DE2734479A1

DE2734479A1 - Kraftstoffpumpe, insbesondere fuer kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE2734479A1
Application number: DE19772734479
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Sauerschell; Rainer Steinacker
Original assignee: Mannesmann VDO AG
Current assignee: Mannesmann VDO AG
Priority date: 1977-07-30
Filing date: 1977-07-30
Publication date: 1979-02-22
Also published as: IT1097167B; FR2398892A1; SE7808054L; IT7825777A0

Description

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VDO 6 FRANKFURT/MAIN 90

ADOLF SCHINDLING AG GRÄFSTRASSE 103

Kraftstoffpumpe, insbesondere für Kraftfahrzeuge

Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffpumpe, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit wenigstens einem in einer Pumpen-? kammer angeordneten, elektromotorisch angetriebenen Flügelrad mit gekrümmten Flügeln, wobei zwischen der Innenwand der Pumpenkammer und einer die Enden der Flügel zylindrisch umhüllenden, gedachten Fläche ein sich zumindest über einen Teil seines ümfangs erweiternder ringförmiger Raum gebildet wird, der in einen Ausströmtrichter mit einer axial gerichteten Auslaßöffnung mündet.

Bei einer derartigen bekannten Kraftstoffpumpe ist die Pumpenkammer, wie bei Zentrifugalpumpen bekannt, als Spiralgehäuse ausgebildet, welches das Flügelrad aufnimmt. Das Spiralgehäuse steht mit einem Ausströmtrichter mit einer in axialer Richtung der Kraftstoffpumpe gerichteten Auslaßöffnung in Verbindung (US-PS 3 29Ί 025). Das Spiralgehäuse weist eine Innenwand auf, die sich über den gesamten Umfang des Spiralgehäuses mit wachsendem Radius von dem Zentrum dee Spiralgehäuses entfernt. Das Zentrum des Spiralgehäuses liegt in der Achse eines Elektromotors, der ein in dem Spiralgehäuse drehbar gelagertes Flügelrad antreibt. Das Flügelrad umfaßt eine Buchse, in die die Ankerwelle eines Elektromotors einsteckbar ist, einen um die Buchse flanschartig verlaufenden Teil und von diesem Teil abstehende Flügel, die in einer Richtung gekrümmt sind. Der Elektromotor, die Pumpenkammer und der Flügelkörper sind in einem vielteiligen, annähernd tubusförmigen Gehäuse untergebracht. Dabei ist die Pumpenkammer durch ein flaches Teil abgedeckt, welches zur Achse des Elektromotors konzentrisch angeordnete Einlaßöffnungen aufweist. - Im Betrieb dieser Kraftstoffpumpe, die

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in einem Tank untergebracht ist, saugt das rotierende Flügelrad Kraftstoff durch die Einlaßöffnungen an und schleudert den Kraftstoff entlang der Innenwand des Spiralgehäuses durch den Ausströmtrichter in die axial gerichtete Auslaßöffnung. Dabei wird auch das Motorgehäuse von Flüssigkeit umströmt.

Diese Kraftstoffpumpe ist geeignet, Kraftstoffflüssigkeit aus dem Tank zu einem Vergaser zu fördern, der von dem Tank entfernt und relativ hoch angeordnet ist. Nachteilig bei dieser bekannten Kraftstoffpumpe ist, daß die geforderte Kraftstoffmenge bezogen auf die Leistungsaufnahme des Elektromotors und auf den Raumbedarf der Kraftstoffpumpe ebenso wie der an der Auslaßöffnung auftretende Druck verhältnismäßig gering ist.

