EP2776722B1 - Kreiselpumpe zum fördern von flüssigkeiten in einem kraftfahrzeug - Google Patents

Kreiselpumpe zum fördern von flüssigkeiten in einem kraftfahrzeug Download PDF

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EP2776722B1
EP2776722B1 EP12786960.0A EP12786960A EP2776722B1 EP 2776722 B1 EP2776722 B1 EP 2776722B1 EP 12786960 A EP12786960 A EP 12786960A EP 2776722 B1 EP2776722 B1 EP 2776722B1
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centrifugal pump
duct
gap seal
webs
housing
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Peter Köppler
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Vitesco Technologies GmbH
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Vitesco Technologies GmbH
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/08—Sealings
    • F04D29/16—Sealings between pressure and suction sides
    • F04D29/165—Sealings between pressure and suction sides especially adapted for liquid pumps
    • F04D29/167—Sealings between pressure and suction sides especially adapted for liquid pumps of a centrifugal flow wheel
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D1/00—Radial-flow pumps, e.g. centrifugal pumps; Helico-centrifugal pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/18—Rotors
    • F04D29/22—Rotors specially for centrifugal pumps
    • F04D29/2261—Rotors specially for centrifugal pumps with special measures
    • F04D29/2266—Rotors specially for centrifugal pumps with special measures for sealing or thrust balance

Definitions

  • the invention relates to a centrifugal pump for conveying liquids in a motor vehicle with a housing, with an intake duct and an outlet duct in the housing, with a driven impeller which can be rotated in the housing, with rotor blades protruding from a supporting disk of the impeller and with a free ends of Cover disk connecting blades and with a gap seal between the cover disk and a housing part of the housing opposite the cover disk.
  • Centrifugal pumps of this type are frequently used in today's motor vehicles to convey water and are known from practice.
  • the suction channel of the known centrifugal pump is guided to the center of the impeller.
  • the outlet duct connects to the radially outer circumference of the impeller. Liquid located in the center of the impeller reaches the rotor blades and is conveyed radially outwards to the outlet channel when the impeller rotates.
  • a gap is thus created which leads from the outlet channel to the intake channel and is sealed by a gap seal.
  • the gap seal is a particularly narrow gap, which throttles the flow from the radially outer side, which has a high pressure, to the radially inner side, which has a low pressure, of the impeller.
  • the throttling has a decisive influence on the efficiency of the centrifugal pump.
  • the gap cannot be reduced arbitrarily, because it must be prevented that tolerances of the components can lead to grinding of the cover plate on the housing part.
  • a pump is known in which webs and depressions are formed between a pump impeller and a housing section, which act in the sense of a gap seal.
  • the invention is based on the problem of developing a centrifugal pump of the type mentioned at the outset in such a way that it has a particularly high degree of efficiency and can be produced particularly cost-effectively.
  • the centrifugal pump according to the invention has a particularly high efficiency.
  • the webs are particularly easy to manufacture, so that the centrifugal pump according to the invention also has particularly low manufacturing costs.
  • the gap seal has a particularly high throttling effect, if several chambers delimited by the webs have different cross sections in the gap seal.
  • the different cross sections of the chambers in the gap seal lead to several changes in the velocity of the flow, which leads to their throttling.
  • a particularly high throttling effect of the gap seal with a particularly simple manufacture can be achieved according to the invention if the gap seal near the intake duct and near the outlet duct has an annular duct arranged perpendicular to the plane of the supporting disk of the impeller if the annular ducts are connected to one another via a transverse duct and if the webs protrude into the transverse channel.
  • This design allows the components that delimit the gap seal to be simply axially joined and inexpensively manufactured, for example in the injection molding process.
  • the gap seal is designed in a stepped manner, which contributes to a particularly high throttling effect.
  • the webs oppose the flow in the gap seal if the transverse channel connecting the annular channels to one another is inclined to the plane of the supporting disk of the impeller and if the webs projecting into the transverse channel are arranged perpendicular to the plane of the supporting disk of the impeller.
  • the orientation of the webs to the transverse channel creates high turbulence in the flow, so that the gap seal has a particularly high throttling effect. Since the height of the blades for radially outer limitation of the impeller is reduced anyway, this design also leads to a particularly low use of materials and thus to particularly low manufacturing costs.
  • the invention contributes to a further increase in the number of deflections of the flow and thus the throttling action in the gap seal if at least one of the ring channels is connected to the intake channel or the outlet channel via a transverse channel.
  • the webs can be produced particularly easily when the components are manufactured using the injection molding process if the webs taper towards their free end.
  • This design means that the cover plate and housing can be easily manufactured using the injection molding process. This leads to very low manufacturing costs, in particular when the components are mass-produced, as is customary in motor vehicles. The manufacture of the webs and thus the production of the gap seal is therefore cost-neutral.
