DE2211675A1

DE2211675A1 - Baueinheit von elektromotor und zellenpumpe zur brennstoff-foerderung

Info

Publication number: DE2211675A1
Application number: DE19722211675
Authority: DE
Inventors: Hans Baumgartner
Original assignee: A Pierburg Autogeraetebau KG
Current assignee: A Pierburg Autogeraetebau KG
Priority date: 1972-03-10
Filing date: 1972-03-10
Publication date: 1973-09-13
Also published as: FR2175388A5; IT966219B; GB1358135A

Description

A. Pierburg
Autogerätebau K.G.

4040 Neuss

Düsseldorfer Straße 232

Baueinheit von Elektromotor und Zellenpumpe zur Brennstoffförderung .

Die Erfindung bezieht sich auf eine Baueinheit von Elektromotor und Zellenpumpe zur Brennstofförderung.

Derartige Baueinheiten sind bekannt. Sie werden unter anderem zur Brennstofförderung in Kraftfahrzeugen verwendet und bestehen gewöhnlich aus einem zweifach gelagerten Kollektmotor, auf dessen antriebsseitigen Wellenende das Laufrad der Zellenpumpe fliegend angeordnet ist. Dabei befindet sich der Fördermittelaustritts— stutzen auf der Kollektorseite und der Fördermitteleintrittsstutzen auf der entgegengesetzten Seite des Motors. Die ganze Baueinheit ist von einem gemeinsamen Gehäuse umgeben.

Die bekannten Baueinheiten von Elektromotor und Zellenpumpe werden entweder im Brennstoffinhalt eines Brennstofftanks liegend oder im Zuge der Brennstoffleitung außerhalb des Brennstofftanks angeordnet. Während des Betriebes ist auch der Innenraum des Elektromotors mit Brennstoff gefüllt, wobei entweder der Hauptbrennstoff raum selbst oder ein von ihm abgezweigter Teilstrom das Motorinnere in Richtung von der Zellenpumpe zum kollektorseitigen Fördermittelaustrittsstutzen durchströmt.

Beim Betrieb derartiger Baueinheiten kann man feststellen, daß so gut wie die gesamte Verlustwärme des Elektromotors an das Fördermittel abgegeben wird, das demzufolge am Fördermittelaus- " trittsstutzen seine Maximaltemperatur besitzt.

Sofern die Baueinheit im Brennstoffinhalt eines Brennstofftanks angeordnet ist, hat das einlaufende Fördermittel die Umgebungstemperatur des Gehäuses. Da das Fördermittel meist in Gehäuse— nähe wenig Strömungswiderstand findet, strömt es in Gehäusenähe

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schnell zum Fördermittelaustrittsstutzen, ohne sich nennenswert zu erwärmen. Erst am Fördermittelaustrittstutzen vereinigen sich die verschiedenen Teilströme bzw. Stromfäden, deren Temperatur naturgemäß im Kotorioneren am höchsten ist. Die mittlere Temperatur der Gehäuseoberfläche liegt dagegen nicht nennenswert über der Umgebungstemperatur.

Noch un-günstiger werden die Kühlungsverhältnisse, wenn die Baueinheit außerhalb des Brennstofftanks betrieben wird . Dann liegt die Temperatur des zuströmenden Brennstoffs meist unterhalb der Temperatur der die Baueinheit umgebenden Luft, so daß in Extremfällen die mittlere Temperatur der Gehäuseoberfläche niedriger sein kann als die Umgebungstemperatur und der Wärmefluß in umgekehrter Richtung von der Umgebung durch die Gehäuseoberflache zum Fördermittel geht.

