DE4239488C2 - Aggregat zum Fördern von Kraftstoff aus einem Vorratstank zur Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Aggregat nach der Gattung des Hauptanspruchs. Es ist schon ein Förderaggregat bekannt, bei dem den zueinander parallelen Stirnflächen des Flügelrades ebenfalls zueinander parallele Stirnwände der Pumpkammer unter Beibehaltung eines sog. Axialspalts benachbart sind. Wenn also der eine Axial­ spalt gegen Null geht und sich der andere Axialspalt entsprechend vergrößert, weil das Flügelrad sich aufgrund irgendwelcher Einflüsse in Richtung der Drehachse in der Pumpkammer verschiebt, verharrt es in seiner nachteiligen, außermittigen Stellung, weil keine hydrau­ lische Kraft an dem Flügelrad angreift und dieses wieder in seine Mittelstellung zurückführt.

Ein solches Förderaggregat ist durch die DE 33 13 950 C2 bekannt, wobei dort die Summe der Axialspalte höchstens 0,07 mm betragen soll und die Axialspalte gleich groß sein sollen. Wie eine Anordnung des Flügelrads mit gleich großen Axialspalten erreicht werden kann ist hierbei jedoch nicht angegeben.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Förderaggregat mit den kennzeichnenden Merkma­ len des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß durch die erfindungsgemäße Anordnung und Ausgestaltung der Drosselspalte stets eine selbsttätige Rückführung des Flügelrades in seine vorteilhafte Mittelstellung erfolgt.

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

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung darge­ stellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 eine unmaßstäbliche Darstellung einer Einrichtung zum Versorgen der Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs mit Kraftstoff aus einem Vorratstank, mit einem Förderaggregat, das eine Strömungs­ pumpe aufweist, teilweise geschnitten dargestellt, Fig. 2 einen Schnitt durch die Pumpkammer der Strömungspumpe gemäß Fig. 1, ent­ lang der Linie II-II, vergrößert dargestellt, Fig. 3 einen Teil­ schnitt durch ein Gehäuseteil der Strömungspumpe entlang der Linie III-III in Fig. 2, Fig. 4 einen Teilschnitt durch ein Gehäuseteil der Strömungspumpe, entlang der Linie IV-IV in Fig. 2, Fig. 5 die Strömungspumpe gemäß Fig. 1 in vergrößerter, unmaßstäblicher Prin­ zipdarstellung, wobei das Flügelrad der Pumpe sich mit gleichen Abständen von einander gegenüberliegenden Wänden einer Pumpkammer befinden, in welcher das Flügelrad umläuft, Fig. 6 eine Darstellung der Pumpe gemäß Fig. 5, wobei das Flügelrad der einen Kammerwand angenähert ist, Fig. 7 eine Darstellung der Pumpe gemäß der Fig. 5, wobei das Flügelrad in der Pumpkammer gekippt ist und Fig. 8 eine grafische Darstellung der hydraulischen Kräfte, die bei den möglichen Betriebsstellungen des Flügelrades in der Pumpkammer auf dieses einwirken.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Fig. 1 zeigt ein Teil eines Kraftstoff-Vorratstanks 10, in dem ein Kraftstofförderaggregat 12 angeordnet ist. An einem Druckstutzen 14 des Kraftstofförderaggregats 12 ist eine Druckleitung 16 angeschlos­ sen, die zu einer Brennkraftmaschine 18 eines Kraftfahrzeuges führt. Während des Betriebs der Brennkraftmaschine 18 fördert das Kraft­ stofförderaggregat 12 Kraftstoff aus dem Vorratstank 10 zur Brenn­ kraftmaschine 18. Das Kraftstofförderaggregat 12 ist mit einem elektrischen Antriebsmotor 20 ausgestattet, dessen Ankerwelle 22 mit dem Förderglied einer Förderpumpe 24 drehfest verbunden ist. Die als Strömungspumpe ausgebildete Förderpumpe 24 weist als Förderglied ein Flügelrad 26 auf (Fig. 1 und 2) das in einer Pumpkammer 28 um­ läuft. Die Pumpkammer 28 wird in Achsrichtung durch die Stirnwände von Gehäuseteilen 30 und 32 begrenzt, die ebenso wie der elektrische Antriebsmotor 20 in einem Aggregatgehäuse 34 angeordnet sind. In radialer Richtung erfolgt die Begrenzung der Pumpkammer 28 direkt durch eine Ringwand 29 (Fig. 5). Das Gehäuseteil 30 der Förderpumpe 24 hat einen Ansaugstutzen 36, über welchen die Förderpumpe 24 Kraftstoff aus dem Vorratstank 10 saugt. Das Gehäuseteil 32 der För­ derpumpe 24 weist eine Drucköffnung 38 auf, welche die Pumpkammer 28 mit einem Innenraum 40 verbindet, in dem der elektrische Antriebs­ motor 20 des Förderaggregats 12 untergebracht ist. Der Innenraum 40 des Förderaggregats 12 ist mit dem Druckstutzen 14 verbunden, so daß der über den Stutzen 36 angesaugte Kraftstoff nach Durchströmen des Förderaggregats über den Druckstutzen 14 in die Druckleitung 16 gelangen kann.