Es ist daher auch bekannt, den Wirkungsgrad der mit einem Elektromotor angetriebenen Pumpe dadurch zu verbessern, daß zwei Flügelräder in Je einer Pumpenkammer durch die gleiche Rotorwelle angetrieben werden und daß die Strömungswege dieser Pumpen in Reihe und/oder parallel angeordnet sind. Im einzelnen ist bei einem derartigen Zweikammersystem (DT-OS 2538 688) Jedes Flügelrad in einer Pumpenkammer angeordnet, die in Strömungsrichtung betrachtet Jeweils aus einem Kammerteil mit zentrischer Einlauföffnung und einem Ringkanalkörper mit außen umlaufendem Ringkanal als Auslauf gebildet ist. Der Kaminerteil und der Ringkanalkörper stützen sich dabei am Motorgehäuse ab. Der in Strömungsrichtung zweite Ringkanalkörper bildet umfangsseitig einen U-förmigen Auslaßkanal für die vorgeordnete Pumpenkammer. Vor dem vorgeordneten Kammerteil ist der weitere Ringkanalkörper angeordnet, der wiederum einen umlaufenden,im Querschnitt sich verändernden Ringkanal als Auslauf bildet. Jeder Einlaß in einen Auslaßkanal liegt annähernd in der Umlaufebene eines der Flügelräder. Obwohl in diesem Zusammenhang be-

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kannt ist, daß die Fördermenge und der Druck des geförderten Kraftstoffes von der Ausgestaltung der Ringkanäle und der Ringkanalkörper abhängt, ist diese Kraftstoffpumpe zum Erzielen der gewünschten Leistung zweistufig ausgebildet.

Das gleiche trifft für eine andere zum Stand der Technik gehörende Kraftstoffpumpe nach dem Zweikammersystem zu (US-PS 3 298 318). Auch bei dieser Kraftstoffpumpe trägt das untere Ende einer Rotorwelle zwei aufeinander folgende Flügelräder, die in einem im wesentlichen zylindrischen Gehäuse untergebracht sind. Die Pumpenkammern weisen über ihren Umfang bezüglich des Zentrums gleichbeabstandete Innenwände auf. Zwischen beiden Flügelrädern ist in dem Gehäuse und mit diesem einstückig eine Zwischenwand mit einer Reihe gekrümmter Rippen ausgebildet, die dazu dienen, den von dem unteren Flügelrad zu einer zentralen öffnung unterhalb des oberen Flügelrades geförderten Kraftstoff zu führen. Jedes Flügelrad besteht aus einer unteren ebenen Grundfläche und einer oberen geneigten .Deckfläche, die durch derart gekrümmte Flügel beabstandet sind, daß die zwischen den Flügeln und der Grundfläche und der Deckfläche an jeder Stelle gebildeten Querschnitte annähernd konstant sind. Die Grundfläche Jedes Flügelrades ist dabei mit einer zentrischen öffnung versehen, durch die der Kraftstoff in das Flügelrad einströmen kann, wo er zwischen der oberen Fläche und der Grundfläche geführt wird_;bis er an dem Außenumfang des Flügelrads austritt. Die Flügel der Flügelräder sind dabei stets in einer Richtung gekrümmt.

Diese Kraftstoffpumpe nach dem Zweikainnersystem ist verhältnismäßig aufwendig, da insbesondere die Flügelräder mit Deckfläche und Grundfläche und dazwischen liegenden Flügeln nur schwer ausgeformt werden können.

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Der Aufwand 1st auch deswegen hoch, da ein einziges Flügelrad in einer Pumpenkammer trotzdem noch nicht genügend Kraftstoff bei für alle in Frage kommenden Anwendungsfälle ausreichenden Druck fördert .

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, unter Vermeidung der Nachteile der bisher bekannten Kraftstoffpumpen eine Kraftstoffpumpe der eingangs genannten Gattung zu schaffen, die bei gegebenem Volumen und gegebener Leistungsaufnahme des sie antreibenden Elektro motors möglichst leistungsfähig ist, d. h. eine verhältnismäßig große Kraft stoffmenge bei relativ hohem Druck fördert. Es soll damit genügen, die Kraftstoffpumpe als Einkammersystem auszubilden. Deswegen und auch wegen der Formgebung der einzelnen Teile der Kraftstoffpumpe soll sich diese möglichst einfach und kostengünstig herstellen lassen.

