Seitenkanalgebläse, insbesondere Sekundärluftgebläse für eine Verbrennungskraftmaschine

Die Erfindung betrifft ein Seitenkanalgebläse, insbesondere Sekundärluftgebläse für eine Verbrennungskraftmaschine mit einem Gehäuse, in dem ein Auslass ausgebildet ist, einem ersten Gehäuseteil, in dem ein axialer Einlass ausgebildet ist, der über einen Einlassbereich in einen ersten, sich im Wesentlichen ringförmig erstreckenden Förderkanal mündet, einem Laufrad, welches über eine Antriebseinheit antreibbar ist, 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 einer Ausnehmung, die in Drehrichtung des Laufrades vor dem Einlassbereich am Unterbrechungsbereich ausgebildet ist und fluidisch mit dem Einlassbereich verbunden ist.

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.

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 üblicherweise die Antriebseinheit befestigt ist, an deren Welle das Laufrad zumindest drehfest angeordnet ist.

Um eine möglichst gute Förderung beziehungsweise Druckerhöhung zu erhalten, ist es notwendig, einen möglichst großen Teil des Umfangs des Förderkanals zu nutzen. Aus diesem Grund müssen Einlass und Auslass über den Umfang in

Laufrichtung des Laufrades möglichst weit auseinander liegen, wobei eine

Kurzschlussströmung zwischen dem Einlass und dem Auslass durch einen

Unterbrechungsbereich zu verhindern ist. Als problematisch bei derartigen Seitenkanalgebläse hat sich die hohe Geräuschentwicklung herausgestellt, welche insbesondere durch Pulsationen entsteht, die durch plötzliche

Druckentspannungen der geförderten Luft auftreten.

Diese Druckentspannungen treten insbesondere unmittelbar nach dem Überstreichen jeder Förderschaufel am Ende des Unterbrechungsbereiches auf, da in den Taschen zwischen den Förderschaufeln verdichtete Luft vom Auslass über den Unterbrechungsbereich gefördert wird, welche sich bei Erreichen des

Einlassbereiches plötzlich in Richtung zum Einlass im Einlassbereich entspannen kann. Dies führt sowohl zu einem schlechteren Wirkungsgrad der Pumpe als auch zu deutlich erhöhten Geräuschemissionen.

Um dies zu vermeiden, wird in der DE 10 2004 019 868 Al ein Gebläse vorgeschlagen, bei dem der Unterbrechungsbereich derart ausgeführt ist, dass die den Unterbrechungsbereich überstreichenden Taschen nicht zeitgleich über ihren gesamten Querschnitt geöffnet werden, sondern zunächst nur in ihrem radialen Außenbereich und erst bei fortschreitender Bewegung stetig eine weitere Öffnung der Taschen auch im radial inneren Bereich folgt. Der Einlass selbst ist im radial innen liegenden Bereich angeordnet, so dass die Entspannung des geförderten Fluids nicht direkt oberhalb des Einlasses erfolgt. Zusätzlich wird der Einlass zum Teil durch den Unterbrechungsbereich überdeckt. Durch eine derartige Ausführung können die auftretenden Geräusche zwar reduziert werden, jedoch wird der geförderte Fluidstrom durch die relativ kleine Eintrittsöffnung beschränkt. Auch entstehen weiterhin, wenn auch reduzierte, Geräusche durch Druckpulsationen, da plötzliche Querschnittsänderungen hinter dem Unterbrechungsbereich für Teilvolumina des in den Taschen geförderten Volumens bei Erreichen des Einlassbereiches entstehen. Diese Druckpulsationen setzen sich von radial außen nach radial innen mit Erreichen des Einlassbereiches durch den jeweiligen Teil der Tasche fort.

Es stellt sich daher die Aufgabe, ein Seitenkanalgebläse zu schaffen, mit dem die Fördermenge im Vergleich zu bekannten Ausführungen weiter erhöht werden kann, wobei gleichzeitig die Geräuschentwicklung weiter eingeschränkt werden soll.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Tiefe der Ausnehmung von der dem Laufrad zugewandten Oberkante des Unterbrechungsbereiches zum Einlassbereich hin wächst. Hierdurch wird eine plötzliche Entspannung auch eines Teilvolumens der zwischen den Förderschaufeln geförderten Luft und somit entstehende Druckpulsationen zuverlässig vermieden. Die über den Unterbrechungsbereich geförderte Luft kann sich mit Drehung des Laufrades stetig entspannen. Eine Einschränkung des Eintrittsquerschnitts des Einlasses ist nicht mehr erforderlich, so dass größere Luftmengen angesaugt werden können.

