DE4338677A1 - Pumpe zum Fördern von Fluid, insbesondere als Kraftstoff-Förderaggregat für Kraftfahrzeuge - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Pumpe zum Fördern von Fluid, insbesondere als Kraftstoff-Förderaggregat für Kraftfahrzeuge, mit einem antreibbaren Rotor, der in angetriebenem Zustand das Fluid von einem Einlaß der Pumpe zu einem Auslaß der Pumpe fördert.

Die Erfindung betrifft dabei insbesondere eine als Gerotor oder als Peripheralradpumpe ausgebildete Pumpe.

Ein Gerotor ist beispielsweise aus der DE 41 13 373 A1 bekannt. Er weist einen zweiteiligen Rotor mit einem angetriebenen Innenläufer und einem mit diesem kämmenden Außenläufer auf, ferner ein den Außenläufer umgebendes Gehäuse, dessen beide Stirnseiten mittels zweier Platten verschlossen sind, wobei eine der Platten auf der Saugseite des Gerotors mit einem diese Platte durchsetzenden Saugraum versehen ist, der in Strömungs­ verbindung mit der Fluidzufuhr steht.

Bei einem Gerotor bilden der Innenläufer und der Außenläufer ein Verdrängungsmechanismus. Die Zähnezahl des Innenläufers ist um eins kleiner als die des Außenläufers und doch stehen zum Zeitpunkt und bei jeder Drehstellung alle Zähne des Innenläufers mit dem Außenläufer in Berührung, das heißt, Innenläufer und Außenläufer bilden jeweils ein konjugiertes Paar. Bei Drehung des Gerotors entstehen zwischen den Berührungspunkten an Innen- und Außenläufer Verdrängungskammern, die durch Veränderung ihrer Größe zu Änderungen im Volumen führen, die im wesentlichen sinusförmig sind. Der Förderstrom ist dabei proportional zur Drehzahl der Läufer.

Der bekannte Gerotor ist als Pumpenstufe Bestandteil einer elektrisch angetriebenen Kraftstoffpumpe, wobei der Elektromotor den Innenläufer antreibt. Der die eine der Platten des Gerotors auf der Saugseite durchsetzende Saugraum ist als Saugniere ausgebildet, die sich von etwa 10° nach Volleingriff der beiden Läufer bis etwa 170° nach Volleingriff erstreckt.

Aus der DE 35 00 139 A1 ist ferner ein Aggregat zum Fördern von Kraftstoff aus einem Vorratstank zu einer Brennkraftmaschine bekannt, bei der eine zweite Pumpenstufe als Gerotorpumpe ausgebildet ist. Dort ist zwischen den beiden Pumpenstufen eine Entgasungsbohrung vorgesehen, die es ermöglicht, durch Kavita­ tion entstehende Dampfblasen aus dem Ansaugbereich der Pumpe zu fördern. Es wird damit entgaster Kraftstoff dem Saugbereich der Gerotorpumpe zugeführt. Auch bei dieser erstreckt sich der Saugraum über einen Winkel von etwa 10 bis 170° nach Vollein­ griff der beiden Läufer.

In der Praxis hat es sich gezeigt, daß aufgrund des Spiels zwischen den beiden Läufern ein Rest an Kraftstoff von der Druckseite zur Saugseite des Gerotors befördert wird. Dieser Kraftstoff ist unter hohem Druck, was dazu führt, daß der Kraftstoff mit hoher Geschwindigkeit in den sich vergrößernden Arbeitsraum des Gerotors strömt und dadurch zumindest teilweise zum Ausgasen kommt. Dieses Gasvolumen reduziert wiederum die geförderte Kraftstoffmenge, darüber hinaus entstehen durch die Entspannung erhebliche Geräusche. Dies ist insbesondere bei der Förderung von heißem Kraftstoff der Fall.

Entsprechende Probleme und Nachteile sind auch bei einer bekannten Peripheralradpumpe zu verzeichnen. Bei dieser fördert ein zwischen Pumpendeckel und Pumpengehäuse angeordnetes, antreibbares Pumpenrad mit am Umfang angeordneten Lamellen das Fluid über einen zwischen dem Gehäuse und dem Deckel gebildeten Ringkanal vom Einlaß der Pumpe zu derem Auslaß.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, bei einer Pumpe der genannten Art verbesserte Ansaugeigenschaften, insbesondere bei Förderung von heißem Kraftstoff, zu gewährleisten.

