WO2016110373A1 - Seitenkanalgebläse für eine verbrennungskraftmaschine - Google Patents

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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 comes about in the case of radially open wheels mostly via the gap between the radial end of the impeller and the radially opposite side wall.
  • Such inclined and separate blades are also known from an impeller of a side channel pump for an incompressible medium.
  • this impeller has a radially limiting side wall.
  • blowers and pumps are not optimal in terms of their delivery rate or with respect to the possible pressure increase. It is therefore an object to provide a side channel blower with which the delivery rate or the delivery pressure can be further increased without increasing the diameter or speed further by the flow conditions in the delivery channels and the impeller are optimized or at the same flow rates to ensure lower power consumption of the drive.
  • this fan should be suitable for various applications and delivery rates and have the lowest possible noise.
  • a side channel blower in which the impeller vanes 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 conveyor 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.
  • Such a side channel blower has a higher efficiency and covers a wide range of operating points.
  • 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 optimal pressure inside the blades is achieved.
  • 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. hereby an additional acceleration is generated during the radial movement of the medium to the outside, through which the efficiency is further improved.
  • the radial end portion of the impeller blades is inclined to the radial direction 5 ° to 20 ° inclined in the direction of rotation and the adjacent thereto intermediate portion of the impeller blades by 5 ° to 20 ° opposite to the direction of rotation inclined to the radial direction.
  • the radial gap between the end region of the impeller blades and the housing wall radially surrounding the impeller in the region of the conveying channels is 0.03 to 0.1 times the impeller diameter. This means that the gap has been significantly reduced in comparison to known designs, which leads contrary to expectations in connection with the correspondingly shaped impeller blades to improved results.
  • 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 compared to known side channel blowers for compressible media, the delivery rate or the potential pressure increase can be improved or the power consumption is reduced at the same flow rates, so that the efficiency is improved. At the same time, a very wide power range is covered by a blower size and noise emissions are reduced.
  • 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.
  • interruption regions 36, 38 are arranged between the inlet 18 and the outlet 30 on the housing cover 12 and the bearing housing 10, which interrupt the delivery channels 20, 22 that in the interruption regions 36, 38 axially opposite to the impeller blades 32 of the impeller 16 as small as possible gap is present.
  • an interruption region 40 which acts in the radial direction, is also formed on a housing wall 42 of the flow housing 10, 12 radially delimiting the delivery channels 20, 22.
  • the conveyor channels 20, 22 arranged in the bearing housing 10 and in the housing cover 12 have a substantially constant width and, with the exception of the interruption areas 36, 38, 40, extend over the circumference of the housing cover 12 and the bearing housing 10.
  • the direction of rotation Y of the impeller 16 thus counterclockwise from the beginning of the conveying channel 20 to the end of the conveying channel 20 and to the outlet 30th and then via the interruption region 36 again to the beginning of the conveying channel 20, which is opposite to the inlet 18, aligned.
  • the impeller blades 32 of the impeller 16 have a radially outer end region 44 and a radially adjacent intermediate region 46 arranged between the disk-shaped middle part 34 and the radially outer end region 44.
  • the impeller blades 32 are divided by a radially extending partition 48 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.
  • 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 formed a radial gap 50 between the radially delimiting housing wall 42 and the radial end of the impeller in the order of 3 to 6 mm, with correspondingly larger impeller 16 and this gap 50 is to be chosen correspondingly larger. Between the impeller blades 32 thus radially outwardly open pockets 52 are formed, in which the medium is accelerated, so that its pressure over the length of the conveying channels 20, 22 is increased. The size of this gap 50 results in particular against the background of the inventive design of the impeller blades 32.
  • the impeller blades 32 are employed in the intermediate region 46 at an angle of about 10 ° counter to the running direction of the impeller 16 in comparison to the radial direction Z.
  • they are in turn inclined in the direction of rotation in comparison to the intermediate region 46 by an angle of 20 ° or extend in this end region 44 at 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 48 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.

