DE4039712A1 - Umfangsfluss-fluessigkeitspumpe - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Flüssigkeitspumpe der Umfangsfluß-Bauart und im Besonderen eine Umfangsfluß-Flüssigkeitspumpe, die als Brennstoffpumpe zum Pumpen eines flüssigen Brennstoffes vom Brennstofftank in den Verbrennungsmotor eines Fahrzeuges benutzt wird.

Die Fig. 4 und 5 sind Querschnittansichten, die eine Pumpe zeigen, die dieselbe Bauart hat wie eine übliche Umfangsfluß-Flüssigkeitspumpe, wie sie in der ungeprüften veröffentlichten japanischen Anmeldung Nr. 79 193/1985 offenbart ist. In diesen Figuren bezeichnet die Bezugsziffer 1 ein Pumpengehäuse, das einen Pumpengehäuse-Körper 2 und einen Deckel 3 umfaßt. Im Pumpengehäuse ist ein Flügelrad 4 mit Schaufeln 5 an seinem Umfang aufgenommen. Das Flügelrad 4 ist auf einer Mittelwelle 6 so befestigt, daß es um die Mittellinie des Pumpengehäuses 2 herum umläuft.

Im Pumpengehäuse 1 ist ein bogenförmiger länglicher Pumpenfließweg 7 mit einem Saugeinlaß 8 und einer Auslaßöffnung 9 an seinen Enden so ausgebildet, daß er sich längs des äußeren Umfangs des Flügelrades 4 erstreckt und die Schaufeln 5 des Flügelrades 4 aufnimmt.

Der stromaufwärts gelegene Abschnitt des Pumpenfließweges 7, der auf der Seite des Saugeinlasses liegt, ist als erweiterter Fließweg 7a ausgebildet, der eine vorbestimmte Länge hat, in der er einen größeren Querschnitt hat als im übrigen Abschnitt und in dem demzufolge der Innendruck niedriger ist als im letzteren und er hat ferner eine Stufe 7b an dem Ende, an dem sein Querschnitt vermindert ist; mit anderen Worten ist der verbleibende Abschnitt des Pumpenfließweges 7 zwischen der Stufe 7b und der Auslaßöffnung 9 im Querschnitt kleiner als der erweiterte Fließweg 7a und dort ist demzufolge der innere Druck höher als im verbleibenden Teil. Im erweiterten Fließweg 7a ist nahe der Stufe 7b ein kleines Loch, und zwar ein Gasentlüftungsloch 14, ausgebildet, so daß der Pumpenfließweg mit dem Äußeren des Pumpengehäuses 1 in Verbindung steht.

Die Mittelwelle 6 des Flügelrades 4 ist die Umlaufwelle des Rotors 16 eines elektrischen Motors 15; sie ist an beiden Enden in Lagern 17 und 18 drehbar gelagert.

In Fig. 4 bezeichnet die Bezugsziffer 19 ferner einen Endverschluß, der ein Rückschlagventil 22 und einen Flüssigkeitsauslaß 23 aufweist und eine Hülse 24 abstützt.

Das Pumpengehäuse 1 ist über das Joch 20 des Motors 15 mit dem Endverschluß 19 verbunden. Im Joch 20 ist der Rotor 16 aufgenommen und bildet zwischen dem Pumpengehäuse 1 und dem Endverschluß 19 eine Flüssigkeitskammer 21, um eine Flüssigkeit, wie z. B. einen flüssigen Brennstoff, der aus der Ausflußöffnung 9 ausfließt, zu speichern. Auf der Innenwand des Jochs sind Permanentmagneten 25 angebracht, die als Stator dienen. Die Flüssigkeitskammer 21 ist mit dem Flüssigkeitsauslaß 23 über ein Rückschlagventil 22 verbunden, das im Endverschluß 19 vorgesehen ist. Die Hülse 24 stützt Bürsten 27 ab, die in gleitendem Kontakt mit dem Kommutator 26 des Rotors 16 gehalten werden.

Es wird nun die Wirkungsweise einer so aufgebauten Umfangsfluß-Flüssigkeitspumpe beschrieben.

