DE4340011B4 - Peripheralpumpe, insbesondere zum Fördern von Kraftstoff aus einem Vorratstank zur Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges - Google Patents

Abstract

Peripheralpumpe, insbesondere zum Fördern von Kraftstoff aus einem Vorratstank zur Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges, mit einem in einer Pumpkammer (9) umlaufenden kreiszylindrischen Laufrad (5), das einen an wenigstens einer seiner axialen Stirnflächen endenden Kranz von in Umfangsrichtung des Laufrades (5) mit Abstand voneinander angeordneten Schaufeln (23) aufweist, die mit ihren in Umfangsrichtung weisenden Stirnflächen (25) jeweils eine Schaufelkammer (27) zwischen zwei benachbarten Schaufeln (23) begrenzen und an deren radial auswärts weisenden Enden ein umlaufender Ring (29) angeordnet ist, und mit wenigstens einer, in einer der die Pumpkammer (5) in Achsrichtung des Laufrades (5) stirnseitig begrenzenden Pumpkammerwänden (11) im Bereich der Schaufelkammern (27) vorgesehen, teilringförmigen, um die Drehachse des Laufrades (5) angeordneten Ausnehmung, die zusammen mit dem Laufrad (5) einen Förderkanal (13) bildet, der von einer Einlassöffnung (17) an seinem einen Ende zu einer Auslassöffnung (19) an seinem anderen Ende führt, wobei die Stirnflächen (25) durch in Laufrichtung des Laufrades (5) weisende...