Die Oberfläche des Gehäuses wird somit wenig und dazu auch noch in einer stark von den jeweiligen Umgebungstemperaturen abhängigen Weise zur Wärmeabgabe an die Umgebung herangezogen. Die nachteilige Folge ist eine hohe Temperatur des ausströmenden Fördermittels. Das macht sich bei Brennstoffpumpen für Kraftfahrzeuge ganz besonders unangenehm bemerkbar, weil der Brennstoff zu Dampfblasenbildung und infolgedessen zu Betriebsstörungen der Gemischbildung neigt.

Die vorliegende Erfindung hat die Aufgabe, eine frühzeitige Dampfblasenbildung zu verhindern, die Temperatur des ausströmenden Fördermittels zu senken und die Wärmeabgabe der Baueinheit an die Umgebung erheblich zu vergrößern. Daneben soll die Kühlung des Motorinneren und der Motorlager verbessert werden.

Gemäß der Erfindung werden diese Aufgaben dadurch gelöst, daß das Gehäuse der Baueinheit dopp elwandig ausgeführt ist und der Fördermittelstrom das Gehäuse in dem Ringkanal zwischen Außenmantel und Innenmantel axial durchströmt, daß vom Fördermittelstrom ein in sich geschlossener Kühlmittelstrom abzweigt, der entgegengesetzt zur Strömungsrichtung des Fördermittelstroms die

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wärmeabgebenden Flächen des Elektromotors und seiner Wellenlager bestreicht und sich anschliessend wieder im Inneren der Zellenpumpe mit dem Fördermittelstrom vereinigt, und daß eine Vorrichtung -β«» angeordnet ist, die den Druck im Fördermittelstrom konstant^hält·

Zweckmäßig wird in der Nähe des Fördermittelaustrittsstutzens ein Teilstrom des Fördermittels als Kühlmittelstrom abgeleitet und ent-gegen der Strömungsrichtung des Fördermittelstromes an den wärmeabgebenden Flächen des Elektromotors und seiner Wellenlager vorbei im Kreislauf zu einem Gebiet geringen Druckes der Pumpe geführt.

Zur Konstanthaltung des Fördermitteldruckes wird an der Fördermittelaustr-ittsseite der Pumpe, ein weiterer Teilstrom des Fördermittels abgeleitet und über eine Druckregeleinrichtung im Kreislauf zur Fördermitteleintrittsseite geführt.

In besonderer Ausgestaltung der Erfindung wird ein Teilstrom des Fördermittels über im Innenmantel im Gebiet zwischen Kollektor und Anker gelegene kalibrierte Öffnungen entnommen, durch den Ringspalt zwischen Anker und Ständer des Elektromotors zum A- · Lager und von dort durch in Wellennähe gelegene öffnungen und den Spalt zwischen Laufrad und Pumpengehäuse in das Pumpeninnere zurückgeführt. Hierbei wird vorteilhaft eine ohnehin vorhandene, radial durch die Pumpe gerichtete Leckströmung in den Kühlkreislauf mit einbezogen.

Zwecks intensiver Kühlung des B-Lagers und des Kollektors wird zweckmäßig ein weiterer Teilstrom des Fördermittels über eine im Lagerschild des B-Lagers gelegene kalibrierte Öffnung entnommen, durch Kühlschlitze des B-Lagers geleitet, von dort über die Oberfläche des Kollektors geführt und anschließend mit dem Teilstrom vereinigt, der aus den am Innenmantel im Gebiet zwischen Kollektor und Anker gelegenen Öffnungen zuströmt.

