DE102007048019A1

DE102007048019A1 - Pumpe

Info

Publication number: DE102007048019A1
Application number: DE102007048019A
Authority: DE
Inventors: Vojin Dipl.-Ing. Subasic; Bernhard Zabern; Johann Stastny; Gerald Winter; Brigitte Haider
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2007-10-06
Filing date: 2007-10-06
Publication date: 2009-04-09

Abstract

Pumpe (1) für eine Flüssigkeit, insbesondere eine Kühlmittelpumpe für eine Brennkraftmaschine, mit einem Gehäuse (2), in dem ein um eine Drehachse (3) antreibbares Förderrad (4) angeordnet ist, wobei das Förderrad (4) die Flüssigkeit saugseitig weitgehend in Richtung der Drehachse (3) ansaugt und druckseitig weitgehend radial nach außen fördert, wobei saugseitig in dem Gehäuse (2) und/oder einem an das Förderrad (4) angrenzenden Abschnitt einer Saugleitung (2') zumindest eine radial nach innen ragende, weitgehend in Richtung der Drehachse (3) ausgerichtete Strömungsleitrippe (5) vorgesehen ist. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Pumpe werden die Verluste der Strömung reduziert.

Description

Die Erfindung betrifft eine Pumpe mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Sie geht von der europäischen Offenlegungsschrift EP 1 256 722 A2 aus. In dieser ist eine Pumpe für flüssige Medien, insbesondere eine Kühlwasserpumpe für Brennkraftmaschinen mit innerer Verbrennung, beschrieben. Die Pumpe verfügt über ein in einem Gehäuse angeordneten und um eine Drehachse antreibbares Förderrad. Beim Betrieb der Brennkraftmaschine saugt das Förderrad Flüssigkeit über eine Saugleitung an und fördert dieses druckseitig weitgehend radial nach außen in das Kühlsystem der Brennkraftmaschine.
Das Förderrad versetzt die Strömung des Kühlwassers hierbei vor der Pumpe durch innere Reibung und Wandreibung in eine Rotationsbewegung mit einer Geschwindigkeit, die im Vergleich zu der Fördegeschwindigkeit nicht unerheblich ist. Durch diese Rotationsbewegung des Kühlwassers wird der Anströmungswinkel der Strömung zum Förderrad verschlechtert, also dessen Wirkungsgrad reduziert. Darüber hinaus kommt es durch die zusätzliche Geschwindigkeitskomponente der Anströmung in tangentialer Richtung letztlich auch zu höheren inneren Reibungsverlusten der Strömung. Wenn sich diese Rotationsbewegung der Anströmung ungehindert stromauf fortsetzt und in den Bereich der Umlenkung der Strömungsführung kommt, kann die Rotationsbewegung dort in Bereichen eine der normalen Strömungsrichtung entgegen gesetzte Strömung bzw. Wirbel erzeugen, welche lokal den hydraulischen Querschnitt reduzieren und somit höhere Druckverluste zu weiteren Strömungsverlusten führen. Alle diese Verluste führen schließlich zu einer höheren Leistungsaufnahme der Pumpe und damit im Fall einer Kühlmittelpumpe einer Brennkraftmaschine zu einem höheren Kraftstoffverbrauch.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Strömungsverluste für eine gattungsgemäße Pumpe zu verringern.
Diese Aufgabe wird durch das Merkmal im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst.
Durch das Vermeiden einer durch das Förderrad einer Kreiselpumpe stromaufwärts induzierten Rotationsströmung werden die Verluste der Strömung reduziert. Dadurch wird entweder bei gleicher Pumpe mehr Fördermenge oder Förderdruck erreicht oder es wird durch eine kleinere Pumpe oder geringere Drehzahlen der Pumpe ein gleicher Förderdruck bei gleicher Fördermenge erzielt, womit die Leistungsaufnahme der Pumpe und der Kraftstoffverbrauch der Brennkraftmaschine reduziert werden.
Die Ausgestaltungen gemäß den Patentansprüchen 2 bis 4 sind besonders bevorzugte Ausführungsvarianten, mit denen der Wirkungsgrad der Pumpe noch weiter erhöht wird.
Im Folgenden ist die Erfindung anhand von vier Figuren anhand des Standes der Technik und eines besonders bevorzugten Ausführungsbeispieles näher erläutert.
1 zeigt eine dreidimensionale Aufsicht auf eine Pumpe gemäß dem Stand der Technik.
2 zeigt einen Schnitt durch eine Pumpe gemäß dem Stand der Technik.
3 zeigt eine dreidimensionale Aufsicht auf eine erfindungsgemäß ausgestaltete Pumpe 1.
4 zeigt einen Schnitt durch eine erfindungsgemäß ausgestaltete Pumpe.
Im Folgenden gelten in allen vier Figuren für gleiche Bauelemente die gleichen Bezugsziffern.
1 zeigt eine dreidimensionale Aufsicht auf eine Pumpe 1 gemäß dem Stand der Technik. Die Pumpe 1 weist ein transparent dargestelltes Gehäuse 2 auf. In dem Gehäuse 2 ist ein Förderrad 4 angeordnet, welches um eine Drehachse 3 drehbar ist. Beim Drehen des Förderrades 4 um die Drehachse 3 saugt das Förderrad 4 aus einer Saugleitung 2' eine Flüssigkeit an und fördert diese weitgehend radial nach außen in eine Abführleitung 6. Die Drehung des Förderrades 4 ist durch einen Rotationspfeil schematisch dargestellt. Eine Strömungsrichtung der Flüssigkeit ist ebenfalls schematisch durch Pfeile dargestellt. Deutlich erkennbar ist wie durch innere Reibungseffekte in der Flüssigkeit und in der Wechselwirkung mit der Saugleitung 2' bzw. dem Gehäuse 2 die Flüssigkeit in eine Drehbewegung vor dem Förderrad 4 versetzt wird. Durch diese Rotationsbewegung der Flüssigkeit in Strömungsrichtung vor dem Förderrad 4 ist der Wirkungsgrad der gattungsgemäßen Pumpe 1 reduziert.