Description

• Die Erfindung geht von einer Peripheralpumpe zum Fördern von Kraftstoff aus einem Vorratstank zur Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges nach der Gattung des Patentanspruchs 1 aus. Bei einer solchen aus der DE 40 20 521 A1 cannten Peripheralpumpe treibt ein elektrischer Antriebsmotor ein Förderglied einer Förderpumpe in einer Pumpkammer rotierend an. Das Förderglied ist dabei als kreiszylindrisches Laufrad ausgebildet, das einen Kranz von an seine beiden axial gerichteten Stirnflächen endenden, in Umfangsrichtung des Laufrades mit Abstand voneinander angeordneten Schaufeln aufweist, die an ihren radial auswärts weisenden Enden durch einen umlaufenden Ring miteinander verbunden sind. Die das Laufrad an seiner axialen Stirnseite begrenzenden Pumpkammerwände weisen jeweils in Höhe der Schaufeln teilringförmige, die Drehachse des Laufrades umgebende Ausnehmungen auf, die zusammen mit dem Laufrad einen Förderkanal bilden, der von einer Einlaßöffnung in die Pumpkammer zu einer Auslaßöffnung führt, wobei der Kraftstoff während des Betriebs der Förderpumpe durch die Schaufeln des rotierenden Laufrades über die Einlassöffnung aus dem Vorratstank in den Förderkanal angesaugt wird, dort eine Beschleunigung und damit Druckerhöhung erfährt und im Anschluss über die Auslassöffnung aus der Förderpumpe in Richtung der zu versorgenden Brennkraftmaschine austritt.
• Dabei hat die bekannte Peripheralpumpe den Nachteil, dass die die Schaufeln begrenzenden Kanten scharfkantig ausgebildet sind und es an diesen Kanten zu einem Abriss und einer Wirbelbildung innerhalb des zirkulierend strömenden Kraftstoffes bei dessen Austritt aus dem Schaufelbereich in den Förderkanal und dessen erneutem Eintritt vom Förderkanal in den Schaufelbereich kommen kann. In diesen Wirbeln im Bereich der Abrisskanten bilden sich dann infolge der unterschiedlichen Strömungsgeschwindigkeiten Unterdruckgebiete, in denen insbesondere bei erhitztem Kraftstoff der Druck unter den Dampfdruck des Kraftstoffes sinkt und Hohlräume (Gasblasen) entstehen, die neben einer Verschlechterung des gesamten Pumpenwirkungsgrades auch Kavitationsschäden und eine Geräuschbildung verursachen.
• Aus der Maschinenbautechnik 21, 1972, 3, S. 117-124 „Einfluss der Schaufelform auf das Kennlinienverhalten von Peripheral-Seitenkanalpumpen und hydrodynamischen Strömungskupplungen" ist bekannt, die in Laufrichtung gesehen hinteren Schaufelkanten mit Fasen zu versehen. Dies ist jedoch für das Heißförderverhalten der Förderpumpe nachteilig.
• Aus der Konstruktion 44, 1992, S. 64-70 „Zur Berechnung von Peripheralpumpen" ist bekannt, Fasen an Einlaufkanten der Pumpenkammer und an den Schaufelkanten des Laufrades zur Schallminderung anzuordnen.
• Vorteile der Erfindung
• Die erfindungsgemäße Peripheralpumpe mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass durch eine solchermaßen strömungsgünstige Formgestaltung der Schaufelkanten die Umlenkung der Kraftstoffströmung bei Austreten des Kraftstoffes aus dem Schaufelbereich und Eintreten in den Förderkanal und umgekehrt allmählich erfolgt, so dass ein durch hohe Beschleunigungen verursachtes Abreißen oder Verwirbeln der Strömung reduziert werden kann. Dies wirkt sich insbesondere bei der Förderung von heißem Kraftstoff dahingehend aus, dass Unterdruckgebiete, in denen vermehrt Gasblasen entstehen, vermindert werden können, was die Förderleistung der Förderpumpe insbesondere bei heißem Kraftstoff verbessert und zudem die Entstehung von Kavitationsschäden verringert. Diese strömungsgünstige Formgestaltung der Schaufelkanten wird dabei in vorteilhaft einfacher Weise durch die Ausbildung der Kanten als Radien und Fasen erreicht, deren Größe deutlich über das Maß einer möglichen fertigungsbedingten Fase hinausgeht. Dabei ist es möglich sowohl einzelne, besonders stark umströmte Schaufelkanten oder Teile davon, als auch sämtliche Schaufelkanten mit einem Radius und/oder einer Fase zu versehen.
• Als besonders vorteilhafte Anordnung hat sich dabei die Kombination von Fasen oder Radien an den Schaufelkanten an deren in Laufrichtung des Laufrades gesehener Vorderseite der Schaufel in einem radial äußeren sowie an der in Laufrichtung gesehenen Rückseite der Schaufeln in einem radial inneren Bereich erwiesen.
• Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes der Erfindung sind der Beschreibung, der Zeichnung und den Ansprüchen entnehmbar.
• Zeichnung
• Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Peripheralpumpe sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen die 1 ein Kraftstofförderaggregat mit einer im Längsschnitt dargestellten Peripheralpumpe, die 2 ein geschlossenes Laufrad gemäß der 1 in vergrößerter Darstellung, die 3 einen vergrößerten Ausschnitt aus dem geschlossenen Laufrad und die 4 verschiedene Ausführungsformen von Radien und Fasen an den Schaufelkanten des geschlossenen Laufrads.
• Beschreibung der Ausführungsbeispiele
• Ein in der 1 dargestelltes Aggragat 1 dient zum Fördern von Kraftstoff aus einem nicht dargestellten Vorratstank zur ebenfalls nicht gezeigten Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges. Dazu weist das Förderaggregat 1 eine als Peripheralpumpe 3 ausgebildete Förderpumpe auf, deren mit Schaufeln 23 versehenes Laufrad 5 von einem nicht dargestellten elektrischen Antriebsmotor mittels einer Welle 7 rotierend angetrieben wird. Das umlaufende, vorzugsweise kreiszylindrische Laufrad 5 ist in einer Pumpkammer 9 angeordnet, die in Achsrichtung des Laufrades 5 beidseitig durch stirnseitige Pumpkammerwände 11 begrenzt ist, in denen jeweils eine teilringförmig um die Achse des Laufrades 5 verlaufende Ausnehmung vorgesehen ist, die zusammen mit dem Laufrad 5 einen Förderkanal 13 bilden, der von einer mit einem Ansaugstutzen 15 verbundenen Einlaßöffnung 17 an seinem einen Ende zu einer Auslaßöffnung 19 an seinem anderen Ende führt, wobei der aus dem Förderkanal 13 austretende Kraftstoff im weiteren Verlauf das Förderaggregat 1 durchströmt und an einem Druckstutzen 21 aus diesem austritt. Das in der 2 vergrößert dargestellte Laufrad 5 weist einen Kranz von in Umfangsrichtung des Laufrades 5 mit Abstand voneinander angeordneten Schaufeln 23 auf, die an den axialen Stirnflächen des Laufrades 5 in Höhe des Förderkanals 13 enden, wobei die in der 3 noch einmal vergrößert dargestellten Schaufeln 23 mit ihren in Umfangsrichtung weisenden Stirnflächen 25 zwischen zwei benachbarten Schaufeln 23 jeweils eine Schaufelkammer 27 bilden, die in Richtung Laufradachse durch zwei sich in der Mitte der Laufradbreite schneidende, konkave Zylindermantelflächen 26 begrenzt wird, so daß jeweils zwei zur Mittelebene des Laufrades 5 symmetrische Schaufelkammern entstehen. Dabei ist das in den 1 bis 3 gezeigte Laufrad 5 als geschlossenes Laufrad ausgeführt, dessen Schaufelkammern 27 durch einen an den radial auswärts weisenden Enden der Schaufeln 23 angeordneten umlaufenden Ring 29 in radialer Richtung begrenzt sind.
• Um das während des Betriebes des Förderaggregates 1 wechselseitig erfolgende Überströmen des Kraftstoffes zwischen den Ausnehmungen des Förderkanals 13 und den Schaufelkammern 27 möglichst strömungsgünstig zu ermöglichen, sind die Kanten 32 oder Teile dieser Kanten 32 der Schaufeln 23 (oder der Schaufelkammern 27) am Übergang zwischen den Stirnflächen 25 der Schaufeln 23 zur axialen Stirnseite des Laufrades 5 gemäß den 1 bis 4 gerundet oder mit einer Fase versehen.
• Die Lage dieser Rundungen oder Anfasungen der Schaufelkanten 32 sind dabei der 4 genauer zu entnehmen, die einen Ausschnitt aus dem in der 2 dargestellten Laufrad 5 zeigt.
• Die 4 zeigt Ausführungsbeispiele der Schaufelkantengestaltung am geschlossenen Laufrad 5, wobei die an den Schaufelkanten 32 vorgesehenen Fasen und/oder Radien 34, 36 wenigstens größer dem üblichen Werkzeugauslauf von etwa 0,05 mm sind. Dabei sind die Fasen 34 oder Radien 36 an den in Laufrichtung des Laufrades 5 weisenden Vorderseiten 38 der Schaufeln 23 vorzugsweise in einem radial äußeren Bereich angeordnet, um so den Kraftstoffeintritt in die Schaufelkammer 27 möglichst strömungsgünstig zu gestalten. Die an den der Laufradrichtung abgewandten Rückseiten 40 der Schaufeln 23 vorgesehenen Fasen oder Radien 34, 36 sind demgegenüber vorzugsweise in einem radial inneren Bereich angeordnet um so den Kraftstofffluß des dort aus der Schaufelkammer 27 austretenden Kraftstoffes möglichst strömungsgünstig zu gestalten. Dabei ist es neben diesem beschriebenen versetzten Anordnen der Fasen 34 oder Radien 36 jedoch in einfacher Weise auch möglich, diese über die gesamte Schaufelkantenlänge zu führen, wobei dabei eine gleichbleibende oder sich veränderne Fasen bzw. Radienbreite möglich ist.
• Mit der erfindungsgemäßen Gestaltung der Schaufelkanten 32 wird somit auf einfache Weise ein allmähliches Umlenken der zirkulierenden Kraftstoffströmung zwischen den Schaufelkammern 27 und dem Förderkanal 13 erreicht, so daß Unterdruckgebiete und ein Abreißen der Strömung vermieden werden können. Dabei kann diese Strömungsverbesserung bereits erreicht werden, wenn einzelne, besonders stark umströmte Schaufelkanten oder Teile dieser Kanten mit einer Fase oder einer Abrundung versehen werden, wobei auch eine Kombination von Abrundung und Fase an den Schaufelkanten einer Schaufel möglich sind.