Gelöst wird die Aufgabe bei einer Pumpe der genannten Art dadurch, daß die Pumpe in Drehrichtung des Rotors zwischen dem Auslaß und dem Einlaß mit einem Trennbereich versehen ist, der einen Sammelraum zum Abführen des Fluids aufweist. Unter Druck stehende Restmenge an Fluid bzw. Kraftstoff kann infolgedessen im Sammelraum ohne Geräuschentwicklung entspannen und ohne Ausgasen im Flüssigzustand zur Saugseite der Pumpe weitergeför­ dert werden.

Ist die Pumpe als Gerotor ausgebildet, ist vorteilhaft dessen eine Platte, auf die Drehrichtung des Läufers bezogen, auf der Saugseite vor dem Saugraum mit dem Sammelraum versehen. Es ist dabei ausreichend, wenn sich der Sammelraum über einen wesent­ lich geringeren Drehwinkel der beiden Läufer erstreckt als der Saugraum. Eine vorteilhafte Dimensionierung sieht vor, daß sich der Sammelraum von etwa 15° nach Volleingriff der beiden Läufer bis etwa 48° nach Volleingriff und der Saugraum von etwa 53° nach Volleingriff bis etwa 150° nach Volleingriff erstreckt. Zweckmäßig weist die den Deckel des Gerotors bildende Platte den Saugraum sowie den Sammelraum auf. Die den Boden des Gerotors bildende Platte ist dann vorteilhaft mit den Elementen der Druckseite des Gerotors versehen. Grundsätzlich wäre es aber auch möglich, sowohl die Elemente der Saugseite als auch die der Druckseite in einer Platte unterzubringen.

Vorstehende Ausführungen zum Gerotor gelten sinngemäß bei einer Ausbildung der Pumpe als Peripheralradpumpe. Dort ist vorzugs­ weise der Sammelraum als Bohrung ausgebildet, die den dem Einlaß der Pumpe zugeordneten Deckel durchsetzt.

Weitere Merkmale der Erfindung sind in den Unteransprüchen, der Beschreibung der Figuren und in den Figuren selbst dargestellt, wobei bemerkt wird, daß alle Merkmale sowie Kombinationen von Merkmalen erfindungswesentlich sind.

In der Zeichnung ist die Erfindung anhand zweier Ausführungs­ formen beispielsweise dargestellt, ohne auf diese beschränkt zu sein. Es stellt dar:

Fig. 1 einen Gerotor im Schnitt, wobei der Schnitt durch die Drehachse der Läufer und die beiden in Volleingriff stehenden Zähne der Läufer verläuft,

Fig. 2 eine Ansicht X des in Fig. 1 dargestellten Gerotors,

Fig. 3 eine Außenansicht der den Deckel des Gerotors dar­ stellenden Platte,

Fig. 4 einen Schnitt durch den Deckel gemäß der Linie I-I in Fig. 3,

Fig. 5 eine Innenansicht des Deckels,

Fig. 6 einen Schnitt gemäß der Linie II-II in Fig. 3,

Fig. 7 einen Schnitt gemäß der Linie III-III in Fig. 5,

Fig. 8 eine Außenansicht der den Boden des Gerotors dar­ stellenden Platte,

Fig. 9 einen Schnitt gemäß der Linie A-A in Fig. 8,

Fig. 10 eine Innenansicht des Bodens,

Fig. 11 einen Schnitt gemäß der Linie B-B in Fig. 10 und

Fig. 12 einen Schnitt gemäß der Linie C-C in Fig. 10,

Fig. 13 eine Peripheralradpumpe im Schnitt, wobei der Schnitt durch die Drehachse des Rades verläuft und

Fig. 14 eine Ansicht Y des in Fig. 13 gezeigten Deckels.

