Verhältnis
zum Hauptkanal 42 so dimensioniert, daß sein Vorhandensein in der
Pumpe 20 im Vergleich zu derselben Pumpe ohne Verunreinigungssammelkanal 56 keine
wesentliche Veränderung
der Pumpleistung bewirkt.
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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 derselben 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.
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Der
Verunreinigungssammelkanal 56 kann, wie in den 8–11 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, wodurch 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
ab weichen, 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
aussagen, daß eine
Verkleinerung des für
den Durchfluß zur
Verfügung
stehenden Querschnittsbereichs eine entsprechende Erhöhung der
Fließgeschwindigkeit
bewirkt, wird davon ausgegangen, 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 8–11 und
entsprechend für
die Maße "D1", "D2", "D3" und "D4" in den 8–11 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.
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Es
wird davon ausgegangen, daß Pumpen, die
nach den hier beschriebenen und dargestellten Grundsätzen ausgeführt sind,
leistungsfähiger
und haltbarer sind.