DE102018219772A1

DE102018219772A1 - Radial compressor and method for operating a radial compressor

Info

Publication number: DE102018219772A1
Application number: DE102018219772.5A
Authority: DE
Inventors: Jochen Wessner; Martin Katz
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2018-11-19
Filing date: 2018-11-19
Publication date: 2020-05-20
Also published as: WO2020104199A1

Abstract

Es werden ein Radialverdichter (1), insbesondere für Kraftfahrzeuge, und ein Verfahren zum Betrieb des Radialverdichters (1) vorgeschlagen, die ein Konstanthalten der Axialkräfte auf die Drehachse (105) des Radialverdichters (1) über einen möglichst großen Betriebsbereich des Radialverdichters (1) ermöglichen. Der Radialverdichter (1) umfasst ein Verdichterrad (5) und einen geschlossenen Verdichterradrücken (10), wobei das Verdichterrad (5) einen Verdichterschaufelring (15) am geschlossenen Verdichterradrücken (10) umfasst. Ferner ein Spiralgehäuse (20) zum Sammeln eines vom Verdichterrad (5) geförderten Mediums. Es sind Mittel (25, 30, 65, 70) zur Veränderung einer Querschnittsfläche des Spiralgehäuses (20) vorgesehen, wobei die Querschnittsfläche des Spiralgehäuses (20) durch die Mittel (25, 30, 65, 70) zur Veränderung der Querschnittsfläche des Spiralgehäuses (20) verändert wird.A radial compressor (1), in particular for motor vehicles, and a method for operating the radial compressor (1) are proposed which keep the axial forces on the axis of rotation (105) of the radial compressor (1) constant over the largest possible operating range of the radial compressor (1). enable. The radial compressor (1) comprises a compressor wheel (5) and a closed compressor wheel back (10), the compressor wheel (5) comprising a compressor blade ring (15) on the closed compressor wheel back (10). Furthermore, a spiral housing (20) for collecting a medium conveyed by the compressor wheel (5). Means (25, 30, 65, 70) for changing a cross-sectional area of the spiral housing (20) are provided, the cross-sectional area of the spiral housing (20) being changed by the means (25, 30, 65, 70) for changing the cross-sectional area of the spiral housing (20 20) is changed.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung geht aus von einem Radialverdichter und von einem Verfahren zum Betrieb eines Radialverdichters nach der Gattung der unabhängigen Ansprüche.The invention is based on a radial compressor and on a method for operating a radial compressor according to the type of the independent claims.

Aus der DE 10 2010 040 823 A1 ist bereits ein Radialverdichter, insbesondere für Kraftfahrzeuge, bekannt, der ein einen an einem geschlossenen Verdichterradrücken angeordneten Verdichterschaufelring aufweisendes Verdichterrad umfasst. Der Radialverdichter weist ferner ein Spiralgehäuse zum Sammeln eines vom Verdichterrad geförderten Mediums.From the DE 10 2010 040 823 A1 a radial compressor, in particular for motor vehicles, is already known which comprises a compressor wheel which has a compressor blade ring arranged on a closed compressor wheel back. The radial compressor also has a spiral housing for collecting a medium conveyed by the compressor wheel.

Mit reinem Wasserstoff betriebene Brennstoffzellensysteme gelten heute als Antrieb der Zukunft, da sie nur reines Wasser emittieren. Ähnlich zu Verbrennungsmotoren lässt sich auch hier die Leistungsdichte steigern, wenn das Aggregat aufgeladen, also mit Druckluft betrieben wird. Als weiterer Vorteil der Aufladung stellt sich bei der Brennstoffzelle unter anderem eine signifikante Verbesserung im Wärmemanagement ein. Zur Bereitstellung der Druckluft ist es bekannt, sogenannte Turbolader zu verwenden, wie sie auch bei Verbrennungsmotoren als Abgasturbolader eingesetzt werden. In beiden Fällen, also beim Einsatz im Brennstoffzellensystem oder im Verbrennungsmotor, umfasst der Turbolader in der Regel einen Radialverdichter, der mit einer Radialturbine zusammenwirkt. 1a zeigt die obere Hälfte eines Längsschnitts durch einen herkömmlichen Radialverdichter 1. Ein Laufrad 5 des Radialverdichters 1 beziehungsweise das Verdichterrad wird dabei axial angeströmt. Dies ist durch einen ersten Pfeil 95 in 1b gezeigt. 1b zeigt die obere Hälfte eines Querschnitts durch den herkömmlichen Radialverdichter 1 entlang seiner Drehachse 105. Die im Verdichterrad 5 verdichtete Luft strömt wiederum in radialer Richtung beziehungsweise zentrifugal ab. Dies wird durch einen zweiten Pfeil 100 in 1b gekennzeichnet. Konstruktiv bedingt stellt sich ein im Vergleich zu einem Eingangsdruck p1 am Eingang 110 des Verdichterrades 5 erhöhter Ausgangsdruck p2 stromabwärts des Verdichterrads 5 also an einem Ausgang 115 des Verdichterrades 5 und auch hinter dem Verdichterrad 5, also auf der den Verdichterschaufeln 120 eines Verdichterschaufelrings 15 gegenüberliegenden Seite eines geschlossenen Verdichterradrückens 10 ein. Durch diesen Ausgangsdruck p2 wird auf der Rückseite des Verdichterrads 5, also im Bereich des Verdichterradrückens 10, eine Axialkraft erzeugt, die deutlich größer ist als die Axialkraft, die auf der die Verdichterschaufeln 120 aufweisenden Vorderseite des Verdichterrads 5 induziert wird. Ähnlich verhält es sich bei einer Radialturbine, die wie üblich zentripetal beziehungsweise radial angeströmt wird. Auch hier wird durch den Druck, der sich auf der Rückseite des Turbinenschaufeln aufweisenden Turbinenrads einstellt, eine Axialkraft erzeugt. Analog zum Radialverdichter kann die an der die Turbinenschaufeln aufweisende Vorderseite des Turbinenrads wirkende Axialkraft die an der Rückseite wirkende Axialkraft nicht kompensieren. Werden Radialverdichter und Radialturbine durch eine gemeinsame Welle miteinander wirkverbunden, auf der das Verdichterrad und das Turbinenrad drehfest angeordnet sind, so werden die im Betrieb auftretenden Axialkräfte zu einem kleinen Teil kompensiert. Insbesondere weil in der Regel das Turbinenrad aus thermodynamischen Gründen einen sehr viel kleineren Durchmesser als das Verdichterrad aufweist, verbleibt ein nicht unerheblicher Axialschub hin zur Verdichterseite des Turboladers. Dieser Axialschub beziehungsweise diese Axialkraft muss dann von einem entsprechend dimensionierten Axiallager aufgenommen werden. Turbomaschinen arbeiten insbesondere im Gegensatz zu Verdrängermaschinen auf einem hohen Drehzahlniveau, sodass die Axiallagerung hochdrehzahltauglich sein muss. So werden beispielsweise Luftlager vorgesehen, um die hohen Axialkräfte bei hohen Drehzahlen aufnehmen zu können. Diese müssen jedoch entweder sehr groß dimensioniert sein oder mit Druckluft versorgt werden, um den Axialkräften zu genügen, was zu hohen Kosten und Bauraumnachteilen führt. Hochdrehzahltaugliche Wälzlager hingegen stoßen bei hohen Axialkräften an ihre physikalischen Grenzen.Fuel cell systems operated with pure hydrogen are considered to be the drive of the future because they only emit pure water. Similar to combustion engines, the power density can also be increased here if the unit is charged, i.e. operated with compressed air. Another advantage of charging is that there is a significant improvement in heat management in the fuel cell. To provide the compressed air, it is known to use so-called turbochargers, as are also used as exhaust gas turbochargers in internal combustion engines. In both cases, i.e. when used in the fuel cell system or in the internal combustion engine, the turbocharger generally comprises a radial compressor which interacts with a radial turbine. 1a shows the upper half of a longitudinal section through a conventional radial compressor 1 . An impeller 5 of the radial compressor 1 or the compressor wheel is axially flowed against. This is through a first arrow 95 in 1b shown. 1b shows the upper half of a cross section through the conventional radial compressor 1 along its axis of rotation 105 . The one in the compressor wheel 5 compressed air in turn flows out in the radial direction or centrifugally. This is indicated by a second arrow 100 in 1b featured. Due to the design, this is compared to an inlet pressure p1 at the entrance 110 of the compressor wheel 5 increased outlet pressure p2 downstream of the compressor wheel 5 at an exit 115 of the compressor wheel 5 and also behind the compressor wheel 5 , that is on the compressor blades 120 a compressor blade ring 15 opposite side of a closed compressor wheel back 10th a. Through this outlet pressure p2 is on the back of the compressor wheel 5 , i.e. in the area of the compressor wheel back 10th , generates an axial force that is significantly greater than the axial force acting on the compressor blades 120 having the front of the compressor wheel 5 is induced. The situation is similar in the case of a radial turbine which, as usual, receives centripetal or radial flow. Here, too, an axial force is generated by the pressure which arises on the rear side of the turbine wheel having turbine blades. Analogous to the radial compressor, the axial force acting on the front side of the turbine wheel having the turbine blades cannot compensate for the axial force acting on the rear side. If the radial compressor and radial turbine are operatively connected to one another by a common shaft on which the compressor wheel and the turbine wheel are arranged in a rotationally fixed manner, the axial forces that occur during operation are compensated to a small extent. In particular, because the turbine wheel generally has a much smaller diameter than the compressor wheel for thermodynamic reasons, there remains a not inconsiderable axial thrust towards the compressor side of the turbocharger. This axial thrust or this axial force must then be absorbed by an appropriately dimensioned axial bearing. In contrast to displacement machines, turbomachines operate at a high speed level, so that the axial bearing must be suitable for high speeds. For example, air bearings are provided to absorb the high axial forces at high speeds. However, these must either be very large or be supplied with compressed air in order to meet the axial forces, which leads to high costs and disadvantages in terms of installation space. Rolling bearings that are suitable for high speeds, however, reach their physical limits under high axial forces.

