WO2001098664A1 - Seitenkanalpumpe - Google Patents

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housing
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Peter Marx
Cicero Constantin
Jörg Deubner
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Siemens Aktiengesellschaft
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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
    • F04D29/04—Shafts or bearings, or assemblies thereof
    • F04D29/046—Bearings
    • F04D29/047—Bearings hydrostatic; hydrodynamic
    • 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
    • F04D29/04—Shafts or bearings, or assemblies thereof
    • F04D29/041—Axial thrust balancing
    • F04D29/0413—Axial thrust balancing hydrostatic; hydrodynamic thrust bearings
    • 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
    • F04D29/188—Rotors specially for regenerative pumps

Definitions

  • the invention relates to a side channel pump with an impeller rotatably arranged in a pump housing, with an inlet channel and an outlet channel arranged in the housing, with rotor blades arranged in the impeller for conveying a liquid from the inlet channel to the outlet channel and with guide means for guiding the impeller in an axial direction and / or radial position.
  • Such side channel pumps are frequently used in today's motor vehicles, in particular for conveying fuel or windshield washer fluid, and are known from practice.
  • the pump housing is composed of two housing parts, which are kept at a distance by an intermediate ring with dimensions corresponding to the height of the impeller.
  • the known side channel pumps often have pockets in the area between their center and the rotor blades, in which pockets a small part of the medium to be conveyed is collected.
  • the impeller floats on the medium held in the pockets. Radial forces acting on the impeller are usually absorbed by the bearing of a drive shaft of an electric motor that drives the side channel pump.
  • the disadvantage here is that the guide of the impeller is very inadequate and generally does not prevent the impeller from grinding against the housing.
  • the side channel pump has a very low efficiency due to the friction losses that occur during grinding. Furthermore, the gap between the impeller and the pump housing in the area of the blades fluctuates due to the insufficient guidance. This leads to a further reduction in the efficiency of the side channel pump.
  • the invention is based on the problem of developing a side channel pump of the type mentioned at the outset in such a way that friction losses are avoided as reliably as possible.
  • This problem is solved according to the invention in that the guide means are arranged in the region of the edge of the impeller.
  • the guide means only extend over a particularly small portion of the impeller.
  • the liquid to be delivered has a particularly high pressure due to friction on the impeller and due to centrifugal forces. This allows large managers to be transferred to the wheel.
  • the radially outer partial area can be manufactured with a particularly high degree of accuracy with little manufacturing effort. Additional components for guiding the impeller are not necessary thanks to the invention.
  • the side channel pump according to the invention is also particularly cost-effective.
  • the guide means could, for example, have a ring with a large number of individual runners. To further reduce the manufacturing costs of the side channel pump according to the invention, it is helpful if the guide means have at least one guide surface that is opposite a corresponding area of the housing at a specified distance.
  • a gap between the region of the impeller having the rotor blades and the housing can be designed independently of a gap arranged in the region of the guide means if the guide means have a cross-sectional change arranged in the region of the edge of the impeller and if that Areas of the impeller forming cross-sectional changes are each designed as guide surfaces that face the housing at a specified distance.
  • the gap which is decisive for the friction and executives of the impeller can be set to a predetermined value independently of the gap which is decisive for the characteristic curve of the feed pump in the region of the rotor blades.
  • the cross-sectional change can be produced particularly inexpensively if the cross-sectional change is designed in a step-like manner.
  • the impeller can be guided both axially and radially by means of a single guide surface if the cross-sectional change is designed as a chamfer.
  • the cross-sectional change designed as a chamfer is able to guide the impeller sufficiently radially and axially if the guide surface is arranged at an angle of approximately 30 to 60 ° to the end face of the impeller.
  • the guide means only need a single guide surface on one side.
  • the gap between the impeller and the housing in the area of the rotor blades can be set to a particularly precise height if the edge has a guide surface facing each end face. This contributes to further improving the efficiency of the side channel pump according to the invention.
  • cost-intensive intermediate rings to be inserted into the pump housing can be easily avoided if two housing parts which are opposite one another and surround the impeller adjoin one another in the region of the largest diameter of the impeller.
  • the height of the gap can also be set with particularly small tolerances. This contributes to a further increase in the efficiency of the side channel pump according to the invention.
  • the invention permits numerous embodiments. To further clarify its basic principle, two of them are shown in the drawing and are described below. This shows in
  • FIG. 1 shows a longitudinal section through a side channel pump according to the invention with adjacent areas of an electric motor
  • Fig. 2 shows a longitudinal section through a further embodiment of the side channel pump according to the invention.
  • FIG. 1 shows a longitudinal section through a side channel pump 1 according to the invention with adjacent areas of an electric motor 2.
  • the side channel pump 1 has an impeller 4 that can be rotated in a housing 3.
  • the impeller 4 is arranged on a motor shaft 5 of the electric motor 2.
  • the housing 3 has two spaced housing parts 6, 7 and a rolled sheet metal strip 8.
  • the metal strip 8 holds the side channel pump 1 in an intended position relative to the electric motor 2.
  • An inlet channel 9 is arranged in one of the housing parts 7, while the other housing part 6 has an outlet duct 10.
  • the inlet channel 9 and the outlet channel 10 are each connected to partially annular channels 11, 12.
  • the impeller 4 has vane chambers 15, 16 delimited by rotor blades 13, 14 in the region of the partially annular channels 11, 12.
  • the housing 3 faces the impeller 4 to form sealing gaps at a short distance.
  • the side channel pump 1 has guide means 17 for the radial and axial guidance of the impeller 4.
  • the guide means 17 have two guide surfaces 18, 19 which are designed as a guide surface 18, 19 and extend from the central region of the edge to the end faces listed cross-sectional reductions.
  • the impeller 4 is opposite the housing 3 at an intended distance.
  • the housing parts 6, 7 adjoin one another in the region of the largest diameter of the impeller 4.
  • the liquid to be conveyed is conveyed from the inlet channel 9 to the outlet channel 10. In doing so, rich of the blades 13, 14 a small amount of the liquid to be pumped into the gap between the impeller 4 and the housing 3.
  • This liquid is conveyed into the region of the guide means 17 by friction and centrifugal forces and is generated depending on the spacing of the guide surfaces 18th , 19 from the housing 3 and the angle of the guide surfaces 18, 19 to the end faces of the impeller 4, forces in the axial and radial direction on the impeller 4.
  • the guide surfaces 18, 19 are mirror images of one another.
  • the guide surface 19 facing the electric motor 2 can, however, be dispensed with if a rotor of the electric motor 2 rests on the impeller 4 and thus an intended axial force is generated.
  • the guide surfaces 18, 19 or the area of the housing parts 6, 7 opposite the guide surfaces 18, 19 can have coatings with emergency running properties or for reducing sliding friction or pockets known from slide bearings for receiving the liquid to be conveyed.
  • FIG. 2 shows a side channel pump 20 in which the guide means 21 have an abrupt reduction in cross-section which points from the central region of the edge to the end faces of an impeller 22.
  • a radial guide surface 23 and an axial guide surface 24 are each arranged on the regions adjoining the end faces.
  • a housing 25 of the side channel pump has a shape corresponding to the guide surfaces 23, 24 in this area.
  • the impeller 22 has axial and radial slide bearings in its radially outer region.

