DE60202719T2

DE60202719T2 - Laufrad und Turbinenpumpe für Brennstoff

Info

Publication number: DE60202719T2
Application number: DE60202719T
Authority: DE
Inventors: Katsuhiko Kariya-city Aichi-pref. Kusagaya; Yoshihiko Kariya-city Aichi-pref. Ito; Motoya Kariya-city Aichi-pref. Ito; Yukio Kariya-city Aichi-pref. Mori; Masatoshi Kariya-city Aichi-pref. Takagi; Koji Kariya-city Aichi-pref. Maruyama; Eiji Kariya-city Aichi-pref. Iwanari
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2001-07-31
Filing date: 2002-07-30
Publication date: 2006-01-12
Anticipated expiration: 2022-07-31
Also published as: US20030026686A1; EP1528250A1; KR20030011570A; BR0202880A; DE60214780D1; US6767179B2; EP1286041A2; DE60202719D1; KR100460153B1; CN1614240A; EP1528250B1; EP1286041A3; CN1198052C; EP1286041B1; BR0202880B1; CN1400398A; DE60214780T2; JP2003336558A; JP3800128B2; CN100567726C

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Flügelrad und eine mit einem solchen Flügelrad ausgerüstete Turbinenpumpe zum Speisen des Einspritzsystems eines Fahrzeugs unter Druck mit Brennstoff aus einem Brennstoffbehälter.
Zu der in einem Kraftfahrzeug zum Beispiel verwendeten Turbinenpumpe (auch „Wesco-Pumpe" genannt) zum Speisen des Fahrzeugeinspritzsystems mit Brennstoff unter Druck gehören im allgemeinen ein scheibenförmiges Flügelrad mit Flügeln und Aussparungen, ein Pumpengehäuse, in welchem das Flügelrad drehbar gelagert ist und welches einen mit den Aussparungen in Verbindung stehenden C-förmigen Kanal aufweist, und ein Motor zum Antreiben des Flügelrades.
Von einer solchen Pumpe wird eine hohe Pumpeffizienz erwartet. Zur Erfüllung dieser Forderung sollte (1) der Brennstoff glatt aus dem Pumpkanal in die Aussparungen und von dort wieder in den Pumpkanal strömen, (2) der aus den Aussparungen an der einen Flügelradseite strömende Brennstoff und der aus den Aussparungen an der anderen Flügelradseite strömende Brennstoff weder zum Stagnieren gebracht werden noch miteinander kollidieren, (3) in der jeder Aussparung an der einen Flügelradseite und der diesen gegenüber liegenden Nut und in jeder Aussparung an der anderen Flügelradseite und der diesen gegenüber liegenden Nut eine größere Brennstoffmenge strömen, (4) am Endabschnitt jeder der beiden Nuten kein Brennstoffpulsieren auftreten und (5) die Charakte ristik (Form und Größe) der Aussparungen entsprechend der zu erreichenden Druckerhöhung des Brennstoffs gewählt werden.
Im japanischen Dokument Hei 6-272685 ist eine Brennstoffpumpe (erstes herkömmliches Beispiel) mit einem Flügelrad offenbart, bei welcher zur Verbesserung der Pumpeffizienz die Vorderfläche jeder Aussparung in Drehrichtung geneigt ist. Wie die 25 und 26 zeigen, sind auf beiden Seiten der Trennwand 302 eines Flügelrades 300 in Umfangsrichtung abwechselnd Flügel 304 und Aussparungen 306 angeordnet, während zu dem an zwei Seiten im Pumpengehäuse 310 vorhandenen C-förmigen Pumpkanal 312 paarige Aussparungen 311 gehören. Das Flügelrad 300 rotiert im Pumpengehäuse 310 in der mit dem Bezugszeichen x gekennzeichneten Richtung.
Die Vorderfläche 307 jeder Aussparung 306 ist bezüglich einer rechtwinklig zur Seitenfläche 301 des Flügelrades 300 sich erstreckenden Ebene P entgegen Drehrichtung geneigt, damit der erzeugte Wirbel an dieser entlang gleitet, um die Erzeugung eines Unterdrucks und somit einer turbulenten Strömung zu verhindern.
In dem oben genannten japanischen Dokument Hei 6-272685 ist eine weitere Brennstoffpumpe (zweites herkömmliches Beispiel) offenbart, wobei auf beiden Seiten der Trennwand 323 des Flügelrades 320 dieser Pumpe abwechselnd Flügel 321 und Aussparungen 322 angeordnet sind, wie 27 zeigt. Der Außendurchmesser 323a der Flügelradtrennwand 323 entspricht dem Außendurchmesser 321a jedes Flügels 321. Das Pumpengehäuse 325 ist an zwei Seiten mit einem Kanal 326 und einem diese beiden Kanäle miteinander verbindenden Kanal 327 versehen.
Wie aus 27 hervor geht, gelangt Brennstoff aus den beiden Nuten 326 in Pfeilrichtung in die auf beiden Seiten des Flügelrades vorhandenen Aussparungen 322 und wird durch die vom rotierenden Flügelrad 320 erzeugte Fliehkraft entlang der Seitenfläche 323b beidseitig der Trennwand 323 in Radialrichtung nach außen geschleudert, so daß der Brennstoffdruck steigt. Der in den Kanal 327 gedrückte Brennstoff gelangt von diesem wieder in die Aussparung 322.
Bei der in 28 dargestellten Brennstoffpumpe (drittes herkömmliches Beispiel) ist der Außendurchmesser 343a der Trennwand 343 des im Pumpengehäuse drehbar gelagerten Flügelrades 340 kleiner als der Außendurchmesser 341a jedes Flügels 341 und die Trennwandbreite am Außendurchmesser 343a sehr schmal. Der dadurch gebildete ringförmige Spalt 344 dient als Verbindungskanal zwischen der rechten und der linken Aussparung 342. Der Pumpkanal im Pumpengehäuse 345 weist rechts und links eine Nut 346 und einen die beiden Nuten 346 miteinander verbindenden Kanal 347 auf.
Der aus der Nut an beiden Seiten des Pumpengehäuses in die Aussparungen 342 an beiden Seiten des Flügelrades gelangte Brennstoff wird durch die vom rotierenden Flügelrad 340 erzeugte Fliehkraft entlang der Seitenfläche 343b der Trennwand 343 radial nach außen geschleudert, so daß der Brennstoffdruck steigt. Der in den ringförmigen Spalt 344 und den Verbindungskanal 347 geschleuderte Brennstoff gelang von diesen wieder in die Aussparungen.
Bei der in 29 dargestellten Brennstoffpumpe (viertes herkömmliches Beispiel) wird die Breite der Trennwand 363 entlang der Führungsfläche 363b zur Außenseite jeder Aussparung 362 allmählich größer und an der Peripherie der Trennwand 363 und der Flügel 361 ist ein ringförmiger Abschnitt 368 vorhanden. Die beiden im Pumpengehäuse 365 vorhandenen C-förmigen Nuten 366 sind über einen Kanal 367 miteinander verbunden.
Im japanischen Dokument 2962828 sind ein Flügelrad und ein Pumpengehäuse offenbart (fünftes herkömmliches Beispiel), wobei im Pumpengehäuse kein Verbindungsabschnitt, sondern im Flügelrad eine Verbindungsbohrung vorhanden ist. Wie die 30 und 31 zeigen, ist das Flügelrad 400 an der auf der Ausstoßseite liegenden Fläche 401 mit mehreren Aussparungen 402 und an der auf der Saugseite liegenden Fläche 406 mit mehreren Aussparungen 407 versehen, welche in Umfangsrichtung in einer bestimmten Teilung angeordnet sind. Zwischen benachbarten Aussparungen 402 sind Flügel 403 und zwischen benachbarten Aussparungen 407 sind Flügel 408 vorhanden, welche ein ringförmiger Abschnitt 411 an der Peripherie des Flügelrades 400 miteinander verbindet.
Die Aussparungen 402 in der Seitenfläche 401 und die Aussparungen 407 in der Seitenfläche 406 haben einen bogenförmigen Boden 404 bzw. 409. Diese bogenförmigen Böden gehen im Abschnitt 405 ineinander über, von welchem aus eine Bohrung 413 sich als Verbindungsbohrung zwischen der Aussparung 402 und der Aussparung 407 axial von der Seite 401 zur Seite 406 durch das Flügelrad erstreckt.
Das in 30 dargestellte Gehäuse 415 weist ein druckseitiges Gehäuse 416, ein saugseitiges Gehäuse 421 und ein Außengehäuse 426 auf. Die Innenseite des Gehäuses 416 ist nahe der Peripherie mit einer Aussparung 417 versehen, welche sich in C-Form von einem Anfangsabschnitt zu einem mit dem Brennstoffaustrittskanal verbundenen Endabschnitt erstreckt (beide Abschnitte sind nicht dargestellt). Die Innenseite des Gehäuses 421 ist nahe der Peripherie mit einer Nut 422 versehen, welche sich in C-Form von einem mit dem Brennstoffansaugkanal verbundenen Anfangsabschnitt zu einem Endabschnitt erstreckt (beide Abschnitte sind nicht dargestellt). Das Außengehäuse 426 bedeckt die Peripherie des druckseitigen Gehäuses 416 und jene des saugseitigen Gehäuses 421.
Vom Anfangsabschnitt des saugseitigen Gehäuses 421 strömt der Brennstoff in die Aussparungen 407, von dort aus durch die Verbindungsbohrung 413 im Flügelrad zum Anfangsabschnitt der auf der anderen Seite vorhandenen Aussparungen 402 und schließlich zum Endabschnitt des ausstoßseitigen Gehäuses 416. Durch das rotierende Flügelrad 400 wird der in die Aussparungen 402 und 407 gelangte Brennstoff entlang des jeweiligen Bodens 404 und 409 radial nach außen geschleudert.
Der nach außen geschleuderte Brennstoff trifft auf den ringförmigen Abschnitt 411 des Flügelrades 400, wird von diesem axial nach außen gedrückt und kehrt entlang der Nut 417, 422 im jeweiligen Gehäuse in die Aussparungen 402, 407 zurück. Durch Wiederholung des Umwälzens von Brennstoff zwischen den Aussparungen 402, 407 und den Nuten 417, 422 strömt dieser vom Anfangsabschnitt spiralförmig durch den Pumpkanal zum Endabschnitt. Vom Endabschnitt des saugseitigen Gehäuses 421 strömt der Brennstoff unter Druck durch die Verbindungsbohrung 413 zum Endabschnitt des ausstoßseitigen Gehäuses 416 und von dort aus in den Brennstoffausstoßkanal.
Die Form der in den 25 und 26 gezeigten Aussparungen 306 trägt kaum zur Verbesserung der Pumpeffizienz bei. Wie aus 25 hervor geht, strömt der Brennstoff entlang der Wand 303 der Trennwand 302 in Pfeilrichtung y radial aus der Aussparung 306 nach außen. In Umfangsrichtung strömt der Brennstoff in z-Richtung entlang der Fläche 307 in die Aus sparung 306 und von dort entlang der Wand 308 nach außen, wie aus 26 hervor geht.
Da die Fläche 307 der Aussparungen 306, d.h. die Rückseite des Flügels 304 bezüglich der Drehrichtung x nach hinten geneigt ist, kann der Brennstoff bis zu einem bestimmten Grad glatt in die Aussparung 306 strömen. Da aber die Fläche 308 der Aussparungen 306, d.h. die Vorderseite des Flügels 304 sich parallel zur Ebene P erstreckt, kann der Brennstoff nicht ausreichend glatt aus der Aussparung 306 strömen. Dadurch ist Stagnation des zwischen den von beiden Seiten der Trennwand 302 in den Pumpkanal strömenden Brennstoffmengen zu verzeichnen, so daß die Strömungsgeschwindigkeit des zirkulierenden Brennstoffs sinkt. Wie aus 26 ebenfalls hervor geht, ist die Länge der Aussparung 306 in Axialrichtung kurz, so daß nur eine geringe Brennstoffmenge in dieser umgewälzt werden kann.
Bei dem in 27 dargestellten zweiten herkömmlichen Beispiel strömt der in der Aussparungen 322 vorhandene Brennstoff entlang der Fläche 323b der Trennwand 323 radial nach außen, gelangt in den Kanal 327 und strömt infolge der an in diesem stattfindenden Änderung der Strömungsrichtung von dort nach rechts und links. Demzufolge kommt es zu einer Stagnation des Brennstoffs im Mittelabschnitt des Verbindungskanals 327, d.h. an der peripheren Kante 323a der Trennwand 323, so daß weniger Brennstoff zwischen den Aussparung 322 und den Pumpkanälen 326 zirkuliert.
Bei dem in 28 dargestellten dritten herkömmlichen Beispiel strömt der in jeder Aussparung 342 vorhandene Brennstoff entlang der Fläche 343b der Trennwand 343 radial nach außen, gelangt in den Verbindungskanal 347 und strömt infolge der in diesem stattfindenden Änderung der Strömungsrich tung von dort nach rechts und links, so daß die Strömungsgeschwindigkeit sinkt.
Ein Grund für diese Unzulänglichkeiten bei den drei herkömmlichen Beispielen ist das Fehlen eines ringförmigen Abschnitts an den Flügelrädern 200, 320 und 400 entlang der Peripherie der Trennwand 302, 323 bzw. 343.
Bei dem in 29 dargestellten vierten herkömmlichen Beispiel nimmt die Breite der Trennwand 363 nach außen hin zwar zu, doch nicht in ausreichendem Maße. Außerdem wurden bei diesem Beispiel keine Maßnahmen ergriffen, um Brennstoffpulsieren zu verhindern und die Strömungsgeschwindigkeit des zirkulierenden Brennstoffs zu erhöhen.