Der in der DE 10 2010 040 823 A1 vorgeschlagene Turbolader sieht vor, dass zum zumindest teilweisen Kompensieren von im Betrieb auftretenden Axialkräften der Außendurchmesser des Turbinenradrückens größer als der des Turbinenschaufelrings ausgebildet ist. Das Turbinenrad beziehungsweise dessen Durchmesser wird demgemäß vergrößert, wobei der Durchmesser des Turbinenschaufelrings, also die radiale Anordnung und Dimensionierung der Turbinenschaufeln, gleich bleibt. Durch den vergrößerten Turbinenradrücken wird die mit Druck beaufschlagbare Fläche des Turbinenradrückens sowohl auf der Rückseite als auch auf der Vorderseite des Turbinenrads vergrößert. Auf die Rückseite des Turbinenrads wirkt somit ein erhöhter Druck, der die Axialkraft in Richtung der Vorderseite des Turbinenrads erhöht. Der auf die Rückseite wirkende vergrößerte Druck wird zwar auf der Vorderseite des Turbinenrads teilweise kompensiert, trägt jedoch trotzdem zur Erhöhung der Axialkraft in Richtung der Vorderseite des Turbinenrads bei. Die von dem Turbinenrad auf die Welle ausgeübten Axialkräfte in Richtung des Radialverdichters werden somit verringert.The Indian DE 10 2010 040 823 A1 The proposed turbocharger provides that the outer diameter of the back of the turbine wheel is made larger than that of the turbine blade ring in order to at least partially compensate for axial forces occurring during operation. The turbine wheel or its diameter is accordingly increased, the diameter of the turbine blade ring, that is to say the radial arrangement and dimensioning of the turbine blades, remaining the same. The enlarged back of the turbine wheel increases the area of the back of the turbine wheel that can be pressurized, both on the back and on the front of the turbine wheel. An increased pressure thus acts on the rear of the turbine wheel, which increases the axial force in the direction of the front of the turbine wheel. The increased pressure acting on the rear side is partially compensated for on the front side of the turbine wheel, but nevertheless contributes to increasing the axial force in the direction of the front side of the turbine wheel. The axial forces exerted on the shaft by the turbine wheel in the direction of the radial compressor are thus reduced.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Der erfindungsgemäße Radialverdichter mit den Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, dass ein Verdichterrad und ein geschlossener Verdichterradrücken vorgesehen sind, wobei das Verdichterrad einen Verdichterschaufelring am geschlossenen Verdichterradrücken umfasst, und dass ein Spiralgehäuse zum Sammeln eines vom Verdichterrad geförderten Mediums vorgesehen ist und dass Mittel zur Veränderung einer Querschnittsfläche des Spiralgehäuses vorgesehen sind. Auf diese Weise können die Axialkräfte auf der Rückseite des Verdichterrades unabhängig vom Vorhandensein einer Turbine beeinflusst werden.The radial compressor according to the invention has the features of the main claim in contrast, the advantage that a compressor wheel and a closed compressor wheel back are provided, the compressor wheel comprising a compressor blade ring on the closed compressor wheel back, and that a spiral housing is provided for collecting a medium conveyed by the compressor wheel and that means are provided for changing a cross-sectional area of the spiral housing. In this way, the axial forces on the back of the compressor wheel can be influenced regardless of the presence of a turbine.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Merkmale sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Radialverdichters möglich.Advantageous further developments and improvements of the radial compressor specified in the main claim are possible due to the features listed in the subclaims.

Besonders vorteilhaft ist es, dass die Mittel zur Veränderung der Querschnittsfläche des Spiralgehäuses einen Kolben umfassen. Auf diese Weise lässt sich die Querschnittsfläche des Spiralgehäuses einfach durch Verschieben des Kolbens verändern.It is particularly advantageous that the means for changing the cross-sectional area of the volute housing comprise a piston. In this way, the cross-sectional area of the volute casing can be changed simply by moving the piston.

Vorteilhaft ist weiterhin, dass der Kolben entsprechend dem Radius des Spiralgehäuses zumindest teilringförmig ausgebildet ist. Somit kann die Querschnittsfläche des Spiralgehäuses längs der Ausdehnung des Kolbens in Strömungsrichtung des Mediums durch Verschieben des Kolbens verändert werden, so dass die Wirkung der Änderung der Querschnittsfläche des Spiralgehäuses auf die Axialkräfte vergrößert wird.It is also advantageous that the piston is at least partially annular in accordance with the radius of the spiral housing. Thus, the cross-sectional area of the volute along the extension of the piston in the flow direction of the medium can be changed by moving the piston, so that the effect of changing the cross-sectional area of the volute on the axial forces is increased.

