DE19722226C2 - Kraftstoffpumpe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffpumpe mit zumindest zwei auf einer angetriebenen Welle befestigten, an gegen­ überliegenden Seiten einer feststehenden Trennwand ange­ ordneten Laufrädern, von denen das eine Laufrad für eine erste, einen geringen Druck erzeugende Pumpenstufe und das andere Laufrad zur Erzeugung eines hohen Drucks in einer zweiten Pumpenstufe vorgesehen ist.

Solche Kraftstoffpumpen werden in Kraftstoffbehältern heutiger Kraftfahrzeuge häufig zum Fördern von Kraftstoff eingesetzt und sind damit bekannt. Die Kraftstoffpumpe wird meist zusammen mit einem Elektromotor in einer För­ dereinheit montiert. Der Elektromotor weist hierbei eine senkrechte Motorwelle auf, die gleichzeitig als Welle der Kraftstoffpumpe dient. Die zwischen den beiden Pumpenstu­ fen angeordnete Trennwand hat zur Durchführung der Welle eine Bohrung. Zwischen den Laufrädern und der Trennwand bzw. zwischen der Welle und der Bohrung ist ein ferti­ gungsbedingter Spalt vorhanden. Dieser Spalt wird beim Betrieb der Kraftstoffpumpe mit Kraftstoff aus der zwei­ ten Pumpenstufe gefüllt und dient in der Regel als Lagerspalt einer Gleitlagerung der Welle und der Laufräder.

Nachteilig bei der bekannten Kraftstoffpumpe ist, dass bei einem Stillstand der Kraftstoffpumpe Kraftstoff durch den Spalt aus der zweiten Pumpenstufe heraus­ gelangen kann. Dies führt bei einem nahezu leerem Kraftstoffbehälter zu einem Leerlaufen der zweiten Pumpenstufe. Hierdurch erhält die Brennkraftmaschine bei einem anschließenden Start keinen Kraftstoff.

Dazu ist bekannt, zwischen zwei Pumpstufen eine Abdichtung mittels Laby­ rinthdichtung zu erzielen (DE 27 35 781 A1). Diese Art der Abdichtung erfordert mehrere zusätzliche Bauteile und bedingt neben dem hohen Aufwand bei der Montage eine größere Baulänge der Pumpe.

Aus der DE 39 41 147 A1 ist weiterhin eine Fördereinheit mit zwei Pumpstufen, die von einem Elektromotor angetriebenen werden, bekannt. Die erste Pumpstufe fördert Kraftstoff aus einem Tank in einen Staubehälter während die zweite Stufe den Kraftstoff aus dem Staubehälter zur Brennkraftmaschine pumpt. Der von der ersten Pumpstufe geförderte Kraftstoff gelangt durch eine Öffnung in den Staube­ hälter. Diese Öffnung ist von einem Rückschlagventil verschlossen, wobei der im Staubehälter vorhandene Kraftstoff das Ventil schließt. Dieses Ventil verhindert jedoch nicht das Leerlaufen der zweiten Pumpstufe.

Man könnte daran denken, die Welle mittels eines Dichtrings gegenüber der Trennwand abzudichten. Ein solcher Dichtring unterliegt jedoch durch die Dre­ hung der Welle beim Betrieb der Kraftstoffpumpe einem Verschleiß, der auf Dauer zu Undichtigkeiten führt.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Kraftstoffpumpe der eingangs genannten Art so zu gestalten, dass eine Leckage von Kraftstoff durch den Spalt zwischen der Welle und der Trennwand bei einem Stillstand der Welle zuverlässig vermieden wird.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass an der Welle, der Trennwand oder in einem der Trennwand gegenüberstehenden Bereich der Lauf­ räder ein Dichtelement angeordnet ist, welches bei einem Stillstand der Welle ge­ gen eine an dem jeweils gegenüberstehenden Bauteil angeordnete Dichtfläche vorgespannt und bei einer Drehung der Welle in eine von der Dichtfläche entfernte Position bewegbar ist.

Durch diese Gestaltung wird das Dichtelement von der Dichtfläche bei einem Be­ trieb der Kraftstoffpumpe entfernt und unterliegt deshalb keinem Verschleiß. Bei einem Stillstand der Kraftstoffpumpe wird das Dichtelement ge­ gen die Dichtfläche vorgespannt und dichtet den Spalt zwischen der Welle und der Trennwand oder einem der Lauf­ räder und der Trennwand zuverlässig ab. Da hierbei keine Reibung zwischen dem Dichtelement und der Dichtfläche auftritt, unterliegt das Dichtelement auch bei einem Stillstand der Kraftstoffpumpe keinem Verschleiß. Eine Leckage von Kraftstoff zwischen der Welle und der Trenn­ wand wird deshalb bei stehender Welle zuverlässig vermie­ den. Dank der Erfindung kann das Dichtelement zudem aus einem besonders kostengünstigen Material gefertigt sein.