  • FIG. 1 shows a centrifugal pump 1 with a pump stage 3 driven by an electric motor 2.
  • the centrifugal pump 1 draws liquid through a suction line 4 from a storage container 5 and conveys it via a delivery line 6 to a consumer 7.
  • FIG 2 shows a sectional view through the pump stage 3 of the centrifugal pump 1 Figure 1 .
  • the pump stage 3 has a housing 8 with a rotatably arranged therein from the electric motor 2 Figure 1 driven impeller 9.
  • the housing 8 has an intake duct 10 connected to the intake duct 4 and an outlet duct 11 connected to the feed duct 6.
  • the impeller 9 has one on a shaft 12 of the electric motor 2 rotatably arranged support disk 13 with blades 14 projecting therefrom. Free ends of radially outer blades 14 are connected to a cover disk 15.
  • a gap seal 17 is arranged between the cover plate 15 and a housing part 16 of the housing opposite the cover plate 15.
  • the gap seal 17 has two ring channels 18, 19 arranged concentrically to the axis of rotation of the impeller 9 and perpendicular to the support disk 13.
  • a first transverse channel 20 is arranged between the ring channels 18, 19.
  • the gap seal 17 has a second transverse duct 21 arranged on the intake duct 10.
  • the first transverse duct 20 is arranged inclined to the plane of the support disk 13.
  • the cover plate 15 and the housing part 16 opposite the cover plate 15 each have webs 22-24 which protrude into the gap seal 17 and are offset from one another.
  • the webs 22-24 each protrude half the height of the gap seal 17 and delimit chambers 25, 26 with different cross sections.
  • On the second transverse channel 21, a further chamber 27 is delimited by webs 28, 29 of the cover plate 15 and a flat wall of the housing part 16.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Kreiselpumpe zum Fördern von Flüssigkeiten in einem Kraftfahrzeug mit einem Gehäuse, mit einem Ansaugkanal und einem Auslasskanal in dem Gehäuse, mit einem angetriebenen, in dem Gehäuse drehbaren Laufrad, mit von einer Tragscheibe des Laufrades abstehenden Laufschaufeln und mit einer freie Enden von Laufschaufeln verbindenden Deckscheibe und mit einer Spaltdichtung zwischen der Deckscheibe und einem der Deckscheibe gegenüberstehenden Gehäuseteil des Gehäuses.
  • Solche Kreiselpumpen werden in heutigen Kraftfahrzeugen häufig zum Fördern von Wasser eingesetzt und sind aus der Praxis bekannt. Der Ansaugkanal der bekannten Kreiselpumpe ist zu dem Zentrum des Laufrades geführt. Der Auslasskanal schließt sich an den radial äußeren Umfang des Laufrades an. Im Zentrum des Laufrades befindliche Flüssigkeit gelangt auf die Laufschaufeln und wird bei einer Drehung des Laufrades radial nach außen zu dem Auslasskanal gefördert. Zwischen der die Deckscheibe aufweisenden Seite des Laufrades und dem der Deckscheibe gegenüberstehenden Gehäuseteil entsteht damit ein von dem Auslasskanal bis zu dem Ansaugkanal führender Spalt, der durch eine Spaltdichtung abgedichtet ist. Im einfachsten Fall ist die Spaltdichtung ein besonders enger Spalt, der die Strömung von der einen hohen Druck aufweisenden, radial äußeren Seite zu der einen geringen Druck aufweisenden, radial inneren Seite des Laufrades drosselt. Die Drosselung hat einen entscheidenden Einfluss auf den Wirkungsgrad der Kreiselpumpe. Jedoch lässt sich der Spalt nicht beliebig verkleinern, weil verhindert sein muss, dass Toleranzen der Bauteile zu einem Schleifen der Deckscheibe auf dem Gehäuseteil führen können.
  • Aus der US 2008/260515 A1 ist eine Pumpe bekannt, bei der zwischen einem Pumpenlaufrad und einem Gehäuseabschnitt Stege und Vertiefungen ausgebildet sind, die im Sinne einer Spaltdichtung wirken.
  • Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Kreiselpumpe der eingangs genannten Art so weiter zu bilden, dass sie einen besonders hohen Wirkungsgrad hat und besonders kostengünstig zu fertigen ist.
  • Dieses Problem wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass jeweils zumindest ein hervorstehender ringförmiger Steg der Spaltdichtung auf der Deckscheibe und auf dem Gehäuseteil angeordnet ist und dass der Steg des Gehäuseteils zu dem Steg der Deckscheibe zueinander versetzt ist.
