DE4437317A1

DE4437317A1 - Aggregat zum Fördern von Kraftstoff aus einem Vorratstank zu einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE4437317A1
Application number: DE4437317A
Authority: DE
Inventors: Klaus Dr Ing Dr Dobler; Michael Huebel
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1994-10-19
Filing date: 1994-10-19
Publication date: 1996-04-25
Also published as: FR2726040A1; KR960014635A; US5582510A; BR9504446A; FR2726040B1

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht von einem Aggregat zum Fördern von Kraft stoff aus einem Vorratstank zu einer Brennkraftmaschine nach der Gattung des Patentanspruchs 1 aus. Bei einem derartigen, aus dem DE Gbm. 89 14 996.3 bekannten Förderaggregat treibt ein elektrischer Antriebsmotor eine mit diesem in einem ge meinsamen Gehäuse angeordnete Kraftstoff-Förderpumpe rotie rend an. Der in nicht näher dargestellter Weise mit einem Laufrad der Förderpumpe verbundene Antriebsmotor besteht dabei aus einem gegenüber dem Gehäuse ortsfesten Stator und einem darin umlaufenden Rotor, der auf einer gehäusegelager ten Rotorwelle angeordnet ist. Die auf den Rotor des An triebsmotors wirkenden Axialkräfte, wie z. B. die Federkräfte der axial angeordneten Bürsten am Stirnkommutator und Ma gnetkräfte werden dabei bei bekannten Förderaggregaten der gattungsgemäßen Art durch eine Anschlagplatte im Ansaug deckel der Förderpumpe aufgenommen und abgestützt, was in folge der mechanischen Reibung der Rotorwelle einen erhöhten Verschleiß und insbesondere eine hohe Geräuschemission des gesamten Förderaggregates zur Folge hat.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Förderaggregat mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 hat demgegenüber den Vor teil, daß durch die hydrodynamische Lagerung zwischen dem Rotor des elektrischen Antriebsmotors und dem Zwischengehäu se der Förderpumpe, in konstruktiv einfacher Weise eine ver schleiß- und geräuscharme Lagerung des Rotors in axialer Richtung möglich ist. Dabei ist es besonders vorteilhaft diese Lagerung zwischen dem die Austrittsöffnung der Förder pumpe aufweisenden Zwischengehäuse und der gegenüberliegen den Stirnseite des Rotors vorzunehmen, da dort der Kraft stoff ohne Strömungshindernisse in den Spalt zwischen Rotor und Zwischengehäuse einströmen kann. Zudem sind an diesen Stirnflächen keine Anschlußbauteile, wie z. B. ein Kommutator vorgesehen, so daß deren Bearbeitung den Aufbau der bekann ten Förderaggregate nicht beeinflußt, so daß ggf. auch eine Nachrüstung von bekannten Förderaggregatetypen möglich ist. Der Aufbau des hydrodynamischen Keiles zwischen dem ortsfe sten Zwischengehäuse der Förderpumpe und dem geringfügig axial verschiebbaren Rotor des Antriebsmotors erfolgt dabei mittels Ausnehmungen in wenigstens einer der Stirnflächen von Rotor und Zwischengehäuse, die während des Betriebs des Förderaggregates, infolge der durch den umlaufenden Rotor im Spalt zwischen Rotor und Zwischengehäuse erzeugten Kraft stoff-Schleppströmung mit Kraftstoff gefüllt werden und so eine axial zum Rotor wirkende Druckkraft aufbauen.

Die Ausnehmungen können dabei die unterschiedlichsten geome trischen Formen aufweisen, es ist jedoch besonders vorteil haft, die Ausnehmungen in Form von Rillenmustern auszubil den, so daß beim Umlaufen des Rotors ein hydrodynamischer Schmierfilm zwischen den Stirnflächen von Rotor und Zwi schengehäuse aufgebaut wird, der verhindert, daß der ande rerseits durch die axialen Bürstenfedern des Stirnkommuta tors beaufschlagte Rotor an der Wand des Zwischengehäuses anläuft.