Da bei kleineren Motoren der Wirkungsgrad nur mäßig ist und da-

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her auch im Leerlauf eine erhebliche Wärmemenge abgegeben wird, muß auch dann ein intensiver Kühlkreislauf erhalten bleiben,wenn Fördermittelzulauf und Fördermittelaustritt ganz abgesperrt sind. Erfindungsgemäß geschieht dies durch Verhinderung eines Pumpenleerlaufs " im eigenen Saft " durch Anordnung einer Druckregeleinrichtung. Je weniger Fördermittel nach außen abgegeben wird, um so größer ist der Kreislauf durch die Druckregeleinrichtung und umgekehrt. Dadurch wird die Pumpe in die Lage versetzt, eine gleichmäßige Menge zu fördern, wobei ein bestimmtes Druckgefälle zwischen Pumpeneintritt und Pumpenaustritt und auch der Druck auf der Fördermittelaustrittsseite konstant jjehalten wird. Daher bleibt auch die Druckdifferenz zwischen den Ein- und Austrittsöffnungen des KühlStroms konstant, so daß die Kühlung gemäß der Erfindung in allen Betriebszuständen gleich wirkungsvoll gewährleistet ist.

Die Druckregeleinrichtung besteht gemäß der Erfindung zweckmäßig aus einer eingespannten Membran aus gummielastischem Material oder gummiertem Gewebe, die im Ruhezustand auf dem ganzen Rand eines Rohres aufliegt, wobei sich um das Rohr herum ein Ringkanal bildet, der als Zulauf für den Teilstrom des Fördermittels dient, während die Membran auf der Rückseite einen aufgeklebten Federteller besitzt, dessen Durchmesser größer ist als der Durchmesser des Rohres und der durch eine Schraubenfeder belastet ist, die in einer atmosphärisch belüfteten Kammer angeordnet ist, wobei das Rohr dem Rücklauf des Fördermittels dient.

Die Zeichnung zeigt einen Schnitt durch eine Baueinheit von Elektromotor und Zellenpumpe zur Brennstofförderung gemäß der Erfindung .

Auf der Welle 11 ist der Kollektor 12 und der Anker 13 mit der Ankerwicklung' angeordnet. Am kollektorseitigen Wellenende befindet sich das Lager 15, auch B-Lager genannt, im kollektorseitigen Lagerschild 16. Am antriebsseitigen Wellenende ist der Stellring 17 und der Mitnehmer 18 befestigt. Dazwischen befindet sich das Lager 19, auch Α-Lager genannt, im Lagerschild 20.

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Das Α-Lager 19 ist durch die Anlaufscheiben 21 und 22 geschützt. Am äußeren Ende der Welle ist ein Laufrad 23 einer Flügelzellenpumpe bekannte Bauart fliegend gelagert. Es wird durch den Mitnehmer 18 formschlüssig mitgenommen und in Umdrehung versetzt. Das Laufrad 23 besitzt mindestens drei Führungsschlitze zur Aufnahme der Pumpenflügel. Es ist exzentrisch im Pumpengehäuse angeordnet. In der Zeichnung ist die Exzentrizität nicht sichtbar, weil sie sich senkrecht zur Zeichenebene erstreckt.

Das Pumpengehäuse wird durch die Deckscheiben 25 und 26 und den Laufring 27 gebildet. In der Deckscheibe 25 befindet sich der Eintrittsschlitz 73 und diagonal dazu versetzt in der Deckscheibe 26 der Austrittsschlitz 28* Auf der Fördermitteleintrittsseite bildet die mit verschiedenen Ausnehmungen, Kanälen und Durchbrüchen versehene Formpreßplatte 29 den Abschluß. Sie trägt in einer Nut den Dichtring 30.

Der Fördermitteleintrittstutzen 31 ist ein Teil der Formpreßplatte 29, ebenso die Ringkanäle 32 und 33. Konzentrisch zum Ringkanal 32 ist das Rohr 34 angeordnet, von dem aus ein Durchbruch zum Ringkanal 33 führt, dqr wiederum in den Fördermitteleintrittsstutzen 31 mündet. Der Ringkanal 32 ist durch die Membran 35 abgedeckt, die wiederum unter Zwischenlage des Dichtrings 36 durch den Deckel 3 7 gehalten wird. Der Deckel 37 bildet über der Membran 35 die über die Öffnung 38 atmosphärisch belüftete Kammer 39, in der die Schraubenfeder 40 angeordnet ist. Die Membran 35 trägt auf der Rückseite den aufgeklebten Federteller 41, gegen den sich die Schraubenfeder 40 abstützt.

