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Die
Erfindung betrifft ein Seitenkanalgebläse, insbesondere
Sekundärluftgebläse für eine Verbrennungskraftmaschine
mit einem Gehäuse, in dem ein Auslass ausgebildet ist,
einem ersten Gehäuseteil, in dem ein axialer Einlass ausgebildet
ist, der über einen Einlassbereich in einen ersten, sich
im Wesentlichen ringförmig erstreckenden Förderkanal mündet,
einem Laufrad, welches über eine Antriebseinheit antreibbar
ist, drehbar im Gehäuse gelagert ist und Förderschaufeln
aufweist, die mit dem gegenüberliegenden Förderkanal
zusammenwirken, einem Unterbrechungsbereich zwischen dem Einlass
und dem Auslass, in dem der Förderkanal in Umfangsrichtung
unterbrochen ist, und einer Ausnehmung, die in Drehrichtung des
Laufrades vor dem Einlassbereich am Unterbrechungsbereich ausgebildet
ist und fluidisch mit dem Einlassbereich verbunden ist.
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Seitenkanalgebläse
oder -pumpen sind allgemein bekannt und werden in einer Vielzahl
von Anmeldungen beschrieben. Im Kraftfahrzeug dienen sie beispielsweise
zur Förderung von Kraftstoff oder zum Einblasen von Sekundärluft
in das Abgassystem. Der Antrieb erfolgt üblicherweise über
einen Elektromotor, der das Laufrad antreibt. Das Laufrad ist an
seinem Umfang im Wesentlichen derart ausgebildet, dass es mit dem
ihm axial gegenüberliegenden Förderkanal einen
umlaufenden Wirbelkanal bildet. Aus dem den Wirbelkanal bildenden
Teil des Laufrads ragen Förderschaufeln senkrecht in Richtung
zum gegenüberliegenden, im Gehäuse ausgebildeten
Teil des Förderkanals, so dass zwischen den Förderschaufeln
Taschen gebildet werden. Das geförderte Fluid in den Taschen
erfährt bei Drehung des Laufrades durch die Förderschaufeln
eine Beschleunigung in Umfangsrichtung sowie in radialer Richtung,
so dass im Förderkanal eine umlaufende Wirbelströmung
entsteht.
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Es
sind Seitenkanalgebläse bekannt, bei denen lediglich ein
Förderkanal an einer axialen Seite des Laufrades in einem
Gehäuseteil ausgebildet ist, als auch Seitenkanalgebläse,
bei denen an beiden axialen Seiten des Laufrades ein Förderkanal
ausgebildet ist, wobei dann beide Förderkanäle
fluidisch miteinander verbunden sind. Bei einem derartigen Seitenkanalgebläse
ist einer der Förderkanäle in einem als Deckel
dienenden Gehäuseteil ausgebildet, während der
andere Förderkanal in dem Gehäuseteil ausgebildet
ist, an dem üblicherweise die Antriebseinheit befestigt
ist, an deren Welle das Laufrad zumindest drehfest angeordnet ist.
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Um
eine möglichst gute Förderung beziehungsweise
Druckerhöhung zu erhalten, ist es notwendig, einen möglichst
großen Teil des Umfangs des Förderkanals zu nutzen.
Aus diesem Grund müssen Einlass und Auslass über
den Umfang in Laufrichtung des Laufrades möglichst weit
auseinander liegen, wobei eine Kurzschlussströmung zwischen dem
Einlass und dem Auslass durch einen Unterbrechungsbereich zu verhindern
ist. Als problematisch bei derartigen Seitenkanalgebläse
hat sich die hohe Geräuschentwicklung herausgestellt, welche
insbesondere durch Pulsationen entsteht, die durch plötzliche
Druckentspannungen der geförderten Luft auftreten.
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Diese
Druckentspannungen treten insbesondere unmittelbar nach dem Überstreichen
jeder Förderschaufel am Ende des Unterbrechungsbereiches auf,
da in den Taschen zwischen den Förderschaufeln verdichtete
Luft vom Auslass über den Unterbrechungsbereich gefördert
wird, welche sich bei Erreichen des Einlassbereiches plötzlich
in Richtung zum Einlass im Einlassbereich entspannen kann. Dies führt
sowohl zu einem schlechteren Wirkungsgrad der Pumpe als auch zu
deutlich erhöhten Geräuschemissionen.
