DE19902626C2 - Seitenkanalgebläse - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Seitenkanalgebläse, insbesondere zur Brennluftförderung bei Heizgeräten wie Fahrzeugheizgeräten, mit wenigstens einem Ringkanal in einer Stirnseite eines stationären Gehäuseteils und mit einem um eine Achse drehbaren Laufrad, dessen Schaufeln in einer der Gehäuseteilstirnseite zugewandten Stirnseite des Laufrads in Richtung auf den Ringkanal geöffnete Schaufelkammern bilden, wobei zwischen der Gehäuseteilstirnseite und der Laufradstirnseite ein Axialspalt vorhanden ist.

Über den als Dichtspalt wirkenden Axialspalt treten Leckageverluste auf, die den Wirkungsgrad des Seitenkanalgebläses herabsetzen, so daß der Axialspalt generell ein möglichst kleines Spaltmaß haben soll. Andererseits muß das Spaltmaß jedoch so bemessen sein, daß eine Berührung zwischen dem Laufrad und dem stationären Gehäuseteil in allen Betriebszuständen ausgeschlossen ist. Dabei sind insbesondere folgende, im wesentlichen von dem Laufraddurchmesser abhängigen Faktoren zu berücksichtigen: Dynamische Verformungen von Laufrad und einer das Laufrad antreibenden Antriebswelle durch ungleichmäßige axiale Drucklasten über dem Laufradumfang; Winkeltoleranzen zwischen der Antriebswelle und dem Gehäuseteil sowie zwischen der Laufradstirnseite und einer die Antriebswelle aufnehmenden Bohrung in der Nabe des Laufrads; Unebenheiten in der Gehäuseteil- und der Laufradstirnseite; sowie Fügetoleranzen zwischen Antriebswelle, Laufrad und Gehäuseteil. Insbesondere bei kleinen Laufraddurchmessern in der Größenordung von etwa 40 mm bis 150 mm und höheren Lieferdrücken nehmen bislang die Leckageverluste beachtliche Anteile der Geamtfördermenge ein, will man bei Fertigung und Montage keinen Aufwand betreiben, der über ein für Großserien vertretbares Maß hinausgeht.

Aus den Druckschriften DE-AS 15 79 792, DE-OS 17 03 329, und DE 94 20 591 U1 sind Seitenkanalgebläse der oben genannten Art bekannt, bei denen die einander gegenüberliegenden Stirnseiten von Gehäuseteil und Laufrad in zwei parallelen Ebenen liegen, so daß der Axialspalt über den gesamten Laufraddurchmesser ein einheitliches, dem Abstand der beiden Ebenen entsprechendes Spaltmaß aufweist.

Die Patentschriften DE 32 03 325 C2 und DE 32 09 904 C2 offenbaren Seitenkanalgebläse, die ein Laufrad mit einer Nabe aufweisen, welche axial über die Laufradstirnseite hinausragt und in eine entsprechende Vertiefung in der Gehäuseteilstirnseite eintaucht. Auch bei diesen bekannten Seitenkanalgebläsen hat der Axialspalt von einem an die Nabe anschließenden Laufradinnenrand bis zu einem Laufradaußenrand ein einheitliches Spaltmaß.

Es ist ferner bekannt (DE-PS 876 283), bei Umlaufpumpen mit mehreren konzentrischen Seitenkanälen eine Laufradstirnseite in radialer Richtung stufenförmig zu gestalten, wobei in jeder Stufe der Laufradstirnseite ein ringförmiger Schaufelraum angeordnet ist, dem in einer komplementären, ebenfalls stufenförmigen Gehäuseteilstirnseite ein Seitenkanal unter Zwischenschaltung eines Axialspalts gegenüberliegt. Die stufenförmige Absetzung von Laufrad und Gehäuseteil soll die Abdichtung radial benachbarter Schaufelräume unterschiedlichen Drucks verbessern, wobei durch die Absetzung zwischen den Stufen eine konzentrisch zur Achse verlaufende Ringfläche entsteht, die mit Dichtungen ausgestattet sein kann. Der Axialspalt hat zumindest im Bereich jeweils eines Seitenkanals, d. h. zumindest im Bereich jeweils einer Stufe der Laufrad- bzw. Gehäuseteilstirnseite, ein einheitliches Spaltmaß. In wieweit sich die Spaltmaße der Stufen untereinander unterscheiden, ist der Druckschrift nicht zu entnehmen. In ähnlicher Weise stufenförmig abgesetzte Laufräder mit entsprechend komplementär gestalteten Gehäuseteilen sind auch in der DE-PS 724 875 und der DE-PS 731 085 beschrieben.

