用于内燃机的侧通道鼓风机的制作方法

本发明涉及一种用于内燃机的侧通道鼓风机，其具有流动壳体、可转动地安置在所述流动壳体中的叶轮、叶轮叶片，其构造在叶轮的径向外侧区域中并且径向向外开放地设计、在叶轮和径向地包围叶轮的壳体壁之间的径向间隙、入口和出口以及两个使入口与出口相连的用于气体的输送通道，所述输送通道相对叶轮叶片轴向对置地构造在流动壳体中并且通过叶轮叶片之间的空间相互流体连接、驱动单元，通过所述驱动单元能够驱动叶轮、在出口和入口之间的中断区域，所述输送通道在所述中断区域中在周向上中断。

侧通道鼓风机或者侧通道泵通常是已知的并且在许多专利申请中有说明。在机动车中其例如用于输送燃料或者用于把二次空气吹入废气系统或者用于输送用于pem燃料电池系统的氢气。通常通过电动机进行驱动，叶轮布置在电动机输出轴上。已知在壳体部件中在叶轮的轴向侧上仅构成一个输送通道的侧通道鼓风机，还已知在叶轮的两个轴向侧上构成有输送通道的侧通道鼓风机，其中两个输送通道彼此流体连接。在这种侧通道鼓风机中，其中一个输送通道大多构造在用作盖子的壳体部件中，而另一个输送通道构造在通常固定有驱动单元的壳体部件中，叶轮至少抗扭地布置在驱动单元的轴上。在叶轮外周上叶轮按如下所述地构造，即叶轮与包围叶轮的一个或者两个输送通道构成一个或两个环绕的涡流通道。

在具有两个轴向相对的涡流通道的侧通道鼓风机中，叶轮叶片在径向部段上轴向地分成两个部段，这两个部段配属相应的对置的输送通道。在叶轮叶片之间构成袋部，在叶轮转动时，被输送的流体在袋部中通过叶轮叶片沿周向以及径向加速，从而在输送通道中产生环绕的涡流。在叶轮构造为径向开口的情况下，经常发生经叶轮的径向端部和径向相对的侧壁之间的间隙的从一个输送通道到另一个输送通道的溢流。

为了获得最佳的输送或者说压力增加，在输送气体和液体时因为在输送可压缩或者不可压缩或者说可以极小程度压缩的介质时的不同表现而采取了不同的措施。

此外，在侧通道鼓风机中输送时要考虑噪声产生，因为紧接着每个叶轮叶片扫过中断区域的起始段之后都会产生听起来使人烦躁的压力冲击，这是由于在叶轮叶片之间的袋部中还存在有被压缩的气体，该气体没有完全经出口排出并且在到达中断区域时突然向中断区域的壁加速。这导致噪声排放的明显升高。

为了增加输送压力，在文献us6,422,808b1中建议了一种用于可压缩流体的侧通道鼓风机，其具有由带两个侧通道的流动壳体包围的叶轮，流动壳体具有流体入口和流体出口。在叶轮的外周上布置有叶片，叶片沿轴向和沿径向延伸，并且具有与转子的转动方向相反地倾斜的径向内部部段以及沿转子的转动方向倾斜的径向外侧部段，并且在转子旋转时把流体从入口向出口输送。在径向内部部段上叶片分别具有倒角。

由文献us5,299,908b1还已知一种侧通道鼓风机，其叶轮叶片直线式沿径向延伸，但是相对于转动轴线沿转动方向向对置的侧通道倾斜。当然在这两个轴向的叶片部件之间布置径向的分隔壁，以防止从一个通道经叶轮向另一个通道的溢流。与输送通道相对地仅构造叶片的一径向外侧的部分。

这样倾斜和相互分离的叶片在用于不可压缩介质的侧通道泵的叶轮中也是已知的。此外，该叶轮具有径向限制的侧壁。

然而，在输送率方面或者说在可能的压力增加方面，所有这些鼓风机和泵都不是最优化的。

因此，本发明要解决的技术问题在于，提供一种侧通道鼓风机，通过所述侧通道鼓风机在不进一步增大直径或者提高转速的情况下能进一步提高输送率或者说输送压力，方法是，优化在输送通道中和在叶轮中的流动比率或者说在相同输送率的条件下保证驱动装置的电能消耗更小。附加地，该鼓风机应适用于不同的应用和输送率，并且产生尽可能低的噪声。

