DE4441746C2 - Kraftstoffpumpe mit Impulsdämpfer - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kraftstoffpumpe, die mit einem Im­ pulsdämpfer versehen ist.

Als Rotationspumpen ausgebildete Kraftstoffpumpen, die von einem elektri­ schen Motor angetrieben werden, werden seit einigen Jahren in Fahrzeugen ent­ weder als ursprüngliche Ausrüstung oder als Sonderausstattung eingesetzt, um das ursprüngliche Kraftstoff-Zuführsystem zu unterstützen. Die Pumpe und der Motor sind häufig in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht, wie dies beispielsweise in der US 4,401,416 dargestellt ist.

Da die Kraftstoffpumpen häufig in dem Kraftstofftank des Fahrzeugs unter­ gebracht sind, ist der Geräuschfaktor extrem wichtig. Eine unter Last arbeitende Pumpe erzeugt normalerweise mehr Geräusch, und dies kann als Summgeräusch für die Insassen des Fahrzeugs in unangenehmer Weise hörbar sein.

Bei dem Pumpenzyklus gibt normalerweise eine Pumpenzelle Kraftstoff ab, während eine andere Pumpenzelle Kraftstoff ansaugt. Mit anderen Worten stehen die Einlaß- und Auslaß-Druckwellen zeitlich zueinander in Beziehung, und norma­ lerweise ist die Menge der von jeder Zelle abgegebenen Flüssigkeit gleich der Menge der von einer anderen Zelle angesaugten Flüssigkeit. Es wurde festgestellt, daß Druckwellen bzw. -impulse bei allen Betriebsdrücken sowohl am Einlaß wie auch am Auslaß vorhanden sind.

Es ist eine typische Eigenschaft einer Verdrängerpumpe, geringfügige Druck­ impulse jedesmal dann zu erzeugen, wenn eine der Schaufeln ihren Pumpzyklus durchläuft. Beispielsweise erzeugt eine Rollenzellenpumpe ein hörbares Summge­ räusch, wenn sie bei Systemdruck arbeitet. Dieses Geräusch neigt dazu, größer zu werden, wenn der Auslaßdruck größer wird.

Man muß diesen extremen Druckunterschied zwischen der Einlaß- und Aus­ laßseite der Pumpe berücksichtigen und sich mit ihm befassen. Beispielsweise herrscht in dem Einlaßbereich ein durchschnittlicher Druck in der Nähe des Atmo­ sphärendrucks, und der durchschnittliche Druck des Auslaßbereichs ist wesentlich höher, z. B. 4,1 . 10⁵ Pa oder mehr, je nach der Druckerfordernis der Pumpe.

Um Druckimpulse zu verringern bzw. zu eliminieren und für eine glatte, im­ pulsfreie Strömung im Auslaßbereich der Pumpe bei dem gewünschten Betriebs­ druck zu sorgen, werden üblicherweise Impulsdämpfer verwendet.

U.S. 4,181,473 und U.S. 4,521,164 beschreiben Impulsdämpfer in Form hoh­ ler impulsabsorbierender Kammern der Pumpen. Die letztgenannte Veröffentli­ chung offenbart einen hohlen Impulsdämpfer aus flexiblem Kunststoff, der durch einen Blasformvorgang hergestellt wird und Luft enthält.

EP 049 6591 A1 beschreibt einen Impulsdämpfer aus geschäumtem elastome­ rem Material mit einem plattenförmigen Halter. DE 37 18 777 A1 offenbart einen schlauchförmigen Impulsdämpfer mit einer maschenförmigen Fadenschicht zur Stabilisierung.

DE 41 12 476 A1, von der im Oberbegriff des Anspruchs 1 ausgegangen wur­ de, beschreibt eine Kraftstoffpumpe, bei der ein mit ovalem Querschnitt ausgebil­ deter Impulsdämpfer radial außen zwischen Gehäuseabsätzen angeordnet ist, wäh­ rend der übrige Teil des Impulsdämpfers frei ins Innere des Pumpenraums ragt. Im Betrieb kommt es daher aufgrund der Druckschwankungen der geförderten Flüs­ sigkeit zu beträchtlichen Wechselbeanspruchungen und -verformungen des Impuls­ dämpfers, die die Lebensdauer des Impulsdämpfers beeinträchtigen. Ein weiterer Nachteil dieser Anordnung besteht darin, daß im abgeschalteten Zustand der Pumpe der Impulsdämpfer aufgrund des erhöhten Innendrucks dazu neigt, sich aufzuweiten, was zum einen die Funktionsfähigkeit des Impulsdämpfers beein­ trächtigt, und zum anderen ebenfalls die Lebensdauer des Impulsdämpfers verrin­ gert.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kraftstoff­ pumpe der angegebenen Gattung mit Impulsdämpfer so weiterzubilden, daß die Lebensdauer des Impulsdämpfers erhöht wird, ohne dessen Funktionsfähigkeit zu beeinträchtigen.