Angesichts dieses Standes der Technik besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein Seitenkanalgebläse mit geringen Leckageverlusten zu schaffen, ohne daß dies eine aufwendige Fertigung und Montage bedingt.

Diese Aufgabe wird bei einem Seitenkanalgebläse mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 dadurch gelöst, daß ein Spaltmaß des Axialspalts eine Funktion des radialen Abstands von der Achse ist, wobei das Spaltmaß im Bereich eines an eine Nabe anschließenden Laufradinnenrands kleiner als im Bereich eines Laufradaußenrands ist.

Indem das Spaltmaß im Bereich des Laufradaußenrands größer als im Bereich des an die Nabe anschließenden Laufradinnenrands ist, werden an Fertigung und Montage Anforderungen gestellt, die zum einen niedriger sind, als bei über den gesamten Laufraddurchmesser gleichmäßig geringem Spaltmaß, zum anderen jedoch diejenigen bei einheitlich großem Spaltmaß nicht oder nur unwesentlich überschreiten. Das im Innenbereich des Laufrads kleinere Spaltmaß deckt in diesem Abschnitt Fügetoleranzen und Unebenheiten ab, so daß insgesamt die auftretenden Leckageverluste reduziert werden.

Unter Axialspalt wird dabei vorliegend ein Spalt in Richtung der Achse, um die sich das Laufrad dreht, verstanden. Das Spaltmaß des Axialspalts wird in einer die Achse enthaltenden Schnittebene in Achsrichtung ermittelt und ist der Abstand zwischen der Gehäuseteilstirnseite und der Laufradstirnseite bei einem bestimmten radialen Abstand von der Achse.

Die vorliegende Erfindung ist insbesondere zur Wirkungsgradsteigerung bei Seitenkanalgebläsen kleiner Baugröße (Laufraddurchmesser im Bereich von etwa 50 mm bis 150 mm) und relativ hohen Druckdifferenzen zwischen Einlaß- und Auslaßsseite geeignet.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Bei der Wahl des funktionellen Zusammenhangs des Spaltmaßes vom radialen Abstand von der Achse hat man grundsätzlich große Freiheit. So kann die Zunahme des Spaltmaßes mit dem radialen Abstand allein durch die Gestaltung der Laufradstirnseite erreicht werden, wobei, wie sonst bei Seitenkanalgebläsen üblich, nahezu die gesamte Gehäuseteilstirnseite im wesentlichen senkrecht zu der Achse ist. Umgekehrt läßt sich die Spaltmaßvergrößerung auch durch entsprechende Gestaltung der Gehäuseteilstirnseite erzielen, so daß nahezu die gesamte Laufradstirnseite im wesentlichen senkrecht zu der Achse, um die sich das Laufrad dreht bleiben kann. Schließlich kann das am Laufradinnenrand im Vergleich zum Laufradaußenrand kleinere Spaltmaß dadurch vorgegeben werden, daß sowohl die Laufrad- als auch die Gehäuseteilstirnseite im Bereich des Laufradinnenrandes einen geringeren Abstand von einer zur Achse senkrechten Ebene aufweisen, als dies im Bereich des Laufradaußenrands der Fall ist.