Wie Fig. 1 zeigt, ist das Flügelrad 26 scheibenförmig ausgebildet. Es weist eine Zentralbohrung 42 zur Aufnahme der Ankerwelle 22 des Elektromotors 20 auf. An seinem äußeren Randbereich ist das Flügelrad 26 mit einem Kranz von Flügeln 44 versehen (Fig. 2). Die äuße­ ren Enden der Flügel 44 sind durch einen umlaufenden Ring 46 mit­ einander verbunden. Nahe seiner Zentralbohrung 42 ist das scheiben­ förmige Flügelrad 26 von mehreren Durchgängen oder Druckausgleichs­ bohrungen 48 durchsetzt. Wie Fig. 2 weiter zeigt, ist das zur Pumpe gehörenden Gehäuseteil 30 mit einer Saugöffnung 50 versehen, die bei zusammengebautem Aggregat mit der Durchgangsbohrung des Druck­ stutzens 36 korrespondiert. Von der Saugöffnung 50 aus erstreckt sich, in Drehrichtung des Flügelrades 26 (Pfeil 52) ein nahe ringförmiger Förderkanal 54. Ein entsprechender Förderkanal 55 ist in dem anderen Pumpengehäuseteil 32 angeordnet (Fig. 2). Der För­ derkanal 55 im Pumpengehäuseteil 32 beginnt gegenüberliegend der Saugöffnung 50 im Gehäuseteil 30 und endet dort, wo er in die Drucköffnung 38 mündet. Wie die Fig. 2 und 5 zeigen, hat das Ge­ häuseteil 30 eine zentrale Einsenkung 56, deren Tiefe 58 in Fig. 5 angegeben ist. Der Durchmesser der zentralen Einsenkung 56 ist in Fig. 5 mit 60 angegeben worden. Innerhalb der zentralen Einsenkung 56 ist im Gehäuseteil 30 eine zentrale Aussparung 62 vorgesehen, deren Durchmesser größer ist als der Teilkreisdurchmesser, auf wel­ chem die Durchgangsbohrungen 48 des Flügelrades 26 liegen. Wie die Fig. 2 und 5 weiter zeigen, erstreckt sich von der zentralen Ein­ senkung 56 des Gehäuseteils 30 aus ein Kranz von Taschen 64, die zur Einsenkung 56 randoffen sind. Die Tiefe der Taschen 64 ist größer als die Tiefe 58 der zentralen Einsenkung 56. Die einander benach­ barten Taschen 64 sind durch Stege 66 voneinander getrennt. Sie enden mit äußeren Kanten 68, die auf einer gemeinsamen Kreislinie liegen. Diese Kreislinie hat einen Durchmesser, der in Fig. 5 mit der Bezugszahl 70 versehen worden ist. Das zur besonderen Ausge­ staltung des Gehäuseteils 30 Gesagte, trifft entsprechend auch auf das Gehäuseteil 32 zu. Deshalb sind dort die entsprechenden Ausge­ staltungen mit Bezugszahlen versehen worden, die um die Zahl 100 größer sind als die entsprechenden, für das Gehäuseteil 30 verwendeten Bezugszahlen. Neben dem Beschriebenen hat das Gehäuse­ teil 32 noch eine zentrale Durchgangsbohrung 72 für die Ankerwelle 22 des elektrischen Antriebsmotors 20. Aus dem Gesagten ergibt sich, daß die Taschen 64, 164 sowohl zur Einsenkung 56, 156 hin als auch zum Flügelrad 26 hin offen sind. Fig. 5 zeigt weiter, daß die Taschen 64, 164 somit an jeder inneren Stirnwand der Gehäuseteile 30 und 32 einander gegenüberliegend angeordnet sind. Die Tiefe 74 der Taschen (Fig. 3) beträgt in Richtung der Drehachse des Flügelrades 26 gemessen höchstens 2 mm. Wie Fig. 5 weiter zeigt, befindet sich das Flügelrad 26 in einer vorteilhaften Mittellage zwischen den ihm zugewandten Stirnwänden 