DE4112476A1 - Kraftstoffpumpe - Google Patents

Description

Elektrische Kraftstoffpumpen umfassen eine Rotationspumpe und einen elektrischen Antrieb, die in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht sind, um an einem Fahrzeug bzw. einem Kraftstofftank angebracht zu werden.

Kraftstoff-Rotationspumpen, die von einem elektrischen An­ trieb angetrieben werden, werden schon seit einigen Jahren in bestimmten Fahrzeugen eingesetzt, entweder als ursprüng­ liche Ausrüstung oder als Sonderausstattung, um das ur­ sprünglich vorgesehene Kraftstoffsystem zu ergänzen. Als Beispiel sei auf die US-PS 44 01 416 verwiesen.

Da die Pumpen häufig im Kraftstofftank untergebracht werden, ist der Geräuschfaktor extrem wichtig. Eine unter Last stehende Pumpe erzeugt normalerweise mehr Geräusch, und dies kann als Brummen für die Fahrzeuginsassen in unangenehmer Weise hörbar sein.

Wenn während eines Pumpzyklus eine Pumpenkammer Flüssigkeit abgibt, saugt eine andere Pumpenkammer zur gleichen Zeit Flüssigkeit an. Mit anderen Worten, die Einlaß- und Aus­ laßdruckwellen sind zeitlich aufeinander abgestimmt, und normalerweise ist die von jeder Pumpenkammer abgegebene Strömungsmenge gleich der von einer anderen Pumpenkammer aufgenommenen Strömungsmenge.

Es ist somit eine typische Eigenschaft einer Verdränger­ pumpe, daß jedesmal, wenn einer der Pumpenflügel seinen Pum­ penzyklus durchläuft, kleine Druckimpulse erzeugt werden. Typischerweise erzeugt eine Rollenzellen-Rotationspumpe ein hörbares Brummgeräusch, wenn sie mit dem Systemdruck arbei­ tet. Dieses Geräusch wird größer, wenn der Auslaßdruck größer wird.

Es besteht daher sowohl bei den Herstellern wie auch bei den Anwendern der Wunsch, die Druckimpulse zu verringern oder zu eliminieren, um eine glatte, impulsfreie Strömung aus der Pumpe bei dem gewünschten Betriebsdruck zu erzielen.

Ein weiteres Problem bei derartigen Kraftstoffpumpen betrifft den Ausgleich der auf den Anker ausgeübten axialen Kräfte. Üblicherweise sind die in der einen axialen Richtung ausgeübten Kräfte wesentlich größer als die in der entgegen­ gesetzten axialen Richtung. Die hieraus resultierenden Rei­ bungskräfte können zu einer Abbremsung des Ankers und somit zu einer Verringerung des Pumpenwirkungsgrades führen.

Durch die vorliegende Erfindung soll eine elektrische Kraft­ stoffpumpe geschaffen werden, bei der die auf den Anker aus­ geübten axialen Kräfte so weitgehend wie möglich ausge­ glichen werden.

Die Erfindung sowie vorteilhafte Ausgestaltungen der Er­ findung sind in den Ansprüchen angegeben.

Anhand der Zeichnungen wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine elektrische Kraft­ stoffpumpe;

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines Impulsdämpfers in Form eines geblasenen Produktes.

In Fig. 1 ist, im Längsschnitt, eine Kraftstoffpumpe darge­ stellt, die ein Einlaß-Gehäuseteil 10 und ein Auslaß-Gehäu­ seteil 20 aufweist, welche von einem zylindrischen Gehäuse­ teil 22 getrennt werden. Eine Gehäuseumhüllung 24 mit O-Ring-Dichtungen an jedem Ende ist mit überspannenden Enden 26, 28 versehen, um die Anordnung zusammenzuhalten. Anker- Magnete 30 und 32 umgeben einen umlaufenden Anker 40, der mit einem Kommutator 42 versehen ist. Bürsten 44 und 46 im Auslaß-Gehäuseteil 20 werden elastisch gegen die Stirnseite des Kommutators 42 angedrückt, wobei geeignete elektrische Verbinder 48 und 50 vorgesehen sind.

