DE19826902C2 - Förderpumpe - Google Patents

Description

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 Pumpenge­ häuse angeordneten teilringförmigen Kanal, welcher mit den Schaufelkam­ mern zum Fördern einer Flüssigkeit von einem Einlasskanal zu einem Auslasskanal eine Förderkammer bildet.

Solche Förderpumpen sind als Peripheral- oder Seitenkanalpumpen bekannt und werden beispielsweise in heutigen Kraftfahrzeugen zum Fördern von Kraftstoff oder Waschflüssigkeit eingesetzt (DE 31 08 214 A1). Bei einer Drehung des Laufrades erzeugen die Leitschaufeln in der Förderkammer eine quer zu der Bewegungsrichtung der Leitschaufeln verlaufende Zirkulati­ onsströmung. Die Leitschaufeln bilden im radial inneren Bereich des Laufra­ des den Eintrittsbereich der Zirkulationsströmung in die Schaufelkammern und im radial äußeren Bereich deren Austrittsbereich.

Weiterhin sind Förderpumpen bekannt, deren Leitschaufel und Kammervo­ lumen dadurch an eine vorgesehene Kennlinie sowie an die Viskosität der zu fördernden Flüssigkeit angepasst werden, indem die Leitschaufeln einen Neigungswinkel in Umfangsrichtung des Laufrades aufweisen (DE 197 44 237 A1, EP 0 735 271 A2). Diese Anpassung ist entscheidend für den Wirkungsgrad der Förderpumpe in dem vorgesehenen Verwendungsfall.

Nachteilig bei den bekannten Förderpumpen ist, dass die Bemessung des Neigungswinkels der Leitschaufeln nur einen Kompromiss darstellen kann, weil die Verhältnisse beim Ein- und Austritt der Zirkulationsströmung und damit auch die Verwirbelung und Reibungsverluste unterschiedlich sind. Diese Reibungsverluste und Verwirbelungen vermindern den Wirkungsgrad der Förderpumpe beträchtlich.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Förderpumpe der eingangs genannten Art so zu gestalten, dass sie bei einer vorgesehenen Kennlinie einen möglichst hohen Wirkungsgrad aufweist.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Leitschau­ feln im radial inneren Bereich des Laufrades zu einer Senkrechten auf die Stirnseite des Laufrades einen anderen Neigungswinkel aufweisen, als im radial äußeren Bereich des Laufrades.

Durch diese Gestaltung lässt sich die Kennlinie der erfindungsgemäßen Förderpumpe durch ein einfaches Auswechseln des Laufrades an den vorgesehenen Verwendungsfall anpassen. Reibungsverluste an den Leit­ schaufeln oder eine sehr schwache Beschleunigung der Zirkulationsströ­ mung innerhalb der Schaufelkammern lassen sich dank der Erfindung durch einen Einsatz eines Laufrades mit entsprechenden Neigungswinkeln zu einer Senkrechten auf die Stirnseite des Laufrades auf ein Minimum reduzie­ ren. Hierdurch lassen sich Förderpumpen für unterschiedliche Verwen­ dungsfälle und Kennlinien mit einem besonders hohen Wirkungsgrad zusammenstellen.

Die erfindungsgemäße Förderpumpe hat bei hohen Volumen­ strömen und konstantem Förderdruck einen besonders hohen Wirkungsgrad, wenn der Neigungswinkel der Leitschaufeln zur Senkrechten auf die Stirnseite des Laufrades im radi­ al inneren Bereich größer ist als im radial äußeren Be­ reich. Durch diese Gestaltung entstehen im Eintrittsbe­ reich der Schaufelkammer besonders geringe Verwirbelungen und Reibungsverluste in der Zirkulationsströmung. Im Aus­ trittsbereich wird die Zirkulationsströmung stark be­ schleunigt. Hierdurch eignet sich die erfindungsgemäße Förderpumpe insbesondere für den Einsatz als elektrisch angetriebene Kraftstoffpumpe in einem Kraftfahrzeug.