Vorzugsweise ist die Ausnehmung in Form einer sich vom Unterbrechungsbereich in Richtung zum Einlass erstreckenden Fase ausgebildet. Durch diese Form wird eine stetige Erweiterung des Querschnitts für die über den Unterbrechungsbereich geförderten Luft zur langsamen kontinuierlichen Entspannung bereitgestellt.

Eine zusätzliche Verbesserung wird dadurch erzielt, dass die Breite der Ausnehmung gleich der Breite des Förderkanals ist. Hierdurch können Druckpulsationen weiter reduziert werden, da über den gesamten relevanten Strömungsquerschnitt der der Ausnehmung gegenüber liegende Förderschaufelzwischenraum das Volumen kontinuierlich vergrößert wird. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Länge der Ausnehmung in Umfangsrichtung größer ist als der Abstand zweier aufeinanderfolgender Schaufeln des Laufrades. Bei einer solchen Ausführung wird sichergestellt, dass zunächst eine Entspannung des gesamten über den Unterbrechungsbereich geförderten Volumens stattfindet, bevor einem Teilvolumen der gesamte Querschnitt des Einlassbereiches zur Verfügung gestellt wird, was erneut zu einer Strömungsänderung und somit zu Druckpulsationen führen würde.

In einer hierzu weiterführenden Ausführungsform entspricht die Länge der Ausnehmung in Umfangsrichtung dem > 1-fachen des Abstandes zweier aufeinanderfolgender Schaufeln des Laufrades. Hierdurch wird die zusätzliche Bearbeitung des Gehäuseteils minimiert, ohne Einschränkungen bezüglich der Optimierung der Geräuschentwicklung hinnehmen zu müssen.

In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Durchmesser des Einlassbereiches größer als die Breite des Förderkanals, wobei der kürzeste Abstand einer Innenkante des Einlassbereichs gleich dem Abstand der Innenkante des Förderkanals ist. Dies bedeutet, dass der Einlassbereich den gleichen radialen Abstand zur Drehachse aufweist wie der Förderkanal, der Einlassbereich jedoch nach radial außen über den Förderkanal übersteht. Somit wird zur Einströmung der Luft ein besonders großer Querschnitt zur Verfügung gestellt, wodurch im Vergleich zu bekannten Ausführungen größere Volumenströme angesaugt werden. Somit ergibt sich bei geringen Geräuschemissionen eine Erhöhung des Wirkungsgrades der Pumpe.

Vorzugsweise besteht das Gehäuse aus dem ersten Gehäuseteil, welches als Deckelteil dient, sowie zumindest einem zweiten Gehäuseteil, in dem ein zweiter sich im Wesentlichen ringförmig erstreckender Förderkanal angeordnet ist, der in den Auslass mündet, der tangential zum zweiten Gehäuseteil angeordnet ist, wobei die Förderschaufeln des Laufrades zu beiden axialen Seiten des Laufrades den Förderkanälen zugewandt sind. Bei dieser Ausführung handelt es sich um ein Gebläse mit zwei Seitenkanälen, wodurch der Wirkungsgrad im Vergleich zu Gebläsen mit einem Seitenkanal zusätzlich verbessert werden kann. Es wird somit ein Seitenkanalgebläse geschaffen, bei denen im Vergleich zu bekannten Seitenkanalgebläsen der Fördervolumenstrom bei gleicher Baugröße der Pumpe erhöht werden kann und gleichzeitig nach außen dringende Geräusche durch auftretende Druckpulsationen weitestgehend vermieden werden können.

Ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Seitenkanalgebläses ist in den Zeichnungen dargestellt und wird nachfolgend beschrieben.

Figur 1 zeigt eine Seitenansicht eines Seitenkanalgebläses in geschnittener Darstellung.

Figur 2 zeigt eine perspektivische Darstellung des Deckelteils des erfindungsgemäßen Seitenkanalgebläses aus Figur 1.

Figur 3 zeigt eine Draufsicht auf das Deckelteil gemäß der Figur 2 aus Richtung des Laufrades.

Figur 4 zeigt eine geschnittene Darstellung entlang der Schnittlinie A-A der Figur 3.

Figur 5 zeigt eine geschnittene Darstellung entlang der Schnittlinie B-B der Figur 3.

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 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.

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.

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.

In den Figuren 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 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 erneut über den Einlassbereich 8 geführt wird und Luft ansaugt. 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.

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.