上述技术问题通过独立权利要求的特征部分解决。

令人意料不到的是，输送可压缩介质的这种优化通过一种侧通道鼓风机实现，其中，所述叶轮叶片在横截面中设计为v形，使得所述叶轮叶片沿转动方向相对于转动轴线倾斜地朝着与之对置的输送通道的方向延伸。同时，叶轮在径向外侧区域中轴向地和径向开放地设计，使得气体在叶片的轴向的中部聚集并被加速，这被证明有利于构成螺旋流，其中，在两个输送通道之间可以实现持续的交换。这种侧通道鼓风机具有更高的效率并且覆盖了更大范围的工作点。

叶片相对于转动轴线的最佳倾角为沿叶轮转动方向倾斜5°至20°。在这样的角度情况下可实现特别高的效率，因为在叶片的内部实现了最佳的压力。

优选地，在所述叶轮叶片的径向外侧的端部区域中，所述叶轮叶片设计为沿叶轮的转动方向朝着叶轮叶片的在径向内侧邻接的中间区域倾斜。以此在介质向外的径向运动时产生附加的加速，以此额外提高效率。

在本发明的进一步改进设计方案中，所述叶轮叶片的径向的端部区域设计为相对于径向沿转动方向倾斜5°至20°，并且所述叶轮叶片的邻接径向的端部区域的中间区域与转动方向相反地相对于径向倾斜5°至20°。在该设置角度情况下得到鼓风机优化的效率。

在本发明特别有利的设计方案中，所述叶轮叶片的端部区域和径向包围叶轮的壳体壁之间的径向间隙在输送通道的区域中为叶轮直径的0.03至0.1倍。这意味着与已知的实施方式相比，间隙显着减小，这与相应的成形的叶轮叶片相结合出人意料地导致结果的改进。

在叶轮的该实施方式中额外被证明有利的是，所述出口在流动壳体中切向地从输送通道延伸出并且具有基本相应于输送通道的横截面的圆形的横截面。该设计方案减少了所产生的噪声排放并使得输送流良好排出，并因而也实现高的输送率。

在进一步的实施方式中，在v形叶轮叶片的两个臂之间的连接部的高度上构造有分隔壁，所述分隔壁径向地在叶轮叶片的与端部区域邻接的中间区域上延伸。以此防止来自两个输送通道的两个气流在叶轮叶片的或者说输送通道的径向的内侧边缘上的轴向汇流造成的压力损失。

因此提供了一种侧通道鼓风机，与用于可压缩介质的已知的侧通道鼓风机相比改进了输送率或者说可能的压力增加或者在输送率相同的情况下降低了电能消耗，使得效率提高。同时，通过一种鼓风机尺寸覆盖了非常宽的功率范围，减少了噪音。

在附图中示出根据本发明的侧通道鼓风机的实施例，并且在下文中进行说明。

图1以剖切视图示出根据本发明的侧通道鼓风机的侧剖视图。

图2示出图1中的侧通道鼓风机的叶轮的局部的立体视图。

图3示出图1中的根据本发明的侧通道鼓风机的轴承壳体的立体视图。

图1中所示的侧通道鼓风机具有两件式的流动壳体，其由轴承壳体10和例如通过螺栓固定在其上的壳体盖12构成。能通过驱动单元14转动的叶轮16支承在轴承壳体10中。被输送的可压缩介质经过构成在壳体盖12中的轴向的入口18到达侧通道鼓风机的内部。

介质然后从入口18流入两个基本上环形延伸的输送通道20、22，其中的第一输送通道20在轴承壳体10中构成，驱动单元14的驱动轴28的支承部26布置在轴承壳体10的中央开口24中，叶轮16固定在驱动轴18上，第二输送通道22构成在壳体盖12中。空气通过构成在轴承壳体10中的切向的出口30离开。

叶轮16布置在壳体盖12和轴承壳体10之间，并且在叶轮的外周上具有叶轮叶片32，叶轮叶片32从固定在构成叶轮16的转动轴线x的驱动轴28上的盘形的中心部分34延伸，两个输送通道20、22相对于叶轮叶片轴向对置构成。

为了可靠地抑制与叶轮16的转动方向相反从入口18到出口30的短路流，在入口18和出口30之间布置有在壳体盖12和轴承壳体10上的用于中断输送通道20、22的中断区域36、38，使得在中断区域36、38中轴向相对于叶轮16的叶轮叶片32地存在尽可能小的间隙。在流动壳体10、12的径向限定输送通道20、22边界的壳体壁42上额外地构成沿径向作用的中断区域40。