Vorteilhaft ist auch, dass der Kolben sich über einen gesamten Spiralkanal des Spiralgehäuses erstreckt. Dadurch wird die größtmögliche Wirkung der Änderung der Querschnittsfläche des Spiralgehäuses auf die Axialkräfte erzeugt.It is also advantageous that the piston extends over an entire spiral channel of the spiral housing. This produces the greatest possible effect of the change in the cross-sectional area of the volute casing on the axial forces.

Ein weiterer Vorteil ergibt sich, wenn der Kolben einen strömungsführenden Raum des Spiralgehäuses von einem Kolbenraum des Spiralgehäuses abtrennt. Auf diese Weise lässt sich die Querschnittsfläche des Spiralgehäuses als Querschnittsfläche des strömungsführenden Raums des Spiralgehäuses einrichten und somit überhaupt erst innerhalb des Spiralgehäuses eine veränderbare Querschnittsfläche definieren.A further advantage results if the piston separates a flow-guiding space of the volute casing from a piston space of the volute casing. In this way, the cross-sectional area of the volute casing can be set up as the cross-sectional area of the flow-guiding space of the volute casing, and thus a changeable cross-sectional area can only be defined within the volute casing.

Dabei kann der Kolbenraum vorteilhaft auf einer dem Verdichterradrücken zugewandten oder abgewandten Seite des Spiralgehäuses angeordnet sein.The piston chamber can advantageously be arranged on a side of the volute housing facing the compressor wheel back.

Vorteilhaft ist weiterhin, dass der Kolben den strömungsführenden Raum gegen den Kolbenraum abdichtet. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass die Strömung des Mediums nur im strömungsführenden Raum des Spiralgehäuses erfolgt und damit die Querschnittsfläche des Spiralgehäuses durch die Querschnittsfläche des strömungsführenden Raumes gebildet werden kann.It is also advantageous that the piston seals the flow-conducting space against the piston space. In this way it is ensured that the flow of the medium takes place only in the flow-guiding space of the volute casing and thus the cross-sectional area of the volute casing can be formed by the cross-sectional area of the flow-guiding space.

Ein weiterer Vorteil ergibt sich, wenn der Kolben eine, vorzugsweise ringförmige, erste Öffnung zum Druckausgleich zwischen dem strömungsführenden Raum und dem Kolbenraum freilässt. Auf diese Weise lässt sich die für die Bewegung des Kolbens zu einer Verringerung der Querschnittsfläche des Spiralgehäuses erforderliche Kraft minimieren.A further advantage results if the piston leaves a, preferably annular, first opening for pressure equalization between the flow-guiding space and the piston space. In this way, the force required for the movement of the piston to reduce the cross-sectional area of the volute casing can be minimized.

Vorteilhaft ist auch, dass der Kolbenraum eine, vorzugsweise ringförmige, zweite Öffnung zur Umgebungsluft umfasst. Auf diese Weise wird ein Druckausgleich zwischen dem Kolbenraum und der Umgebungsluft ermöglicht, ebenfalls mit der Folge, dass sich die für die Bewegung des Kolbens zu einer Verringerung der Querschnittsfläche des Spiralgehäuses erforderliche Kraft minimieren lässt.It is also advantageous that the piston chamber comprises a, preferably annular, second opening to the ambient air. In this way, a pressure equalization between the piston chamber and the ambient air is made possible, likewise with the result that the force required for the movement of the piston to reduce the cross-sectional area of the volute casing can be minimized.

Vorteilhaft ist weiterhin, dass der Kolben dem strömungsführenden Raum zugewandt eine Kontur umfasst. Auf diese Weise lässt sich die Strömungsführung im strömungsführenden Raum des Spiralgehäuses beeinflussen.It is also advantageous that the piston has a contour facing the flow-guiding space. In this way, the flow guidance in the flow-guiding space of the volute casing can be influenced.

Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Kontur abhängig von einem vorgegebenen Stromlinienverlauf geformt ist. Auf diese Weise kann die Strömungsführung des Mediums im strömungsführenden Raum des Spiralgehäuses optimiert werden.It is advantageous if the contour is shaped as a function of a predetermined streamline. In this way, the flow guidance of the medium in the flow-guiding space of the volute casing can be optimized.

Vorteilhaft ist auch, dass die Mittel zur Veränderung der Querschnittsfläche des Spiralgehäuses mindestens einen Nocken oder einen Kolbenschaft umfassen, über den die Position des Kolbens im Spiralgehäuse einstellbar ist. Auf diese Weise lässt sich die Position des Kolbens im Spiralgehäuse gezielt zur Einstellung einer vorgegebenen Querschnittsfläche des Spiralgehäuse bzw. dessen strömungsführenden Raums einstellen beispielsweise mit Hilfe einer Steuerung oder Regelung über eine geeignete Aktorik.It is also advantageous that the means for changing the cross-sectional area of the spiral housing comprise at least one cam or a piston shaft, via which the position of the piston in the spiral housing can be adjusted. In this way, the position of the piston in the volute casing can be set in a targeted manner to set a predetermined cross-sectional area of the volute casing or its flow-guiding space, for example with the aid of a control or regulation via a suitable actuator system.

Vorteilhaft ist weiterhin, wenn die Mittel zur Veränderung der Querschnittsfläche des Spiralgehäuses mindestens eine Feder umfassen, die im Kolbenraum des Spiralgehäuses angeordnet ist und über die die Position des Kolbens im Spiralgehäuse einstellbar ist. In diesem Fall lässt sich eine gewünschte Querschnittsfläche des Spiralgehäuses bzw. dessen strömungsführenden Raums mit vergleichsweise geringem Aufwand einstellen, wobei es keiner separaten Steuerung, Regelung, Aktorik oder Sensorik bedarf.It is also advantageous if the means for changing the cross-sectional area of the volute housing comprise at least one spring which is arranged in the piston space of the volute housing and by means of which the position of the piston in the volute housing can be adjusted. In this case, a desired cross-sectional area of the volute casing or its flow-guiding space can be set with comparatively little effort, no separate control, regulation, actuators or sensors being required.

Vorteilhaft ist dabei, dass der mindestens eine Kolbenschaft zur Aufnahme der mindestens einen Feder vorgesehen ist. Auf diese Weise wird der Kolben über den Kolbenschaft mittels der Feder zur Einstellung einer gewünschten Querschnittsfläche des Spiralgehäuses bzw. dessen strömungsführenden Raumes gehalten.It is advantageous that the at least one piston shaft is provided for receiving the at least one spring. In this way, the piston is over the piston shaft by means of the spring held to set a desired cross-sectional area of the volute casing or its flow-guiding space.

Vorteilhaft ist auch, wenn die Federkonstante der mindestens einen Feder abhängig von der Steigung der Verdichterkennlinie des Radialverdichters gewählt ist. Auf diese Weise lässt sich die Querschnittsfläche des Spiralgehäuses bzw. dessen strömungsführenden Raumes an mindestens einen Betriebszustand des Radialverdichters anpassen.It is also advantageous if the spring constant of the at least one spring is selected as a function of the gradient of the compressor characteristic of the radial compressor. In this way, the cross-sectional area of the volute casing or its flow-guiding space can be adapted to at least one operating state of the radial compressor.

