Seιtenkanalgebläse _f insbesondere SekundärluftgebSäse für eine Verbrennungskraftmaschϊne

Die Erfindung betrifft ein Seitenkanalgebiäse, insbesondere Sekundärluftgebiäse für eine Verbrennungskraftmaschine mit einem mehrteiligen Gehäuse, in dem ein axialer Einlass, der über einen Einlassbereich in zumindest einen sich im Wesentlichen ringförmig erstreckenden Förderkanal mündet, und ein Auslass ausgebildet sind, einem Laufrad, welches über eine Antriebseinheit antreibbar ist, drehbar im Gehäuse gelagert ist und Förderschaufeln aufweist, die mit dem gegenüberliegenden Förderkanal zusammenwirken und einem Unterbrechungsbereich zwischen dem Einlass und dem Auslass, in dem der zumindest eine Förderkana! in Umfangsrichtung unterbrochen ist,

Seitenkanalgebiäse 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 SekundärJuft 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 Wirbelkana! 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 Förderschaufein eine Beschfeunigung in Umfangsrichtung sowie in radialer Richtung, so dass im Förderkanal eine umlaufende Wirbelströmung entsteht.

Es sind Seitenkanalgebiäse bekannt, bei denen lediglich ein Förderkanal an einer axialen Seite des Laufrades in einem Gehäuseteil ausgebildet ist, als auch Seitenkanalgebiäse, bei denen an beiden axialen Seiten des Laufrades ein Förderkana! ausgebildet ist, wobei dann beide Förderkanäle fluidisch miteinander verbunden sind. Bei einem derartigen Seitenkanalgebläse ist einer der Förderkanäie in einem als Deckel dienenden Gehäuseteii ausgebildet, während der andere Förderkana! in dem Gehäusetei! 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 Ausiass über den Umfang in Laufrichtung des Laufrades möglichst weit auseinander liegen, wobei eine Kurzschlussströmung zwischen dem Einlass und dem Ausiass durch einen Unterbrecnuπgsbereich zu verhindern ist. Als problematisch bei derartigen SeJtenkanalgebläsen hat sich die hohe Geräuschentwicklung herausgestellt, welche insbesondere durch Pulsationen entsteht, die durch plötzliche Druckstöße der geförderten Luft auftreten.

Diese Druckstöße treten unter anderem unmittelbar nach dem Überstreichen jeder Förderschaufel am Anfang des Unterbrechungsbereiches auf, da in den Taschen zwischen den FörderschaufeJn noch verdichtete Luft vorhanden ist, die nicht voüständig über den Ausiass ausgestoßen wurde, welche bei Erreichen des Unterbrechungsbereiches plötzlich gegen dessen Wände beschleunigt werden. Dies führt zu deutlich erhöhten Geräuschemissionen,

Um dies zu vermeiden, wird in der DE 100 24 741 B4 eine Pumpe zur Förderung von Fluiden vorgeschfagen, bei der der Ausiass axia! zum Laufrad angeordnet ist und der Förderkanai in einer Ausiassöffnung mündet, deren Breite in Drehrichtung des Laufrades zunächst kleiner wird und anschließend im radial äußeren Bereich eine geringe konstante Breite aufweist.

Durch eine derartige Ausführung können die auftretenden Geräusche zwar reduziert werden, jedoch wird der geförderte Fluidstrom weiterhin hinter der Auslassöffnung gegen den Unterbrecherbereich beschleunigt, so dass Druckstöße entstehen, die zu einer erhöhten Geräuschemission führen, da piötzüche Querschnittsänderungen hinter dem Unterbrechungsbereich für Teiivolumina des in den Taschen geförderten Volumens bei Erreichen des Unterbrechuπgsbereiches entstehen.

Es steift sich daher die Aufgabe, ein Seitenkanaigeblase zu schaffen, mit dem die auftretenden Geräusche weiter reduziert werden können.