Vorzugsweise ändert sich das Spaltmaß in radialer Richtung abschnittsweise. Es ist in radialer Richtung bevorzugt wenigstens abschnittsweise konstant und kann im Bereich wenigstens eines Abschnitts proportional zum Abstand von der Achse zunehmen. Letzteres läßt sich insbesondere dadurch realisieren, daß die Laufradstirnseite und/oder die Gehäuseteilstirnseite wenigstens abschnittsweise einen Winkel im Bereich von etwa 0,1° bis 0,5° mit Bezug auf eine senkrecht zur Achse verlaufende Ebene einnimmt.

Eine Variation des Spaltmaßes in radialer Richtung läßt sich ebenso durch in radialer Richtung wenigstens abschnittsweise bogenförmig Ausgestaltung der Laufradstirnseite und/oder der Gehäuseteilstirnseite erreichen.

Ferner kann das Spaltmaß in radialer Richtung wenigstens abschnittsweise stufenförmig zunehmen, indem beispielsweise die Laufradstirnseite und/oder die Gehäuseteilstirnseite in radialer Richtung wenigstens abschnittsweise stufenförmig ausgestaltet ist. Dabei weisen zwei radial aufeinanderfolgende Stufen in der Laufradstirnseite oder der Gehäuseteilstirnseite vorzugsweise einen axialen Abstand im Bereich von etwa 0,01 bis 0,1 mm auf. Die einzelnen Stufen können eine radiale Erstreckung im Bereich von etwa 5 bis 20 mm aufweisen.

Es ist von Vorteil, wenn die Laufradstirnseite im Bereich der Schaufelkammern im wesentlichen parallel zur Gehäuseteilstirnseite ist.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung läßt sich ein an einer Laufradrückseite auftretender Leckagestrom reduzieren, indem ein Spaltmaß eines Rückenspalts zwischen der Laufradrückseite und einer dieser gegenüberliegenden Innenfläche eines weiteren stationären Gehäuseteils eine Funktion des radialen Abstand von der Achse ist, wobei das Spaltmaß des Rückenspalts im Bereich eines rückseitigen Laufradinnenrands kleiner als im Bereich eines rückseitigen Laufradaußenrands ist.

Die Art der Variation des Spaltmaßes des Rückenspalts über dem radialen Abstand von der Achse kann prinzipiell ähnlich derjenigen des Axialspalts sein: wenigstens abschnittsweise konstant, proportional zum Abstand von der Achse und/oder stufenförmig zunehmend. Insbesondere kann die Laufradrückseite in radialer Richtung wenigstens abschnittsweise bogenförmig ausgestaltet sein.

Nachfolgend sind vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigt:

Fig. 1 einen schematischen Schnitt durch ein Seitenkanalgebläse, wobei aus Übersichtlichkeitsgründen nur die vorliegend wesentlichen Bauteile dargestellt sind;

Fig. 2 bis 5 schematische Schnittdarstellungen ähnlich Fig. 1 von abgewandelten Ausführungsformen eines Seitenkanalgebläses.

Insgesamt mit 10 ist in Fig. 1 ein Seitenkanalgebläse bezeichnet, das ein stationäres Gehäuseteil 12 mit einem Ringkanal 14 mit etwa halbkreisförmigem Querschnitt aufweist, wobei der Ringkanal 14 in an sich bekannter Weise eine nicht gezeigte Einlaßöffnung mit einer gleichfalls nicht wiedergegebenen Auslaßöffnung verbindet.

Der halbkreisförmige Querschnitt des Ringkanals 14 reicht von einer Außenkante 16 über eine tiefste Stelle des Ringkanals 14, einen sogenannten Grund 20, zu einer Innenkante 18, die in axialer Richtung des Gehäuseteils 12 gesehen im wesentlichen auf derselben Höhe wie die Außenkante 16 liegt.