Es ist alternativ, insbesondere im Sinne einer Nachrüstung an bekannten Förderaggregaten auch möglich, die stirnseiti gen Ausnehmungen in einer Zwischenscheibe anzuordnen, die dann in den Spalt zwischen Rotor und Zwischengehäuse einge setzt wird.

Über die Gestaltung der Neigungswinkel der spiralförmigen Rillen in radialer Richtung und einer möglichen Neigung ge genüber der Stirnfläche lassen sich dabei die Druckkräfte des hydrodynamischen Films auf die am Rotor eingeleiteten Axialkräfte abstimmen.

Es ist somit mit einfachen konstruktiven Mitteln möglich, die mechanische Reibung der Rotorwelle an ihrem förderpum penseitigen Ende mit einer Abstützplatte zu vermeiden, wobei dadurch gänzlich auf diese Abstützplatte verzichtet werden kann.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegen standes der Erfindung sind der Beschreibung, der Zeichnung und den Ansprüchen entnehmbar.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Aggregats zum Fördern von Kraftstoff ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der folgenden Beschreibung näher erläutert.

Es zeigen die Fig. 1 einen Schnitt durch das Förderaggre gat, dem insbesondere die Lage der das hydrodynamische Lager bildenden Ausnehmungen entnehmbar sind und die Fig. 2 bis 4 verschiedene Ausführungsmöglichkeiten der spiralförmigen Rillen in den Stirnflächen des Rotors des Antriebsmotors und/oder dem Zwischengehäuse der Förderpumpe.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Die Beschreibung des in der Fig. 1 dargestellten Ausfüh rungsbeispiels des erfindungsgemäßen Förderaggregates ist auf die erfindungswesentlichen Bauteile beschränkt, da der Aufbau der übrigen Bauteile und Baugruppen hinlänglich aus dem Stand der Technik für Kraftstoff-Förderaggregate bekannt ist.

Dabei ist in das gemeinsame Gehäuse 1 des in der Fig. 1 ge zeigten Förderaggregats eine Förderpumpe 3 eingesetzt, die von einem ebenfalls im Gehäuse 1 gelagerten elektrischen An triebsmotor 5 rotierend angetrieben wird.

Die Förderpumpe 3 ist dabei im Ausführungsbeispiel als Strö mungspumpe mit einem das Gehäuse 1 nach außen abschließenden Ansaugdeckel 7, einem Zwischengehäuse 9 zum übrigen Teil des Förderaggregates und einem in einer zwischen Ansaugdeckel 7 und Zwischengehäuse 9 gebildeten Pumpkammer umlaufenden Laufrad 11 ausgebildet, es sind alternativ dazu jedoch auch andere Pumpenbauarten möglich.

Der die Förderpumpe 3 rotierend antreibende elektrische An triebsmotor 5 wird aus einem, Magnetsegmente aufweisenden Stator 13 gebildet, der mit seinem Außenumfang am Gehäuse 1 befestigt ist und in dem ein auf einer gehäusegelagerten Ro torwelle 15 geführter Rotor 17 umläuft. Dieser Rotor 17 weist in bekannter Weise Rotorwicklungen auf, die so in den vorzugsweise aus Kunststoff gefertigten Grundkörper des Ro tors 17 eingebracht sind, daß einzelne axiale Segmente wech selseitig mit einem elektrischen Potential beaufschlagbar sind. Diese wechselseitige Bestromung erfolgt dabei in be kannter Weise über einen, an der der Förderpumpe 3 abgewand ten Stirnseite des Rotors 17 angeordneten Stirnkommutator 19, an dem zwei nicht näher dargestellte Bürsten anliegen, die mit verschiedenen elektrischen Potentialen beaufschlagt sind und die über Bürstenfedern in axialer Anlage am Stirn kommutator 19 gehalten werden. Analog dazu kann für den An trieb des erfindungsgemäßen Förderaggregats auch ein elek trischer Antriebsmotor einer anderen Bauart verwendet wer den.

