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Dokumentenidentifikation DE19744037C1 02.06.1999
Titel Förderpumpe
Anmelder Mannesmann VDO AG, 60388 Frankfurt, DE
Erfinder Marx, Peter, 34117 Kassel, DE
Vertreter Klein, T., Dipl.-Ing. (FH), Pat.-Ass., 65824 Schwalbach
DE-Anmeldedatum 06.10.1997
DE-Aktenzeichen 19744037
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 02.06.1999
Veröffentlichungstag im Patentblatt 02.06.1999
IPC-Hauptklasse F04D 5/00
Zusammenfassung Eine zum Fördern von Kraftstoff in einem Kraftfahrzeug ausgebildeten Förderpumpe (2) mit einem von Leitschaufeln (12, 13) begrenzten Schaufelkammern (10, 10a, 11, 11a) aufweisenden Laufrad (7) und in an das Laufrad (7) angrenzenden Gehäuseteilen (3, 4) mit im Bereich der Schaufelkammern (10, 10a, 11, 11a) angeordneten teilringförmigen Kanälen (14, 15) weist einen Entgasungskanal (19) auf, dessen Anfang hinter einem Einlaßkanal (8) angeordnet ist. Ein Teil der Schaufelkammern (10) ist über in dem Laufrad (7) eingearbeitete Taschen (20) mit dem Entgasungskanal (19) verbunden. Durch diesen Entgasungskanal (19) werden in dem Kraftstoff vorhandene Gasblasen zuverlässig aus der Förderpumpe (2) abgeführt.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Förderpumpe mit einem angetriebenen, sich in einem Pumpengehäuse drehenden Laufrad, in welchem in zumindest einer seiner Stirnseiten ein Kranz Schaufelkammern begrenzende Leitschaufeln angeordnet ist, mit einem im Bereich der Leitschaufeln in dem Pumpengehäuse angeordneten teilringförmigen Kanal, welcher mit den Schaufelkammern zum Fördern einer Flüssigkeit von einem Einlasskanal zu einem Auslasskanal eine Förderkammer bildet, und einen in einem von dem teilringförmigen Kanal aus gesehen radial inneren Bereich des Pumpengehäuses angeordneten Entgasungskanal mit einer aus der Förderpumpe herausführenden Entgasungsbohrung aufweist.

Solche Förderpumpen sind als Peripheral- oder Seitenkanalpumpen bekannt und werden beispielsweise zum Fördern von Kraftstoff oder von Waschflüssigkeit einer Scheibenreinigungsanlage eines Kraftfahrzeuges eingesetzt. Hierbei erzeugen die Leitschaufeln in der Förderkammer eine quer zu der Bewegungsrichtung der Leitschaufeln verlaufende Zirkulationsströmung. Der Entgasungskanal dient dazu, in der zu fördernden Flüssigkeit vorhandene Gasblasen durch die Entgasungsbohrung aus der Förderpumpe abzuführen. Wenn mit der Förderpumpe Kraftstoff gefördert wird, ist dies beispielsweise bei einem Warmstart des Kraftfahrzeuges wichtig, da hier die Temperatur des Kraftstoffs besonders hoch ist und deshalb häufig Gasblasen durch ein Verdampfen des Kraftstoffs entstehen. Weiterhin können bei einer Erstbefüllung der Förderpumpe durch die Entgasungsbohrung in der Förderkammer vorhandene Luftblasen abgeführt werden. Solche Luftblasen führen häufig zu einem Aufschäumen der Flüssigkeit in der Förderkammer und damit ebenfalls zu einer verminderten Förderleistung der Förderpumpe.

Bei einer aus der Praxis bekannten Förderpumpe befindet sich der Entgasungskanal in Drehrichtung des Laufrades gesehen unmittelbar vor dem Auslasskanal und ist über einen im Verhältnis zu dem Durchmesser des teilringförmigen Kanals kleinen Spalt mit der Förderkammer verbunden. Durch den Spalt gelangen die Gasblasen in den Entgasungskanal.

