Beschreibung

Kraftstoffpumpe zum Fördern von Kraftstoff aus einem Vorratsbehälter zu einer Brennkraftmaschine

Gegenstand der Erfindung ist eine Kraftstoffpumpe zum Fördern von Kraftstoff aus einem Vorratsbehälter zu einer Brennkraftmaschine mit einem Gehäuse, mindestens einem in dem Gehäuse angeordneten Laufrad, wobei das Laufrad mindestens einen Kranz von zueinander beabstandet angeordneten Schaufeln aufweist, einem das Laufrad über eine Welle antreibenden Elektromotor, der als Axialfeldmotor ausgebildet ist und einen Rotor und einen Stator besitzt, dessen Rotor Permanentmagnete aufweist und dass den Permanentmagneten gegenüberliegend Wicklungen tragende Spulenkörper im Abstand zur Rotorachse und in gleichmäßigen Winkelabständen fest in dem Gehäuse angeordnet sind.

Es ist allgemein bekannt, Kraftstoffpumpen mit einem Elektro- motor und einem Laufrad auszubilden, wobei sich der Elektromotor in axialer Erstreckung an das in einer Pumpenkammer umlaufende Laufrad anschließt. Der Elektromotor besteht aus einem die Wicklungen tragenden Rotor, der von einem die Permanentmagneten aufweisenden Stator umgeben ist. Pumpenkammer und Antriebsmotor sind von einem gemeinsamen Gehäuse umgeben. Im Betrieb der Kraftstoffpumpe wird der Kraftstoff durch die Pumpenkammer und den Elektromotor gefördert. Nachteilig bei diesem Pumpentyp ist das Durchströmen des Kraftstoffs durch den Elektromotor, da der Rotor zu Verwirbelungen im geförder- ten Kraftstoff und somit zu Leistungsverlusten führt. Weiterhin besitzen derartige Kraftstoffpumpen aufgrund ihres Aufbaus eine gewisse Baulänge, die aufgrund immer flacherer Kraftstoffbehälter Grenzen bezüglich der Anordnung im Kraftstoffbehälter erfahren.

Eine Kraftstoffpumpe mit einer geringen Baulänge ist aus der DE 196 17 495 Al bekannt. Bei dieser Kraftstoffpumpe bilden

der Rotor des Elektromotors und das Laufrad der Pumpe eine einstückige Baueinheit. Der radial innen liegende Rotor trägt dabei die Wicklungen. An den Rotor schließt sich radial außen das Laufrad an. Den Wicklungen auf dem Rotor gegenüberliegend sind zu beiden Seiten des Rotors Permanentmagnete angeordnet, die den Stator des Elektromotors bilden. An die Permanentmagnete schließt sich radial außen das Pumpengehäuse an, welches das Laufrad mit den Schaufelkränzen aufnimmt. Nachteilig bei dieser Ausbildung eines Axialfeldmotors ist der große Durch- messer des Rotors, der durch die Größe der Wicklungen bedingt ist, die wiederum zum Erreichen eines vorgegebenen Drehmoments des

Elektromotors notwendig sind. Insbesondere beim Einsatz der Kraftstoffpumpe in einem Vorratsbehälter kann der Durchmesser der Kraftstoffpumpe aufgrund der vorgegebenen öffnungen im Vorratsbehälter nicht beliebig erhöht werden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Kraftstoffpumpe mit verbessertem Wirkungsgrad bei kleinen Abmes- sungen zu schaffen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass die Spulenkörper bezogen auf ihre Längsausrichtung parallel zur Welle des Elektromotors angeordnet sind.

Mit dem Vorsehen der Spulenkörper in dem Stator wird eine a- xial ausgerichtete Anordnung der Spulenkörper ermöglicht. Dadurch lässt sich der Durchmesser der Spulenanordnung wesentlich kleiner gestalten als bei einer Anordnung der Spulen auf dem Rotor. Eine derart aufgebaute Kraftstoffpumpe weist daher einen wesentlich kleineren Außendurchmesser auf, der in etwa in dem Bereich bisher verwendeter Kraftstoffpumpen liegt. Damit lässt sich die erfindungsgemäße Kraftstoffpumpe in bereits bestehende Fördereinheiten einsetzen.

Die Anordnung der Spulenkörper gestaltet sich mit geringem Aufwand, wenn der Stator radial verlaufende Wände besitzt,

wobei durch die Wände Kammern gebildet sind, und mindestens ein die Wicklungen tragender Spulenkörper in einer Kammer angeordnet ist. Der Stator bildet dabei einen Teil des Gehäuses .

