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Die
Erfindung betrifft Seitenkanalgebläse, insbesondere Sekundärluftgebläse
für eine Verbrennungskraftmaschine mit einem Gehäuse,
in dem ein Einlass und ein Auslass ausgebildet ist, einem Gehäuseteil,
in dem ein sich im Wesentlichen ringförmig erstreckender
Förderkanal angeordnet ist, einem Laufrad, welches 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 einem Querschnittsverminderer, der die Förderkanaltiefe über
einen vorbestimmten Abschnitt verringert.
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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 die Antriebseinheit befestigt ist, auf deren Antriebswelle
das Laufrad befestigt ist.
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Nachteilhaft
bei diesen bekannten Seitenkanalgebläsen sind die auftretenden
Pulsationen, durch die unerwünscht hohe Körperschallemissionen
auftreten.
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Um
diese hohen Geräuschemissionen zu vermeiden, wird in der
DE 42 20 153 A1 ein
Seitenkanalgebläse vorgeschlagen, bei dem sich ein Querschnittsverminderer
von der Mitte des Förderkanals zwischen Einlass und Auslass
bis kurz vor die Auslassöffnung erstreckt. Durch diesen
Querschnittsverminderer soll die Geschwindigkeitsdifferenz zwischen
dem aus dem Förderkanal in das Laufrad einströmenden
Fluid und der Förderschaufelgeschwindigkeit reduziert werden,
wodurch der Geräuschpegel herabgesetzt wird. Zusätzlich
soll hierdurch der erreichbare statische Druck erhöht werden.
Der Querschnitt des Querschnittverminderers ist dabei im Vergleich
zum Querschnitt der Nut relativ groß, wodurch der zu fördernde
Volumenstrom beschränkt wird, auch wenn ein erhöhter
statischer Druck erreicht wird.
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Aufgabe
der Erfindung ist es daher, ein Seitenkanalgebläse so zu
gestalten, dass bei gleicher Baugröße ein erhöhtes
Fördervolumen erreicht werden kann und gleichzeitig ein
erhöhter Geräuschpegel durch Pulsationen und abreißende
Strömungen vermieden werden kann.
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Diese
Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die radiale Ausdehnung
des Querschnittsverminderers vom Eintritt zum Austritt hin stetig
wächst und der Förderkanal im Querschnitt zwei
Absätze zu sich anschließenden Wandflächen
des Förderkanals aufweist. Es hat sich gezeigt, dass bei
einer derartigen Ausführung des Querschnittsverminderers
das Fördervolumen bei etwa gleichem erreichbaren statischen
Druck erhöht werden kann und gleichzeitig Geräuschemissionen
durch die Verhinderung von Turbulenzen beim Eintritt der Luft aus
dem Förderkanal in das Laufrad verringert werden können.
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Vorzugsweise
verringert der Querschnittsverminderer in Umfangsrichtung und in
radialer Richtung die Förderkanaltiefe um eine konstante
Differenz. Eine derartige Ausführung des Querschnittsverminderers
ist in automatisierten Anlagen relativ einfach herstellbar. Bereits
bei einer geringen Differenz von 0,1 mm bis 2 mm in der Förderkanaltiefe
ist eine deutliche Verbesserung bezüglich der Geräuschemissionen
und des erreichbaren Fördervolumen vorhanden.
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Bevorzugt
ist der Querschnittsverminderer einstückig mit dem Gehäuseteil
hergestellt, so dass zusätzliche Bauteile entfallen.
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In
einer besonderen Ausführungsform besteht das Gehäuse
zumindest aus einem ersten Gehäuseteil und einem zweiten
Gehäuseteil, in denen jeweils ein Förderkanal
ausgebildet ist, wobei in beiden Förderkanälen
ein Querschnittsverminderer angeordnet ist. Hierdurch können
die Vorteile durch den Querschnittsverminderer auch in Seitenkanalgebläsen
mit sich gegenüberliegenden Förderkanälen
vollständig genutzt werden.
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Es
hat sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, wenn die radiale
Ausdehnung des Querschnittsverminderers im ersten Förderkanal
im ersten Gehäuseteil, in dem der Einlass angeordnet ist,
in Richtung zum Auslass von radial innen nach radial außen
wächst und im zweiten Förderkanal im zweiten Gehäuseteil,
in dem der Auslass angeordnet ist, in Richtung zum Auslass von radial
außen nach radial innen wächst, wobei die Förderschaufeln
des Laufrades mit beiden Förderkanälen zusammenwirken. Es
hat sich herausgestellt, dass hierdurch insbesondere im Druckbereich
vorhandene Druckschwankungen reduziert werden und eine bessere Akustik
erreicht wird.
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Es
wird somit ein Seitenkanalgebläse geschaffen, bei dem bei
gleich bleibendem Maximaldruck ein größeres Luftvolumen
gefördert werden kann und gleichzeitig der Geräuschpegel
reduziert wird.
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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 Draufsicht auf ein Deckelteil eines erfindungsgemäßen
Seitenkanalgebläses aus Richtung des Laufrades.
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3 zeigt
eine Schnittansicht entlang der Linie A-A des in der 2 dargestellten
Deckelteils.
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4 zeigt
eine Draufsicht ein zweites Gehäuseteil eines erfindungsgemäßen
Seitenkanalgebläses aus Richtung des Laufrades.
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5 zeigt
eine Schnittansicht entlang der Linie A-A des in der 4 dargestellten
zweiten Gehäuseteils.
