-
Die
Erfindung geht aus von einem Förderaggregat
nach der Gattung des Hauptanspruchs.
-
Es
ist schon ein Förderaggregat
aus der
DE 32 26 325
A1 bekannt, mit einer Pumpenkammer und einem in der Pumpenkammer
rotierend um eine Pumpenachse umlaufenden Laufrad, wobei an vorbestimmten
Stirnwänden
innerhalb der Pumpenkammer Erhöhungen
vorgesehen sind. Die Erhöhungen sind
radial innen von einem in der Stirnwand vorgesehenen Pumpenkanal
angeordnet und eilen von dem Pumpenkanal ausgehend geradlinig und
keilförmig
ansteigend in Umlaufrichtung voraus. Bei der Rotation des Laufrades
in der Pumpenkammer staut sich die Flüssigkeit an den Erhöhungen,
so daß sich eine
resultierende Kraft in axialer, von der Stirnwand weggerichteter
Richtung ergibt und das Laufrad nicht an einer der beiden Stirnwände der
Pumpenkammer zum Anliegen kommen kann. Die Erhöhungen wirken dadurch wie ein
hydrodynamisches Lager. Dadurch wird die dem in der Pumpenkammer
rotierenden Laufrad entgegenwirkende Reibung gesenkt und der Wirkungsgrad
der Kraftstoffpumpe erhöht.
Nachteilig ist, daß die
Erhöhungen
sehr aufwendig zu fertigen sind.
-
Vorteile der
Erfindung
-
Das
erfindungsgemäße Förderaggregat
mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den
Vorteil, daß eine
Erhöhung
des Wirkungsgrades des Förderaggregates durch
eine Verringerung der auf das Laufrad wirkenden Reibung auf einfache
Art und Weise erzielt wird, indem die Erhöhungen auf zumindest einem
Ring um die Pumpenachse herum angeordnet sind. Die Erhöhungen beabstanden
das Laufrad zu den Stirnwänden
der Pumpenkammer und sind sehr einfach und kostengünstig herzustellen.
-
Durch
die in den Unteransprüchen
aufgeführten
Maßnahmen
sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch
angegebenen Förderaggregats
möglich.
-
Besonders
vorteilhaft ist, wenn die Erhöhungen
an einer ersten Stirnwand eines Ansaugdeckels und/oder an einer
zweiten Stirnwand eines Druckdeckels vorgesehen sind, da die Erhöhungen an
den Stirnwänden
des Ansaugdeckels oder des Druckdeckels besonders einfach herzustellen
sind.
-
Ebenso
vorteilhaft ist, wenn die Erhöhungen an
dem Laufrad angeordnet sind, da die Erhöhungen auch an dem Laufrad
sehr einfach und preisgünstig herzustellen
sind.
-
Sehr
vorteilhaft ist es, wenn die Höhe
der Erhöhungen
etwa die Hälfte
der Differenz zwischen der axialen Breite der Pumpenkammer und der
axialen Breite des Laufrades beträgt, da auf diese Weise die auf
das Laufrad wirkende Reibung weiter reduziert werden kann. Darüber hinaus
verringert sich vorteilhafterweise eine Leckageströmung von
einem druckhöheren
Bereich entlang dem Axialspalt zurück in einen druckniederen Bereich
der Pumpenkammer.
-
Gemäß einer
vorteilhaften Ausgestaltung beträgt
die in radialer Richtung gemessene Breite der Erhebungen 0,8 Millimeter.
Auf diese Weise ist die Auflagefläche bei einer Berührung von
Laufrad und Erhöhungen
gering.
-
In
einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Erhöhungen viereckförmig, rechteckförmig, kreisringförmig, nierenförmig, trapezförmig oder
linsenförmig ausgebildet.
-
Darüber hinaus
vorteilhaft ist, wenn die Erhöhungen
auf einer der Pumpenkammer zugewandten Oberseite abgerundet sind,
da auf diese Weise die Auflagefläche,
an der das Laufrad zum Anliegen kommen könnte, verringert wird.
-
Gemäß einem
vorteilhaften Ausführungsbeispiel
liegt die Anzahl der auf einem Ring angeordneten Erhöhungen im
Bereich zwischen 3 und 20.