Die Lagerschilde 16 und 20 sind so geformt, daß sie sich gegen benachbarte Konstruktionsteile abstützen und zugleich bequeme Strömungswege für das Fördermittel bieten. Der Rand 42 des Lagerschilds 20 stützt sich gegen den ringförmigen Ständer 43 des Elektromotors, der Rand 44 gegen den Innenmäntel 45 ab.Der Rand 4G umgreift den Innenmantel 45 und stützt sich gleichzeitig gegen den Außenmantel 47 ab. Die Öffnung 48 des Lagerschilds

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nimmt das gesamte Pumpengehäuse auf. Der Ringkanal 49 dient der Sammlung und Verteilung des Fördernd ttels, das durch mehrere radial gerichtete Durchbrüche , von denen nur der Durchbruch 50 zu sehen ist, in den Ringkanal 51 austritt, der sich zwischen Innenmantel und Außenmantel bildet. Der Durchbruch 52 im Lagerschild 20 gestattet in Verbindung mit dem Durchbruch 53 in der Formpreßplatte 29 den Eintritt des Fördermediums in den Ringkanal 32.

Im B-seitigen Lagerschild 16 befinden sich Ausnehmungen zur Aufnahme der Kohlebürsten 54 und 55. Der Rand 56 stützt sich gegen den Innenmantel 45 ab. Der Rand 57 umklammert den Innenmantel 45 und stützt sich zugleich gegen den Außenmantel 47 ab. Außerdem trägt er in einer Nut auch den Dichtring 58. Der Ringkanal 59 dient der Sammlung des Fördermediums, das durch die Öffnungen 60 und 61 im Innenmantel 45 in den Ringkanal gelangt. Vom Ringkanal 59 zweigt der Fördermittelaustrittsstutzen 62 ab.

Ein Kühlmittelstrom gelangt durch die kalibrierten Öffnungen 63 und 64 in den Ringspalt 65 zwischen Anker 13 und Ständer 43 und von dort durch die Öffnungen 66 und 67 des Α-Lagers und die in Wellennähe gelegene Öffnung 68 und den Spalt 69 zwischen Laufrad 23 und Pumpengehäuse in das Pumpeninnere.

Ein weiterer Kühlmittelstrom gelangt durchdie im Lagerschild 16 des B-Lagers gelegene kalibrierte öffnung 70 in den Kühlschlitz 71 des B-Lagers und von dort über die Oberfläche des Kollektors 12 in die Nähe des Ankers 13» wo er sich mit dem ersten Kühlmittel strom vereinigt.

Der Außenmantel 47 ist an beiden Enden umgebördelt und hält auf diese Weise alle Einzelteile der Baueinheit ohne weitere Befestigungsmittel zusammen.

Beim Betrieb der Baueinheit von Elektromotor und Zellenpumpe tritt das Fördermittel durch den Fördermitteleintrittsstutzen 31 ein, gelangt von dort in Pfeilrichtung in das Pumpeninnere, verläßt die Pumpe durch den Austrittsschlitz 28 und gelangt in den Ring-

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kanal 49. Vom Ringkanal 49 führen mehrere im Lagerschild 20 und im Innenmantel 45 angeordnete Öffnungen, von denen lediglich die Öffnungen 50 und 72 dargestellt sind, in den Ringkanal 51. Das Fördermittel durchströmt den Ringkanal 51 und gelangt durch die Öffnungen 60 und 61 in den Ringkanal 59, um schließlich in Pfeilrichtung durch den Fördermittelaustrittsstutzen 62 die Baueinheit zu verlassen.

