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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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Zusätzlich ist
aus der
DE 24 09 183
A1 eine Seitenkanalpumpe bekannt, bei der im Unterbrechungsbereich
eine sich zum Einlass erweiternde Tasche ausgebildet ist. Diese
erstreckt sich jedoch nicht über
die Breite des Seitenkanals, wodurch weiter Druckpulsationen entstehen.
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Des
Weiteren wird in der
US
3,951,567 A ein Seitenkanalgebläse offenbart, welches eine
zum Einlassbereich wachsende Ausnehmung aufweist, welche jedoch
ebenfalls nicht stetig wächst,
so dass Druckpulsationen verbleiben.
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Durch
diese bekannten Ausführungen
können
die auftretenden Geräusche
zwar reduziert werden, jedoch wird der geförderte Fluidstrom durch die relativ
kleinen Eintrittsöffnungen
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 stetig wächst, wobei
die Breite der Ausnehmung gleich der Breite des Förderkanals
ist. 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.
Auch 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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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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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.
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 den 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.