-
Zeichnung
-
Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und
in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
-
Es
zeigen 1 im Schnitt eine Teilansicht des erfindungsgemäßen Förderaggregates, 2 eine
Schnittansicht eines ersten Ausführungsbeispieles
entlang der Linie II-II in 1, 3 eine
Ansicht des ersten Ausführungsbeispieles
entlang der Linie III-III in 2, 4 eine
Schnittansicht eines zweiten Ausführungsbeispieles entlang der
Linie IV-IV in 1 und
-
5 eine
Ansicht des zweiten Ausführungsbeispieles
entlang der Linie V-V in 4.
-
Beschreibung
der Ausführungsbeispiele
-
1 zeigt
ein erfindungsgemäßes Förderaggregat.
-
Das
erfindungsgemäße Förderaggregat dient
dazu, eine Flüssigkeit,
beispielsweise Kraftstoff, aus einem Vorratsbehälter zu fördern, beispielsweise über eine
Druckleitung zu einer Brennkraftmaschine.
-
Das
erfindungsgemäß ausgebildete
Förderaggregat
hat ein Pumpengehäuse 1,
das einen Pumpenteil 2 und einen Motorteil 3 aufweist.
-
Das
erfindungsgemäße Aggregat
kann eine Verdrängerpumpe,
beispielsweise eine Rollenzellenpumpe oder Zahnradpumpe, oder eine
Strömungspumpe,
beispielsweise eine Peripheralpumpe oder Seitenkanalpumpe, sein.
-
Eine
Rollenzellenpumpe ist beispielsweise aus der
DE 44 37 377 A1 bekannt,
wobei deren Inhalt ausdrücklich
Teil der Offenbarung dieser Anmeldung sein soll. Eine Strömungspumpe
ist beispielsweise aus der
DE
44 35 883 A1 bekannt, wobei deren Inhalt auch ausdrücklich Teil
der Offenbarung dieser Anmeldung sein soll.
-
Das
Pumpenteil 2 weist eine Pumpenkammer 4 auf, in
der ein Laufrad 5 rotierend um eine rotationssymmetrische
Pumpenachse 8 umläuft.
Das Laufrad 5 kann ein hinreichend bekanntes Laufrad einer
Strömungspumpe
oder ein Rollen aufweisender Rotor einer Rollenzellenpumpe sein.
Die Rollen der Rollenzellenpumpe sind in am Umfang angeordneten Nuten
des Rotors vorgesehen.
-
Das
Laufrad 5 wird von einem in dem Motorteil 3 vorgesehenen
Aktor 9 über
eine Antriebswelle 10 angetrieben. Der Aktor 8 ist
beispielsweise ein Elektromotor und in einem Motorraum 7 des
Motorteils 3 angeordnet.
-
Ein
Bereich stromauf der Pumpenkammer 4 wird als Saugseite,
ein Bereich stromab der Pumpenkammer 4 wird als Druckseite
des Aggregates bezeichnet.
-
Die
Pumpenkammer 4 weist einen Pumpenkammereingang 11 und
einen Pumpenkammerausgang 12 auf. Die Pumpenkammer 4 wird
begrenzt durch zwei sich in Richtung der Pumpenachse 8 gegenüberliegende
Stirnwände,
einer ersten Stirnwand 15 und einer zweiten Stirnwand 16,
wobei in der ersten Stirnwand 15 der Pumpenkammereingang 11 und
in der zweiten Stirnwand 16 der Pumpenkammerausgang 12 vorgesehen
ist, und in radialer Richtung bezüglich der Pumpenachse 8 von
einer Ringwand 17.
-
Beispielhaft
ist in 1 eine Seitenkanalpumpe dargestellt mit einem
Laufrad 5, das Laufradschaufeln 5.1 aufweist und
mit in den Stirnwänden 15, 16 vorgesehenen
ringförmigen
Förderkanälen 14,
die im radialen Bereich der Laufradschaufeln 5.1 angeordnet
sind.
-
Die
erste Stirnwand 15 ist beispielsweise Teil eines Ansaugdeckels 18 und
die zweite Stirnwand 16 und die Ringwand 17 sind
beispielsweise Teil eines Druckdeckels 19. In dem Ansaugdeckel 18 ist
ein Eingangskanal 22 vorgesehen, der über den Pumpenkammereingang 11 in
die Pumpenkammer 4 mündet,
wobei die Pumpenkammer 4 über den Pumpenkammerausgang 12 und
einen in dem Druckdeckel 19 vorgesehenen Ausgangskanal 23 mit
dem Motorraum 7 strömungsverbunden
ist.