Eine weitere Möglichkeit der Anpassung der Kennlinie der erfindungsgemäßen Förderpumpe besteht darin, dass die ra­ dial inneren und äußeren Bereiche der Leitschaufeln an der Stirnseite des Laufrades einen tangentialen Versatz aufweisen. Der tangentiale Versatz kann hierbei kontinu­ ierlich oder sprungartig gestaltet sein.

Die Eintritts- und Austrittsbereiche der Schaufelkammern lassen sich gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbil­ dung der Erfindung voneinander trennen, wenn das Laufrad an seiner Stirnseite im mittleren Bereich der Leitschau­ feln einen umlaufenden Rand aufweist. Hierdurch werden Verwirbelungen innerhalb der Zirkulationsströmung vermie­ den. Dies führt zu einer weiteren Erhöhung des Wirkungs­ grades der erfindungsgemäßen Förderpumpe.

Das Laufrad lässt sich gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung besonders kostengünstig fer­ tigen, wenn es zwei sandwichartig übereinander angeordne­ te Radkörper hat. Der die unterschiedlichen Neigungswin­ kel der Leitschaufeln aufweisende Radkörper kann hier­ durch wie das Laufrad der bekannten Förderpumpe mit einer zweiteiligen Form gepresst oder gespritzt werden.

Die Radkörper sind gemäß einer anderen vorteilhaften Wei­ terbildung der Erfindung dauerhaft miteinander verbunden, wenn sie miteinander verklebt oder verschweißt sind.

Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine da­ von in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend be­ schrieben. Diese zeigt in

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Förderpumpe in einem Längsschnitt,

Fig. 2 eine Schnittdarstellung durch die Förderpumpe aus Fig. 1 entlang der Linie II-II,

Fig. 3 eine Schnittdarstellung durch Leitschaufeln eines Laufrades aus Fig. 2 entlang der Linie III-III.

Die Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße, von einem Elek­ tromotor 1 angetriebene Förderpumpe 2 in einem Längs­ schnitt. Die Förderpumpe 2 hat ein in einem Gehäuse 3 drehbar angeordnetes Laufrad 4 mit einem auf einer Welle 5 des Elektromotors 1 befestigten ersten Radkörper 6 und einem mit diesem verklebten zweiten Radkörper 7. Der er­ ste Radkörper 6 hat einen Kranz Schaufelkammern 8 begren­ zende Leitschaufeln 9. Der zweite Radkörper 7 hat einen Kranz radial innerer Leitschaufeln 11 und einen Kranz ra­ dial äußerer Leitschaufeln 12. Hierdurch wird der zweite Radkörper 7 von Schaufelkammern 13, 14 durchdrungen. Die Leitschaufeln 11, 12 des zweiten Radkörpers 7 sind durch einen umlaufenden Rand 15 voneinander getrennt. Im den Leitschaufeln 11, 12 gegenüberstehenden Bereich weist das Gehäuse 3 einen sich von einem Einlasskanal 16 zu einem Auslasskanal 17 erstreckenden teilringförmigen Kanal 18 auf. Die Schaufelkammern 8, 13, 14 und der teilringförmi­ ge Kanal 18 bilden eine Förderkammer 10 für die zu för­ dernde Flüssigkeit.

Bei einer Drehung des Laufrades 4 entsteht in der Förder­ kammer 10 eine Zirkulationsströmung. Die zu fördernde Flüssigkeit wird von dem Einlasskanal 16 zunächst durch die radial inneren Schaufelkammern 13 des zweiten Radkör­ pers 7 in die Schaufelkammern 8 des ersten Radkörpers 6 geführt. Anschließend gelangt die Flüssigkeit über die radial äußeren Schaufelkammern 14 des zweiten Radkörpers 7 in den teilringförmigen Kanal 18. Während die Flüssig­ keit die Schaufelkammern 8, 13, 14 des Laufrades 4 pas­ siert, erfährt die Zirkulationsströmung eine Erhöhung ih­ rer kinetischen Energie. Zur Verdeutlichung sind die Strömungen der Flüssigkeit innerhalb der Förderpumpe 2 mit Pfeilen gekennzeichnet.