Wenn das Flügelrad 4 in Fig. 5 durch den elektrischen Motor 15 im Uhrzeigersinn angetrieben wird, dann wird eine Flüssigkeit, wie z. B. ein flüssiger Brennstoff, durch den Saugeinlaß 8 in den Pumpenfließweg 7 eingesaugt. Die so angesaugte Flüssigkeit wird durch den Flüssigkeits-Reibungswiderstand, der zwischen ihr und dem mit hoher Geschwindigkeit umlaufenden Schaufeln des Flügelrades entsteht, im Druck erhöht, so daß er veranlaßt wird, in Fig. 5 im Uhrzeigersinn zu fließen und durch die Auslaßöffnung 9 in die Flüssigkeitskammer 21 auszufließen. Wenn die Schaufeln des Flügelrades andererseits die Flüssigkeit berühren, wird diese teilweise verdampft, so daß sich Blasen in der Flüssigkeit bilden. Die so gebildeten Blasen haben ebenfalls die Möglichkeit, in die Flüssigkeitskammer 21 zu fließen. Wenn die Blasen über die Flüssigkeitskammer 21 in den Verbrennungsmotor gelangen, dann entsteht eine Vielzahl von Schwierigkeiten. Um diese Schwierigkeiten zu vermeiden, ist im erweiterten Teil des Fließweges nahe der Stufe ein Gas-Entlüftungsloch 14 ausgebildet, um die Blasen aus dem Pumpengehäuse heraus abzuleiten.

Wenn bei einer Umfangsfluß-Flüssigkeitspumpe, die als Brennstoffpumpe verwendet wird, im Pumpenfließweg durch die Verdampfung des Brennstoffes Blasen gebildet werden und wenn diese Blasen im Pumpenfließweg verbleiben, dann entsteht die sogenannte "Dampfsperre", die den Flüssigkeitsfluß behindert und auf diese Weise die Wirksamkeit des Pumpvorganges erheblich herabsetzt. Um diese Schwierigkeit zu überwinden, ist bei einer üblichen Umfangsfluß-Flüssigkeitspumpe, wie sie oben beschrieben worden ist, das Gas-Entlüftungsloch im Pumpenfließweg angeordnet, um diesen mit der Außenseite des Pumpengehäuses zu verbinden, so daß die Blasen, die im Pumpenfließweg durch die Verdampfung der Flüssigkeit entstehen, über dieses Gas-Entlüftungsloch auf die Außenseite des Pumpengehäuses entweichen können.

Da das Gas-Entlüftungsloch aber ein sehr kleines Loch im Boden des erweiterten Fließweges ist, bestehen viele Probleme, die gelöst werden müssen. Wenn nämlich die Schaufeln des Flügelrades die Flüssigkeit, wie z. B. den flüssigen Brennstoff im Pumpenfließweg berühren, dann werden in diesem Blasen ausgebildet und diese Blasen fließen wegen des Unterschiedes zwischen den Blasen und der Flüssigkeit in bezug auf die Zentrifugalkräfte und der spezifischen Dichte an der Innen-Umfangsseite des Pumpenfließweges. Um die Blasen folglich aus dem Pumpengehäuse abzuleiten, ist es notwendig, eine große Menge von im wesentlichen blasenfreier Flüssigkeit mit aus dem Pumpengehäuse abzuleiten, die nahe am Boden des Pumpenfließweges vorhanden ist. Da das Gasentlüftungsloch ferner ein kleines Loch ist, das im erweiterten Fließweg angeordnet ist, entsteht ein hoher Fließwiderstand dann, wenn die Blasen zusammen mit der Flüssigkeit durch das kleine Loch fließen.

Da das Gas-Entlüftungsloch ferner in bezug auf den Boden des Pumpenfließweges senkrecht steht, kann der dynamische Druck des Strudels (Wirbels) im Pumpenfließweg nicht zum Austreiben der Blasen aus dem Pumpengehäuse benutzt werden; das bedeutet, daß die Blasen nur mit Hilfe des statischen Druckes im Pumpenfließweg ausgetrieben werden müssen. Unter der Voraussetzung, daß Brennstoff sehr stark verdampft wird, werden demzufolge manchmal Blasen, die durch die Verdampfung des Brennstoffes gebildet werden, nicht aus dem Pumpengehäuse herausbefördert; das wiederum bedeutet, daß es schwierig ist, dem Entstehen einer sog. Dampfsperre vorzubeugen.

Es ist demzufolge die Aufgabe der Erfindung, die oben beschriebenen Schwierigkeiten zu vermeiden, die bei einer üblichen Umfangsfluß-Flüssigkeitspumpe entstehen.

