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Title:
SIDE CHANNEL BLOWER, IN PARTICULAR SECONDARY AIR BLOWER FOR AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/120633
Kind Code:
A1
Abstract:
Side channel blowers having devices for minimizing noise emissions are known, but are often not adequate and limit the volumetric flow to be delivered, or have low efficiency. For that reason, what is proposed is a side channel blower in which the first and the second lateral edges (64, 66) span a first plane E1 which, together with a second plane E2 that is spanned by the ejection opening (60), encloses an angle α ≥ 30°, such that the outlet opening (62) extends into the radially bounding wall (33). An embodiment of this kind substantially increases the efficiency and the maximum volumetric flow to be delivered.

Inventors:
GOTTER, Alexander (Jakob-Kneip-Str. 16, Düsseldorf, 40595, DE)
RÖSGEN, Thomas (St.-Clemens-Strasse 16, Grevenbroich, 41516, DE)
DEITER, Petra (Feuerbachstr. 22, Düsseldorf, 40223, DE)
CAPAN, Alpay (Querstraße 1, Schwalmtal, 41366, DE)
VON DER BEEK, Krischan (Bauerbahn 11a, Neuss, 41462, DE)
BOUTROS-MIKHAIL, Matthias (Kanalstr. 61, Neuss, 41460, DE)
Application Number:
EP2018/059176
Publication Date:
June 27, 2019
Filing Date:
April 10, 2018
Export Citation:
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Assignee:
PIERBURG GMBH (Alfred-Pierburg-Strasse 1, Neuss, 41460, DE)
International Classes:
F04D23/00; F04D29/08; F04D29/42
Domestic Patent References:
WO2012041625A12012-04-05
Foreign References:
DE102015213549A12017-01-19
DE102009006652A12010-08-05
DE102009006652A12010-08-05
Attorney, Agent or Firm:
PATENTANWÄLTE TER SMITTEN EBERLEIN-VAN HOOF RÜTTEN PARTG MBB (Burgunderstraße 29, Düsseldorf, 40549, DE)
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Claims:
P A T E N T A N S P R Ü C H E

1. Seitenkanalgebläse, insbesondere Sekundärluftgebläse für eine Verbrennungskraftmaschine mit

einem mehrteiligen Gehäuse (2), dass zumindest ein erstes Gehäuseteil (10), das als Topfteil ausgeführt ist und ein zweites Gehäuseteil (16), das als Deckelteil ausgeführt ist, aufweist, wobei das Topfteil (10) und das Deckelteil (16) in einer Trennebene (46) unter Zwischenschaltung eines Dichtorgans (48) miteinander verbunden sind und einen Gebläseraum (17) einschließen,

wobei ein Einlass (6),

der über einen Einlassbereich (8) in einen zumindest einen sich im Wesentlichen ringförmig erstreckenden Förderkanal (12, 14) mit einer radial begrenzenden Wand (33) mündet,

und ein Auslass (20) ausgebildet sind,

einem Laufrad (4), welches über eine Antriebseinheit (3) antreibbar ist, drehbar im Gehäuse (2) gelagert ist und Förderschaufeln (22) aufweist, die mit dem gegenüberliegenden Förderkanal (12, 14) Zusammenwirken, und einem Unterbrechungsbereich (28, 32) zwischen dem Einlass (6) und dem Auslass (20), in dem der zumindest eine Förderkanal (12, 14) in Umfangsrichtung unterbrochen ist, wobei

der Auslass (20) einen Auslasskanalabschnitt (58) aufweist, in den der zumindest eine Förderkanal (12, 14) mündet, wobei der

Auslasskanalabschnitt (58) eine nach außen gerichtete Ausstoßöffnung (60) aufweist und eine zum Förderkanal (12, 14) gerichtete

Auslassöffnung (62) mit einer ersten und einer zweiten Seitenkante (64, 66) aufweist, wobei die erste Seitenkante (64) Teil des Unterbrechungsbereiches (32) und die zweite Seitenkante (66) Teil der radial begrenzenden Wand (33) ist,

dadurch gekennzeichnet, dass

die erste und die zweite Seitenkante (64, 66) eine erste Ebene Ei aufspannen, die mit einer zweiten Ebene E2, die durch die Ausstoßöffnung (60) aufgespannt ist, einen Winkel a > 30° einschließt, derart, dass die Auslassöffnung (62) in die radial begrenzende Wand (33) hineinreicht.