Verwirbelungen im Bereich der Permanentmagnete werden in einer besonders einfachen Ausführung vermieden, wenn die Permanentmagnete derart in dem Rotor angeordnet sind, dass sie mit der jeweiligen Seitenfläche des Rotors abschließen.

In einer besonders einfachen Ausführung besteht der Rotor aus einer Rotorscheibe, auf der die Permanentmagnete angeordnet sind .

In einer weiteren Ausgestaltung lässt sich die Leistung der Kraftstoffpumpe erhöhen, wenn der Rotor aus zwei Rotorscheiben besteht, die in axialer Erstreckung zu beiden Seiten der Spulenanordnung angeordnet sind, so dass sie die Spulenanordnung einschließen.

In einer anderen Ausführung ist das Laufrad in Strömungsrichtung vor dem Rotor angeordnet ist. Das hat den Vorteil, dass der Elektromotor als Baugruppe vorab montiert und geprüft werden kann, bevor er in der Kraftstoffpumpe verbaut wird. Sofern die Kraftstoffpumpe eine Vor- und eine Hauptpumpenstufe aufweist, besteht eine vorteilhafte Ausgestaltung darin, dass zwei Laufräder vorgesehen sind, wobei der Elektromotor zwischen den Laufrädern angeordnet ist.

Die erfindungsgemäße Kraftstoffpumpe benötigt in axialer

Erstreckung besonders wenig Bauraum, wenn das Laufrad mit dem Rotor eine Baueinheit bildet.

Das Laufrad kann dabei hinsichtlich der Permanentmagnete so- wohl radial innen als auch radial außen angeordnet sein. Sofern das Laufrad im radial äußeren Bereich einer Rotorscheibe angeordnet ist, hat sich ein ringförmig ausgebildetes Laufrad

als vorteilhaft erwiesen. Das Laufrad kann in diesem Fall sowohl als Seitenkanal- oder Peripheralrad ausgebildet sein, während es bei einer gegenüber den Permanentmagneten radial innen liegenden Anordnung als Seitenkanalrad ausgebildet ist.

Es ist aber auch denkbar, den Rotor als eine Rotorscheibe auszubilden, die in ihrem radial äußeren Bereich als Laufrad einer Peripheral- oder Seitenkanalpumpe ausgebildet ist und in Strömungsrichtung gesehen vor der Rotorscheibe ein weite- res Pumpenlaufrad anzuordnen.

Die Anordnung eines separaten Pumpenlaufrades wird in einer anderen Ausgestaltung vermieden, indem der Rotor zwei Rotorscheiben aufweist, die in axialer Erstreckung zu beiden Sei- ten der Spulenanordnung angeordnet sind, wobei die Laufräder ringförmig ausgebildet sind und jeweils im radial äußeren Bereich einer Rotorscheibe angeordnet sind, so dass die Rotorscheiben und die Laufräder eine Baueinheit bildet.

Durch das Vorsehen von mehreren Pumpstufen lässt sich die

Förderleistung der Kraftstoffpumpe gegenüber einer Ausbildung mit nur einer Pumpstufe erhöhen. Die Pumpstufe kann wie bereits beschrieben, als separates Laufrad oder in Baueinheit mit einem Rotor ausgebildet sein. Neben der Erhöhung der För- derleistung, kann das Vorsehen von mehreren Pumpstufen auch zur Versorgung mehrerer Verbraucher oder zum Befüllen eines Reservoirs, insbesondere eines Schwalltopfes, genutzt werden.

In einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Kraftstoffpumpe dient eine Pumpstufe zum Fördern von Kraftstoff zur Brennkraftmaschine des Kraftfahrzeugs, während die andere Pumpstufe Kraftstoff zum Antrieb einer Saugstrahlpumpe fördert.

Da der Kraftstoffbedarf einer Saugstrahlpumpe im Vergleich zum dem einer Brennkraftmaschine wesentlich geringer ist, ist es gemäß einer weiteren Ausgestaltung vorteilhaft, bei mehreren Pumpstufen lediglich einen Teil der geförderten Kraft-

stoffmenge einer Pumpstufe der Saugstrahlpumpe zuzuführen, während die verbleibende Kraftstoffmenge zur Brennkraftmaschine gefördert wird.

Zur Kühlung des Elektromotors trägt es bei, wenn der Stator derart ausgebildet ist, dass der von einem in Strömungsrichtung vor der Spulenanordnung befindlichem Laufrad geförderte Kraftstoff die Spulenanordnung durchströmt.