Die Erfindung sowie vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Ansprüchen definiert.

Bei der erfindungsgemäß ausgebildeten Kraftstoffpumpe ist ein hohler, torus­ förmiger, unter Druck stehender Impulsdämpfer vorgesehen, der innerhalb der Kraftstoffpumpe untergebracht ist. Der Impulsdämpfer ist zwischen dem Pumpenauslaß und dem Auslaßanschluß der Pumpe angeordnet. Jedesmal, wenn in der abgegebenen Flüssigkeit eine Druckspitze auftritt, wird somit der elastische Impulsdämpfer komprimiert, wodurch die Druckimpulse an den Auslaß der Pumpe reduziert werden.

Der torusförmige Impulsdämpfer ist innerhalb des Pumpengehäuses in dem Pumpenauslaßbereich angeordnet. Ein Halter in Form einer zentrierenden Platte umgibt teilweise den Impulsdämpfer, wobei radiale Finger des Halters um den Umfang des Impulsdämpfers herum verlaufen, um eine zu große Expansion des Impulsdämpfers zu vermeiden. Der plattenförmige Halter positioniert das torus­ förmige Dämpfungselement zentral im Pumpengehäuse.

Bei Betrieb des unter Druck stehenden torusförmigen Impulsdämpfers hat sich gezeigt, daß der flexible Torus dazu neigt, sich bei Betriebsruhe der Pumpe ballonartig aufzuweiten, was seine Lebensdauer verringert und den Pumpenme­ chanismus zu beiden Seiten des Impulsdämpfers stören kann. Aus diesem Grund ist der Impulsdämpfer in einem Halter angeordnet, der die Auslenkung seiner Wände begrenzt, ohne seine Funktion zu beeinträchtigen.

Durch die vorliegende Erfindung wird somit erreicht, daß die Auslaßdruck­ spitzen moduliert werden und eine glatte Auslaßströmung erzeugt sowie gleichzei­ tig das Pumpengeräusch verringert wird. Der erfindungsgemäß vorgesehene Halter dient zum Positionieren, Zentrieren und zum Begrenzen der Expansion des Im­ pulsdämpfers, ohne jedoch die Funktion des Impulsdämpfers zu beeinträchtigen. Der Halter beschränkt die Auslenkung der Impulsdämpferwände und verlängert dadurch die Lebensdauer des Impulsdämpfers beträchtlich.

Anhand der Zeichnungen werden Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine elektrische Kraftstoffpumpe mit einem Impulsdämpfer und -halter gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 eine Draufsicht auf den Impulsdämpfer;

Fig. 3 einen Halterzuschnitt vor dem Zusammenbau;

Fig. 4 einen Halter und Impulsdämpfer im zusammengebauten Zustand vor Einbau in die Pumpe;

Fig. 5 einen Längsschnitt durch ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel einer Kraftstoffpumpe; und

Fig. 6 einen Impulsdämpfer und Halter im zusammengebauten Zustand vor Einbau in die Pumpe.

Fig. 1 zeigt eine elektrische Kraftstoffpumpe mit einem Einlaß-Gehäuseteil 10 und einem Auslaß-Gehäuseteil 20, die von einem zylindrischen Gehäuseteil 22 getrennt sind. Ein Gehäusemantel 24 mit O-Ring-Dichtungen an jedem Ende 26, 28 ist mit seinen Enden über die Gehäuseteile 10 und 20 gezogen, um die Anord­ nung zu verbinden. Ankermagnete 30 und 32 sind um einen umlaufenden Anker 40 herum angeordnet, welcher einen Kommutator 42 aufweist. Bürsten 44 und 46 in dem Auslaß-Gehäuseteil 20 sind mit elektrischen Verbindern 48 und 50 gegen die Stirnfläche des Kommutators 42 elastisch angedrückt.