Da bei den Beispielen zwei, drei und vier die Breite der Aussparungen 322 am Flügelrad 320, der Aussparungen 341 am Flügelrad 340 bzw. der Aussparungen 362 am Flügelrad 360 in Axialrichtung kurz ist, können in diesen kaum größere Brennstoffmengen zirkulieren.
Bei dem in den 30 und 31 dargestellten fünften herkömmlichen Beispiel sollte die Charakteristik (Form und Größe) der Aussparungen 402 und 407 entsprechend des zu erreichenden optimalen Brennstoffdrucks bestimmt werden, wobei aber die Charakteristik der Verbindungsbohrung 413 in Betracht zu ziehen ist. Wenn zum Beispiel zwecks Erhöhung des Brennstoffdrucks die Aussparungen 402 und 407 vergrößert werden, ergibt sich daraus eine kleiner Verbindungsbohrung 413, so daß der Brennstoff vom saugseitigen Gehäuse 421 nicht mehr glatt zum ausstoßseitigen Gehäuse 416 strömen kann. Mit anderen Worten, die Verbindungsbohrung 413 läßt kaum konstruktive Freiheit bezüglich Konfiguration der Aussparungen 402 und 407 zu.
Deshalb ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung die Bereitstellung einer Turbinenpumpe und eines Flügelrades, an dessen Peripherie ein ringförmiger Abschnitt vorhanden ist und dessen beidseitige Flügel unabhängig voneinander angeordnet sind, so daß durch Verbesserung der Flügelradkonfiguration und/oder der Pumpenkonfiguration eine hohe Pumpeffizienz erreicht wird.
Unter einem ersten Aspekt soll eine Turbinenpumpe für Brennstoff bereitgestellt werden, bei welcher Brennstoff von einem Pumpkanal in die Aussparungen strömt, dort beschleunigt wird und wieder in den Pumpkanal gelangt, um Stagnation der Brennstoffströmung im Pumpkanal zu verhindern.
Ein erstes alternatives Beispiel ist eine Turbinenpumpe für Brennstoff, bei welcher Stagnation der Brennstoffströmung und Kollision des aus den Aussparungen an beiden Seiten des Flügelrades strömenden Brennstoffs verhindert werden, eine große Brennstoffmenge in den Aussparungen und den Gehäusenuten zirkuliert und Pulsieren des Brennstoffs am Endabschnitt des Pumpkanals verhindert wird.
Ein zweites alternatives Beispiel ist eine Turbinenpumpe mit einem Flügelrad, wobei die Aussparungen entsprechend konfiguriert sind, um unabhängig von der Konfiguration des Verbindungsmechanismus eine hohe Pumpeffizienz zu erreichen, und wobei eine durch Druckungleichgewicht verursachte Verschiebung des Flügelrades im Pumpengehäuse verhindert wird.
Ein drittes alternatives Beispiel ist eine Pumpe mit einem Flügelrad, wobei die Aussparungen entsprechend konfiguriert sind, um unabhängig von der Konfiguration des Verbindungsmechanismus eine hohe Pumpeffizienz zu erreichen, und wobei eine große Brennstoffmenge in den Aussparungen zirkulieren kann.
Bei der unter dem ersten Aspekt bereitgestellten Pumpe haben die Erfinder ermittelt, daß ein nicht glattes Strömen von Brennstoff in die Aussparungen durch Abreißen des Brennstoffstroms an der Rückseite jedes Flügels verursacht wird, daß die Strömungsgeschwindigkeit des Brennstoffs in jeder Aussparung durch deren Breite (Umfangslänge) an jeder Seitenfläche und neben dem Mittelabschnitt des Flügelrades beeinflußt wird, daß starkes Austreten von Brennstoff aus jeder Aussparungen von der Form der Außenperipherie der Flügelwandvorderfläche abhängig ist und daß durch Vergrößerung der Breite des Flügels an dessen Außenperipherie Brennstoffstagnation verhindert werden kann. Die Erfinder haben auch einfaches Gießen des Flügelrades in Betracht gezogen. Wenn die Auswahl der Konfiguration des Flügels und der Aussparungen nur unter Beachtung der Pumpeffizienz erfolgt, kann in bestimmten Fällen nach dem Gießen die Gießform nicht entfernt werden.
Unter dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Turbinenpumpe mit scheibenförmigem Flügelrad bereitgestellt. Das Flügelrad ist mit Flügeln, Aussparungen und an der Peripherie der Aussparungen mit einem ringförmigen Abschnitt versehen. Die Flügel und die Aussparungen sind abwechselnd an beiden Seiten des Flügelrades an dessen peripheren Abschnitt angeordnet. Die vordere und die hintere Fläche jeder Aussparung sind bezüglich der Drehrichtung nach hinten geneigt. Das Flügelrad ist im Pumpengehäuse drehbar gelagert. Das Pumpengehäuse weist im allgemeinen beidseitig eine C-förmige Nut auf, welche mit den Aussparungen auf der jeweiligen Seite und mit einem Ansaugkanal bzw. einem Ausstoßkanal verbunden ist.
Beim Rotieren des Flügelrades dieser Brennstoffpumpe zirkuliert Brennstoff zwischen den Aussparungen auf der einen Flügelradseite und der entsprechenden Nut unabhängig von Brennstoff zwischen den Aussparungen auf der anderen Flügelradseite und der entsprechenden Nut, so daß dabei der Brennstoffdruck erhöht wird.
Durch die bei dieser Pumpe bezüglich der Drehrichtung des Flügelrades nach hinten geneigte Wandvorderfläche jedes Flügels wird der Brennstoff glatt in die Aussparung gedrückt, während die in die gleiche Richtung geneigte Flügelwandrückfläche den Brennstoff gewaltsam aus der Aussparung drückt.
Vorzugsweise wird der Neigungswinkel der Vorderfläche jedes an beiden Seiten des Flügelrades vorhandenen Flügels im äußeren peripheren Abschnitt größer gewählt als jener der Rückfläche im inneren peripheren Abschnitt. Dadurch kann der Brennstoff glatter in die Aussparungen und aus diesen strömen.
Es besteht aber auch die Möglichkeit, den Neigungswinkel der Rückfläche jedes an beiden Seiten des Flügelrades vorhandenen Flügels im äußeren peripheren Abschnitt größer zu wählen als jenen der Rückfläche im inneren peripheren Abschnitt, den Neigungswinkel der Vorderfläche jedes Flügels im äußeren peripheren Abschnitt größer zu wählen als jenen der Vorderfläche im inneren peripheren Abschnitt und/oder im äußeren peripheren Abschnitt den Neigungswinkel der Vorderfläche größer zu wählen als jenen der Rückfläche.
Außerdem besteht die Möglichkeit, im inneren peripheren Abschnitt den Neigungswinkel der Vorderfläche jedes an beiden Seiten des Flügelrades vorhandenen Flügels größer zu wählen als jenen der Rückfläche.
Außerdem besteht die Möglichkeit, im äußeren peripheren Abschnitt jedes Flügels den Neigungswinkel der Vorderfläche größer zu wählen als jenen der Rückfläche und im inneren peripheren Abschnitt den Neigungswinkel der Vorderfläche größer zu wählen als jenen der Rückfläche.
Dadurch kann nach dem Gießen des Flügelrades die Gießform leichter entfernt werden.
Unter dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine erste Turbinenpumpe mit scheibenförmigem Flügelrad bereitgestellt. Das Flügelrad ist mit Flügeln, Aussparungen und an der Peripherie der Aussparungen mit einem ringförmigen Abschnitt versehen. Die Flügel und die Aussparungen sind abwechselnd an beiden Seiten des Flügelrades an dessen Peripherie. Die vordere und die hintere Fläche jeder Aussparung sind bezüglich der Drehrichtung nach hinten geneigt. Das Flügelrad ist im Pumpengehäuse drehbar gelagert. Das Pumpengehäuse weist im allgemeinen beidseitig eine C-förmige Nut auf, welche mit den Aussparungen auf der jeweiligen Seite und mit einem Ansaugkanal bzw. einem Ausstoßkanal verbunden ist. Das Pumpengehäuse weist außerdem Anfangsabschnitte zur Herstellung der Verbindung zwischen dem Anfang der Nut auf der einen Seite des Gehäuses und dem Anfang der Nut auf der anderen Seite des Gehäuses und Endabschnitte zur Herstellung der Verbindung zwischen dem Ende der Nut auf einer Seite des Gehäuses und dem Ende der Nut auf der anderen Seite des Gehäuses auf.
Durch das rotierende Flügelrad dieser ersten Brennstoffpumpe zirkuliert Brennstoff zwischen der Aussparungen und der Nut auf der einen Seite unabhängig vom Brennstoff zwischen der Aussparungen und der Nut auf der anderen Seite des Gehäuses, so daß dadurch der Brennstoffdruck erhöht wird.
Bei dieser Pumpe wird durch den ringförmigen Flügelradabschnitt und durch die Verbindungsabschnitte am Pumpengehäuse Stagnation und Kollision von Brennstoff im Pumpkanal verhindert.
Es ist wichtig, an den Anfangsabschnitten eine glatte Brennstoffströmung zu erhalten und die Verbindungsabschnitte am Kanalanfang auf jeder Seite und die Verbindungsabschnitte am Ende des Kanals auf jeder Seite axial nahe der Peripherie einzubringen.
Um ein Pulsieren des Brennstoffs im Endabschnitt zu verhindern, sollte der Verbindungsabschnitt von einer Seite zur anderen schräg angeordnet werden, damit der Brennstoff besser strömen kann.
Eine andere Turbinenpumpe für Brennstoff ist ebenfalls mit einem scheibenförmigen Flügelrad ausgerüstet. Am äußeren peripheren Abschnitt des Flügelrades sind beidseitig in Umfangsrichtung versetzt zueinander Aussparungen und Flügel abwechselnd angeordnet, welche ein ringförmiger Abschnitt abdeckt. Das Flügelrad ist im Pumpengehäuse drehbar gelagert. Das Pumpengehäuse ist im allgemeinen innen beidseitig mit einer die Aussparungen an beiden Seiten des Flügelrades miteinander verbindenden C-förmigen Nut, an der einen Seite mit einem zum Anfangsabschnitt der dort vorhandenen Nut führenden Brennstoffsaugkanal und an der anderen Seite mit einem zum Endabschnitt der dort vorhandenen Nut führenden Brennstoffausstoßkanal versehen.
Bei der Rotation des Flügelrads dieser Pumpe zirkuliert Brennstoff zwischen der Nut und den Aussparungen auf der einen Seite unabhängig vom Brennstoff zwischen der Nut und den Aussparungen auf der anderen Seite. Bei dieser Pumpe wird durch den ringförmigen Abschnitt am Flügelrad und durch Zickzackanordnung der beidseitig am Flügelrad vorhandenen Aussparungen Druckpulsieren am Endabschnitt des Pumpkanals verhindert.
Wichtig ist, in Drehrichtung des Flügelrades die Aussparungen an dessen beiden Seiten nach hinten geneigt anzuordnen, damit der Brennstoff glatt in diesen strömen kann.
Um Stagnieren und Kollision von Brennstoff zu verhindern, sollte die Breite der an beiden Seiten des Flügelrades vorhandnen Aussparungen von der Flügelradseitenfläche aus nach innen allmählich kleiner werden.
Ein erstes Flügelrad des zweiten alternativen Beispiels der Brennstoffpumpe hat die Form einer Scheibe. In Umfangsrichtung des Flügelrades sind an dessen äußeren peripheren Abschnitt sowohl an der einen als auch an der anderen Seite zahlreiche voneinander isolierte Aussparungen in einer bestimmten Teilung angeordnet und von diesen radial nach innen oder außen versetzt zahlreiche Abschnitte vorhanden, durch welche von der einen zur anderen Seite des Flügelrades Verbindungsbohrungen sich erstrecken.
Das heißt, daß die Aussparungen an beiden Seiten des Flügelrads nicht mit Verbindungsbohrungen versehen sind, durch welche der Brennstoff von der Saugseite zur Ausstoßseite strömen kann. Demzufolge können zum Erreichen einer optimalen Erhöhung des Brennstoffdrucks Größe und Form der Aussparungen an beiden Seiten des Flügelrades unabhängig von der Form der Verbindungsbohrungen ausgewählt werden.
Ein zweites Flügelrad hat ebenfalls die Form einer Scheibe. In Umfangsrichtung des Flügelrades sind an dessen äußeren peripheren Abschnitt ein ringförmiger Abschnitt und an der einen als auch an der anderen Seite zahlreiche voneinander isolierte Aussparungen und Flügel in einer bestimmten Teilung angeordnet und von diesen radial nach innen oder außen versetzt zahlreiche Abschnitte vorhanden, durch welche von der einen zur anderen Seite des Flügelrades Verbindungsbohrungen sich erstrecken.
Dieses Flügelrad hat eine die Aussparungen an dessen beiden Seiten voneinander trennende Wand, welche aber nicht mit Verbindungsbohrungen versehen ist, durch welche der Brennstoff von der Saugseite zur Ausstoßseite strömen kann. Demzufolge können zum Erreichen einer optimalen Erhöhung des Brennstoffdrucks die Konfiguration des ringförmigen Abschnitts sowie Größe und Form der Aussparungen an beiden Seiten des Flügelrades entsprechend ausgewählt werden.
Um eine optimale Erhöhung des Brennstoffdrucks bei nur geringem Pulsieren zu erreichen, sollten die Aussparungen an beiden Seiten des Flügelrades in Umfangsrichtung zueinander versetzt angeordnet werden.
Die Verbindungsbohrungen sollten radial nach innen versetzt unter den Aussparungen angeordnet werden. Da die Aussparungen an beiden Seiten des Flügelrades nahe dessen Außenperipherie angeordnet sind und somit ein großer Drehradius sich ergibt, wird der Brennstoffdruck effizient erhöht.