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Um
dies zu vermeiden, wird in der
DE 10 2004 019 868 A1 ein Gebläse
vorgeschlagen, bei dem der Unterbrechungsbereich derart ausgeführt ist,
dass die den Unterbrechungsbereich überstreichenden Taschen
nicht zeitgleich über ihren gesamten Querschnitt geöffnet
werden, sondern zunächst nur in ihrem radialen Außenbereich
und erst bei fortschreitender Bewegung stetig eine weitere Öffnung der
Taschen auch im radial inneren Bereich folgt. Der Einlass selbst
ist im radial innen liegenden Bereich angeordnet, so dass die Entspannung
des geförderten Fluids nicht direkt oberhalb des Einlasses
erfolgt. Zusätzlich wird der Einlass zum Teil durch den
Unterbrechungsbereich überdeckt.
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Durch
eine derartige Ausführung können die auftretenden
Geräusche zwar reduziert werden, jedoch wird der geförderte
Fluidstrom durch die relativ kleine Eintrittsöffnung beschränkt.
Auch entstehen weiterhin, wenn auch reduzierte, Geräusche
durch Druckpulsationen, da plötzliche Querschnittsänderungen
hinter dem Unterbrechungsbereich für Teilvolumina des in
den Taschen geförderten Volumens bei Erreichen des Einlassbereiches
entstehen. Diese Druckpulsationen setzen sich von radial außen
nach radial innen mit Erreichen des Einlassbereiches durch den jeweiligen
Teil der Tasche fort.
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Es
stellt sich daher die Aufgabe, ein Seitenkanalgebläse zu
schaffen, mit dem die Fördermenge im Vergleich zu bekannten
Ausführungen weiter erhöht werden kann, wobei
gleichzeitig die Geräuschentwicklung weiter eingeschränkt
werden soll.
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Diese
Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Tiefe der Ausnehmung
von der dem Laufrad zugewandten Oberkante des Unterbrechungsbereiches zum
Einlassbereich hin wächst. Hierdurch wird eine plötzliche
Entspannung auch eines Teilvolumens der zwischen den Förderschaufeln
geförderten Luft und somit entstehende Druckpulsationen
zuverlässig vermieden. Die über den Unterbrechungsbereich
geförderte Luft kann sich mit Drehung des Laufrades stetig entspannen.
Eine Einschränkung des Eintrittsquerschnitts des Einlasses
ist nicht mehr erforderlich, so dass größere Luftmengen
angesaugt werden können.
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Vorzugsweise
ist die Ausnehmung in Form einer sich vom Unterbrechungsbereich
in Richtung zum Einlass erstreckenden Fase ausgebildet. Durch diese
Form wird eine stetige Erweiterung des Querschnitts für
die über den Unterbrechungsbereich geförderten
Luft zur langsamen kontinuierlichen Entspannung bereitgestellt.
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Eine
zusätzliche Verbesserung wird dadurch erzielt, dass die
Breite der Ausnehmung gleich der Breite des Förderkanals
ist. Hierdurch können Druckpulsationen weiter reduziert
werden, da über den gesamten relevanten Strömungsquerschnitt
der der Ausnehmung gegenüber liegende Förderschaufelzwischenraum
das Volumen kontinuierlich vergrößert wird.
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Besonders
vorteilhaft ist es, wenn die Länge der Ausnehmung in Umfangsrichtung
größer ist als der Abstand zweier aufeinanderfolgender
Schaufeln des Laufrades. Bei einer solchen Ausführung wird
sichergestellt, dass zunächst eine Entspannung des gesamten über
den Unterbrechungsbereich geförderten Volumens stattfindet,
bevor einem Teilvolumen der gesamte Querschnitt des Einlassbereiches zur
Verfügung gestellt wird, was erneut zu einer Strömungsänderung
und somit zu Druckpulsationen führen würde.
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In
einer hierzu weiterführenden Ausführungsform entspricht
die Länge der Ausnehmung in Umfangsrichtung dem > 1-fachen des Abstandes zweier
aufeinanderfolgender Schaufeln des Laufrades. Hierdurch wird die
zusätzliche Bearbeitung des Gehäuseteils minimiert,
ohne Einschränkungen bezüglich der Optimierung
der Geräuschentwicklung hinnehmen zu müssen.