Der Anker 40 besitzt eine Welle 60, die in einem Ansatz 62 in einer Wand 64 des Einlaß-Gehäuseteils 10 drehbar gelagert ist. Eine Einlaßöffnung 65 in der Wand 64 ermöglicht die Zufuhr von Kraftstoff zur Einlaßseite der Pumpe, welche ein inneres Zahnrad 66 aufweist, das auf die Welle 60 aufgepreßt und mit ihr fest verbunden ist und das innerhalb eines äußeren Zahnrades 68 angeordnet ist. Eine Auslaßöffnung 69 ist vorgesehen; von der Pumpe geförderter Kraftstoff kann je­ doch auch um eine flexible Dichtung 70 herumströmen, die mit dem äußeren Zahn­ rad 68 frei drehbar ist und gegen die Zahnräder durch ein Bauteil 72 angedrückt wird, das zwischen dem Anker 40 und der Dichtung 70 vorgesehen ist. Die Zähne der Zahnräder 66 und 68 sind vorzugsweise miteinander kämmende wendelförmige Zähne, wie dies in der U.S. 4,596,519 beschrieben ist, um Impulse innerhalb des Pumpenauslasses zu reduzieren und zu glätten.

An dem anderen Ende des Ankers 40 ist eine Welle 80 in einer Buchse 82 eines zentralen Einsatzes 84 innerhalb des Auslaßgehäuseteils 20 drehbar gelagert. Die Buchse 82 ist an der Welle 80 befestigt und innerhalb des Einsatzes 84 in einer Ausnehmung 85 axial bewegbar. Eine kleine Entlüftungsöffnung 86 ist an dem Ende der Ausnehmung 85 vorgesehen. Die Buchse 82 läuft mit der Welle 80 um. Ferner ist ein Auslaßanschluß 87 vorgesehen. Ein Filtersieb 88 erstreckt sich über die Grundöffnung 90 des Einlaßgehäuseteils 10. Das Gehäuseteil 10 besitzt einen nach innen verlaufenden Flansch 84, der dem Ankermagneten 30, 32 zugewandt ist.

Ein ringförmiger Impulsdämpfer in Form einer Kammer 100 wird von einem Halter 102 aufgenommen, der innerhalb des Gehäuses zwischen dem Flansch 94 und den Ankermagneten 30, 32 angeordnet ist. Der Impulsdämpfer hat die Form eines Torus mit einer offenen Mitte und einem hohlen Inneren, das mit Gas wie z. B. Luft von überatmosphärischen Druck gefüllt ist, welcher typischerweise im Bereich von 0,28 bis 3,1 10⁵ Pa liegt. Sowohl in Umfangsrichtung wie auch im Querschnitt besitzt der Impulsdämpfer eine kontinuierliche Wand und ist als abge­ dichtete Kammer vorzugsweise in einem Blasformvorgang hergestellt, bei dem der Druck des im Inneren eingeschlossenen Gases auf einen Wert oberhalb Atmos­ phärendrucks erhöht wird. Der Innendruck ist vorgegeben und so gewählt, daß er zu dem Auslaßdruck der Pumpe, in die der Dämpfer eingebaut ist, in Beziehung steht. Vorzugsweise besteht der Dämpfer aus einem flexiblen Kunststoff, der ge­ genüber Kohlenwasserstoffen und Alkoholen resistent ist, beispielweise aus Ace­ tal®.

Wenn der Dämpfer unbelastet und in der Atmosphäre angeordnet ist, hat er aufgrund seines erhöhten Innendrucks einen Querschnitt, der eliptisch bis im we­ sentlichen kreisförmig ist. Wenn er jedoch in der Pumpe eingebaut ist und die Pumpe arbeitet, steht das Äußere des Dämpfers mit dem flüssigen Kraftstoff bei ausreichend höherem Druck in Berührung, so daß der Dämpfer eine ungefähr ovale Querschnittsform hat, wie dies in Fig. 1 gezeigt ist, bei der zwei im wesentlichen ebene längliche Abschnitte durch gegenüberliegende gekrümmte Abschnitte ver­ bunden sind, was gewissermaßen als Rennbahn-Konfiguration bezeichnet werden kann. Wenn die Pumpe an- und abgeschaltet wird, ändert sich der auf die Dämp­ feraußenseite wirkende Druck des Kraftstoffs zwischen Atmosphärendruck und einem maximalen Betriebsdruck der Pumpe, der üblicherweise im Bereich von 3,1 bis 4,1 10⁵ Pa liegt. Diese Druckänderungen hätte eine beträchtliche Verformung und Auslenkung der Dämpferwand von einem im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt zu einem Rennbahn-Querschnitt zur Folge, wenn der Dämpfer nicht von dem Halter in seiner Rennbahn-Konfiguration gehalten würde. Diese Verfor­ mung würde die Beanspruchung des Dämpfermaterials beträchtlich erhöhen, wo­ durch seine Lebensdauer entsprechend verringert würde. Außerdem könnte der Dämpfer bei den beengten Platzverhältnissen zwischen der Pumpe und dem Motor mit den angrenzenden Teilen der Pumpe und des Motors in Berührung gelangen, wenn er nicht von dem Halter gehalten würde.