Wenn die Verbindungsbohrungen in bezug auf radiale Verbindungslinien an den Aussparungen versetzt angeordnet werden, stellen diese die Verbindung zwischen den zickzackförmig angeordneten Aussparungen an beiden Seiten des Flügelrades her.
Die Anzahl der Verbindungsbohrungen kann gleich oder kleiner sein als die Anzahl der an jeder Flügelradseite vorhandenen Aussparungen. Während bei übereinstimmender Anzahl alle Aussparungen auf der einen Seite des Flügelrades mit jenen auf der anderen verbunden werden, wird bei nicht übereinstimmender Anzahl nur ein Teil der Aussparungen miteinander verbunden. Die Herstellung der Verbindung zwischen Aussparungen auf der einen Seite des Flügelrades und jenen auf dessen andere Seite kann über beidseitig des Flügelrades angeordnete flache Nuten erfolgen. Auch in dem Fall, daß die Aussparungen der Verbindungsbohrung im Anfangsabschnitt oder Endabschnitt gegenüber liegen, verbinden die flachen Nuten die Aussparungen auf beiden Seiten des Flügelrades miteinander.
Zwischen den Aussparungen auf beiden Seiten des Flügelrades und den Verbindungsbohrungen können axial sich erstreckende Vorsprünge angeordnet werden, um eine Wand mit einer bestimmten Dicke und somit Festigkeit zwischen den Aussparungen und den Verbindungsbohrungen zu erhalten.
Diese Vorsprünge können mit flachen Nuten versehen werden, welche die Verbindung zwischen den Aussparungen auf beiden Seiten des Flügelrades über die Verbindungsbohrungen auch dann herstellen, wenn die Aussparungen der Verbindungsbohrung im Anfangsabschnitt oder im Endabschnitt nicht gegenüber liegen. Wenn die Anzahl an flachen Nuten jener der Aussparungen entspricht, werden alle Aussparungen auf der einen Seite des Flügelrades mit jenen auf dessen anderer Seite verbunden, während bei einer kleineren Anzahl der flachen Nuten nur ein Teil der Aussparungen über die entsprechenden Verbindungsbohrungen miteinander verbunden werden.
Jede flache Nut kann in Umfangsrichtung bezüglich einer an die jeweilige Aussparung und bezüglich einer an die jeweili ge Verbindungsbohrung gelegt radial sich erstreckende Linie versetzt angeordnet werden, um die zickzackförmig angeordneten Aussparungen auf beiden Seiten des Flügelrades miteinander zu verbinden.
Eine Brennstoffturbinenpumpe gemäß dem zweiten alternativen Beispiel hat ein Flügelrad mit einem scheibenförmigen und einem peripheren Abschnitt. Der periphere Abschnitt ist in Umfangsrichtung beidseitig mit zahlreichen in einer bestimmten Teilung angeordneten Aussparungen, welche keine Verbindung zueinander haben, und mit zahlreichen radial unterhalb oder oberhalb der Aussparungen von einer Seite des Flügelrades zur anderen sich erstreckenden Verbindungsbohrungen versehen. Diese Brennstoffpumpe weist außerdem ein Pumpengehäuse auf, in welchem das Flügelrad drehbar gelagert und welches im allgemeinen beidseitig mit einer C-förmigen Nut versehen ist. Die C-förmige Nut auf der einen Seite des Pumpengehäuses erstreckt sich zwischen einem Anfangsabschnitt und einem Endabschnitt, wobei der Anfangsabschnitt eine auf die Verbindungsbohrungen gerichtete und mit dem Saugkanal in Verbindung stehende erste Sektion und der Endabschnitt eine auf die Verbindungsbohrungen gerichtete zweite Verbindungssektion aufweist. Die C-förmige Nut auf der anderen Seite des Pumpengehäuses erstreckt sich ebenfalls zwischen einem Anfangsabschnitt und einem Endabschnitt, wobei der Anfangsabschnitt eine auf die Verbindungsbohrungen gerichtete dritte Verbindungssektion und der Endabschnitt eine auf die Verbindungsbohrungen gerichtete und mit dem Ausstoßkanal in Verbindung stehende vierte Verbindungssektion aufweist. Die Brennstoffpumpe weist außerdem einen Motor auf, welcher das im Pumpengehäuse gelagerte Flügelrad in Drehung setzt.
Bei dieser Pumpe strömt ein Teil des in die erste Verbindungssektion gesaugten Brennstoffs zur zweiten Verbindungssektion, wobei dessen Druck erhöht wird, und von dort zur vierten Verbindungssektion, und ein Teil durch die Verbindungsbohrungen zur dritten Verbindungssektion und von dort zur vierten Verbindungssektion, wobei dessen Druck ebenfalls erhöht wird. Auf dem Weg vom Anfangsabschnitt zum Endabschnitt jeder Nut zirkuliert der Brennstoff zwischen dieser und den Aussparungen. Dabei wird der Brennstoffdruck erhöht, aber die Erzeugung einer aus dem Brennstoffstrom in den Verbindungsbohrungen resultierenden, auf das Flügelrad wirkenden Radialkraft verhindert.
Um das Einbringen der Nuten ins Pumpengehäuse zu vereinfachen, wird dieses vorzugsweise in zwei Hälften geteilt, in eine mit dem Saukanal versehene deckelförmige erste Hälfte und eine mit dem Ausstoßkanal versehene behälterförmige zweite Hälfte.
Die erste und die zweite Verbindungssektion in der ersten Gehäusehälfte werden radial in den Anfangsabschnitt bzw. den Endabschnitt eingebracht und haben eine den Verbindungsbohrungen entsprechende radiale Länge.
Die dritte und die vierte Verbindungssektion in der zweiten Gehäusehälfte werden radial in den Anfangsabschnitt bzw. den Endabschnitt eingebracht und haben eine den Verbindungsbohrungen entsprechende radiale Länge. Durch diese Konstruktion wird das Strömen des Brennstoffs von der Nut auf der einen Seite zur Nut auf der anderen Seite begünstigt.
Beim dritten alternativen Beispiel hat ein erstes Flügelrad ebenfalls Scheibenform, wobei in Umfangsrichtung an dessen Peripherie beidseitig zahlreiche Aussparungen und Flügel abwechselnd angeordnet sind und in radial nach innen oder außen zu den Aussparungen versetzt vorhandenen Abschnitten Verbindungsbohrungen sich von der einen Flügelradseite zur anderen erstrecken.
Bei diesem ersten Flügelrad erstrecken die beidseitig an diesem vorhandenen Aussparungen sich bis über dessen Mittelabschnitt.
Ein zweites Flügelrad hat ebenfalls die Form einer Scheibe, an deren beiden Seiten im äußeren peripheren Abschnitt in Umfangsrichtung zahlreiche Aussparungen und Flügel abwechselnd sind, welche ein ringförmiger Abschnitt abdeckt. Die Aussparungen an der einen Seite des Flügelrades überlappen jene an dessen anderer Seite in einem Bereich, welcher die Flügelradachse einschließt.
Bei diesen Flügelrädern kann durch Auswahl der Charakteristik der Aussparungen unabhängig von jener der Verbindungsabschnitte eine hohe Pumpeffizienz erreicht werden. Die Form der Aussparungen kann so gewählt werden, daß das Moment des in diesen zirkulierenden Brennstoffs vergrößert wird.
Wenn in bezug auf die Drehrichtung des Flügelrades die Vorderfläche und die Rückfläche der Aussparungen nach hinten geneigt verlaufen, kann der Brennstoff glatt in diese und unter einem höheren Druck aus diesen strömen.
Wenn die Aussparungen an beiden Seiten des Flügelrades in Umfangsrichtung zueinander versetzt angeordnet werden, ist eine effektive Druckerhöhung bei minimalem Pulsieren möglich.
Wenn das Flügelrad mit Verbindungsbohrungen versehen wird, welche sich in dessen äußeren peripheren Abschnitt von einer Seite zur anderen Seite erstrecken, kann die Charakteristik der Aussparungen unabhängig von der Charakteristik der Verbindungsbohrungen bestimmt werden.
Die zahlreichen Verbindungsbohrungen können in Umfangsrichtung zu einer von jeder Aussparung in Radialrichtung gezogenen Linie versetzt angeordnet werden, um eine sichere Verbindung zwischen den zickzackförmig angeordneten Aussparungen an jeder Seite des Flügelrades herzustellen.
Wenn der ringförmige Abschnitt beidseitig mit zahlreichen flachen Nuten versehen wird, welche die Verbindung der Aussparungen auf der einen Seite des Flügelrades mit jenen auf dessen anderer Seite herstellen, kommt diese Verbindung auch in dem Moment zustande, wenn die Aussparungen den Verbindungsbohrungen nicht gegenüber liegen.
Eine weitere Brennstoffturbinenpumpe weist ebenfalls ein scheibenförmiges Flügelrad auf, dessen äußerer peripherer Abschnitt in Umfangsrichtung beidseitig mit zahlreichen abwechselnd angeordneten Aussparungen und Flügeln und mit Verbindungsbohrungen, welche sich in radial nach innen oder außen zu den Aussparungen versetzt vorhandenen Abschnitten von deren einen Seite zur anderen erstrecken, versehen ist, wobei die Tiefe der Aussparungen bis über die Mitte des Flügelrades reicht. Die Brennstoffpumpe weist außerdem ein Pumpengehäuse auf, in welchem das Flügelrad drehbar gelagert und welches beidseitig mit einer C-förmigen Nut versehen ist, wobei der Anfangsabschnitt der einen Nut mit dem Saugkanal und der Endabschnitt der anderen Nut mit dem Ausstoßkanal in Verbindung steht.
Wen das Flügelrad der Brennstoffpumpe rotiert, zirkuliert der Brennstoff zwischen den Aussparungen und der Nut, wobei der Brennstoffdruck erhöht wird. Zum Erreichen einer höheren Pumpeffizienz kann die Charakteristik der Aussparungen unabhängig von der Charakteristik der Verbindungsabschnitte gewählt werden. Durch eine geeignete Form der Aussparungen kann das Moment des in diesen zirkulierenden Brennstoffs vergrößert werden.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung sowie die Funktion und die Wirkungswiese der einzelnen Elemente sind aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen und aus den Ansprüchen deutlicher zu erkennen.
1 zeigt die Vertikalschnittansicht der Brennstoffturbinenpumpe gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 zeigt vergrößert einen Hauptabschnitt der in 1 dargestellten Pumpe.
3 zeigt die Schnittansicht III-III der in 1 dargestellten Pumpe.
4 zeigt in perspektivischer Darstellung einen Teil des Flügelrades gemäß der ersten Ausführungsform.
5 zeigt die Vertikalschnittansicht des in 4 dargestellten Flügelrades.
Die 6A, 6B und 6C zeigen die Schnittansichten VIA-VIA, VIB-VIB und VIC-VIC des in 5 dargestellten Flügelradabschnitts.
7 zeigt in Diagrammform die Beziehung zwischen dem Neigungswinkel der Flügelwand und der Pumpeffizienz.
8 zeigt in Diagrammform verschiedene Flügelwandwinkel.
9 zeigt die Vertikalschnittansicht der Brennstoffturbinenpumpe gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
10 zeigt die Innenseite des Pumpengehäuses gemäß der zweiten Ausführungsform.
11 zeigt in perspektivischer Darstellung einen Hauptabschnitt des Flügelrades gemäß der zweiten Ausführungsform.
12A zeigt die Schnittansicht XIIA-XIIA gemäß 9 und 12B die Schnittansicht XIIB-XIIB gemäß 12A.
13 zeigt die Ansicht XIII gemäß 9.
14 zeigt die Vertikalschnittansicht der Brennstoffturbinenpumpe gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
15 zeigt die Draufsicht des Pumpengehäuses gemäß der dritten Ausführungsform.
16 zeigt die Draufsicht des Pumpengehäusedeckels gemäß der dritten Ausführungsform.
17 zeigt vergrößert die Schnittansicht XVII des Flügelrades und dessen nähere Umgebung der in 14 dargestellten dritten Ausführungsform der Brennstoffturbinenpumpe.
18 zeigt die Schnittansicht XVIII-XVIII gemäß 14.
19 zeigt vergrößert den Abschnitt XIX gemäß 18.
20 zeigt die Ansicht in Pfeilrichtung XX gemäß 14.
21 zeigt die Schnittansicht eines Hauptabschnitts des Flügelrades gemäß einer ersten Modifikation der dritten Ausführungsform.
22 zeigt die Schnittansicht eines Hauptabschnitts des Flügelrades gemäß einer zweiten Modifikation der dritten Ausführungsform.
23 zeigt die Vertikalschnittansicht des Flügelrades gemäß einer vierten Ausführungsform.
24 zeigt die Schnittansicht XXIV-XXIV gemäß 23.
25 zeigt die Vertikalschnittansicht eines Hauptabschnitts des Flügelrades gemäß einem ersten herkömmlichen Beispiel als Stand der Technik.
26 zeigt die Seitenschnittansicht des in 25 dargestellten Flügelrades.
27 zeigt die Vertikalschnittansichtansicht eines Hauptabschnitts des Flügelrades gemäß einem zweiten herkömmlichen Beispiel als Stand der Technik.
28 zeigt die Vertikalschnittansichtansicht eines Hauptabschnitts des Flügelrades gemäß einem dritten herkömmlichen Beispiel als Stand der Technik.
29 zeigt die Vertikalschnittansichtansicht eines Hauptabschnitts des Flügelrades gemäß einem vierten herkömmlichen Beispiel als Stand der Technik.
30 zeigt die Vertikalschnittansichtansicht eines Hauptabschnitts des Flügelrades gemäß einem fünften herkömmlichen Beispiel als Stand der Technik.
31 zeigt die Seitenansicht des in 30 dargestellten Flügelrades.
