Seitenkanalgebläse

Die Erfindung betrifft ein Seitenkanalgebläse, insbesondere Sekundärluftpumpe für eine Verbrennungskraftmaschine, mit einem mehrteiligen Gehäuse, das mindestens einen Einlass und mindestens einen Auslass aufweist und im Wesentlichen ein erstes und ein zweites Gehäuseteil aufweist, wobei der Einlass und der Auslass über mindestens einen Einlassbereich, über mindestens einen, sich zumindest teilringförmig erstreckenden, im ersten und/oder zweiten Gehäuseteil ausgebildeten Förderkanal und über mindestens einen Auslassbereich fluidisch miteinander verbunden sind, mit einem Laufrad, das im Gehäuse drehbar gelagert und über eine Antriebseinheit antreibbar ist, wobei das Laufrad Förderschaufeln aufweist, die mit dem gegenüber liegenden Förderkanal zusammenwirken und mit mindestens einem Unterbrechungsbereich zwischen dem Einlassbereich und im Auslassbereich, in dem der mindestens eine Förderkanal in Umfangsrichtung unterbrochen ist.

Derartige Seitenkanalgebläse oder -pumpen sind allgemein bekannt und werden in einer Vielzahl von Anmeldungen beschrieben, wie zum Beispiel auch in der DE 10 2009 006 652 A1. Im Kraftfahrzeug dienen sie beispielsweise zur Förderung von Kraftstoff oder zum Einblasen von Sekundärluft in das Abgassystem. Der Antrieb erfolgt üblicher Weise über einen Elektromotor, der das Laufrad antreibt. Das Laufrad ist an seinem Umfang im Wesentlichen derart ausgebildet, dass es mit dem ihm axial gegenüber liegenden Förderkanal einen umlaufenden Wirbelkanal bildet. Aus dem den Wirbelkanal bildenden Teil des Laufrades ragen Förderschaufeln senkrecht in Richtung zum gegenüber liegenden, als 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.

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, in dem üblicher Weise die Antriebseinheit befestigt ist, auf deren Welle das Laufrad drehfest angeordnet ist.

Im Allgemeinen wird davon ausgegangen, dass, um eine möglichst gute Förderung bzw. Druckerhöhung zu erhalten, es notwendig ist, einen möglichst großen Teil des Umfangs des Förderkanals zu nutzen. Aus diesem Grund liegen der Einlass und der Auslass über den Umfang in Laufrichtung des Laufrades möglichst weit auseinander, wobei eine Kurzschlussströmung zwischen dem Einlass und dem Auslass durch einen Unterbrechungsbereich verhindert wird. Hierbei werden Seitenkanalgebläse für zwei Betriebspunkte spezifiziert. Zum Einen ist das der nominale Förderpunkt, beispielsweise 40 kg/Std. bei 100 mbar, und zum Anderen der Null-Förderpunkt (Förderung = 0 kg/Std.). Bei der Null-Förderung liegt jedoch ein wesentlich höherer Druck vor, da in diesem Fall beispielsweise der Auslass komplett verschlossen ist. Die Differenz des Druckes beim Null- Förderpunkt zum nominalen Förderpunkt wird mit delta-p beschrieben.

Soll nun ein neuer nominaler Förderpunkt durch Drehzahlanpassung ohne eine Geometrieänderung der Seitenkanalpumpe vorgenommen werden, führt dies zwangsläufig zu einem delta-p, das sich aus der neuen Betriebsdrehzahl und der Geometrie bzw. der Kennlinie des Seitenkanaigebläses ergibt. Unter bestimmten Umständen wird dadurch das delta-p und damit die Stromaufnahme bei Null- Förderung unverhältnismäßig hoch. Natürlich ist es möglich, die Laufradgeometrie anzupassen. Hierbei sind jedoch die Freiheitsgrade begrenzt und eine derartige Anpassung ist auch mit hohen Werkzeug- und Entwicklungskosten verbunden.

Es stellt sich daher die Aufgabe, ein Seitenkanalgebläse zu schaffen, dass die obengenannten Nachteile vermeidet.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass mindestens ein Förderkanal vorgesehen ist, der einen Umfangswinkel von < 300° aufweist. Es sei an dieser Stelle angemerkt, dass der Umfangswinkel derart definiert ist, dass der Anfangspunkt des Umfangswinkels durch einen ersten Konturpunkt des Förderkanals und der Endpunkt des Umfangswinkels durch einen letzten Konturpunkt dieses Förderkanals definiert sind. Auf diese Art und Weise wird der Druckaufbau im Seitenkanalgebläse reduziert, so dass man ein Seitenkanalgebläse mit geringerem Maximaldruck erhält. Dementsprechend ist auch die Stromaufnahme im Null- Förderpunkt entsprechend begrenzt. Eine Verschiebung des Nominal- Förderpunktes kann nicht zu einer übermäßig erhöhten Stromaufnahme des Seitenkanalgebläses führen.

Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform wird dadurch geschaffen, dass sowohl das erste als auch das zweite Gehäuseteil jeweils einen Förderkanal aufweisen, die einen gemeinsamen Auslass aufweisen, wobei der eine Förderkanal wesentlich kleiner als der andere Förderkanal ist. Auf diese Weise wird ein Seitenkanalgebläse geschaffen, das einen relativ hohen Maximaldruck und damit auch einen relativ hohen Förderpunkt erreichen kann. Gleichzeitig ist die zugehörige Kennlinie jedoch flacher ausgelegt als das herkömmliche Seitenkanalgebläse, wodurch sich eine Änderung des nominalen Förderpunktes nicht zu negativ auf die Höhe der Stromaufnahme auswirkt.

In einer vorteilhaften Ausführungsform sind in mindestens einem Gehäuseteil mindestens zwei in Umfangsrichtung aufeinander folgende, durch Unterbrechungsbereiche voneinander getrennte Förderkanäle vorgesehen sind, wobei jeder Förderkanal mit einem Auslassbereich verbunden ist. Aus konstruktionstechnischen Gründen kann es vorteilhaft sein, dass in diesem Falle mindestens zwei Auslässe vorgesehen sind, die jeweils mit einem Auslassbereich verbunden sind. In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind sowohl im ersten als auch im zweiten Gehäuseteil jeweils zwei in Umfangsrichtung aufeinander folgende Förderkanäle angeordnet, wobei die in Axialrichtung parallel zueinander verlaufenden Förderkanäle jeweils einen Auslassbereich aufweisen, die in einen gemeinsamen Ausiass münden. Durch diese Ausführungsform wird quasi ein Seitenkanalgebläse geschaffen, das gedanklich zwei parallele Seitenkanalgebläse mit in Summe hohem Durchsatz, aber einem geringen maximalen delta-p beschreibt. Darüber hinaus ist diese Ausführungsform besonders platzsparend und kostengünstig in der Herstellung.

Ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Seitenkanalgebläses ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Hierbei zeigt:

Figur 1 eine Seitenansicht eines Seitenkanalgebläses in geschnittener

Darstellung,

Figur 2 eine perspektivische Darstellung eines ersten Gehäuseteils des

Seitenkanalgebläses aus Figur 1 ,

Figur 3 eine perspektivische Darstellung eines zweiten Gehäuseteils des

Seitenkanalgebläses aus Figur 1 , und Figur 4 eine Darstellung der zu dieser Ausführungsform gehörenden Kennlinien im Vergleich mit einem herkömmlichen Seitenkanalgebläse.

Die in den Figuren dargestellte Ausführungsform eines Seitenkanalgebläses ist eine sogenannte Dual-Volute-Ausführung, wobei sowohl im ersten als auch im zweiten Gehäuseteil jeweils zwei in Umfangsrichtung aufeinander folgende Förderkanäle angeordnet sind, wobei die in Axialrichtung parallel zueinander verlaufenden Förderkanäle jeweils einen Auslassbereich aufweisen, die in einen gemeinsamen Ausiass münden. Der Schnitt in Figur 1 ist derart gewählt, dass er durch einen Förderkanal verläuft. Das in Figur 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 5 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 teil ring form ig 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 dessen o zentraler Öffnung 17 auch eine Lagerung 18 einer Antriebswelle 19 der Antriebseinheit 3 angeordnet ist, auf der das Laufrad 4 befestigt ist. Es sei angemerkt (siehe hierzu auch die Figuren 2 und 3), dass sowohl das erste als auch das zweite Gehäuseteil 10, 16 jeweils noch einen weiteren Förderkanal 13, 14 mit zugehörigen Einlass- und Auslassbereichen als auch Einlassen 6, 7 und Auslässen 20, 21 aufweisen. Der Austritt der Luft erfolgt über Auslassbereiche 23, 25, die in tangentiale Auslässe 20, 21 , die am zweiten Gehäuseteil 16 angeordnet sind, münden.