Im einzelnen liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Umfangsfluß-Flüssigkeitspumpe anzugeben, bei der Blasen, die durch die Verdampfung vom Brennstoff im Pumpenfließweg entstehen, wirkungsvoll aus dem Pumpengehäuse abgeführt werden, so daß keine Dampfsperre erzeugt wird.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung durch eine Umfangsfluß-Flüssigkeitspumpe gelöst, die ein Flügelrad mit Schaufeln an seinem äußeren Umfang aufweist sowie ein Pumpengehäuse hat, das einen gebogenen, länglichen Pumpenfließweg längs des äußeren Umfangs des Flügelrades aufweist, wobei der Pumpenfließweg an einem Ende einen Saugeinlaß und am anderen Ende eine Auslaßöffnung aufweist. Eine solche Umfangsfluß-Flüssigkeitspumpe ist gemäß der Erfindung durch einen Gas-Entlüftungsweg gekennzeichnet, der sich radial einwärts erstreckt und sich in den inneren Umfang des Pumpenfließweges an einer Stelle öffnet, die nahe einer Stufe liegt, die sich ihrerseits vom Boden des Pumpenfließweges aus erstreckt; er ist ferner durch ein Durchgangsloch gekennzeichnet, das einen viel größeren Querschnitt hat als der Gas-Entlüftungsweg und durch das hindurch der Gas-Entlüftungsweg mit der Außenseite des Pumpengehäuses in Verbindung steht.

Bei einer Umfangsfluß-Flüssigkeitspumpe nach der Erfindung werden die Blasen, die in der Flüssigkeit im Pumpenfließweg durch Verdampfung gebildet werden und die längs des Innenumfanges des Pumpenfließweges nahe am Flügelrad fließen, wie folgt abgeführt: Die Blasen werden durch den statischen Druck, der im Pumpenfließweg durch das Pumpen entsteht und durch den dynamischen Druck, der durch den Wirbel im Pumpenfließweg entsteht, dazu veranlaßt, in den Gas-Entlüftungsweg zu gelangen; diese Blasen sind dabei im wesentlichen von der Flüssigkeit getrennt, die nahe am Boden des Pumpenfließweges vorhanden ist. Die Blasen werden dann aus dem Pumpengehäuse über das Durchgangsloch abgeführt, das viel größer im Querschnitt ist als der Gas-Entlüftungsweg und das daher im wesentlichen frei ist von einem Fließwiderstand. Auf diese Weise werden die Blasen, die im Pumpenfließweg gebildet werden, aus dem Pumpengehäuse mit hoher Wirksamkeit entfernt; das bedeutet, daß die Schwierigkeit, daß Blasen im Pumpengehäuse verbleiben, nach der Erfindung vermieden wird.

Das Wesen, das Prinzip und die Brauchbarkeit der Erfindung werden noch klarer aus der folgenden, genauen Beschreibung hervorgehen, die im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen zu lesen ist, in denen gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind. Es zeigen:

Fig. 1 ist ein senkrechter Querschnitt durch eine Ausführungsform der Umfangsfluß-Flüssigkeitspumpe nach der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 ist ein Querschnitt längs der Linie II-II in Fig. 1;

Fig. 3 ist ein vergrößerter Querschnitt längs der Linie III-III in Fig. 2;

Fig. 4 ist ein senkrechter Querschnitt durch eine übliche Umfangsfluß-Flüssigkeitspumpe; und

Fig. 5 ist ein Querschnitt längs der Linie IV-IV in Fig. 4.

Anhand der Fig. 1 bis 3 wird nun eine Ausführungsform der Umfangsfluß-Flüssigkeitspumpe nach der Erfindung beschrieben.

In diesen Figuren bezeichnet die Bezugsziffer 1 ein Pumpengehäuse, welches einen Pumpengehäuse-Körper 2 und einen Deckel 3 umfaßt. Das Pumpengehäuse 1 nimmt ein Flügelrad 4 mit Schaufeln 5 in seinen Umfang auf. Das Flügelrad 4 ist auf einer Mittelwelle 6 so angebracht, daß es um die Mittellinie des Pumpengehäuses 1 umläuft.