Radial vor einer Innenwand 44 des Förderkanals 12 ist ein ringförmiger Steg 46 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 13 eine zylindrische Vertiefung 50 auf, in die die Antriebswelle 19 der Antriebseinheit 3 ragt.

In Drehrichtung des Laufrades 4 gesehen ist vor dem Einlassbereich 8 eine Ausnehmung 52 ausgebildet, welche sich von einer Oberkante 54 des Unterbrechungsbereiches 28 in Richtung zum Einlassbereich 8 erstreckt. Die Ausnehmung 52 ist dabei so ausgeführt, dass ihre Querschnittsfläche in Richtung zum Einlassbereich 8 stetig wächst, wobei in vorliegender Ausführungsform die Breite b der Ausnehmung 52 über die gesamte Länge etwa der Breite b des Förderkanals 12 entspricht, so dass der wachsende Querschnitt durch eine Änderung der Tiefe verwirklicht wird, welche bis zum Einlassbereich 8 auf eine Tiefe wächst, die der Tiefe des Förderkanals 12 entspricht. Die Ausnehmung 52 weist somit einen konstanten Winkel zur Oberfläche des Unterbrechungsbereiches 28 auf, so dass sie im Wesentlichen als Fase ausgebildet ist. Sie erstreckt sich über eine Länge I, die etwa dem > 1-fachen des Abstandes zweier aufeinander folgender Förderschaufeln 22 des Laufrades 4 entspricht. Ein Endbereich 54 des Förderkanals 12 ist im Wesentlichen korrespondierend zum tangentialen Auslass 20 ausgebildet, so dass die dem Kanal 12 begrenzende Endwand 56 im Wesentlichen eine Verlängerung des Auslasses 12 bildet.

Der Einlass 6 weist zur Erhöhung des Fördervolumens einen Durchmesser d auf, der größer ist als die Breite b des Förderkanals 12, wobei eine Innenkante 58 des Einlassbereiches 8 auf einem gleichen Radius angeordnet ist wie eine Innenkante 59 des Förderkanals 12, so dass das Deckelteil 10 im Einlassbereich 8 einen größeren Umfang aufweist als in den übrigen Bereichen. Dies hat auch zur Folge, dass die Ausnehmung 52 sich nicht über den gesamten Durchmesser d des Einlassbereiches 8 erstreckt, sondern die Ausnehmung 52 durch eine radial begrenzende Außenwand 60, welche sich im Wesentlichen axial erstreckt, begrenzt wird. Zusätzlich ist eine Vorderkante 62, die die Schnittlinie des Unterbrechungsbereiches 28 mit der Ausnehmung 52 bildet, bogenförmig ausgebildet, so dass die Förderschaufeln 22 des Laufrades 4 die Ausnehmung 52 zunächst im radial außen liegenden Bereich und anschließend im radial inneren Bereich überstreichen.

Im Betrieb des Seitenkanalgebläses wird zwischen den Förderschaufeln 22 in den Taschen 26 Luft vom Einlassbereich 8 zum Endbereich 54 gefördert, wobei sich im Förderkanal 12 und den Taschen 26 eine Wirbelströmung ausbildet. Nach dem

Überschreiten des Endbereiches 54 verbleibt jedoch verdichtete Luft in den

Taschen 26, die über den Unterbrechungsbereich 28 geführt werden. Diese Luft wird nun mit Erreichen der Ausnehmung 52 und des stetig größeren zur Verfügung stehenden Raumes langsam entspannt, wobei mit Erreichen des

Einlassbereiches 8 eine vollständige Entspannung eintritt.

Hierdurch werden auftretende Druckpulsationen und somit Geräuschemissionen zuverlässig vermieden. Auch entstehen keine Pulsationen am Einlass 6, so dass auch die angesaugte Luftmenge im Vergleich zu bekannten Ausführungen erhöht und vergleichmäßigt werden kann. Zusätzlich steht für diese Ansaugung ein großes Einlassvolumen zur Verfügung, wodurch eine weitere Steigerung der angesaugten Luftmenge erreicht wird. Es sollte deutlich sein, dass der Schutzbereich des Hauptanspruchs nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt ist. Verschiedene konstruktive Änderungen insbesondere bezüglich des Aufbaus der Pumpe sind denkbar. Hierzu gehören auch entsprechende Änderungen der Positionen und Erstreckungsrichtungen der Ein- und Austrittskanäle, wodurch gegebenenfalls eine Anpassung des Einlassbereiches mit der Ausnehmung im Sinne der Ansprüche erforderlich ist.