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In
einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der
Durchmesser des Einlassbereiches größer als die
Breite des Förderkanals, wobei der kürzeste Abstand
einer Innenkante des Einlassbereichs gleich dem Abstand der Innenkante des
Förderkanals ist. Dies bedeutet, dass der Einlassbereich
den gleichen radialen Abstand zur Drehachse aufweist wie der Förderkanal,
der Einlassbereich jedoch nach radial außen über
den Förderkanal übersteht. Somit wird zur Einströmung
der Luft ein besonders großer Querschnitt zur Verfügung
gestellt, wodurch im Vergleich zu bekannten Ausführungen größere
Volumenströme angesaugt werden. Somit ergibt sich bei geringen
Geräuschemissionen eine Erhöhung des Wirkungsgrades
der Pumpe.
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Vorzugsweise
besteht das Gehäuse aus dem ersten Gehäuseteil,
welches als Deckelteil dient, sowie zumindest einem zweiten Gehäuseteil, in
dem ein zweiter sich im Wesentlichen ringförmig erstreckender
Förderkanal angeordnet ist, der in den Auslass mündet,
der tangential zum zweiten Gehäuseteil angeordnet ist,
wobei die Förderschaufeln des Laufrades zu beiden axialen
Seiten des Laufrades den Förderkanälen zugewandt
sind. Bei dieser Ausführung handelt es sich um ein Gebläse
mit zwei Seitenkanälen, wodurch der Wirkungsgrad im Vergleich zu
Gebläsen mit einem Seitenkanal zusätzlich verbessert
werden kann.
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Es
wird somit ein Seitenkanalgebläse geschaffen, bei denen
im Vergleich zu bekannten Seitenkanalgebläsen der Fördervolumenstrom
bei gleicher Baugröße der Pumpe erhöht
werden kann und gleichzeitig nach außen dringende Geräusche
durch auftretende Druckpulsationen weitestgehend vermieden werden
können.
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Ein
Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen
Seitenkanalgebläses ist in den Zeichnungen dargestellt
und wird nachfolgend beschrieben.
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1 zeigt
eine Seitenansicht eines Seitenkanalgebläses in geschnittener
Darstellung.
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2 zeigt
eine perspektivische Darstellung des Deckelteils des erfindungsgemäßen
Seitenkanalgebläses aus 1.
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3 zeigt
eine Draufsicht auf das Deckelteil gemäß der 2 aus
Richtung des Laufrades.
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4 zeigt
eine geschnittene Darstellung entlang der Schnittlinie A-A der 3.
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5 zeigt
eine geschnittene Darstellung entlang der Schnittlinie B-B der 3.
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Das
in 1 dargestellte Seitenkanalgebläse besteht
aus einem zweiteiligen Gehäuse 2 sowie einem im
Gehäuse 2 drehbar gelagerten und über eine
Antriebseinheit 3 angetriebenen Laufrad 4, beispielsweise
zur Förderung von Luft. Die Luft gelangt über
einen axialen Einlass 6 in einen Einlassbereich 8 eines ersten
Gehäuseteils 10, welches in vorliegender Ausführung
als Deckelteil des Seitenkanalgebläses dient. Vom Einlassbereich 8 aus
strömt die Luft anschließend in zwei sich im Wesentlichen
ringförmig erstreckende Förderkanäle 12, 14,
von denen der erste Förderkanal 12 im Deckelteil 10 ausgebildet
ist und der zweite Förderkanal 14 in einem zweiten
Gehäuseteil 16 ausgebildet ist, in dem auch eine
Lagerung 18 einer Antriebswelle 19 der Antriebseinheit 3 angeordnet
ist, auf der das Laufrad 4 befestigt ist. Der Austritt
der Luft erfolgt über einen tangentialen Auslass 20,
der am zweiten Gehäuseteil 16 angeordnet ist.
