DE4446537A1 - Flüssigkeitspumpe - Google Patents
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Description
Die Erfindung geht aus von einer Flüssigkeitspumpe,
insbesondere einer Elektrokraftstoffpumpe, der im
Oberbegriff des Anspruchs 1 definierten Gattung.
Eine solche, auch als Seitenkanalpumpe bezeichnete
elektrisch angetriebene Kraftstoff-Förderpumpe ist aus der
US-PS 5 310 308 bekannt. In solchen Flüssigkeitspumpen
treten erhebliche Geräusche auf, deren Frequenzen von der
Drehzahl des Pumpenlaufrads und von der Drehzahl der
Schaufeln am Pumpenlaufrad abhängig sind. Diese Geräusche
werden hauptsächlich durch Druckstöße an der
Ausströmöffnung der Pumpe verursacht, die über die
Schaufeln des Pumpenlaufrads auf das Pumpengehäuse
übertragen werden.
Die erfindungsgemäße Flüssigkeitspumpe mit den
kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber
den Vorteil, daß durch eine günstige Geometrie der
Ausströmöffnung und des Seitenkanalendes im Saugdeckel die
für die Druckstoßerzeugung ursächliche Staudruckentstehung
in der Ausströmöffnung und im Saugdeckel erheblich
gemindert werden. Durch die Abrundung der Austrittsöffnung
wird die Ausbildung des Staudruckbereichs in der
Ausströmöffnung reduziert bzw. nahezu gänzlich vermieden
und durch die steile Neigung des Seitenkanalendes
verkleinert sich der sich am Saugdeckel ausbildende
Druckstoß erheblich. Insgesamt wird dadurch eine wesentlich
größere Laufruhe der Pumpe erreicht.
Durch die in den weiteren Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen
sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im
Anspruch 1 angegebenen Flüssigkeitspumpe möglich.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung
weisen die Seitenkanäle im Saugdeckel und im
Zwischengehäuse in ihren am Pumpenlaufrad sich axial
gegenüberliegenden Endbereichen jeweils eine die radiale
Seitenkanalbreite übersteigende Erweiterung auf. Bei dieser
konstruktiven Gestaltung werden die noch bestehenden
kleinen Wirbel in die dadurch geschaffenen
Erweiterungsräume eingeschoben, die als Druckspeicher
verwendet werden. Die Amplituden der Druckstöße werden
weiter reduziert und eine weitergehende Geräuschminderung
erreicht.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung
geht der Seitenkanal im Saugdeckel bzw. im Zwischengehäuse
am Ende des Erweiterungsraums in einen bis zum
Seitenkanalende reichenden Schließkanal über, der von einem
sich fortsetzenden Kanalabschnitt geringerer Nuttiefe
gebildet ist. Die Nuttiefe des Schließkanals wird dabei
kleiner als, vorzugsweise halb so groß wie, die Nuttiefe
des Seitenkanals gewählt. Der Schließkanal weist zwei
spitzwinklig zulaufende Nutflanken auf, deren Basisabstand
gleich der radialen Breite des Seitenkanals ist, und die
Schließkanäle liegen sich wiederum deckungsgleich am
Pumpenlaufrad axial gegenüber. Die beiden identischen
Schließkanäle sorgen dafür, daß die Flüssigkeit am
Seitenkanalende kontinuierlich zur Ausströmöffnung
durchströmt und der Schließvorgang des Pumpenlaufrads
verlängert wird. Dies führt zu einer sanften Unterbrechung
der Strömung im Bereich des Kanalendes, wodurch die
Amplituden des Druckstoßes oder eine plötzliche Erhöhung
reduziert bzw. vermieden werden.
