WO2016110371A1 - Seitenkanalgebläse für eine verbrennungskraftmaschine mit breitem unterbrecherspalt - Google Patents

Seitenkanalgebläse für eine verbrennungskraftmaschine mit breitem unterbrecherspalt Download PDF

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Matthias BOUTROS-MIKAHIL
Rainer Peters
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Pierburg Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to a side channel blower for an internal combustion engine with a flow housing, an impeller which is rotatably disposed in the flow housing, impeller blades which are formed on the radially outer portion of the impeller and are formed radially outwardly open, a radial gap between the impeller and a Impeller radially surrounding housing wall, an inlet and an outlet and two the inlet to the outlet connecting gas delivery channels, which are axially opposite to the impeller blades in the flow housing and are fluidly interconnected via gaps between the impeller blades, a drive unit via which the Impeller is drivable and an interruption area between the outlet and the inlet, in which the conveying channels are interrupted in the circumferential direction.
  • one of the delivery channels is usually in a Lid serving housing part formed while the other conveying channel is formed in the housing part to which usually the drive unit is attached, at the shaft of the impeller is arranged at least rotationally fixed.
  • the impeller is formed at its periphery substantially such that it forms with the surrounding him the impeller conveyor channel or the surrounding conveyor channels one or two circumferential vortex channels.
  • the impeller vanes are divided axially over a radial section into two sections associated with the respective opposite conveying channel. Between the impeller blades pockets are formed, in which receives the pumped fluid upon rotation of the impeller through the impeller blades acceleration in the circumferential direction and in the radial direction, so that in the delivery channel, a circumferential vortex flow.
  • An overflow from one delivery channel to the other arises at radially open wheels formed mostly on the gap between the radial end of the impeller and the radially opposite housing wall.
  • the interruption area extends in this preferred embodiment only over an angle of 20 ° to 40 ° of Total circumference of the flow housing. Due to the resulting extension of the delivery channels, there is no restriction with regard to delivery capacity and efficiency. Furthermore, the area for possible deposits and ice formation is reduced.
  • the impeller blades are V-shaped in cross-section such that the impeller blades extend in the direction of rotation inclined to the axis of rotation in the direction of its opposite conveying channel.
  • the impeller is formed in the radially outer region both axially and radially open, so that the gas is collected and accelerated in the axial center of the blade, which has proven to be an advantage for the formation of the spiral flow, with a steady exchange between the two delivery channels is possible.
  • This shape of the impeller creates a very high pressure in the radial gap which prevents short circuit flow from the inlet to the outlet as in a dynamic gas seal. Leakage with a consequent reduction of the delivery rate is reliably avoided in this way.
  • An optimal inclination of the blades to the axis of rotation is 5 ° to 20 ° in the direction of rotation of the impeller. At such an angle, a particularly good efficiency is achieved, since an increased pressure is generated in the gap.
  • the impeller blades are inclined in their radially outer end region in the direction of rotation of the impeller to the radially inwardly adjacent intermediate region of the impeller blades.
  • an additional acceleration is generated during the radial movement of the medium to the outside, through which the pressure generated in the gap is additionally increased, which improves the sealing effect.
  • a dividing wall is formed which extends radially across the intermediate region of the impeller vanes which adjoins the end region.
  • a side channel blower in which, in comparison to known side channel blowers for compressible media at the same delivery rate, a high pressure is generated in the gap through which a back pressure for a short circuit flow is generated in the gap as in a dynamic gas seal.
  • the impeller and the housing can be manufactured with larger tolerances, which reduces the manufacturing costs. Sensitivity to deposits, foreign matter and Ice bridge formation is significantly reduced in comparison to known designs.
  • Figure 1 shows a side view of a side channel blower according to the invention in a sectional view.
  • FIG. 2 shows a perspective view of a detail of the impeller of the side channel blower of FIG. 1.
  • FIG. 3 shows a perspective view of a bearing housing of the side channel blower according to the invention from FIG. 1.
  • the side channel blower shown in Figure 1 has a two-part flow housing, which consists of a bearing housing 10 and attached thereto, for example by screws housing cover 12.
  • a bearing housing 10 In the bearing housing 10 a rotatable about a drive unit 14 impeller 16 is mounted.
  • the conveyed compressible medium passes through an axial inlet 18, which is formed in the housing cover 12, into the interior of the side channel blower.
  • the impeller 16 is disposed between the housing cover 12 and the bearing housing 10 and has at its periphery impeller blades 32 which extend from a disc-shaped central part 34 which is mounted on the axis of rotation X of the impeller 16 forming drive shaft 28, and to which the two delivery channels 20, 22 are formed axially opposite each other. Circumferential corresponding webs 36 and grooves 38 on the housing parts 10, 12 and on the disc-shaped central part 34 of the impeller 16, a seal of the delivery channels 20, 22 is generated in the direction of the interior of the impeller 16.