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Abstract

Bei einer Seitenkanalpumpe (1) sind Führungsmittel (17) zur radialen und/oder axialen Führung des Laufrades (4) in dessen radial äusseren Bereich angeordnet. Die Führungsmittel (17) weisen an dem Laufrad (4) in einem vorgesehenen Winkel zu dessen Stirnseiten angeordnete Führungsflächen (18, 19) auf. Hierdurch werden Reibungsverluste der Seitenkanalpumpe (1) besonders gering gehalten.

Description

Seitenkanalpumpe
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Seitenkanalpumpe mit einem in einem Pumpengehäuse drehbar angeordneten Laufrad, mit in dem Gehäuse angeordnetem Einlaßkanai und einem Auslaßkanal, mit in dem Laufrad angeordneten Laufschaufeln zur Förderung einer Flüssigkeit von dem Einlaßkanai zu dem Auslaßkanal und mit Führungsmitteln zur Führung des Laufrades in einer axialen und/oder radiale Lage.
Solche Seitenkanalpumpen werden in heutigen Kraftfahrzeugen insbesondere zum Fördern von Kraftstoff oder von Scheibenwaschflüssigkeit häufig eingesetzt und sind aus der Praxis bekannt. Das Pumpengehäuse setzt sich aus zwei Gehäuseteilen zusammen, welche von einem mit der Höhe des Laufrades entsprechende Abmessungen aufweisenden Zwischenring auf Abstand gehalten werden. Als Führungsmittel weisen die bekannten Seitenkanalpumpen häufig im Bereich zwischen ihrem Zentrum und den Laufschaufeln Taschen auf, in denen sich ein geringer Teil des zu fördernden Mediums sammelt. Auf dem in den Taschen gehaltenen Medium schwimmt das Laufrad. Radiale, auf das Laufrad wirkende Kräfte werden meist von der Lagerung einer Antriebswelle eines die Seitenkanalpumpe antreibenden Elektromotors aufgenommen.
Nachteilig hierbei ist, daß die Führung des Laufrades sehr unzureichend ist und in der Regel ein Schleifen des Laufrades an dem Gehäuse nicht verhindert. Durch beim Schleifen entstehende Reibungsverluste hat die Seitenkanalpumpe einen sehr geringen Wirkungsgrad. Weiterhin schwankt wegen der unzureichenden Führung der Spalt zwischen dem Laufrad und dem Pumpengehäuse im Bereich der Laufschaufeln. Dies führt zu einer weiteren Verringerung des Wirkungsgrades der Seitenkanalpumpe.
Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Seitenkanalpumpe der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß Reibungsverluste möglichst zuverlässig vermieden werden. Dieses Problem wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Führungsmittel im Bereich des Randes des Laufrades angeordnet sind.
Durch diese Gestaltung erstrecken sich die Führungsmittel nur über einen besonders geringen Teilbereich des Laufrades. In diesem Bereich weist die zu fördernde Flüssigkeit durch Reibung an dem Laufrad und durch Zentrifugalkräfte einen besonders großen Druck auf. Hierdurch lassen sich große Führungskräfte auf das Laufrad übertragen. Weiterhin kann der radial äußere Teilbereich bei geringem Fertigungsaufwand mit einer besonders hohen Genauigkeit gefertigt werden. Weitere Bauteile zur Führung des Laufrades sind dank der Erfindung nicht erforderlich. Die erfindungsgemäße Seitenkanalpumpe gestaltet sich hierdurch zudem besonders kostengünstig.
Die Führungsmittel könnten beispielsweise einen Kranz mit einer Vielzahl von einzelnen Kufen aufweisen. Zur weiteren Verringerung der Fertigungskosten der erfindungsgemäßen Seitenkanalpumpe trägt es bei, wenn die Führungsmittel zumindest eine mit einem vorgesehenen Abstand einem entsprechenden Bereich des Gehäuses gegenüberstehende Führungsfläche aufweisen.