Diese Aufgabe wird für eine Kraftstoffpumpe der eingangs genannten Gattung mit einer Pumpenkammer und einem in ihr untergebrachten Flügelrad erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die. Flügel schwach S-förmig gekrümmt sind und daß die Innenwand der Pumpenkammer entlang einem ersten Abschnitt zur Bildung eines gleichförmigen geringen Abstands zu der Umhüllenden der Flügel und entlang einem sich an den ersten Abschnitt anschließenden, kürzeren zweiten Abschnitt zur Bildung eines stetig bis mindestens zu dem Ausetrömtrichter wachsenden Abstandes geformt ist.

Mit dieser Ausbildung wird eine hohe Fördermenge bei hohem Wirkungsgrad erreicht. Dies geschieht nach dem angenommenen inneren WirkungsZusammenhang dadurch, daß die zu pumpende Flüssigkeit nur über einen relativ kurzen Weg in der Pumpenkammer entlang der Innenwand umläuft, bis sie in den Ausströmtrichter mit der Auslaßöffnung gelangt. Dazu kann ferner wesentlich beitragen, daß auch in dem Abschnitt der Innenwand, in dem diese von der Umhüllenden der Flügel zurücktritt, die Erweiterung

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des zwischen der Umhüllenden und der Innenwand gebildeten ringförmigen Raums nur verhältnismäßig schwach in einer noch im einzelnen anzugebenden Weise erfolgt.

In bevorzugter AusfUhrungsform weist die Kraftstoffpumpe das Merkmal auf, daß der zweite, sich erweiternde Abschnitt der Innenwand stetig in eine Wand des in der Umlaufebene des Flügelradsnangeordneten Ausströmtrichters übergeht, der verhältnismäßig kurz ist. - Durch diese Ausbildung werden die Strömungsverluste weiter herabgesetzt.

Im einzelnen ist die Kraftstoffpumpe besonders zweckmäßig derart ausgebildet, daß sich der erste Abschnitt der Innenwand über mehr als l80°, aber weniger als 270° erstreckt, daß der zweite Abschnitt der Innenwand einen Winkel von mindestens 90°, aber weniger als 180° anschließt und daß der sich an den zweiten Abschnitt der Innenwand anschließende Ausströmtrichter über weniger als 90° erstreckt.

Besonders vorteilhaft weist die Kraftstoffpumpe die Merkmale auf , daß die Innenwand entlang dem ersten Abschnitt zylindrisch mit einem ersten Halbmesser geformt ist und entlang dem zweiten Abschnitt ebenfalls zylindrisch mit einem zweiten, größeren Halbmesser ausgebildet ist und daß der Krümmungsmittelpunkt des zweiten Abschnitts gegenüber dem Krümmungsmittelpunkt des ersten Abschnitts so versetzt ist, daß der erste und der zweite Abschnitt der Innenwand an einer Stelle ihres Umfangs stetig ohne Absatz ineinander übergehen. - Diese Ausbildung ist besonders fertigungsgünstig, da die Pumpenkammer aus einfachen zylindrischen Abschnitten zusammengesetzt ist. Trotzdem ist die Förderleistung groß, insbesondere bei einer derartigen Dimensionierung, daß der Krümmungsmittelpunkt bzw. die Krümmungsachse des zweiten Abschnitts gegenüber dem Krümmungsmittelpunkt bzw. der Krümmungsachse des ersten Abschnitts um ein auf den kleineren Halbmesser bezogenes Maß zwischen 1 : 8 bis 1 : 12 versetzt ist. Fertigungstechnisch besonders

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zweckmäßig ist die Kraftstoffpumpe mit dem Merkmal ausgebildet, daß die Pumpenkammer auf einer Seite mit einem eine Einlaßöffnung aufweisenden Deckel verschließbar ist, an den ein an einem Ende in den Ausströmtrichter hineinreichender Zapfen mit einer gekrümmten Kante angeformt ist. Durch die gekrümmte Kante wird der Flüssigkeitsstrom aus der Umfangrichtung,in der er in der Pumpenkammer strömt, in axiale Richtung in die Auslaßöffnung verhältnismäßig verlustfrei umgeleitet. Dieser Zapfen, der von der Innenseite des Deckels absteht, kann an Stelle einer in der Pumpenkammer versenkten Krümmung leicht ausgeformt werden .