Der Anker 40 ist mit einer Welle 60 versehen, die in einem Ansatz 62 in einer Wand 64 des Einlaß-Gehäuseteils 10 ge­ lagert ist. Eine Einlaßöffnung 65 in der Wand ermöglicht den Eintritt von Kraftstoff zur Einlaßseite der Pumpe. Die Pumpe weist ein inneres Zahnrad 66 auf, das mit Preßsitz an der Welle 60 befestigt und innerhalb eines äußeren Zahnrades 68 angeordnet ist. Eine Auslaßöffnung 69 ist vorgesehen; Auslaß-Kraftstoff kann jedoch auch an der flexiblen Dichtung 70 vorbeiströmen, die mit dem äußeren Zahnrad 68 frei um­ laufen kann und gegen die Rotoren von einer Hülse 72 an­ gedrückt wird, die zwischen dem Anker und der Dichtung 70 angeordnet ist. Die Zähne der Zahnräder 66 und 68 sind vorzugsweise miteinander kämmende schraubenförmige Zähne entsprechend der US-PS 45 96 519, um Impulse am Pumpenauslaß zu reduzieren und zu glätten.

Am anderen Ende des Ankers 40 ist eine Welle 80 in einer aufgepreßten Buchse 82 innerhalb eines zentralen Einsatzes 84 des Auslaß-Gehäuseteils 20 gelagert. Die Buchse 82 ist an der Welle 80 befestigt und innerhalb des Einsatzes 84 in eine Ausnehmung 85 axial beweglich. Eine kleine Entlüftungs­ öffnung 86 ist am Ende der Ausnehmung 85 vorgesehen. Die Buchse 82 läuft mit der Welle 80 um. Ein Auslaß-Anschluß 87 ist wie üblich vorgesehen. Ein Filtersieb 88 erstreckt sich über die Hauptöffnung 90 im Einlaß-Gehäuseteil 10.

Das Einlaß-Gehäuseteil 10 ist mit einem einwärts gerichteten Flansch 94 versehen, der den Anker-Magneten 30, 32 zugewandt ist. Ein hohler Impulsdämpfer 100 ist zwischen dem Innenrand des Flansches 94 und den Mageten 30, 32 gehalten. Der Impuls­ dämpfer 100 ist als Torus mit einer offenen Mitte und einer konischen Form ausgebildet, wie in der Zeichnung darge­ stellt. Das Material, aus dem der Torus hergestellt ist, ist ein flexibler Kunststoff, der gegen Kohlenwasserstoffe resistent ist, wie z. B. ACETEL. Das Material wird zu einer abgedichteten Kammer in einem Blasvorgang geformt, bei dem der Innendruck so gesteuert wird, daß er größer als Atmosphärendruck ist, beispielsweise 1,12 bis 2,8 kp/cm² (16-40 psi). Dies kann in Relation zu der Kapazität der Pumpe geregelt werden, in den der Impulsdämpfer eingebaut wird.

Die teilkonische Form des Impulsdämpfers 100 ist von Be­ deutung im Hinblick auf seine Lebensdauer. Wenn die Form im Ruhezustand zwischen zwei parallelen Ebenen liegt, sind die Wände aufgrund des Innendrucks geringfügig ausgebaucht; bei höherem Druck besteht jedoch die Tendenz, daß er in beiden diametralen Richtungen expandiert. Die Form des Impuls­ dämpfers setzt einer derartigen Formänderung einen Wider­ stand entgegen. Aufgrund der konischen Form ergibt sich eine geringfügige Winkeländerung; einer diametralen Änderung wird jedoch weniger Widerstand entgegengesetzt, und somit wird auf das Material eine geringere Spannung ausgeübt. Dies trägt zu einer größeren Lebensdauer des Impulsdämpfers bei.

Die unter Druck gesetzte Kammer kann auch als dünnwandiger Schlauch ausgebildet werden, indem ein Ende des Schlauches verschlossen wird und eine Schlauchlänge zwischen Rollen in Richtung auf das verschlossene Ende hin zusammengedrückt wird, um den auf das geschlossene Ende ausgeübten Druck zu erhöhen. Der Schlauch wird dann hinter den Rollen dicht gemacht, um ein unter Druck stehendes Segment übrig zu lassen. Dieses Segment kann in die Pumpenkammer als "Länge" oder als Torus eingesetzt werden.