Ein Spalt zwischen dem die Laufschaufeln aufweisenden Bereich des Laufrades und dem Gehäuse läßt sich gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung unabhängig von einem im Bereich der Führungsmittel angeordneten Spalt auslegen, wenn die Fuhrungsmittel einen im Bereich des Randes des Laufrades angeordnete Querschnittsveränderung aufweisen und wenn die die Querschnittsveränderung bildenden Bereiche des Laufrades jeweils als mit einem vorgesehenen Abstand dem Gehäuse gegenüberstehende Führungsflächen gestaltet sind. Hierdurch läßt sich der für die Reibung und Führungskräfte des Laufrades maßgebliche Spalt unabhängig von dem für die Kennlinie der Förderpumpe maßgebliche Spalt im Bereich der Laufschaufeln auf einen vorgesehenen Wert einstellen. Die Querschnittsveränderung läßt sich gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung besonders kostengünstig erzeugen, wenn die Querschnittsveränderung sprungartig gestaltet ist.
Mittels einer einzigen Führungsfläche läßt sich das Laufrad gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sowohl axial als auch radial führen, wenn die Querschnittsveränderung als Fase gestaltet ist.
Bei erfindungsgemäßen, zur Förderung von Kraftstoff oder Scheibenwaschflüssigkeit vorgesehenen Seitenkanalpumpen vermag die als Fase ausgebildete Querschnittsveränderung das Laufrad ausreichend radial und axial zu führen, wenn die Führungsfläche in einem Winkel von ungefähr 30 bis 60° zur Stirnseite des Laufrades angeordnet ist.
Häufig genügt es, bei der erfindungsgemäßen, zur Förderung von Kraftstoff oder Scheibenwaschflüssigkeit vorgesehenen Seitenkanalpumpe das Laufrad nur in einer Richtung gegen die Schwerkraft axial abzustützen, und den Elektromotor zum Antrieb des Laufrades oberhalb des Laufrades anzuordnen. In diesem Fall benötigen die Führungsmittel nur auf einer Seite eine einzige Führungsfläche. Jedoch läßt sich der Spalt zwischen dem Laufrad und dem Gehäuse im Bereich der Laufschaufeln gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung auf eine besonders genaue Höhe einstellen, wenn der Rand jeweils eine zu jeweils einer Stirnseite weisende Führungsfläche hat. Dies trägt zur weiteren Verbesserung des Wirkungsgrades der erfindungsgemäßen Seitenkanalpumpe bei.
Kostenintensive, in das Pumpengehäuse einzusetzende Zwischenringe lassen sich gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung einfach vermeiden, wenn zwei einander gegenüberstehende, das Laufrad umschließende Gehäuseteile im Bereich des größten Durchmessers des Laufrades aneinandergrenzen. Hierdurch läßt sich zudem die Höhe des Spaltes mit besonders geringen Toleranzen einstellen. Dies trägt zur weiteren Erhöhung des Wirkungsgrades der erfindungsgemäßen Seitenkanalpumpe bei. Die Erfindung läßt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips sind zwei davon in der Zeichnung dargestellt und werden nachfolgend beschrieben. Diese zeigt in
Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Seitenkanalpumpe mit angrenzenden Bereichen eines Elektromotors,
Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Seitenkanalpumpe.