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Das
Laufrad 4 ist zwischen dem Deckelteil 10 und dem
zweiten Gehäuseteil 16 angeordnet und weist an
seinem Umfang Förderschaufeln 22 auf, die gekrümmt
sind und sich radial erstrecken, wobei die Förderschaufeln 22 durch
einen sich radial erstreckenden Umfangsring 24 in eine
erste Reihe axial gegenüberliegend zum ersten Förderkanal 12 und
eine zweite Reihe axial gegenüberliegend zum zweiten Förderkanal 14 geteilt
werden, so dass zwei Wirbelkanäle ausgebildet werden, die
jeweils durch einen der Förderkanäle 12, 14 mit
dem zugewandten Teil des Laufrades 4 gebildet werden. Der
Außendurchmesser der Förderkanäle 12, 14 ist
etwas größer als der Außendurchmesser
des Laufrades 4, so dass eine fluidische Verbindung zwischen
den beiden Förderkanälen 12, 14 außerhalb
des Außenumfangs des Laufrads 4 besteht. Zwischen
den sich vom Umfangsring 24 erstreckenden Förderschaufeln 22 werden
somit nach radial außen offene Taschen 26 gebildet,
in denen die Luft gefördert beziehungsweise beschleunigt
wird.
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Um
eine möglichst gute Förderleistung und Druckerhöhung
zu erlangen, ist der axiale Einlass 6 in Drehrichtung des
Laufrades 4 möglichst weit vom tangentialen Auslass 20 entfernt.
Um zuverlässig eine Kurzschlussströmung entgegen
der Drehrichtung des Laufrades 4 vom Einlass 6 zum
Auslass 20 zu unterbinden, sind zwischen dem Einlass 6 und dem
Auslass 20 Unterbrechungsbereiche 28 am Deckelteil 10 und
am Gehäuseteil 16 angeordnet, in welchen die Förderkanäle 12, 14 unterbrochen
sind, so dass im Unterbrechungsbereich 28 axial gegenüberliegend
zu den Förderschaufeln 22 des Laufrades 4 ein
möglichst geringer Spalt vorhanden ist.
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In
den 2 und 3 ist zu erkennen, dass der
im Deckelteil 10 angeordnete Förderkanal 12 eine
im Wesentlichen konstante Breite b aufweist und sich mit Ausnahme
des Unterbrechungsbereiches 28 über den Umfang
des Deckelteils erstreckt. Bei der hier gewählten Ansicht
dreht sich somit das Laufrad 4 im Uhrzeigersinn vom Einlassbereich 8 bis zum
Ende des Förderkanals 12 und anschließend über
den Unterbrechungsbereich 28 von wo aus eine einzelne Tasche
erneut über den Einlassbereich 8 geführt
wird und Luft ansaugt.
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Das
Deckelteil 10 wird über Schrauben am zweiten Gehäuseteil 16 befestigt,
welche durch entsprechende Bohrungen 30 gesteckt werden,
die an sich nach radial außen erstreckenden Vorsprüngen 32 am
Deckelteil 10 ausgebildet sind. An zweien dieser Vorsprünge 32 befinden
sich zusätzlich kleine, sich axial erstreckende Bolzen 34,
welche zur Vorfixierung des Deckelteils 10 auf dem zweiten
Gehäuseteil 16 dienen.
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Radial
hinter einer Außenwand 36 des Förderkanals 12 ist
eine Nut 38 ausgebildet, in die zur Abdichtung zwischen
Deckelteil 10 und zweitem Gehäuseteil 16 ein
Dichtring 40 eingelegt wird, der über Nasen 42 in
der Nut 38 gehalten wird.
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Radial
vor einer Innenwand 44 des Förderkanals 12 ist
ein ringförmiger Steg 46 ausgebildet, der nach
dem Zusammenbau des Gebläses in eine korrespondierende
Nut 48 des Laufrades 4 greift, wodurch eine Abdichtung
vom Förderkanal 12 in Richtung zum Inneren des
Laufrades 4 erfolgt. Zusätzlich weist das Deckelteil 13 eine
zylindrische Vertiefung 50 auf, in die die Antriebswelle 19 der
Antriebseinheit 3 ragt.
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In
Drehrichtung des Laufrades 4 gesehen ist vor dem Einlassbereich 8 eine
Ausnehmung 52 ausgebildet, welche sich von einer Oberkante 54 des
Unterbrechungsbereiches 28 in Richtung zum Einlassbereich 8 erstreckt.