Es ist eine weitere Förderpumpe bekannt, die zu beiden Seiten des Laufrades spiegelsymmetrisch angeordnete Entgasungskanäle aufweist (DE 44 28 254 A1). In dieser Anordnung heben sich die lokalen Axialkräfte am Laufrad gegeneinander auf.

Es ist weiterhin eine Förderpumpe mit in einem Laufrad angeordneten Schaufelkammer bekannt, wobei jede Schaufelkammer einen radialen nach innen führenden Verbindungskanal besitzt(DE 196 07 573 A1). Jeweils zwei gegenüberliegende Verbindungskanäle sind mit einem Durchlaß verbunden. Der Durchlaß gewährleistet, daß der sich in den Verbindungskanälen zu beiden Seiten des Laufrades ansammelnde Dampf über eine in der Einlaßseite des Gehäuses angeordnete Dampfablaßöffnung abführbar ist.

Eine weitere bekannte Förderpumpe besitzt zu beiden Seiten des Laufrades Förderkammern, mit Verbindungen zum Überströmen der Flüssigkeit von der einen in die andere Förderkammer (DE 42 09 126 A1). Über einen laufradseitigen, als Stufe ausgebildeten Verbindungskanal steht jede der Schaufelkammern mit Gasentlüftungslöchern in Verbindung. Nachteilig ist der stufenartige Verbindungskanal, da dieser zur Verwirbelungen in der Zirkulationsströmung führt.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, sowohl eine Förderpumpe mit einem in einer der Stirnseiten des Laufrades angeordneten Kranz von Schaufelkammern und einem im Bereich der Schaufelkammern angeordneten teilringförmigen Kanal als auch eine Förderpumpe mit an beiden Stirnseiten angeordneten Kränzen von Schaufelkammern so zu gestalten, dass in der zu fördernden Flüssigkeit vorhandene Gasblasen möglichst vollständig abgeführt werden.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass lediglich ein Teil der Schaufelkammern einen Verbindungskanal für die Verbindung zu dem Entgasungskanal aufweist.

Bei einer Förderpumpe, bei der beidseitig des Laufrades Förderkammern angeordnet sind, welche zum Überströmen der Flüssigkeit von der einen Förderkammer in die andere Förderkammer eine Verbindung im Bereich der Förderkammern aufweisen, wobei der Einlasskanal in eine der Förderkammern und der Auslasskanal in die andere Förderkammer mündet und der Entgasungskanal in einem den Einlasskanal aufweisenden Gehäuseteil der Förderpumpe angeordnet ist, wobei lediglich ein Teil der Schaufelkammern einen Verbindungskanal für die Verbindung zu dem Entgasungskanal aufweist, wird eine aufwendig zu verlegende Leitung für die Gasblasen von dem auslassseitigen Bereich der Förderpumpe vermieden.

Durch diese Gestaltung werden die Gasblasen durch eine Drehung des Laufrades zunächst aufgrund ihrer im Vergleich zu der zu fördernden Flüssigkeit geringen Dichte in einen radial inneren Bereich der Förderkammer gedrückt. Anschließend werden die Gasblasen zu einem besonders frühen Zeitpunkt aus der Förderkammer entfernt. Hierdurch werden die Gasblasen, bevor sie durch die Zirkulationsströmung mitgerissen werden, nahezu vollständig von der Flüssigkeit getrennt. Deshalb wird die Kavitation im teilringförmigen Kanal besonders gering gehalten.

Die Förderkammer könnte prinzipiell wie bei der bekannten Förderpumpe über einen Spalt mit dem Entgasungskanal verbunden sein. Ein solcher Spalt verursacht jedoch Verwirbelungen in der Zirkulationsströmung der Flüssigkeit. Diese Verwirbelungen führen zu einer Verringerung des Wirkungsgrades der Förderpumpe. Weiterhin führen Verwirbelungen in der Zirkulationsströmung zu Bereichen mit hohem Druck und Bereichen mit geringem Druck. In den Bereichen mit geringem Druck kann die Flüssigkeit bei hohen Temperaturen verdampfen und damit Gasblasen erzeugen. Diese Verwirbelungen werden gemäß der Lösung der Aufgabe besonders gering gehalten.