Figur 1 zeigt einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Seitenkanalpumpe 1 mit angrenzenden Bereichen eines Elektromotors 2. Die Seitenkanalpumpe 1 hat ein in einem Gehäuse 3 drehbares Laufrad 4. Das Laufrad 4 ist auf einer Motorwelle 5 des Elektromotors 2 angeordnet. Das Gehäuse 3 hat zwei auf Abstand gehaltene Gehäuseteile 6, 7 und einen verrollten Blechstreifen 8. Der Blechstreifen 8 hält die Seitenkanalpumpe 1 in einer vorgesehenen Lage gegenüber dem Elektromotor 2. In einem der Gehäuseteile 7 ist ein Einlaßkanal 9 angeordnet, während das andere Gehäuseteil 6 einen Auslaßkanal 10 aufweist. Der Einlaßkanal 9 und der Auslaßkanal 10 sind jeweils mit teilringförmigen Kanälen 11 , 12 verbunden. Das Laufrad 4 hat im Bereich der teilringförmigen Kanäle 11 , 12 von Laufschaufeln 13, 14 begrenzte Schaufelkammern 15, 16. In diesem Bereich steht das Gehäuse 3 dem Laufrad 4 zur Bildung von dichtenden Spalten mit geringem Abstand gegenüber. In seinem von den Laufschaufeln 13, 14 aus gesehen radial äußeren Bereich hat die Seitenkanalpumpe 1 Führungsmittel 17 zur radialen und axialen Führung des Laufrades 4. Die Führungsmittel 17 weisen zwei als Führungsfläche 18, 19 ausgebildete, von dem mittleren Bereich des Randes bis zu den Stirnseiten geführte Querschnittsverringerungen auf. Im Bereich der Führungsflächen 18, 19 steht das Laufrad 4 dem Gehäuse 3 mit einem vorgesehenen Abstand gegenüber. Die Gehäuseteile 6, 7 grenzen im Bereich des größten Durchmesser des Laufrades 4 aneinander an.
Bei einer Drehung des Laufrades 4 wird die zu fördernde Flüssigkeit von dem Einlaßkanal 9 zu dem Auslaßkanal 10 gefördert. Dabei tritt im Be- reich der Laufschaufeln 13, 14 eine geringe Menge der zu fördernden Flüssigkeit in den Spalt zwischen dem Laufrad 4 und dem Gehäuse 3. Durch Reibungs- und Zentrifugalkräfte wird diese Flüssigkeit in den Bereich der Führungsmittel 17 gefördert und erzeugt in Abhängigkeit von den Abständen der Führungsflächen 18, 19 von dem Gehäuse 3 und dem Winkel der Führungsflächen 18, 19 zu den Stirnseiten des Laufrades 4 Kräfte in axialer und radialer Richtung auf das Laufrad 4. Durch eine entsprechende Gestaltung der Führungsmittel 17 läßt sich damit das Laufrad 4 axial und radial führen. Die Führungsflächen 18, 19 sind bei der dargestellten Ausführungsform spiegelbildlich zueinander gestaltet. Auf die dem Elektromotor 2 zugewandte Führungsfläche 19 kann jedoch verzichtet werden, wenn ein Rotor des Elektromotors 2 auf dem Laufrad 4 aufliegt und damit eine vorgesehene Axialkraft erzeugt wird. Selbstverständlich können die Führungsflächen 18, 19 oder der den Führungsflächen 18, 19 gegenüberstehende Bereich der Gehäuseteile 6, 7 Beschichtungen mit Notlaufeigenschaften oder zur Verminderung einer Gleitreibung oder von Gleitlagern her bekannte Taschen zur Aufnahme der zu fördernden Flüssigkeit aufweisen.
Figur 2 zeigt eine Seitenkanalpumpe 20, bei der Führungsmittel 21 eine sprunghafte, von dem mittleren Bereich des Randes zu den Stirnseiten eines Laufrades 22 weisende Querschittsverringerung haben. Hierdurch sind an den an die Stirnseiten angrenzenden Bereichen jeweils eine radiale Führungsfläche 23 und eine axiale Führungsfläche 24 angeordnet. Ein Gehäuse 25 der Seitenkanalpumpe hat in diesem Bereich jeweils eine den Führungsflächen 23, 24 entsprechenden Form. Hierdurch hat das Laufrad 22 in seinem radial äußeren Bereich axiale und radiale Gleitlager.