布置在轴承壳体10和壳体盖12中的输送通道20、22具有基本上不变的宽度，并且在中断区域36、38、40之外延伸经过壳体盖12和轴承壳体10的外周。在图3所选视角中，叶轮16的转动方向y因此逆时针地从输送通道20的起始段直至输送通道20的终端或者说直至出口30，然后经过中断区域36又向与入口18相对的输送通道20起始段指向。

通过在壳体部件10,12上的和在叶轮16的盘形的中心部分34上的环绕的对应的连接片41和槽43，形成输送通道20、22沿向叶轮16内部的方向的密封。

叶轮16的叶轮叶片32具有径向外侧的端部区域44以及布置在盘形的中心部分34和径向外侧的端部区域44之间的径向邻接的中间区域46。在该中间区域46中，叶轮叶片32通过径向延伸的分隔壁48分成与第一输送通道20轴向相对的第一系列和与第二输送通道22轴向相对的第二系列，从而构成两个涡流通道，涡流通道分别通过输送通道20、22中的一个和叶轮叶片32的与其面对的部分构成。在径向外侧的端部区域中不存在分离，使得在该区域中介质可以在输送通道20、22之间交换。

输送通道20、22的外直径略大于叶轮16的外直径，例如为约85mm，使得在叶轮16的外周的之外也存在两个输送通道20、22之间的流体连接。因此，在径向限定的壳体壁42和叶轮的径向端部之间构成大小为3至6mm的径向间隙50，其中，在叶轮16相应更大时，间隙50也需要相应地选择得更大。因此，在叶轮叶片32之间构成径向向外开放的袋部52，介质被在袋部中加速，使得介质压力在输送通道20、22的长度上升高。

所述间隙50的尺寸特别是在叶轮叶片32的根据本发明的实施方式的背景下得出。在所示的实施例中，叶轮叶片32在中间区域46中相对于径向方向z与叶轮16的转动方向相反地以约10°的角度设置。在与中间区域46邻接的端部区域44中，相对于中间区域46沿转动方向倾斜20°的角度，或者说在该端部区域44中相对于径向方向z沿转动方向以约10°的角度地延伸。以此在叶轮以约12000至24000转/分钟的速度转动时使得介质产生额外的加速。

附加地，在横截面中、即在垂直于周向或者说转动方向y的剖切面中，叶轮叶片32在其整个基本上沿径向的延伸段中构成v形，使得每个叶轮叶片32的每个臂配属与其相对的输送通道20、22，并且在中间区域中分隔壁48布置在臂之间。相对于平行于转动轴线x延伸的向量，每个臂沿叶轮16的转动方向倾斜约15°，并且设计朝着对置的输送通道20、22的方向延伸。换句话说，两臂的轴向端部分别相对于两臂相接的位置突前地构造。

在叶轮16通过驱动单元14转动时，来自输送通道20、22的气体在位于径向内部的中间区域46中进入袋部52。由于叶片32的转动和形状，在每个叶片32的中部区域中形成气体的最大程度的积聚。然后，积聚的气体经由轴向中部区域向外加速，其中，端部区域44的倾角在一般的转速之外产生额外的加速。利用该压力，气体被沿着径向限制边界的壳体壁42的方向加速，壳体壁42相应地以更大的距离布置，以便有更大的空间用于沿输送通道的方向的转向。然后从径向外部再向内部流动。接着气体又进入袋部52，以便被重新加速。因此形成沿各输送通道从入口18直至出口30的螺旋形的运动。出口具有圆形横截面，由此使得用于在转动时从袋部流出的横截面逐渐减小。这导致产生较低的噪声和仅少量导引经过中断区域的气流，以此改进了鼓风机的效率。

因此，提供了一种用于可压缩介质的侧通道鼓风机，其在不增加能量需求的情况下产生高压差和体积流，从而与已知的鼓风机相比提高了效率。此外，仅通过改变转速就可以用一个鼓风机达到多个不同的工作点而不会导致效率降低。

然而应当清楚的是，可以对实施例所述的侧通道鼓风机进行不同的修改，而不离开主权利要求的保护范围。因此可以修改驱动器，入口和出口，中断和出口轮廓或者固定和密封结构。同样可以想到其他的修改。