Vorteilhaft ist dabei, dass die mindestens eine Feder in einem Auslegungsbetriebspunkt des Radialverdichters so vorgespannt ist, dass ihre Federkraft dem Produkt aus dem im Auslegungsbetriebspunkt herrschenden Druck im strömungsführenden Raum des Spiralgehäuses und der Differenz zwischen einer dem strömungsführenden Raum des Spiralgehäuses zugewandten ersten Oberfläche und der dem Kolbenraum zugewandten zweiten Oberfläche des Kolbens entspricht. Auf diese Weise gleicht die Feder den im Auslegungsbetriebspunkt herrschenden Druck im strömungsführenden Raum des Spiralgehäuses gerade aus.It is advantageous that the at least one spring is biased at a design operating point of the radial compressor such that its spring force is the product of the pressure prevailing at the design operating point in the flow-conducting space of the volute casing and the difference between a first surface facing the flow-conducting space of the volute casing and the first surface Corresponds to the piston surface facing the second surface of the piston. In this way, the spring just balances the pressure prevailing at the design operating point in the flow-guiding space of the volute casing.

Vorteilhaft ist weiterhin, dass die Einstellung der Querschnittsfläche des Spiralgehäuses durch die Mittel zur Veränderung der Querschnittsfläche des Spiralgehäuses abhängig von einem Betriebszustand des Radialverdichters ist. Auf diese Weise lassen sich der Druck im Spiralgehäuse und die damit verbundenen Axialkräfte auf der Rückseite des Verdichterrades an den jeweiligen Betriebszustand des Radialverdichters anpassen, insbesondere harmonisieren, so dass über einen möglichst großen Betriebsbereich des Radialverdichters der Druck im Spiralgehäuse bzw. in dessen strömungsführendem Teil und damit die Axialkräfte auf der Rückseite des Verdichterrades weitestgehend gleich bleiben.It is also advantageous that the setting of the cross-sectional area of the volute casing by the means for changing the cross-sectional area of the volute casing is dependent on an operating state of the radial compressor. In this way, the pressure in the volute casing and the associated axial forces on the back of the compressor wheel can be adapted to the particular operating state of the radial compressor, in particular harmonized, so that the pressure in the volute casing or in its flow-carrying part and, over the largest possible operating range of the centrifugal compressor so that the axial forces on the back of the compressor wheel remain largely the same.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betrieb eines Radialverdichters gemäß dem nebengeordneten Anspruch weist den Vorteil auf, dass die Querschnittsfläche des Spiralgehäuses durch die Mittel zur Veränderung der Querschnittsfläche des Spiralgehäuses verändert wird. Auf diese Weise können die Axialkräfte auf der Rückseite des Verdichterrades unabhängig vom Vorhandensein einer Turbine beeinflusst werden.The method according to the invention for operating a radial compressor according to the independent claim has the advantage that the cross-sectional area of the volute casing is changed by the means for changing the cross-sectional area of the volute casing. In this way, the axial forces on the back of the compressor wheel can be influenced regardless of the presence of a turbine.

Durch die in den abhängigen Verfahrensansprüchen aufgeführten Merkmale sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im nebengeordneten Verfahrensanspruch angegebenen Verfahrens zum Betrieb eines Radialverdichters möglich.The features listed in the dependent method claims enable advantageous developments and improvements of the method for operating a radial compressor specified in the subordinate method claim.

Vorteilhaft ist es, wenn die Querschnittsfläche des Spiralgehäuses durch die Mittel zur Veränderung der Querschnittsfläche des Spiralgehäuses abhängig von einem Betriebszustand des Radialverdichters eingestellt wird. Auf diese Weise lassen sich der Druck im Spiralgehäuse und die damit verbundenen Axialkräfte auf der Rückseite des Verdichterrades an den jeweiligen Betriebszustand des Radialverdichters anpassen, insbesondere harmonisieren, so dass über einen möglichst großen Betriebsbereich des Radialverdichters der Druck im Spiralgehäuse bzw. in dessen strömungsführendem Teil und damit die Axialkräfte auf der Rückseite des Verdichterrades weitestgehend gleich bleiben.It is advantageous if the cross-sectional area of the volute casing is adjusted by the means for changing the cross-sectional area of the volute casing depending on an operating state of the radial compressor. In this way, the pressure in the volute casing and the associated axial forces on the back of the compressor wheel can be adapted to the particular operating state of the radial compressor, in particular harmonized, so that the pressure in the volute casing or in its flow-carrying part and, over the largest possible operating range of the centrifugal compressor so that the axial forces on the back of the compressor wheel remain largely the same.

In einfacher Weise kann der Betriebszustand des Radialverdichters abhängig von einer Drehzahl und einem Solldruck oder einer Sollmenge oder einem Sollmassenstrom des Mediums am Ausgang des Radialverdichters ermittelt werden. Diese Größen stehen üblicherweise beim Betrieb des Radialverdichters sowieso zur Verfügung.The operating state of the radial compressor can be determined in a simple manner as a function of a rotational speed and a target pressure or a target quantity or a target mass flow of the medium at the outlet of the radial compressor. These sizes are usually available anyway when operating the radial compressor.

Vorteilhafterweise werden die Mittel zur Veränderung der Querschnittsfläche des Spiralgehäuses über ein Kennfeld abhängig vom Betriebszustand des Radialverdichters angesteuert.Advantageously, the means for changing the cross-sectional area of the volute casing are controlled via a map depending on the operating state of the radial compressor.

Vorteilhaft ist auch, wenn in einem Volllastbetriebszustand des Radialverdichters durch die Mittel zur Veränderung der Querschnittsfläche des Spiralgehäuses eine maximale Querschnittsfläche des Spiralgehäuses eingestellt wird. Auf diese Weise können der Druck im Spiralgehäuse bzw. in dessen strömungsführendem Raum und damit die Axialkräfte auf der Rückseite des Verdichterrades begrenzt bzw. minimiert werden.It is also advantageous if, in a full-load operating state of the radial compressor, a maximum cross-sectional area of the volute casing is set by the means for changing the cross-sectional area of the volute casing. In this way, the pressure in the volute casing or in its flow-guiding space and thus the axial forces on the back of the compressor wheel can be limited or minimized.

Ein weiterer Vorteil ergibt sich, wenn in einem Teillastbetriebszustand des Radialverdichters durch die Mittel zur Veränderung der Querschnittsfläche des Spiralgehäuses eine Querschnittsfläche des Spiralgehäuses eingestellt wird, die kleiner als die maximale Querschnittsfläche ist. Auf diese Weise kann der Druck im Spiralgehäuse bzw. in dessen strömungsführendem Raum im Teillastbetriebszustand an den entsprechenden Druck im Volllastbetriebszustand angeglichen werden, so dass die Axialkräfte auf der Rückseite des Verdichterrades in beiden Betriebszuständen des Radialverdichters möglichst wenig voneinander abweichen und die Axiallager des Radialverdichters möglichst gleich belastet werden.A further advantage is obtained if, in a part-load operating state of the radial compressor, the cross-sectional area of the volute casing is set by the means for changing the cross-sectional area of the volute casing, which is smaller than the maximum cross-sectional area. In this way, the pressure in the volute casing or in its flow-guiding space in the part-load operating state can be adjusted to the corresponding pressure in the full-load operating state, so that the axial forces on the back of the compressor wheel differ as little as possible from one another in both operating states of the radial compressor and the axial bearings of the radial compressor are as identical as possible be charged.