<Flügelrad>
Das Flügelrad einer Brennstoffpumpe weist einen scheibenförmigen Abschnitt und einen an dessen Peripherie sich erstreckenden ringförmigen Abschnitt auf. Der scheibenförmige Abschnitt wird vom Pumpengehäuse geführt, während der äußerste periphere Abschnitt zusammen mit dem Pumpengehäuse den Brennstoff zirkulieren läßt und eine Erhöhung des Brennstoffdrucks bewirkt. Zum äußersten peripheren Abschnitt können ein ringförmiger Abschnitt, eine Trennwand sowie mehrere Flügel und Aussparungen gehören.
(1) Ringförmiger Abschnitt und Trennwand
Der radial im Peripheriebereich des Flügelrades vorhandene in Umfangsrichtung sich erstreckende ringförmige Abschnitt hat in Axialrichtung eine bestimmte Breite. Die ebenfalls in Umfangsrichtung sich erstreckende Trennwand hat im Mittelabschnitt in Axialrichtung eine bestimmte Dicke und sollte sich von dort aus radiusartig vergrößern.
(2) Aussparungen
Die auf beiden Seiten der Trennwand vorhandenen Aussparungen sind in einer bestimmten Teilung in Umfangsrichtung angeordnet und dienen als Brennstoffeinström- und Brennstoffaus strömräume. Die Aussparungen auf jeder Seite können in einer Anzahl von 30 bis 70 eingebracht und in einer Reihe oder in zwei Reihen angeordnet werden.
Wenn die Aussparungen auf beiden Seiten sich axial gegenüber liegen, wird der Brennstoffdruck in diesen im gleichen Maße erhöht und dadurch eine gutes Druckgleichgewicht erreicht.
Wenn die Aussparungen auf beiden Seiten in Umfangsrichtung versetzt zueinander (zickzackförmig) angeordnet sind, entsteht zwischen der Druckänderung auf einer Seite und jener auf der anderen Seite eine Phasenverschiebung, so daß beim Zusammenströmen des Brennstoffs eine geringere Druckänderung erreicht wird. Eine typische Versetzungsgröße in Umfangsrichtung ist die Hälfte der Aussparungsteilung.
Die Vorderfläche und die Rückfläche der Aussparungen auf beiden Seiten des Flügelrades können in bezug auf dessen beide Seitenflächen rechtwinklig oder in Drehrichtung nach hinten geneigt verlaufen. Die Breite (Umfangslänge) der Aussparungen auf beiden Seiten des Flügelrades kann über die gesamte Länge gleichmäßig sein oder sich von der Stirnseite aus allmählich nach innen ändern. Der Querschnitt in Axialrichtung (Tiefenrichtung) kann zum Beispiel halbkreisförmig oder annähernd halbkreisförmig sein.
Die Aussparungen können sich in Axialrichtung fast bis zur Mitte, bis zur Mitte oder über die Mitte des Flügelrades erstrecken. Wenn die Aussparungen sich in Axialrichtung über den Mittelabschnitt des Flügelrades erstrecken, überlappen diese sich in einem Abschnitt, welche die Flügelradachse einschließt.
(3) Flügel
Die Flügel auf beiden Seiten des Flügelrades üben auf den in die jeweilige Aussparung gelangten Brennstoff in Umfangsrichtung eine Kraft aus. Die Form der Flügel ergibt sich aus der Form der Aussparungen. Die in einer bestimmten Teilung angeordneten Flügel auf beiden Seiten des Flügelrades sind in Axialrichtung durch eine Trennwand und in Radialrichtung durch den ringförmigen Abschnitt voneinander getrennt.
Der Neigungswinkel der Wandvorderfläche jedes Flügels beträgt von der Seitenfläche des äußeren peripheren Abschnitts aus im allgemeinen mehr als 50 Grad und liegt in einem Bereich von 60 bis 70 Grad, während der Neigungswinkel der Wandrückfläche jedes Flügels im allgemeinen kleiner ist als 50 Grad und in einem Bereich von 30 bis 40 Grad liegt. Der Neigungswinkel der Wandvorderfläche beträgt von der Seitenfläche des inneren peripheren Abschnitts aus 50 bis 60 Grad und jener der Wandrückfläche von der Seitenfläche des äußeren peripheren Abschnitts aus 35 bis 50 Grad.
(4) Verbindungsbohrung
Von einer Stirnseite des Flügelrades zur anderen erstrecken sich durch dieses mehrere Verbindungsbohrungen, durch welche der Brennstoff von einem ersten Verbindungsabschnitt auf der Saugseite zu einem dritten Verbindungsabschnitt auf der Ausstoßseite und von einem zweiten Verbindungsabschnitt auf der Saugseite zu einem vierten Verbindungsabschnitt auf der Ausstoßseite gelangt. Von den Aussparungen auf beiden Seiten des Flügelrades radial nach innen versetzt oder innerhalb der Aussparungen an beiden Seiten des Flügelrades können mehrere Verbindungsbohrungen erzeugt werden, so daß kein Raum bleibt. Im erstgenannten Fall ist zwischen jeder Aussparung und der dazu gehörenden Verbindungsbohrung axial ein Vorsprung vorhanden.
Die Anzahl an Verbindungsbohrungen wird unter Beachtung des Druckverlustes beim Ansaugen und Ausstoßen von Brennstoff und der Produktivität ausgewählt und entspricht der Anzahl der auf beiden Seiten vorhandenen Aussparungen oder ist kleiner als diese. Der Querschnitt der Verbindungsbohrungen wird ebenfalls unter Beachtung des Druckverlustes beim Ansaugen und Ausstoßen von Brennstoff ausgewählt und kann rechteckig oder kreisförmig sein. Breite und Höhe können über die gesamte Länge gleich sein.
(5) Vorsprünge, flache Nuten
Zahlreiche flache Nuten an beiden Seiten des Flügelrades verbinden die Aussparungen über die Verbindungsbohrungen miteinander. Diese Nuten sind in radial zwischen den Aussparungen an beiden Seiten des Flügelrades und den Verbindungsbohrungen sich erstreckenden Vorsprüngen eingebracht. Die Anzahl der flachen Nuten ist gleich oder kleiner als die Anzahl der Verbindungsbohrungen. Da die flachen Nuten die Verbindung zwischen den Aussparungen und den Verbindungsbohrungen herstellen, müssen diese in Umfangsrichtung auch an den Abschnitten eingebracht werden, an welchen die Verbindungsbohrungen angeordnet sind. Anzahl, Breite und Tiefe der flachen Nuten werden unter Beachtung des Druckverlustes und anderer Parameter und der Verbindungsbohrungen bestimmt.
<Pumpengehäuse>
Das Pumpengehäuse ist im allgemeinen auf beiden Seiten mit einer C-förmigen Nut und einer Führungsfläche für das Flügelrad, auf einer Seite mit einem Brennstoffsaugkanal und auf der anderen Seite mit einem Brennstoffausstoßkanal versehen. Das Pumpengehäuse ist aus einer mit dem Saugkanal versehenen ersten Gehäusehälfte und einer mit dem Ausstoßkanal versehen zweiten Gehäusehälfte zusammengesetzt. Diese beiden Hälften können im wesentlichen symmetrisch sein und Behälterform haben, doch es besteht auch die Möglichkeit, die eine Hälfte behälterförmig und die andere Hälfte deckelförmig zu konfigurieren. Die in jeder Gehäusehälfte vorhandene C-förmige Nut erstreckt sich von einem Anfangsabschnitt zu einem Endabschnitt und liegt den Aussparungen an der jeweiligen Flügelradseite gegenüber. Der Anfangsabschnitt der einen Nut ist mit dem Brennstoffsaugkanal, der Endabschnitt der anderen Nut mit dem Brennstoffausstoßkanal verbunden. Die beiden Anfangabschnitte und die beiden Endabschnitt sind jeweils über einen entsprechenden Kanal im Pumpengehäuse oder durch die im Flügelrad vorhandenen Verbindungsbohrungen miteinander verbunden.
Wenn das Flügelrad keine Verbindungsbohrungen aufweist, ist das Pumpengehäuse mit je einem axial sich erstreckenden Kanal versehen, welcher die Verbindung zwischen den beiden Anfangsabschnitten bzw. den beiden Endabschnitten herstellt.
Wenn das Flügelrad aber Verbindungsbohrungen aufweist, sind die Verbindungssektionen eins bis vier den Verbindungsbohrungen gegenüber angeordnet. So ist die erste und die dritte Verbindungssektion radial im Anfangsabschnitt auf der entsprechenden Seite und die zweite und die vierte Verbindungssektion radial im Endabschnitt auf der entsprechenden Seite angeordnet.
Nachfolgend werden anhand der beiliegenden Zeichnungen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben.
<Erste Ausführungsform>
(Konstruktion)
(1) Gesamtaufbau
Nachfolgend wird anhand von 1 eine Brennstoffturbinenpumpe beschrieben. Die Pumpsektion 10 und die Motorsektion 60 sind in einem Pumpengehäuse 75 axial hintereinander angeordnet. Am unteren Ende des Pumpengehäuses 75 innerhalb der Pumpsektion 10 sind ein Gehäuse 30 und ein Deckel 11 befestigt und in diesen ist ein Flügelrad 40 mit abwechselnd angeordneten Flügeln 45 und Aussparungen 50 drehbar gelagert. Der Deckel 11 ist mit einem Brennstoffsaugkanal 16 und das Gehäuse 30 mit einem Brennstoffausstoßkanal 33 versehen. Die Pumpsektion 10 wird später detailliert beschrieben.
In der Motorsektion 60 ist an der Innenseite eines zylindrischen Magnets 61 ein Anker 62 konzentrisch angeordnet. Der Anker 62 ist aus einem gegossenen Kunstharzkern 63 mit darauf angeordneter Spule zusammengesetzt und auf einer im Pumpengehäuse 75 befestigten Achse 64 über Lager 66a und 66b drehbar und verschiebbar gelagert. Das untere Ende 64b der Achse 64 ist in der Mitte des Deckels 11 befestigt, während das obere Ende 64a dieser Achse in dem am Pumpengehäuses 75 befestigten Bürstenhalter 67 ruht.
Das untere Ende des Ankers 62 ist mit mehreren Vorsprüngen 68 versehen, deren Endabschnitt sich durch das Flügelrad 40 erstreckt. Am oberen Ende des Ankers 62 sind mehrere radial angeordneten Kommutatorsegmente 69 angeordnet. Die in den Bürstenhalter 67 eingesetzten beweglichen paarigen Bürsten 71 werden von einer Feder 72 gegen die Kommutatorsegmente 69 gedrückt.
(2) Pumpsektion
Nachfolgend wird anhand der 2 bis 6 die Pumpsektion 10 detailliert beschrieben.
Wie aus 2 hervor geht, hat der Deckel 11 einen Boden 12, welchen in Umfangsrichtung eine Wand 13 umgibt. Der Mittelabschnitt 12a des Bodens 12 dient als Führung für das Flügelrad 40. Wie aus den 2 und 3 hervor geht, ist der Deckel 11 mit einer Nut 14 in Halbkreisform (C-Form) versehen. Diese Nut erstreckt sich von einem Anfangsabschnitt 17, welcher mit einem unter einem bestimmten Winkel zur Achse des Deckels 11 vorhandenen Saugkanal 16 (siehe 1) verbunden ist, bis zu einem Endabschnitt 18, welcher mit dem Endabschnitt einer Nut 31 im später beschriebenen Gehäuse 30 verbunden ist.
Im Anfangsabschnitt 17 ist ein Verbindungskanal 21 und im Endabschnitt 18 ein Verbindungskanal 22 vorhanden. Diese beiden Verbindungskanäle 21, 22 im Deckel 11 haben in Umfangsrichtung eine bestimmte Länge, in Axialrichtung eine bestimmte Breite und in Radialrichtung eine bestimmte Tiefe.
Der Mittelabschnitt 30a des Gehäuses 30 ist mit einer der Nut 14 entsprechenden Nut 31 in Halbkreisform (C-Form) versehen und dient als Führung für das Flügelrad 40. Die Nut 31 erstreckt sich von einem Anfangsabschnitt bis zu einem Endabschnitt, welcher mit dem parallel zur Achse des Gehäuses 30 verlaufenden Brennstoffausstoßkanal 33 (siehe 1) verbunden ist.
Der Abstand zwischen den beiden Nuten 14 und 31 entspricht der Breite des Dichtabschnitts 49 des Flügelrades 40, wobei die Innenfläche 13a der Wand 13 mit der Kante der Nut 14 und jener der Nut 31 zusammentrifft. Im Anfangsabschnitt und im Endabschnitt der Nut 31 im Gehäuse 30 ist ein Spalt (nicht dargestellt) vorhanden, welcher mit dem Kanal 21 bzw. 22 in Verbindung steht. Der eine Pumpkanal in C-Form wird von der Nut 31 und den Spalten im Gehäuse 30, der andere von der Nut 14 und den Verbindungskanälen 21 und 22 gebildet.
Nachfolgend wird das Flügelrad 40 detailliert beschrieben. Wie aus den 2 und 4 hervor geht, ist das aus Kunstharz gefertigte Flügelrad 40 ein scheibenförmiger Körper 41, welcher eine um diesen sich erstreckende ringförmige Trennwand 42, recht und links dieser Trennwand vorhandene Flügel 45 und Aussparungen 50, und einen um die Peripherie der Flügel und der Aussparungen sich erstreckenden ringförmigen Abschnitt 54 aufweist (der ringförmige Abschnitt 54 ist in 4 nur teilweise dargestellt).
Die Trennwand 42 hat in Radialrichtung unterschiedliche Breite, mit anderen Worten, in Radialrichtung nimmt die Breite zunächst allmählich ab, dann allmählich wieder zu. An der rechten und der linken Seite der Trennwand 42 sind in Zickzackform zahlreiche Flügel 45 und Aussparungen 50 vorhanden. In Umfangsrichtung des Flügelrades 40 gesehen liegt jedem Flügel 45 auf der linken Seite eine Aussparung 50 auf der rechten Seite und jeder Aussparung 50 auf der linken Seite ein Flügel 45 auf der rechten Seite gegenüber.