Die Fig. 2 zeigt in einer Schnittdarstellung durch die Förderpumpe 2 aus Fig. 1 entlang der Linie II-II die Stirnseite des zweiten Radkörpers 7. Hierbei ist zu er­ kennen, dass die radial inneren Leitschaufeln 11 zu den radial äußeren Leitschaufeln 12 einen tangentialen Ver­ satz d aufweisen. Weiterhin hat der zweite Radkörper 7 in einem radial mittleren Bereich Taschen 19 für die zu för­ dernde Flüssigkeit. Diese Taschen 19 bilden ein Axial­ gleitlager für das Laufrad 4.

Die Fig. 3 zeigt in einem Schnitt durch die Schaufelkam­ mern 8, 13, 14 des Laufrades 4 entlang der Linie III- III Neigungswinkel α, β, γ der Leitschaufeln 9, 11, 12 zur Senkrechten auf die Stirnseite des Laufrades 4. Die radial inneren Leitschaufeln 11 des zweiten Radkörpers 7 haben einen großen Neigungswinkel α, so dass die Zirkula­ tionsströmung an dieser Stelle nur geringe Reibungsver­ lust erfährt. Die radial äußeren Leitschaufeln 12 weisen einen kleinen Neigungswinkel β auf, so dass die Zirkula­ tionsströmung eine sehr starke Erhöhung ihrer kinetischen Energie erfährt. Die Leitschaufeln 9 des ersten Radkör­ pers 6 haben im radial inneren und im radial äußeren Be­ reich jeweils denselben Neigungswinkel γ.

Die Kennlinie der erfindungsgemäßen Förderpumpe 2 wird damit sehr stark durch den Versatz d und die Neigungswin­ kel α, β, γ der Leitschaufeln 9, 11, 12 bestimmt. Deshalb lässt sich die Förderpumpe 2 durch ein einfaches Auswech­ seln des Laufrades 4 an ihren jeweiligen Verwendungsfall anpassen.

Claims (6)

1. Förderpumpe mit einem angetriebenen, sich in einem Pumpengehäu­ se drehenden Laufrad, in welchem in zumindest einer seiner Stirnsei­ ten zumindest ein Kranz Schaufelkammern begrenzende Leitschau­ feln angeordnet ist, mit einem im Bereich der Leitschaufeln in dem Pumpengehäuse angeordneten teilringförmigen Kanal, welcher mit den Schaufelkammern zum Fördern einer Flüssigkeit von einem Ein­ lasskanal zu einem Auslasskanal eine Förderkammer bildet, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitschaufeln (11) im radial inneren Be­ reich des Laufrades (4) zu einer Senkrechten auf die Stirnseite des Laufrades (4) einen anderen Neigungswinkel (α) aufweisen als ein Neigungswinkel (β) der Leitschaufeln (12) im radial äußeren Bereich des Laufrades (4).

2. Förderpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Neigungswinkel (α) der Leitschaufeln (11) im radial inneren Bereich größer ist als der Neigungswinkel (β) der Leitschaufeln (12) im radial äußeren Bereich.

3. Förderpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Laufrad (4) an seiner Stirnseite einen umlaufenden Rand (15) aufweist, der einen radial inneren Kranz Schaufelkammern (13) begrenzende Leitschaufeln (11) von einen ra­ dial äußeren Kranz Schaufelkammern (14) begrenzenden Leitschau­ feln (12) trennt.

4. Förderpumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die radial inneren und äußeren Leitschaufeln (11, 12) an der Stirnseite des Laufrades (4) einen tangentialen Versatz (d) aufweisen.

5. Förderpumpe nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeich­ net, dass das Laufrad (4) zwei sandwichartig übereinander angeord­ nete Radkörper (6, 7) hat, wobei in einem ersten Radkörper (6) einen Kranz Schaufelkammern (8) begrenzende Leitschaufeln (9) und in ei­ nem zweiten Radkörper (7) der radial innere und radial äußere Kranz Schaufelkammern (13, 14) angeordnet sind.

6. Förderpumpe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Radkörper (6, 7) miteinander verklebt oder verschweißt sind.