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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 10 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 26 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 46o 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 10 eine
zylindrische Vertiefung 50 auf, in die die Antriebswelle 19 der
Antriebseinheit 3 ragt.
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Erfindungsgemäß ist
im Förderkanal 12 des Deckelteils 10 ein
Querschnittsverminderer 52 angeordnet, der in der 2 schraffiert
dargestellt ist. Dieser erstreckt sich über die gesamte
Länge des Förderkanals 12, beginnend
kurz hinter dem Einlassbereich 8 und endend axial gegenüberliegend
zum am zweiten Gehäuseteil 16 ausgebildeten Auslass 20. Die
Breite des Querschnittsverminderers 52 wächst dabei
vom Einlassbereich 8 zum Auslass 20. Dies bedeutet,
dass der Außenumfang spiralförmig vom Einlassbereich 8 zum
Auslass 20 hin wächst, während der Innenumfang
des Querschnittsverminderers 52 konstant bleibt.
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Die
Querschnittsform des Querschnittsverminderers 52 ist in
der 3 zu erkennen. In Bezug auf eine sich anschließende
Wandfläche 54 des Förderkanals 12 weist
die Oberfläche des Querschnittsverminderers 52 eine
minimale konstante Höhe von etwa 0,1 mm bis 2 mm auf. Dies
bedeutet, dass die üblicherweise im Querschnitt stetig
geformte Wandfläche 54 des Förderkanals 12 zwei
Absätze 56 jeweils am Übergang zwischen
Förderkanal 12 ohne Querschnittsverminderer 52 und
Förderkanal 12 mit Querschnittsverminderer 52 aufweist. Über
die gesamte Lauflänge des Förderkanals 12 betrachtet,
ergibt sich somit eine stetige Verminderung des zur Verfügung
stehenden Querschnitts des Förderkanals 12. Insbesondere
diese Verminderung führt zu einer Erhöhung des
maximalen Fördervolumens. Die Absätze 56 hingegen
vermindern die auftretenden Druckpulsationen und führen
somit zu geringeren Geräuschemissionen.
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In
den 4 und 5 ist das zweite Gehäuseteil 16 des
erfindungsgemäßen Seitenkanalgebläses
dargestellt, wobei auch hier ein Querschnittsverminderer 58 ausgebildet
und durch Schraffierung in 4 kenntlich
gemacht ist. Dieser Querschnittsverminderer 58 weist im
Querschnitt im Wesentlichen die gleiche Form auf wie der Querschnittsverminderer 52 im
Deckelteil 10. So wird insbesondere aus 5 deutlich,
dass die Kanaltiefe im Bereich des Querschnittsverminderers 58 um
0,1 mm bis 2 mm im Vergleich zur sonstigen Kanaltiefe im Querschnitt
reduziert ist. Auch hier entstehen entsprechend Absätze 60 im
Bereich des Übergangs zwischen einer sich anschließenden
Wandfläche 61 des Förderkanals 14 und
der Oberfläche des Querschnittsverminderers 58.
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Auch
der Querschnittsverminderer 58 erstreckt sich über
die gesamte Länge des Förderkanals 14 im
zweiten Gehäuseteil 16, beginnend kurz hinter
dem gegenüberliegend zum am Deckelteil 10 ausgebildeten
Einlassbereich 8 und endend am Auslass 20. Die
Breite des Querschnittsverminderers 58 wächst
auch hier vom Einlassbereich 8 zum Auslass 20,
jedoch bleibt beim Querschnittsverminderer 58 der Außenumfang über
die Lauflänge konstant, während der Innenumfang
spiralförmig zum Auslass 20 geringer wird. Die
Funktionsweise entspricht dabei der Funktionsweise des Querschnittsverminderers 52 im
Deckelteil 10.
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Zusätzlich
weist das zweite Gehäuseteil 16 zu den Bolzen 34 und
Bohrungen 30 des Deckelteils korrespondierende Bohrungen 62 mit
Gewinde und Bohrungen 64 ohne Gewinde für die
Bolzen 34 auf, die an sich radial erstreckenden Vorsprüngen 66 ausgebildet
sind. Weitere Bohrungen 68 dienen zur Befestigung der Antriebseinheit 3 über
in 1 dargerstellte Schrauben 70. Zentral
am Gehäuseteil 16 ist eine Durchgangsbohrung 72 zur
Aufnahme der Lagerung 18 der Antriebswelle 19.
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Gemeinsam
sorgen die Querschnittsverminderer 52, 58 für
einen sich vom Einlassbereich 8 zum Auslass 20 stetig
reduzierenden zur Verfügung stehenden Durchströmungsquerschnitt.
Hierdurch wird das maximale Fördervolumen erhöht,
während durch die Absätze 56, 60 in
den beiden Förderkanälen 12, 14 die
Geschwindigkeit und Gleichförmigkeit der Wirbelströmung
reduziert wird, wodurch Pulsationen beim Übergang von den
Förderkanälen 12, 14 in die Taschen 26 vermieden
werden, so dass der Geräuschpegel des Seitenkanalgebläses
reduziert wird.
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Es
sollte deutlich sein, dass verschiedene Modifikationen des im Ausführungsbeispiel
beschriebenen Seitenkanalgebläses möglich sind,
ohne den Schutzbereich des Hauptanspruchs zu verlassen. So kann
es sich insbesondere um eine Pumpe mit nur einem Seitenkanal handeln
oder die Höhe der Querschnittsverminderer angepasst werden.
Des Weiteren sind verschiedene Stellungen des Querschnittsverminderers
im Förderkanal vorstellbar.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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