Die Erfindung ist anhand von in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispielen in der nachfolgenden Beschreibung
näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen Längsschnitt einer Kraftstoffpumpe,
schematisch dargestellt,
Fig. 2 ausschnittweise einen Schnitt der
Kraftstoffpumpe in Fig. 1 im Bereich des Endes
der Seitenkanäle mit einer Schnittführung, die
der Schnittlinie VII-VII in Fig. 6 entspricht,
Fig. 3 eine Draufsicht auf die dem Pumpenlaufrad
zugekehrte Seite des Saugdeckels der
Kraftstoffpumpe gemäß einem zweiten
Ausführungsbeispiel,
Fig. 4 einen Schnitt längs der Linie IV-IV in Fig. 3,
Fig. 5 einen Schnitt längs der Linie V-V in Fig. 3,
Fig. 6 eine Draufsicht auf die dem Pumpenlaufrad
zugekehrte Seite des Zwischengehäuses der
Kraftstoffpumpe gemäß dem zweiten
Ausführungsbeispiel,
Fig. 7 einen Schnitt längs der Linie VII-VII in Fig. 6,
Fig. 8 eine Draufsicht auf die dem Pumpenlaufrad
zugekehrte Seite des Zwischengehäuses der
Kraftstoffpumpe gemäß einem dritten
Ausführungsbeispiel,
Fig. 9 eine Draufsicht auf die dem Pumpenlaufrad
zugekehrte Seite des Saugdeckels der
Kraftstoffpumpe gemäß dem dritten
Ausführungsbeispiel,
Fig. 10 einen Schnitt längs der Linie X-X in Fig. 9,
Fig. 11 einen Schnitt längs der Linie XI-XI in Fig. 9.
Die in Fig. 1 im Längsschnitt und schematisch dargestellte
Kraftstoffpumpe als Beispiel für eine allgemeine
Flüssigkeitspumpe weist einen Saugdeckel 11 mit einer
Einströmöffnung 12, ein Zwischengehäuse 13 mit einer
Ausströmöffnung 14 und ein Pumpenlaufrad 15 mit einer
Vielzahl von Schaufeln 16 auf, das drehfest auf einer von
einem Elektromotor angetriebenen Pumpenwelle 17 sitzt. Das
Pumpenlaufrad 15 ist zwischen dem Saugdeckel 11 und dem
Zwischengehäuse 13 aufgenommen, wozu letzteres eine
koaxiale kreisförmige Ausnehmung 18 aufweist, in der das
Pumpenlaufrad 15 einliegt. Der Saugdeckel 11 stützt sich an
dem Zwischengehäuse 13 ab und verschließt die Ausnehmung
18. Die Pumpenwelle 17 ist flüssigkeitsdicht durch eine
zentrale Bohrung 19 im Saugdeckel 11 hindurchgeführt.
Die Pumpe ist als Seitenkanalpumpe ausgeführt, bei welcher
die Pumpenkammer von zwei Seitenkanälen 21, 22 in dem
Saugdeckel 11 bzw. in dem Zwischengehäuse 13 gebildet wird.
Jeder Seitenkanal 21 bzw. 22 ist durch eine konzentrisch
zur Pumpenachse 20 verlaufende Nut realisiert, die in die
dem Pumpenlaufrad 15 zugekehrte plane Fläche 111 bzw. 131
des Saugdeckels 11 bzw. des Zwischengehäuses 13 eingebracht
ist und sich jeweils von der Einströmöffnung 12 bis zur
Ausströmöffnung 14 erstreckt. In Fig. 1 sind
Einströmöffnung 12 und Ausströmöffnung 14 der besseren
Darstellung wegen in die Schnittebene verlegt. In
Wirklichkeit erstrecken sich die Seitenkanäle 21, 22 jeweils
über einen Umfangswinkel von etwas mehr als 330°, wie dies
aus Fig. 3, 6, 8 und 9 ersichtlich ist. Die beiden
Seitenkanäle 21, 22 liegen sich deckungsgleich am
Pumpenlaufrad 15 axial gegenüber, wobei die Einströmöffnung
12 in dem Seitenkanal 21, an dessen Anfang, und die
Ausströmöffnung 14 in dem Seitenkanal 22, an dessen Ende,
mündet.