Ein Teilstrom des Fördermittels wird als Kühlmittelstrom beim Verlassen des Ringkanals 59 abgezweigt und gelangt durch die kalibrierte Öffnung 70 in den Kühlschlitz 71 des B-Lagers. Von dort aus führt der Kühlmittelstrom über die Oberfläche des Kollektors 12, um sich anschließend mit einem weiteren Teilstrom des Fördermittels zu vereinigen, der durch die kalibrierten Öffnungen 63 und 64 zuströmt. Der vereinigte Kühlmittelstrom gelangt durch den Ringspalt 65, die Öffnungen 66 und 67 des A-Lagers, die Öffnung 68 und den Spalt 69 zurück in die Pumpe. Im Inneren der Pumpe vermischt sich der heiße Kühlmittelstrom mit dem kalten Fördermittelzulauf, so daß schließlich der Ringkanal

51 zwischen Innenmantel 45 und Außenmantel 47 von einem erwärmten Fördermittel durchströmt wird, dessen Temperatur erheblich höher ist als die Temperatur des in die Pumpe eintretenden Fördermittels. An der Oberfläche des Außenmantels 47 findet ein wirksamer Wärmeaustausch mit Wärmeabgabe an die Umgebung statt, so daß das Fördermittel beim Verlassen des Ringkanals 51 kalter ist als beim Eintritt in diesen Ringkanal. Zugleich gibt der Kühlmittelstrom durch Konvektion und Wärmeleitung durch den Innenmantel 45 Wärme an den im Gegenstrom zwischen Innenmantel 45 und Außenmantel 47 geführten Fördermittelstrom ab.

An der Fördermittelaustrittsseite der Pumpe wird ein weiterer Teilstrom abgezweigt und in Pfeilrichtung durch die Durchbrüche

52 und 53 in den Ringkanal 32 der Druckregeleinrichtung geleitet. Der Fördermitteldruck hebt die Membran 35 gegen die Rückstellkraft der Schraubenfeder 40 an, so daß das Fördermittel in das · Rohr 34 und von dort in den Ringkanal 33 gelangt, um sich

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schließlich beim Verlassen des Ringkanals 33 mit dem einströmenden Fördermittel zu vereinigen. Die Menge des zum Zweck der Druckregelung in dem innerem Kreislauf strömenden Fördermittels ist groß bei kleinem äußeren Fordermittelbedarf und umgekehrt.

Gegenüber bekannten Anordnungen bietet die Erfindung insbesondere folgende Vorteile: Der Kühlmittelstrom wird an der Austrittsseite abgezweigt und das erwärmte Kühlmittel an der Eintrittsseite dem neu zuströmenden Fördermittel zugesetzt· Das erwärmte Gemisch strömt ausschließlich durch einen unter dem Außenmantel gelegenen Ringkanal. Die mittlere Wandtemperatur des Außenmantels ist erheblich höher,als bei bekannten Anordnungen. Durch Konvektion und Wärmeleitung wird dabei erheblich mehr Wärme durch den Außenmantel an die Umgebung abgegeben, als bei vergleichbaren bekannten Anordnungen. Beim Verlassen der Baueinheit hat das Fördermittel daher eine niedrigere Temperatur als bei vergleichbaren Anordnungen, so daß zum Beispiel beim Betrieb der Baueinheit als Brennstofförderpumpe die Dampfblasenbildung unter gegebenen Verhältnissen später einsetzt.

In anderer Weise kann die effektivere Kühlung auch zur Verbilli— gung und zur Verkleinerung aller wärmeabgebenden Teile führen, weil man diese Teile höher belasten kann.

Die Kühlung der wärmeabgebenden Teile ist besser als bei vergleichbaren bekannten Anordnungen, das gilt besonders für den Leerlaufbetrieb, wenn keine oder nur wenig Fördermittel nach außen abgegeben wird. Die Druckregeleinrichtung der Erfindung hält auch die Pumpenförderung im Gang und gewährleistet dadurch einen stets gleichmäßig starken Kühlmittelstrom, unabhängig von den Schwankungen der nach außen abgegebenen Fördermenge.