  • the impeller blades 32 of the impeller 16 have a radially outer end region 40 and a radially adjacent intermediate region 42 arranged between the disk-shaped middle part 34 and the radially outer end region 40.
  • the impeller blades 32 are divided by a radially extending partition wall 44 into a first row axially opposite the first delivery channel 20 and a second row axially opposite to the second delivery channel 22 so that two swirl channels are formed, each through one of the delivery channels 20, 22 are formed with the facing part of the impeller blades 32.
  • There is no separation in the radially outer end region 40 so that an exchange of the medium between the delivery channels 20, 22 is possible in this region.
  • the outer diameter of the delivery channels 20, 22 is slightly larger than the outer diameter of the impeller 16, which is for example about 85 mm, so that a fluidic connection between the two delivery channels 20, 22 also outside the outer periphery of the impeller 16 is. It is thus in the region of the conveying channels 20, 22 a radial Gap 52 formed between a radially bounding housing wall 54 and the radial end of the impeller 16 in the order of 3 to 6 mm, with correspondingly larger impeller 16 and this gap 52 is to be chosen correspondingly larger. Between the impeller blades 32 are thus formed radially outwardly open pockets 56, in which the medium is accelerated, so that its pressure over the length of the conveying channels 20, 22 is increased.
  • the impeller blades 32 are employed in the intermediate region 42 at an angle of approximately 10 ° counter to the running direction of the impeller 16 in comparison to the radial direction Z.
  • they are inclined in the direction of rotation compared to the intermediate region 42 by an angle of 20 ° or extend in this end region 40 by an angle of 10 ° in the direction of rotation to the radial direction Z. This results in an additional acceleration of the Medium at the rotation of the impeller 16 at a speed of about 12,000 to 24,000 U / min.
  • each leg of each impeller blade 32 is associated with its opposite conveying channel 20, 22 and in the intermediate region Partition 44 is disposed between the legs.
  • each leg In comparison with a vector running parallel to the axis of rotation X, each leg is inclined by approximately 15 ° in the direction of rotation of the impeller 16 and is designed to extend in the direction of the opposite conveying channel 20, 22.
  • the axial ends of the two legs are each formed in advance compared to the point at which the legs are brought together.
  • the gas from the delivery channels 20, 22 in the radially inner intermediate region 42 enters the pockets 56 a.
  • the rotation and shape of the blades 32 create maximum gas accumulation in the central region of each blade 32.
  • This collected gas is then accelerated outward over the axially middle region, with the slope of the end region 40 providing additional acceleration above normal rotational velocity ,
  • the gas is accelerated in the direction of the radially delimiting housing wall 54, which are arranged correspondingly at a distance of 3 to 6 mm to the outer periphery of the impeller 16, so that a larger space for deflection in the direction of the delivery channels 20, 22 is available ,
  • the gas enters the pockets 56 again to be accelerated again. This results in a helical movement along each conveyor channel 20, 22 from the inlet 18 to the outlet 30. This leads to a good flow rate of the blower.
  • the outlet 30 has a round cross-section, whereby the available for the flow-out cross section of each pocket 56 gradually decreases upon rotation of the impeller 16.
  • the impeller blades 32 pass over an interruption region 58 which extends through an angle of about 30 ° between the inlet 18 and the outlet 30.
  • a radial interrupter gap 64 is formed between the radially delimiting housing wall 54 and the outer circumference of the impeller 16, the width of which is approximately 0.5 to 2.5 mm.
  • This breaker gap 64 is thus significantly larger than the usual column of about 0.3 mm in this area. With a larger trained impeller 16 and this interrupter gap 64 can be formed correspondingly larger. If the impeller vanes 32 now cover the interruption region 58, a portion of the residual gas from the pockets 56 can initially flow through the larger gap over the interruption region 58 to the outlet 30, which reduces the noise compared to narrow-gap designs.

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Abstract

Es sind Seitenkanalgebläse für eine Verbrennungskraftmaschine mit einem Strömungsgehäuse,einem Laufrad (16), welches drehbar im Strömungsgehäuse angeordnet ist, Laufradschaufeln (32), die am radial äußeren Bereich des Laufrades (16) ausgebildet sind und nach radial außen offen ausgebildet sind, einem radialen Spalt(52)zwischen dem Laufrad (16) und einer das Laufrad (16) radial umgebenden Gehäusewand (54), einem Einlass (18) und einem Auslass (30) sowie zwei den Einlass(18)mit dem Auslass (30) verbindende Förderkanäle (20, 22) für ein Gas, die axial gegenüberliegend zu den Laufradschaufeln (32) im Strömungsgehäuse ausgebildet sind und über Zwischenräume zwischen den Laufradschaufeln (32) fluidisch miteinander verbunden sind, einer Antriebseinheit (14), über die das Laufrad (16) antreibbar ist und einem Unterbrechungsbereich (58) zwischen dem Auslass (30) und dem Einlass (18), in dem die Förderkanäle (20, 22) in Umfangsrichtung unterbrochen sind,bekannt. Um bei gleichbleibender Förderleistung das Gebläse kostengünstiger aufgrund größerer Toleranzen herstellen zu können und das Gebläse unempfindlicher gegen Eisbildung und Verschmutzung zu machen, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass ein radialer Unterbrecherspalt (64) zwischen dem Laufrad (16) und der radial begrenzenden Gehäusewand (54) im gesamten Unterbrechungsbereich (58) dem 0,005 bis 0,03- fachen des Laufraddurchmessers entspricht.