Durch die Verbindung der Schaufelkammern mit dem Entgasungskanal hervorgerufene Wirkungsgradverluste werden gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung besonders gering gehalten, wenn der Anteil der über einen Verbindungskanal mit dem Entgasungskanal verbundenen Schaufelkammern 10% bis 50% an der Gesamtzahl der Schaufelkammern beträgt.

Zur weiteren Verringerung der Verwirbelungen durch die Verbindung der Schaufelkammern mit dem Entgasungskanal trägt es gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung bei, wenn die Verbindungen der Schaufelkammern mit dem Entgasungskanal durch in dem Laufrad eingearbeitete Taschen gebildet sind.

Das Laufrad ist gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung besonders kostengünstig herstellbar, wenn die Verbindungskanäle für die Verbindungen der Schaufelkammern mit dem Entgasungskanal durch eine radiale in Richtung Drehachse des Laufrades weisende Verbreiterung der Schaufelkammern gebildet sind.

Da durch den Entgasungskanal auch eine geringe Menge der zu fördernden Flüssigkeit abgeführt wird, ist es zur Erzielung einer möglichst hohen Förderleistung der Förderpumpe vorteilhaft, den Entgasungskanal besonders klein zu gestalten. Die erfindungsgemäße Förderpumpe weist eine besonders hohe Förderleistung auf, wenn der Querschnitt des Entgasungskanals 2 2 % bis 12,5% des Querschnitts der Förderkammer beträgt.

Die Gasblasen werden gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung besonders zuverlässig von der zu fördernden Flüssigkeit getrennt, wenn sich der Entgasungskanal über einen Winkelbereich von 30° bis 180° erstreckt.

Zur weiteren Verbesserung des Wirkungsgrades der erfindungsgemäßen Förderpumpe trägt es bei, wenn sich der Entgasungskanal über einen Winkelbereich von 45° bis 110° erstreckt. Durch diese Gestaltung gelangt eine besonders geringe Menge der zu fördernden Flüssigkeit durch die Entgasungsöffnung und damit aus der Förderpumpe heraus.

Zur Vermeidung eines Ausgasens von Kraftstoff ist es erforderlich, dass dem Druck innerhalb der Förderkammer ein Gegendruck entgegengesetzt wird. Hierfür könnte man beispielsweise in der Entgasungsbohrung eine Drossel anordnen. Eine solche Drossel behindert jedoch eine sichere Abführung der Gasblasen aus der Förderkammer. Die Gasblasen werden gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung aus dem Entgasungskanal zuverlässig abgeführt, wenn die Entgasungsbohrung ungefähr den gleichen Durchmesser hat wie der Entgasungskanal. Ein dem Druck in der Förderkammer entgegenwirkender Druck in dem Entgasungskanal lässt sich hierbei durch eine entsprechende Gestaltung des Querschnitts des Entgasungskanals einstellen.

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 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Förderpumpe in einem Längsschnitt,

Fig. 2 ein einlassseitiges Gehäuseteil eines Pumpengehäuses aus Fig. 1,

Fig. 3 ein Laufrad der erfindungsgemäßen Förderpumpe aus Fig. 1 von dem einlassseitigen Gehäuseteil aus gesehen,

Fig. 4 einen Teilschnitt durch das Laufrad aus Fig. 3 entlang der Linie IV-IV,

Fig. 5 ein Teilschnitt durch eine weitere Ausführungsform des Laufrades.

Die Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße, von einem Elektromotor 1 angetriebene, als Seitenkanalpumpe ausgebildete Förderpumpe 2 mit einem einlassseitigen Gehäuseteil 3 und einem auslassseitigen Gehäuseteil 4. Die Gehäuseteile 3, 4 sind gegen einen ringförmigen Abstandhalter 5 vorgespannt. Zwischen den Gehäuseteilen 3, 4 ist ein auf einer Welle 6 des Elektromotors 1 befestigtes Laufrad 7 drehbar angeordnet. Bei einer Drehung des Laufrades 7 wird eine zu fördernde Flüssigkeit von einem in dem einlassseitigen Gehäuseteil 3 angeordneten Einlasskanal 8 zu einem in dem auslassseitigen Gehäuseteil 4 eingearbeiteten Auslasskanal 9 gefördert.