  • Durch diese Gestaltung wird eine von dem Ansaugkanal zu dem Auslasskanal führende Strömung in der Spaltdichtung entlang eines besonders langen Weges geführt. Weiterhin erfährt die Strömung hierdurch mehrere Umlenkungen, was zu einer besonders hohen Drosselwirkung der Spaltdichtung führt. Durch die hohe Drosselwirkung der Spaltdichtung hat die erfindungsgemäße Kreiselpumpe einen besonders hohen Wirkungsgrad. Die Stege lassen sich besonders einfach fertigen, so dass die erfindungsgemäße Kreiselpumpe zudem besonders geringe Fertigungskosten aufweist.
  • Zur Erhöhung der Anzahl der Umlenkungen und der Erhöhung der Drosselwirkung der Spaltdichtung trägt es jedoch bei, wenn einander gegenüberstehend angeordnete Stege jeweils die Hälfte der Höhe der Spaltdichtung überragen.
  • Die Spaltdichtung weist gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung eine besonders hohe Drosselwirkung auf, wenn mehrere von den Stegen begrenzte Kammern in der Spaltdichtung unterschiedliche Querschnitte aufweisen. Die unterschiedlichen Querschnitte der Kammern in der Spaltdichtung führen zu mehreren Geschwindigkeitsänderungen der Strömung, was zu deren Drosselung führt.
  • Eine besonders hohe Drosselwirkung der Spaltdichtung bei einer besonders einfachen Herstellung lässt sich gemäß der Erfindung einfach erreichen, wenn die Spaltdichtung nahe des Ansaugkanals und nahe des Auslasskanal jeweils einen senkrecht zur Ebene der Tragscheibe des Laufrades angeordneten Ringkanal hat, wenn die Ringkanäle über einen Querkanal miteinander verbunden sind und wenn die Stege in den Querkanal hineinragen. Durch diese Gestaltung lassen sich die die Spaltdichtung begrenzenden Bauteile einfach axial fügen und kostengünstig, beispielsweise im Spritzgussverfahren, fertigen. Weiterhin ist die Spaltdichtung hierdurch gestuft gestaltet, was zu einer besonders hohen Drosselwirkung beiträgt.
  • Die Stege stehen gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung der Strömung in der Spaltdichtung entgegen, wenn der die Ringkanäle miteinander verbindende Querkanal zur Ebene der Tragscheibe des Laufrades geneigt ist und wenn die in den Querkanal hineinragenden Stege senkrecht zur Ebene der Tragscheibe des Laufrades angeordnet sind. Durch die Ausrichtung der Stege zum Querkanal entstehen hohe Verwirbelungen in der Strömung, so dass die Spaltdichtung eine besonders hohe Drosselwirkung aufweist. Da sich die Höhe der Laufschaufeln zur radial äußeren Begrenzung des Laufrades ohnehin verringert, führt diese Gestaltung zudem zu einem besonders geringen Materialeinsatz und damit zu besonders geringen Fertigungskosten.
  • Zur weiteren Erhöhung der Anzahl der Umlenkungen der Strömung und damit der Drosselwirkung in der Spaltdichtung trägt es gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung bei, wenn zumindest einer der Ringkanäle über einen Querkanal mit dem Ansaugkanal oder dem Auslasskanal verbunden ist.
  • Die Stege lassen sich gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung besonders einfach bei der Fertigung der Bauteile im Spritzgussverfahren fertigen, wenn die Stege sich zu ihrem freien Ende hin verjüngen. Durch diese Gestaltung lassen sich Deckscheibe und Gehäuse einfach bei der Fertigung im Spritzgussverfahren fertigen. Dies führt insbesondere bei einer Fertigung der Bauteile in Großserie, wie sie bei Kraftfahrzeugen üblich ist, zu sehr geringen Fertigungskosten. Die Fertigung der Stege und damit die Erzeugung der Spaltdichtung ist hierdurch kostenneutral.
  • Zur weiteren Verringerung der Fertigungskosten der erfindungsgemäßen Kreiselpumpe trägt es bei, wenn zumindest eines der Bauteile des Gehäuseteils oder der Deckscheibe aus Kunststoff gefertigt ist.
  • Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Diese zeigt in:
    • Fig. 1
    eine erfindungsgemäße Kreiselpumpe mit angrenzenden Bauteilen eines Kraftfahrzeuges,
    Fig. 2
    eine Schnittdarstellung durch eine Pumpenstufe der Kreiselpumpe aus Figur 1.
  • Figur 1 zeigt eine Kreiselpumpe 1 mit einer von einem Elektromotor 2 angetriebenen Pumpenstufe 3. Die Kreiselpumpe 1 saugt Flüssigkeit über eine Ansaugleitung 4 aus einem Vorratsbehälter 5 an und fördert diese über eine Förderleitung 6 zu einem Verbraucher 7.