Description

B E S C H R E I B U N G
SEITENKANALGEBLÄSE FÜR EINE VERBRENNUNGSKRAFTMASCHINE MIT BREITEM
UNTERBRECHERSPALT
Die Erfindung betrifft ein Seitenkanalgebläse für eine Verbrennungskraftmaschine mit einem Strömungsgehäuse, einem Laufrad, welches drehbar im Strömungsgehäuse angeordnet ist, Laufradschaufeln, die am radial äußeren Bereich des Laufrades ausgebildet sind und nach radial außen offen ausgebildet sind, einem radialen Spalt zwischen dem Laufrad und einer das Laufrad radial umgebenden Gehäusewand, einem Einlass und einem Auslass sowie zwei den Einlass mit dem Auslass verbindende Förderkanäle für ein Gas, die axial gegenüberliegend zu den Laufradschaufeln im Strömungsgehäuse ausgebildet sind und über Zwischenräume zwischen den Laufradschaufeln fluidisch miteinander verbunden sind, einer Antriebseinheit, über die das Laufrad antreibbar ist und einem Unterbrechungsbereich zwischen dem Auslass und dem Einlass, in dem die Förderkanäle in Umfangsrichtung unterbrochen sind.
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 oder zur Förderung von Wasserstoff für PEM-Brennstoffzellensysteme. Der Antrieb erfolgt üblicherweise über einen Elektromotor, auf dessen Ausgangswelle das Laufrad angeordnet ist. 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 zumeist 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. Das Laufrad ist an seinem Umfang im Wesentlichen derart ausgebildet, dass es mit dem ihm das Laufrad umgebenden Förderkanal oder den umgebenden Förderkanälen einen oder zwei umlaufende Wirbelkanäle bildet.
Bei Seitenkanalgebläsen mit zwei axial gegenüberliegenden Wirbelkanälen sind die Laufradschaufeln über einen radialen Abschnitt axial in zwei dem jeweils gegenüberliegenden Förderkanal zugeordnete Abschnitte unterteilt. Zwischen den Laufradschaufeln werden Taschen ausgebildet, in denen das geförderte Fluid bei Drehung des Laufrades durch die Laufradschaufeln eine Beschleunigung in Umfangsrichtung sowie in radialer Richtung erhält, so dass im Förderkanal eine umlaufende Wirbelströmung entsteht. Ein Überströmen von einem Förderkanal zum anderen entsteht bei radial offen ausgebildeten Laufrädern zumeist über den Spalt zwischen dem radialen Ende des Laufrades und der radial gegenüberliegenden Gehäusewand.
Um eine möglichst gute Förderung beziehungsweise Druckerhöhung zu erhalten, sind bei der Förderung von Gasen und Flüssigkeiten unterschiedliche Maßnahmen aufgrund des unterschiedlichen Verhaltens bei der Förderung kompressibler oder nicht beziehungsweise gering kompressibler Medien getroffen worden.
Des Weiteren ist bei der Förderung in Seitenkanalgebläsen die Geräuschentwicklung zu beachten, denn es treten akustisch störende Druckstöße unmittelbar nach dem Überstreichen jeder Laufradschaufel am Anfang des Unterbrechungsbereiches auf, da in den Taschen zwischen den Laufradschaufeln noch verdichtetes Gas vorhanden ist, welches nicht vollständig über den Auslass ausgestoßen wurde und beim Erreichen des Unterbrechungsbereiches plötzlich gegen dessen Wände beschleunigt wird. Dies führt zu deutlich erhöhten Geräuschemissionen.