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Abstract

Es sind Seitenkanalgebläse für Verbrennungskraftmaschinen mit einem Strömungsgehäuse (10, 12), einem Laufrad (16), welches drehbar im Strömungsgehäuse (10, 12) angeordnet ist, Laufradschaufeln (32), die am radial äußeren Bereich des Laufrades (16) ausgebildet sind und nach radial außen offen ausgebildet sind, einem radialen Spalt (50) zwischen dem Laufrad (16) und einer das Laufrad (16) radial umgebenden Gehäusewand (42), 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 (10, 12) 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 (40) zwischen dem Auslass (30) und dem Einlass (18), in dem die Förderkanäle (20, 22) in Umfangsrichtung unterbrochen sind, bekannt. Um den Wirkungsgrad derartiger Seitenkanalgebläse zu erhöhen, wird vorgeschlagen, dass die 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.

Description

B E S C H R E I B U N G
Seitenkanalgebläse für eine Verbrennungskraftmaschine
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 kommt bei radial offen ausgebildeten Laufrädern zumeist über den Spalt zwischen dem radialen Ende des Laufrades und der radial gegenüberliegenden Seitenwand zustande.
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.
Zur Erhöhung des Förderdrucks wird in der US 6,422,808 Bl ein Seitenkanalgebläse für ein kompressibles Fluid vorgeschlagen, welches ein Laufrad aufweist, das von einem Strömungsgehäuse mit zwei Seitenkanälen umschlossen ist, welches einen Fluideinlass sowie einen Fluidauslass aufweist. Am Umfang des Laufrades sind Schaufeln angeordnet, die sich in axialer und in radialer Richtung erstrecken und einen sich entgegen der Drehrichtung des Rotors geneigten radial inneren Abschnitt sowie einen sich in Drehrichtung des Rotors geneigten radialen äußeren Abschnitt aufweisen und beim Umlauf des Rotors Fluid vom Einlass zum Auslass fördern. Am radial inneren Abschnitt weisen die Schaufeln jeweils eine Auskehlung auf.
Des Weiteren ist aus der US 5,299,908 Bl ein Seitenkanalgebläse bekannt, dessen Laufradschaufeln sich gerade in radialer Richtung erstrecken, jedoch bezüglich der Drehachse in Drehrichtung zum gegenüberliegenden Seitenkanal geneigt ausgebildet sind. Allerdings ist zwischen diesen beiden axialen Schaufelteilen eine radiale Trennwand angeordnet, die ein Überströmen von einem Kanal zum anderen durch das Laufrad verhindert. Auch ist nur ein radial äußerer Teil der Schaufeln gegenüberliegend zum Förderkanal ausgebildet.
Derartig geneigte und voneinander getrennte Schaufeln sind auch aus einem Laufrad einer Seitenkanalpumpe für ein inkompressibles Medium bekannt. Zusätzlich weist dieses Laufrad eine radial begrenzende Seitenwand auf.
Alle diese Gebläse und Pumpen sind jedoch bezüglich ihrer Förderrate beziehungsweise bezüglich der möglichen Druckerhöhung nicht optimal. Es stellt sich daher die Aufgabe, ein Seitenkanalgebläse zu schaffen, mit dem die Förderrate beziehungsweise der Förderdruck weiter erhöht werden kann, ohne den Durchmesser oder die Drehzahl weiter zu erhöhen, indem die Strömungsverhältnisse in den Förderkanälen und im Laufrad optimiert werden beziehungsweise bei gleichen Förderraten eine geringere Stromaufnahme des Antriebs zu gewährleisten. Zusätzlich soll dieses Gebläse für verschiedene Anwendungen und Förderraten geeignet sein und eine möglichst geringe Geräuschentwicklung aufweisen.
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 die Laufradschaufeln im Querschnitt derart V-förmig ausgebildet sind, 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. Ein derartiges Seitenkanalgebläse weist einen höheren Wirkungsgrad auf und deckt einen weiten Bereich an Arbeitspunkten ab.
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 optimaler Druck im Innern der Schaufeln erzielt 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 eine bei der radialen Bewegung des Mediums nach außen eine zusätzliche Beschleunigung erzeugt, durch die der Wirkungsgrad zusätzlich verbessert wird.
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 ergeben sich optimierte Wirkungsgrade des Gebläses.