Diese Aufgabe wird durch den kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs gelöst. Im radial innen liegenden Bereich des Laufrades strömt das Fluid zwischen die Laufschaufeln und verlässt die Taschen zwischen den Förderschaufeln im radia! außen liegenden Bereich. Durch den tangential auslaufenden Förderkanal überstreichen jeweils zunächst die Innenseiten der Fördertaschen den Unterbrechungsbereich des Förderkanals, so dass sich der Eintrittsquerschnitt bei Drehung des Laufrades stetig verringert. Das verdichtete Fluid kann die Fördertaschen im Bereich des Austritts ohne Strömungshindernisse verlassen, Auch das Fiuid, welches sich noch in den Taschen befindet und in diesen beschleunigt wird und gegebenenfalls durch VerwirbeJungen noch im weiter außenliegenden Bereich in die Taschen eingeströmt ist, kann über den in Drehrichtung hinter dem Förderkanal liegenden Bereich der Auslassöffnung die Taschen verlassen und ohne Strömungshindernisse ausströmen. So werden Druckstöße auf das Gehäuse verhindert und Geräuschemissionen verringert. Dadurch, dass in Drehrichtung des Laufrades hinter der Ausiassöffnung an der radiai begrenzenden Wand eine Ausnehmung ausgebildet ist, die die Ausdehnung des Unterbrechungsbereiches an άer radial begrenzenden Wand in Umfangsrichtung verringert, wird ein zusätzlicher Entspannungsberesch für das geförderte Fiuid hinter der Ausfassöffnung geschaffen, in der die noch vorliegende Druckerhöhung aus der Tasche abgebaut werden kann, wodurch die auftretenden DruckpuSsationen weiter verringert werden.

Vorzugsweise wächst die Erstreckung der Ausiassöffnung in Drehrichtung des Laufrades in Richtung zu dem Gehäuseteii des Sekundärluftgebläses, in dem der Einlass ausgebildet ist. Durch diese Ausführung wird der Strömungsvektor einer Wirbelsträhne im Bereich des Auslasses nachgebildet, wodurch eine zusätzliche Entleerung der Taschen erreicht wird, Eine zusätzliche Verbesserung wird dadurch erzielt, dass die Länge der Projektion der in Drehrichtung des Laufrades die Ausiassöffnung begrenzenden Ausiasskante zumindest so groß ist wie oder größer ist als der Abstand zwischen zwei Schaufeln des Laufrades. Hierdurch wird sichergestellt, dass eine weitestgehende Entleerung des unter Druck stehenden Fluids aus der gesamten Tasche in den Auslass erreicht wird.

Vorzugsweise wächst die Erstreckung der Ausnehmung in Drehrichtung des Laufrades in Richtung zu dem Gehäuseteii des Sekundäriuftgebläses, in dem der Einiass ausgebildet ist. Auf diese Weise werden zusätzlich Druckpulsationen vermindert, da der Entspannungsweg vergrößert wird,

In einer hierzu weiterführenden Ausfϋhrungsform wächst die Erstreckung der Auslassöffnung in Drehrichtung des Laufrades axia! in Richtung zum Einiass des SekundariuftgebSäses stärker ais die Erstreckung der Ausnehmung in Drehrichtung, so dass ein Winkel zwischen der AusJasskante der Auslassöffnung und einer Unterbrecherkante ausgebildet ist. Durch die beim Überstreichen der Ausnehmung ausströmenden Luft ändert sich der Druck des Fluides in der Tasche und damit die Größe άes Geschwindigkeitsvektors in Umfangsrichtung. Somit ändert sich die Richtung des Geschwindigkeitsvektors der WirbeSsträhne, was hier zur möglichst guten Entleerung der Taschen auch hinter der Einlassöffnung zur Verringerung der Druckstöße genutzt wird,

In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist das Gehäuse zwei axia! gegenüberliegende Förderkanäle auf, wobei die Förderschaufeln des Laufrades zu beiden axialen Seiten des Laufrades den Förderkanälen zugewandt sind und die Erstreckung der Auslassöffnung in Drehrichtung des Laufrades axial von einem Umfangsring des Laufrades in Richtung zu den axialen Enden der Förderschaufein wächst. Auf diese Weise wird die Wirbelbildung beider Förderkanäle beziehungsweise beider Laufradseiten bei der Ausformung der Auslassöffnung beachtet, um eine möglichst gute Entleerung der Taschen und somit eine große Fördermenge zu erreichen, wobei die Geräuschemissionen durch Vermeidung von Druckstößen an beiden axia! gegenüberliegenden Seiten des Ausstossbereiches weiter sinken.