Durch eine besondere Gestaltung der Geometrie der
Seitenkanäle 21, 22 in ihrem mit der Ausströmöffnung 14
korrespondierenden Endbereich und der Geometrie der
Ausströmöffnung 14 wird eine wesentliche Geräuschminderung
erreicht. Diese Geometrie ist in Fig. 2 dargestellt, die
einen Längsschnitt durch die Pumpe im Bereich der
Ausströmöffnung 14 zeigt, wobei die Schnittführung der
Schnittlinie VII-VII in Fig. 6 entspricht. Wie dort zu
erkennen ist, reicht-die Ausströmöffnung 14 mit
kontinuierlich sich erweiterndem Öffnungsquerschnitt vom
Grunde des im Zwischengehäuse 13 angeordneten Seitenkanals
22 bis zu der vom Pumpenlaufrad 15 abgekehrten Außenfläche
132 des Zwischengehäuses 13. Dabei verläuft die den
Seitenkanal 22 endseitig begrenzende Öffnungswand 141 der
Ausströmöffnung 14 zumindest im Seitenkanalbereich von der
dem Pumpenlaufrad 15 zugekehrten Innenfläche 131 des
Zwischengehäuses 13 aus konkav gekrümmt, so daß die aus dem
Seitenkanal 22 und aus dem Seitenkanal 21 in die
Ausströmöffnung 14 einströmende Kraftstoffmenge eine
Abrundung vorfindet, wodurch hier kein Druckstoß bzw. kein
zylinderförmiger Wirbel in der Ausströmöffnung 14 entstehen
kann. Zusätzlich ist auch die der Öffnungswand 141
gegenüberliegende, vom Nutgrund des Seitenkanals 22 aus
bis zum Öffnungsrand der Ausströmöffnung sich erstreckende
Öffnungswand 142 in gleicher Richtung wie die Öffnungswand
141 geneigt und ggf. auch gekrümmt ausgebildet. Dadurch
kann sich auch hier kein Wirbel ablösen, der zusätzliche
Geräuschentstehung verursachen würde. Die
Kraftstoffströmung ist in Fig. 2 mit dem Strömungspfeilen
23 gekennzeichnet. Zusätzlich weist der im Saugdeckel 11
verlaufende, im Bereich der Ausströmöffnung 14 blind
endende Seitenkanal 21 eine Endflanke 211 auf, die vom
Grunde des Seitenkanals 21 bis zu der dem Pumpenlaufrad 15
zugekehrten Innenfläche 111 des Saugdeckels 11 steil
ansteigt. Die den Seitenkanal 21 bildenden Nut hat im
übrigen - wie auch die den Seitenkanal 22 bildenden Nut -
einen kreisabschnittsförmigen Querschnitt, wie dies
beispielsweise in Fig. 5 zu sehen ist.
In Fig. 3-7 sind Saugdeckel 11 und Zwischengehäuse 13
einer Kraftstoffpumpe in verschiedenen Ansichten und
Schnittdarstellungen gezeigt, bei welcher die Geometrie der
Seitenkanäle 21, 22 im Endbereich gegenüber der vorstehend
beschriebenen Kraftstoffpumpe modifiziert ist, um eine noch
stärkere Geräuschminderung und größere Laufruhe der
Kraftstoffpumpe zu erreichen. Wie aus Fig. 6 zu ersehen
ist, ist der Seitenkanal 22 im Zwischengehäuse 13 in seinem
Endbereich durch eine Nutverbreiterung in axialer und
radialer Richtung mit einem Erweiterungsraum 25 versehen,
dessen radiale Breite größer ist als die des Seitenkanals
22. Der Erweiterungsraum 25 im Seitenkanal 22 reicht bis zu
dessen Ende, in welchem die Ausströmöffnung 14 mit ihren
Öffnungswänden 141 und 142 mündet. Dieser Erweiterungsraum
25 dient als Druckspeicher, was zur Reduzierung der
Druckspitzen führt.