FigurenlisteFigure list

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen

1a die obere Hälfte eines Längsschnitts durch einen Radialverdichter gemäß dem Stand der Technik,
1b die obere Hälfte eines Querschnitts durch den Radialverdichter entlang seiner Drehachse gemäß dem Stand der Technik,
2a die obere Hälfte eines Querschnitts durch den Radialverdichter entlang seiner Drehachse gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung
2b eine Querschnittsfläche eines Spiralgehäuses des Radialverdichters in einem Teillastbetriebszustand des Radialverdichters gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung
2c eine Querschnittsfläche eines Spiralgehäuses des Radialverdichters in einem Volllastbetriebszustand des Radialverdichters gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung
2d eine Querschnittsfläche eines Spiralgehäuses des Radialverdichters in einem Teillastbetriebszustand des Radialverdichters mit einem konturierten Kolben gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung
3a die obere Hälfte eines Querschnitts durch den Radialverdichter entlang seiner Drehachse gemäß einem zweiten und einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung
3b eine Querschnittsfläche eines Spiralgehäuses des Radialverdichters in einem Volllastbetriebszustand des Radialverdichters gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung
3c eine Querschnittsfläche eines Spiralgehäuses des Radialverdichters in einem Teillastbetriebszustand des Radialverdichters gemäß dem zweiten und dem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung
3d eine Querschnittsfläche eines Spiralgehäuses des Radialverdichters in einem Teillastbetriebszustand des Radialverdichters mit einem konturierten Kolben gemäß dem zweiten und dem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung
3e eine Querschnittsfläche eines Spiralgehäuses des Radialverdichters in einem Volllastbetriebszustand des Radialverdichters gemäß dem zweiten und dem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung und
4 ein Druck-Volumenstrom Diagramm des Radialverdichters gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Embodiments of the invention are shown in the drawing and explained in more detail in the following description. Show it

1a the upper half of a longitudinal section through a radial compressor according to the prior art,
1b the upper half of a cross section through the radial compressor along its axis of rotation according to the prior art,
2a the upper half of a cross section through the radial compressor along its axis of rotation according to a first embodiment of the invention
2 B a cross-sectional area of a volute of the radial compressor in a partial load operating state of the radial compressor according to the first embodiment of the invention
2c a cross-sectional area of a volute of the radial compressor in a full load operating state of the radial compressor according to the first embodiment of the invention
2d a cross-sectional area of a volute of the radial compressor in a partial load operating state of the radial compressor with a contoured piston according to the first embodiment of the invention
3a the upper half of a cross section through the radial compressor along its axis of rotation according to a second and a third embodiment of the invention
3b a cross-sectional area of a volute of the radial compressor in a full load operating state of the radial compressor according to the second embodiment of the invention
3c a cross-sectional area of a volute of the radial compressor in a partial load operating state of the radial compressor according to the second and the third embodiment of the invention
3d a cross-sectional area of a volute of the radial compressor in a partial load operating state of the radial compressor with a contoured piston according to the second and the third embodiment of the invention
3e a cross-sectional area of a volute of the radial compressor in a full load operating state of the radial compressor according to the second and the third embodiment of the invention and
4th a pressure-volume flow diagram of the radial compressor according to the third embodiment of the invention.

Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription of the embodiments

1a zeigt die obere Hälfte eines Längsschnitts durch einen herkömmlichen Radialverdichter 1. Ein Laufrad 5 des Radialverdichters 1, das auch als Verdichterrad bezeichnet wird, umfasst dabei an seiner Vorderseite einen Verdichterschaufelring 15 mit Verdichterschaufeln 120. Das Verdichterrad 5 wird über eine Drehachse 105 in nicht dargestellter Weise beispielsweise mittels einer Turbine oder eines Elektromotors angetrieben. Die Drehrichtung ist in 1 durch einen Pfeil mit dem Bezugszeichen 125 gekennzeichnet. Dabei ist das Verdichterrad 5 auf der Drehachse 105 beispielsweise mittels Luft- oder Folienlager in nicht dargestellter Form gelagert. Das vom Verdichterrad 5 durch Drehen mittels der Drehachse 105 axial angesaugte Medium, beispielsweise Luft, verlässt das Verdichterrad 5 in radialer oder zentrifugaler Richtung in ein sich über den Umfang des Verdichterrades 5 erstreckendes Spiralgehäuse 20, auch als Volute bezeichnet. Die Volute 20 weist dabei einen in Drehrichtung 125 der Drehachse 105 sich vergrößernden Querschnitt auf. Die Volute 20 bildet dabei in ihrem Innern einen Spiralkanal 35, in dem das vom Verdichterrad 5 aufgenommene Medium in Richtung des sich vergrößernden Querschnitts der Volute 20 strömt. Die Vergrößerung des Querschnitts bzw. der Querschnittsfläche der Volute 20 ist durch eine sich in Strömungsrichtung des Mediums zunehmende radiale Höhe h in 1a angedeutet. 1a shows the upper half of a longitudinal section through a conventional radial compressor 1 . An impeller 5 of the radial compressor 1 , which is also referred to as a compressor wheel, comprises a compressor blade ring on its front side 15 with compressor blades 120 . The compressor wheel 5 is about an axis of rotation 105 driven in a manner not shown, for example by means of a turbine or an electric motor. The direction of rotation is in 1 by an arrow with the reference symbol 125 featured. Here is the compressor wheel 5 on the axis of rotation 105 stored for example by means of air or foil bearings in a form not shown. That from the compressor wheel 5 by turning by means of the axis of rotation 105 axially sucked medium, such as air, leaves the compressor wheel 5 in a radial or centrifugal direction over the circumference of the compressor wheel 5 extending volute casing 20th , also called volute. The volute 20th has one in the direction of rotation 125 the axis of rotation 105 increasing cross section. The volute 20th forms a spiral channel inside 35 , in which the compressor wheel 5 recorded medium in the direction of the increasing cross-section of the volute 20th flows. The enlargement of the cross-section or cross-sectional area of the volute 20th is due to an increasing radial height h in in the direction of flow of the medium 1a indicated.