Aus diesem Grund sind verschiedene Auslasskonturen und Ausformungen des Unterbrecherbereiches bekannt geworden. So wird in der DE 10 2010 046 870 AI ein Seitenkanalgebläse vorgeschlagen, bei dem an der radial begrenzenden Gehäusewand hinter dem Auslass Ausnehmungen ausgebildet sind, die sich über ein mehrfaches des Schaufelabstandes in Umfangsrichtung erstrecken, so dass der Unterbrechungsbereich an der Gehäusewand gestuft ausgebildet ist. Hierdurch wird die Geräuschentwicklung zwar verbessert, jedoch erstreckt sich der Unterbrechungsbereich bei einer solchen Ausführung über einen Umfangswinkel von über 60°, wodurch die mögliche Förderleistung und damit der Wirkungsgrad des Gebläses sinkt, da weniger Laufstrecke zur Druckerhöhung zur Verfügung steht. Des Weiteren beträgt der radiale Unterbrecherspalt zur Verhinderung einer Kurzschlussströmung vom Auslass direkt zum Einlass über den Unterbrecherbereich lediglich etwa 0,3 mm. Dies hat zur Folge, dass bei der Verwendung eines derartigen Gebläses in Verbrennungsmotoren bei Außentemperaturen unter dem Gefrierpunkt Kondensate im Spalt gefrieren können und das Laufrad festsetzen. Des Weiteren sind bei der Fertigung und Montage sehr genaue Toleranzen einzuhalten, um eine Berührung des Laufrades an der Gehäusewand zu verhindern.
Zusätzlich ist aus der DE 691 Ol 249 T2 eine Seitenkanalpumpe bekannt, deren Unterbrecherbereich deutlich verkürzt ist. Um dennoch ein Überströmen zu verhindern und die Geräuschentwicklung zu minimieren, werden verschiedene Maßnahmen ergriffen, bei denen jedoch insbesondere davon ausgegangen wird, dass ein Überströmen im Bereich der geschlossenen Scheibe des Laufrades erfolgt. Zur Vermeidung eines Überströmens des Unterbrechungsbereiches wird der radiale Spalt zwischen dem Laufrad und der Gehäusewand möglichst gering gehalten, wodurch erneut Probleme in der Fertigung aufgrund einzuhaltender Toleranzen auftreten und eine deutliche Geräuschentwicklung beim radialen Verlassen des Gases aus dem Laufrad im Unterbrechungsbereich auftritt.
Es stellt sich daher die Aufgabe, ein Seitenkanalgebläse zu schaffen, mit dem die Förderrate beziehungsweise der Förderdruck bekannter Seitenkanalgebläse vergleichbarer Größe erhalten bleibt und dennoch die notwendigen Toleranzen zur Vereinfachung der Fertigung deutlich erhöht werden können. Hierdurch soll eine Eisbrückenbildung im Gebläse verhindert werden und das Gebläse unempfindlicher gegenüber auftretenden Verschmutzungen gemacht werden. Dennoch soll ein Überströmen des Unterbrecherbereiches verhindert werden und die Geräuschentwicklung möglichst reduziert werden.
Diese Aufgabe wird durch den kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs gelöst.
Entgegen der Erwartungen wird eine solche Optimierung bei der Förderung kompressibler Medien durch ein Seitenkanalgebläse erreicht, bei dem ein radialer Unterbrecherspalt zwischen dem Laufrad und der radial begrenzenden Gehäusewand im gesamten Unterbrechungsbereich dem 0,005 bis 0,03-fachen des Laufraddurchmessers entspricht. Dies entspricht einer Vergrößerung des Spaltes im Vergleich zu bekannten Ausführungsformen um das Doppelte bis 10-fache, wodurch die Empfindlichkeit gegen Eisbildung oder Schmutzstoffe im geförderten Gas erheblich herabgesetzt wird und die Fertigung aufgrund der geringeren einzuhaltenden Toleranzen deutlich vergünstigt wird. Trotzdem ist eine Einschränkung bezüglich der Förderleistung nicht zu erwarten, da bei diesem Abstand der Spalt als dynamische Gasdichtung bei ausreichender Druckerhöhung im Spalt wirkt.
Der Unterbrechungsbereich erstreckt sich bei dieser bevorzugten Ausführungsform lediglich über einen Winkel von 20° bis 40° des Gesamtumfangs des Strömungsgehäuses. Durch die daraus resultierende Verlängerung der Förderkanäle ist keine Einschränkung bezüglich der Förderleistung und des Wirkungsgrades zu verzeichnen. Des Weiteren wird der Bereich für mögliche Ablagerungen und Eisbildung reduziert.
Vorzugsweise sind die Laufradschaufeln im Querschnitt derart V-förmig ausgebildet, dass die Laufradschaufeln sich in Drehrichtung geneigt zur Drehachse in Richtung ihres gegenüberliegenden Förderkanals erstrecken. Gleichzeitig ist das Laufrad im radial außen liegenden Bereich sowohl axial als auch radial offen ausgebildet, so dass das Gas in der axialen Mitte der Schaufel gesammelt und beschleunigt wird, was sich als Vorteil für die Ausbildung der Spiralströmung erwiesen hat, wobei ein stetiger Austausch zwischen den beiden Förderkanälen möglich ist. Durch diese Form des Laufrades wird im radialen Spalt ein sehr hoher Druck erzeugt, der eine Kurzschlussströmung vom Einlass zum Auslass wie bei einer dynamischen Gasdichtung verhindert. Eine Leckage mit einer daraus resultierenden Reduzierung der Förderleistung wird auf diese Weise zuverlässig vermieden.