Die Flügel 45 und Aussparungen 50 sind entgegen Drehrichtung X des Flügelrades 40 in bezug auf eine rechtwinklig zur Seitenfläche 40a verlaufende Ebene P (6) geneigt. Bezüglich der Seitenfläche 40a variiert der Winkel der Vorderwandfläche 46 und der Rückwandfläche 47 jedes Flügels 45 an verschiedenen radialen Stellen. Wie aus den 6A, 6B und 6C hervor geht, beträgt bezüglich der Seitenfläche 40a der Winkel (θf) der Vorderwandfläche 46 im peripheren Abschnitt 46a 65°, der Winkel (θfm) im Mittelabschnitt 46b 60° und der Winkel (θf') im unteren Abschnitt 46c 55°. Dagegen beträgt bezüglich der Seitenfläche 46a der Winkel (θr') der Rückwandfläche 47 jedes Flügels 45 im peripheren Abschnitt 47a 45°, der Winkel (θrm) im Mittelabschnitt 40° und der Winkel (θr) im unteren Abschnitt 35°.
Demzufolge ist der Winkel θf des peripheren Abschnitts 46a der Vorderwandfläche 46 größer als der Winkel θr des unteren Abschnitts 47c der Rückwandfläche 47, der Winkel θr' des peripheren Abschnitts 47a der Rückwandfläche 47 größer als der Winkel 8r des unteren Abschnitts 47a der Rückwandfläche 47, der Winkel θf des peripheren Abschnitts 46a der Vorderwandfläche 46 größer als der Winkel θf' des unteren Abschnitts 46c der Vorderwandfläche 46 und der Winkel θf' des unteren Abschnitts 46c der Vorderwandfläche 46 größer als der Winkel θr' des peripheren Abschnitts 47a der Rückwandfläche 47.
Anders ausgedrückt, der periphere Abschnitt 46a der Vorderwandfläche 46 verläuft unter einem Winkel von 65° und der periphere Abschnitt 47a der Rückwandfläche 47 unter einem Winkel von 45°, der mittlere Abschnitt 46b der Vorderwandfläche 46 unter einem Winkel von 60° und der mittlere Abschnitt 47b der Rückwandfläche 47 unter einem Winkel von 40°, der untere Abschnitt 46c der Vorderwandfläche 46 unter einem Winkel von 55° und der untere Abschnitt 47c der Rückwandfläche unter einem Winkel von 35°. Das heißt, daß von der Seitenfläche 40a des Flügelrades 40 aus zu dessen Mitte gesehen im peripheren Abschnitt, im Mittelabschnitt und im unteren Abschnitt die Breite (Umfangslänge) jeder Aussparung 50 sich allmählich verringert.
Die periphere Fläche 54a des ringförmigen Abschnitts 54 liegt der Innenfläche 13a der Wand 13 gegenüber und die Trennwand 42 sowie der ringförmige Abschnitt 54 trennen die beiden Nuten 14 und 31 voneinander. Der Körper 41, die Trennwand 42, die rechten und linken Flügel 45 und der ring förmige Abschnitt 54 sind integrale Bestandteile des aus Kunstharz gefertigten Flügelrades 40.
(Funktion und Vorteile)
Wie aus den 1 und 3 hervor geht, wird aus dem Brennstoffsaugkanal 16 Brennstoff in den Anfangsabschnitt 17 der Nut 14 und aus dieser durch den Verbindungskanal 21 in die Nut 31 im Gehäuse 30 und weiter in die Aussparungen 50 gesaugt.
Von jedem Flügel 45 des in Pfeilrichtung x (6A bis 6C) rotierenden Flügelrads 40 wird eine in Umfangsrichtung wirkende Kraft auf den in der jeweiligen Aussparung 50 vorhandenen Brennstoff ausgeübt. Durch die Fliehkraft wird der Brennstoff entlang der Seitenfläche 42a der Trennwand 42 und dem ringförmigen Abschnitt 54 in Pfeilrichtung y (2) radial nach außen geschleudert. Dabei verhindert der ringförmige Abschnitt 54 Stagnation und Kollision des in den Aussparungen auf der rechten und der linken Seite vorhandenen Brennstoffs. Durch die Zickzackanordnung der Flügel 45 und der Aussparungen 50 wird ein Pulsieren des Drucks im Endabschnitt 18 des Pumpenkanals und an anderen Stellen verhindert.
Danach wird der Brennstoff entlang der Innenfläche des ringförmigen Abschnitts 54 nach links und rechts in die Nut 14 bzw. 31 gedrückt, strömt in diesen radial und axial nach innen und gelangt in die nachfolgende Aussparung.
Wie 6A zeigt, strömt der Brennstoff in Umfangsrichtung z entlang der Rückfläche 47 des Flügels 45 in die Aussparung 50 und entlang der Vorderfläche 46 aus der Aussparung. Wie aus 6C, welche den Schnitt durch den unteren Abschnitt zeigt, hervor geht, ist die Rückfläche 47 des Flügels 45 entgegen Drehrichtung x des Flügelrades 40 geneigt, wobei der Neigungswinkel zu der rechtwinklig zur Seitenfläche 40a verlaufenden Ebene P relativ klein ist, d.h. 35° beträgt. Dadurch wird ein Trennen des in die Aussparung 50 strömenden Brennstoffs vom unteren Abschnitt 47c der Rückfläche 47 verhindert. Wie aus 6A, welche den Schnitt durch den peripheren Abschnitt zeigt, hervor geht, ist entgegen Drehrichtung x des Flügelrades 40 die Vorderfläche 46 geneigt, wobei der Neigungswinkel bezüglich der Seitenfläche 40a relativ groß ist, d.h. 65° beträgt. Dadurch wird der Brennstoff mit einergroßen Kraft aus der Aussparung 50 gedrückt.
Wie 7 zeigt, wird mit zunehmendem Neigungswinkel θf der Vorderfläche 46 im peripheren Abschnitt und mit zunehmendem Neigungswinkel 8r der Rückfläche 47 im unteren Abschnitt die Pumpeffizienz größer. Demzufolge spielt die Auswahl der beiden Neigungswinkel θf und θr eine große Rolle.
Der Neigungswinkel θf der Vorderfläche 46 im peripheren Abschnitt 46a ist größer als der Neigungswinkel θr der Rückfläche 47 im unteren Abschnitt 47c. Außerdem nimmt der Neigungswinkel der Rückfläche 47 vom unteren Abschnitt 47c zum peripheren Abschnitt 47a hin allmählich zu und der Neigungswinkel der Vorderfläche 46 vom unteren Abschnitt 46c zum peripheren Abschnitt 46a hin allmählich zu (siehe Strich-Doppelpunkt-Linie in den 6A und 6C). Dadurch ist glattes Strömen des Brennstoffs in der Aussparung 50 zu verzeichnen.
Außerdem wird von der Seitenfläche 40a des Flügelrades 40 aus nach innen die Breite (Umfangslänge) jeder Aussparung 50 im peripheren, im mittleren und im unteren Abschnitt allmählich kleiner. Demzufolge wird der entlang der Rückfläche 47 in die Aussparung 50 strömende Brennstoff von der Rückfläche 47 und der Vorderfläche 46 gedrosselt, so daß die Strömungsgeschwindigkeit des Brennstoffs zunimmt und dieser mit hoher Geschwindigkeit die Aussparung 50 verläßt.
Der vom Anfangsabschnitt 17 zum Endabschnitt 18 gedrückte Brennstoff in den linken Aussparungen 50 und der Nut 14 und in den rechten Aussparungen 50 und der Nut 31 zirkulieren unabhängig voneinander, so daß zwischen diesen beiden Abschnitten der Brennstoffdruck erhöht wird. Der in der Nut 14 auf einen hohen Druck gebrachte Brennstoff gelangt durch den im Endabschnitt 18 vorhandenen Verbindungskanal 22 zum Brennstoffausstoßkanal 33. Da die linken und die rechten Aussparungen 50 bis in den Mittelabschnitt der Trennwand 42 reichen, hat jede Aussparung 50 ein großes Volumen, so daß der in diesen vorhandene Brennstoff besser zirkuliert und eine größere Brennstoffmenge ausgestoßen wird.
Nachfolgend wird auf das Gießen des Flügelrades 40 näher eingegangen.
Wie aus den 6 und 8 hervor geht, ist der Neigungswinkel θf (Gerade m in 8) des peripheren Abschnitts 46a jedes Flügels 45 größer als der Neigungswinkel θr' (Gerade l in 8) des peripheren Abschnitts 47a und der Neigungswinkel θf' (Gerade k in 8) des unteren Abschnitts 46c größer als der Neigungswinkel θr (Gerade n in 8) des unteren Abschnitts 47c. In diesem Zustand haben die beiden peripheren Abschnitte und die beiden unteren Abschnitte der Flügel 45 einen sogenannten „Ziehwinkel".
Außerdem ist der Neigungswinkel θf' (Gerade k) des unteren Abschnitts 46c kleiner als der Neigungswinkel θf (Gerade m) des peripheren Abschnitts 46a und der Neigungswinkel θr' (Gerade l) des peripheren Abschnitts 47a größer als der Neigungswinkel θr (Gerade n) des unteren Abschnitts 47c. Außerdem ist der Neigungswinkel θf' (Gerade k) des unteren Abschnitts 46c größer als der Neigungswinkel θr' (Gerade l) des peripheren Abschnitts 47a und der Neigungswinkel θf (Gerade m) des peripheren Abschnitts 46a größer als der Neigungswinkel θr' (Gerade l) des unteren Abschnitts 47c. Dadurch bleibt der Ziehwinkel erhalten.
Wenn die genannten Neigungswinkel innerhalb des von den Gerade k und l definierten Bereichs liegen, kann nach dem Gießen des Flügelrades 40 die Gießform problemlos entfernt werden, da die Vorsprünge am Flügelrad und jene an der Gießform einander nicht beeinträchtigen.
<Zweite Ausführungsform>
(Konstruktion)
Der Grundaufbau der Brennstoffpumpe gemäß der zweiten Ausführungsform entspricht jenem der in 1 dargestellten Pumpe, so daß auf eine erneute Beschreibung verzichtet, sondern anhand der 9 bis 13 nur auf die Unterschiede eingegangen wird.
Wie aus 9 hervor geht, hat der saugseitige Pumpendeckel 81 einen Boden 82 und eine um diesen angeordnete Wand 83, wobei der Mittelabschnitt des Bodens 82 eine Führungsfläche 102a für das Flügelrad 110 bildet. Wie aus den 9 und 10 hervor geht, ist der äußere periphere Abschnitt der Führungsfläche 102a mit einer halbkreisförmigen Nut 84 in C-Form versehen, welche sich vom Anfangsabschnitt 87, der mit dem unter einem bestimmten Winkel zur Deckelachse in den Pumpendeckel 81 eingebrachten Saugkanal 86 verbunden ist, bis zum Endabschnitt 88, der mit dem Endabschnitt der Nut 101 im später beschriebenen Pumpengehäuse 100 verbunden ist, erstreckt.
Wie aus 10 hervor geht, ist der Anfangsabschnitt 87 und der Endabschnitt 88 der im Pumpendeckel 81 vorhandenen Nut 84 mit einem Verbindungskanal 91 bzw. 92 versehen. Diese beiden Kanäle haben in Umfangsrichtung des Pumpendeckels 81 eine bestimmte Länge, in dessen Axialrichtung eine bestimmte Breite und in dessen Radialrichtung eine bestimmte Tiefe. Die Fläche 92a des im Endabschnitt 88 vorhandenen Verbindungskanals 92 ist bezüglich der Brennstoffströmungsrichtung unter einem stumpfen Winkel geneigt ausgeführt (siehe 13).
Der die Führungsfläche für das Flügelrad 110 bildende Mittelabschnitt 100a des Pumpengehäuses 100 ist mit einer halbkreisförmigen Nut 101 versehen, welche sich vom Anfangsabschnitt zum Endabschnitt, der mit dem parallel zur Pumpengehäuse eingebrachten Brennstoffausstoßkanal verbunden ist, in C-Form entlang des äußeren peripheren Abschnitts erstreckt. Im Anfangsabschnitt und im Endabschnitt der Nut 101 ist ein mit dem Verbindungskanal 91 bzw. 92 verbundener Spalt vorhanden. Die Nut 101 im Pumpengehäuse 100 und die Nut 84 im Pumpendeckel 81 bilden je einen C-förmigen Pumpkanal.
Wie aus 9 hervor geht, wird die ringförmige Trennwand 112 am Körper 111 des Flügelrades 110 nach außen hin zunächst allmählich schmaler, dann wieder allmählich breiter. Wie aus den 11 und 12A hervor geht, sind rechts und linkes der Trennwand 112 zahlreiche Flügel 113, 116 und Aussparungen 114, 117 zickzackförmig angeordnet. In Umfangsrichtung des Flügelrades 110 entsprechen die linksseitig angeordneten Flügel 113 den rechtsseitig angeordneten Ausspa rungen 117 und die linksseitig angeordneten Aussparungen 114 den rechtsseitigen Flügeln 116.
In Drehrichtung des Flügelrades 110 ist bezüglich der linken Seitenfläche 118 der Winkel θ1 der Flügelwandrückfläche 113a jedes Flügels 113 (Vorderfläche jeder Aussparung 114) kleiner als der Winkel θ2 der Flügelwandvorderfläche 113b jedes Flügels 113 (Rückfläche jeder Aussparung 114). Das heißt, von der linken Seitenfläche 118 aus wird der Flügel 113 allmählich dicker und der Raum der Aussparung 114 allmählich kleiner. Das Gleiche trifft zu auf die rechtsseitigen Flügel 116 und Aussparungen 117. Die Tiefe der linksseitigen Aussparungen 114, d.h. deren Bodenfläche 114c, reicht bis zur Mittel l der Trennwand 112. Das trifft auch zu auf die rechtsseitigen Aussparungen 117 (12B).