-
Der
Druckdeckel 19 weist eine Durchgangsöffnung 24 auf. Die
mit dem Aktor 9 mechanisch gekoppelte Antriebswelle 10 ragt
von dem Motorraum 7 ausgehend durch die Durchgangsöffnung 24 des Druckdeckels 19 in
die Pumpenkammer 4.
-
Die
axiale Breite der Pumpenkammer 4 ist größer als die axiale Breite des
Laufrades 5, so daß ein
Axialspalt 20 von ca. zehn bis dreißig Mikrometer zwischen dem
Laufrad 5 und den Stirnwänden 15, 16 besteht.
Die Differenz zwischen der Breite der Pumpenkammer 4 und
der Breite des Laufrades 5 wird als Gesamtaxialspalt definiert.
-
Das
Laufrad 5 ist beispielsweise auf die in die Pumpenkammer 4 ragende
Antriebswelle 10 gesteckt, wofür das Laufrad 5 eine
Laufradöffnung 25 aufweist,
in die die Antriebswelle 10 zumindest hineinragt, um mit
dem Laufrad formschlüssig
und/oder kraftschlüssig
verbunden zu sein. Das Laufrad 5 ist auf der Antriebswelle 10 beispielsweise
derart gelagert, daß es
zwischen der ersten Stirnwand 15 und der zweiten Stirnwand 16 axial
beweglich ist.
-
Das
Förderaggregat
saugt beispielsweise Flüssigkeit
aus einem Vorratsbehälter 32 über den Eingangskanal 22,
den Pumpenkammereingang 11, die Pumpenkammer 4,
den Pumpenkammerausgang 12, den Ausgangskanal 23,
den Motorraum 7 des Motorteils des Pumpengehäuses 1 und
fördert
die Flüssigkeit,
beispielsweise Kraftstoff, über
eine Druckleitung 33 beispielsweise zu einer Brennkraftmaschine 34.
In der Druckleitung 33 ist beispielsweise ein Rückschlagventil 35 vorgesehen,
um nach einem Abschalten des Förderaggregates
einen vorbestimmten Druck in der Druckleitung 33 aufrechtzuerhalten.
-
2 zeigt
im Schnitt eine Ansicht eines ersten Ausführungsbeispieles des erfindungsgemäßen Aggregates
entlang der Linie II-II in 1.
-
Bei
dem Aggregat nach 2 sind die gegenüber dem
Aggregat nach 1 gleichbleibenden oder gleichwirkenden
Teile durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
-
An
der ersten Stirnwand 15 des Ansaugdeckels 18 und/oder
an der zweiten Stirnwand 16 des Druckdeckels 19 sind
Erhöhungen 28 angeordnet, die
gegenüber
der Grundfläche
der Stirnwand 15, 16 erhaben sind. Die Erhöhungen 28 können aber
auch an einer oder an beiden den Stirnwänden 15, 16 zugewandten
Stirnflächen 21 des
Laufrades 5 angeordnet sein.
-
Die
radiale Lage der Erhöhungen 28 ist
beliebig wählbar,
sofern sie nicht im radialen Bereich des Förderkanals und/oder der Schaufeln
des Laufrades einer Strömungspumpe
oder der Nuten und Rollen einer Rollenzellenpumpe liegen. Die Erhöhungen 28 liegen
beispielsweise auf einem Radius, der geringer ist als der Radius
des Seitenkanals und der Schaufeln des Laufrades einer Seitenkanalpumpe
oder der geringer ist als der Radius der Führung der Rollen im Rotor einer
Rollenzellenpumpe. Die an dem Laufrad 5 wirkenden Reibungsmomente
sind um so kleiner, je weiter die Erhöhungen 28 radial innen
angeordnet sind.
-
Erfindungsgemäß sind die
Erhöhungen 28 auf
zumindest einem gedachten Ring 29 um die Pumpenachse 8 herum
angeordnet, wobei sie in Umfangsrichtung und in radialer Richtung
zueinander beabstandet sind. Die Erhöhungen 28 sind beispielsweise
gleichmäßig auf
dem gedachten Ring 29 verteilt. Die Erhöhungen 28 sind beispielsweise
viereckförmig,
rechteckförmig,
kreisringförmig, nierenförmig, trapezförmig, oval,
zylinderförmig
oder linsenförmig ausgebildet.