Die erforderliche Vorspannung des Dichtelementes gegen die Dichtfläche lässt sich gemäß einer anderen vorteil­ haften Weiterbildung der Erfindung einfach erzeugen, wenn das Dichtelement aus einem elastischen Material gefertigt ist.

Die Entfernung des Dichtelementes von der Dichtfläche er­ folgt gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung selbständig, wenn der von einer der Pumpenstu­ fen erzeugte Druck zur Bewegung des Dichtelementes in die von der Dichtfläche entfernte Position vorgesehen ist. Hierdurch erfordert die erfindungsgemäße Kraftstoffpumpe einen besonders geringen baulichen Aufwand.

Die erfindungsgemäße Kraftstoffpumpe lässt sich besonders kostengünstig fertigen, wenn das Dichtelement an der Trennwand befestigt und die Dichtfläche an der welle an­ geordnet ist. Da die Welle in der Regel ohnehin eine ge­ schliffene oder polierte Oberfläche aufweist, ist deshalb häufig kein zusätzlicher Arbeitsgang zur Erzeugung der Dichtfläche erforderlich.

Das Dichtelement wird gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung bei einer Drehung der Welle zuverlässig von der Dichtfläche ferngehalten, wenn das Dichtelement eine in Richtung des geringeren Druckniveaus an den Stirnseiten der Trennwand weisende Dichtlippe auf­ weist. Bei einer Drehung der Welle wird die Dichtlippe durch in dem Spalt zwischen der Welle und dem Gehäuseteil strömenden Kraftstoff von der Dichtfläche weggedrückt. Bei einer Ausbildung des Spaltes zwischen der Welle und der Bohrung als Lagerspalt für eine Gleitlagerung herrscht das höhere Druckniveau in der Regel auf der Seite der zweiten Pumpenstufe.

Die erfindungsgemäße Kraftstoffpumpe ist gemäß einer an­ deren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung besonders einfach zu montieren, wenn das Dichtelement eine auf dem höheren Druckniveau zugewandten Seite der Trennwand be­ festigte, die Welle umschließende elastische Membran hat.

Die die Welle umschließende Membran könnte beispielsweise die Dichtlippe aufweisen. Die Membran wird jedoch gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung von der Dichtfläche weggezogen, wenn unterhalb der Mem­ bran in der Trennwand eine ringförmige Ausnehmung zur Aufnahme eines Teilbereichs der Membran angeordnet ist. Bei einem Betrieb der Kraftstoffpumpe wird die Membran durch den erzeugten Druck in die Ausnehmung hineinge­ drückt, was ein Zurückziehen des an der Dichtfläche an­ liegenden Bereichs der Membran zur Folge hat.

Die Membran wird gemäß einer anderen vorteilhaften Wei­ terbildung der Erfindung besonders zuverlässig in die Ausnehmung hineingedrückt, wenn die Ausnehmung mit der gegenüberliegenden Seite des Gehäuseteils eine Verbindung hat. Durch diese Gestaltung wird die Druckdifferenz an den Stirnseiten der Trennwand zum Zurückziehen der Mem­ bran genutzt.

Das Dichtelement wird gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung bei einer Drehung der Welle durch die Zentrifugalkraft in eine von der Dichtfläche entfernte Position bewegt, wenn das Dichtelement an der Welle befestigt ist und der Befestigungspunkt des Dicht­ elementes an der Welle von der auf der Trennwand angeord­ neten Dichtfläche einen axialen Abstand aufweist.

Das auf der Welle befestigte Dichtelement wird gemäß ei­ ner anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung durch die Zentrifugalkraft und durch die Druckdifferenz zwischen den beiden Stirnseiten der Trennwand in eine von der Dichtfläche entfernte Position bewegt, wenn die Dichtfläche auf der dem geringeren Druckniveau zugewand­ ten Seite der Trennwand angeordnet ist.

Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips sind drei da­ von in der Zeichnung dargestellt und werden nachfolgend beschrieben. Diese zeigt in

Fig. 1 eine schematische Schnittdarstellung einer Fördereinheit mit einer erfindungsgemäßen Kraftstoffpumpe,

Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung der Einzelheit "X" aus Fig. 1 mit einem eine Dichtlippe aufweisenden Dichtelement,

Fig. 3 die Einzelheit "X" aus Fig. 1 mit einem eine Membran aufweisenden Dichtelement,

Fig. 4 die Einzelheit "X" aus Fig. 1 mit einem auf einer Welle befestigten Dichtelement.

Die Fig. 1 zeigt im Längsschnitt eine Fördereinheit mit einer erfindungsgemäßen, von einem Elektromotor 1 ange­ triebenen Kraftstoffpumpe 2. Die Kraftstoffpumpe 2 hat zwei Pumpenstufen 3 und 4. Die erste Pumpenstufe 3 könnte beispielsweise zum Fördern von Kraftstoff aus einem Kraftstoffbehälter in einen nicht dargestellten Schwall­ topf vorgesehen sein, während die zweite Pumpenstufe 4 Kraftstoff aus dem Schwalltopf zu einer ebenfalls nicht dargestellten Brennkraftmaschine fördert.

Die Pumpenstufen 3, 4 sind durch eine feststehende Trenn­ wand 5 voneinander getrennt und weisen jeweils ein auf einer gemeinsamen Welle 6 vor einem fest sehenden Gehäuseteil 7, 8 angeordnetes Laufrad 9, 10 auf. Zur Durchführung der Welle 6 hat die Trennwand 5 eine Bohrung 11, welche auch als Lagerbuchse ausgebildet sein kann. Die Welle 6 der Kraftstoffpumpe 2 ist einteilig mit der Motorwelle des Elektromotors 1 gefertigt und weist zur Befestigung der Laufräder 9, 10 jeweils ein Mitnehmerele­ ment 12, 13 auf. Die Laufräder 9, 10 und die Welle 6 ste­ hen den angrenzenden Bereichen der Trennwand 5 und der Gehäuseteile 7, 8 mit geringem Abstand gegenüber. Ein hierdurch entstehender Spalt 14 ist mit Kraftstoff ge­ füllt und dient damit als Lagerspalt für eine Gleitlage­ rung der Welle 6. Weiterhin weisen die Laufräder 9, 10 an ihren Stirnseiten Taschen 15, 16 auf. Jeweils einander gegenüberstehende Taschen 15, 16 sind miteinander verbun­ den. Damit stellt sich an den Stirnseiten der Trennwand 5 jeweils der Systemdruck der angrenzenden Pumpenstufen 3, 4 ein.

Im Betrieb der Kraftstoffpumpe 2 wird die Weile 6 von dem Elektromotor 1 angetrieben. Hierbei fördert die zweite Pumpenstufe 4 aufgrund ihres im Vergleich zur ersten Pum­ penstufe 3 höheren Systemdrucks eine geringe Menge an Kraftstoff in den Spalt 14 zwischen der Bohrung 11, der Trennwand 5 und der Welle 6. Bei einem Stillstand der Welle 6 dichtet ein zwischen der Welle 6 und der Bohrung 11 angeordnetes Dichtelement 17 den Spalt 14 ab.

Die Fig. 2 zeigt in einer stark vergrößerten Darstellung die Einzelheit "X" aus Fig. 1. Zur Verdeutlichung ist der Spalt 14 im Verhältnis zu den Abmessungen der Welle 6 besonders breit eingezeichnet. Die Bohrung 11 hat einen Einstich 18 zur Aufnahme des Dichtelementes 17. Das Dichtelement 17 ist einteilig mit einer gegen eine Dicht­ fläche 19 der Welle 6 vorgespannten, in Richtung des Laufrades 9 der ersten Pumpenstufe 3 weisenden Dichtlippe 20 gefertigt. In dem eingezeichneten Zustand liegt die Dichtlippe 20 an der Dichtfläche 19 an, so dass kein Kraftstoff durch den Spalt 14 hindurchlaufen kann. Dieser Zustand kennzeichnet damit den Stillstand der Kraftstoff­ pumpe 2. Bei einem Betrieb der Kraftstoffpumpe 2 strömt Kraftstoff von oben nach unten durch den Spalt 14 und drückt damit die Dichtlippe 20 von der Dichtfläche 19 weg. Die Dichtlippe 20 kann deshalb während des Betriebs der Kraftstoffpumpe 2 nicht verschleißen.

