DE10122516B4

DE10122516B4 - Laufrad

Info

Publication number: DE10122516B4
Application number: DE10122516A
Authority: DE
Inventors: Andreas Dipl.-Ing. Blank; Günther Dipl.-Ing. Kiefer; Wolfgang Dipl.-Ing. Ladner; Michael Dr. Brandes
Original assignee: MTU Friedrichshafen GmbH
Current assignee: Rolls Royce Solutions GmbH
Priority date: 2001-05-09
Filing date: 2001-05-09
Publication date: 2006-10-19
Anticipated expiration: 2021-05-10
Also published as: US20040202539A1; WO2002090776A2; DE10122516A1; EP1387962A2; WO2002090776A3

Abstract

Laufrad, insbesondere Radial-Lüfterrad oder Verdichterrad, welches eine ungleiche Anzahl von Voll- und Splitterschaufeln aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Vollschaufeln (4) und Splitterschaufeln (5) in unterschiedlichem Winkelabstand und unterschiedlicher sowie rotationsasymmetrischer Reihenfolge angeordnet sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Laufrad nach dem Oberbegriff des ersten Anspruchs.
Bei Brennkraftmaschinen werden Laufräder beispielsweise als Radiallüfter oder als Verdichterrad für einen Abgasturbolader verwendet. Problematisch bei diesen Laufrädern ist die Geräuschentwicklung, die häufig als unangenehm empfunden wird. Eine gängige Maßnahme zur Geräuschreduktion besteht darin, das Laufrad mit Voll- und Splitterschaufeln zu bestücken. Eine derartige Ausführung ist aus der EP 0 439 267 B1 bekannt. Zusätzlich kann bei diesem Laufrad die Anzahl der Vollschaufeln ungleich der Anzahl der Splitterschaufeln sein.

Aus der DE 174 855 C ist ebenfalls ein Laufrad mit Voll- und Splitterschaufeln bekannt. Die Vollschaufeln sind rotationssymmetrisch angeordnet, wodurch ein erster Bereich zwischen einer Voll- und Splitterschaufel sowie ein zweiter Bereich zwischen der Splitter- und der folgenden Vollschaufel entsteht. Beide Bereiche umfassen ein äußeres Bogenmaß und ein inneres Bogenmaß. In einer ersten Ausführung sind die äußeren Bogenmaße identisch, während die inneren Bogenmaße unterschiedlich sind. In einer zweiten Ausführung sind die äußeren Bogenmaße unterschiedlich und die inneren Bogenmaße identisch. Durch die Anordnung der Splitterschaufeln können die Teilvolumina entsprechend gesteuert werden. Problematisch bei einem derartigen Laufrad ist, dass bei höheren Drehzahlen die Geräuschentwicklung stark zunimmt.

Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe wird darin gesehen, die Geräuschemission eines Laufrades weiter zu reduzieren.

Die Aufgabe wird durch die Merkmale des ersten Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen dargestellt.

Vorgeschlagen wird bei einem gattungsgemäßen Laufrad, dass die Vollschaufeln und Splitterschaufeln in unterschiedlichem Winkelabstand und unterschiedlicher sowie rotationsasymmetrischer Reihenfolge angeordnet sind. Hierdurch wird der Störgeräusch-Pegel deutlich reduziert. Die Schallleistung verteilt sich durch die konstruktiven Maßnahmen auf mehrere Einzeltöne, deren Intensität entsprechend niedriger ausfällt. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass der Wirkungsgrad und die Leistungsaufnahme des Laufrades nahezu konstant bleiben.

Durch die Verwendung eines alternativen Werkstoffes, beispielsweise Aluminium, wird das Massenträgheits-Moment des Laufrades abgesenkt. Für die Praxis bedeutet dies, dass z. B. bei einem Laufrad mit einem Durchmesser 670 mm, ein deutlich besseres Ansprechverhalten erzielt wird.

Durch eine entsprechende Ausformung der Rückseite des Laufrades ist es möglich, dass eine Kupplung und ein Lager integriert werden können. Hierdurch wird der Vorteil erzielt, dass bei gleichbleibender Bauhöhe die Packungsdichte vergrößert wird. Als Konsequenz ergibt sich somit eine montagefreundlichere Lösung.