Die Form und die Stirnfläche
der Erhöhungen 28 ist
aber ausdrücklich
beliebig und kann auch bei den einzelnen Erhöhungen 28 unterschiedlich
ausgeführt
sein. Die Stirnfläche
der Erhöhungen 28 ist
beispielsweise klein gegenüber
den Stirnwänden 15, 16 der
Pumpenkammer 4 und den Stirnflächen 21 des Laufrades 5.
-
Die
Erhöhungen 28 bewirken,
daß zwischen dem
Laufrad 5 und einer Stirnwand 15, 16 ein
vorbestimmter Mindestabstand besteht. Auf diese Weise wird die Reibung,
die dem Laufrad 5 durch die mit dem Aggregat geförderte Flüssigkeit
bei der Rotation in der Pumpenkammer 4 entgegengesetzt
wird, verringert. Die Erhöhungen 28 verhindern,
daß der
Axialspalt 20 zwischen dem Laufrad 5 und einer
der Stirnwände 15, 16 durch
axiale Verschiebung des Laufrades 5 auf der Antriebswelle 10 zu
groß wird,
so daß keine
hohe Leckageströmung
von einem druckhöheren
Bereich entlang dem Axialspalt 20 zurück in einen druckniederen Bereich
der Pumpenkammer 4 auftritt. Die Größe der Leckageströmung ist
abhängig von
der dritten Potenz der Breite des Axialspaltes 20, so daß die Breite
des Axialspaltes 20 sehr große Auswirkungen auf die Leckageströmung und
damit auch auf den Wirkungsgrad des Förderaggregates hat.
-
Mittels
der Erhöhungen 28 ist
eine erhebliche Wirkungsgradsteigerung des Pumpenteils 2 und
damit des Aggregates erzielbar, da die Reibung und die Leckageströmung verringert
wird.
-
Das
Laufrad 5 wird mittels der Erhöhungen 28 derart ausgerichtet,
daß zwei
definierte Axialspalte 20 ausgebildet sind.
-
Vorzugsweise
ist eine in axialer Richtung gemessene Höhe 28.1 der Erhöhungen 28 derart
gewählt,
daß der
Axialspalt 20 zwischen dem Laufrad 5 und der ersten
Stirnwand 15 und zwischen dem Laufrad 5 und der
zweiten Stirnwand 16 jeweils gleich groß ist und etwa höchstens
die Hälfte
des Gesamtaxialspaltes beträgt.
Auf diese Weise ist das Laufrad in der axialen Mitte der Pumpenkammer 4 ausgerichtet und
gelagert. Die Axialspalte 20 können aber ausdrücklich auch
unterschiedlich groß sein.
-
Die
Höhe 28.1 der
Erhöhungen 28 beträgt beispielsweise
acht Mikrometer, ist aber ausdrücklich beliebig
wählbar
und kann auch untereinander unterschiedlich sein. Die Anzahl der
auf einem Ring 29 angeordneten Erhöhungen 28 liegt beispielsweise
in einem Bereich zwischen drei und zwanzig und beträgt vorzugsweise
sieben. Die in radialer Richtung gemessene Breite der Erhöhungen 28 beträgt beispielsweise
0,8 Millimeter, ist aber ebenso beliebig auslegbar.
-
Die
Erhöhungen 28 sind
auf einem Radius angeordnet, der kleiner oder größer ist als der Radius, auf
dem der Förderkanal 14 vorgesehen
ist.
-
Zwischen
den einzelnen Erhöhungen 28 sind jeweils
eine oder mehrere Ausnehmungen oder Nuten 27 vorgesehen.
-
Die
Erhöhungen 28 werden
beispielsweise derart gefertigt, daß in einem ersten Herstellungsschritt
zumindest ein ringförmiger
Absatz gedreht wird, der dem Ring 29 entspricht und gegenüber der Grundfläche der
Stirnwand 15, 16 erhaben ist. Der ringförmige Absatz 29 wird
in einem zweiten Herstellungsschritt durch die Ausnehmungen oder
Nuten 27 derart unterbrochen, daß mehrere einzelne Erhöhungen 28 entstehen,
die beispielsweise gleichmäßig zueinander
beabstandet auf dem Ring 29 verteilt sind. Vorzugsweise
wird der erste Herstellungsschritt und der zweite Herstellungsschritt
miteinander vertauscht, wobei die Ausnehmungen oder Nuten beispielsweise
als nierenförmige
oder kreisringförmige Nuten 27 ausgebildet
sind und beispielsweise gleichmäßig auf
einem Ring 29 verteilt sind. Die den Nuten 27 zugewandten
Seiten der Erhöhungen 28 sind
beispielsweise kreisförmig
nach innen gewölbt.