Eine optimale Neigung der Schaufeln zur Drehachse beträgt 5° bis 20° in Drehrichtung des Laufrades. Bei einem derartigen Winkel wird ein besonders guter Wirkungsgrad erzielt, da ein erhöhter Druck im Spalt erzeugt wird.
Vorzugsweise sind die Laufradschaufeln in ihrem radial äußeren Endbereich in Drehrichtung des Laufrades zum radial innen angrenzenden Zwischenbereich der Laufradschaufeln geneigt ausgebildet. Hierdurch wird bei der radialen Bewegung des Mediums nach außen eine zusätzliche Beschleunigung erzeugt, durch die der erzeugte Druck im Spalt zusätzlich erhöht wird, was die Dichtwirkung verbessert.
In einer hierzu weiterführenden Ausbildung der Erfindung ist der radiale Endbereich der Laufradschaufeln zur radialen Richtung 5° bis 20° in Drehrichtung geneigt ausgebildet und der daran angrenzende Zwischenbereich der Laufradschaufeln um 5° bis 20° entgegen der Drehrichtung geneigt zur radialen Richtung ausgebildet. Bei diesen Anstellwinkeln ergibt sich ein optimierter Förderdruck des Gebläses mit der daraus resultierenden Dichtwirkung und Verbesserung der Förderleistung.
Bei dieser Ausformung des Laufrades im Zusammenhang mit dem relativ breiten Spalt im Unterbrechungsbereich hat es sich zusätzlich als positiv erwiesen, wenn der Auslass sich im Strömungsgehäuse tangential von den Förderkanälen aus erstreckt und einen kreisrunden Querschnitt aufweist, der im Wesentlichen dem Querschnitt der Förderkanäle entspricht. Diese Ausbildung verringert die entstehenden Geräuschemissionen, insbesondere dadurch, dass durch den breiten Spalt eine Verteilung der Strömung im Spalt ermöglicht wird.
In einer weiterführenden Ausführungsform ist in Höhe der Verbindung zwischen den beiden Schenkeln der V-förmigen Laufradschaufeln eine Trennwand ausgebildet, welche sich radial über den Zwischenbereich der Laufradschaufeln erstreckt, der an den Endbereich angrenzt. Hierdurch werden Druckverluste durch ein axiales Zusammenströmen der beiden Gasströme aus den beiden Förderkanälen am radial inneren Rand der Laufradschaufeln beziehungsweise der Förderkanäle verhindert und die Ausbildung der beiden Wirbelströmungen verbessert, was erneut den Druck im Spalt erhöht und somit die Dichtwirkung verbessert.
Es wird somit ein Seitenkanalgebläse geschaffen, bei dem im Vergleich zu bekannten Seitenkanalgebläsen für kompressible Medien bei gleicher Förderrate ein hoher Druck im Spalt erzeugt wird, durch den im Spalt ein Gegendruck für eine Kurzschlussströmung erzeugt wird wie bei einer dynamischen Gasdichtung. Dabei kann das Laufrad und das Gehäuse mit größeren Toleranzen hergestellt werden, was die Herstellkosten reduziert. Die Empfindlichkeit gegen Ablagerungen, Fremdstoffe und Eisbrückenbildung wird im Vergleich zu bekannten Ausführungen deutlich reduziert.
Ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Seitenkanalgebläses ist in den Figuren dargestellt und wird nachfolgend beschrieben.
Figur 1 zeigt eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Seitenkanalgebläses in geschnittener Darstellung.
Figur 2 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Ausschnitts des Laufrades des Seitenkanalgebläses der Figur 1.
Figur 3 zeigt eine perspektivische Ansicht auf ein Lagergehäuse des erfindungsgemäßen Seitenkanalgebläses aus Figur 1.
Das in Figur 1 dargestellte Seitenkanalgebläse weist ein zweiteiliges Strömungsgehäuse auf, welches aus einem Lagergehäuse 10 und einem daran beispielsweise durch Schrauben befestigten Gehäusedeckel 12 besteht. Im Lagergehäuse 10 ist ein über eine Antriebseinheit 14 drehbares Laufrad 16 gelagert. Das geförderte kompressible Medium gelangt über einen axialen Einlass 18, der im Gehäusedeckel 12 ausgebildet ist, in das Innere des Seitenkanalgebläses.