Claims (4)

1. Peripheralpumpe, insbesondere zum Fördern von Kraftstoff aus einem Vorratstank zur Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges, mit einem in einer Pumpkammer (9) umlaufenden kreiszylindrischen Laufrad (5), das einen an wenigstens einer seiner axialen Stirnflächen endenden Kranz von in Umfangsrichtung des Laufrades (5) mit Abstand voneinander angeordneten Schaufeln (23) aufweist, die mit ihren in Umfangsrichtung weisenden Stirnflächen (25) jeweils eine Schaufelkammer (27) zwischen zwei benachbarten Schaufeln (23) begrenzen und an deren radial auswärts weisenden Enden ein umlaufender Ring (29) angeordnet ist, und mit wenigstens einer, in einer der die Pumpkammer (5) in Achsrichtung des Laufrades (5) stirnseitig begrenzenden Pumpkammerwänden (11) im Bereich der Schaufelkammern (27) vorgesehen, teilringförmigen, um die Drehachse des Laufrades (5) angeordneten Ausnehmung, die zusammen mit dem Laufrad (5) einen Förderkanal (13) bildet, der von einer Einlassöffnung (17) an seinem einen Ende zu einer Auslassöffnung (19) an seinem anderen Ende führt, wobei die Stirnflächen (25) durch in Laufrichtung des Laufrades (5) weisende Vorderseiten (38) der Schaufeln (23) und entgegen der Laufrichtung des Laufrades (5) weisende Rückseiten (40) der Schaufeln (23) und zwischen den Vorderseiten (38) und den Rückseiten (40) sowie den senkrecht von diesen abführenden freien axial, oder radial weisenden Flächen der Schaufeln (23) Schaufelkanten (32) gebildet werden, dadurch gekennzeichnet, dass zur Verminderung der Bildung von Unterdruckgebieten im Bereich der Schaufelkammern (27) und des Förderkanals (13) Schaufelkanten (32) der Vorderseiten (38) oder Teile davon, mit einer Rundung (36) oder mit einer Fase (34) versehen sind.
2. Peripheralpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Radius der Rundung (36) an den Schaufelkanten (32) größer als 0,05 mm ist.
3. Peripheralpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der Fase (34) größer als 0,05 mm ist.
4. Peripheralpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rundungen (36) oder Fasen (34) an den Schaufelkanten (32) an den in Laufrichtung des Laufrades (5) weisenden Vorderseiten (38) der Schaufeln (23) in einem radial äußeren sowie an den entgegen der Laufrichtung des Laufrades (5) weisenden Rückseiten (40) der Schaufeln (23) in einem radial inneren Bereich angeordnet sind.