Die Ausnehmung 52 ist dabei so ausgeführt, dass
ihre Querschnittsfläche in Richtung zum Einlassbereich 8 stetig
wächst, wobei in vorliegender Ausführungsform
die Breite b der Ausnehmung 52 über die gesamte
Länge etwa der Breite b des Förderkanals 12 entspricht,
so dass der wachsende Querschnitt durch eine Änderung der
Tiefe verwirklicht wird, welche bis zum Einlassbereich 8 auf eine
Tiefe wächst, die der Tiefe des Förderkanals 12 entspricht.
Die Ausnehmung 52 weist somit einen konstanten Winkel zur
Oberfläche des Unterbrechungsbereiches 28 auf,
so dass sie im Wesentlichen als Fase ausgebildet ist. Sie erstreckt
sich über eine Länge l, die etwa dem > 1-fachen des Abstandes zweier
aufeinander folgender Förderschaufeln 22 des Laufrades 4 entspricht.
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Ein
Endbereich 54 des Förderkanals 12 ist im
Wesentlichen korrespondierend zum tangentialen Auslass 20 ausgebildet,
so dass die dem Kanal 12 begrenzende Endwand 56 im
Wesentlichen eine Verlängerung des Auslasses 12 bildet.
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Der
Einlass 6 weist zur Erhöhung des Fördervolumens
einen Durchmesser d auf, der größer ist als die
Breite b des Förderkanals 12, wobei eine Innenkante 58 des
Einlassbereiches 8 auf einem gleichen Radius angeordnet
ist wie eine Innenkante 59 des Förderkanals 12,
so dass das Deckelteil 10 im Einlassbereich 8 einen
größeren Umfang aufweist als in den übrigen
Bereichen. Dies hat auch zur Folge, dass die Ausnehmung 52 sich
nicht über den gesamten Durchmesser d des Einlassbereiches 8 erstreckt,
sondern die Ausnehmung 52 durch eine radial begrenzende
Außenwand 60, welche sich im Wesentlichen axial
erstreckt, begrenzt wird. Zusätzlich ist eine Vorderkante 62,
die die Schnittlinie des Unterbrechungsbereiches 28 mit
der Ausnehmung 52 bildet, bogenförmig ausgebildet,
so dass die Förderschaufeln 22 des Laufrades 4 die
Ausnehmung 52 zunächst im radial außen
liegenden Bereich und anschließend im radial inneren Bereich überstreichen.
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Im
Betrieb des Seitenkanalgebläses wird zwischen den Förderschaufeln 22 in
den Taschen 26 Luft vom Einlassbereich 8 zum Endbereich 54 gefördert,
wobei sich im Förderkanal 12 und den Taschen 26 eine
Wirbelströmung ausbildet. Nach dem überschreiten
des Endbereiches 54 verbleibt jedoch verdichtete Luft in
den Taschen 26, die über den Unterbrechungsbereich 28 geführt
werden. Diese Luft wird nun mit Erreichen der Ausnehmung 52 und
des stetig größeren zur Verfügung stehenden
Raumes langsam entspannt, wobei mit Erreichen des Einlassbereiches 8 eine
vollständige Entspannung eintritt.
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Hierdurch
werden auftretende Druckpulsationen und somit Geräuschemissionen
zuverlässig vermieden. Auch entstehen keine Pulsationen
am Einlass 6, so dass auch die angesaugte Luftmenge im
Vergleich zu bekannten Ausführungen erhöht und vergleichmäßigt
werden kann. Zusätzlich steht für diese Ansaugung
ein großes Einlassvolumen zur Verfügung, wodurch
eine weitere Steigerung der angesaugten Luftmenge erreicht wird.
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Es
sollte deutlich sein, dass der Schutzbereich des Hauptanspruchs
nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt
ist. Verschiedene konstruktive Änderungen insbesondere
bezüglich des Aufbaus der Pumpe sind denkbar. Hierzu gehören
auch entsprechende Änderungen der Positionen und Erstreckungsrichtungen
der Ein- und Austrittskanäle, wodurch gegebenenfalls eine
Anpassung des Einlassbereiches mit der Ausnehmung im Sinne der Ansprüche
erforderlich ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102004019868
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