Der Halter 102 wird vorzugsweise aus einem ebenen Zuschnitt aus Blech ge­ stanzt, das zumindest einige Eigenelastizität hat (beispielsweise wie Federstahl), jedoch ausreichend schmiedbar ist, damit er zu einer relativ komplizierten Form geformt werden kann und diese Form nach der Verformung beibehält. Der ge­ stanzte Zuschnitt besitzt einen zentralen Abschnitt 120 mit einem mittigen Loch 122 und mehreren in Umfangsrichtung gleichmäßig beabstandeten radialen Fin­ gern 124, deren freie Enden vorzugsweise gerundet sind. Vorzugsweise befindet sich an der Basis jedes Fingers 124 ein verbreiterter Abschnitt 126, der von dem zentralen Abschnitt 120 ausgeht, sowie ein Nutabschnitt 130 zwischen jedem Ab­ schnitt 126, welcher sich zu dem Umfang des Abschnitts 120 erstreckt. Vorzugs­ weise sind die Ränder der Finger, Abschnitte und Nuten des Zuschnittes so entgra­ tet, daß sie keine scharfen Stellen oder Grate haben, die die Dämpferwände bei der Verformung des Dämpfers zerschneiden, abtragen oder in anderer Weise beschädi­ gen könnten. Wie in Fig. 1 zu sehen ist, sind die Finger 124 und die Abschnitte 126 zu der Ebene des zentralen Abschnitts 120 unter einem spitzen Winkel umgebogen, welcher vorzugsweise ungefähr 15° bis 35° beträgt.

Nachdem der Impulsdämpfer auf dem Zuschnitt zentriert ist, wobei sein äußerer Durchmesser im Bereich der strichpunktierten Linie A in Fig. 3 liegt, wer­ den die Finger 124 um den äußeren Umfang des Dämpfers gebogen (wie in Fig. 4 gezeigt ist), so daß er im Querschnitt die in Fig. 1 gezeigte ovale Rennbahn-Form erhält. Die Krümmung 132 jedes Fingers 124 erstreckt sich um den äußeren Durchmesser des Dämpfers herum, so daß das freie Ende des Fingers 124 vor­ zugsweise parallel zu dem zentralen Abschnitt 120 des Fingers und seinem zuge­ hörigen Abschnitt 126 verläuft und über diesem liegt.

Vorzugsweise ist, wie in Fig. 1 gezeigt ist, die Spitze des freien Endes jedes Fingers 124 aufgebogen, so daß sie von der darunterliegenden Wand des Dämpfers etwas absteht. Vorzugsweise wird die aufgedrehte Fingerspitze gleichzeitig mit dem Umbiegen des Abschnittes 126 und des Fingers 124 in ihre geneigte Lage re­ lativ zur Ebene des zentralen Abschnitts 120 des Halters hergestellt.

Im Betrieb verbindet sich die Eigenelastizität der Finger mit der Elastizität des Dämpfers, um die Absorption und Dissipation der Kraftstoffimpulse zu verbes­ sern.

Nachdem der Halterzuschnitt am Impulsdämpfer angeordnet und um ihn herum verformt wurde, wie dies in Fig. 4 gezeigt ist, kann er mit den anderen Tei­ len der Pumpe eingebaut werden. Das Loch 122 in dem Halter 102 paßt auf das Bauteil 72, das zwischen dem Anker und der Dichtung 70 angebracht ist. Der äußere Umfang des Impulsdämpfers ist zwischen den Magneten 30, 32 auf einer Seite und dem Innenrand des Flansches 94 auf der anderen Seite angeordnet.