Die Fig. 1 und 2 zeigen eine Gerotorpumpenstufe, die einen Innenläufer 1, einen mit diesem kämmenden Außenläufer 2 und ein den Außenläufer 2 umgebendes Gehäuse 3 aufweist, dessen eine Stirnseite mittels eines Bodens 4 und dessen andere Stirnseite mittels eines Deckels 5 verschlossen ist. Auf der dem Deckel 5 zugewandten Seite des Gerotors ist dessen Saugseite gebildet, auf der Seite des Bodens 4 dessen Druckseite.

Der neun Zähne aufweisende Innenläufer 1 und der zehn Zähne aufweisende Außenläufer 2 bestehen aus Keramik. Gehäuse 3, Boden 4 und Deckel 5 sind aus Metall.

Der Boden 4 weist zwei diametrale Einbuchtungen 6 auf. Diese durchsetzen zwei Schrauben 7, die durch das Gehäuse 3 und den Deckel 5 durchgesteckt und mit nicht gezeigten Muttern, die entsprechend den Muttern 8 gestaltet und angeordnet sind, verschraubt sind. Um 90° versetzt zu den beiden Schrauben sind zwei weitere Schrauben 9 durch Ausnehmungen im Boden 4, Gehäuse 3 und Deckel 5 gesteckt und mit den Muttern 8 verschraubt. Die Montage des Gerotors erfolgt derart, daß zunächst die beiden Läufer 1 und 2 in das Gehäuse 3 gesteckt und dieses mittels der beiden Schrauben 7 und den dazugehörigen beiden Muttern mit dem Deckel 5 verbunden und die Läufer 1 und 2 bezüglich der Vollein­ griffsposition ausgerichtet werden. Anschließend wird der Boden 4 auf das Gehäuse 3 aufgelegt und mittels der beiden weiteren Schrauben 9 sowie beiden Muttern 8 mit dem bereits montierten Gerotorteil verbunden. Angetrieben wird der Gerotor mittels eines nicht näher dargestellten Elektromotors, dessen Antriebs­ welle die zentrale Lagerhülse 10 des Gerotors durchsetzt und in kraftschlüssiger Verbindung mit dem Innenläufer 1 steht. Die Gerotorpumpenstufe ist in ein nicht näher gezeigtes Gehäuse eingebaut, das die Saugseite des Gerotors von dessen Druckseite trennt.

In der oberen Stellung, das heißt der Stellung Y gemäß Fig. 2, befinden sich die beiden korrespondierenden Zähne von Innenläu­ fer 1 und Außenläufer 2 in ihrer Volleingriffstellung. Die Drehung der beiden Läufer 1 und 2 erfolgt in Richtung der Pfeile Z in Fig. 2, so daß der Saughub, ausgehend von Y, dem ersten Halbkreis und der Ausschubhub dem zweiten Halbkreis zugeordnet ist.

Die Fig. 2 verdeutlicht im Zusammenhang mit den Fig. 3 bis 11 die besondere Ausbildung des Gerotors:

Der Deckel 5 ist mit den vier Bohrungen 11 zur Aufnahme der Schrauben 7 und 9 sowie auf seiner Außenseite 12 mit vier Vertiefungen 13 zur Aufnahme der Muttern 8 versehen. Auf einem konzentrischen Kreis zur Deckelbohrung 14, somit nierenförmig, durchsetzt von etwa 53° nach Volleingriff von Innenläufer 1 und Außenläufer 2 bis etwa 150° nach Volleingriff einen Saugraum 15 mit dem Deckel 5, der damit unmittelbar in Strömungsverbindung mit der Fluidzufuhr zur Außenseite 12 des Deckels 5 steht. Auf die Drehrichtung Z der beiden Läufer 1 und 2 bezogen vor dem Saugraum 15 ist in einem Trennbereich 32 zur Druckseite hin ein Sammelraum 16 angeordnet, der gleichfalls nierenförmig ausgebil­ det ist, sich konzentrisch zur Drehachse der beiden Läufer 1 und 2 erstreckt, wobei er den Bogen von etwa 15° nach Volleingriff der beiden Läufer 1 und 2 bis etwa 48° nach Volleingriff einnimmt. Wie der Darstellung der Fig. 7 zu entnehmen ist, stellt sich der Sammelraum 16 als Vertiefung in der Innenseite 17 des Deckels 5 dar, das heißt, er ist nur zu den beiden Läufern 1 und 2 hin offen.

