Peripheralpumpe

Die Erfindung betrifft eine Peripheralpumpe mit einem an¬ getriebenen, sich in einem Pumpengehäuse drehenden Laufrad, in welchem in seinen Stirnseiten jeweils ein Kranz von Schaufeln zum Fördern einer Flüssigkeit von ei¬ nem Einlaßkanal bis zu einem Auslaßkanal eingearbeitet ist, und mit beidseitig im Bereich der Schaufeln in das Pumpengehäuse eingearbeiteten Ringkanälen, die mit Schau¬ felkammern zwischen den Schaufeln einander gegenüberlie¬ gende Förderkammern bilden, wobei das Laufrad in seinem radial inneren Bereich und im Bereich seines umlaufenden Randes dem Pumpengehäuse zur Begrenzung eines Dichtspal¬ tes mit geringem Abstand gegenübersteht und die Schaufeln in Drehrichtung gesehen von dem mittleren Bereich des Laufrades zu den Stirnseiten hin ansteigen.

Solche Peripheralpumpen werden häufig zum Fördern von Kraftstoff in einem Kraftstoffbehälter eines Kraftfahr¬ zeuges eingesetzt und sind damit bekannt. Die Förderkam¬ mern sind hierbei von einem in der Mitte des Laufrades angeordneten Mittelsteg voneinander getrennt. Bei einer Drehung des Laufrades erzeugen die Schaufeln in den För¬ derkammern eine quer zur Bewegungsrichtung der Schaufeln verlaufende Zirkulationsströmung. Diese Zirkulations- strömung verläuft beidseitig des Laufrades von auf jeder

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Seite im Pumpengehäuse angeordneten Einlaßkanälen zu den Auslaßkanälen. Zwischen den Auslaßkanälen und den Einla߬ kanälen ist jeweils in den Ringkanälen des Pumpengehäuses ein Schweller angeordnet, der die Zirkulationsströmungen unterbricht . Diese Peripheralpumpe ist wartungsfrei und hat einen hohen Wirkungsgrad. Die von dem mittleren Bereich des Laufrades zu seinen Stirnseiten ansteigende Form der Schaufeln vermindert Stoßverluste, die von einem Aufprallen der Flüssigkeit auf die Vorderseite bzw. beim Umströmen der Schaufeln hervorgerufen werden. Diese Stoßverluste entstehen immer dann, wenn die zu fördernde Flüssigkeit von den Ringkanälen in den Bereich des Laufrades gelangt. Weiterhin wird durch diese Gestaltung der Schaufeln die Flüssigkeit beim Eintritt in die Ring¬ kanäle auf eine Geschwindigkeit beschleunigt, die zu¬ nächst in Umlaufrichtung des Laufrades gesehen höher ist als die Geschwindigkeit der Schaufeln. Anschließend nimmt die Geschwindigkeit in Umlaufrichtung des Laufrades ab, während sich die Geschwindigkeit quer zur Umlaufrichtung erhöht. Die Zirkulationsströmungen haben damit eine in Umlaufrichtung des Laufrades weisende Lanzenform, was zu einem hohen Förderdruck der Peripheralpumpe führt .

Nachteilig an der bekannten Peripheralpumpe ist, daß sie zwei Einlaßkanäle und zwei Auslaßkanäle hat. Diese Ge¬ staltung führt zu einem unnötig hohen Montageaufwand der Peripheralpumpe. Weiterhin hat die Peripheralpumpe durch ihre beiden von dem Mittelsteg voneinander getrennten Förderkammern ein großes Bauvolumen.