In beiden Stirnseiten des Laufrades 7 ist jeweils ein Kranz Schaufelkammern 10, 10a, 11, 11a begrenzende Leitschaufeln 12, 13 eingearbeitet. Jeweils einander gegenüberliegende Schaufelkammern 10, 10a, 11, 11a sind in diesem Bereich miteinander verbunden. Die Gehäuseteile 3, 4 der Förderpumpe 2 weisen im Bereich der Schaufelkammern 10, 10a, 11, 11a jeweils einen teilringförmigen Kanal 14, 15 auf. Die teilringförmigen Kanäle 14, 15 bilden zusammen mit den Schaufelkammern 10, 10a, 11, 11a Förderkammern 16, 17. Bei einer Drehung des Laufrades 7 entstehen in den Förderkammern 16, 17 Zirkulationsströmungen einer zu fördernden Flüssigkeit. Zur Verdeutlichung sind die Zirkulationsströmungen mit Pfeilen gekennzeichnet. Durch die Verbindung einander gegenüberliegender Schaufelkammern 10, 10a, 11, 11a kann die zu fördernde Flüssigkeit nahezu verwirbelungsfrei von der einen Förderkammer 16 in die andere Förderkammer 17 überströmen.

In dem einlassseitigen Gehäuseteil 3 ist ein in eine Entgasungsbohrung 18 mündender Entgasungskanal 19 angeordnet. Einige der Schaufelkammern 10 sind über in dem Laufrad 7 eingearbeitete Taschen 20 als Verbindungskanäle mit dem Entgasungskanal 19 verbunden. Hierdurch werden Gasblasen beispielsweise aus dampfförmiger Flüssigkeit aus den Förderkammern 16, 17 herausgeführt. Solche Gasblasen entstehen insbesondere, wenn die Förderpumpe 2 als Kraftstoffpumpe in einem Kraftstoffbehälter eines Kraftfahrzeuges eingesetzt wird und der Kraftstoff hohe Temperaturen aufweist.

Die Fig. 2 zeigt das einlassseitige Gehäuseteil 3 aus Fig. 1 von dem Laufrad 7 aus gesehen. Der Anfang des Entgasungskanals 19 ist in Drehrichtung des Laufrades 7 gesehen ungefähr 15° hinter dem Einlasskanal 8 angeordnet und erstreckt sich über einen Winkelbereich von 45°. Durch diesen Entgasungskanal 19 werden in der zu fördernden Flüssigkeit vorhandene Gasblasen zuverlässig abgeführt. Ein Entweichen der zu fördernden Flüssigkeit und damit eine Verringerung des Wirkungsgrades der Förderpumpe 2 wird jedoch besonders gering gehalten.

Die Fig. 3 zeigt das Laufrad 7 aus Fig. 1 von dem einlassseitigen Gehäuseteil 3 aus gesehen. Hierbei sind die einzelnen Schaufelkammern 10, 10a zu erkennen, die durch die Leitschaufeln 12 voneinander getrennt sind. Die Mehrzahl der Schaufelkammern 10a hat dieselben Abmessungen wie der teilringförmige Kanal 14. Die übrigen Schaufelkammern 10 weisen als Verbindungskanäle die Taschen 20 auf, die bis in den Bereich des in den Fig. 1 und 2 dargestellten Entgasungskanals 19 geführt sind.

Die Kontur der die Taschen 20 aufweisenden Schaufelkammern 10 ist stark vergrößert in Fig. 4 dargestellt. Die Schaufelkammern 10 haben im Bereich der in Fig. 1 dargestellten teilringförmigen Kanäle 14, 15 einen annähernd kreisförmigen Querschnitt. Die Taschen 20 weisen eine im Vergleich zu den Schaufelkammern 10, 11 wesentlich geringere Tiefe auf. Hierdurch können sich in der zu fördernden Flüssigkeit vorhandene Gasblasen in den Taschen 20 ansammeln, ohne dass sie von der in Fig. 1 mit Pfeilen dargestellten Zirkulationsströmung erfasst werden. Deshalb werden die Gasblasen mit einer besonders geringen Menge an zu fördernder Flüssigkeit durch den in Fig. 1 dargestellten Entgasungskanal 19 abgeführt.