Die Fig. 8 bis 11 verdeutlichen die Gestaltung des Bodens 4. Dieser weist die beiden diametralen Bohrungen 11 für die Schraube 9 sowie die beiden um 90° hierzu versetzten, diametra­ len Einbuchtungen 6 auf. Mit der Bezugsziffer 18 ist die Bodenbohrung bezeichnet. Auf dem genannten konzentrischen Kreis um die Drehachse von Innenläufer 1 und Außenläufer 2 durchsetzt den Boden 4 ein Auslaßraum 19 in Form einer Auslaßniere, der damit in Strömungsverbindung mit dem Flüssigkeitsauslaß steht, der der Außenseite 20 des Bodens 4 zugeordnet ist. Der Aus­ laßraum 19 erstreckt sich von etwa 270° nach Volleingriff der beiden Läufer 1 und 2 bis etwa 360° nach Volleingriff. Auf die Drehrichtung der Läufer 1 und 2 bezogen, weist der Boden 4 auf seiner Innenseite vor dem Auslaßraum 19 einen weiteren Aus­ laßraum 22 auf. Dieser besitzt einen ersten Abschnitt 23, der sich entlang des konzentrischen Kreises von etwa 215° nach Volleingriff der beiden Läufer 1 und 2 bis etwa 255° nach Volleingriff erstreckt und im Bereich seines dem Auslaßraum 19 benachbarten Endes in einen zweiten Abschnitt 24 mündet, der radial nach außen zur zugeordneten Einbuchtung 6 führt. Der Auslaßraum 22 weist damit gegenüber dem Auslaßraum 19 einen separaten Flüssigkeitsauslaß auf. Die Fig. 11 und 12 ver­ deutlichen, daß der Querschnitt des ersten Abschnittes 23 des Auslaßraumes 22 größer ist als der Querschnitt des zweiten Abschnittes 24 des Auslaßraumes 22.

Im Betrieb des Kraftstoff-Förderaggregates wird auf der Saugsei­ te des Gerotors ein von der Druckseite zur Saugseite geförderter Restkraftstoff, der gegebenenfalls gasförmig ist, vom Sammelraum 16 aufgenommen und dann vom sich öffnenden Gerotor im Flüssigzu­ stand aufgesogen. Hierdurch wird ein Überströmen vom Druckbe­ reich in den Saugraum 15 wesentlich verringert, der ausschließ­ lich flüssigen Kraftstoff ansaugt. Durch diese Verringerung der Rückströmung gelangen weniger Gasblasen in den Ansaugbereich und das Entstehen von Turbulenzen im Saugraum 15 wird unterdrückt.

Der Auslaß des Deckels 4 teilt sich in zwei Bereiche. Der zuerst öffnende Auslaßraum 22 ist als Druckentlastungsnut mit anfäng­ lich geringem, dann größerem Querschnitt ausgebildet, die eine Drossel bildet und zu einem separaten Auslaß führt. Durch die Nut wird ein kontinuierlicher Druckaufbau erreicht. Die beiden Läufer 1 und 2 werden hydraulisch bedämpft und die Entstehung von Geräuschen bei Förderung von Gasblasen wird weitgehend verhindert. Der zweite Auslaßraum 19 besteht aus einer Aus­ laßniere, die so weit ausgebildet ist, daß eine vollständige Entleerung der Zahnzwischenräume der beiden Läufer 1 und 2 im Druckbereich möglich ist.

Bei der Ausführungsform der in den Fig. 13 und 14 dargestell­ ten Peripheralradpumpe ist drehfest mit einem Kupplungsteil 25 das Rad 26 verbunden, das an seinem äußeren Umfang Lamellen 27 aufnimmt. In der Darstellung der Fig. 13 sind vier Lamellen 27 zu erkennen, wovon zwei geschnitten dargestellt sind. Dem Lamellenbereich des Rades 26 ist zwischen dem Boden 4 und dem Deckel 5 ein Ringkanal 28 zugeordnet, durch den das Fluid gefördert wird. Der Ringkanal 28 erstreckt sich etwa über 7/8 eines Vollkreises, wie es der Darstellung der Fig. 14 zu entnehmen ist, die eine Ansicht des Deckels 5, jedoch um 1/8 Vollkreis verdreht zur Schnittführung nach Fig. 13 zeigt.