Es sind bereits axial durchströmte Peripheralpumpen mit einem einzigen Auslaßkanal und einem einzigen Einlaßkanal bekannt geworden, bei denen die Flüssigkeit von der einen Förderkammer zu der anderen Förderkammer überströmt . Die Flüssigkeit durchströmt hierbei das Laufrad in einem ra¬ dial äußeren Bereich der Schaufelkammern. Diese Gestal-

tung führt jedoch zu einem ungünstigen Zirkulationsströ- ^' mungsprofil, das durch Leitelemente an den Rückseiten der Schaufeln gelenkt werden muß. Diese Leitelemente sollen ebenfalls die Stoßverluste an der Einlaßseite vermindern. Diese Leitelemente rufen jedoch Reibungsverluste hervor und beanspruchen einen großen Anteil des Volumens der Förderkammern. Hierdurch hat die Peripheralpumpe im Vergleich zu anderen Peripheralpumpen ein vermindertes Fördervolumen und einen geringeren Förderdruck.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Periphe¬ ralpumpe der eingangs genannten Art so zu gestalten, daß sie ein möglichst geringes Bauvolumen bei einem hohen Fördervolumen hat und gleichzeitig einen hohen Förder¬ druck aufweist.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß im Bereich zweier einander gegenüberliegender Schaufel- kammern der Schaufeln eine Verbindung zum Überströmen der Flüssigkeit erzeugt ist und daß der Einlaßkanal mit der einen Förderkammer und der Auslaßkanal mit der anderen Förderkammer verbunden ist.

Durch diese Gestaltung wird die Peripheralpumpe axial über eine erste Förderkammer und eine zweite Förderkammer durchströmt und weist jeweils nur einen einzigen Einla߬ kanal und einen einzigen Auslaßkanal auf. Die Peripheral¬ pumpe läßt sich deshalb mit einem besonders geringen Auf¬ wand beispielsweise in einem Kraftstoffbehälter montie¬ ren. Das Laufrad hat keinen die Förderkammern voneinander trennenden Mittelsteg, so daß die Peripheralpumpe beson¬ ders schmal baut. Die erfindungsgemäße Peripheralpumpe hat ein besonders hohes Fördervolumen, da die Schaufel- kammern nicht mit Leitelementen eingeengt sind. Die Rei¬ bungsverluste innerhalb der Zirkulationsströmung bei ei¬ nem Übergang von der ersten Förderkammer in die zweite

Förderkammer werden durch die Verbindung ihrer Förderkam¬ mern besonders klein gehalten. Die Flüssigkeit kann damit nahezu ohne Störung der Zirkulationsströmung von der er¬ sten Förderkammer in die zweite Förderkammer überströmen, was zu einem besonders hohen Förderdruck und zu einem besonders hohen Wirkungsgrad der erfindungsgemäßen Peri¬ pheralpumpe führt. Die geringe Störung der Zirkulations¬ strömung wirkt sich besonders bei heißen Flüssigkeiten mit einem hohen Dampfdruck vorteilhaft aus, da diese bei einer Störung oder einem Abreißen der Zirkulationsströ¬ mung zur Bildung von den Förderdruck verringernden und Kavitationsschäden am Laufrad hervorrufenden Dampfblasen neigen. Weiterhin wird die zu fördernde Flüssigkeit dank der geringen Reibungsverluste kaum erwärmt .

Weisen die Förderkammern im Bereich der Schaufelkammern einen kreisförmigen Querschnitt auf, so sind die Rei¬ bungsverluste besonders gering.

Die Stoßverluste bei einem Eintritt der Zirkulationsströ¬ mung in die Schaufelkammern lassen sich auf ein Minimum beschränken, wenn die Schaufeln gemäß einer anderen vor¬ teilhaften Weiterbildung der Erfindung in Laufrichtung des Laufrades gesehen um einen Winkel von 5 bis 45° zur Oberflächennormalen der Stirnseiten des Laufrades von dem mittleren Bereich des Laufrades zu der jeweiligen Stirn¬ seite hin ansteigen.

Die erfindungsgemäße Peripheralpumpe erreicht bereits bei einer niedrigen Drehzahl des Laufrades einen besonders hohen Förderdruck, wenn die Schaufeln gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung in Laufrichtung des Laufrades gesehen um einen Winkel von 10 bis 20° zur Oberflächennormalen der Stirnseiten des Laufrades von dem mittleren Bereich des Laufrades zu der jeweiligen Stirnseite hin ansteigen.