Im Pumpengehäuse 1 ist ein gebogener, länglicher Pumpen-Fließweg 7 mit einem Saugeinlaß 8 und einer Ausflußöffnung 9 an beiden Enden so ausgebildet, daß er sich längs des äußeren Umfangs des Flügelrades 4 erstreckt und die Schaufeln 5 des Flügelrades 4 aufnimmt.

Das Pumpengehäuse 1 oder, genauer, der Deckel 3, hat gemäß Fig. 3 einen Gas-Entlüftungsweg 11 und ein Durchgangsloch 12, das gegenüber dem Gas-Entlüftungsweg 11 einen viel größeren Querschnitt aufweist. Der Gas-Entlüftungsweg 11 öffnet sich zum inneren Umfang des Pumpen-Fließweges 7 nahe dem Flügelrad 4 mit einer Stufe, die sich vom Boden 10 des Pumpenfließweges 7 aus erstreckt. Über das Durchgangsloch 12 ist der Gas-Entlüftungsweg 11 mit der Außenseite des Pumpengehäuses 1 verbunden.

Die Querschnittsausmaße des Gas-Entlüftungsweges 11 und des Durchgangslochs 12 hängen von der Kapazität der Pumpe ab. Bei einem normalen Fahrzeug ist der Gas-Entlüftungsweg 11 im Querschnitt rechteckig und ist zum Beispiel 4 mm breit und 0,2 mm hoch und das Durchgangsloch 12 hat einen kreisrunden Querschnitt, der einen Durchmesser von zum Beispiel 2,5 mm aufweist.

Die Mittelwelle 6 des Flügelrades 4 ist die Umlaufwelle des Rotors 16 eines elektrischen Motors 15, der mit der Umfangsfluß-Flüssigkeitspumpe gekoppelt ist. Die Welle des Rotors 16 ist an beiden Enden mit Hilfe von Lagern 17 und 18 im Pumpengehäuse 1 und in einer Hülse 24 gelagert.

Das Pumpengehäuse 1 ist an einem Ende über das Joch 20 des Motors 15 mit einem Endverschluß 19 verbunden. Das Joch 20 nimmt den Rotor 16 auf und bildet eine Flüssigkeitskammer 21 zwischen dem Pumpengehäuse 1 und dem Endverschluß 19, um auf diese Weise eine Flüssigkeit, wie z. B. flüssigen Brennstoff, der durch die Ausflußöffnung 9 ausfließt, zu speichern. An der Innenwand des Jochs sind Permanentmagnete 25 befestigt, die als Stator dienen. Die Flüssigkeitskammer 21 steht mit dem Flüssigkeitsauslaß 23 über ein Rückschlagventil 22 in Verbindung, das im Endverschluß 19 vorgesehen ist. Die Hülse 24 trägt Bürsten 27, die in gleitender Berührung mit dem Kommutator 26 des Rotors 16 gehalten werden.

Wenn bei einer so aufgebauten Umfangsfluß-Flüssigkeitspumpe das Flügelrad 4 gemäß Fig. 2 vom Motor 15 im Uhrzeigersinn gedreht wird, wird eine Flüssigkeit, wie z. B. ein flüssiger Brennstoff, über den Saugeinlaß 8 in den Pumpenfließweg 7 eingesaugt. Die so angesaugte Flüssigkeit fließt in Fig. 2 im Uhrzeigersinn und sie fließt durch die Ausflußöffnung 9 in die Flüssigkeitskammer 21. Während dieses Pumpvorganges berühren die Schaufeln 5 des Flügelrades 4 die Flüssigkeit im Pumpenfließweg, wobei Dampf ensteht, der in der Flüssigkeit Blasen bildet. Die so gebildeten Blasen unterscheiden sich von der Flüssigkeit sowohl in bezug auf die Zentrifugalkräfte als auch in bezug auf die spezifische Dichte. Es ist ihnen folglich möglich, zusammen mit der Flüssigkeit zu fließen, während sie sich längs des Innenumfangs des Pumpenfließweges 7 nahe des Flügelrades sammeln; das bedeutet, daß sie in derselben Richtung fließen wie die Umlaufrichtung des Flügelrades 4. Wenn die Blasen zu dem Gas-Entlüftungsweg 11 gelangen, der sich in derselben Richtung erstreckt wie ein Wirbel 13, welcher im Pumpenfließweg 7 durch das Flügelrad gebildet wird, dann wirken der statische Druck, der im Pumpenfließweg 7 durch den Pumpvorgang erzeugt wird und der dynamische Druck des Wirbels 13, der im Pumpenfließweg 7 durch das Flügelrad erzeugt wird, auf die nahe am Flügelrad gesammelten Blasen, so daß diese Blasen veranlaßt werden, in den Gas-Entlüftungsweg 11 hineinzufließen, während sie im wesentlichen von der Flüssigkeit getrennt sind, die nahe am Boden 10 des Pumpenfließweges 7 vorhanden ist. Die Blasen werden auf diese Weise in den Gas-Entlüftungsweg 11 und über das Durchgangsloch 12 aus dem Pumpengehäuse 1 hinausbefördert; da das Durchgangsloch 12 im Querschnitt viel größer ist als der Gas-Entlüftungsweg 11, entsteht dabei im wesentlichen kein Fließwiderstand.