Vorzugsweise wächst die Erstreckung άer Ausnehmung in Drehrichtung des Laufrades axial vom Umfangsring des Laufrades in Richtung zu den axialen Enden der Förderschaufefn, wodurch auch die Entspannung des geförderten Fluids hinter der Auslassöffnung bezüglich beider Förderkanäfe zur Geräuschreduzierung genutzt wird.

Es wird somit ein Seitenkanalgebiase geschaffen, bei dem im Vergleich zu bekannten Seitenkanalgebläsen der ausgestoßene Volumenstrom bei gleicher Baugröße der Pumpe erhöht wird und gleichzeitig nach außen dringende Geräusche durch auftretende Druckstöße im Bereich des Auslasses und des Unterbrechungsbereiches deutlich reduziert werden.

Ein Ausführungsbeispiei eines erfindungsgemäßen Seitenkanalgebiäses ist in den Zeichnungen dargestellt und wird nachfolgend beschrieben.

Figur 1 zeigt eine Seitenansicht eines Seitenkanalgebiäses in geschnittener Darstellung.

Figur 2 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Gehäuseteüs der Seitenkanalpumpe der Figur 1.

Figur 3 zeigt eine perspektivische Ansicht des Deckelteils der Seitenkanafpumpe der Figur 1.

Das in Figur 1 dargestellte Seitenkanalgeblase 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 Einiass 6 in einen Einlassbereich 8 eines ersten Gehäuseteils 10, weiches in vorliegender Ausführung als Deckeltei! des Seitenkanalgebläses dient. Vom Einiassbereich 8 aus strömt die Luft anschließend in zwei sich im Wesentlichen ringförmig erstreckende Förderkanäle 12, 14, von denen der erste Förderkanal 12 im Deckelteϊl ΪO ausgebildet ist und der zweite Förderkanai 14 in einem zweiten Gehäuseteil 16 ausgebildet ist, in dessen zentraler Öffnung 17 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 Ausiass 20, der am zweiten Gehäusetei! 16 angeordnet ist.

Das Laufrad 4 ist zwischen dem Deckeiteil 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 Wirbeikanäie 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, so dass ein Austausch von Luft zwischen den beiden Förderkanälen 12, 14 stattfinden kann. Zwischen den sich vom Umfangsring 24 erstreckenden Förderschaufefn 22 werden somit nach radial außen offene Taschen 26 gebildet, in denen die Luft gefördert beziehungsweise beschleunigt wird, so dass deren Druck über die Länge der Förderkanäle 12, 14 erhöht wird.

Um eine möglichst gute Förderleistung und Druckerhöhung zu erlangen, ist der axiale Einlass 6 in Drehrichtung des Laufrades 4 möglichst weit vom tangentialen Ausiass 20 entfernt. Um zuverlässig eine Kurzschlussströmung entgegen der Drehrichtung des Laufrades 4 vom Einlass 6 zum Ausiass 20 zu unterbinden, sind zwischen dem Einlass 6 und dem Ausiass 20 Unterbrechungsbereiche 28, 30 am Deckelteil 10 und am Gehäuseteil 16 angeordnet, die die Förderkanäle 12, 14 unterbrechen, so dass in den Unterbrechungsbereichen 28, 30 axial gegenüberliegend zu den Förderschaufeln 22 des Laufrades 4 ein möglichst geringer Spalt vorhanden ist. Ein Unterbrechungsbereich 32 ist an einer radial begrenzenden Wand 33 des zweiten Gehäuseteils 16 ausgebildet und unterbricht einen radial außen liegenden Verbindungsbereich 35 zwischen den beiden Förderkanäien 12, 14.

In den Figuren 2 und 3 ist zu erkennen, dass die im Deckeiteü 10 und im zweiten Gehäuseteil 16 angeordneten Förderkanäle 12, 14 eine im Wesentlichen konstante Breite aufweisen und sich mit Ausnahme der Ünterbrechungsbereiche

28, 30 über den Umfang des Deckeiteiis 10 und des Gehäuseteils 16 erstrecken.