31 des Gehäuseteils 30 und 33 des Gehäuse­ teils 32. In dieser Mittellage ergeben sich somit zwischen den einander zugewandten Stirnwänden 31 und 33 der Gehäuseteile 30 und 32 und den Stirnflächen 25 und 27 des Flügelrades 26 im wesentlichen parallele Axialspalte, die sich aus einem größeren inneren Axial­ spalt 76 und einem kleineren äußeren Axialspalt 78 zusammensetzen. Diese beiden Teile der Axialspalte sind bei der Normalstellung des Flügelrades gemäß Fig. 5 beidseitig des Flügelrades 26 gleich groß. Ein dritter, innerer Axialspalt ergibt sich noch im Bereich der bei­ den Aussparungen 62 und 162, der in seiner Erstreckung in Richtung der Drehachse des Flügelrades 26 gesehen am größten ist. Wie Fig. 5 zeigt, ist der Durchmesser der zentralen Aussparung 62 mit 80 be­ zeichnet worden. Von der Drehachse des Flügelrades 26 ausgehend weist somit die Förderpumpe 24 je eine erste, innere Drosselstelle 82 bzw. 182 auf, die im Bereich des Übergangs von der Aussparung 62 bzw. 162 in die Einsenkung 56, bzw. 156 der Gehäuseteile 30 und 32 und den diesen zugewandten Stirnflächen 25 und 27 des Flügelrades 26 ausgebildet ist. Eine zweite, äußere Drosselstelle 84 bzw. 184 ist dort ausgebildet, wo die Taschen 64 in den Kammerwänden 30 und 32 an dem Durchmesser 70 enden. Da die Drosselstellen 82 bzw. 182 und 84 bzw. 184 ringförmig ausgebildet sind, und die Drehachse des Flügelrades 26 umgeben, können diese auch als Ringspalten bezeichnet wer­ den. Die Abstimmung aller Ringspalten 82 bzw. 182 und 84 bzw. 184 ist so getroffen, daß die sich aus dem Durchmesser 80 und dem Maß 76 ergebenden innere, ringförmige Drosselspaltfläche gleich ist der ringförmigen Drosselspaltfläche der äußeren Drosselstelle 84 bzw. 184, die sich aus dem Durchmesser 70 und dem Maß 78 des äußeren Drosselspalts ergibt, wenn sich das Flügelrad 26 in seiner ange­ strebten, in Fig. 5 dargestellten Mittelstellung befindet. Weiter ist die Abstimmung der Durchmesser 70 und 80 in Verbindung mit den Spaltmaßen der Drosselstellen 82 und 84 so getroffen, daß bei außer­ mittiger Betriebslage des Flügelrades 26 - also bei ungleichen Axialspalten - auf der Seite des kleineren Axialspalts die innere Drosselspaltfläche 82 bzw. 182 größer ist als die äußere Drossel­ spaltfläche 84 bzw. 184 bzw daß auf der Seite des größeren Axial­ spalts die äußere Drosselspaltenfläche größer ist als die innere Drosselspaltfläche. Eine solche Betriebslage ist in Fig. 6 darge­ stellt. Derartige Verschiebungen können dadurch auftreten, daß bei­ spielsweise das Förderaggregat so im Tank 10 angeordnet ist, daß die Drehachse des Flügelrades sich in einer aufrechten Stellung befin­ det. Das geringfügige Axialspiel der Ankerwelle kann somit also schon eine außermittige Anordnung des Flügelrades in der Pumpkammer 28 bewirken. Aus dem vorstehend Gesagten ergibt sich somit, daß die Abstimmung der Durchmesser 70 und 80 sowie der beiden Spaltbreiten 82 und 84 nach einer Gleichung erfolgen muß, die nachfolgend angege­ ben ist.