2 zeigt einen Schnitt durch die Pumpe 1 aus 1, bekannt aus dem Stand der Technik. Auch in der Schnittdarstellung der Pumpe 1 ist erkennbar, wie die Strömung vor dem Förderrad 4 in eine Rotation versetzt wird, bevor sie anschließend weitgehend radial nach außen in die Abführleitung 6 gefördert wird. Die Strömungs- bzw. Drehrichtung der Flüssigkeit, sowie die Drehrichtung des Förderrades 4 sind wiederum durch Pfeile schematisch dargestellt.
3 zeigt die Aufsicht auf eine dreidimensional dargestellte erfindungsgemäß ausgestaltete Pumpe 1. Die erfindungsgemäß ausgestaltete Pumpe 1 ist weitgehend identisch mit der Pumpe aus den 1 und 2, jedoch weist die erfindungsgemäß ausgestaltete Pumpe 1 sechs Strömungsleitrippen 5 auf (drei Strömungsleitrippen 5 sind erkennbar), die in Strömungsrichtung der Flüssigkeit (durch Pfeile schematisch dargestellt) vor dem Förderrad 4 in dem Gehäuse 2 bzw. in der Saugleitung 2' angeordnet sind. Die Strömungsleitrippen 5 ragen radial nach innen, weitgehend in Richtung der Drehachse 3.
In einer bevorzugten Ausführungsform weisen die Strömungsleitrippen 5 in der Drehrichtung des Förderrades 4 einen radial nach innen weisenden Winkel auf, der kleiner als 90° bezüglich dem Gehäuse 2 und/oder der Saugleitung 2' ist. Wiederum in einem weiteren besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Wandstärken der Strömungsleitrippen 5 radial nach innen verjüngt. In einem dritten besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Strömungsleitrippen 5 in der Drehrichtung des Förderrades 4 um die Drehachse 3 gewendelt. Darüber hinaus ist auch jede beliebige Kombination dieser Ausgestaltungsvarianten möglich. Auch eine Variation der Anzahl an Strömungsleitrippen 5 ist möglich.
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung ist nun die Anströmung vor dem Förderrad 4 in dem Gehäuse 2 bzw. der Saugleitung 2' weitgehend gerade, wie aus den schematischen Strömungspfeilen erkennbar ist. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel weist die Pumpe 1 ein Gehäuse 2 sowie eine Saugleitung 2' auf. In einem anderen Ausführungsbeispiel kann das Gehäuse 2 mit der Saugleitung 2' auch einstückig ausgeführt sein.
4 zeigt einen Schnitt durch die erfindungsgemäß ausgestaltete Pumpe 1 aus 3. In 4 ist eine Querschnittsveränderung der Strömungsleitrippe 5 in der Strömungsrichtung deutlich erkennbar. Diese Querschnittsveränderung kann in anderen Ausführungsbeispielen auch flacher oder steiler ausfallen.
Eine Beschreibung der Erfindung mit anderen Worten:
Die vom Laufrad 4 im Stand der Technik induzierte Rotationsbewegung in der Anströmung zeigt sich, wegen den in Bezug auf das Strömungsmedium mit dem Radius des Gehäuses 2 und/oder der Saugleitung 2' wachsenden Geschwindigkeiten der Förderradoberfläche, hauptsächlich nahe des Außendurchmessers. Bei geschlossenen Förderrädern 4, die einen mitlaufenden Ring auf den Leitschaufeln haben, gilt das im besonderen, da die zusätzliche Oberfläche des Ringes im radial außen liegenden Bereich der Anströmung eine zusätzliche Angriffsfläche für die Reibung bietet. Die dem normalen Förderstrom überlagerte induzierte Rotationsbewegung der Strömung tendiert von sich aus durch die Fliehkraft weiter radial nach außen.
Daher kann die Rotationsbewegung wirksam durch die erfindungsgemäßen drallbrechenden Strömungsleitrippen 5 unterbunden werden, welche axial zum Laufrad in Strömungsrichtung gerichtet und welche im strömungsführenden Bauteil nahe vor dem Förderradeintritt radial an der Außenwand verteilt sind. Da die zu vermeidende Rotationsbewegung hauptsächlich radial außen verläuft, kann die Höhe der Strömungsleitrippen 5 gering gehalten werden. Dadurch bleibt der Strömungsbereich vor dem Förderradeintritt fast oder ganz im Querschnitt frei erhalten. Um die volle Wirkung der Strömungs leitrippen 5 zu erhalten, ist deren Länge in Strömungsrichtung entsprechend der Geschwindigkeit des Förderstromes geeignet zu gestalten.
Einen weiteren, im Vergleich zum drallbrechenden Effekt jedoch deutlich geringeren positiveren Effekt kann man zusätzlich generieren, indem man die der Erfindung zugrunde liegenden Strömungsleitrippen 5 mit einem geeigneten Anstellwinkel ausführt, wodurch sie zusätzlich im radial außen liegenden Bereich des Laufradeintrittes die Funktion von Leitschaufeln ausüben. Dieser Effekt würde wie oben geschildert nur für einen bestimmten Drehzahlbereich gut funktionieren. Vorteilhaft würde man einen geeigneten Winkel für einen Drehzahlbereich wählen, der den größten Anteil in einem typischen Fahrprofil der Brennkraftmaschine hat, in welchem eine entsprechende Anordnung mit einer Kühlmittelpumpe verwendet wird.
Durch das Vermeiden einer durch das Förderrad 4 stromaufwärts induzierten Rotationsströmung werden die Verluste in der Strömung reduziert. Dadurch wird entweder bei gleicher Pumpe 1 mehr Fördermenge oder Förderdruck erreicht oder es wird durch eine kleinere Pumpe 1 oder geringere Drehzahlen der Pumpe 1 ein gleicher Förderdruck bei gleicher Fördermenge erzielt, womit die Leistungsaufnahme der Pumpe in vorteilhafter Weise reduziert wird.