Vom Einlass 18 aus strömt das Medium anschließend in zwei sich im Wesentlichen ringförmig erstreckende Förderkanäle 20, 22, von denen der erste Förderkanal 20 im Lagergehäuse 10 ausgebildet ist, in dessen zentraler Öffnung 24 auch eine Lagerung 26 einer Antriebswelle 28 der Antriebseinheit 14 angeordnet ist, auf der das Laufrad 16 befestigt ist und der zweite Förderkanal 22 im Gehäusedeckel 12 ausgebildet ist. Der Austritt des Gases erfolgt über einen tangentialen Auslass 30, der im Lagergehäuse 10 ausgebildet ist. Das Laufrad 16 ist zwischen dem Gehäusedeckel 12 und dem Lagergehäuse 10 angeordnet und weist an seinem Umfang Laufradschaufeln 32 auf, die sich von einem scheibenförmigen Mittelteil 34 aus erstrecken, welches auf der einen Drehachse X des Laufrades 16 bildenden Antriebswelle 28 befestigt ist, und zu denen die beiden Förderkanäle 20, 22 axial gegenüberliegend ausgebildet sind. Durch umlaufende korrespondierende Stege 36 und Nuten 38 an den Gehäuseteilen 10, 12 und an dem scheibenförmigen Mittelteil 34 des Laufrades 16 wird eine Abdichtung von den Förderkanälen 20, 22 in Richtung zum Inneren des Laufrades 16 erzeugt.
Die Laufradschaufeln 32 des Laufrades 16 weisen einen radial äußeren Endbereich 40 sowie einen zwischen dem scheibenförmigen Mittelteil 34 und dem radial äußeren Endbereich 40 angeordneten radial angrenzenden Zwischenbereich 42 auf. In diesem Zwischenbereich 42 sind die Laufradschaufeln 32 durch eine sich radial erstreckende Trennwand 44 in eine erste Reihe axial gegenüberliegend zum ersten Förderkanal 20 und eine zweite Reihe axial gegenüberliegend zum zweiten Förderkanal 22 geteilt, so dass zwei Wirbelkanäle ausgebildet werden, die jeweils durch einen der Förderkanäle 20, 22 mit dem zugewandten Teil der Laufradschaufeln 32 gebildet werden. Im radial äußeren Endbereich 40 besteht keine Trennung, so dass in diesem Bereich ein Austausch des Mediums zwischen den Förderkanälen 20, 22 möglich ist.
Diese beiden im Lagergehäuse 10 und im Gehäusedeckel 12 angeordneten Förderkanäle 20, 22 weisen eine im Wesentlichen konstante Breite auf und erstrecken sich über einen Winkel von etwa 330° im Lagergehäuse 10 und im Gehäusedeckel 12.
Der Außendurchmesser der Förderkanäle 20, 22 ist etwas größer als der Außendurchmesser des Laufrades 16, welcher beispielsweise etwa 85 mm beträgt, so dass eine fluidische Verbindung zwischen den beiden Förderkanälen 20, 22 auch außerhalb des Außenumfangs des Laufrads 16 besteht. Es ist somit im Bereich der Förderkanäle 20, 22 ein radialer Spalt 52 zwischen einer radial begrenzenden Gehäusewand 54 und dem radialen Ende des Laufrades 16 in einer Größenordnung von 3 bis 6 mm ausgebildet, wobei bei entsprechend größerem Laufrad 16 auch dieser Spalt 52 entsprechend größer zu wählen ist. Zwischen den Laufradschaufeln 32 werden somit nach radial außen offene Taschen 56 gebildet, in denen das Medium beschleunigt wird, so dass dessen Druck über die Länge der Förderkanäle 20, 22 erhöht wird.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Laufradschaufeln 32 im Zwischenbereich 42 um einen Winkel von etwa 10° entgegen der Laufrichtung des Laufrades 16 im Vergleich zur radialen Richtung Z angestellt. Im sich daran anschließenden Endbereich 40 sind sie wiederum im Vergleich zum Zwischenbereich 42 um einen Winkel von 20° in Drehrichtung geneigt beziehungsweise erstrecken sich in diesem Endbereich 40 um einen Winkel von 10° in Drehrichtung angestellt zur radialen Richtung Z. Hierdurch entsteht eine zusätzliche Beschleunigung des Mediums bei der Drehung des Laufrades 16 mit einer Geschwindigkeit von etwa 12.000 bis 24.000 U/min.