2. Seitenkanalgebläse, insbesondere Sekundärluftgebläse für eine Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Trennebene (46) in Höhe oder unterhalb einer Bodenfläche des Förderkanals (14) im Deckelteil (16) verläuft. 3. Seitenkanalgebläse, insbesondere Sekundärluftgebläse für eine Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Trennebene (46) stufenförmig verläuft und in einer Nut (42) das Dichtorgan (48) als Flüssigkeitsdichtung ausgebildet ist.

4. Seitenkanalgebläse, insbesondere Sekundärluftgebläse für eine

Verbrennungskraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass

das Deckelteil (16) sich an die Antriebseinheit (3) anschließt.

5. Seitenkanalgebläse, insbesondere Sekundärluftgebläse für eine

Verbrennungskraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet, dass

zumindest das Topfteil (10) aus einem Duroplast als werkzeugfallendes Werkstück hergestellt ist.

Description:
B E S C H R E I B U N G Seitenkanalgebläse, insbesondere Sekundärluftgebläse für eine Verbrennungskraftmaschine

Die Erfindung betrifft ein Seitenkanalgebläse, insbesondere Sekundärluftgebläse für eine Verbrennungskraftmaschine mit einem mehrteiligen Gehäuse, dass zumindest ein erstes Gehäuseteil, das als Topfteil ausgeführt ist und ein zweites Gehäuseteil, das als Deckelteil ausgeführt ist, aufweist, wobei das Topfteil und das Deckelteil in einer Trennebene unter Zwischenschaltung eines Dichtorgans miteinander verbunden sind und einen Gebläseraum einschließen, wobei ein Einlass, der über einen Einlassbereich in einen zumindest einen sich im Wesentlichen ringförmig erstreckenden Förderkanal mit einer radial begrenzenden Wand 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 Förderkanal in Umfangsrichtung unterbrochen ist, wobei der Auslass einen Auslasskanalabschnitt aufweist, in den der zumindest eine Förderkanal mündet, wobei der Auslasskanalabschnitt eine nach außen gerichtete Ausstoßöffnung aufweist und eine zum Förderkanal gerichtete Auslassöffnung mit einer ersten und einer zweiten Seitenkante aufweist, wobei die erste Seitenkante Teil des Unterbrechungsbereiches und die zweite Seitenkante Teil der radial begrenzenden Wand 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 Seitenkanalgebläsen 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 Förderschaufeln noch verdichtete Luft vorhanden ist, die nicht vollständig über den Auslass 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 10 2009 006 652 eine Pumpe zur Förderung von Fluiden vorgeschlagen, die Auslassöffnung des Auslasses in besonderer Weise zu gestalten. Es hat sich jedoch herausgestellt, dass trotz der Verringerung der Druckstöße und damit verbunden einer Verringerung der Geräuschemissionen ein immer noch zu geringer Wirkungsgrad vorliegt. Auch wäre es wünschenswert den maximal möglichen Durchsatz zu erhöhen.

Es stellt sich daher die Aufgabe, ein Seitenkanalgebläse zu schaffen, mit dem die obengenannten Nachteile auf einfache und kostengünstige Weise vermieden 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 radial außen liegenden Bereich. Dadurch, dass die erste und die zweite Seitenkante eine erste Ebene aufspannen, die mit einer zweiten Ebene, die durch die Ausstoßöffnung aufgespannt ist, einen Winkel a > 30° einschließt, derart, dass die Auslassöffnung in die radial begrenzende Wand hineinreicht, ist eine echte tangentiale Strömung im Übergangsbereich vom Förderkanal zum Auslasskanalabschnitt des Auslasses möglich. Hierdurch wird der Wirkungsgrad grundsätzlich erhöht und sind zudem höhere Betriebsdrücke möglich.

In vorteilhafter Weise verläuft die Trennebene in Höhe oder unterhalb einer Bodenfläche des Förderkanals im Deckelteil, wodurch der Auslasskanalabschnitt im Durchschnitt größer gestaltet werden kann, wodurch wiederum eine Erhöhung des Durchsatzes ermöglicht wird. Hierbei kann in vorteilhafter Weise die Trennebene stufenförmig verlaufen und in einer Nut das Dichtorgan als Flüssigkeitsdichtung ausgebildet sein. Auf diese Weise ist gewährleistet, dass kein Dichtungsmaterial in den Gebläseraum gelangt.