  • Figur 2 zeigt eine Schnittdarstellung durch die Pumpenstufe 3 der Kreiselpumpe 1 aus Figur 1. Die Pumpenstufe 3 hat ein Gehäuse 8 mit einem darin drehbar angeordneten, von dem Elektromotor 2 aus Figur 1 angetriebenen Laufrad 9. Das Gehäuse 8 hat einen mit der Ansaugleitung 4 verbundenen Ansaugkanal 10 und einen mit der Förderleitung 6 verbundenen Auslasskanal 11. Das Laufrad 9 hat eine auf einer Welle 12 des Elektromotors 2 drehfest angeordnete Tragscheibe 13 mit davon abstehenden Laufschaufeln 14. Freie Enden radial äußerer Laufschaufeln 14 sind mit einer Deckscheibe 15 verbunden. Zwischen der Deckscheibe 15 und einem der Deckscheibe 15 gegenüberstehenden Gehäuseteil 16 des Gehäuses ist eine Spaltdichtung 17 angeordnet.
  • Die Spaltdichtung 17 weist zwei konzentrisch zur Drehachse des Laufrades 9 und senkrecht zur Tragscheibe 13 angeordnete Ringkanäle 18, 19 auf. Zwischen den Ringkanälen 18, 19 ist ein erster Querkanal 20 angeordnet. Weiterhin hat die Spaltdichtung 17 einen zweiten, an dem Ansaugkanal 10 angeordneten Querkanal 21. Der erste Querkanal 20 ist geneigt zur Ebene der Tragscheibe 13 angeordnet. Die Deckscheibe 15 und das der Deckscheibe 15 gegenüberstehende Gehäuseteil 16 weisen jeweils in die Spaltdichtung 17 hineinragende und zueinander versetzt angeordnete Stege 22 - 24 auf. Die Stege 22 - 24 überragen jeweils die Hälfte der Höhe der Spaltdichtung 17 und begrenzen Kammern 25, 26 mit unterschiedlichen Querschnitten. An dem zweiten Querkanal 21 ist eine weitere Kammer 27 von Stegen 28, 29 der Deckscheibe 15 und einer ebenen Wandung des Gehäuseteils 16 begrenzt.

Claims (6)

  1. Kreiselpumpe (1) zum Fördern von Flüssigkeiten in einem Kraftfahrzeug mit einem Gehäuse (8), mit einem Ansaugkanal (10) und einem Auslasskanal (11) in dem Gehäuse (8), mit einem angetriebenen, in dem Gehäuse (8) drehbaren Laufrad (9), mit von einer Tragscheibe (13) des Laufrades (9) abstehenden Laufschaufeln (14) und mit einer freie Enden von Laufschaufeln (14) verbindenden Deckscheibe (15) und mit einer Spaltdichtung (17) zwischen der Deckscheibe (15) und einem der Deckscheibe (15) gegenüberstehenden Gehäuseteil (16) des Gehäuses (8), wobei jeweils zumindest ein hervorstehender, ringförmiger Steg (22 - 24, 28, 29) der Spaltdichtung (17) auf der Deckscheibe (15) und auf dem Gehäuseteil (16) angeordnet ist und wobei der Steg (24) des Gehäuseteils (16) zu dem Steg (22, 23) der Deckscheibe (15) versetzt ist, wobei die Spaltdichtung (17) nahe des Ansaugkanals (10) und nahe des Auslasskanals (11) jeweils einen senkrecht zur Ebene der Tragscheibe (13) des Laufrades (9) angeordneten Ringkanal (18, 19) hat, wobei die Ringkanäle (18, 19) über einen Querkanal (20) miteinander verbunden sind und wobei die Stege (22 - 24) in den Querkanal (20) hineinragen, dadurch gekennzeichnet, dass einander gegenüberstehend angeordnete Stege (22 - 24) jeweils die Hälfte der Höhe der Spaltdichtung (17) überragen.
  2. Kreiselpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere von den Stegen (22 - 24, 28, 29) begrenzte Kammern (25, 26) in der Spaltdichtung (17) unterschiedliche Querschnitte aufweisen.
  3. Kreiselpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der die Ringkanäle (18, 19) miteinander verbindende Querkanal (20) zur Ebene der Tragscheibe (13) des Laufrades (9) geneigt ist und dass die in den Querkanal (20) hineinragenden Stege (22 - 24) senkrecht zur Ebene der Tragscheibe (13) des Laufrades (9) angeordnet sind.
  4. Kreiselpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der Ringkanäle (18) über einen Querkanal (21) mit dem Ansaugkanal /10) oder dem Auslasskanal (11) verbunden ist.
  5. Kreiselpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stege (22 - 24, 28, 29) sich zu ihrem freien Ende hin verjüngen.
  6. Kreiselpumpe einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eines der Bauteile des Gehäuseteils (16) oder der Deckscheibe (15) aus Kunststoff gefertigt ist.
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