Zusätzlich sind die Laufradschaufeln 32 auch im Querschnitt also bei einem Schnitt senkrecht zur Umfangs- beziehungsweise Drehrichtung Y über ihre gesamte im Wesentlichen radiale Erstreckung V-förmig ausgebildet, so dass jeder Schenkel jeder Laufradschaufel 32 seinem gegenüberliegenden Förderkanal 20, 22 zugeordnet ist und im Zwischenbereich die Trennwand 44 zwischen den Schenkeln angeordnet ist. Im Vergleich zu einem parallel zur Drehachse X verlaufenden Vektor ist jeder Schenkel um etwa 15° in Drehrichtung des Laufrades 16 geneigt und sich in Richtung des gegenüberliegenden Förderkanals 20, 22 erstreckend ausgebildet. Anders ausgedrückt sind die axialen Enden der beiden Schenkel jeweils im Vergleich zum Punkt an dem die Schenkel zusammengeführt sind, vorlaufend ausgebildet. Bei Drehung des Laufrades 16 über die Antriebseinheit 14 tritt das Gas aus den Förderkanälen 20, 22 im radial innen liegenden Zwischenbereich 42 in die Taschen 56 ein. Durch die Drehung und die Form der Schaufeln 32 entsteht eine maximale Stauung des Gases im Mittelbereich jeder Schaufel 32. Dieses gesammelte Gas wird anschließend über den axial mittleren Bereich nach außen beschleunigt, wobei die Neigung des Endbereiches 40 eine zusätzliche Beschleunigung über der der normalen Drehgeschwindigkeit erzeugt. Mit diesem Druck wird das Gas in Richtung der radial begrenzenden Gehäusewand 54 beschleunigt, die entsprechend in einem Abstand von 3 bis 6 mm zum Außenumfang des Laufrades 16 angeordnet sind, so dass ein größerer Raum zur Umlenkung in Richtung der Förderkanäle 20, 22 zur Verfügung steht. Diese werden anschließend wieder von radial außen nach innen durchströmt. Anschließend tritt das Gas wieder in die Taschen 56 ein, um erneut beschleunigt zu werden. Es ergibt sich somit eine schraubenförmige Bewegung entlang jedes Förderkanals 20, 22 vom Einlass 18 bis zum Auslass 30. Dies führt zu einer guten Förderleistung des Gebläses.
Der Auslass 30 weist einen runden Querschnitt auf, wodurch der zum Ausströmen zur Verfügung stehende Querschnitt aus jeder Tasche 56 bei Drehung des Laufrades 16 allmählich sinkt.
Anschließend gelangen die Laufradschaufeln 32 bei Drehung des Laufrades 16 über einen Unterbrechungsbereich 58, der sich über einen Winkel von etwa 30° zwischen dem Einlass 18 und dem Auslass 30 erstreckt. Dieser unterbricht die Förderkanäle 20, 22 und verhindert eine Kurzschlussströmung entgegen der Drehrichtung des Laufrades 16 vom Einlass 18 zum Auslass 30. Hierzu sind zwischen dem Einlass 18 und dem Auslass 30 im Lagergehäuse 10 und im Gehäusedeckel 12 parallel zum Laufrad 16 ausgebildete Wandflächen 60, 62 in Höhe der Laufradschaufeln 32 ausgebildet, die die Förderkanäle 20, 22 unterbrechen, wobei zwischen diesen Wandflächen 60, 62 und den axial gegenüberliegenden Laufradschaufeln 32 des Laufrades 16 ein möglichst geringer Spalt vorhanden ist.
Erfindungsgemäß ist ein radialer Unterbrecherspalt 64 zwischen der radial begrenzenden Gehäusewand 54 und dem Außenumfang des Laufrades 16 ausgebildet, dessen Breite etwa 0,5 bis 2,5 mm beträgt. Dieser Unterbrecherspalt 64 ist damit deutlich größer als die sonst üblichen Spalte von etwa 0,3 mm in diesem Bereich. Bei größer ausgebildetem Laufrad 16 kann auch dieser Unterbrecherspalt 64 entsprechend größer ausgebildet werden. Überstreichen nun die Laufradschaufeln 32 den Unterbrechungsbereich 58 kann durch den größeren Spalt zunächst noch ein Teil des Restgases aus den Taschen 56 über den Unterbrechungsbereich 58 zum Auslass 30 strömen, wodurch die Geräuschentwicklung im Vergleich zu Ausführungen mit engen Spalten verringert wird. Durch die hohe Beschleunigung des Gases aufgrund der Form der Laufradschaufeln 32 wird das Restgas zentral mit hoher Geschwindigkeit in Richtung der Gehäusewand 54 gefördert. Hierdurch entsteht im Unterbrecherspalt 64 ein Druck, der gegenüber dem Einlass abdichtend wirkt, so dass der Unterbrecherspalt 64 wie eine dynamische Gasdichtung wirkt. Durch diesen Druck wird eine Kurzschlussströmung vom Einlass 18 direkt zum Auslass 30 weitestgehend unterbunden.
