DE4020521A1

DE4020521A1 - Peripheralpumpe, insbesondere zum foerdern von kraftstoff aus einem vorratstank zur brennkraftmaschine eines kraftfahrzeuges

Info

Publication number: DE4020521A1
Application number: DE4020521A
Authority: DE
Inventors: Willi Strohl; Loren Smith; Jaihind-Singh Dr Sumal
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1990-06-28
Filing date: 1990-06-28
Publication date: 1992-01-02
Also published as: EP0536154B1; EP0536154A1; JPH05508460A; US5328325A; JP2962828B2; WO1992000457A1; DE59102451D1

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Peripheralpumpe nach der Gattung des Hauptanspruchs. Es ist schon eine solche Pumpe bekannt (US-PS 33 15 607), bei welcher das gemeinsame Zentrum der beiden Kreisab schnitte auf dem Axialspalt zwischen Laufrad und Kammerwand liegt. Der Wirkungsgrad derartiger Peripheralpumpen kann aber nicht befriedigen.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Peripheralpumpe mit den kennzeichnenden Merk malen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß die Pumpenleistung auf ein befriedigendes Maß angehoben wird, weil die Zirkulationsströmung Qc bei sonst gleichen Bedingungen um ca. 20% gesteigert werden kann. Damit kann der maximale Förderdruck bei gleichen Außenabmessungen und Betriebsbedingungen entsprechend gesteigert werden.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vor teilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Peripheralpumpe möglich.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung darge stellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 ein Kraftstofförderaggregat mit einer im Längsschnitt dargestellten Peripheralpumpe, Fig. 2 eine in Fig. 1 mit II bezeichnete Einzelheit der Peripheralpumpe, in vergrößerter Dar stellung, Fig. 3 einen Querschnitt durch die Peripheralpumpe gemäß Fig. 1, entlang der Linie III-III und Fig. 4 ein Schaubild, das den Steigerungsfaktor für die Zirkulationsströmung als Funktion von ε darstellt.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Ein in Fig. 1 dargestelltes Aggregat 10 dient zum Fördern von Kraftstoff aus einem nicht dargestellten Vorratstank zur ebenfalls nicht dargestellten Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges. Das Kraftstofförderaggregat 10 weist eine Strömungspumpe 12 auf, deren Laufrad 14 durch eine mit einem nicht dargestellten elektrischen Antriebsmotor angetriebene Welle 16 drehschlüssig verbunden ist. Das Laufrad 14 sitzt auf einem Lagerzapfen 18 und ist in einer soge nannten Pumpenkammer 19 angeordnet, die - in Achsrichtung des Lauf rades 14 gesehen - beidseitig durch Wände 20 und 22 begrenzt ist. Dabei ist der Lagerzapfen 18 an der Wand 20 angeordnet. Die Wand 22 weist eine Lagerstelle 24 für die Antriebswelle 16 auf. Während des Betriebs des Förderaggregats 10 saugt die Strömungspumpe 12 Kraft stoff durch einen Saugstutzen 26 an und drückt dieses Medium über einen Pumpenausgang 28 in der Wand 22 in einen Raum 30, in welchem der nicht dargestellte Elektromotor untergebracht ist. Von dort aus wird der Kraftstoff über einen Ausgangs- oder Druckstutzen 32 der Brennkraftmaschine zugeführt. Da sowohl die Strömungspumpe 12 als auch der nicht dargestellte Elektromotor in einem gemeinsamen Gehäuse 33 untergebracht sind, das mit einem Saugstutzen 26 und einem Druckstutzen 32 versehen ist und der Kraftstoff somit das Kraftstofförderaggregat 10 durchströmt, bildet das Kraftstofförder aggregat gleichsam ein Teil der Förderleitung vom Vorratstank zur Brennkraftmaschine.

Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, weist das Laufrad 14 der Strömungs pumpe 12 einen scheibenförmigen, zentralen Bereich 34 auf, der mit einer zentralen Lagerbuchse 36 versehen ist, in welcher der Lager zapfen 18 der Wand 20 gelagert ist. Das Laufrad 14 bzw. dessen zentraler Bereich 34 weist eine Vielzahl von radialen Flügeln 38 auf, die an ihren freien, von dem zentralen Bereich 34 abgewandten Enden durch einen umlaufenden Ring 40 miteinander verbunden sind, was aber nicht zwingend erforderlich ist. Die Flügel 38 sind dadurch gebildet, daß zwischen, auf einem gemeinsamen Teilkreis angeordneten Durchbrüchen 42 des Laufrades 14 Stege verbleiben, welche die Durch brüche 42 in Umfangsrichtung begrenzen. Die Achse eines jeden Durch bruchs 42 verläuft parallel zur Drehachse des Laufrades. Da die Anordnung des äußeren Ringes 40 nicht zwingend notwendig ist, kann die zwischen den in Umfangsrichtung einander benachbarten Flügeln 38 verbleibende Lücke 42 auch als Nut bezeichnet werden. Wie insbeson dere Fig. 2 zeigt, ist deren Nutgrund besonders ausgeformt. Aus gehend von der einen Stirnfläche 44 des Laufrades 14 erstreckt sich der Nutgrund 46 kreisabschnittartig. Dies gilt ebenso für die andere Seite des Laufrades 14, wo sich von der Stirnfläche 48 aus der Nut grund 50 ebenfalls kreisabschnittartig erstreckt. Die beiden Kreis abschnitte 46 und 50 gehen im Mittelbereich des Laufrades 14 stoß frei ineinander über. Da das Laufrad 14 vorzugsweise in einer Form hergestellt wird, muß aus Gründen der besseren Formbarkeit sowohl der Nutgrund 46 als auch der Nutgrund 50 über kurze, waagrechte End abschnitt 52 zu den Stirnflächen 44 und 48 geführt werden, die parallel zur Drehachse des Laufrades verlaufen. In den beiden Kammerwänden 20 und 22 sind jeweils ein fast ringförmiger Förder kanal 54 und 56 angeordnet. Der Grund 58 des Förderkanals 54, wie auch der Grund 60 des Förderkanals 56 sind ebenfalls kreisabschnitt förmig geformt. Sowohl die Kreisabschnitte 46 und 58 als auch die Kreisabschnitte 50 und 60 weisen jeweils gemeinsame Zentren 62 bzw. 64 auf. Die Radien eines jeden Nutgrundes 46 und 50 sind in Fig. 2 mit 68 angegeben worden. Die Radien eines jeden Grundes 58, 60 der Förderkanäle 54 und 56 sind in Fig. 2 mit 66 bezeichnet. Ein wesentliches Merkmal der Erfindung ist darin zu sehen, daß die Zentren 62 bzw. 64 der beiden Kreisabschnitte 68 bzw. 66 gleich sind und innerhalb der Kontur des Laufrades 14 liegen (Fig. 2). Wie Fig. 2 weiter zeigt, sind die beiden Zentren 62 und 64 jeweils um ein Maß 70, gemessen von den jeweiligen benachbarten Stirnflächen 44 bzw. 48 des Laufrades 14 in die Laufradkontur hineingerückt worden. Weiter ist noch bemerkenswert, daß die beiden Zentren 62 und 64 - bezogen auf die Laufraddrehachse - auf einem gemeinsamen Teilkreis mit einem Radius 72 angeordnet sind.

Der Druck einer Peripheralpumpe kann näherungsweise gemäß der ein schlägigen Literatur nach folgender Formel berechnet werden:

wobei:
p = Druck
ρ = Dichte
A = Förderkanalquerschnitt
ω = Winkelgeschwindigkeit des Laufrades
R = Radius des Laufrades
Qt = Fördermenge inklusive interner Leckage
Qc = Zirkulationsströmung (zwischen Kanal und Laufrad ungesetzt Flüssigkeitsmenge pro Sekunde) sind
Qc kann nährungsweise durch die Formel

berechnet werden, wobei C eine nur noch von der Pumpengeometrie ab hängige Konstante ist.

Damit eine Pumpe bei sonst gleichen Betriebsbedingungen einen möglichst hohen Förderdruck erzielt, ist es also wichtig, daß dieser C-Faktor möglichst hoch ist.