Dem in einer Stirnseite 22 des Gehäuseteils 12 eingebrachten Ringkanal 14 gegenüber sind in einem Laufrad 24 Schaufelkammern 38 angeordnet, die, ausgehend von einer Stirnseite 26 des Laufrads 24, im Querschnitt ebenfalls halbkreisförmig ausgebildet und mit ihren offenen Seiten dem Ringkanal 14 zugewandt sind. Eine mit dem Laufrad 24 einstückige Nabe 28 dient der drehfesten Verbindung, insbesondere einer Preßverbindung, des Laufrads 24 mit einer Antriebswelle 30 eines nicht dargestellten Motors, der auf einer der Stirnseite 22 des Gehäuseteils 12 abgewandten Rückseite am Gehäuseteil 12 in üblicher Weise abgedichtet angeflanscht ist, wobei die Antriebswelle 30 einen Durchbruch im Gehäuseteil 12 durchsetzt.

Das Laufrad 24 ist mittels der Antriebswelle 30 drehbar um eine Achse 32 aufgenommen, und seine Stirnseite 26 erstreckt sich von einem sich an die Nabe 28 radial anschließenden Innenrand 34 bis zu einem Außenrand 36. Zwischen der Laufradstirnseite 26 und der Gehäuseteilstirnseite 22 befindet sich ein Axialspalt 39, dessen Spaltmaß 40 in einem ersten Abschnitt 42 (im Bereich des Innenrands 34) konstant ist und in einem sich an den ersten Abschnitt 42 radial anschließenden Abschnitt 44 proportional zum Abstand von der Achse 32 zunimmt. In dem bis zum Außenrand 36 reichenden Abschnitt 44 erweitert sich der Axialspalt 39 keilförmig.

In der Ausführungsform nach Fig. 1 ist das Laufrad 24 als Kunststoff-Spritzgießteil ausgebildet und umfaßt mehrere im wesentlichen axial ausgerichtete konzentrische Stege 41. Zwischen einer Laufradrückseite 46 und einer Innenfläche 50 eines über eine Dichtung 48 mit Bezug auf das Gehäuseteil 12 abgedichteten Deckels 52 als weiterem stationären Gehäuseteil ist ein Rückenspalt 53 mit einem Spaltmaß 54 vorgesehen. Die Laufradrückseite 46 erstreckt sich in radialer Richtung von einem rückseitigen Innenrand 56 zu einem rückseitigen Außenrand 58, wobei das Spaltmaß 54 des Rückenspalts 53 in einem ersten Abschnitt 60 im Bereich des rückseitigen Innenrands 56 einen konstanten Wert einnimmt. In einem an den Abschnitt 60 radial folgenden Abschnitt 62 nimmt das Spaltmaß 54 mit wachsendem radialen Abstand von der Achse 32 zu. Dabei ist in dem bis zum rückseitigen Außenrand 58 reichenden Bereich 62 die Laufradrückseite 46 bogenförmig konvex gestaltet, während die gegenüberliegende Innenfläche 50 des Deckels 52 im wesentlichen senkrecht zur Achse 32 steht.

Die Fig. 2 zeigt ein abgewandeltes Laufrad 64, das sich vom Laufrad 24 im wesentlichen nur dadurch unterscheidet, daß seine Laufradrückseite 66 vom rückseitigen Innenrand 56 bis zum rückseitigen Außenrand 58 senkrecht zur Achse 32 ist und daß seine Nabe 68 die Laufradrückseite 66 axial überragt. Wie beim Bezugszeichen 72 durch Strichlinie angedeutet, kann der Abschnitt 44 der Laufradstirnseite 26 außerdem in zwei Abschnitte 70 und 72 unterteilt sein, von denen nur der weiter innen liegende Abschnitt 70 unter einem Winkel, der äußere Abschnitt 72 jedoch senkrecht zur Achse 32 angeordnet ist. Dieses Merkmal kann selbstverständlich auch beim Laufrad 24 der ersten Ausführungsform gemäß Fig. 1 vorgesehen sein.

Bei einem Laufraddurchmesser von etwa 80 mm beträgt das Spaltmaß 74 im Bereich des Abschnitts 42 etwa 0,15 mm und das Spaltmaß 76 am Außenrand 36 des Laufrads 64 etwa 0,3 mm. Dabei reicht der Abschnitt 42 bis zu einem radialen Abstand von der Achse 32, der im Bereich von etwa 4 bis etwa 15 mm liegt.