Bei niedrigen Drehzahlen läßt sich sehr einfach eine lan- zenförmige, in Drehrichtung des Laufrades gerichtete Zir¬ kulationsströmung erzeugen, wenn die Schaufeln gemäß ei¬ ner anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung in Laufrichtung des Laufrades gesehen parabelförmig von dem mittleren Bereich des Laufrades zu den Stirnseiten hin ansteigen.

Resonanzschwingungen, die bei bestimmten Drehzahlen der Peripheralpumpe und Viskositäten der Flüssigkeiten ent¬ stehen und zu störenden Geräuschen führen, lassen sich gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Er¬ findung einfach dadurch vermeiden, daß die Schaufeln zu¬ einander unterschiedliche Winkelabstände haben.

Eine geringe Bautiefe und einfache Herstellbarkeit ergibt sich, wenn die Verbindung durch eine Überschneidung der kreisförmigen Fδrderkammern gebildet ist.

Die Flüssigkeit strömt besonders leicht von der ersten Förderkammer in die zweite Förderkammer, wenn die durch Überschneidung der Förderkammern erzeugte Verbindung ge¬ mäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfin¬ dung in radialer Richtung des Laufrades nach außen und/oder innen hin erweitert ist. Dies führt zudem zu ei¬ ner Erhöhung des maximal erreichbaren Förderdrucks .

Das Verhältnis der Geschwindigkeit der Flüssigkeit normal zur Umlaufrichtung und der mittleren Geschwindigkeit in Umlaufrichtung zueinander ist entscheidend für die Stabi¬ lität der Zirkulationsströmung und damit für den mit der Peripheralpumpe maximal erzeugbaren Förderdruck. Dieses Verhältnis ist bei einem vorgegebenen Arbeitspunkt einer Peripheralpumpe, bei der die kreisförmigen Förderkammern annähernd hälftig auf die Schaufelkammern und die Ringka-

näle aufgeteilt sind, lediglich abhängig von dem Verhält¬ nis des mittleren Durchmessers des Kranzes der Schaufeln zu dem Radius der Förderkammern. Bei einer solchen Peri¬ pheralpumpe wird ein hoher Förderdruck gemäß einer ande¬ ren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung einfach da¬ durch erreicht, daß das Verhältnis des mittleren Durch¬ messers des Kranzes der Schaufeln zu dem Radius der För¬ derkammer größer als 7 und kleiner als 99 gewählt ist.

Versuche haben zu einem besonders hohen Förderdruck ge¬ führt, wenn das Verhältnis des mittleren Durchmessers des Kranzes der Schaufeln zu dem Radius der Förderkammer ge¬ mäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfin¬ dung größer als 15 und kleiner als 30 gewählt ist.

Durch ein Abreißen der Zirkulationsströmung nach einem Verlassen der Schaufelkammern entstehende Störungen wer¬ den gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung einfach dadurch vermieden, daß in die Förder¬ kammern hineinragende Kanten der Schaufeln abgerundet sind oder eine Fase aufweisen.

Der Radius oder die Fase muß an den Schaufeln nur an den Rändern vorhanden sein, an dem die Zirkulationsstromung die Schaufeln berührt. Dann gestalten sich die Schaufeln konstruktiv besonders einfach, wenn der Radius oder die Fase in Laufrichtung des Laufrades gesehen an der Kante der Vorderseite der Schaufeln in einem radial äußeren Be¬ reich und an der Kante der Rückseite in einem radial in¬ neren Bereich angeordnet ist .

Die störungshemmende Wirkung der Radien bzw. der Breite der Fasen hängt wesentlich von den Abmessungen der Schau¬ feln ab. So benötigen beispielsweise große Schaufeln ent¬ sprechend große Radien oder Fasen. Die Flüssigkeit zir¬ kuliert gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung

der Erfindung besonders störungsarm in den Förderkammern, wenn der Radius oder die Breite der Fase zumindest 1/70 der Höhe der Schaufeln entspricht.