Wie dies bereits oben beschrieben ist, umfaßt das Pumpengehäuse der Umfangsfluß-Flüssigkeitspumpe einen Gas-Entlüftungsweg 11, der sich in den inneren Umfang des Pumpenfließweges 7 nahe des Flügelrades 4 öffnet und zwar mit einer Stufe, die sich vom Boden des Pumpenfließweges 7 aus erstreckt und radial nach innen gerichtet ist; das Pumpengehäuse umfaßt ferner ein Durchgangsloch 12, das einen viel größeren Querschnitt aufweist als der Gas-Entlüftungsweg 11 und über das der Gas-Entlüftungsweg 11 mit der Außenseite des Pumpengehäuses 1 in Verbindung steht. Die Blasen, die durch teilweise Verdampfung der Flüssigkeit im Pumpenfließweg 7 gebildet werden, werden folglich aus dem Pumpengehäuse 1 über den Gas-Entlüftungsweg 11 und das Durchgangsloch 12 durch den statischen Druck ausgetrieben sowie durch den dynamischen Druck, der im Pumpenfließweg 7 besteht; bei diesem Austreiben sind die Blasen im wesentlichen von der Flüssigkeit getrennt. Die in der Flüssigkeit im Pumpenfließweg gebildeten Blasen werden demzufolge sicher und mit hoher Wirksamkeit abgeführt; das bedeutet, daß die Schwierigkeit vermieden ist, daß die Blasen im Pumpenfließweg verbleiben und daß dadurch die Leistungsfähigkeit der Umfangsfließpumpe herabgesetzt wird.

Obwohl bisher die Erfindung in Verbindung mit einem bevorzugten Ausführungsbeispiel beschrieben worden ist, ist es offensichtlich, daß für Fachleute viele Arten von Veränderungen und Abweichungen möglich sind, die ohne ein Verlassen der Erfindung durchgeführt werden können und es ist daher beabsichtigt, in den beigefügten Ansprüchen alle solche Veränderungen und Abweichungen so anzusehen, daß sie in den Geist und den Schutzumfang der Erfindung fallen.

Claims (2)

1. Umfangsfluß-Flüssigkeitspumpe mit einem Flügelrad (4), das an seinem äußeren Umfang Schaufeln (5) aufweist und mit einem Pumpengehäuse (1), in dem längs des äußeren Umfanges des Flügelrades (4) ein bogenförmiger länglicher Pumpenfließweg (7) ausgebildet ist, an dessen beiden Enden ein Saugeinlaß (8) und eine Ausflußöffnung (9) vorgesehen sind, wobei das Pumpengehäuse gekennzeichnet ist durch

• - einen Gas-Entlüftungsweg (11), der sich in den inneren Umfang des Pumpenfließweges (7) an einer Stelle nahe dem Flügelrad (4) mit einer Stufe öffnet, die sich vom Boden (10) des Pumpenfließweges aus erstreckt, wobei sich der Gas-Entlüftungsweg (11) radial nach innen erstreckt; und
• - ein Durchgangsloch (12), das im Querschnitt viel größer ist als der Gas-Entlüftungsweg (11), wobei der Gas-Entlüftungsweg (11) über dieses Loch mit der Außenseite des Pumpengehäuses (1) in Verbindung steht.

2. Umfangsfluß-Flüssigkeitspumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Gas-Entlüftungsweg (11) in derselben Richtung erstreckt wie ein Wirbel (13), der vom Flügelrad (4) im Pumpenfließweg (7) gebildet wird.