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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Auswuchten
eines Rotors einer Ladeeinrichtung, insbesondere zum Auswuchten
eines Rotors eines Abgasturboladers.
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Bei
der hochtourigen Auswuchtung eines Abgasturboladers, wird meistens
hochdruckkomprimierte Kaltluft zum Antreiben eines Turbinenrads
verwendet. Die Verwendung derartig kalter Luft erfordert jedoch
einen deutlich höheren
Druck, als dieser beim späteren
Betrieb des Abgasturboladers erforderlich ist. Dies führt in Extremfällen zu
einem Ausfall eines Axiallagers, da eine Axialkraft einen vordefinierten Grenzwert
für das
Axiallager überschreitet.
Die Ursachen hierfür
sind einerseits in dem relativ großen Druckverhältnis auf
der Turbinenseite und andererseits in dem relativ kleinen Verhältnis auf
der Verdichterseite zu finden.
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Die
vorliegende Erfindung beschäftigt
sich mit dem Problem, für
eine Vorrichtung zum Auswuchten eines Rotors einer Ladeeinrichtung
eine verbesserte Ausführungsform
anzugeben, mit welcher insbesondere eine auf den Rotor wirkende
Axialkraft während
des Auswuchtens reduziert werden kann.
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Dieses
Problem wird erfindungsgemäß durch
den Gegenstand des unabhängigen
Anspruchs gelöst.
Vorteilhafte Ausführungsformen
sind Gegenstand der abhängigen
Ansprüche.
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Die
vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, bei einer
Vorrichtung zum Auswuchten eines Rotors einer Ladeeinrichtung einen,
mit einer Druckquelle kommunizierend verbundenen Düsenring
vorzusehen, der ein Turbinen-/Verdichterrad umgibt und zumindest
zwei auf das Turbinen-/Verdichterrad der Ladeeinrichtung gerichtete Düsen aufweist,
die derart ausgerichtet sind, dass sie einen im Wesentlichen tangential
auf das Turbinen-/Verdichterrad strömenden Gasstrom erzeugen. Mittels
der Druckquelle selbst wird der zur Erzeugung des Gasstroms erforderliche Überdruck
bereitgestellt. Anstatt einer Druckexpansion in einer Turbine der
Ladeeinrichtung, wird somit für
den Antrieb des Turbinen-/Verdichterrads nunmehr eine Impulsenergie
mit einer hohen Geschwindigkeit verwendet. Durch die erfindungsgemäß ausgerichteten
Düsen des
Düsenrings,
wird an den Laufschaufeln des Turbinen-/Verdichterrads ein hoher
Staudruck induziert, welcher die entsprechende Rotationsbewegung
des Turbinen-/Verdichterrads bewirkt. Die erfindungsgemäße Vorrichtung
zum Auswuchten des Rotors der Ladeeinrichtung bietet dabei folgende
Vorteile: Es entsteht keine Druckdifferenz auf der Turbinenseite der
Ladeeinrichtung und dadurch auch keine Kraft in axialer Richtung
auf den Rotor derselben. Lediglich auf der Verdichterseite entsteht
eine geringe Axialkraft, die jedoch im Vergleich zu herkömmlichen
Vorrichtungen deutlich geringer ist und somit in einem problemlos
von den Axiallagern zu ertragenden Bereich liegt. Hierdurch kann
eine besonders Axiallager schonende Auswuchtung des Rotors bewirkt
werden, bei welcher eine Überschreitung
eines für
das jeweilige Axiallager zulässigen
Grenzwerts nicht zu befürchten
ist und somit ein Ausfall des Axiallagers beim Auswuchtvorgang zuverlässig auszuschließen ist.
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Bei
einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung, weist
die Vorrichtung eine der Anzahl der Laufschaufeln des Turbinen-/Verdichterrads
entsprechende Anzahl an Düsen
auf. Die den Laufschaufeln des Turbinen-/Verdichterrads entsprechende
Anzahl an Düsen
bewirkt dabei an besonders gleichmäßig auf das Turbinen-/Verdichterrad
einwirkenden Gasstrom, welcher dieses besonders effektiv antreibt.
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Bei
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung, sind
die Düsen
auf einen radial äußeren Bereich
der Laufschaufeln des Turbinen-/Verdichterrads gerichtet. Eine derartige
Ausrichtung der Düsen
auf einen radial äußeren Bereich
der Laufschaufeln des Turbinen-/Verdichterrads bewirkt einen nach
dem Hebelgesetz günstigen
Angriffspunkt, welcher günstiger
für ein
besonders hohes Drehmoment des Rotors ist und welcher besonders
hohe Drehzahlen beim Auswuchtvorgang erlaubt.
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Bei
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung, ist
im Düsenring
ein Ringkanal vorgesehen, der einerseits mit der Druckwelle und
andererseits mit jeder der einzelnen Düsen verbunden ist. Der Ringkanal
wirkt somit als Verteilerkanal, der den von der Druckwelle erzeugten
Gasstrom vorzugsweise gleichmäßig auf
die einzelnen Düsen
des Düsenrings
verteilt und dadurch einen auf den Umfang bezogenen überall gleich
großen
bzw. gleich starken Gasstrom zum Antrieb des Turbinen-/Verdichterrads
erzeugt. Hierdurch lässt
sich ebenfalls ein besonders wirkungsvolles und dadurch hochtouriges
Antreiben des Rotors der Ladeeinrichtung bewirken.
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Zweckmäßig ist
ein auf das Turbinen-/Verdichterrad gerichteter Düsenausgang
einer jeden Düse
komplementär
zu einem Außendurchmesser des
Turbinen-/Verdichterrads gekrümmt.