Claims

Patentansprüche
1. Seitenkanalpumpe mit einem in einem Pumpengehäuse drehbar angeordneten Laufrad, mit in dem Gehäuse angeordnetem Einlaßkanal und einem Auslaßkanal, mit in dem Laufrad angeordneten Laufschaufeln zur Förderung einer Flüssigkeit von dem Einlaßkanal zu dem Auslaßkanal und mit Führungsmitteln zur Führung des Laufrades in einer axialen und/oder radiale Lage, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsmittel (17, 21) im Bereich des Randes des Laufrades (4, 22) angeordnet sind.
2. Seitenkanalpumpe nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsmittel (17, 21) zumindest eine mit einem vorgesehenen Abstand einem entsprechenden Bereich des Gehäuses (3, 25) gegenüberstehende Führungsfläche (18, 19, 23, 24) aufweisen.
3. Seitenkanalpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsmittel (17, 21 ) einen im Bereich des Randes des Laufrades (4, 22) angeordnete Querschnittsveränderung aufweisen und daß die die Querschnittsveränderung bildenden Bereiche des Laufrades (4, 22) jeweils als mit einem vorgesehenen Abstand dem Gehäuse (3, 25) gegenüberstehende Führungsflächen (18, 19) gestaltet sind.
4. Seitenkanalpumpe nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsveränderung sprungartig gestaltet ist.
5. Seitenkanalpumpe nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsveränderung als Fase gestaltet ist.
6. Seitenkanalpumpe nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsfläche (18, 19) in einem Winkel von ungefähr 30 bis 60° zur Stirnseite des Laufrades (4) angeordnet ist.
7. Seitenkanalpumpe nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Rand jeweils eine zu jeweils einer Stirnseite weisende Führungsfläche (18, 19) hat.
8. Seitenkanalpumpe nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwei einander gegenüberstehende, das Laufrad (4, 22) umschließende Gehäuseteile (6, 7) im Bereich des größten Durchmessers des Laufrades (4, 22) aneinandergrenzen.
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