Bei der in Figur 2 gewählten Ansicht dreht sich somit das Laufrad 4 entgegen dem Uhrzeigersinn vom Einlassbereich 8 bis zum Ende des Förderkanals 12 und anschließend über den Unterbrechungsbereich 28 wieder zum Einiassbereich 8.

Das Deckelteil 10 wird über Schrauben am zweiten Gehäusetei! 16 befestigt, welche durch entsprechende Bohrungen 34 gesteckt werden, die an sich nach radial außen erstreckenden Vorsprüngen 36 am Deckelteii 10 ausgebildet sind. An zweien dieser Vorsprünge 36 befinden sich zusätzlich kleine, sich axial erstreckende Bolzen 38, welche zur Vorfixierung des Deckeiteiis 10 auf dem zweiten Gehäusetei! 16 dienen, an dem entsprechende Bohrungen 40 ausgebildet sind,

Radial hinter einer Wand 42 des Förderkanals 12 ist eine IMut 44 ausgebildet, in die zur Abdichtung zwischen Deckelteil 10 und zweitem Gehäusetei! 16 ein Dichtring 46 eingelegt wird, der über Nasen 48 in der Nut 44 gehalten wird.

Radiai vor einer Wand 50 des Förderkanals 12 ist ein ringförmiger Steg 52 ausgebildet, der nach dem Zusammenbau des Gebläses in eine korrespondierende Nut 54 des Laufrades 4 greift, wodurch eine Abdichtung vom Förderkanai 12 in Richtung zum Inneren des Laufrades 4 erfolgt, Zusätzlich weist das Deckeiteil 10 eine zylindrische Vertiefung 56 auf, in die die AntriebsweHe 19 der Antriebseinheit 3 ragt,

Erfϊndungsgemäß sind die Förderkanäle 12, 14 im Deckeiteü 10 und im Gehäusetei! 16 so ausgebildet, dass sie sich im Bereich vor dem Auslass 20 statt wie zuvor in Umfangsrϊchtung ab hier in Richtung zum Auslass 20 wie der Auslass 20 in tangentialer Richtung erstrecken. Gleichzeitig ist die Breite der Förderkanäle 12, 14 geringer als die Breite des Auslasses 20, so dass dieser von den Förderkanälen 12 ,14 zunächst lediglich über seinen radial äußeren Bereich angeströmt wird. Eine Auslassöffnung 58, welche durch die radial begrenzende Wand 33 des zweiten Gehäuseteils 16 führt und das Innere des Gebläses mit dem Auslass 20 verbindet, ist derart ausgeformt, dass sich in Drehrichtung des Laufrades 4 die AusSassöffnung 58 in die Unterbrechungsbereiche 28, 30 der Gehäuseteile 10, 16 erstreckt, wie in Figur 2 zu erkennen ist.

In der hier gezeigten Ausführungsforrn erstreckt sich eine Ausiasskante 62, welche die AusiassÖffnung 58 in Drehrichtung des Laufrades 4 begrenzt, von einer Innenkante 64 des Förderkanals 14 im zweiten Gehäuseteil 16 an der Wand

33 schräg nach oben, also mit einer axialen Komponente in Richtung des

Deckelteils 10 und einer Komponente in Drehrichtung des Laufrades 4. Der

Winkel dieser Schräge sollte dabei so gewählt werden, dass die Komponente in Umfangsrϊchtung zumindest dem Abstand zwischen zwei Förderschaufeln 22 entspricht.

Zusätzlich zu dieser besonderen Ausformung der AusiassÖffnung 58 ist unmittelbar hinter der Auslassöffnung 58 eine Ausnehmung 60 am Unterbrechungsbereich 32 der radial begrenzenden Wand 33 ausgeformt. Diese Ausnehmung 60 wird durch eine Unterbrecherkante 66 in Drehrichtung des Laufrades 4 begrenzt, weiche ebenfalls vom Boden des Gehäuseteils 16 nach schräg oben verläuft, afso eine axiale Komponente in Richtung des Deckelteils 10 und eine Komponente in Drehrichtung des Laufrades aufweist. Die Unterbrecherkante 66 und die Auslasskante 62 verlaufen jedoch nicht parallel sondern sind unter einem Winkel zueinander angeordnet, wobei für die Auslasskante 62 die Komponente in Drehrichtung größer ist als für die Unterbrecherkante 66, Dabei ist zu beachten, dass bei größerem Abstand zwischen den Förderschaufeln 22 des Laufrades 4 auch der eingeschlossene Winkel zwischen der Unterbrecherkante 66 und der Auslasskante 62 größer gewählt werden sollte.