Die Fig. 3 zeigt den Teilbereich "X" einer zweiten Aus­ führungsform der erfindungsgemäßen Kraftstoffpumpe. In dem Spalt 14 ist ein Dichtelement 21 mit einer die Welle 6 im Bereich einer Dichtfläche 26 umschließenden Membran 22 angeordnet. Die Membran 22 ist in einer an der Ober­ seite der Trennwand 5 eingearbeiteten Ausnehmung 23 be­ festigt. Unterhalb der Membran 22 weist die Trennwand 5 eine ringförmige Ausnehmung 24 auf, die mit der Unter­ seite der Trennwand 5 eine Verbindung 25 hat. Bei einem Betrieb der Kraftstoffpumpe baut sich an der Oberseite der Trennwand 5 ein höherer Druck auf als an der Unter­ seite der Trennwand 5. Hierdurch wird die Membran 22 in die ringförmige Ausnehmung 24 hineingedrückt und damit der an der Dichtfläche 26 anliegende Bereich der Membran 22 zurückgezogen.

Die Fig. 4 zeigt den Teilbereich "X" einer weiteren Aus­ führungsform der erfindungsgemäßen Kraftstoffpumpe. Hier­ bei ist an der Welle 6 ein Dichtelement 27 befestigt. Das Dichtelement 27 liegt im eingezeichneten Zustand an einer in einer Ausnehmung 28 der Trennwand 5 angeordneten Dichtfläche 29 an. Die Dichtfläche 29 ist an der dem Laufrad 9 der ersten Pumpenstufe 3 zugewandten Seite der Trennwand 5 angeordnet und weist von dem Befestigungs­ punkt des Dichtelementes 27 an der Welle 6 einen axialen Abstand auf. Bei einer Drehung der Welle 6 wird der an der Dichtfläche 29 anliegende Bereich des Dichtelementes 27 durch die Zentrifugalkraft von der Dichtfläche 29 weg­ bewegt. Zudem wird das Dichtelement 27 von dem durch den Spalt strömenden Kraftstoff in der von der Dichtfläche 29 entfernten Position gehalten.

Claims (8)

1. Kraftstoffpumpe mit zumindest zwei auf einer angetriebenen Welle (6) befe­ stigten, an gegenüberliegenden Seiten einer feststehenden Trennwand (5) an­ geordneten Laufrädern (9, 10), von denen das eine Laufrad (9) für eine erste, einen geringen Druck erzeugende Pumpenstufe (3) und das andere Laufrad (10) zur Erzeugung eines hohen Drucks in einer zweiten Pumpenstufe (4) vor­ gesehen ist, wobei an der Welle (6), an der Trennwand (5) oder in einem der Trennwand (5) gegenüberstehenden Bereich der Laufräder (9, 10) ein Dicht­ element (17, 21, 27) befestigt ist, welches bei einem Stillstand der Welle (6) gegen eine an dem jeweils gegenüberstehenden Bauteil (5, 6, 9, 10) angeord­ nete Dichtfläche (19, 26, 29) vorgespannt und bei einer Drehung der Welle (6) durch eine sich zwischen den Pumpenstufen (3, 4) ausbildende Druckdifferenz in eine von der Dichtfläche (19, 26, 29) entfernte Position bewegbar ist.

2. Kraftstoffpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Dicht­ element (17, 21, 27) aus einem elastischen Material gefertigt ist.

3. Kraftstoffpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, dass das Dichtelement (17) eine in Richtung des geringeren Druckniveaus weisende Dichtlippe (20) aufweist.

4. Kraftstoffpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (21) eine auf der dem höheren Druckniveau zugewandten Seite der Trennwand (5) befestigte, die Welle (6) umschließende elastische Mem­ bran (22) aufweist.

5. Kraftstoffpumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass unterhalb der Membran (22) in der Trennwand (5) eine ringförmige Ausnehmung (24) zur Aufnahme eines Teilbereichs der Membran (22) angeordnet ist.

6. Kraftstoffpumpe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die ring­ förmige Ausnehmung (24) mit der gegenüberliegenden Seite der Trennwand (5) eine Verbindung (25) hat.

7. Kraftstoffpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Befestigung des Dichtelementes (27) an der Welle (6) der Befestigungs­ punkt von der auf der Trennwand (5) angeordneten Dichtfläche (29) einen axialen Abstand aufweist.

8. Kraftstoffpumpe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicht­ fläche (29) auf der dem geringeren Druckniveau zugewandten Seite der Trennwand (5) angeordnet ist.