Die Übertragung der Drehbewegung des Rotors 17 des elektri schen Antriebsmotors 5 während des Betriebs des Förderaggre gates, d. h. bei bestromten Bürsten, auf das Laufrad 11 der Förderpumpe 3 erfolgt im Ausführungsbeispiel über die Rotor welle 15, die formschlüssig in das Laufrad 11 hineinragt und so eine verdrehfeste Verbindung mit diesem bildet. Die Kraftstofförderung durch die Förderpumpe 3 erfolgt dabei in bekannter Weise, indem Kraftstoff über eine Ansaugöffnung 21 im Ansaugdeckel 7 aus einem Vorratstank in die Pumpkammer der Förderpumpe 3 einströmt, dort vom Laufrad 11 unter einer Druckerhöhung zu einer Drucköffnung im Zwischengehäuse 9 gefördert wird, von dort in das Innere des Gehäuses 1 gelangt, dieses entlang des elektrischen Antriebsmotors 5 durchströmt und an einem Druck- oder Ausströmstutzen 23 aus dem Gehäuse 1 in eine Förderleitung zur Brennkraftmaschine austritt.

Dabei wirken während des Betriebs des Förderaggregates ver schiedene Kräfte, wie z. B. Magnetkräfte, Kräfte der Bürsten federn usw., mit axialen Komponenten auf den Rotor 17 des elektrischen Antriebsmotors 5, so daß dieser axial abge stützt werden muß, wobei die axiale Abstützung in der der Förderpumpe 3 abgewandten Richtung hauptsächlich durch die Bürstenfedern erfolgt.

In Richtung Förderpumpe 3 erfolgt die axiale Abstützung des Rotors 17 in erfindungsgemäßer Weise durch das Vorsehen ei nes, als hydrodynamisches Lager wirkenden Kraftstoffilms in einem zwischen der pumpenzugewandten Stirnfläche 25 des Ro tors 17 und der, im wesentlichen parallel zu dieser angeord neten rotorzugewandten Stirnfläche 27 der Förderpumpe 3 ge bildeten Ringspalt 29. Dabei sind zur Ausbildung des hy draulischen Keils im Ringspalt 29 Ausnehmungen 31 in die Stirnflächen 25 und 27 eingebracht, wobei alternativ auch eine einseitige Anordnung in nur einer der Stirnflächen 25, 27 möglich ist.

Diese Ausnehmungen 31 sind im Ausführungsbeispiel als spi ralförmige Rillen ausgeführt, deren Form in den Fig. 2 bis 4 in drei, beispielhaft ausgewählten, Varianten gezeigt ist.

Dabei erstrecken sich die rillenförmigen Ausnehmungen 31 in der Fig. 2 durchgehend vom radial äußeren bis in einen ra dial inneren, an die Rotorwelle 15 angrenzenden Bereich, wo bei für einen besseren Kraftstoffdurchfluß durch die Ausneh mungen 31 ein von den Stirnflächen 25, 27 nach innen ragen der Absatz vorgesehen werden kann.

Bei der in der Fig. 2 gezeigten Ausführungsvariante sind die spiralförmigen Ausnehmungen 31 vom radial äußeren Be reich bis in einen radial inneren Bereich geführt, münden jedoch nicht an einer inneren Stirnkante der Stirnflächen 25, 27. Bei der in der Fig. 4 gezeigten Ausführungsvariante sind die vom radial äußeren bis zum radial inneren Rand der Stirnflächen 25, 27 führenden Ausnehmungen 31 jeweils in ei nen radial inneren und einen radial äußeren Teilbereich ge teilt, die in Strömungsrichtung des Kraftstoffes gekrümmt sind und in etwa der radialen Mitte der Stirnflächen 25, 27 unter Bildung eines spitzen Winkels zusammenführen. Dabei sind die Grundflächen der Ausnehmungen 31 in allen Ausführungsvarianten vorzugsweise derart gegenüber den Stirnflächen 25, 27 geneigt, daß ihr Querschnitt in Strö mungsrichtung des einströmenden Kraftstoffes abnimmt.