Das Laufrad 4 ist zwischen dem Deckelteil 10 und dem zweiten Gehäuseteif 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 gegenüber liegend zum ersten Förderkanal 12 und in eine zweite Reihe axial gegenüber liegend 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 Außenumfanges des Laufrades 4 besteht, so dass ein Austausch von Luft zwischen den beiden Förderkanälen 12, 14 stattfinden kann. Zwischen den sich vom Umfang des Ring 24 erstreckenden Förderschaufeln 22 werden somit nach radial außen offene Taschen 26 gebildet, in denen die Luft gefördert bzw. beschleunigt wird, so dass deren Druck über die Länge der Förderkanäle 12, 14 erhöht wird. Um zuverlässig eine Kurzschlussströmung entgegen der Drehrichtung des Laufrades 4 vom Einlass 6 zum Auslass 20 zu unterbinden, sind Unterbrechungsbereiche 28, 29, 30, 31 am Deckelteil 10 und am Gehäuseteil 16 5 angeordnet, (siehe auch hierzu Figuren 2 und 3). Diese Unterbrechungsbereiche 28, 29, 30, 31 unterbrechen die Förderkanäle 12, 13, 14, 15, so dass in den Unterbrechungsbereichen 28, 29, 30, 31 axial gegenüber liegend zu den Förderschaufeln 22 des Laufrades 4 ein möglichst geringer Spalt vorhanden ist. Des Weiteren sind Unterbrechungsbereiche 32 an einer radial begrenzenden Wand 10 33 des zweiten Gehäuseteils 16 ausgebildet und unterbrechen einen radial außen liegenden Verbindungsbereich 35 zwischen den einzelnen Förderkanälen 12, 13, 14, 15.

In den Figuren 2 und 3 ist zu erkennen, dass die im Deckelteil 10 und im zweiten5 Gehäuseteil 16 angeordneten Förderkanäle 12, 13 bzw. 14, 15 eine im Wesentlichen konstante Breite aufweisen und sich mit Ausnahme der Unterbrechungsbereiche 28, 29 bzw. 30, 31 über den Umfang des Deckelteils 10 und des Gehäuseteils 16 erstrecken. Bei der in Figur 2 gewählten Ansicht dreht sich somit das Laufrad 4 entgegen dem Uhrzeigersinn vom Einlassbereich bis zum Ende0 des Förderkanals. Alle hier dargestellten Förderkanäle 12, 13, 14, 15 weisen einen Umfangswinkel von ca. 150° auf. So sind in einem Seitenkanalgebläse mit einem Laufrad zwei unabhängige Spiralen mit je zwei Förderkanälen 12, 13 bzw. 14, 15 untergebracht. Wobei im vorliegenden Ausführungsbeispiel zwei Einlässe 6, 7 mit den zugehörigen Einlassbereichen 8, 9 vorgesehen sind, ist es natürlich auch5 denkbar, durch eine geeignete Strömungsführung lediglich einen Einlass oder Auslass mit sich aufteilenden zugehörigen Bereichen vorzusehen.

Figur 4 zeigt nun die Auswirkungen eines derartigen erfindungsgemäßen Seitenkanalgebläses in einem Kennlinienfeld. Figur 4 zeigt zwei Diagramme, wobei0 einmal der Massenstrom und einmal die Stromaufnahme über dem delta-p dargestellt sind. Mit 36 ist der Kennlinienverlauf eines Seitenkanalgebläses, wie aus dem Stand der Technik bekannt, bezeichnet. Mit steigendem delta-p sinkt der Massenstrom und steigt die Stromaufnahme bis hin zum Null-Förderpunkt. Soll nun ein Nominal-Förderpunkt 44 auf eine Nominalförderpunkt 45 angehoben werden, so geschieht dies beim Stand der Technik durch eine Drehzahlerhöhung, was unausweichlich zu einer erhöhten Stromaufnahme im Null-Förderpunkt führt. Dies ist dargestellt durch das Bezugszeichen 38. Mit 40 ist nun ein Seitenkanalgebläse dargestellt, dessen beide Förderkanäle einen gekürzten Umfangswinkel aufweisen. Die Kennlinie Massenstrom delta-p ist wesentlich steiler. Dies führt bei einem hinsichtlich des Massenstroms leicht geringeren Nominalförderpunkt 46 zu einer wesentliche Verringerung der Stromaufnahme im Nullförderpunkt. Mit 42 ist die im Ausführungsbeispiel beschriebene Dual-Volute-Ausführung bezeichnet. Diese weist bei einem Nominalförderpunkt 47 der hinsichtlich des Massenstroms dem Nominalförderpunkt 46 entspricht, eine noch steilere Kennlinie im Massenstrom delta-p Kennlinienfeld auf. Die Stromaufnahme im Nominalförderpunkt 47 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel gegenüber der Kennlinie 38 leicht erhöht, wobei jedoch die Stromaufnahme im Nullförderpunkt deutlich verringert ist.