1b zeigt die obere Hälfte eines Querschnitts durch den herkömmlichen Radialverdichter 1 entlang seiner Drehachse 105. Dabei kennzeichnen in 1b gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente wie in 1a. Wie zu 1a beschrieben wird das Verdichterrad 5 beim Drehen um die Drehachse 105 axial von der Luft angeströmt. Dies ist durch einen ersten Pfeil 95 in 1b gezeigt. Durch Drehen des Verdichterrades 5 mittels der Drehachse 105 wird die angesaugte Luft verdichtet und strömt wiederum in radialer Richtung beziehungsweise zentrifugal mit im Vergleich zum Eintritt in das Verdichterrad 5 erhöhtem Druck ab. Dies wird durch einen zweiten Pfeil 100 in 1b gekennzeichnet. Konstruktiv bedingt stellt sich somit ein im Vergleich zu einem Eingangsdruck p1 an einem Eingang 110 des Verdichterrades 5 erhöhter Ausgangsdruck p2 stromabwärts des Verdichterrads 5, also an einem Ausgang 115 des Verdichterrades 5 und somit auch an einer Rückseite des Verdichterrades 5, also auf einer den Verdichterschaufeln 120 des Verdichterschaufelrings 15 gegenüberliegenden Seite des Verdichterrades 5, im Bereich eines geschlossenen Verdichterradrückens 10, ein. Durch diesen Ausgangsdruck p2 wird auf der Rückseite des Verdichterrads 5, also im Bereich des Verdichterradrückens 10, eine Axialkraft erzeugt, die deutlich größer ist als die Axialkraft, die auf der die Verdichterschaufeln 120 aufweisenden Vorderseite des Verdichterrads 5 induziert wird. 1b shows the upper half of a cross section through the conventional radial compressor 1 along its axis of rotation 105 . Mark in 1b same reference numerals same elements as in 1a . How to 1a the compressor wheel is described 5 when rotating around the axis of rotation 105 axially flowed from the air. This is through a first arrow 95 in 1b shown. By turning the compressor wheel 5 by means of the axis of rotation 105 the sucked-in air is compressed and in turn flows in the radial direction or centrifugally in comparison to the entry into the compressor wheel 5 increased pressure. This is indicated by a second arrow 100 in 1b featured. Due to the design, this is compared to an inlet pressure p1 at an entrance 110 of the compressor wheel 5 increased outlet pressure p2 downstream of the compressor wheel 5 at an exit 115 of the compressor wheel 5 and therefore also on the back of the compressor wheel 5 on one of the compressor blades 120 of the compressor blade ring 15 opposite side of the compressor wheel 5 , in the area of a closed compressor wheel back 10th , a. Through this outlet pressure p2 is on the back of the compressor wheel 5 , i.e. in the area of the compressor wheel back 10th , generates an axial force that is significantly greater than the axial force acting on the compressor blades 120 having the front of the compressor wheel 5 is induced.

Der Radialverdichter 1 wird üblicherweise auf einen bestimmten vorgegebenen Arbeitspunkt ausgelegt. Der vorgegebene Arbeitspunkt wird üblicherweise im Teillastbetriebsbereich des Radialverdichters gewählt. Die strömungsführenden Bauteile des Radialverdichters 1 sind dabei auf diesen vorgegebenen Arbeitspunkt ausgelegt. Die Volute 20 zum Sammeln des durch das Verdichterrad 5 geförderten Mediums, im vorliegenden Beispiel Luft, ist dabei so ausgestaltet, dass die Erhöhung des Volumenstroms der pro Schaufelkanal bzw. Verdichterschaufel 120 in die Volute 20 in Drehrichtung 125 geförderten Luft am vorgegebenen Arbeits- oder Betriebspunkt des Radialverdichters 1 möglichst genau mit der Querschnittszunahme der Volute 20 korrespondiert.The radial compressor 1 is usually designed for a certain predetermined operating point. The specified working point is Usually selected in the partial load operating range of the radial compressor. The flow-carrying components of the radial compressor 1 are designed for this specified working point. The volute 20th to collect the through the compressor wheel 5 conveyed medium, air in the present example, is designed so that the increase in the volume flow per blade channel or compressor blade 120 in the volute 20th in the direction of rotation 125 pumped air at the specified working or operating point of the radial compressor 1 as exactly as possible with the increase in cross-section of the volute 20th corresponds.

Wird der Radialverdichter 1 jedoch außerhalb des vorgegebenen Betriebspunktes betrieben, so korrespondiert die Erhöhung des Volumenstroms nicht mehr mit der Querschnittszunahme der Volute 20. Bei einem Betriebspunkt mit im Vergleich zum vorgegebenen Betriebspunkt geringerer Last des Radialverdichters 1 ist die Querschnittszunahme der Volute 20 im Verhältnis zur Erhöhung des Volumenstroms zu groß und es kommt zu Ablösungen. Das bedeutet, dass die Strömung in der Volute 20 der Drehung des Verdichterrades 5 nicht mehr folgen kann und damit zu langsam für einen gewünschten Druckaufbau wird. Bei einem Betriebspunkt mit im Vergleich zum vorgegebenen Betriebspunkt höherer Last des Radialverdichters 1, insbesondere im Volllastbetriebszustand des Radialverdichters 5, ist die Querschnittszunahme der Volute 20 im Verhältnis zur Erhöhung des Volumenstroms zu klein und es kommt zu erhöhtem Druckverlust durch Überlast.Becomes the radial compressor 1 however, if operated outside the specified operating point, the increase in volume flow no longer corresponds to the increase in cross-section of the volute 20th . At an operating point with a lower load of the radial compressor than the specified operating point 1 is the cross section increase of the volute 20th too large in relation to the increase in volume flow and detachments occur. That means the current in the volute 20th the rotation of the compressor wheel 5 can no longer follow and thus becomes too slow for a desired pressure build-up. At an operating point with a higher load of the radial compressor than the specified operating point 1 , especially when the radial compressor is operating at full load 5 , is the increase in cross-section of the volute 20th too small in relation to the increase in volume flow and there is an increased pressure loss due to overload.

Beide geschildert Betriebszustände außerhalb des vorgegebenen Betriebspunktes haben außerdem einen großen Einfluss auf die resultierenden Axialkräfte, die auf die Drehachse 105 wirken. Der sich ergebende Ausgangsdruck p2 in einem Verdichterradseitenraum 130 im Bereich des Verdichterradrückens 10 des Radialverdichters 1 entspricht nicht mehr dem Ausgangsdruck p2 im vorgegebenen Betriebspunkt. Dies muss bei herkömmlichen Radialverdichtern 1 bei der Auslegung der Axiallager und -spalte berücksichtigt werden im Einklang mit dem zur Verfügung stehenden Bauraum und der zu erzielenden Laufzeit oder Lebensdauer des Radialverdichters 1.Both described operating states outside of the specified operating point also have a major influence on the resulting axial forces on the axis of rotation 105 Act. The resulting outlet pressure p2 in a compressor wheel side space 130 in the area of the compressor wheel back 10th of the radial compressor 1 no longer corresponds to the outlet pressure p2 at the specified operating point. This must be the case with conventional radial compressors 1 when designing the axial bearings and gaps are taken into account in accordance with the available space and the runtime or service life of the radial compressor to be achieved 1 .

Erfindungsgemäß sind daher Mittel zur Veränderung einer Querschnittsfläche der Volute 20 vorgesehen. Diese Mittel können beispielsweise durch einen Kolben 25 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel nach 2a und auch gemäß einem zweiten und einem dritten Ausführungsbeispiel nach 3a gebildet sein. Dabei zeigen die 2a und 3a jeweils die obere Hälfte eines Querschnitts durch den erfindungsgemäßen Radialverdichter 1 entlang seiner Drehachse 105. In den 2a und 3a kennzeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente wie in den 1a und 1b.According to the invention are therefore means for changing a cross-sectional area of the volute 20th intended. These means can be, for example, by a piston 25th according to a first embodiment 2a and also according to a second and a third embodiment 3a be educated. The show 2a and 3a each the upper half of a cross section through the radial compressor according to the invention 1 along its axis of rotation 105 . In the 2a and 3a Identical reference numerals designate the same elements as in the 1a and 1b .

Dabei wird die Volute 20 auf einer Seite in ihrem Innern durch den Kolben 25 begrenzt, wobei der Kolben 25 über einen noch näher zu erläuternden Mechanismus in seiner Position im Innern der Volute 20 veränderbar ist und in verschiedenen Positionen fixiert werden kann, so dass sich je nach Position des Kolbens 25 eine unterschiedliche Querschnittsfläche der Volute 20 ergibt.The volute 20th on one side inside by the piston 25th limited, the piston 25th about a mechanism to be explained in more detail in its position inside the volute 20th is changeable and can be fixed in different positions, so that depending on the position of the piston 25th a different cross-sectional area of the volute 20th results.