Fig. 14 verdeutlicht eine den Deckel 5 durchsetzende Einlaßöff­ nung 29, an die sich eine Nutöffnung vergrößerten Nutquer­ schnitts im Deckel 5 anschließt, wobei diese, die deckelseitige Begrenzung des Ringkanales 28 bildende Nut, sich hinsichtlich ihres Querschnittes verjüngend im Kreisbogen bis zum Auslaßende 30 geführt ist, das etwa 30° vor dem Einlaß positioniert ist. In entsprechender Art und Weise ist der Boden 4 mit einem sich über einen Kreisbogen erstreckenden Ringabschnitt 28b versehen, wobei dem Auslaßende 30 des Bodens 4 entsprechend der Einlaßöffnung 9 des Deckels 5 eine nicht gezeigte Auslaßöffnung zugeordnet ist.

Bei Rotation des Rades 26 der Peripheralradpumpe, im Sinne der Drehrichtung Q relativ zum Deckel 5, wird das Fluid durch die Einlaßöffnung 29 in den Ringkanal 28 eingesaugt und aufgrund des sich verjüngenden Querschnittes des Ringkanales 28 verdichtet zum Auslaßende 30 gefördert, von wo es durch die nicht gezeigte Auslaßöffnung im Boden 4 austritt. Entsprechend der zuvor beschriebenen Ausführungsform ist zwischen der sich durch das Auslaßende 30 darstellenden Druckseite und der sich durch die Einlaßöffnung 9 darstellenden Saugseite der Pumpe ein Trennbe­ reich 32 mit Sammelraum 16 angeordnet, wobei der Sammelraum 16 als Durchgangsbohrung im Deckel 5 ausgebildet ist. Wie der Darstellung der Fig. 13 und 14 schließlich zu entnehmen ist, zentriert ein in Sacklöcher von Boden 4 und Deckel 5 eingesteck­ ter Bolzen 31 die Position dieser beiden Teile zueinander.

Claims (8)

1. Pumpe zum Fördern von Fluid, insbesondere als Kraftstoff- Förderaggregat für Kraftfahrzeuge, mit einem antreibbaren Rotor, der in angetriebenem Zustand das Fluid von einem Einlaß der Pumpe zu einem Auslaß der Pumpe fördert, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe in Drehrichtung (Z; Q) des Rotors (1, 2; 26) zwischen dem Auslaß (19; 30) und dem Einlaß (15; 29) mit einem Trennbereich (32) versehen ist, der einen Sammelraum (16) zum Abführen des Fluids aufweist.

2. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Gerotor ausgebildet ist, der den durch einen Innenläufer (1) und einen mit dem Innenläufer (1) kämmenden Außenläufer (2) gebildeten Rotor (1, 2), sowie ein den Außenläufer (2) umgebendes Gehäuse (3) aufweist, wobei die beiden Stirn­ seiten des Gehäuses (3) mittels zweier Platten (4, 5) verschlossen sind, eine der Platten (5) auf der Saugseite des Gerotors mit einem diese Platte (5) durchsetzenden Saugraum (15) versehen ist, der in Strömungsverbindung mit einer Fluidzufuhr steht und die Platte (5), auf die Drehrichtung (Z) der Läufer (1, 2) bezogen, auf der Saugseite vor dem Saugraum (15) den Sammelraum (16) aufweist.

3. Pumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Sammelraum (16) von etwa 15° nach Volleingriff der beiden Läufer (1, 2) bis etwa 48° nach Volleingriff und der Saugraum (15) von etwa 53° nach Volleingriff bis etwa 150° nach Volleingriff erstreckt.

4. Pumpe nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die den Deckel (5) des Gerotors bildende Platte den Saugraum (15) in Art einer Saugniere sowie den Sammelraum (16) aufweist.

5. Pumpe nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die den Boden (4) des Gerotors bildende Platte die Elemente (19, 22) der Druckseite des Gerotors aufweist.

6. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Ringkanal (28) aufweist, der den Einlaß (29) mit dem Auslaß (30) verbindet.

7. Pumpe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Peripheralradpumpe ausgebildet ist.

8. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Sammelraum (16) als Bohrung ausgebildet ist.