Betrachtet man nun die Bewegung einer einzelnen zum Deckeltel! 10 gewandten Tasche 26 im Auslassbereich des Laufrades 4, welche aufgrund der Anordnung des Einlasses 6 eine höhere Füllung aufweist als die axial gegenüberliegende

Tasche 26, so überstreicht diese zunächst mit ihrer radial innen liegenden Kante den Unterbrechungsbereich 28 des Deckelteils 10. Bei weiterer Drehung des

Laufrades 4 wird die Tasche 26 von innen nach außen durch den Unterbrechungsbereich 28 abgedeckt, so dass nur ein deutlich verringerter Anteii der Luft in die Tasche zurückströmen kann. Bevor die Tasche 26 vollständig durch den Unterbrechungsbereich 28 abgedeckt wird, erreicht die Tasche die

Auslassöffnung 58, so dass die verdichtete Luft ausströmen kann. Mit dem

Erreichen des Endes des Förderkanals 12 ist jedoch noch komprimierte Luft in der Tasche 26 des Laufrades 4 vorhanden, welche die Tasche 26 an ihrer radialen

Außenkante verlässt. Der Geschwindigkeitsvektor dieser Restluft hat eine

Komponente nach radial außen, eine Komponente in Drehrichtung des Laufrades

4 sowie eine Komponente in Richtung zum Deckeltei! 10. Dabei entspricht die

Komponente der Luftströmung in Umfangsrichtung im Wesentlichen der Geschwindϊgkeitskomponente des Laufrades 4. Daraus folgt, dass aufgrund der gewählten maximalen Erstreckung der Auslassöffnung 58 in Drehrichtung die aus der Tasche 28 ausströmende Luft nicht gegen die Ausiasskante 62 der

Ausiassöffnung 58 in Form eines Druckstoßes anschlägt, sondern in den Auslass

20 strömt.

Die hinter der Auslassöffnung 58 ausströmende Luft schlägt ebenfalls nicht sofort gegen den Unterbrechungsbereich 32 an der radialen Wand 33 sondern strömt in die Ausnehmung 6Q ₁ wo zumindest eine geringfügige Entspannung durch Verwirbelung der in die Ausnehmung gelangenden Luft statt. Der Winkel wird so gewählt, dass weder der über die gesamte Höhe der Tasche 26 gleichzeitig ausgestoßene Luftstrom die Unterbrecherkante 66 zum gleichen Zeitpunkt erreicht noch der über die gesamte Breite gleichzeitig ausgestoßene Luftstrom. Gleichzeitig wird der Entspannungsweg für die vorhandene Restluft größer. So können Druckstöße zusätzlich verringert werden. Das beschriebene Seitenkanalgebläse zeichnet sich durch eine deutliche Verringerung der Geräuschemissionen im Vergleich zu bekannten Seiteπkanalgebläsen aus. Gleichzeitig wird eine hohe Förderrate erreicht. Es sollte jedoch deutlich sein, dass verschiedene Modifikationen des im Ausführungsbeispie! beschriebenen Seitenkanaigebiäses möglich sind, ohne den Schutzbereich des Hauptanspruchs zu verlassen, So kann es sich insbesondere um eine Pumpe mit nur einem Seitenkanai handeln oder die Auslassöffnung und Unterbrecherform können sowohf bezüglich des den größeren Strom führenden zum Einlass weisenden Kanal als auch zum gegenüberliegenden Kanal korrespondierend ausgestaltet sein. In diesem Fall wäre es erforderlich, die Austrittsöffnung mit zwei Schrägen auszugestalten, die die Austrittsöffnung von der Höhe des Umfangsringes aus nach oben und unten entsprechend erweitern.