Durchmesser 80 × Spalt innen (82) = Durchmesser 70 × Spalt außen (84)

Daraus ergibt sich, daß das Maß 58 einer sorgfältigen Abstimmung im Rahmen der vorgenannten Gleichung bedarf, weil dadurch die Ring­ spaltflächen der Drosselstellen 84 bzw 184 am Durchmesser 70 ent­ scheidend beeinflußt wird.

In Fig. 8 ist die Wirkung der hydraulischen Kräfte auf das Flügel­ rad 26 dargestellt. Dabei ist das Flügelrad 26 als Linie gezeichnet, die sich mit gleichen Abständen von den beiden Stirnflächen 31 und 33 der Pumpengehäuseteile 30 und 32 befindet. Aus dieser Figur ist ersichtlich, daß in dieser angestrebten, vorteilhaften Mittelstel­ lung des Laufrades 26 die innere Drosselspaltfläche - in Fig. 8 ge­ strichelt gezeichnet und mit 82 bezeichnet, - gleich ist der äußeren Drosselspaltfläche 84 - strichpunktiert gezeichnet. Dies wird in Fig. 8 unten dadurch dokumentiert, daß sich diese beiden Linien 82 und 84 im Bereich des Flügelrades 26 schneiden. Wenn nun aus irgend­ welchen Gründen das Flügelrad 26 in Richtung des Pfeiles 90 aus sei­ ner Mittellage herauswandert und dadurch die Axialspalte ungleich werden, wird auf der Seite des kleineren Axialspalts (in Fig. 8 links) die innere Drosselspaltfläche 82 größer als die äußere Dros­ selspaltfläche 184. Gleichzeitig wird aber auf der Seite des größe­ ren Axialspalts (in Fig. 8 rechts) die äußere Drosselspaltfläche 84 größer als die innere Drosselspaltfläche 82. Der andere mögliche Fall ist in Fig. 8 oben aufgezeigt, wo das Flügelrad 26 in Richtung des Pfeiles 92 aus seiner gezeichneten Mittellage herauswandert und sich der Stirnfläche 33 annähert. Auch in diesem Fall wird auf der Seite des kleineren Axialspalts die innere Drosselspaltfläche 82 größer als die äußere Drosselspaltfläche 84. Gleichzeitig wird aber auf der Seite des größeren Axialspalts (in der Zeichnung links) die äußere Drosselspaltfläche 184 größer als die innere Drosselspalt­ fläche 182.

Durch die Veränderung der Drosselspaltflächen werden die auf das Laufrad einwirkenden hydraulischen Kräfte so beeinflußt, daß diese auf der Seite des kleineren Axialspalts stets größer sind als auf der Seite des größeren Axialspalts, wodurch eine selbsttätige Rückstellbewegung des Flügelrades in Richtung seiner Mittellage bewirkt wird.

Dies gilt auch für die Fälle, bei denen das Flügelrad 26 in der Pum­ penkammer 28 aufgrund von Passungs- oder Lagerspielen gekippt wird (Fig. 7). Auch in diesen Fällen erfolgt eine Rückstellung des Flü­ gelrades 26 im erwünschten Sinn, insbesondere auch durch die An­ ordnung der Taschen 64 und 164 in den beiden Gehäuseteilen 30 und 32 der Förderpumpe 24.

Claims (4)

1. Aggregat zum Fördern von Kraftstoff aus einem Vorratstank zur Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges, mit einer elektromotorisch angetriebenen, als Strömungspumpe ausgebildeten Förderpumpe, deren scheibenförmiges Flügelrad in einer Pumpkammer umläuft, die in Richtung der Flügelraddrehachse durch zwei mit Abstand voneinander angeordnete Stirnwände und in radialer Richtung durch eine Ringwand begrenzt ist, und in den beiden Stirnwänden einander gegenüberliegend je eine nahezu ringförmige Nut angeordnet ist, von denen in Drehrichtung des Flügelrades gesehen, die eine Nut an einer ihre Stirnwand durchdringenden Saugöffnung beginnt und die andere. Nut an einer ihre Stirnwand durchdringenden Drucköffnung endet, wobei zwischen den Stirnflächen des Flügelrades und den diesen zugewandten Stirnflächen der Pumpkammer im wesentlichen parallele Axialspalte vorhanden sind, dadurch gekennzeichnet, daß in den einander zugewandten Stirnwänden (31, 33) der Pumpkammer (28) jeweils ein ringförmiger Kranz von zur Drehachse des Flügelrads (26) und zum Flügelrad (26) hin randoffenen Taschen (64, 164) angeordnet ist, daß bezogen auf das Flügelrad (26) einander gegenüberliegend jeder Axialspalt radial innerhalb der Taschen (64, 164) einen ringförmigen inneren Drosselspalt (82) und radial außerhalb der Taschen (64, 164) einen ringförmigen äußeren Drosselspalt (84) hat und daß die innere Drosselspaltfläche gleich ist der äußeren Drosselspaltfläche, wenn die bezüglich des Flügelrads (26) einander gegenüberliegenden Axialspalte an einem beliebigen Abstand von der Drehachse gemessen gleich sind.

2. Aggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefe (74) der Taschen (64, 164) in Richtung der Drehachse des Flügelrads (26) gemessen höchstens 2 mm beträgt.

3. Aggregat nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Flügelrad (26) mehrere auf einem nahe seiner Drehachse angeordneten Teilkreis liegende, zur Drehachse parallele Durchgänge (48) aufweist.

4. Aggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Flügelrad (26) einen an seinem Außenumfang angeordneten Kranz von Flügeln (44) aufweist, deren freie Enden durch einen Außenring (46) miteinander verbunden sind.