Bei der in Fig. 8-11 in verschiedenen Ansichten und
Schnittdarstellungen gezeigten Kraftstoffpumpe gemäß einem
dritten Ausführungsbeispiel ist die Geometrie der
Schließkanalenden im Bereich der Ausströmöffnung 14
gegenüber der Kraftstoffpumpe gemäß dem zweiten
Ausführungsbeispiel weiter modifiziert. Dabei ist im
Zwischengehäuse 13 ein Erweiterungsraum 25 (Fig. 8), wie er
zu Fig. 6 beschrieben ist, und im Ansaugdeckel 11 ein
gleich ausgebildeter Erweiterungsraum 24 (Fig. 9)
vorhanden. Die beiden Erweiterungsräume 24,25 liegen sich
am Pumpenlaufrad 15 axial gegenüber. Am Ende eines jeden
Erweiterungsraums 24 bzw. 25 geht jeder Seitenkanal 21 bzw.
22 im Saugdeckel 11 (Fig. 9) bzw. im Zwischengehäuse 13
(Fig. 8) in einen bis zum Seitenkanalende reichenden
Schließkanal 26 bzw. 27 über. Jeder Schließkanal 26 bzw. 27
ist von einem sich fortsetzenden Kanalabschnitt gebildet,
dessen Nuttiefe kleiner ist als die Nuttiefe des
Seitenkanals 21 bzw. 22 und vorzugsweise halb so groß
gemacht wird. Der Schließkanal 26 im Saugdeckel 11 ist in
Fig. 10 im Längsschnitt dargestellt. Der Schließkanal 27 im
Zwischengehäuse 13 ist identisch ausgeführt. Jeder
Schließkanal 26 bzw. 27 hat spitzwinklig zulaufende
Nutflanken 261 und 262 bzw. 271 und 272, deren Basisabstand
gleich der radialen Breite des Seitenkanals 21 bzw. 22 ist.
Die Schließkanäle 26, 27 sind deckungsgleich ausgebildet und
liegen sich am Pumpenlaufrad 15 axial gegenüber. Diese
Schließkanäle 26, 27 tragen zu einer weitergehenden
Geräuschverminderung der Pumpe bei, da sie dafür sorgen,
daß der Kraftstoff am Seitenkanalende kontinuierlich zur
Ausströmöffnung 14 durchströmt und dadurch der
Schließvorgang des Pumpenlaufrads 15 verlängert wird. Damit
wird eine sanfte Unterbrechung der Strömung im Bereich des
Kanalendes erreicht, was zur deutlichen Minderung von
Druckstoßamplituden führt.
Auch bei dieser Kraftstoffpumpe ist die Öffnungswand 141
der Ausströmöffnung 14, die den Seitenkanal 22 mit
Schließkanal 27 endseitig begrenzt, in der in Fig. 2
dargestellten bogenförmig gekrümmten Weise ausgebildet. Das
gleiche gilt für die andere Öffnungswand 142 der
Ausströmöffnung 14, die - wie in Fig. 2 - geneigt, ggf.
auch bogenförmig gekrümmt, verläuft. Die den Strömungskanal
21 mit Schließkanal 26 begrenzende Endflanke 211 des
Seitenkanals 21 im Saugdeckel 11 ist wie bei der
Kraftstoffpumpe in Fig. 2 steil ausgebildet (Fig. 10).