Eine derartige Krümmung
des Düsenausgangs
ermöglicht
ein sehr nahes Heranführen
des Düsenausgangs
an das Turbinen-/Verdichterrad, wodurch eine unerwünschte Bypassströmung zuverlässig vermieden
werden kann. Durch diese konstruktive Ausgestaltung wird das hochtourige
Drehen des Rotors während
des Auswuchtvorgangs bei gleichzeitig vergleichsweise geringen Energieeinsatz
gewährleistet.
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Weitere
wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den
Unteransprüchen, aus
den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand
der Zeichnungen.
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Es
versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend
noch zu erläuternden Merkmale
nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in
anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne
den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte
Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in
der nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert,
wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche
oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
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Dabei
zeigen, jeweils schematisch,
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1 eine
Schnittdarstellung in einem bestimmten Bereich einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
zum Auswuchten eines Rotors einer Ladeeinrichtung,
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2 eine
Seitenansicht auf einen Teil der Vorrichtung.
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Entsprechend
der 1, weist eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zum
Auswuchten eines Rotors 2 einer nicht gezeigten Ladeeinrichtung,
insbesondere zum Auswuchten eines Rotors 2 eines Abgasturboladers,
einen Düsenring 3 auf.
Der Rotor 2 ist dabei in der gemäß der 1 dargestellten Schnittebene
im Bereich eines Turbinen-/Verdichterrads 4 dargestellt.
Dieses Turbinen-/Verdichterrad 4 umgebend ist der Düsenring 3 angeordnet,
welcher zumindest zwei auf das Turbinen-/Verdichterrad 4 der
Ladeeinrichtung gerichtete Düsen 5 aufweist,
die derart ausgerichtet sind, dass sie einen tangential auf das
Turbinen-/Verdichterrad 4 strömenden Gasstrom erzeugen. Üblicherweise
weist dabei der Düsenring 3 zumindest
zwei Düsen 5 auf,
wobei er vorzugsweise eine der Anzahl der Laufschaufeln des Turbinen-/Verdichterrads 4 entsprechende
Anzahl an Düsen 5 besitzt.
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Wie
insbesondere der 1 zu entnehmen ist, sind dabei
die Düsen 5 auf
einen radial äußeren Bereich
der Laufschaufeln des Turbinen-/Verdichterrads 4 gerichtet,
wodurch sich ein großer
Hebel und damit ein großes
Drehmoment ergibt. Der durch die Düsen 5 auf das Turbinen-/Verdichterrad 4 einwirkende
Gasstrom wird dabei von einer nicht gezeigten Druckquelle erzeugt,
welche bspw. einen Gasüberdruck
von zumindest 6 bar bereitstellen kann.
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Desweiteren
ist im Düsenring 3 ein
Ringkanal 6 vorgesehen, der einerseits mit der nicht dargestellten
Druckquelle und andererseits mit jeder einzelnen der Düsen 5 verbunden
ist. Hierdurch kann ein relativ gleichmäßiger durch die einzelnen Düsen 5 strömender Gasstrom
erzeugt werden. Betrachtet man einen Düsenausgang der einzelnen Düsen 5 genauer,
so fällt
auf, dass dieser vorzugsweise komplementär zu einem Außendurchmesser
des Turbinen-/Verdichterrads 4 ausgebildet, dass heißt insbesondere
gekrümmt,
ist, wodurch der jeweilige Düsenausgang
räumlich
eng benachbart zu den einzelnen Leitschaufeln des Turbinen-/Verdichterrads 4 angeordnet
werden kann, so dass eine unerwünschte
Bypassströmung,
welche direkt von den Düsen 3 in
einen axialen Ausströmkanal 7 (vgl. 2)
ausströmt, zuverlässig vermieden
werden kann. Dabei ist selbstverständlich die Länge der
einzelnen Düsen 5 so
kurz wie irgend möglich
gehalten, wodurch ein Druckverlust an der Düse 5 gering bleibt.
Hierdurch kann ein größerer Massenstrom
erzeugt werden, welcher wiederum das Turbinen-/Verdichterrad 4 mit
einer höheren
Drehzahl antreiben kann.
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Hierbei
kann bspw. bei höheren
gewünschten
Drehzahlen des Turbinen-/Verdichterrads 4 ein größerer Düsendurchmesser
verwendet werden.
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Generell
sind hierbei ein Strömungsquerschnitt
von der Druckquelle zum Ringkanal 6 wie ein Strömungsquerschnitt
des Ausströmkanals 7 zumindest
so groß,
dass ein erforderlicher Massenstrom für selbst hohe Rotordrehzahlen
problemlos strömen kann.
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Mit
der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 kann
dabei ein Gasstrom bzw. Gasstrahl, insbesondere ein Luftstrahl,
erzeugt werden, der mit Schallgeschwindigkeit strömt und dadurch
ein hohes Drehmoment auf die Laufschaufeln des Turbinen-/Verdichterrads 4 ausübt. Der
große
Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 bzw.
des Düsenrings 3 liegt
dabei darin, dass durch die tangentiale Anströmung des Turbinen-/Verdichterrads 4 keine
Axialkraft auf dasselbe ausgeübt
wird, so dass ein Axiallager des Rotors 2 problemlos in
der Lage ist, die beim Auswuchtvorgang auftretenden Axialkräfte aufnehmen
zu können,
ohne dass dabei befürchtet
werden muss, dass das Axiallager überlastet wird und bspw. Schaden nehmen
kann.