Damit die Strömung der Luft in der Volute 20 möglichst wirkungsvoll durch die beschriebene Veränderung der Querschnittsfläche der Volute 20 durch entsprechende Positionierung des Kolbens 25 beeinflusst werden kann, sollte sich der Kolben 25 zumindest über einen Teil der Volute 20 entsprechend dem Radius der Volute 20 entlang des Spiralkanals 35 in Strömungsrichtung der Luft erstrecken und dabei zumindest teilringförmig ausgebildet sein. Dabei sollte die radiale Ausdehnung des Kolbens 25 der in Strömungsrichtung der Luft in radialer Richtung zunehmenden Höhe h der Volute 20 folgen. Die optimale Wirkung kann erzielt werden, wenn sich der Kolben 25 längs des gesamten Spiralkanals 35 erstreckt.So that the flow of air in the volute 20th as effectively as possible through the described change in the cross-sectional area of the volute 20th by positioning the piston accordingly 25th the piston should be affected 25th at least over part of the volute 20th according to the radius of the volute 20th along the spiral channel 35 extend in the flow direction of the air and be at least partially annular. The radial expansion of the piston should 25th the height h of the volute increasing in the radial direction of the air in the radial direction 20th consequences. The optimal effect can be achieved if the piston 25th along the entire spiral channel 35 extends.

Den 2a und 3a ist ferner zu entnehmen, dass der Kolben 25 einen strömungsführenden Raum 40 der Volute 20 von einem Kolbenraum 45 der Volute 20 abtrennt. Dabei nimmt lediglich der strömungsführende Raum 40 die vom Verdichterrad 5 geförderte Luft auf wie auch durch den zweiten Pfeil 100 veranschaulicht. Gemäß den 2a und 3a ist dabei der Kolbenraum 45 auf einer dem Verdichterradrücken 10 zugewandten Seite der Volute 20 angeordnet. Alternativ könnte der Kolbenraum 45 auch auf einer dem Verdichterradrücken 10 abgewandten Seite der Volute 20 angeordnet sein. Um die Strömungsführung der aufgenommenen Luft in der Volute 20 auf den strömungsführenden Raum 40 zu beschränken, ist es vorgesehen, dass der Kolben 25 den strömungsführenden Raum 40 gegen den Kolbenraum 45 abdichtet. Zu dem Zweck kann der Kolben 25 umfangsseitig z.B. mit einer Gummidichtung versehen sein. Der Kolben 25 kann ansonsten beispielsweise metallisch oder aus Kunststoff ausgebildet sein.The 2a and 3a it can also be seen that the piston 25th a flow-guiding room 40 the volute 20th from a piston chamber 45 the volute 20th separates. Only the flow-bearing space takes up 40 that of the compressor wheel 5 conveyed air on as well as by the second arrow 100 illustrated. According to the 2a and 3a is the piston chamber 45 on one of the compressor wheel backs 10th facing side of the volute 20th arranged. Alternatively, the piston chamber could 45 also on the back of the compressor wheel 10th opposite side of the volute 20th be arranged. The flow of the air taken in the volute 20th to the flow-bearing space 40 to restrict it is provided that the piston 25th the flow-bearing space 40 against the piston chamber 45 seals. For this purpose the piston 25th be provided on the circumference, for example, with a rubber seal. The piston 25th can otherwise be, for example, metallic or plastic.

Die durch den Kolben 25 veränderbare Querschnittsfläche der Volute 20 ist somit letztlich die Querschnittsfläche des strömungsführenden Raumes 40. Wird der Kolben zur Vergrößerung der Querschnittsfläche der Volute 20 bewegt, so vergrößert sich das Volumen des strömungsführenden Raumes 40 und verringert sich entsprechend das Volumen des Kolbenraumes 45. Wird der Kolben zur Verringerung der Querschnittsfläche der Volute 20 bewegt, so verringert sich das Volumen des strömungsführenden Raumes 40 und vergrößert sich entsprechend das Volumen des Kolbenraumes 45. Im letzteren Fall verringert sich bei der Bewegung des Kolbens zur Vergrößerung des Kolbenraums 45 der Druck im Kolbenraum 45, so dass ein erhöhter Kraftaufwand für die Bewegung des Kolbens 25 die Folge ist. Um dem entgegenzuwirken kann es wie beim ersten Ausführungsbeispiel nach 2a vorgesehen sein, dass der Kolbenraum 45 eine oder mehrere Öffnungen 55 zur Umgebung bzw. zur Umgebungsluft umfasst. Über diese Öffnungen 55 erfolgt ein Druckausgleich, so dass die Bewegung des Kolbens 25 nicht erschwert wird. Als Öffnung 55 kann beispielsweise auch eine längs des Spiralkanals 35 entsprechend dem Radius der Volute 20 in Strömungsrichtung der Luft ringförmige, Öffnung des Kolbenraum 45 zur Umgebung gewählt werden.The through the piston 25th changeable cross-sectional area of the volute 20th is thus ultimately the cross-sectional area of the flow-guiding space 40 . The piston is used to increase the cross-sectional area of the volute 20th moves, the volume of the flow-guiding space increases 40 and the volume of the piston chamber decreases accordingly 45 . The piston will reduce the cross-sectional area of the volute 20th moves, the volume of the flow-guiding space decreases 40 and the volume of the piston chamber increases accordingly 45 . In the latter case, the movement of the piston decreases to enlarge the piston space 45 the pressure in Piston chamber 45 , so that an increased effort for the movement of the piston 25th The result is. To counteract this, as in the first embodiment 2a be provided that the piston chamber 45 one or more openings 55 to the environment or to the ambient air. Through these openings 55 there is pressure equalization so that the movement of the piston 25th is not made more difficult. As an opening 55 can also be along the spiral channel, for example 35 according to the radius of the volute 20th ring-shaped opening of the piston chamber in the direction of flow of the air 45 be chosen for the environment.

Zusätzlich oder alternativ kann der Kolben 25 auch gemäß dem zweiten und dritten Ausführungsbeispiel nach 3a eine oder mehrere Öffnungen 50 zum Druckausgleich zwischen dem strömungsführenden Raum 40 und dem Kolbenraum 45 freilassen. Diese Öffnungen 50 müssen hinreichend klein sein, damit verhindert wird, dass die Strömung der vom Verdichterrad 5 aufgenommenen Luft auch im Kolbenraum 45 erfolgt. Als Öffnung 50 kann beispielsweise auch eine längs des Spiralkanals 35 entsprechend dem Radius der Volute 20 in Strömungsrichtung der Luft ringförmige, Öffnung des Kolbens 25 gewählt werden.Additionally or alternatively, the piston 25th also according to the second and third embodiments 3a one or more openings 50 for pressure equalization between the flow-carrying room 40 and the piston chamber 45 set free. These openings 50 must be sufficiently small to prevent the flow from the compressor wheel 5 air also in the piston chamber 45 he follows. As an opening 50 can also be along the spiral channel, for example 35 according to the radius of the volute 20th ring-shaped opening of the piston in the direction of flow of the air 25th to get voted.