Die Fig. 5 zeigt eine zweite Ausführungsform von mit dem in Fig. 1 dargestellten Entgasungskanal 19 verbundenen Schaufelkammern 21, 22. Die Schaufelkammern 21, 22 sind hierbei in Richtung der Drehachse des Laufrades 7 vergrößert. Zur Verdeutlichung ist in der Zeichnung strichpunktiert die Kontur von nicht mit dem Entgasungskanal verbundenen Schaufelkammern 23, 24 eingezeichnet.


Anspruch[de]
  1. 1. Förderpumpe mit einem angetriebenen, sich in einem Pumpengehäuse drehenden Laufrad, in welchem in zumindest einer seiner Stirnseiten ein Kranz Schaufelkammern begrenzende Leitschaufeln angeordnet ist, mit einem im Bereich der Leitschaufeln in dem Pumpengehäuse angeordneten teilringförmigen Kanal, welcher mit den Schaufelkammern zum Fördern einer Flüssigkeit von einem Einlaßkanal zu einem Auslasskanal eine Förderkammer bildet, und mit einem in einem von dem teilringförmigen Kanal aus gesehen radial inneren Bereich des Pumpengehäuses angeordneten Entgasungskanal mit einer aus der Förderpumpe herausführenden Entgasungsbohrung, wobei laufradseitig Verbindungskanäle für die Verbindung von Schaufelkammern mit dem Entgasungskanal angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass lediglich ein Teil der Schaufelkammern (10, 21) einen Verbindungskanal für die Verbindung zu dem Entgasungskanal (19) aufweist.
  2. 2. Förderpumpe, mit einem angetriebenen, sich in einem Pumpengehäuse drehenden Laufrad mit an beiden Stirnseiten des Laufrades angeordneten Förderkammern, welche zum Überströmen der Flüssigkeit von der einen Förderkammer in die andere Förderkammer eine Verbindung im Bereich der Förderkammern aufweisen, wobei der Einlaßkanal in eine der Förderkammern und der Auslasskanal in die andere Förderkammer mündet, mit einem in einem radial inneren Bereich des Pumpengehäuses angeordneten Entgasungskanal mit einer aus der Förderpumpe herausführenden Entgasungsbohrung, wobei laufradseitig Verbindungskanäle für die Verbindung von Schaufelkammern mit dem Entgasungskanal angeordnet sind und wobei der Entgasungskanal (19) in einem den Einlasskanal (8) aufweisenden Gehäuseteil (3) der Förderpumpe (2) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass lediglich ein Teil der Schaufelkammern (10, 21) einen Verbindungskanal für die Verbindung zu dem Entgasungskanal (19) aufweist.
  3. 3. Förderpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil der mit dem Entgasungskanal (19) verbundenen Schaufelkammern (10, 21) 10 bis 50% an der Gesamtzahl der Schaufelkammern (10, 10a, 21, 23) beträgt.
  4. 4. Förderpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungskanäle für die Verbindungen der Schaufelkammern (10) mit dem Entgasungskanal (19) durch in dem Laufrad (7) eingearbeitete Taschen (20) gebildet sind.
  5. 5. Förderpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungskanäle für die Verbindung der Schaufelkammern (21) mit dem Entgasungskanal (19) durch eine radiale in Richtung Drehachse des Laufrades (7) weisende Verbreiterung der Schaufelkammern (23) gebildet sind.
  6. 6. Förderpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt des Entgasungskanals (19) 2 bis 12,5% des Querschnitts der Förderkammer (16, 17) beträgt.
  7. 7. Förderpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Entgasungskanal (19) ausgehend vom Bereich des Einlasskanals (8) über einen Winkelbereich von 30° bis 180° erstreckt.
  8. 8. Förderpumpe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Entgasungskanal (19) über einen Winkelbereich von 45° bis 110° erstreckt.
  9. 9. Förderpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Entgasungsbohrung (18) ungefähr den gleichen Querschnitt hat wie der Entgasungskanal (19).






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