Der Aufbau des den Rotor 17 axial stabilisierenden und füh renden hydraulischen Keils im Ringspalt 29 erfolgt dabei in folgender Weise.

Mit der Rotation des Rotors 17 des elektrischen Antriebsmo tors 5 im kraftstoffgefüllten Gehäuse 1 des Förderaggregates entsteht längs der Rillenmittelachse der Ausnehmungen 31 die aus der Schmiermittelströmung bekannte Druckschleppströmung im Ringspalt 29. Dadurch bildet sich längs den Ausnehmungen 31 ein Druckprofil mit einer resultierenden Druckkraft aus, die einer möglichen Axialkraft am Rotor 17 entgegenwirkt. Wesentlich für die Aufrechterhaltung dieser Druckschlepp strömung ist das Einpumpen des Kraftstoffes in die Ausneh mungen 31, was durch deren spiralförmige Anordnung gesichert ist. Die Pumpwirkung für den Druckaufbau kann dabei durch den radialen Neigungswinkel der Ausnehmungen zwischen der Rillenachse und dem lokalen Geschwindigkeitsvektor in Um fangsrichtung im Ringspalt 29 beeinflußt werden. Der Druck aufbau ist optimal, wenn auf allen Radien dieser Neigungs winkel gleich ist, was sich in idealer Weise durch eine logarithmische Spirale realisieren ließe.

Dabei ist es möglich die lokale Druckwirkung in Abstimmung mit den am Rotor 17 eingeleiteten Axialkräften sowohl durch den radialen Neigungswinkel als auch durch die geometrische Gestaltung der Ausnehmungen 31 zu verändern, so daß eine op timale Axialstabilisierung des Rotors 17 (was dessen Laufru he wesentlich beeinflußt) und axiale Lagerung möglich ist. Zu diesem Zweck können auch unsymmetrische Ausführungen des Rillenmusters der Ausnehmungen 31 gebildet werden.

Somit ist mit dem erfindungsgemäßen Förderaggregat in kon struktiv einfacher Weise eine axiale Lagerung und Stabili sierung des Rotors 17 des elektrischen Antriebsmotors 5 ohne eine mechanische Berührung des pumpenseitigen Rotor- oder Rotorwellenendes am Gehäuse möglich.

Claims

1. Aggregat zum Fördern von Kraftstoff aus einem Vorratstank zu einer Brennkraftmaschine, mit einer Kraftstoff-Förderpum pe (3), die von einem mit dieser in einem gemeinsamen Gehäu se (1) angeordneten elektrischen Antriebsmotor (5) rotierend angetrieben wird, der aus einem gehäusefesten Stator (13) und einem auf einer Rotorwelle (15) darin umlaufenden Rotor (17) gebildet ist, wobei zwischen einer Stirnfläche (27) eines, einen Gehäuseteil der Förderpumpe (3) bildenden Zwischengehäuses (9) und einer axialen Stirnfläche (25) des Rotors (17) des elektrischen Antriebsmotors (5) ein Ring spalt (29) gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß in der den Ringspalt (29) begrenzenden Stirnfläche (25) des Rotors (17) des elektrischen Antriebsmotors (5) und/oder der dieser gegenüberliegenden Stirnfläche (27) des Zwischengehäuses (9) der Förderpumpe (3) Ausnehmungen (31) vorgesehen sind, die während des Betriebs des Förderaggregates derart mit Kraftstoff befüllbar sind, daß sie einen, den Rotor (17) des Antriebsmotors (5) axial stabilisierenden hydraulischen Keil zwischen dem Zwischengehäuse (9) und dem Rotor (17) des An triebsmotors (5) bilden.

2. Aggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen (31) als spiralförmige Rillen ausgeführt sind.

3. Aggregat nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zu mindest die radial auswärts weisenden Enden der Ausnehmungen (31) mit einem sich an das Zwischengehäuse (9) anschließen den kraftstoffgefüllten Druckraum innerhalb des Gehäuses (1) des Förderaggregates verbunden sind.