Die Zuführung des Kraftstoffs zur Spulenanordnung gestaltet sich mit geringem Aufwand, wenn der Auslass des in Strömungsrichtung vor der Spulenanordnung befindlichen Laufrades und die Spulenanordnung mit einem Kanal verbunden sind. Der Kanal kann in Bezug zur Welle des Elektromotors einen schrägen oder einen abgewinkelten Verlauf aufweist. Ein derartiger Kanalverlauf ist mit einfachen Mitteln herstellbar.

Aufgrund teilweise aggressiver Bestandteile im Kraftstoff, sind oftmals Schutzmaßnahmen für Teile des Elektromotors not- wendig. Derartige Maßnahmen lassen sich mit einem Stator vermeiden, welcher derart ausgebildet ist, dass der von einem in Strömungsrichtung vor der Spulenanordnung befindlichem Laufrad geförderte Kraftstoff den das Gehäuse bildenden Stator mit der Spulenanordnung umströmt. Auf diese Weise wird die Spulenanordnung nicht direkt vom Kraftstoff sondern über die Wärmeabgabe an den Stator gekühlt. Die Kühlung lässt sich mit einem Stator aus einem gut wärmeleitfähigen Material noch verstärken .

Eine derartige Kraftstoffführung in der Kraftstoffpumpe lässt sich mit einem im Stator angeordneten Kanal für den Kraftstoff erreichen, wobei der Kanal im Bereich der Spulenanordnung parallel zur Spulenanordnung angeordnet ist.

Eine stromabwärts des Auslasses des Laufrades angeordnete

Verteileinrichtung ermöglicht dagegen eine Aufteilung des geförderten KraftstoffStroms, so dass ein Teilstrom durch die

Spulenanordnung und ein Teilstrom an der Spulenanordnung vorbei leitbar ist.

Eine derartige Verteileinrichtung kann aber auch dazu ver- wandt werden, den Kraftstoffström dahingehend aufzuteilen, dass ein Teile zu einem ersten Verbraucher, insbesondere eine Saugstrahlpumpe, und der verbleibende Teil zu einem zweiten Verbraucher, insbesondere einer zweiten Pumpstufe oder der Brennkraftmaschine, geleitet wird.

An mehreren Ausführungsbeispielen wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigen in

Figur 1: eine Explosionsdarstellung eine Kraftstoffpum- pe mit zwei Laufrädern,

Figuren 2a-c: weitere Ausführungsformen mit separaten Laufrädern,

Figuren 3a-d: weitere Ausführungsformen mit integrierten

Laufrädern und

Figuren 4a-c: weitere Ausführungsformen mit mehreren Spulenanordnungen .

Die in Figur 1 dargestellte Kraftstoffpumpe 1 besteht aus einem ersten Gehäusedeckel 2 der einen Einlassstutzen 3 besitzt, über den Kraftstoff von der Kraftstoffpumpe 1 angesaugt wird. Der erste Gehäusedeckel 2 besitzt auf der dem Einlassstutzen 3 abgewandten Seite einen ringförmigen Kanal 4 mit halbkreisförmigem Querschnitt, welcher mit dem Einlassstutzen 3 verbunden ist und sich über 330° erstreckt.

Dem Kanal 4 gegenüberliegend ist ein erster Rotor 5 angeord- net . Der erste Rotor 5 weist einen ein erstes Laufrad 6 bildenden Ring 7 auf, zu dessen beiden Seiten jeweils ein Kranz 8 von Schaufelkammern 9 begrenzenden Schaufeln 10 angeordnet

ist. Mit dem ersten Rotor 5 sind auf der dem ersten Gehäusedeckel 2 abgewandten Seite vier Magnete 11 in Form eines Kreisrings verbunden. Der erste Rotor 5 besitzt eine zentrale Bohrung 12 in der eine Welle 13 drehfest angeordnet ist.

An den ersten Rotor 5 schließt sich ein Stator 14 an. Der Stator 14 besitzt eine zentrale Bohrung 15. In die Bohrung 15 ist eine Lagerbuchse 19 für die Welle 13 eingesetzt. Um die Bohrung 15 sind konzentrisch sechs Kammern 16 im gleichen Winkelabstand zueinander angeordnet, in denen jeweils ein

Spulenkörper 17 angeordnet ist. Die Kammern 16 sind in axialer Erstreckung durch Kammerwände voneinander getrennt. Die Spulenkörper 17 sind so ausgerichtet, dass sie in ihrer Längserstreckung parallel zur Welle 13 des Elektromotors an- geordnet sind. Auf den Spulenkörpern 17 ist jeweils eine

Wicklung 18 angeordnet. Die Spulenkörper 17 mit den Wicklungen 18 sind derart konzentrisch angeordnet, dass sie den Magneten 11 des ersten Rotors 5 gegenüberliegen.