Dieser Innendruck innerhalb des Impulsdämpfers macht eine Federvorspannung überflüssig und sorgt für eine kalkulier­ bare Erhöhung des Widerstandes bei einem Anstieg des Außen­ bare Erhöhung des Widerstandes bei einem Anstieg des Außen­ drucks. Durch die Verwendung von schraubenförmigen Zahnrä­ dern zur Impulsverringerung und das Mitwirken der unter Druck stehenden Impulskammer lassen sich die Schwingungen und das Geräusch einer schnell arbeitenden Pumpe soweit ver­ ringern, daß sie praktisch nicht mehr feststellbar sind.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft den Ausgleich der auf den Anker ausgeübten axialen Kräfte. Die Bürsten 44, 46 werden von den üblichen Federn nach links gegen den platten­ förmigen Kommutator 42 angedrückt. Der Druck in der Anker­ kammer wie auch der negative Druck in der Einlaßkammer 90 übt nach links gerichtete Kräfte auf die Pumpenläufer aus. Die Reibung des inneren und äußeren Zahnrades an der Wand 64 übt zusätzlich zu der eigentlichen Pumpenkraft eine weitere Kraft auf die Pumpe aus. Dem wirkt ein Druck entgegen, der auf die bewegliche Buchse 82 am rechten Ende des Ankers ausgeübt wird. Ferner sind die Anker-Magnete 30, 32 gering­ fügig nach rechts versetzt, um eine nach rechts gerichtete Ausgleichskraft zu erzeugen. Somit werden die nach links gerichteten normalen Betriebskräfte, nämlich die Bürsten­ kräfte und die nach links gerichteten Druckkräfte, von den auf den Anker ausgeübten Magnetkräften ausgeglichen, die die Tendenz haben, den Anker nach rechts zu bewegen. Dies ver­ ringert die an den Pumpenläufen auftretende Reibung. Dies wiederum verringert die Abbremsung des Ankers und erhöht somit den Wirkungsgrad der Pumpe.

Claims (10)

1. Elektrische Kraftstoffpumpe mit einem länglichen Gehäuse, das an seinen axial entgegengesetzten Enden mit einem Einlaß und einem Auslaß versehen ist, einem Gleich­ strommotor mit einem Anker, der innerhalb des Gehäuses zwischen den besagten Enden drehbar gelagert ist, und einem innerhalb des Gehäuses angeordneten Stator, der den Anker umgibt und mit diesem magnetisch gekoppelt ist, sowie einer Pumpeinrichtung, die am Anker befestigt und angrenzend an dem Einlaßende des Gehäuses angeordnet ist, um Kraftstoff vom Einlaß durch das Gehäuse zum Auslaß zu pumpen und hier­ bei eine an der Pumpeinrichtung anliegende Druckdifferenz zu erzeugen, die die Tendenz hat, die Pumpeinrichtung in Reib­ anlage mit dem Einlaßende zu drücken, dadurch gekennzeichnet, daß der Stator (30, 32) bezüglich des Ankers (40) eine größere Abmessung axial zum Gehäuse (10, 20, 22) in Richtung auf das Auslaßende als in Richtung auf das Einlaßende hat, wodurch er innerhalb des Gehäuses in Richtung auf den Auslaß versetzt ist und den Anker (40) axial zum Gehäuse in Richtung auf den Auslaß magnetisch anzieht, um hierdurch zumindest teilweise die an der Pump­ einrichtung (66, 68) anliegende Druckdifferenz auszugleichen.

2. Kraftstoffpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stator aus einer Anordnung von Permanentmagneten (30, 32) besteht, die den Anker (40) in Umfangsrichtung umgeben.

3. Kraftstoffpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker versehen ist mit einem plattenförmigen Kommutator (42), der an dem Anker (40) be­ festigt ist, Kommutatorbürsten (44, 46) im Auslaßende des Ge­ häuses und Mitteln im Auslaßende, die die Bürsten (44, 46) elastisch gegen den Kommutator (42) andrücken, um den Anker (40) und die Pumpeinrichtung (66, 68) in Richtung auf das Einlaßende zu drücken.

4. Kraftstoffpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpeinrichtung als Gero­ torpumpe mit einem äußeren Zahnrad (68) und einem am Anker befestigten inneren Zahnrad (66) ausgebildet ist.

5. Kraftstoffpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Lager (82), das am Anker (40) be­ festigt und im Auslaßende gleitend so angeordnet ist, daß der auf das Lager (82) ausgeübte Kraftstoffdruck innerhalb des Gehäuses zumindest teilweise die an der Pumpeinrichtung (66, 68) anliegende Druckdifferenz ausgleicht.

6. Kraftstoffpumpe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Auslaßende des Gehäuses (10, 20, 22) eine Ausnehmung (85) vorgesehen ist, die am einen Ende innerhalb des Gehäuses offen und am anderen Ende zur Atmosphäre hin entlüftet ist, wobei das Lager (82) innerhalb der Ausnehmung gleitend und drehbar gelagert ist.

7. Elektrische Kraftstoffpumpe mit einem länglichen Gehäuse, das einen Einlaß am einen Ende und einen Auslaß am anderen Ende aufweist, einen Gleichstrommotor mit einem Anker, der innerhalb des Gehäuses drehbar gelagert ist und einem Stator innerhalb des Gehäuses, der den Anker umgibt und mit diesem magnetisch gekoppelt ist, und einer Pump­ einrichtung, die mit dem Anker verbunden und angrenzend am Einlaß- oder Auslaßende angeordnet ist, um Kraftstoff durch das Gehäuse zu pumpen und dadurch eine an der Pumpeinrich­ tung anliegende Druckdifferenz zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet, daß der Stator (30, 32) gegenüber dem Anker (40) innerhalb des Gehäuses in einer Richtung auf das Auslaßende hin versetzt ist, so daß die magnetische An­ ziehung zwischen dem Anker (40) und dem Stator (30, 32) zumindest teilweise die Druckdifferenz ausgleicht.

8. Elektrische Kraftstoffpumpe mit einem länglichen Gehäuse, das an seinen axial entgegengesetzten Enden mit einem Einlaß und einem Auslaß versehen ist, einem Gleich­ strommotor mit einem Anker, der innerhalb des Gehäuses zwischen den besagten Enden drehbar gelagert ist, und einem innerhalb des Gehäuses angeordneten Stator, der den Anker umgibt und mit diesem magnetisch gekoppelt ist, sowie einer Pumpeinrichtung, die am Anker befestigt und angrenzend an dem Einlaßende des Gehäuses angeordnet ist, um Kraftstoff vom Einlaß durch das Gehäuse zum Auslaß zu pumpen und hierbei eine an der Pumpeinrichtung anliegende Druckdiffe­ renz zu erzeugen, die die Tendenz hat, die Pumpeinrichtung in Reibanlage mit dem Einlaßende zu drücken, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe ferner ein Lager (82) aufweist, das am Anker (40) befestigt und im Auslaßende gleitend so gelagert ist, daß der auf das Lager (82) aus­ geübte Kraftstoffdruck innerhalb des Gehäuses (10, 20, 22) zumindest teilweise die an der Pumpeinrichtung (66, 68) anliegende Druckdifferenz ausgleicht.

9. Kraftstoffpumpe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß im Auslaßende des Gehäuses (10, 20, 22) eine Ausnehmung (85) vorgesehen ist, die am einen Ende innerhalb des Gehäuses offen und am anderen Ende zur Atmosphäre hin entlüftet ist, wobei das Lager (82) innerhalb der Ausnehmung gleitend und drehbar gelagert ist.

10. Kraftstoffpumpe nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Stator (30, 32) bezüglich des Ankers (40) eine größere Abmessung axial zum Gehäuse (10, 20, 22) in Richtung auf das Auslaßende als in Richtung auf das Einlaßende hat, wodurch er innerhalb des Gehäuses in Richtung auf den Auslaß versetzt ist und den Anker (40) axial zum Gehäuse in Richtung auf den Auslaß magnetisch anzieht, um hierdurch zumindest teilweise die an der Pumpeinrichtung (66, 68) anliegende Druckdifferenz auszugleichen.