-
Die
Ausnehmungen oder Nuten 27 können bei einer Anordnung der
Erhöhungen 28 an
der Stirnwand 15, 16 der Pumpenkammer 4 von
der Oberseite 30 der Erhöhungen 28 ausgehend über die
Stirnwand 15, 16 hinaus bis in den Ansaugdeckel 18 oder den
Druckdeckel 19 und bei einer Anordnung der Erhöhungen 28 am
Laufrad 5 über
die Stirnflächen 21 des
Laufrades 5 hinaus bis in das Laufrad 5 hineinreichen.
Die Ausnehmungen oder Nuten 27 sind auf diese Weise als
Vertiefung ausgeführt.
Beispielhaft ist in 2 zwischen zwei Erhöhungen 28 eine
solche Vertiefung dargestellt, die selbstverständlich auch zwischen den übrigen Erhöhungen 28 vorgesehen
sein kann.
-
Die
Erhöhungen 28 bilden
auf diese Weise einen kronenförmigen
Absatz, der auch als Laufkrone bezeichnet werden kann, mit Erhöhungen 28 als Zacken
der Laufkrone und mit Vertiefungen oder Ausnehmungen 27 zwischen
den Erhöhungen 28.
-
Die
Erhöhungen 28 können selbstverständlich auch
auf andere Weise gefertigt werden.
-
3 zeigt
im Schnitt eine Teilansicht des ersten Ausführungsbeispieles entlang der
Linie III-III in 2 mit einem schraffiert angedeuteten
Laufrad.
-
Bei
dem Aggregat nach 3 sind die gegenüber dem
Aggregat nach 1 und 2 gleichbleibenden
oder gleichwirkenden Teile durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
-
Die
Erhöhungen 28 sind
beispielsweise auf einer der Pumpenkammer 4 zugewandten
Oberseite 30 abgerundet, um die Auflagefläche, an
der das Laufrad 5 zum Anliegen kommen könnte, zu verringern.
-
4 zeigt
im Schnitt eine Teilansicht des ersten Ausführungsbeispieles entlang der
Linie IV-IV in 2 mit einem schraffiert angedeuteten
Laufrad.
-
Bei
dem Aggregat nach 4 sind die gegenüber dem
Aggregat nach 1 bis 3 gleichbleibenden
oder gleichwirkenden Teile durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
-
Gemäß dieser
Ausführung
reichen die Ausnehmungen oder Nuten 27 beispielsweise bis
in den Ansaugdeckel 18. Sie sind in radialer Richtung beispielsweise
breiter ausgebildet als die Erhöhungen 28.
-
5 zeigt
im Schnitt eine Ansicht eines zweiten Ausführungsbeispieles des erfindungsgemäßen Aggregates
entlang der Linie V-V in 1.
-
Bei
dem Aggregat nach 5 sind die gegenüber dem
Aggregat nach 1 bis 4 gleichbleibenden
oder gleichwirkenden Teile durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
-
Das
Aggregat nach 5 unterscheidet sich von dem
Aggregat nach 2 darin, daß die Erhöhungen linsenförmig ausgebildet
sind.
-
Der
Durchmesser der auf einem Ring 29 angeordneten linsenförmigen Erhöhungen 28 ist
beliebig.
-
Die
linsenförmigen
Erhöhungen 28 werden beispielsweise
an die Stirnwände 15, 16 der
Pumpenkammer 4 oder an die Stirnflächen 21 des Laufrades 5 mittels
Spritzguß angespritzt.
-
6 zeigt
im Schnitt eine Teilansicht des zweiten Ausführungsbeispieles entlang der
Linie VI-VI in 5 mit einem schraffiert angedeuteten Laufrad.
-
Bei
dem Aggregat nach 6 sind die gegenüber dem
Aggregat nach 1 bis 5 gleichbleibenden
oder gleichwirkenden Teile durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.