Die Kraftstoffpumpe mit einem tubusförmigen Motorgehäuse ist in der Ausbildung besonders herstellungsgünstig, da die mit dem Deckel verschließbare Pumpenkammer mit dem Motorgehäuse einstückig ausgebildet ist. Die gesamte Kraftstoffpumpe kann derart aus lediglich vier leicht zusammensetzbaren Teilen gebildet werden, nämlich dem Motorgehäuse mit der Pumpenkammer, dem die Einlaßöffnung aufweisenden Deckel, dem Flügelrad und einem auf der entgegengesetzten Seite d.es Deckels auf das Motorgehäuse aufzusetzenden Verschlußdeckel mit einem Druckstutzen, aus dem die geförderte Flüssigkeit heraustritt.

Schließlich ist es vorteilhaft, dad in dieser Kraftstoffpumpe vorgesehene Flügelrad mit dem Merkmal auszustatten, daß aus einem die Flügel tragenden flanschförmigen Teil des Flügelrades Löcher ausgespart sind. Die Löcher, die als nierenförmige Löcher oder als runde Löcher ausgebildet sein können, ermöglichen es, den Flüssigkeitsdurcheatz weiter zu erhöhen, weil etwa im Zentrum eich bildende Gasblasen, wenn die zu fördernde Flüssigkeit erwärmt wird, leichter entweichen können. Gleichzeitig tritt durch die Löcher eine erheblicher Verminderung der Geräuschbildung ein.

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Die Erfindung wird im folgenden an Hand eines Ausführungsbeispiels mit sechs Figuren erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 die Kraftstoffpumpe in einer Seitenansicht, Fig. 2 einen Längsschnitt durch das tubusförmige Motorgehäuse mit angeformter Pumpenkammer, Fig. 3 die Pumpenkammer in einer Draufsicht, Fig. ¹J einen Deckel mit einem Ansaugstutzen, Fig. 5 ein Flügelrad in einer Draufsicht und Fig. 6 das Flügelrad in einem Querschnitt.

In Fig. 1 ist das tubusförmige Motorgehäuse mit 1 bezeichnet. Das Motorgehäuse ist unten mit einem Deckel 3 mit einem Ansaugstutzen 3 im wesentlichen abgeschlossen. Der Ansaugstutzen weist um einen Abstandshalter ^ieine zentrale Öffnung 5 auf. Oben ist das tubusförmige Motorgehäuse durch einen Verschlußdeckel 6 abgeschlossen, von dem ein Druckstutzen emporragt. An dem Deckel ist ferner ein elektrischer Anschluß stutzen 8 zu erkennen. - In Fig. 1 ist die Kraftstoffpumpe in ihren normalen Einbaustellung dargestellt, wobei sich der Abstandshalter auf dem Boden eines Tanks abstützen kann.

Fig. 2 zeigt zum besseren Verständnis der erfindungswesentlichen Merkmale noch einen Längsschnitt durch das Motorgehäuse mit der angeformten Pumpenkammer 9, die sich am untersten Teil des Motorgehäuses befindet. Die Pumpenkammer ist durch eine Trennwand 10 von dem Raum 11 getrennt, der zur Aufnahme eines Elektromotors dient. In dem Raum 11 sind Rippen 12 erkennbar, die zur Halterung des Stators des Elektromotors vorgesehen sind. - An der Trennwand 10 ist ein Lageransatz 13 mit einer Öffnung 14 angeformt. Durch die Öffnung kann die Rotorwelle des Elektromotors in die Pumpenkammer hineinreichen, wo an ihr das in Fig. 2 nicht dargestellte Flügelrad angebracht wird. Das Innere der Pumpenkammer steht ferner über eine Auslaßöffnung 15 mit dem Raum 11 in Verbindung, durch den die zu fördernde Flüssigkeit bis zu dem Druckstutzen 7 in Fig. 1 gedrückt wird.