In einer besonders vorteilhaften Ausbildung der Erfindung beträgt der radiale Spalt zwischen dem Endbereich der Laufradschaufeln und der radial das Laufrad umgebenden Gehäusewand im Bereich der Förderkanäle dem 0,03 bis 0,1-fachen des Laufraddurchmessers. Dies bedeutet, dass der Spalt im Vergleich zu bekannten Ausführungen deutlich verringert wurde, was wider Erwarten im Zusammenhang mit den entsprechend geformten Laufradschaufeln zu verbesserten Ergebnissen führt.
Bei dieser Ausformung des Laufrades 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 und führt zu einer guten Abfuhr des Förderstroms und somit ebenfalls zu hohen Förderraten.
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.
Es wird somit ein Seitenkanalgebläse geschaffen, bei dem im Vergleich zu bekannten Seitenkanalgebläsen für kompressible Medien die Förderrate beziehungsweise die mögliche Druckerhöhung verbessert werden oder der Stromverbrauch bei gleichen Förderraten reduziert wird, so dass der Wirkungsgrad verbessert wird. Gleichzeitig wird ein sehr breiter Leistungsbereich durch eine Gebläsegröße abgedeckt und Geräuschemissionen vermindert.
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 der Luft 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 eine Drehachse X des Laufrades 16 bildende Antriebswelle 28 befestigt ist, und zu denen die beiden Förderkanäle 20, 22 axial gegenüberliegend ausgebildet sind.
Um zuverlässig eine Kurzschlussströmung entgegen der Drehrichtung des Laufrades 16 vom Einlass 18 zum Auslass 30 zu unterbinden, sind zwischen dem Einlass 18 und dem Auslass 30 Unterbrechungsbereiche 36, 38 am Gehäusedeckel 12 und am Lagergehäuse 10 angeordnet, die die Förderkanäle 20, 22 unterbrechen, so dass in den Unterbrechungsbereichen 36, 38 axial gegenüberliegend zu den Laufradschaufeln 32 des Laufrades 16 ein möglichst geringer Spalt vorhanden ist. Zusätzlich ist auch ein in radialer Richtung wirkender Unterbrechungsbereich 40 an einer die Förderkanäle 20, 22 radial begrenzenden Gehäusewand 42 des Strömungsgehäuses 10, 12 ausgebildet.
Die im Lagergehäuse 10 und im Gehäusedeckel 12 angeordneten Förderkanäle 20, 22 weisen eine im Wesentlichen konstante Breite auf und erstrecken sich mit Ausnahme der Unterbrechungsbereiche 36, 38, 40 über den Umfang des Gehäusedeckels 12 und des Lagergehäuses 10. Bei der in Figur 3 gewählten Ansicht ist die Drehrichtung Y des Laufrades 16 somit entgegen dem Uhrzeigersinn vom Anfang des Förderkanals 20 bis zum Ende des Förderkanals 20 beziehungsweise bis zum Auslass 30 und anschließend über den Unterbrechungsbereich 36 wieder zum Anfang des Förderkanals 20, der dem Einlass 18 gegenüberliegt, ausgerichtet.
Durch umlaufende korrespondierende Stege 41 und Nuten 43 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 44 sowie einen zwischen dem scheibenförmigen Mittelteil 34 und dem radial äußeren Endbereich 44 angeordneten radial angrenzenden Zwischenbereich 46 auf. In diesem Zwischenbereich 46 sind die Laufradschaufeln 32 durch eine sich radial erstreckende Trennwand 48 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 besteht keine Trennung, so dass in diesem Bereich ein Austausch des Mediums zwischen den Förderkanälen 20, 22 möglich ist.