Auf das Laufrad wirkende Axialkräfte könnten des Laufrad beim Betrieb der Peripheralpumpe gegen das Pumpengehäuse drücken, was eine Erhöhung des Verschleißes bei gleich¬ zeitiger Verringerung des Förderdrucks zur Folge hätte . Die auf das Laufrad wirkenden Axialkräfte lassen sich ge¬ mäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfin¬ dung einfach aufnehmen, wenn das Laufrad an seinen Stirn¬ seiten mehrere einander gegenüberliegende Vertiefungen hat und jeweils zwei einander gegenüberliegende Vertie¬ fungen untereinander verbunden sind. Die Vertiefungen bilden damit Drucktaschen eines Axialgleitlagers, die über die Dichtspalte zwischen dem Laufrad und dem Pumpen¬ gehäuse mit den Förderkammern verbunden sind. Durch eine Leckage der zu fördernden Flüssigkeit durch den Dichtspalt gelangt Flüssigkeit in die Vertiefungen, so daß das Laufrad bei einer Drehbewegung auf einem Flüssig¬ keitsfilm schwimmt. Diese Gleitlager verhindern damit während des Betriebes der erfindungsgemäßen Peripheral¬ pumpe einen Kontakt des Laufrades an dem Pumpengehäuse.

Die Vertiefungen könnten in einem von den Schaufeln aus gesehen radial äußeren Bereich des Laufrades angeordnet sein. Hier hat das Laufrad eine hohe Umfangsgeschwindig¬ keit, wodurch die Axialkräfte bereits bei einem Start der Peripheralpumpe aufgenommen werden. Die Peripheralpumpe gestaltet sich jedoch besonders platzsparend, wenn die Vertiefungen gemäß einer anderen vorteilhaften Weiter¬ bildung der Erfindung von den Schaufeln aus gesehen im radial inneren Bereich des Laufrades angeordnet sind.

Die Vertiefungen weisen durch ein hohes Volumen sehr gute Notlaufeigenschaften bei einem kurzfristigen Ausbleiben

der zu fördernden Flüssigkeit auf, wenn die Vertiefungen gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Er¬ findung wannenförmig gestaltet sind.

Die Vertiefungen sind gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung einfach herzustellen, wenn sie gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung in einem tangentialen Schnitt durch das Laufrad taschenförmig gestaltet sind.

Das Laufrad ist kostengünstig herstellbar, wenn es gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung aus Kunststoff im Spritzgießverfahren hergestellt ist . Weiterhin hat das aus Kunststoff gefertigte Laufrad ein besonders geringes Gewicht, wodurch die Peripheralpumpe nach einem Start sehr schnell ihre maximale Förderlei¬ stung erreicht .

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.l einen Längsschnitt durch eine erfindungs¬ gemäße Peripheralpumpe,

Fig.2 einen tangentialen Schnitt durch die

Peripheralpumpe aus Figur 1 entlang der Linie II - II,

Fig.3 einen tangentialen Schnitt durch die

Peripheralpumpe aus Figur 1 entlang der Linie III - III.

Die Figur 1 zeigt einen Längsschnitt einer erfindungsge¬ mäßen Peripheralpumpe mit einem Pumpengehäuse 1, in wel-

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chem ein Laufrad 2 drehbar angeordnet ist. In dem Laufrad 2 sind in seinen beiden Stirnseiten 3, 4 jeweils ein Kranz 5 von Schaufeln 6, 6a, 6b eingearbeitet. Das Laufrad 2 ist in seinem Zentrum drehfest auf einer An¬ triebswelle 7 befestigt. Das Pumpengehäuse 1 hat im Be¬ reich der Schaufeln 6, 6a, 6b auf beiden Seiten jeweils einen Ringkanal 8, 9. Die Ringkanäle 8, 9 bilden zusammen mit in Figur 2 dargestellten Schaufelkammern 10, 10a, 10b zwischen den Schaufeln 6, 6a, 6b Förderkammern 11, 12, welche jeweils einen kreisförmigen Querschnitt haben. Bei einer Drehung des Laufrades 2 entstehen in den För¬ derkammern 11, 12 Zirkulationsströmungen einer zu för¬ dernden Flüssigkeit. Zur Verdeutlichung sind die Zirkula¬ tionsströmungen in den Figuren 1 und 2 mit Pfeilen ge¬ kennzeichnet. Die Förderkammern 11, 12 sind hierbei je¬ weils hälftig auf die Schaufelkammern 10, 10a, 10b und die Ringkanäle 8, 9 aufgeteilt und haben untereinander eine Verbindung 13, die durch eine Überschneidung ihrer kreisförmigen Querschnitte erzeugt ist. Durch diese Ver¬ bindung 13 kann Flüssigkeit nahezu verwirbelungsfrei von der einen Förderkammer 11 in die andere Förderkammer 12 überströmen.