In seinem radial äußeren Bereich weist der Stator 14 auf seiner dem ersten Rotor 5 zugewandten Seite 22 einen Absatz 20 auf, der derart ausgebildet ist, dass der Ring 7, welcher das erste Laufrad 6 bildet, darin aufgenommen wird. Der Absatz 20 weist einen teilringsförmigen Kanal 21, der in Anordnung und Ausbildung dem Kanal 4 des ersten Gehäusedeckels 2 entspricht, so dass der erste Gehäusedeckel 2, der Ring 7 und der Absatz 20 eine Seitenkanalpumpstufe bilden.

Der teilringförmige Kanal 21 im Stator 14 besitzt in Förder- richtung an seinem Ende einen Auslass 23, der im radial äußeren Bereich des Stators 14 als Kanal 23a bis zu einem Einlass 23b verläuft. Der Seite 22 gegenüberliegend, weist der Stator 14 eine Seite 24 gleichen Aufbaus mit einem Absatz 25 zur Aufnahme eines zweiten Laufrades 26 und einen teilringförmi- gen Kanal 27 auf. Der teilringförmige Kanal 27 beginnt am nicht dargestellten Einlass und verläuft ebenfalls über einen Winkelbereich von 330°.

Das zweite Laufrad 26, welches durch einen Ring 28 gebildet wird, entspricht vom Aufbau dem Laufrad 6 mit zu beiden Seiten angeordneten Kränzen 29 von Schaufelkammern 30 begrenzen- den Schaufeln 31. Das zweite Laufrad 26 bildet mit einem zweiten Rotor 32 eine Baueinheit. Der zweite Rotor 32 mit den Magneten 33 entspricht hinsichtlich Aufbau und Anordnung zu den Spulenkörpern 17 mit den Wicklungen 18 dem ersten Rotor 5. Auf der den Magneten 33 abgewandten Seite des zweiten Ro- tors 32 wird die Kraftstoffpumpe 1 von einem zweiten Gehäusedeckel 34 abgeschlossen, der in seinem Aufbau dem ersten Gehäusedeckel 2 entspricht. Aufgrund der kompakten Bauweise besitzt die Kraftstoffpumpe 1 eine axiale Länge von 35mm und einen Durchmesser von 70mm.

Im Betrieb der Kraftstoffpumpe 1 wird Kraftstoff über den Einlass 3 angesaugt. Der angesaugte Kraftstoff strömt in den teilringförmigen Kanal 4 und wird vom ersten Laufrad 6 zum Auslass 23 gefördert. Der Kraftstoff strömt anschließend im Stator bis zu dem nicht dargestellten Einlass, der in den teilringförmigen Kanal 24 der zweiten Seitenkanalpumpstufe mit dem zweiten Laufrad 26 mündet. Nachdem der Kraftstoff vom zweiten Laufrad 26 entlang des teilringförmigen Kanals 24 gefördert wurde, tritt der Kraftstoff mit Nenndruck aus dem nicht dargestellten Auslass im zweiten Gehäusedeckel 34 aus. Von dort aus wird der Kraftstoff zu einem Verbraucher, z.B. einer nicht dargestellten Brennkraftmaschine gefördert. Die Rotation der Laufräder 6, 26 erfolgt durch die Verbindung mit den beiden Rotoren 5, 32, die wiederum über die gemeinsame Welle 13 miteinander verbunden sind.

Die nachfolgenden Figuren zeigen weitere Ausführungsformen gemäß der Kraftstoffpumpe in Figur 1 hinsichtlich Anzahl und Anordnung der wesentlichen Baugruppen im Schnitt. Zur besse- ren Darstellung der unterschiedlichen Anordnungen sind lediglich die Baugruppen Rotor mit Magnet, Laufrad, Welle und Spulenkörper mit Wicklung gezeigt, wobei die Baugruppen zur ver-

einfachten Darstellung in schematischer Weise gezeigt sind. Der Kraftstoff wird durch die Kraftstoffpumpe von links nach rechts gefördert.

In Figur 2a ist auf der Welle 13 ist ein separates Laufrad 6 angeordnet. In Strömungsrichtung dahinter sind ein erster Rotor 5 und ein zweiter Rotor 32 angeordnet. Zwischen beiden Rotoren 5, 32 sind die Spulenkörper 17 mit Wicklung 18 angeordnet. Laufrad 6 und Rotor 5 sind separate Bauteile.