Die Außenfläche 119a des ringförmigen Abschnitts 119 liegt der Innenfläche 83a der in Umfangsrichtung sich erstreckenden Wand 83 gegenüber. Der ringförmige Abschnitt 119 trennt die linke und die rechte Nut 84 bzw. 101 voneinander. Der Körper 111, die Trennwand 112, die linken und die rechten Flügel 113 bzw. 116 und der ringförmige Abschnitt 119 sind integrale Bestandteile des aus Kunstharz gefertigten Flügelrades.
(Funktion und Vorteile)
Wie die 1 und 10 zeigen, wird durch den Brennstoffsaugkanal 86 Brennstoff in den Anfangsabschnitt 87 gesaugt. Der Brennstoffsaugkanal 86 ist zur Innenfläche 81a des Pumpendeckels 81 geneigt, so daß der Brennstoff glatt in die Nut 84 strömt. Von dort strömt der Brennstoff durch den Verbindungskanal 91 usw. in die im Pumpengehäuse 100 vorhandene Nut 101.
Während der Rotation des Flügelrades 110 in Pfeilrichtung z (12A) üben die Flügel 113 und 116 in Umfangsrichtung und Querrichtung eine Kraft auf den Brennstoff aus, so daß dieser in Pfeilrichtung y in den Aussparungen 114, 117 von außen entlang deren Rückfläche nach innen und von dort entlang deren Vorderfläche wieder nach außen strömt. In Drehrichtung sind die Flügel 113, 116 und die Aussparungen 114, 117 nach vorn geneigt, wobei der Winkel θ1 kleiner ist als der Winkel θ2. Demzufolge kann der Brennstoff leicht in die Aussparungen 114, 117 strömen, so daß keine Stagnation eintritt und eine hohe Effizienz erreicht wird.
Durch die bei der Rotation des Flügelrades erzeugte Zentrifugalkraft wird der Brennstoff in den Aussparungen 114, 117 entlang der beiden Seitenflächen 112a der Trennwand 112 radial nach außen geschleudert, angedeutet durch den Pfeil x in den 9 und 12B. Die Trennwand 112 und der ringförmige Abschnitt 119 verhindern ein Stagnieren des Brennstoffstroms auf der linken und der rechten Seite und eine Kollision der beiden Brennstoffströme.
Durch den am Flügelrad 110 vorhandenen ringförmigen Abschnitt 119 und die Zickzackanordnung der linksseitigen Flügel 113 und Aussparungen 114 und der rechtseitigen Flügel 116 und Aussparungen 117 sind die Brennstoffausströmzeitpunkte auf der rechten und der linken Seite zueinander verschoben. Dadurch wird ein Pulsieren des Drucks am Endabschnitt 88 des Pumpkanals und an anderen Stellen verhindert. Vom Endabschnitt strömt der Brennstoff entlang der Innenfläche des ringförmigen Abschnitts 119 nach rechts und links und in die linke Nut 84 sowie die rechte Nut 101, in diesen radial und axial nach innen und von deren Innenperipherie in Umfangsrichtung in die rückseitige Aussparung 114 bzw. 117.
Das heißt, Brennstoff strömt vom Anfangsabschnitt 87 durch die linken Aussparungen 114 und die Nut 84 und unabhängig davon durch die rechten Aussparungen 117 und die Nut 101 zum Endabschnitt 88. Auf diesem Weg wird der Brennstoffdruck erhöht. Am Endabschnitt 88 der Nut 84 wird die Brennstoffströmungsrichtung abgelenkt, so daß der dort angekommene Brennstoff entlang der geneigten Fläche 92a axial durch den Verbindungskanal 92 zum Endabschnitt der Nut 101 gelangt. Da in diesem Fall die linken und die rechten Aussparungen 114 bzw. 117 sich bis zur Mitte erstrecken, haben diese ein großes Volumen, so daß der Brennstoff in diesen gut zirkulieren kann und eine große Brennstoffmenge aus dem Brennstoffausstoßkanal (33 in 1) ausgestoßen wird.
<Dritte Ausführungsform>
(Konstruktion)
Die in 14 dargestellte Brennstoffturbinenpumpe dieser Ausführungsform hat ein zylindrisches Pumpengehäuse 130, in welchem einer Motorsektion 135 und eine Pumpsektion 140 untergebracht sind.
Zum Pumpengehäuse 130 gehört ein Mantel 131 und ein Halter 136. Im Halter 136 befindet sich ein Brennstoffzuführabschnitt 137 zum Speisen eines Brennstoffeinspritzsystems mit Brennstoff. An der Innenseite des Mantels 131 ist ein ringförmiger Permanentmagnet und in diesem ein Anker 134 angeordnet. Aus dem Anker 134 ragt nach oben ein im Halter 136 drehbar gelagerter Zapfen 138a und nach unten ein im später beschriebenen Pumpengehäuse 141 drehbar gelagerter Zapfen 138b. Der Permanentmagnet 133 und der Anker 134 bilden die Motorsektion 135.
Nachfolgend wird anhand der 15 bis 18 die Pumpsektion 140 detailliert beschrieben. Die Pumpsektion 140 ist grob in das erwähnte Pumpengehäuse 141 und ein Flügelrad 160 unterteilt. Das Pumpengehäuse 141 ist aus einem mit dem Ausstoßkanal versehenen Gehäuse 155 als Oberteil und einem mit dem Saugkanal versehenen Gehäusedeckel 142 als Unterteil zusammengesetzt. Zwischen der Motorsektion 135 und der Pumpsektion 140 ist eine Kammer 159 vorhanden.
Wie aus den 15 und 17 hervor geht, hat der mit dem Saugkanal versehene Deckel 142 Behälterform und weist einen kreisförmigen Boden 143 und eine um diesen verlaufende Wand 144 auf. In der Bodenfläche 143a ist eine Nut 146 vorhanden. Wie aus 15 hervor geht, erstreckt die Nut 146 sich C-förmig von einem Anfangsabschnitt 147 zu einem Endabschnitt 148. Der Anfangsabschnitt 147 der Nut ist mit einem nicht dargestellten Brennstoffsaugkanal verbunden. Vom Anfangsabschnitt 147 und vom Endabschnitt 148 erstreckt eine Vertiefung 147a bzw. 148a sich radial nach innen.
Wie aus den 16 und 17 hervor geht, hat das mit dem Ausstoßkanal versehene Gehäuseteil 155 die Form einer flachen Platte, in deren Fläche 155a eine Nut 156 vorhanden ist, welche der Nut 146 gegenüber liegt. Wie aus 16 hervor geht, erstreckt die Nut 156 sich C-förmig zwischen einem Anfangsabschnitt 157 und einem Endabschnitt 158. Im Anfangsabschnitt 157 ist die Nut 156 mit einem Brennstoffausstoßkanal verbunden. Vom Anfangsabschnitt 157 und vom Endabschnitt 158 erstreckt eine dritte bzw. vierte Verbindungsvertiefung 157a bzw. 158a sich radial nach innen.
Zwischen der Innenfläche 143a des Pumpendeckels 143 und der Innenfläche 155a des Pumpengehäuses 155 wird ein kreisförmiger Raum mit einer bestimmten Breite zur Aufnahme des Flügelrades 160 gebildet. Die Nut 146 im Pumpendeckel 143 und die Nut 156 im Pumpengehäuse 155 erstrecken sich jeweils als C-förmiger Pumpkanal vom Anfangsabschnitt 147 bzw. 157 zum Endabschnitt 148 bzw. 158.
Wie aus den 17, 18 und 19 ersichtlich ist, weist das aus Kunstharz gefertigte Flügelrad 160 einen kreisförmigen Körper 161 und an dessen äußeren peripheren Abschnitt einen ringförmigen Abschnitt 165 auf. Die Fläche 143a des Gehäusekörpers 143 und die Fläche 155a des Gehäusedeckels 155 dienen als Führung für die Fläche 161a bzw. 161b des Flügelrades 160. Etwas unterhalb der peripheren Fläche 165c sind die beiden Seitenflächen 161a und 161b des Flügelrades in Umfangsrichtung mit zahlreichen, in einer bestimmten Teilung angeordneten Aussparungen 166 bzw. 171 versehen.
Wie aus 19 hervor geht, hat jede Aussparung 166 einen radial sich erstreckenden öffnenden Abschnitt nahezu in Rechteckform (genauer ausgedrückt, dieser Abschnitt ist außen etwas breiter als innen). Wie aus 17 hervor geht, hat jede Aussparung 166 im allgemeinen Halbkreisform und eine der Nut 146 entsprechende radiale Länge. Die Tiefe jeder Aussparung beträgt etwas weniger als die halbe Breite des Flügelrades 160.
Wie aus 20 hervor geht, sind in Umfangsrichtung die Aussparungen 166 um eine halbe Teilung zu den Aussparungen 171 versetzt und somit zickzackförmig angeordnet, und das trifft somit auch zu auf die Flügel 168 und 173.
In Drehrichtung y des Flügelrades 160 ist jede Aussparung geneigt angeordnet, wobei der Abstand zwischen Vorderfläche und der Rückfläche nach innen kleiner wird. Genauer ausgedrückt, in bezug auf die Seitenfläche 165a des äußeren peripheren Abschnitts 165 ist der Winkel θ1 der Flügelwandrückfläche 167a jedes Flügels 168 (Vorderseite jeder Aussparung 166) kleiner als der Winkel θ2 der Flügelwandvorderfläche (Rückseite der Aussparung). Das trifft auch zu auf die an der anderen Seite vorhandenen Flügel und Aussparungen.
Wie aus den 17 und 19 hervor geht, sind die an der Seitenfläche 161a vorhandenen Aussparungen 166 und die an der Seitenfläche 161b vorhandenen Aussparungen 171 zickzackförmig angeordnet, reichen nicht bis an die äußere periphere Fläche 165c des Flügelrades 160 und sind somit voneinander getrennt. Wie aus den 18 und 19 hervor geht, sind an den Seitenflächen 161a und 161b des äußeren peripheren Abschnitts 165 die gleiche Anzahl an Flügeln 168 bzw. 173 und Aussparungen 166 bzw. 171 vorhanden, wobei die Dicke und die Höhe jedes Flügels und auch die Breite und die Höhe jeder Aussparung gleich sind.
Am äußeren peripheren Abschnitt 165 der Aussparungen 166 und 171 erstreckt sich in Umfangs- und in Axialrichtung ein ringförmiger Abschnitt 181. Außerdem werden die auf der einen Seite vorhandenen Aussparungen 166 und die auf der anderen Seite vorhandenen Aussparungen 171 durch eine in Umfangs- und in Radialrichtung sich erstreckende Trennwand 183 voneinander getrennt.
Wie aus den 18 und 19 hervor geht, ist unterhalb jeder Aussparung 166 und 171 eine Verbindungsbohrung 176 vorhanden, welche sich im äußeren peripheren Abschnitt 165 von der Seitenfläche 161a zur Seitenfläche 161b erstreckt. Diese Verbindungsbohrungen 176 sind zu den Aussparungen um die halbe Teilung der Aussparungen zu diesen versetzt angeordnet.
Die Anzahl der Verbindungsbohrungen 176 entspricht jener der Aussparungen 166 und 171. Die Seitenfläche jeder Verbin dungsbohrung hat Rechteckform, wobei deren Abmessung in Radialrichtung etwas größer ist als in Querrichtung. Jede Verbindungsbohrung 176 ist im äußeren peripheren Bereich etwas schmaler als die Breite jeder Aussparung 166, 171 im inneren peripheren Abschnitt und im inneren peripheren Abschnitt etwas schmaler als im äußeren peripheren Abschnitt. Der Abstand zwischen benachbarten Verbindungsbohrungen 176 entspricht im wesentlichen der Umfangslänge jeder Vertiefung 147a und 148a um Anfangsabschnitt 147 bzw. Endabschnitt 148 der Nut 146.
Die Höhe jeder Verbindungsbohrung entspricht in etwa der halben Höhe jeder Aussparung 166 und 171 und in etwa der Radialgröße der Vertiefungen 147a und 148a im Anfangsabschnitt 147 bzw. Endabschnitt 148 der im Pumpendeckel 142 vorhandenen Nut 146. Die Höhe und die Breite jeder Verbindungsbohrung 176 sind über deren gesamten Länge gleich.
Von jeder Aussparung 166 und 171 erstreckt ein Vorsprung 178 bzw. 179 sich radial nach innen. Die Vorsprünge 178 und 179 sind seitlich mit einer flachen Nut 186 bzw. 187 versehen. Von der Seite 161a aus gesehen ist in Uhrzeigerrichtung jede Aussparung 166 um die halbe Teilung zur Aussparung 171 versetzt angeordnet. Die flache Nut 186 ist etwas schmaler als die Aussparung 166 und in Uhrzeigerrichtung um eine viertel Teilung radial nach innen von dieser versetzt angeordnet. Die flache Nut 187 ist etwas schmaler als die Aussparung 171 und entgegen Uhrzeigerrichtung um eine viertel Teilung radial nach innen von dieser versetzt angeordnet.
Von der Seite 161a aus gesehen überlappen in Umfangsrichtung die flachen Nuten 186 und 187 sich in einem entsprechenden Abschnitt. In Radialrichtung nach innen ist die Verbindungsbohrung 176 unterhalb des Überlappungsabschnitts angeordnet.
Das heißt, daß die zickzackförmig angeordneten Aussparungen 166 und 171 über die jeweilige flache Nut 186, Verbindungsbohrung 176 und flache Nut 187 miteinander verbunden sind.