Qc bzw. C läßt sich aus Meßergebnissen zurückrechnen. Ohne Meßer gebnisse, d. h. wenn noch keine Pumpe vorhanden ist, kann Qc bzw. C nur mit finiten Elementen aus der Geometrie und den Betriebsdaten näherungsweise berechnet werden. Bei solchen Berechnungen wurde herausgefunden, daß bei Konstanthalten sämtlicher in Gleichung (1) und Gleichung (2) eingehender Parameter die Konstante C einen Maximalwert hat, wenn die Pumpengeometrie folgende Merkmale aufweist:

1. Kanalquerschnitt ist ein Kreisabschnitt,
2. Mittelpunkt der Kreisgeometrie liegt um s= ε×r von der Laufradkante entfernt innerhalb des Laufrades, wobei der Wert für ε zwischen 0,15 und 0,35 vorzugsweise zwischen 0,2 und 0,3 liegen sollte. Dabei bedeuten r der Kanalradius im Querschnitt (Maß 66) und s der Abstand des Zentrums für r von der Laufradkante (Maß 70) (Stirn fläche). In dem Schaubild gemäß Fig. 4 sind auf der Abszisse der Wert ε und auf der Ordinate das Verhältnis des zugehörigen C-Faktores C (ε ) zum C-Faktor für aufgetragen.

Dabei sind für die Kurve 75 für R 17,5 mm und für A 4,52 mm² angenommen worden. Bei der Kurve 80 wurde der Wert 17,5 mm für R beibehalten und A auf 5,31 mm² ver größert. Der Kurve 85 liegen die Werte R= 14,2 und A= 4,52 mm² zugrunde.

Somit zeigt sich, daß die Lage des Maximums für C (ε)/C (0) nahezu unabhängig von den absoluten Werten für A und R immer zwischen ca. 0,2 und 0,7, vorzugsweise bei etwa ε= 0,25, liegt.

Claims

1. Peripheralpumpe, insbesondere zum Förderkraftstoff aus einem Vorratstank zur Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges, mit einem in einer Pumpenkammer umlaufenden, kreiszylindrischen Laufrad, das an mindestens einer seiner beiden Stirnflächen einen Kranz von in Umfangsrichtung des Laufrades mit Abstand voneinander angeordneten Flügeln aufweist und im Längsschnitt durch die Pumpe gesehen der Grund der nutartig ausgebildeten Lücke zwischen zwei einander benachbarten Flügeln einen Kreisabschnitt bildet, dessen Zentrum wenigstens nahezu identisch ist mit dem Zentrum eines anderen Kreis abschnitts, welcher durch den Grund eines annähernd ringförmigen Förderkanals gebildet ist, der den Flügelkranz gegenüberliegend in einer Wand der Pumpenkammer angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Zentren (62, 64) der beiden Kreisabschnitte (46, 58 bzw. 50, 60) innerhalb der Kontur des Laufrades (14) liegen.

2. Peripheralpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Radius (68) des Lückengrundes (46, 50) dem Radius (66) des Förder kanalgrundes (58, 60) entspricht.

3. Peripheralpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Radius des linken Lückengrundes (46, 50) größer ist als der Radius (66) des Förderkanalgrundes (58, 60).

4. Peripheralpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn zeichnet, daß das Maß (70), gemessen von der die Drehachse des Lauf rades (14) schneidenden Stirnfläche (48 bzw. 44) bis zum Zentrum (62 bzw. 64) r mal ε beträgt, wobei r der Radius (66) des Förderkanal grundes (58, 60) ist und ε eine Konstante darstellt, deren Größe im Bereich von 0,15 bis 0,35 liegt.

5. Peripheralpumpe nach einem Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe der Konstanten ε im Bereich zwischen 0,2 und 0,3 liegt.

6. Peripheralpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn zeichnet, daß der Lückengrund-Kreisabschnitt (46 bzw. 50) zum Förderkanalgrund-Kreisabschnitt (58, 60) konzentrisch ist.

7. Peripheralpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn zeichnet, daß das Laufrad (14) an seinen beiden Stirnflächen (44, 48) je einen Kranz von Flügeln (38) aufweist und daß jedem Flügel kranz ein annähernd ringförmiger Förderkanal (54, 56) in der ihm benachbarten Wand (20, 22) der Pumpenkammer (19) zugeordnet ist.

8. Peripheralpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn zeichnet, daß die freien Enden der Flügel (38) durch einen umlaufen den Ring (40) miteinander verbunden sind.