DE4338677C2

DE4338677C2 - Pumpe zum Fördern von Fluid, insbesondere als Kraftstoff-Förderaggregat für Kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE4338677C2
Application number: DE4338677A
Authority: DE
Inventors: Peter Schuchardt; Udo Thenert
Original assignee: Mannesmann VDO AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1993-02-05
Filing date: 1993-11-12
Publication date: 1999-07-29
Anticipated expiration: 2013-11-13
Also published as: DE4338677A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Gerotorpumpe 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.

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 Platten auf der Saugseite des Gerotors mit einem diese Platte durchsetzenden Saugraum versehen ist, der in Strömungsverbindung mit der Fluidzufuhr steht.

Bei einem Gerotor bilden der Innenläufer und der Außenläufer ein Verdrängungs mechanismus. Die Zähnezahl des Innenläufers ist um eins kleiner als die des Au ßenläufers 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 ent stehen zwischen den Berührungspunkten an Innen- und Außenläufer Verdrän gungskammern, die durch Veränderung ihrer Größe zu Änderungen im Volumen führen, die im wesentlichen sinusförmig sind. Der Förderstrom ist dabei proportio nal zur Drehzahl der Läufer.

Der bekannte Gerotor ist als Pumpenstufe Bestandteil einer elektrisch angetriebe nen 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 Kavitation entstehende Dampfblasen aus dem Ansaugbereich der Pumpe zu för dern. Es wird damit entgaster Kraftstoff dem Saugbereich der Gerotorpumpe zu geführt. Auch bei dieser erstreckt sich der Saugraum über einen Winkel von etwa 10 bis 170° nach Volleingriff 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 be fördert 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.

Es ist eine weiterhin eine Flüssigkeitspumpe bekannt, die die vom Rotor mitge führte und nicht der Ausstoßöffnung zugeführte Flüssigkeit in einen Kanal leitet, der mit dem Flüssigkeitsbehälter in Verbindung steht (DE 42 37 249 A1). Der Nachteil dieser Anordnung besteht darin, daß die einmal geförderte und vom Ro tor mitgeführte Flüssigkeitsmenge über den Kanal wieder in den Kraftstoffbehälter zurückgeführt wird und somit erneut erst wieder angesaugt werden muß.

Es ist eine weitere Gerotorpumpe bekannt, die für einen ruhigeren und gleichmä ßigeren Lauf kleinere Hohlräume zu beiden Seiten des Rotors aufweist (DE 22 49 395). Diese Hohlräume füllen sich mit dem zu fördernden Fluid und führen durch einen beidseitigen Druckausgleich aber nur zu geringeren Drehmomenten schwankungen oder -pulsationen der Gerotorpumpe.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, bei einer Gerotorpumpe verbesserte Ansaugeigenschaften, insbesondere bei Förderung von heißem Kraftstoff, zu ge währleisten.

Gelöst wird die Aufgabe bei einer Gerotorpumpe dadurch, daß die Gerotorpumpe in Drehrichtung des Rotors zwischen dem Auslaß und dem Einlaß mit einem Trennbereich versehen ist, der einen nur zu den Läufern des Gerotors offenen Sammelraum aufweist. Die unter Druck stehende Restmenge an Fluid bzw. Kraft stoff kann infolgedessen im Sammelraum ohne Geräuschentwicklung entspannen und ohne Ausgasen im Flüssigzustand zum Saugraum der Pumpe weitergefördert werden.

Dabei ist es ausreichend, wenn sich der Sammelraum über einen wesentlich ge ringeren Drehwinkel der beiden Läufer erstreckt als der Saugraum. Eine vorteil hafte 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 Druck seite in einer Platte unterzubringen.

In den Zeichnungen ist die Erfindung beispielsweise dargestellt, ohne auf diese beschränkt zu sein. Es stellt dar:

Fig. 1 eine Gerotorpumpenstufe im Schnitt, wobei der Schnitt durch die Dreh achse 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 darstellenden 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 darstellenden 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.

Die Fig. 1 und 2 zeigen eine Gerotorpumpenstufe, die einen Innenläufer 1, einen mit diesem kämmenden Außenläufer 2 und ein den Außenläufer 2 umge bendes Gehäuse 4 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 verdeutlichen, daß der Querschnitt des ersten Ab schnittes 23 des Auslaßraumes 22 größer ist als der Querschnitt des zweiten Ab schnittes 24 des Auslaßraumes 22.

Im Betrieb des Kraftstoff-Förderaggregates wird auf der Saugseite des Gerotors ein von der Druckseite zur Saugseite geförderter Restkraftstoff, der gegebenen falls gasförmig ist, vom Sammelraum 16 aufgenommen und dann vom sich öff nenden Gerotor im Flüssigzustand aufgesogen. Hierdurch wird ein Überströmen vom Druckbereich in den Saugraum 15 wesentlich verringert, der ausschließlich flüssigen Kraftstoff ansaugt. Durch diese Verringerung der Rückströmung gelan gen weniger Gasblasen in den Ansaugbereich und das Entstehen von Turbulen zen im Saugraum 15 wird unterdrückt.

Der Auslaß des Deckels 4 teilt sich in zwei Bereich, der zuerst öffnende Auslaß raum 22 ist als Druckentlastungsnut mit anfänglich 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 gedämpft und die Entstehung von Geräuschen bei Förderung von Gasblasen wird weitgehend verhindert. Der zweite Auslaßraum 19 besteht aus einer Auslaßniere, die so weit ausgebildet ist, daß eine vollständi ge Entleerung der Zahnzwischenräume der beiden Läufer 1 und 2 im Druckbe reich möglich ist.

Claims

1. Gerotorpumpe, insbesondere Kraftstoff-Förderaggregat für Kraftfahrzeuge, mit einem angetriebenen Innenläufer, einem mit diesem kämmenden Au ßenläufer, sowie einem den Außenläufer umgebenden Gehäuse, dessen beide Stirnseiten mittels zweier Platten verschlossen sind, wobei eine der Platten auf der Saugseite der Gerotorpumpe mit einem diese Platte durch setzenden Saugraum versehen ist, der in Strömungsverbindung mit einer Fluidzufuhr steht, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Platte (5), auf die Drehrichtung (Z) der Läufer (1, 2) bezogen, auf der Saugseite vor dem Sau graum (15) einen Sammelraum (16) aufweist, der nur zu den beiden Läufern (1, 2) hin offen ist und sich nach Volleingriff der beiden Läufer (1, 2) zum Saugraum (15) hin erstreckt.

2. Gerotorpumpe nach Anspruch 1, 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 Vol leingriff bis etwa 150° nach Volleingriff erstreckt.

3. Gerotorpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die den Deckel (5) des Gerotors bildende Platte den Saugraum (15) in Art einer Saugniere sowie den Sammelraum (16) aufweist.

4. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die den Boden (4) des Gerotors bildende Platte die Elemente (19, 22) der Druckseite des Gerotors aufweist.