Claims (8)
1. Flüssigkeitspumpe, insbesondere
Elektrokraftstoffpumpe, mit einem eine Einströmöffnung
(12) aufweisenden Saugdeckel (11), mit einem eine
Ausströmöffnung (14) aufweisenden Zwischengehäuse
(13), mit einem zwischen Saugdeckel (11) und
Zwischengehäuse (13) eingeschlossenen, rotatorisch
angetriebenen Pumpenlaufrad (15) mit einer Mehrzahl
von Schaufeln (16) zur Flüssigkeitsverdrängung und mit
einer Pumpenkammer, die von zwei jeweils in den dem
Pumpenlaufrad (15) zugekehrten planen Flächen
(111, 131) von Saugdeckel (11) und Zwischengehäuse (13)
angeordneten, als zur Pumpenachse (20) konzentrische,
von der Einströmöffnung (12) bis zur Ausströmöffnung
(14) sich erstreckende Nuten ausgebildeten
Seitenkanälen (21, 22) gebildet ist, wobei die
Einströmöffnung (12) im Seitenkanalanfang des im
Saugdeckel (11) angeordneten Seitenkanals (21) und die
Ausströmöffnung (14) im Seitenkanalende des im
Zwischengehäuse (13) angeordneten Seitenkanals (22)
mündet, dadurch gekennzeichnet, daß die
Ausströmöffnung (14) mit kontinuierlich sich
erweiterndem Öffnungsquerschnitt von dem im
Zwischengehäuse (13) angeordneten Seitenkanal (22) bis
zu der vom Pumpenlaufrad (15) abgekehrten Außenfläche
(132) des Zwischengehäuses (13) reicht und dabei die
den Seitenkanal (22) endseitig begrenzende
Öffnungswand (141) der Ausströmöffnung (14) zumindest
im Seitenkanalbereich von der dem Pumpenlaufrad (15)
zugekehrten Innenfläche (131) des Zwischengehäuses
(13) aus konkav gekrümmt verläuft und daß der im
Saugdeckel (11) blind endende Seitenkanal (21) eine
vom Grund des Seitenkanals (21) bis zu der dem
Pumpenlaufrad (15) zugekehrten Innenfläche (111) des
Saugdeckels (11) steil ansteigende Endflanke (211)
aufweist.
2. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
der konkav gekrümmten Öffnungswand (141)
gegenüberliegende, vom Grunde des Seitenkanals (22)
bis zum Öffnungsrand der Ausströmöffnung (14) sich
erstreckende Öffnungswand (142) der Ausströmöffnung
(14) in Richtung zur gegenüberliegenden Öffnungswand
(141) hin geneigt, ggf. gekrümmt, verläuft.
3. Pumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß der Seitenkanal (22) in dem Zwischengehäuse (13)
und/oder der Seitenkanal (21) in dem Saugdeckel (11)
in seinem Endbereich jeweils einen Erweiterungsraum
(24, 25) aufweist, dessen radiale Breite größer ist als
die des Seitenkanals (21 bzw. 22).
4. Pumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die
Erweiterungsräume (24, 25) jeweils bis zum
Seitenkanalende reichen.
5. Pumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß am
Ende eines jeden Erweiterungsraums (24 bzw. 25) der
Seitenkanal (21 bzw. 22) in einen bis zum
Seitenkanalende reichenden Schließkanal (26 bzw. 27)
übergeht, der von einem sich fortsetzenden
Kanalabschnitt geringerer Nuttiefe gebildet ist.
6. Pumpe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die
Nuttiefe des Schließkanals (26 bzw. 27) kleiner ist
als die Nuttiefe des Seitenkanals (21 bzw. 22),
vorzugsweise etwa halb so groß.
7. Pumpe nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet,
daß der Schließkanal (26 bzw. 27) spitzwinklig
zulaufende Nutflanken (261, 262 bzw. 271, 272) aufweist,
deren Basisabstand etwa gleich der radialen Breite des
Seitenkanals (21 bzw. 22) ist.
8. Pumpe nach einem der Ansprüche 5-7, dadurch
gekennzeichnet, daß die Schließkanäle (26, 27)
deckungsgleich ausgebildet sind und sich am
Pumpenlaufrad (15) axial gegenüberliegen.
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