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 ein radialer Spalt 50 zwischen der radial begrenzenden Gehäusewand 42 und dem radialen Ende des Laufrades in einer Größenordnung von 3 bis 6 mm ausgebildet, wobei bei entsprechend größerem Laufrad 16 auch dieser Spalt 50 entsprechend größer zu wählen ist. Zwischen den Laufradschaufeln 32 werden somit nach radial außen offene Taschen 52 gebildet, in denen das Medium beschleunigt wird, so dass dessen Druck über die Länge der Förderkanäle 20, 22 erhöht wird. Die Größe dieses Spaltes 50 ergibt sich insbesondere vor dem Hintergrund der erfindungsgemäßen Ausformung der Laufradschaufeln 32. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind hierzu die Laufradschaufeln 32 im Zwischenbereich 46 um einen Winkel von etwa 10° entgegen der Laufrichtung des Laufrades 16 im Vergleich zur radialen Richtung Z angestellt. Im sich daran anschließenden Endbereich 44 sind sie wiederum im Vergleich zum Zwischenbereich 46 um einen Winkel von 20° in Drehrichtung geneigt beziehungsweise erstrecken sich in diesem Endbereich 44 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 48 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 46 in die Taschen 52 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 44 eine zusätzliche Beschleunigung über der der normalen Drehgeschwindigkeit erzeugt. Mit diesem Druck wird das Gas in Richtung der radial begrenzenden Gehäusewand 42 beschleunigt, die entsprechend in einem größeren Abstand angeordnet wird, so dass ein größerer Raum zur Umlenkung in Richtung der Förderkanäle zur Verfügung steht. Diese werden anschließend wieder von radial außen nach innen durchströmt. Anschließend tritt das Gas wieder in die Taschen 52 ein, um erneut beschleunigt zu werden. Es ergibt sich somit eine schraubenförmige Bewegung entlang jedes Förderkanals vom Einlass 18 bis zum Auslass 30. Dieser weist einen runden Querschnitt auf, wodurch der zum Ausströmen zur Verfügung stehende Querschnitt aus einer Tasche bei Drehung allmählich sinkt. Dies führt zu geringer Geräuschentwicklung und einem lediglich geringen über den Unterbrechungsbereich geführten Gasstrom, wodurch wiederum der Wirkungsgrad des Gebläses verbessert wird.
Es wird somit ein Seitenkanalgebläse für kompressible Medien geschaffen, welches hohe Differenzdrücke und Volumenströme erzeugt, ohne dass ein erhöhter Energiebedarf besteht, so dass der Wirkungsgrad im Vergleich zu bekannten Gebläsen verbessert wird. Zusätzlich kann alleine durch Änderung der Drehzahl eine Vielzahl verschiedener Arbeitspunkte mit einem Gebläse angefahren werden, ohne dass schlechte Wirkungsgrade entstehen.
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 (50) zwischen dem Laufrad (16) und einer das Laufrad (16) radial umgebenden Gehäusewand (42),
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 (10, 12) 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 (36, 38) zwischen dem Auslass (30) und dem Einlass (18), in dem die Förderkanäle (20, 22) in Umfangsrichtung unterbrochen sind,
dadurch gekennzeichnet, dass
die 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.
2. Seitenkanalgebläse für eine Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass die Schaufeln (32) zur Drehachse um 5° bis 20° in Drehrichtung des Laufrades (16) geneigt ausgebildet sind.
3. Seitenkanalgebläse für eine Verbrennungskraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Laufradschaufeln (32) in ihrem radial äußeren Endbereich (44) in Drehrichtung des Laufrades (16) zum radial innen angrenzenden Zwischenbereich (46) der Laufradschaufeln (32) geneigt ausgebildet sind.
4. Seitenkanalgebläse für eine Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
der radiale Endbereich (44) der Laufradschaufeln (32) zur radialen Richtung 5° bis 20° in Drehrichtung geneigt ausgebildet ist und der daran angrenzende Zwischenbereich (46) der Laufradschaufeln (32) um 5° bis 20° entgegen der Drehrichtung geneigt zur radialen Richtung ausgebildet ist.
5. Seitenkanalgebläse für eine Verbrennungskraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der radiale Spalt (50) zwischen dem Endbereich der Laufradschaufeln (32) und der radial das Laufrad (16) umgebenden Gehäusewand (42) im Bereich der Förderkanäle (20, 22) dem 0,03 bis 0,1-fachen des Laufraddurchmessers beträgt.
6. Seitenkanalgebläse für eine Verbrennungskraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Auslass (30) sich im Strömungsgehäuse (10, 12) tangential von den Förderkanälen (20, 22) aus erstreckt und einen kreisrunden Querschnitt aufweist, der im Wesentlichen dem Querschnitt der Förderkanäle (20, 22) entspricht.
7. Seitenkanalgebläse für eine Verbrennungskraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
in Höhe der Verbindung zwischen den beiden Schenkeln der V- förmigen Laufradschaufeln (32) eine Trennwand ausgebildet ist, welche sich radial über den Zwischenbereich (46) der Laufradschaufeln (32) erstreckt, der an den Endbereich (44) angrenzt.
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