Die Breite jeder flachen Nut 186 entspricht in etwa der Breite jeder Aussparung 166 in deren inneren peripheren Abschnitt, d.h. der Breite jeder Verbindungsbohrung 176 in deren äußeren peripheren Abschnitt, und deren Tiefe nur einen Bruchteil der Tiefe jeder Aussparung 166. Das trifft auch zu auf die Vorsprünge 179 und flachen Nuten 187 auf der Seite 165b.
Das Flügelrad 160 wird in einer aus zwei Hälften zusammengesetzten trennbaren Form (nicht dargestellt) gegossen. Mit anderen Worten, eine der beiden Formhälften ist innen mit konvexen Abschnitten zur Erzeugung der Aussparungen 166, der flachen Nuten 186 und der linken Hälfte jeder Verbindungsbohrung 176, die andere Formhälfte mit konvexen Abschnitten zur Erzeugung der Aussparungen 171, der flachen Nuten 187 und der rechten Hälfte jeder Verbindungsbohrung 176 versehen.
Wie aus 17 hervor geht, ist das Flügelrad 160 im Pumpenraum 141 drehbar gelagert, wobei dessen Fläche 161a von der Fläche 143a im Pumpendeckel 142 und dessen Fläche 161b von der Fläche 155a im Pumpengehäuse 155 geführt wird. Demzufolge werden in axialer Richtung mehrere Flügel 168 und Aussparungen 166 von der Nut 146 und mehrere Flügel 173 und Aussparungen 171 von der Nut 156 überdeckt. An der Vertiefung 147a und der Vertiefung 157a im Anfangsabschnitt 147 bzw. 157 sowie an der Vertiefung 148a und der Vertiefung 158a im Endabschnitt 148 bzw. 158 wird von jeder Verbindungsbohrung 176 die Verbindung zwischen dem Gehäusekörper 142 und dem Gehäusedeckel 155 hergestellt.
Wie aus 17 hervor geht, wird durch die flache Nut 186 zwischen der Seitenfläche 161a des Flügelrades 160 und der Innenfläche 143a des Pumpendeckels 142 und durch die flache Nut 187 zwischen der Seitenfläche 161b und der Innenfläche 155a des Pumpengehäuses 155 ein Spalt erzeugt. Diese Spalte verbinden über die jeweilige Verbindungsbohrung 176 die Aussparungen 166 mit der jeweiligen Aussparung 171.
(Wirkungsweise)
Bei der dritten Ausführungsform der Brennstoffpumpe strömt der aus dem Saugkanal 154 im Pumpendeckel 142 gesaugte Brennstoff durch den Anfangsabschnitt 147 der Nut 146 in die Aussparungen 166 im Flügelrad 160 und dann von dessen Seitenfläche 161a durch die Verbindungsbohrung 176 zur Seitenfläche 161b und von dort durch den Anfangsabschnitt 157 der Nut 156 in die Aussparungen 171 im Flügelrad 160.
Von den Flügeln 168 und 173 des rotierenden Flügelrades 160 wird der an die Innenperipherie der Aussparungen 166 und 171 gelangte Brennstoff durch die Zentrifugalkraft radial nach außen geschleudert. An der äußeren Peripherie der Aussparungen 166 und 171 wird der Brennstoff axial (nach rechts und links) nach außen in die Nuten 146 und 156 und von dort wieder in die Aussparungen 166 und 171 gedrückt.
Wie aus 19 hervor geht, strömt der Brennstoff entlang der Flügelwandvorderfläche 167b und der Flügelwandrückfläche 167a der Flügel 168 und 173 zurück in Nuten 146 und 156.
Der durch den Pumpendeckel 142 in die Nut 146 gesaugte Brennstoff zirkuliert zwischen dieser und den Aussparungen 166 und strömt somit vom Anfangsabschnitt 147 spiralförmig durch den Pumpkanal zum Endabschnitt 148. Der ins Pumpengehäuse 155 gelangte Brennstoff zirkuliert nun zwischen der Nut 156 und den Aussparungen 171 und strömt somit spiralförmig vom Anfangsabschnitt 157 spiralförmig durch den Pumpkanal zum Endabschnitt 158. Auf dem Weg zu den beiden Anfangsabschnitten 148 und 158 wird der Druck des Brennstoffs erhöht.
An der Wand im Endabschnitt 148 wird die Strömungsrichtung des auf einen höheren Druck gebrachten Brennstoffs um etwa 90° geändert, so daß dieser von der Seitenfläche 161a des Flügelrades 160 durch die Verbindungsbohrungen 176 in diesem zu dessen Seitenfläche 161b strömt. An der Wand im Endabschnitt 158 wird die Strömungsrichtung des dort angekommenen, auf einen höheren Druck gebrachten Brennstoffs ebenfalls um etwa 90 geändert. Auf diese Weise wird der Brennstoffdruck in der Saugseite unabhängig von dem in der Ausstoßseite erhöht. Die beiden Brennstoffströme vereinigen sich und gelangen durch den Brennstoffausstoßkanal (nicht dargestellt) und die Kammer 139 zur Brennstoffzuführsektion 137.
(Vorteile)
Bei der dritten Ausführungsform ist weder in den Aussparungen 166 noch in den Aussparungen 171 des Flügelrades 160 eine Vorrichtung zur Herstellung der Verbindung zwischen der Seitenfläche 161a und der Seitenfläche 161b des Flügelrades vorhanden. Außerdem ist an äußeren Peripherie des Flügelrades 160 ein ringförmiger Abschnitt 181 vorhanden, so daß die Aussparungen 166 und 171 keine Verbindung zur Außenfläche 165c haben. Außerdem ist weder im Pumpendeckel 142 noch im Pumpengehäuse 155 eine Vorrichtung zum Verbinden der Aussparungen 166 und 171 an der äußeren Peripherie des Flügelrades 160 vorhanden. Dadurch wird der Brennstoffdruck in den Aussparungen 166 und der Nut 146 unabhängig von dem in den Aussparungen 171 und der Nut 156 erhöht.
Demzufolge können zum Erreichen der gewünschten Druckerhöhung Form, Größe und Anzahl der Aussparungen 166 und 171 entsprechend ausgewählt werden. Die Aussparungen 166 und 171 sind in bezug auf die Drehrichtung des Flügelrades nach vorn geneigt und haben an der Brennstoffeintrittsseite eine größere Breite als am inneren Ende. Dadurch zirkuliert der Brennstoff spiralförmig zwischen den Aussparungen 166 und der Nut 146 sowie zwischen den Aussparungen 171 und der Nut 156, so daß der Brennstoffdruck effizient erhöht wird.
Da zweitens die Verbindungsbohrungen 176 sich in Abschnitten befinden, welche von den Aussparungen 166 und 171 radial nach innen versetzt sind, können deren Form, Größe und Anzahl entsprechend ausgewählt werden, um optimales Strömen von Brennstoff aus der Vertiefung 147a im Anfangsabschnitt 147 auf der Saugseite zur Vertiefung 157a im Anfangsabschnitt 157 auf der Ausstoßseite sowie aus der Vertiefung 148a im Endabschnitt 148 auf der Saugseite zur Vertiefung 158a im Endabschnitt 158 auf der Ausstoßseite zu gewährleisten. Die Verbindungsbohrungen 176 zur Herstellung der Verbindung zwischen den Aussparungen 166 sowie der Nut 146 und den Aussparungen 171 sowie der Nut 156 sind im Flügelrad 160 selbst angeordnet. Somit wird durch den auf die Innenfläche der Verbindungsbohrung 176 wirkenden Brennstoffdruck ein radiales Verschieben des Flügelrades verhindert.
Drittens entspricht die Anzahl der in den Vorsprüngen 178 und 179 erzeugten flachen Nuten 186 bzw. 187 zur Herstellung der Verbindung zwischen den Aussparungen 166 und 171 über die Verbindungsbohrungen 176 der Anzahl der Aussparungen 166 oder 171. Selbst wenn die Verbindungsbohrungen 176 auf der einen Seite nicht dem Anfangsabschnitt 147 und Endabschnitt 148 der Nut 146 und auf der anderen Seite nicht dem Anfangsabschnitt 157 und dem Endabschnitt 158 der Nut 156 gegenüber liegen, besteht über die flachen Nuten 186, die Verbindungsbohrungen 176 und die flachen Nuten 187 eine Verbindung zwischen den Aussparungen 166 sowie der Nut 146 und den Aussparungen 171 sowie der Nut 156.
Da viertens die Gießform für das Flügelrad 160 aus zwei Hälften zusammengesetzt ist, besteht kaum die Gefahr des Abbrechens der Vorsprünge 178 und 179 während des Gießens. Das ist darauf zurückzuführen, daß die Verbindungsbohrungen 176 zu den Aussparungen 166 und 171 radial nach innen etwas versetzt sind und somit eine bestimmte Dicke (radiale Länge) der Vorsprünge 178 und 179 erhalten bleibt.
(Modifikation des Flügelrades)
Eine erste Modifikation des Flügelrades 160 gemäß der dritten Ausführungsform ist in 21 dargestellt. Dieses modifizierte Flügelrad unterscheidet sich von jenem der dritten Ausführungsform darin, daß zwischen den Aussparungen 191 und 194 Verbindungsbohrungen 198 und Vorsprünge 192 bzw. 195 vorhanden, letzter aber nicht mit den flachen Nuten 186 und 187 versehen sind.
Bei der ersten Modifikation wird zwar der dritte Vorteil der ersten Ausführungsform nicht erreicht, während der erste, der zweite und der dritte Vorteil erreicht werden können, so daß auch diese Ausführungsform den herkömmlichen Beispielen in verschiedenen Punkten stark überlegen ist.
Eine zweite Modifikation des Flügelrades ist in 22 dargestellt. Dieses Flügelrad unterscheidet sich von jenem der ersten Ausführungsform darin, daß weder die Vorsprünge 178 und 179 noch die flachen Nuten 186 und 187 vorhanden sind. Radial an die Aussparungen 201 und 203 grenzend sind Verbindungsbohrungen 205 vorhanden, so daß Vorsprünge, welche den Vorsprüngen 178 und 179 entsprechen, fehlen.
Bei der zweiten Modifikation werden die Vorteile drei und vier der ersten Ausführungsform nicht erreicht, während der erste und der zweite Vorteil erreicht werden können, so daß auch diese Ausführungsform den herkömmlichen Beispielen in verschiedenen Punkten stark überlegen ist.
<Vierte Ausführungsform>
(Konstruktion)
Der Hauptteil (das Flügelrad) der vierten Ausführungsform dieser Erfindung ist in den 23 und 24 dargestellt. Die vierte Ausführungsform gleicht der dritten Ausführungsform darin, daß im Flügelrad 220 radial an die Aussparungen 230 und 235 grenzend Verbindungsbohrungen 223 vorhanden sind, im Pumpengehäuse (nicht dargestellt) aber kein Verbindungsabschnitt vorhanden ist. Die Aussparungen 230 und 235 unterscheiden sich von den Aussparungen bei der dritten Ausführungsform speziell in der axialen Länge.
Genauer ausgedrückt, zur äußeren Peripherie des Flügelrades 220 gehören ein ringförmiger Abschnitt 252, eine Trennwand 254, zahlreiche Flügel 240 und 245 und von diesen definierte Aussparungen 230 bzw. 235.
Die Öffnung jeder Aussparung 230 hat im allgemeinen die Form eines Rechtecks mit einer langen Seite in Radialrichtung, während die Aussparung selbst sich im allgemeinen halbkreisförmig nach innen erstreckt und eine der Nut 261 bzw. 262 nahezu entsprechende radiale Länge hat. Der axialen Länge, d.h. der Tiefe jeder an der Seitenfläche 221a vorhandenen Aussparung 230 sollte Beachtung geschenkt werden. Diese Tiefe erstreckt sich in Richtung der Seitenfläche 221b bis über den axialen Mittelabschnitt des Flügelrades 220 und beträgt mehr als die halbe Plattendicke.
In Drehrichtung des Flügelrades 220 ist jede Aussparung 230 so geneigt, daß dessen Innenseite am Eintritt (Öffnung) hinten liegt. Die Breite der Aussparung 230 wird nach innen schmaler. Genauer ausgedrückt, hinsichtlich der Seitenfläche 221a des Flügelrades 220 ist der Winkel θ1 der Vorderfläche 231 jeder Aussparung 230 kleiner als der Winkel θ2 von deren Rückfläche 232.
Wie aus 24 hervor geht, sind in Umfangsrichtung des Flügelrades die Aussparungen 230 und 235 zickzackförmig um deren halbe Teilung zueinander versetzt angeordnet. Das trifft somit auch zu auf die Flügel 240 und 245. Wie aus der in 23 gezeigten Schnittansicht des Flügelrades 220 entlang dessen Achse hervor geht, überlappt die Spitze (hinteres Ende) jeder Aussparung 230 die Spitze der dieser gegenüberliegenden Aussparung 235. Die Überlappung beträgt mehrere Bruchteile der Dicke des Flügelrades 220.
Radial unterhalb jeder Aussparung 230 und 235 sind paarig Vorsprünge 224 und 227 mit darin eingebrachten flachen Nuten 225 bzw. 228. Weitere Merkmale entsprechenden jenen des Flügelrades 160 und der Brennstoffpumpe der beschriebenen dritten Ausführungsform.
(Funktion und Vorteile)
Grundfunktion und Vorteile der vierten Ausführungsform entsprechen jenen der dritten Ausführungsform. Demzufolge kann die Charakteristik der Aussparungen 230 und 235 unabhängig von der Charakteristik der Verbindungsbohrungen 223 bestimmt werden. Auch bei dieser Ausführungsform wird eine durch Druckungleichgewicht verursachte Bewegung des Flügelrades 220 verhindert.