Der Aufbau der Kraftstoffpumpe 1 in Figur 2b entspricht dem Aufbau nach Figur 2a. Lediglich nach dem zweiten Rotor 32 ist ein zweites Laufrad 26 als zusätzliches Bauteil angeordnet. Durch das zweite Laufrad 32, welches eine zweite Pumpenstufe ist, wird die Brennkraftmaschine mit Kraftstoff versorgt. Der vom ersten Laufrad 6 geförderte Kraftstoff dient zum Antrieb einer nicht dargestellten Saugstrahlpumpe.

Die Figur 2c zeigt eine Kraftstoffpumpe 1 mit nur einem Rotor 5, an den sich in Strömungsrichtung Spulenkörper 17 mit Wicklung 18 anschließen. Auf der dem Rotor 5 abgewandten Seite der Spulenkörper 17 ist ein Laufrad 6 angeordnet. Eine derartige Kraftstoffpumpe 1 erfordert aufgrund des einfachen Aufbaus einen geringen Bauraum und ist mit dem einen Laufrad 6 für geringere Anforderungen geeignet.

Nach den bisher beschriebenen Kraftstoffpumpen mit separaten Laufrädern werden nachfolgend Kraftstoffpumpen mit Laufrädern beschrieben, die mit einem Rotor eine Baueinheit bilden. Fi- gur 3a zeigt eine derartige Kraftstoffpumpe 1 als schematische Darstellung. Vom Aufbau entspricht die Kraftstoffpumpe 1 der Pumpe aus Fig. 1.

Figur 3b zeigt eine Kraftstoffpumpe 1, die sich von der Kraftstoffpumpe nach Figur 3a dadurch unterscheidet, dass die Laufräder 6, 26 in Bezug auf die Rotoren 5, 32 radial innen angeordnet sind.

Figur 3c zeigt eine Kraftstoffpumpe 1 mit nur einem Rotor 5 und einem Laufrad 6. Diese Kraftstoffpumpe 1 zeichnet sich durch einen geringeren Platzbedarf aus.

Die Kraftstoffpumpe 1 in Figur 3d besitzt zwei Rotoren 5, 32 und ein Laufrad 6, wobei das Laufrad 6 mit dem ersten Rotor 5 eine Baueinheit bildet.

Kraftstoffpumpen für höhere Anforderungen zeigen die Figuren 4a-c. Die Kraftstoffpumpe 1 in Figur 4a besitzt drei Rotoren 5, 32, 35 zwischen denen Spulenkörper 17, 36 mit Wicklungen 18, 37 angeordnet sind, wobei die Spulenkörper 17, 36 in ihre Längsausrichtung parallel zur Rotorachse ausgerichtet sind.

In Figur 4a besitzt die Kraftstoffpumpe 1 ein Laufrad 6, welches eine Baueinheit mit dem ersten Rotor 5 bildet. Das Laufrad 6 ist gemäß Figur 1 als Ring radial außen am ersten Rotor 5 angeordnet. Die Kraftstoffpumpe 1 in Figur 4b besitzt zwei Laufräder 6, 26 gemäß den Laufrädern in Figur 1. Beide Laufräder 6, 26 fördern Kraftstoff zur nicht dargestellten Brennkraftmaschine. Darüber hinaus wird ein Teil des vom ersten Laufrad 6 geförderten Kraftstoffs einer nicht dargestellten Saugstrahl- pumpe als Antrieb zugeführt.

Die Kraftstoffpumpe 1 in Figur 4c baut auf der Kraftstoffpumpe 1 nach Figur 4b auf, wobei der dritte Rotor 35 ebenfalls eine Baueinheit mit einem Laufrad 38 analog den Rotoren 5, 32 bildet.

Die Erfindung ist nicht auf Laufräder mit einem Kranz von Schaufelkammern begrenzenden Schaufeln auf jeder Seite des Laufrades und den korrespondierenden teilringförmigen Kanälen in Gehäusedeckel und Stator begrenzt. Die Laufräder mit den korrespondierenden Kanälen können auch mehrere konzentrisch angeordnete Kränze von Schaufelkammern begrenzenden Schaufeln

oder mehrere, vorzugsweise zwei, auf einem Teilkreisdurchmesser angeordnete, korrespondierende Kanäle besitzen. Ebenso kann der mindestens eine Kranz von Schaufelkammern begrenzenden Schaufeln nur auf einer Seite eines Laufrades angeordnet sein .