In seinem radial äußeren Bereich und an seinen Stirnsei¬ ten 3, 4 steht das Laufrad 2 dem Pumpengehäuse 1 mit ei¬ nem geringen Abstand gegenüber. Hierdurch entsteht ein um das Laufrad 2 umlaufender Dichtspalt 14, der die Förder¬ kammern 11, 12 abdichtet.

Von den Schaufeln 6, 6a, 6b aus gesehen im radial inneren Bereich des Laufrades 2 sind in den Stirnseiten 3, 4 mehrere einander gegenüberliegende Vertiefungen 15, 16 eingearbeitet. Jeweils zwei gegenüberliegende Vertiefun¬ gen 15, 16 sind durch einen Kanal 17 miteinander verbun¬ den. Durch den Dichtspalt 14 zwischen dem Laufrad 2 und dem Pumpengehäuse 1 gelangt eine geringe Menge Leckage

der zu fördernden Flüssigkeit zu den Vertiefungen 15, 16. Hierdurch bilden die Vertiefungen 15, 16 Axialgleitlager für das Laufrad 2. Im Betrieb der Peripheralpumpe schwimmt das Laufrad 2 damit reibungsfrei auf einem Flüs¬ sigkeitsfilm.

Die Figur 2 zeigt einen tangentialen Schnitt durch die erfindungsgemäße Peripheralpumpe aus Figur 1 entlang der Linie II - II. Zur Verdeutlichung der Zeichnung sind die Förderkammern 11, 12 und das Laufrad 2 im Bereich der Schaufeln 6, 6a, 6b gestreckt eingezeichnet. Das Pumpen¬ gehäuse 1 hat einen Einlaßkanal 18 und einen Auslaßkanal 19, die von einem beidseitig des Laufrades 2 angeordneten Schweller 20 voneinander getrennt sind. Der Schweller 20 unterbricht die in den Förderkammern 11, 12 erzeugten Zirkulationsströmungen der zu fördernden Flüssigkeit. Der Einlaßkanal 18 ist mit der ersten Förderkammer 11 unmittelbar hinter dem Schweller 20 verbunden. In Um¬ laufrichtung gesehen unmittelbar vor dem Schweller 20 mündet die zweite Förderkammer 12 in den Auslaßkanal 19.

Die Schaufeln 6, 6a, 6b sind symmetrisch in dem Laufrad 2 angeordnet und steigen von einem axial mittleren Bereich des Laufrades 2 zu den Stirnseiten 3, 4 des Laufrades 2 um einen Winkel α an. Der eingezeichnete Winkel α be¬ trägt hierbei etwa 15°. Durch diese Gestaltung wird die Strömung der Flüssigkeit beim Eintritt in die Ringkanäle 8, 9 in Umfangsrichtung auf eine Geschwindigkeit be¬ schleunigt, die zunächst größer ist als die Geschwindig¬ keit der Schaufeln 6. Anschließer ^" verringert sich die Geschwindigkeit der Flüssigkeit i: αfangsrichtung, wäh¬ renddessen die Geschwindigkeit q; zum Laufrad 2 an¬ steigt. Hierdurch entsteht in den Ringkanälen 8, 9 je¬ weils ein lanzenförmiges Strömungsprofil der Zirkulati¬ onsströmung, wodurch ein hoher maximaler Förderdruck er¬ zeugbar ist .

Die Figur 3 zeigt einen tangentialen Schnitt der Vertie¬ fungen 15, 16 des Laufrades 2 entlang der Linie III - III aus Figur 1. Die Vertiefungen 15, 16 sind taschenförmig in das Laufrad 2 eingearbeitet und in ihrem Zentrum über den Kanal 17 miteinander verbunden.