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Claims

-9-Patentansprüche

Γΐ.jBaueinheit von Elektromotor und Zellenpumpe zur Brennstoffförderung, bestehend aus einem zweifach gelagerten Kollektormotor, auf dessen antriebsseitigen Wellenende das Laufrad der Zellenpumpe fliegend angeordnet ist, wobei sich der Fördermittelaustrittsstutzen auf der Kollektorseite und der Fördermitteleintrittsstutzen auf der entgegengesetzten Seite des Motors befindet und die ganze Baueinheit von einem gemeinsamen Gehäuse umgeben ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse der Baueinheit doppelwandig ausgeführt ist und der Fördermittelstrom das Gehäuse in dem Ringkanal (51) zwischen Außenmantel (47) und Innenmantel (45) axial durchströmt,

daß vom Fördermittelstrom ein in sich geschlossener Kühlmittelstrom abzweigt, der entgegengesetzt zur Strömungsrichtung des Fördermittelstroms die wärmeabgebenden Flächen des Elektromotors und seiner Wellenlager bestreicht und sich anschließend wieder im Inneren der Zellenpumpe mit dem Fördermittelstrom vereinigt, und daß eine Vorrichtung angeordnet ist, die den Druck auf der Fördermittelaustrittsseite der Pumpe konstanthält.
2. Baueinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß in der Nähe des Fördermittelaustrittsstutzens (62) ein Teilstrom des Fördermittels als Kühlmittelstrom abgeleitet und entgegen der Strömungsrichtung des Fördermittelsstroms an den wärmeabgebenden Flächen des Elektromotors und seiner Wellenlager vorbei im Kreislauf zu einem Gebiet geringen Druckes der Pumpe geführt ist und daß an der Fördermittelaustrittsseite der Pumpe ein weiterer Teilstrom des Fördermittels abgeleitet und über eine Druckregeleinrichtung im Kreislauf zur Fördermitteleintrittsseite geführt ist.

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3. Baueinheit nach Anspruch 1 und 2,dadurch gekennzeichnet , daß ein Teilstrom des Fördermittels über im Innenmantel (45) im Gebiet zwischen Kollektor (12) und Anker (13) gelegene kalibrierte Öffnungen (63,64) entnommen, durch den Ringspalt (65) zwischen Anker (13) und Ständer (43) des Elektromotors zum A-Lager (19) und von dort durch in Wellennähe gelegene Öffnungen (68) und den Spalt (69) zwischen Laufrad (23) und Pumpengehäuse in das Pumpeninnere zurückgeführt ist.
4· Baueinheit nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiterer Teilstrom des Fördermittels über eine im Lagerschild (16) des B-Lagers gelegene kalibrierte Öffnung (70) entnommen, durch Kühlschlitze (71) des B-Lagers geleitet, von dort über die Oberfläche des Kollektors (12) geführt und anschließend mit dem Teilstrom vereinigt wird, der aus den im Innenmantel (45) im Gebiet zwischen Kollektor (12) und Anker 113) gelegenen Öffnungen (63,64) zuströmt.
5. Baueinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Druckregeleinrichtung aus einer eingespannten Membran (35) aus gummielastischem Material oder gummiertem Gewebe besteht, die im Ruhezustand auf dem ganzen Rand eines Rohres (34) aufliegt, wobei sich um das Rohr i34)

herum ein Ringkanal (32) bildet, der als Zulauf für den Teilstrom des Fördermittels dient, während die Membran (35) auf der Rückseite einen aufgeklebten Federteller (41) besitzt,dessen Durchmesser größer ist als der Durchmesser des Rohres ν 34) und der durch eine Schraubenfeder (40) belastet ist, die in einer atmosphärisch belüfteten Kammer (39) angeordnet ist, wobei das Rohr (34) dem Rücklauf des Fördermittels dient.

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