Es wird somit ein Seitenkanalgebläse für kompressible Medien geschaffen, welches mit deutlich ungenaueren Toleranzen hergestellt werden kann, da die Spalte im Bereich des Unterbrechers deutlich größer sein kann und dennoch eine ausreichende Dichtigkeit vom Einlass direkt zum Auslass gegeben ist. Entsprechend werden die Herstellkosten und Montagekosten gesenkt. Durch den größeren Abstand zwischen den drehenden und den feststehenden Teilen und den kleineren Winkelbereich des Unterbrechers wird zusätzlich die Empfindlichkeit gegen Eisbildung und Verschmutzung gesenkt. Es werden hohe Differenzdrücke aufgrund der Lauflänge der Förderkanäle erzeugt, durch die im Unterbrecherspalt die Wirkung einer dynamischen Gasdichtung erzeugt wird, ohne dass Einschränkungen bezüglich der Förderleistungen zu befürchten sind.
Es sollte jedoch deutlich sein, dass verschiedene Modifikationen des im Ausführungsbeispiel beschriebenen Seitenkanalgebläses möglich sind, ohne den Schutzbereich des Hauptanspruchs zu verlassen. So können der Antrieb, der Ein- und Auslass, die Unterbrechungs- und Auslasskonturen oder die Befestigungs- und Abdichtstrukturen modifiziert werden. Weitere Änderungen sind ebenfalls denkbar.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E
1. Seitenkanalgebläse für eine Verbrennungskraftmaschine mit
einem Strömungsgehäuse,
einem Laufrad (16), welches drehbar im Strömungsgehäuse angeordnet ist,
Laufradschaufeln (32), die am radial äußeren Bereich des Laufrades (16) ausgebildet sind und nach radial außen offen ausgebildet sind, einem radialen Spalt (52) zwischen dem Laufrad (16) und einer das Laufrad (16) radial umgebenden Gehäusewand (54),
einem Einlass (18) und einem Auslass (30) sowie zwei den Einlass (18) mit dem Auslass (30) verbindende Förderkanäle (20, 22) für ein Gas, die axial gegenüberliegend zu den Laufradschaufeln (32) im Strömungsgehäuse ausgebildet sind und über Zwischenräume zwischen den Laufradschaufeln (32) fluidisch miteinander verbunden sind,
einer Antriebseinheit (14), über die das Laufrad (16) antreibbar ist, einem Unterbrechungsbereich (58) zwischen dem Auslass (30) und dem Einlass (18), in dem die Förderkanäle (20, 22) in Umfangsrichtung unterbrochen sind,
dadurch gekennzeichnet, dass
ein radialer Unterbrecherspalt (64) zwischen dem Laufrad (16) und der radial begrenzenden Gehäusewand (54) im gesamten Unterbrechungsbereich (58) dem 0,005 bis 0,03-fachen des Laufraddurchmessers entspricht.
2. Seitenkanalgebläse für eine Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass sich der Unterbrechungsbereich (58) über einen Winkel von 20° bis 40° des Gesamtumfangs des Strömungsgehäuses erstreckt.
3. Seitenkanalgebläse für eine Verbrennungskraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
Laufradschaufeln (32) im Querschnitt derart V-förmig ausgebildet sind, dass die Laufradschaufeln (32) sich in Drehrichtung geneigt zur Drehachse in Richtung ihres gegenüberliegenden Förderkanals (20, 22) erstrecken.
4. Seitenkanalgebläse für eine Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Laufradschaufeln (32) zur Drehachse um 5° bis 20° in Drehrichtung des Laufrades (16) geneigt ausgebildet sind.
5. Seitenkanalgebläse für eine Verbrennungskraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Laufradschaufeln (32) in ihrem radial äußeren Endbereich (40) in Drehrichtung des Laufrades (16) zum radial innen angrenzenden Zwischenbereich (42) der Laufradschaufeln (32) geneigt ausgebildet sind.
6. Seitenkanalgebläse für eine Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
der radiale Endbereich (40) der Laufradschaufeln (32) zur radialen Richtung 5° bis 20° in Drehrichtung geneigt ausgebildet ist und der daran angrenzende Zwischenbereich (42) der Laufradschaufeln (32) um 5° bis 20° entgegen der Drehrichtung geneigt zur radialen Richtung ausgebildet ist.
7. Seitenkanalgebläse für eine Verbrennungskraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Auslass (30) sich im Strömungsgehäuse tangential von den Förderkanälen (20, 22) aus erstreckt und einen kreisrunden Querschnitt aufweist, der im Wesentlichen dem Querschnitt der Förderkanäle (20, 22) entspricht.
8. Seitenkanalgebläse für eine Verbrennungskraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Auslass (30) sich im Strömungsgehäuse in Höhe der Verbindung zwischen den beiden Schenkeln der V-förmigen Laufradschaufeln (32) eine Trennwand (44) ausgebildet ist, welche sich radial über den Zwischenbereich (42) der Laufradschaufeln (32) erstreckt, der an den Endbereich (40) angrenzt.
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