In den Zeichnungen ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel dargestellt. Es zeigt:
1: ein Laufrad in 3D-Ansicht
2: ein Schnittbild des Laufrades, Draufsicht
3: ein Schnittbild des Laufrades, Seitenansicht
4: ein Laufrad mit integrierter Kupplung
In 1 ist ein Laufrad 1, insbesondere Radial-Lüfterrad oder Verdichterrad, dargestellt. Dieses besteht aus einer Deckscheibe 2, einer Fußscheibe 3, einer Nabe 6 mit Befestigungsbohrung 7 und Schaufeln. Die Schaufeln des Laufrades 1 sind als Vollschaufeln 4 und Splitterschaufeln 5 ausgeführt. Die Vollschaufeln 4 und Splitterschaufeln 5 sind im unterschiedlichen Winkelabstand und unterschiedlicher Reihenfolge angeordnet. Die Anordnung bzw. Reihenfolge ist aus dem Schnittbild der 2 zu ersehen. Beispielweise folgt auf die Splitterschaufel 5.1 eine Vollschaufel 4.1, dann eine Splitterschaufel 5.2., danach folgen vier Vollschaufeln, Bezugszeichen 4.2 bis 4.5, und eine Splitterschaufel 5.3. Durch den unterschiedlichen Winkelabstand und die unterschiedliche Reihenfolge wird die Geräuschentwicklung bei nahezu gleichbleibendem Wirkungsgrad bzw. Leistungsaufnahme weiter verringert. Der Pegel und die Frequenz der als unangenehm empfundenen Störgeräusche werden durch diese Maßnahmen abgesenkt und auf ein breiteres Frequenzband verteilt. Die Schallleistung verteilt sich durch die konstruktiven Maßnahmen auf mehrere Einzeltöne, deren Intensität entsprechend niedriger ausfällt.
Vorzugsweise besteht das Laufrad 1 aus einem alternativen Werkstoff, beispielsweise Aluminium. Dies ergibt eine deutliche Verringerung des Massenträgheits-Moments.
Das in 1 dargestellte Laufrad 1 weist zusätzlich Wuchtbohrungen 8 auf. Mittels dieser Wuchtbohrungen 8 wird eine Unwucht des Laufrades 1 ausgeglichen. Hieraus ergibt sich eine Kostenreduktion bei der Herstellung, da zusätzliche Wucht-Gewichte nicht mehr angebracht werden müssen.
In 3 ist ein Schnittbild des Laufrades 1 in Seitenansicht dargestellt. Die Strömungsrichtung der Luft ist mit Pfeilen gekennzeichnet. Wie dargestellt wird die Luft in axialer Richtung, also in Zeichnungsrichtung gesehen von oben, vom Laufrad 1 radial nach außen gefördert. Daneben ist aus der 3 die Anordnung der Voll- und Splitterschaufel zwischen der Deckscheibe 2 und der Fußscheibe 3 ersichtlich.
In 4 ist ein Schnittbild des Laufrades 1 mit integrierter Kupplung und Kupplungsgehäuse 9 dargestellt. Die Kupplung 9 ist auf der Rückseite 13 im Laufrad 1 integriert. Hierdurch wird der Vorteil erzielt, dass bei gleichbleibender Bauhöhe des Laufrades eine höhere Packungsdichte verwirklicht wird. Mit Bezugszeichen 10 ist der Anschluss für ein Gehäuse, beispielsweise ein Getriebe-Gehäuse, bezeichnet. Das Laufrad 1 wird von der Vorderseite 12 über eine Schraube 14 mit einer Radaufnahme 11 lösbar verbunden. Die Radaufnahme 11 wiederum ist mit der Kupplung und dem Kupplungs-Gehäuse 9 fest verbunden. Über den Zustand der Kupplung 9 wird das Laufrad 1 aktiviert bzw. deaktiviert.

1: Laufrad
2: Deckscheibe
3: Fußscheibe
4: Vollschaufel
5: Splitterschaufel
6: Nabe
7: Befestigungsbohrung
8: Wuchtbohrung
9: Kupplung mit Kupplungs-Gehäuse
10: Anschluss
11: Radaufnahme
12: Vorderseite
13: Rückseite
14: Schraube

Claims

Laufrad, insbesondere Radial-Lüfterrad oder Verdichterrad, welches eine ungleiche Anzahl von Voll- und Splitterschaufeln aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Vollschaufeln (4) und Splitterschaufeln (5) in unterschiedlichem Winkelabstand und unterschiedlicher sowie rotationsasymmetrischer Reihenfolge angeordnet sind.
Laufrad (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Bereich ausschließlich Vollschaufeln (4) und in einem weiteren Bereich Voll- und Splitterschaufeln angeordnet sind.
Laufrad (1) nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass auf einer Rückseite (13) des Laufrads (1) eine Kupplung (9) und Lager integriert sind.
Laufrad (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Laufrad (1) aus einem alternativen Werkstoff, beispielsweise Aluminium, hergestellt ist.
Laufrad (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Laufrad (1) Wuchtbohrungen (8) angeordnet sind mittels denen eine Unwucht des Lüfterrades (1) ausgeglichen wird.
Laufrad (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Wuchtbohrungen (8) auf einer Deckscheibe (2) und/oder Fußscheibe (3) angeordnet sind.