Ein Laufrad 78 gemäß Fig. 3 unterscheidet sich vom Laufrad 64 hauptsächlich durch eine stufenförmige Ausgestaltung der Laufradstirnseite 26. Ferner wird das Laufrad 78, welches vier konzentrische Stufen 80, 82, 84 und 86 aufweist, die sich in dieser Reihenfolge vom Innenrand 34 bis zum Außenrand 36 erstrecken, von einer Antriebswelle 88 angetrieben, die sich, anders als bei den Ausführungsbeispielen der Fig. 1 und 2, nicht durch ein Gehäuseteil 90 hindurch erstreckt, sondern vielmehr axial im wesentlichen in Höhe der am weitesten innen liegenden Stufe 80 endet. Ein nicht dargestellter Antriebsmotor befindet sich auf der dem Laufrad 78 zugewandten Seite des Gehäuseteils 90 oberhalb des Laufrades 78 und ist an einem weiteren Gehäuseteil angeflanscht, welches am Gehäuseteil 90 festgelegt ist.

Eine weitere Ausführungsform eines Seitenkanalgebläses ist in Fig. 4 wiedergegeben und umfaßt ein abgewandeltes Gehäuseteil 92, dessen Stirnseite 22 in radialer Richtung, ausgehend von der Achse 32, im wesentlichen in drei konzentrische Abschnitte 94, 96 und 98 aufgeteilt ist. Während der innerste Abschnitt 94 und der äußerste Abschnitt 98 senkrecht zu Achse 32 in zwei parallelen Ebenen verlaufen, von denen die Ebene, in der sich der äußerste Abschnitt 98 befindet, axial weiter vom Laufrad 78 entfernt ist, verbindet der mittlere Abschnitt 96 die beiden Abschnitte 94 und 98 in der Schnittdarstellung gemäß Fig. 4 bogenförmig.

Die Ausführungsform der Fig. 5 weist schließlich ein Laufrad 100 auf, dessen Stirnseite 26 im wesentlichen über den gesamten Laufraddurchmesser senkrecht zur Achse 32 ist. Der Axialspalt 39 erweitert sich in radialer Richtung stufenförmig, indem die Stirnseite 22 eines Gehäuseteils 102 stufenförmig ausgestaltet ist und, ausgehend von der Achse 32, vier konzentrischen Stufen 104, 106, 108 und 110 umfaßt, die jeweils senkrecht mit Bezug auf die Achse 32 stehen.

Alle Spalten und spaltvergrößernden Winkel sind in den Figuren nicht maßstäblich, sondern deutlich vergrößert dargestellt, um den Kern der Erfindung deutlich hervorzuheben.

Bezugszeichenliste

10

Seitenkanalgebläse

12

Gehäuseteil

14

Ringkanal

16

Außenkante

18

Innenkante

20

Grund

22

Stirnseite

24

Laufrad

26

Stirnseite

28

Nabe

30

Antriebswelle

32

Achse

34

Innenrand

36

Außenrand

38

Schaufelkammer

39

Axialspalt

40

Spaltmaß

41

Steg

42

,

44

Abschnitt

46

Laufradrückseite

48

Dichtung

50

Innenfläche

52

Deckel

53

Rückenspalt

54

Spaltmaß (von

53

)

56

rückseitiger Innenrand

58

rückseitiger Außenrand

60

,

62

Abschnitt

64

Laufrad

66

Laufradrückseite

68

Nabe

70

,

72

Abschnitt

74

,

76

Spaltmaß

78

Laufrad

80

,

82

,

84

,

86

Stufe

88

Antriebswelle

90

,

92

Gehäuseteil

94

,

96

,

98

Abschnitt

100

Laufrad

102

Gehäuseteil

104

,

106

,

108

,

110

Stufe

Claims (15)