Fig. 5 zeigt eine elektrische Kraftstoffpumpe mit einem abgewandelten Halter 102', der den Impulsdämpfer 100 in der Pumpe aufnimmt und lagert. Der Halter und der Impulsdämpfer sind in dem Gehäuseteil 22 dadurch angebracht, daß sie zwischen dem Flansch 94 und den Ankermagneten 30, 32 eingespannt sind. Wie in Fig. 6 zu sehen ist, besitzt der Halter 102' ein zentrales Durchgangsloch 122' mit einem Durchmesser, der größer als der Außendurchmesser des Bauteils 72 ist. Dies bildet zwischen ihnen einen Ringraum, durch den Kraftstoff fließen kann, und iso­ liert das Bauteil 72 gegenüber dem Halter 102', um sicherzustellen, daß der Halter das Bauteil 72 nicht seitlich verschiebt, so daß zur Drehachse der Welle 60 nicht mehr konzentrisch wäre. Abgesehen von diesem vergrößerten zentralen Durch­ gangsloch 122' hat der Halter 102' die gleiche Ausbildung und Anordnung wie der Halter 102.

Im Betrieb der Pumpe begrenzen die beabstandeten Finger 124 und die Ab­ schnitte 126 des Halters den flexiblen torusförmigen Impulsdämpfer, um eine zu große Aufweitung desselben zu verhindern, während sie jedoch die erforderliche Kontraktion und Expansion während des Pumpvorgangs, die zum Dämpfen und Absorbieren der Impulse des von der Pumpe abgegebenen Kraftstoffes erforderlich sind, zulassen. Wenn die Pumpe abgeschaltet ist, verhindert der Halter ebenfalls eine zu große Verformung und Auslenkung des Dämpfers zur Annahme eines kreisförmigen Querschnitts, was andernfalls eine Störung angrenzender Teile der Pumpe und des Motors zur Folge haben könnte. Der plattenförmige Halter verlän­ gert die Lebensdauer des Dämpfers beträchtlich, ohne seine Funktion zu beein­ trächtigen; tatsächlich verbessert er seine Funktion.

Claims (7)

1. Kraftstoffpumpe mit einem länglichen Gehäuse, das einen Einlaß an einem Ende und einen Auslaß an dem anderen Ende aufweist, einer Rotationspumpe am Einlaßende, einem elektrischen Motor für den Antrieb der Pumpe, der innerhalb des Gehäuses um die Gehäuseachse umläuft, und einem Impulsdämpfer mit einer hoh­ len, als Torus ausgebildeten, abgedichteten Kammer aus flexiblen Kunststoffwän­ den, die ein Gas unter einem Druck oberhalb des Atmosphärendrucks enthält und in einem Auslaßbereich der Pumpe in Nähe der Pumpenwelle angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein als Platte ausgebildeter Halter (102) zumindest teilweise auf gegenüberliegenden Seiten der Kammer (100) angeordnet ist, daß der Halter (102) Abschnitte zum Verhindern einer axialen Expansion der Kammerwände in beabstandeten Bereichen aufweist, und daß der Halter (102) einen zentralen Ab­ schnitt (120) aufweist, der über der Torusöffnung auf einer Seite der Kammer (100) liegt, und der Halter (102) die Kammer (100) zentral im Gehäuse (22) positioniert.

2. Kraftstoffpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die eine axiale Expansion der Kammer (100) verhindernden Abschnitte des Halters (102) aus in Umfangsrichtung beabstandeten, radial verlaufenden Fingern (124) bestehen, die sich von einer Seite der Kammer (100) um den Umfang der Kammer (100) herum erstrecken, wobei die freien Enden der Finger (124) an der Kammer (100) auf der anderen Seite aufliegen.

3. Kraftstoffpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Finger (124) verbreiterte innere Enden haben, die an der Kammer (100) auf der einen Seite aufliegen.

4. Kraftstoffpumpe nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Finger (124) um den Umfang der Kammer (100) herum gebogen sind, wobei die Krümmung der Finger (124) an dem äußeren Umfang der Kammer (100) angeordnet sind.

5. Kraftstoffpumpe nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeich­ net, daß die freien Enden der Finger (124) mit einem Radius versehen sind, um eine Beschädigung der Kammer (100) zu vermeiden.

6. Kraftstoffpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeich­ net, daß der zentrale Abschnitt (120) des Halters (102) ein zentrales Loch (122) zur Lagerung auf einem Bauteil (72) der Pumpenwelle aufweist, um den Halter (102) und die Kammer (100) zentral zu positionieren.

7. Kraftstoffpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeich­ net, daß der Halter (102) ein zentrales Durchgangsloch (122') aufweist, das die Pumpenwelle (60) umgibt und dessen Durchmesser größer als der Außendurchmes­ ser der Pumpenwelle (60) ist, so daß sich zwischen ihnen ein Ringraum befindet, durch den von der Pumpe abgegebener Kraftstoff fließen kann.