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In Fig. 3 wird von unten in die Pumpenkammer 9 gesehen. Im Zentrum der Pumpenkammer ist die öffnung I^ erkennbar, durch die die Rotorwelle hindurchtreten kann. Konzentrisch um diese öffnung 14 ist mit dem Halbmesser 16 ein erster zylindrischer Abschnitt der allgemein mit 17 bezeichneten Innenwand der Pumpenkammer angeordnet. Der erste Abschnitt reicht entgegen dem Uhrzeigersinn von der ersten Stelle 19 zu der zweiten Stelle 20 an der Innenwand. Hieran schließt sich entgegen dem Uhrzeigersinn der zweite Abschnitt der Innenwand an, der von der zweiten Stelle 20 bis zu der dritten Stelle 22 verläuft. Der zweite zylindrische Abschnitt ist mit dem Radius 23 um den Mittelpunkt 24 angeordnet, der gegenüber dem Mittelpunkt der zentralen öffnung I^ um den Abstand 25 versetzt ist.

Ferner ist in Fig. 3 erkennbar, daß der zweite Abschnitt der Innenwand entgegen dem Uhrzeigersinn über die dritte Stelle 22 hinaus zu einem Ausströmtrichter 26 verlängert ist, und zwar bis zu demEnde 27 des Ausströmtrichters, wo dieser in die axial gerichtete Auslaßöffnung 28 mündet . Zwischen der ersten Stelle 19 und einer vierten Stelle 29 bildet der erste Abschnitt der Innenwand zugleich eine Wand des Ausströmtrichters 26, und zwar derart, daß sich der Querschnitt des Ausströmtrichters 26 von der ersten Stelle 19 bis zu dem Ende 27 des Ausströmtrichters verjüngt.

In Fig. 3 ist schließlich mit einer unterbrochenen Linie die Umhüllende 30 des in Fig. 5 dargestellten Flügelrads eingezeichnet, wobei die Darstellungsmaßstäbe in den einzelnen Figuren unterschiedlich sein können.

Aus Fig. 3 ist erkennbar, daß zwischen der Umhüllenden 30 und der Innenwand im Verlaufe des ersten Abschnitts von der· ersten Stelle 1$ biszu der zweiten Stelle 20 eine ringförmiger Raum 31 mit kleinem konstanten Abstand

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Zwischen der Innenwand und der Umhüllenden gebildet wird, während sich dieser Abstand des ringförmigen Raums zwischen der zweiten Stelle 20 und der dritten Stelle allmählich und verhältnismäßig geringfügig bis zu dem Ausströmtrichter 26 erweitert.

In Fig. ¹J ist der Deckel 2 in einem größeren Maßstab dargestellt, bei dem zusätzlich zu der Darstellung in Fig. 1 im einzelnen der Zapfen 32 mit seiner gekrümmten Kante 33 erkennbar 1st. Der Deckel wird beim Zusammenbau der Pumpe^ nach dem das Flügelrad in der Pumpenkammer auf die durch die öffnung 14 hindurchreichende Rotorwelle aufgesteckt ist, so an dem Motorgehäuse angebracht, daß die gerade Kante 34 des Zapfens an dem Ende 27 der Austrittsöffnung unmittelbar anliegt. In diesem Fall führt die gekrümmte Kante allmählich aus der Umlaufrichtung In die axiale Richtung.

In den Figuren 5 und 6 1st im einzelnen dae Flügelrad dargestellt. Die Besonderheit dieses Flügelrads besteht einmal in der leicht S-förmigen Formgebung der Flügel, wie im einzelnen aus der Zeichnung zu entnehmen 1st. Diese S-Porm weist zwei einander entgegen gerichtete schwache Krümmungen auf. Die Flügel sind mit 35 bezeichnet. Die Enden der Flügel 36 liegen auf der Umhüllenden 30.