1. Seitenkanalgebläse zur Brennluftförderung bei Heizgeräten wie Fahrzeugheizgeräten mit einem Ringkanal (14) in einer Stirnseite (22) eines stationären Gehäuseteils (12, 90, 92, 102) und mit einem um eine Achse (32) drehbaren Laufrad (24, 64, 78, 100), dessen Schaufeln in einer der Gehäuseteilstirnseite (22) zugewandten Stirnseite (26) des Laufrads (24, 64, 78, 100) in Richtung auf den Ringkanal (14) geöffnete Schaufelkammern (38) bilden, wobei zwischen der Gehäuseteilstirnseite (22) und der Laufradstirnseite (26) ein als Dichtspalt wirkender Axialspalt (39) vorhanden ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Spaltmaß (40, 74, 76) des Axialspalts (39) eine Funktion des radialen Abstands von der Achse (32) ist, wobei das Spaltmaß (40, 74, 76) im Bereich eines an eine Nabe (28) anschließenden Laufradinnenrands (34) kleiner als im Bereich eines Laufradaußenrands (36) ist.

2. Seitenkanalgebläse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Spaltmaß (40, 74, 76) in radialer Richtung wenigstens abschnittsweise proportional zum Abstand von der Achse (32) zunimmt.

3. Seitenkanalgebläse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Spaltmaß (40, 74, 76) in radialer Richtung wenigstens abschnittsweise konstant ist.

4. Seitenkanalgebläse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Spaltmaß (40, 74, 76) in radialer Richtung wenigstens abschnittsweise stufenförmig zunimmt.

5. Seitenkanalgebläse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Laufradstirnseite (26) und/oder die Gehäuseteilstirnseite (22) wenigstens abschnittsweise einen Winkel im Bereich von etwa 0,1° bis 0,5° mit Bezug auf eine senkrecht zur Achse (32) verlaufende Ebene einnimmt.

6. Seitenkanalgebläse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Laufradstirnseite (26) und/oder die Gehäuseteilstirnseite (22) in radialer Richtung wenigstens abschnittsweise stufenförmig ausgestaltet ist.

7. Seitenkanalgebläse nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwei radial aufeinanderfolgende Stufen (80, 82, 84, 86; 104, 106, 108, 110) in der Laufradstirnseite oder der Gehäuseteilstirnseite einen axialen Abstand im Bereich von etwa 0,01 bis 0,1 mm aufweisen.

8. Seitenkanalgebläse nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Stufen (80, 82, 84, 86; 104, 106, 108, 110) eine radiale Erstreckung im Bereich von etwa 5 bis 20 mm aufweisen.

9. Seitenkanalgebläse nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Laufradstirnseite (26) im Bereich der Schaufelkammern (38) im wesentlichen parallel zur Gehäuseteilstirnseite (22) ist.

10. Seitenkanalgebläse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Laufradstirnseite (26) und/oder die Gehäuseteilstirnseite (22) in radialer Richtung wenigstens abschnittsweise bogenförmig ausgestaltet ist.

11. Seitenkanalgebläse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß nahezu die gesamte Laufradstirnseite (26) im wesentlichen senkrecht zu der Achse (32) ist.

12. Seitenkanalgebläse nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß nahezu die gesamte Gehäuseteilstirnseite (22) im wesentlichen senkrecht zu der Achse (32) ist.

13. Seitenkanalgebläse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Spaltmaß (54) eines Rückenspalts (53) zwischen einer Laufradrückseite (46, 66) und einer dieser gegenüberliegenden Innenfläche (50) eines weiteren stationären Gehäuseteils (52) eine Funktion des radialen Abstand von der Achse (32) ist, wobei das Spaltmaß (54) des Rückenspalts (53) im Bereich eines rückseitigen Laufradinnenrands (56) kleiner als im Bereich eines rückseitigen Laufradaußenrands (58) ist.

14. Seitenkanalgebläse nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Spaltmaß (54) des Rückenspalts (53) in radialer Richtung wenigstens abschnittsweise konstant ist.

15. Seitenkanalgebläse nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Laufradrückseite (46) in radialer Richtung wenigstens abschnittsweise bogenförmig ausgestaltet ist.