1: Pumpe
2: Gehäuse
2': Saugleitung
3: Drehachse
4: Förderrad
5: Strömungsleitrippe
6: Abführleitung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- EP 1256722 A2 [0002]

Claims

Pumpe (1) für eine Flüssigkeit, insbesondere eine Kühlmittelpumpe für eine Brennkraftmaschine, mit einem Gehäuse (2), in dem ein um eine Drehachse (3) antreibbares Förderrad (4) angeordnet ist, wobei das Förderrad (4) die Flüssigkeit saugseitig weitgehend in Richtung der Drehachse (3) ansaugt und druckseitig weitgehend radial nach außen fördert, dadurch gekennzeichnet, dass saugseitig in dem Gehäuse (2) und/oder einem an das Förderrad (4) angrenzenden Abschnitt einer Saugleitung (2') zumindest eine radial nach innen ragende, weitgehend in Richtung der Drehachse (3) ausgerichtete Strömungsleitrippe (5) vorgesehen ist.
Pumpe nach Patentanspruch 1, wobei das Förderrad eine Drehrichtung aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsleitrippe (5) in der Drehrichtung einen radial nach innen weisenden Winkel kleiner als 90° bezüglich dem Gehäuse (2) und/oder der Saugleitung (2') aufweist.
Pumpe nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Wandstärke der Strömungsleitrippe (5) radial nach innen verjüngt ist.
Pumpe nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsleitrippe (5) in der Drehrichtung um die Drehachse (3) gewendelt ist.