Ein weiterer Vorteil dieser Ausführungsform besteht darin, daß der Brennstoff in den Aussparungen 230 und 235 in radialer Richtung von innen (23) über die Vorderfläche 231 und die Rückfläche 232 (24) nach außen strömt. Da die Aussparungen 230 und 235 sich axial tief ins Flügelrad erstrecken, kann im Vergleich zu Aussparungen, welche sich bis zum Mittelabschnitt und oder nicht ganz bis zu diesem erstrecken, ein größeres Brennstoffmoment zwischen den Aussparungen 230 und 235 und der Nut 261 bzw. 262 erzeugt werden, wodurch die Pumpeffizienz steigt.
[Vorteil der Erfindung]
An Flügelrad gemäß der vorliegenden Erfindung ist entlang der Peripherie der Trennwand ein ringförmiger Abschnitt vorhanden, so daß die auf der eine Seite angeordneten Flügel und die auf der anderen Seite angeordneten Flügel unabhängig voneinander wirken und daraus Verbesserungen des Flügelrades und/oder der Brennstoffpumpe sich ergeben. Dadurch kann eine Pumpe mit ausgezeichneter Pumpeffizienz bereitgestellt werden.
Nachfolgend wird jeder Einzelfall nochmals beleuchtet. Bei der Brennstoffturbinenpumpe der ersten Ausführungsform sind die Wandvorderfläche und die Wandrückfläche jedes Flügels so geneigt, daß der Neigungswinkel der Wandvorderfläche im äußeren peripheren Abschnitt größer ist als jener der Wandrückfläche im inneren peripheren Abschnitt. Außerdem ist entlang der Außenperipherie des Flügelrades ein ringförmiger Abschnitt vorhanden, so daß der im Pumpkanal vorhandene Brennstoff glatt in die Aussparung und aus dieser wieder in den Pumpkanal strömt, dadurch keine Brennstoffstagnation in der Aussparung zu verzeichnen ist und eine bessere Pumpeffizienz erreicht wird.
Bei der Brennstoffturbinenpumpe der zweiten Ausführungsform werden durch den am Flügelrad vorhandenen ringförmigen Abschnitt und durch die im Pumpengehäuse vorhandenen Verbindungsnuten Stagnation und Kollision von Brennstoff im Pumpkanal verhindert. Dadurch steigt die Pumpeffizienz. Außerdem wird durch den am Flügelrad vorhandenen ringförmigen Abschnitt und durch die Zickzackanordnung der an beiden Seiten des Flügelrades vorhandenen Aussparungen Druckpulsieren im Endabschnitt des Pumpkanals verhindert, so daß ein glatter Anstieg des Brennstoffdrucks erreicht wird.
Am Flügelrad der dritten Ausführungsform sind in radial zu den Aussparungen versetzten Abschnitten Verbindungsbohrungen vorhanden, welche sich von einer Flügelradseite zur anderen erstrecken. Zum Erreichen einer optimalen Pumpeffizienz kann die Charakteristik der an beiden Seiten des Flügelrades erzeugten Aussparungen entsprechend ausgewählt werden. Bei der Brennstoffpumpe einschließlich Flügelrad ist im Anfangsabschnitt und im Endabschnitt der beiden Nuten im Pumpengehäuse ein Verbindungskanal vorhanden, welche den Verbindungsbohrungen im Flügelrad gegenüber liegen. Dadurch strömt auf der Saugseite Brennstoff aus dem Anfangsabschnitt und dem Endabschnitt durch die Verbindungsbohrungen im Flügelrad zur Ausstoßseite. Dadurch wird eine hohe Pumpeffizienz erreicht und eine aus dem Brennstoffdruck resultierende Radialbelastung des Flügelrades verhindert.
Auch bei der Brennstoffpumpe und dem Flügelrad der vierten Ausführungsform wird eine hohe Pumpeffizienz erreicht und eine aus dem Brennstoffdruck resultierende Radialbelastung des Flügelrades verhindert.

Claims

Brennstoffturbinenpumpe, welche aufweist: ein scheibenförmiges Flügelrad (40, 110, 160, 220) mit Seitenflächen (40a, 118, 161a, 161b, 221a, 221b), Flügeln (45, 113, 116, 168, 173, 240, 245), Aussparungen (50, 114, 117, 166, 171, 191, 194, 201, 203, 230, 235) und einem ringförmigen Abschnitt (54, 119, 165, 252) an der Außenperipherie der Aussparungen, wobei die Flügel und die Aussparungen an beiden Seiten des Flügelrades in dessen peripheren Abschnitt in Umfangsrichtung abwechselnd angeordnet sind, und ein Pumpengehäuse (11, 30, 81, 100, 141) zur Aufnahme des Flügelrades, wobei das Pumpengehäuse im allgemeinen beidseitig mit einer C-förmigen Nut versehen ist, welche mit den Aussparungen an der jeweiligen Flügelradseite in Verbindung steht und einen Anfangsabschnitt und einen Endabschnitt (17, 18, 87, 88, 147, 148) aufweist, wobei der Anfangsabschnitt auf der einen Seite mit einem Brennstoffsaugkanal (16, 86, 154) und der Endabschnitt auf der anderen Seite mit einem Brennstoffausstoßkanal (33, 159) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandvorderfläche und die Wandrückfläche (46, 47, 113b, 113a, 167b, 167a, 232, 231) jedes Flügels in Flügelraddrehrichtung nach hinten geneigt sind und jeder Flügel zur Flügelradachse geneigt ist, wobei während der Rotation des Flügelrades der Brennstoff in den Aussparungen und der Nut auf der einen Seite und den Aussparungen und der Nut auf der anderen Seite unabhängig voneinander umgewälzt und dadurch der Brennstoffdruck erhöht wird.
Brennstoffturbinenpumpe gemäß Anspruch 1, wobei der Neigungswinkel (θf) der Flügelwandvorderfläche im äußeren peripheren Abschnitt (46a) größer ist als der Neigungswinkel (θr) der Flügelwandrückfläche im inneren peripheren Abschnitt (47c).
Brennstoffturbinenpumpe gemäß Anspruch 2, wobei der Neigungswinkel (θr') der Flügelwandrückfläche im äußeren peripheren Abschnitt (47a) größer ist als deren Neigungswinkel (θr) im inneren peripheren Abschnitt (47c).
Brennstoffturbinenpumpe gemäß Anspruch 2, wobei der Neigungswinkel (θf) der Flügelwandvorderfläche im äußeren peripheren Abschnitt (46a) größer ist als deren Neigungswinkel (θf') im inneren peripheren Abschnitt (46c).
Brennstoffturbinenpumpe gemäß Anspruch 2, wobei der Neigungswinkel (θf') der Flügelwandvorderfläche im inneren peripheren Abschnitt (46c) größer ist als der Neigungswinkel (θr') der Flügelwandrückfläche im äußeren peripheren Abschnitt (47a).
Brennstoffturbinenpumpe gemäß Anspruch 1, wobei der Neigungswinkel (θf') der Flügelwandvorderfläche im inneren peripheren Abschnitt (46c) größer ist als der Neigungswinkel (θr) der Flügelwandvorderfläche im inneren peripheren Abschnitt (47c).
Brennstoffturbinenpumpe gemäß Anspruch 1, wobei der Neigungswinkel (θf) der Flügelwandvorderfläche im äußeren peripheren Abschnitt (46a) größer ist als der Neigungswinkel (θr') der Flügelwandrückfläche im äußeren peripheren Abschnitt (47a) und der Neigungswinkel (θf') der Flügelwand vorderfläche im inneren peripheren Abschnitt (46c) größer ist als der Neigungswinkel (θr) der Flügelwandrückfläche im inneren peripheren Abschnitt (47c).
Brennstoffturbinenpumpe gemäß Anspruch 1, wobei das Pumpengehäuse mit einem den Anfangsabschnitt auf der einen Seite und den Anfangsabschnitt auf der anderen Seite miteinander verbindenden Kanal (91) und mit einem den Endabschnitt auf der einen Seite und den Endabschnitt auf der anderen Seite miteinander verbindenden Kanal (92) versehen ist.
Brennstoffturbinenpumpe gemäß Anspruch 8, wobei der die Anfangsabschnitte miteinander verbindende Kanal und der die Endabschnitte miteinander verbindende Kanal sich axial im äußeren peripheren Abschnitt erstrecken.
Brennstoffturbinenpumpe gemäß Anspruch 9, wobei der Verbindungskanal im Endabschnitt der Nut auf der einen Gehäuseseite eine geneigte Führungsfläche (92a) hat, welche den Brennstoff aus dieser Nut in die Nut auf der anderen Seite lenkt.
Brennstoffturbinenpumpe gemäß Anspruch 1, wobei die Flügel (116) und die Aussparungen (117) auf der einen Seite zu den Flügeln (114) und den Aussparungen (113) auf der anderen Seite in Umfangsrichtung zueinander versetzt angeordnet sind.
Brennstoffturbinenpumpe gemäß Anspruch 11, wobei von den beiden Seiten des Flügelrades aus axial nach dessen Mitte hin der Raum der Aussparungen allmählich kleiner wird.
Brennstoffturbinenpumpe gemäß Anspruch 1, welche außerdem mehrere Verbindungsbohrungen (176, 198, 205, 223) auf weist, die von den Aussparungen (166, 171, 191, 194, 201, 203, 230, 235) auf der entsprechenden Seite radial nach innen oder außen versetzt sich von einer zur anderen Seitenfläche (161a, 161b, 221a, 221b) erstrecken.
Brennstoffturbinenpumpe gemäß Anspruch 13, wobei die Verbindungsbohrungen (176) zu einer radialen Verlängerungslinie an jeder der beidseitig des Flügelrades vorhandenen Aussparungen (166, 171) in Radialrichtung versetzt angeordnet sind.
Brennstoffturbinenpumpe gemäß Anspruch 13, welche außerdem zahlreiche flache Nuten (186) zum Verbinden der auf der einen Seite vorhandenen Aussparungen (166) mit den Verbindungsbohrungen (176) und zahlreiche flache Nuten (187) zum Verbinden der auf der anderen Seite vorhandenen Aussparungen (171) mit den Verbindungsbohrungen (176) aufweist.
Brennstoffturbinenpumpe gemäß Anspruch 13, welche außerdem zahlreiche zwischen den Aussparungen auf der einen Seite und den Verbindungsbohrungen gebildete Vorsprünge (178) und zahlreiche zwischen den Aussparungen auf der anderen Seite und den Verbindungsbohrungen gebildete Vorsprünge (179) aufweist.
Brennstoffturbinenpumpe gemäß Anspruch 16, welche außerdem in jedem Vorsprung (178) eine flache Nut (186) zur Herstellung der Verbindung zwischen jeder Aussparung (166) auf der einen Seite und der jeweiligen Verbindungsbohrung (176) und in jedem Vorsprung (179) eine flache Nut (187) zur Herstellung der Verbindung zwischen jeder Aussparung (171) auf der anderen Seite und der jeweiligen Verbindungsbohrung (176) aufweist.
Brennstoffturbinenpumpe gemäß Anspruch 15 oder 17, wobei jede flache Nut (186, 187) auf der entsprechenden Seite zu einer radialen Verlängerungslinie an jeder der beidseitig des Flügelrades vorhandenen Aussparungen (166, 171) und zu einer radialen Verlängerungslinie an jeder Verbindungsbohrung (176) in Umfangsrichtung versetzt angeordnet ist.
Brennstoffturbinenpumpe gemäß Anspruch 13, wobei der auf der einen Seite vorhandene Anfangsabschnitt (147) eine auf die zahlreichen Verbindungsbohrungen (176) gerichtete und mit dem Brennstoffsaugkanal verbundene erste Verbindungssektion (147a) und der auf der gleichen Seite vorhandene Endabschnitt (148) eine auf die zahlreichen Verbindungsbohrungen gerichtete zweite Verbindungssektion (148a) aufweist, die C-förmige Nut auf der anderen Seite im allgemeinen einen Anfangsabschnitt (157) und einen Endabschnitt (158) aufweist, zum Anfangsabschnitt eine auf die zahlreichen Verbindungsbohrungen (176) gerichtete dritte Verbindungssektion (157a) und zum Endabschnitt eine auf die Verbindungsbohrungen gerichtete und mit dem Brennstoffausstoßkanal verbundene vierte Verbindungssektion (158a) gehört, und wobei der in die erste Verbindungssektion gelangte Brennstoff durch die Verbindungsbohrungen zur dritten Verbindungssektion strömt, der Brennstoff vom Anfangsabschnitt auf jeder Seite zum Endabschnitt auf jeder Seite strömt und der Brennstoff, dessen Druck in der zweiten Verbindungssektion erhöht wurde, durch die Verbindungsbohrungen zur vierten Verbindungssektion strömt.
Brennstoffturbinenpumpe gemäß Anspruch 19, wobei das Pumpengehäuse auf der mit dem Brennstoffsaugkanal versehenen Seite ein deckelförmiges erstes Gehäuseteil (142) und auf der mit dem Brennstoffausstoßkanal versehenen Seite ein behälterförmiges zweites Gehäuseteil (155) aufweist.
Brennstoffturbinenpumpe gemäß Anspruch 20, wobei die erste und die zweite Verbindungssektion im Anfangsabschnitt bzw. Endabschnitt auf der einen Seite im ersten Gehäuseteil radial angeordnet sind und eine den zahlreichen Verbindungsbohrungen entsprechende Radiallänge haben.
Brennstoffturbinenpumpe gemäß Anspruch 20, wobei die dritte und die vierte Verbindungssektion im Anfangsabschnitt bzw. Endabschnitt auf der anderen Seite im zweiten Gehäuseteil angeordnet sind und eine den zahlreichen Verbindungsbohrungen entsprechende Radiallänge haben.
Brennstoffturbinenpumpe gemäß Anspruch 1, wobei das hintere Ende der auf beiden Seiten vorhandenen Aussparungen sich bis über die axiale Mitte des Flügelrades erstreckt.