Ale weitere Besonderheit 6tB Flügelrad^ let in Fig. 5 erkennbar, dafe aus feinem fiänechförmlgen Teil 37 » der die Flügel trägt, nierenförmige Löcher 3B ausgespart sind. - Wie auch Flg. 6 zeigt ist das gesamte Flügelrad einstückig geformt, und zwar aus einem Kunststoff.

Durch daß Zusammenwirken mehrerer Merkmale hat die dargestellte Pumpe eine relativ hohe Pumpleistung bei kleinem Einbauvolumen und geringer Energieaufnahme.

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Diese Merkmale bestehen In der Ausbildung der Flügel des Flügelrads sowie in der Formgebung der Pumpenkammer, in der die Innenwand annähernd kreisförmig ausgebildet ist und sich nur in einem schmalen Bereich zu einem verhältnismäßig kurzen Ausströmtrichter erweitert.

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Claims

Patentansprüche

l.j Kraftstoffpumpe, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit mindestens einem in einer Pumpenkammer angeordneten, elektromotorisch angetriebenen Flügelrad mit gekrümmten Flügeln, wobei zwischen der Innenwand der Pumpenkammer und einer die Enden der Flügel zylindrisch umhüllenden gedachten Fläche ein sich zumindest über einen Teil seines Umfangs erweiternder r.ingförmiger Raum gebildet wird, der in einen Ausströmtrichter mit einer axial gerichteten Auslaßöffnung mündet, dadurch gekennzeichnet, daß die Flügel (35) schwach S-förmig gekrümmt sind und daß die Innenwand (17) der Pumpenkammer (9) entlang einem ersten Abschnitt (18) zur Bildung eines gleichförmigen geringen Abstandes zu der Umhüllenden (30) der Flügel und entlang einem sich an den ersten Abschnitt anschließenden, kürzeren, zweiten Abschnitt (21) zur Bildung eines stetig bis mindestens zu dem Ausströmtrichter (26) wachsenden Abstandes geformt ist.

2. Kraftstoffpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite, sich erweiternde Abschnitt (2.1) der Innenwand (17) stetig in eine Wand des in der Umlaufebene des Flügelrads angeordneten Ausströmtrichters

(26) übergeht, der verhältnismäßig kurz ist.

3. Kraftstoffpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich der erste Abschnitt (18) der Innenwand über mehr als l80°, aber weniger als 270° erstreckt, daß der zweite Abschnitt (21) der Innenwand einen Winkel von mindestens 90°, aber weniger als 180° einschließt und daß sich der an den zweiten Abschnitt der Innenwand anschließende Ausströmtrichter (26) über weniger als 90° erstreckt.

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h. Kraftstoffpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenwand (17) entlang dem ersten Abschnitt (18) zylindrisch mit einem ersten Halbmesser (16) geformt ist und entlang dem zweiten Abschnitt (21) ebenfalls zylindrisch mit einem zweiten, größeren Halbmesser (23) ausge-' bildet ist und daß der Krümmungsmittelpunkt (2¹O des zweiten Abschnitts gegenüber dem Krümmungsmittelpunkt (der Öffnung I¹J) des ersten Abschnitts so versetzt ist, daß der erste und der zweite Abschnitt der Innenwand an einer Stelle ( 20) ihres Umfangs stetig ohne Ansatz ineinander übergehen.

5. Kraftstoffpumpe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpenkammer (9) auf einer Seite mit einem eine Einlaßöffnung

(5) aufweisenden Deckel verschließbar ist, an den ein an einem Ende in den Ausströmtrichter (26) hineinreichender Zapfen (3¹I) mit einer gekrümmten Kante (33) angeformt ist.

6. Kraftstoffpumpe mit einem tubusförmigen Motorgehäuse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die mit dem Deckel (2) verschließbare Pumpenkammer (9) mit dem Motorgehäuse (l) einstückig ausgebildet ist.

7. Kraftstoffpumpe nach einem der vorangehenden Ansprüche, 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet _s daß aus einem die Flügel (35) tragenden flanschförmigen Teil (37) des Flügelrads Löcher (38) ausgespart sind.

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