Eine besonders einfach herzustellende Anordnung ergibt sich dadurch, dass das Deckelteil sich an die Antriebseinheit anschließt. Hierbei ist im Deckelteil eine Öffnung für eine Lagerung einer Antriebswelle vorzusehen. Das Topfteil schließt dann das Seitenkanalgebläse nach außen ab. Es wird somit ein Seitenkanalgebläse geschaffen, bei dem im Vergleich zu bekannten Seitenkanalgebläsen der Wirkungsgrad und der maximal erreichbare Durchsatz wesentlich erhöht 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 eines Topfteils der Seitenkanalpumpe der Figur 1.

Figur 3 zeigt eine Draufsicht des Topfteils der Seitenkanalpumpe der Figur 1.

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 (siehe hierzu Figur 2) eines ersten Gehäuseteils 10, welches in vorliegender Ausführung als Topfteil 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, welches in vorliegender Ausführung als Deckelteilteil des Seitenkanalgebläses dient, ausgebildet ist. Das Topfteil 10 und das Deckelteil 16 schließen somit einen Gebläseraum 17 ein.

Das Deckelteil 16 besitzt eine zentrale Öffnung 15, in der 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 ersten Gehäuseteil 10 angeordnet ist.

Das Laufrad 4 ist zwischen dem Topfteil 10 und dem Deckelteil 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, so dass ein Austausch von Luft zwischen den beiden Förderkanälen 12, 14 stattfinden kann. 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, 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 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 auf bekannte Unterbrechungsbereiche 28 am Topfteil 10 und am Deckelteil 16 vorgesehen. In der Zeichnung ist in Figur 2 jedoch nur der Unterbrechungsbereich 28 im Topfteil 10 dargestellt. In den Unterbrechungsbereichen 28 ist folglich axial gegenüberliegend zu den Förderschaufeln 22 des Laufrades 4 ein möglichst geringer Spalt vorhanden. Ein weiterer Unterbrechungsbereich 32 ist an einer radial begrenzenden Wand 33 des ersten Gehäuseteils 10 ausgebildet und unterbricht einen radial außen liegenden Verbindungsbereich 35 zwischen den beiden Förderkanälen 12, 14. Das Topfteil 10 wird über nicht weiter dargestellte Schrauben am zweiten Deckelteil 16 befestigt, welche durch entsprechende Bohrungen 34 gesteckt werden, die an sich nach radial außen erstreckenden Vorsprüngen 36 am Topfteil 10 ausgebildet sind. Das Deckelteil 16 wird wiederum auf bekannte Weise mit einem Gehäuseteil 38 der Antriebseinheit 3 verbunden. Radial hinter einer Wand 40 des Förderkanals 16 ist eine Nut 42 in Höhe einer Bodenfläche des Förderkanals 14 ausgebildet. Eine Trennebene 46 des Topfteiles 10 und des Deckelteils 16 verläuft auf diese Weise stufenförmig. Somit kann in zur Abdichtung zwischen Topfteil 10 und Deckelteil 16 eine Flüssigkeitsdichtung 48 in der Nut 42 vorgesehen sein, da die Flüssigkeitsdichtung 48 keine direkte Verbindung zum Gebläseraum 17 aufweist.

Radial 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 Förderkanal 12 in Richtung zum Inneren des Laufrades 4 erfolgt. Zusätzlich weist das Topfteil 10 eine zylindrische Vertiefung 56 auf, in die die Antriebswelle 19 der Antriebseinheit 3 ragt. Wie bereits aus dem Stand der Technik bekannt, weist der Auslass 20 einen tangentialen Auslasskanalabschnitt 58 auf, der nach außen gerichtet in einer Ausstoßöffnung 60 mündet. Die Förderkanäle 12, 14 sind über eine Auslassöffnung 62 mit dem Auslasskanalabschnitt 58 fluidisch verbunden. Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, dass eine erste und eine zweite Seitenkante 64, 66 eine erste Ebene Ei aufspannen, die mit einer zweiten Ebene E 2 , die durch die Ausstoßöffnung 60 aufgespannt ist, einen Winkel a > 30°, hier ca. 57°, einschließt (siehe hierzu insbesondere Figur 3). Dies hat zur Folge, dass die Auslassöffnung 62 weit in die radial begrenzende Wand 33 hineinreicht und hierdurch eine „echte" tangentiale Ausströmung mit hohem Wirkungsgrad realisiert werden kann. In besonders einfacher Wiese kann zumindest das Topfteil 10 aus einem Duroplast als werkzeugfallendes Werkstück hergestellt werden.

Es sollte jedoch 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 Auslassöffnung und Unterbrecherform können sowohl bezüglich des den größeren Strom führenden zum Einlass weisenden Kanal als auch zum gegenüberliegenden Kanal korrespondierend ausgestaltet sein.




 
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