Die Öffnung 50 im Kolben wird auch als eine erste Öffnung bezeichnet, wohingegen die Öffnung 55 des Kolbenraums auch als eine zweite Öffnung bezeichnet wird.The opening 50 in the piston is also referred to as a first opening, whereas the opening 55 of the piston chamber is also referred to as a second opening.

Gemäß den 2d und 3d ist für das erste und das zweite bzw. dritte Ausführungsbeispiel jeweils eine Querschnittsfläche der Volute 20 des Radialverdichters 1 vergrößert dargestellt. Dabei kennzeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente wie in den zuvor beschriebenen Figuren. Dabei weist der Kolben 25 an seiner dem strömungsführenden Raum 40 zugewandten Seite eine Kontur 60 auf. Diese Kontur 60 ist vorzugweise über die gesamte Ausdehnung des Kolbens 25 entsprechend dem Radius der Volute 20 entlang des Spiralkanals 35 in Strömungsrichtung der Luft im Kolben 25 ausgebildet. Diese Kontur 60 beeinflusst das Strömungsverhalten der Luft im strömungsführenden Raum 60 und kann daher zur Optimierung der Strömungsführung im strömungsführenden Raum 40 eingesetzt werden. Zu diesem Zweck ist die Kontur 60 abhängig von einem vorgegebenen Stromlinienverlauf geformt. Die Kontur 60 ist dabei entsprechend der vorgegebenen Stromlinie geformt, folgt mit anderen Worten deren Verlauf. Der zu diesem Zweck vorgegebene Stromlinienverlauf für eine optimale Strömungsführung möglichst ohne Verwirbelung kann experimentell oder durch Berechnung ermittelt werden. Da sich für unterschiedliche Betriebspunkte des Radialverdichters 1 in der Regel unterschiedliche Strömungsverläufe im strömungsführenden Raum 40 ergeben, kann als vorgegebener Stromlinienverlauf auch ein Verlauf experimentell bestimmt oder berechnet und als Kontur 60 realisiert werden, der für einen möglichst großen Betriebsbereich des Radialverdichters 1 ein Minimum an Verwirbelungen ermöglicht.According to the 2d and 3d is a cross-sectional area of the volute for the first and the second and third exemplary embodiments, respectively 20th of the radial compressor 1 shown enlarged. The same reference numerals designate the same elements as in the previously described figures. The piston points 25th at its the flow-bearing space 40 facing side a contour 60 on. This contour 60 is preferably over the entire extent of the piston 25th according to the radius of the volute 20th along the spiral channel 35 in the direction of flow of air in the piston 25th educated. This contour 60 influences the flow behavior of the air in the flowing room 60 and can therefore be used to optimize the flow in the flow-bearing space 40 be used. For this purpose the contour is 60 shaped depending on a given streamline. The contour 60 is shaped according to the given streamline, in other words follows its course. The streamline profile specified for this purpose for optimal flow control, if possible without turbulence, can be determined experimentally or by calculation. Because there are different operating points of the radial compressor 1 usually different flow patterns in the flow-carrying room 40 result, a course can also be experimentally determined or calculated as a predetermined streamline course and as a contour 60 be realized for the largest possible operating range of the radial compressor 1 allows a minimum of turbulence.

Es ist nun vorgesehen, die Einstellung der gewünschten Querschnittsfläche der Volute 20 bzw. des strömungsführenden Raumes 40 durch entsprechende Positionierung des Kolbens 25 abhängig von einem Betriebszustand des Radialverdichters 1 vorzunehmen. Ziel ist dabei, über einen möglichst großen Betriebsbereich des Radialverdichters 1 sicherzustellen, dass die Erhöhung des Volumenstroms der pro Schaufelkanal bzw. Verdichterschaufel 120 in den strömungsführenden Raum 40 in Drehrichtung 125 geförderten Luft möglichst genau mit der Querschnittszunahme des strömungsführenden Raumes 40 korrespondiert. Damit wird erreicht, dass der Druck im strömungsführenden Raum 40 und damit die Axialkräfte auf der Rückseite des Verdichterrades 5 über diesen Betriebsbereich des Radialverdichters 1 weitestgehend gleich bleiben. Eine ungleichmäßige Belastung der Axiallager wird somit in diesem Betriebsbereich vermieden und die Axiallager können weniger aufwändig ausgelegt werden.It is now provided to set the desired cross-sectional area of the volute 20th or the flow-guiding room 40 by positioning the piston accordingly 25th depending on an operating state of the radial compressor 1 to make. The aim is to cover the largest possible operating range of the radial compressor 1 ensure that the increase in the volume flow per blade channel or compressor blade 120 in the flow-carrying room 40 in the direction of rotation 125 conveyed air as precisely as possible with the increase in cross-section of the flow-carrying space 40 corresponds. This ensures that the pressure in the flow-carrying space 40 and thus the axial forces on the back of the compressor wheel 5 over this operating range of the radial compressor 1 remain largely the same. An uneven load on the thrust bearings is avoided in this operating area and the thrust bearings can be designed with less effort.

Die Positionierung des Kolbens 25 zur Einstellung der gewünschten Querschnittsfläche des strömungsführenden Raumes 40 abhängig vom Betriebszustand des Radialverdichters 1 kann nun in verschiedener Weise erfolgen. Nachfolgend sind diesbezüglich drei Ausführungsbeispiele beschrieben.The positioning of the piston 25th for setting the desired cross-sectional area of the flow-guiding space 40 depending on the operating state of the radial compressor 1 can now be done in different ways. In this regard, three exemplary embodiments are described in this regard.

Gemäß dem ersten und dem zweiten Ausführungsbeispiel erfolgt eine kennfeldgesteuerte Positionierung des Kolbens 25. Dazu wird ein experimentell ermitteltes Kennfeld verwendet, dessen Eingangsgrößen die Istdrehzahl des Verdichterrades 5 sowie wahlweise ein Solldruck, eine Sollluftmenge oder ein Sollluftmassenstrom am Ausgang des Radialverdichters 1, das heißt am Ausgang des Spiralkanals 35 im Bereich des strömungsführenden Raumes 40 sind. Der Solldruck ist dabei der Sollwert für den Ausgangsdruck p2. Ausgangsgröße des Kennfeldes ist die für den jeweiligen durch die genannten Eingangsgrößen des Kennfeldes gebildeten Sollbetriebspunkt des Radialverdichters 1 einzustellende Positionierung des Kolbens 25. Diese führt zu einer vorgegebenen Querschnittsfläche des strömungsführenden Raumes 40, die aufgrund der Geometrie der Volute 20 in Strömungsrichtung der Luft entlang des Spiralkanals 35 zunimmt.According to the first and the second exemplary embodiment, the piston is positioned in a map-controlled manner 25th . For this purpose, an experimentally determined map is used, the input variables of which are the actual speed of the compressor wheel 5 as well as optionally a target pressure, a target air quantity or a target air mass flow at the outlet of the radial compressor 1 , that is, at the exit of the spiral channel 35 in the area of the flow-guiding space 40 are. The setpoint pressure is the setpoint for the outlet pressure p2 . The output variable of the characteristic diagram is the desired operating point of the radial compressor formed by the respective input variables of the characteristic diagram 1 positioning of the piston to be set 25th . This leads to a predetermined cross-sectional area of the flow-guiding space 40 that due to the geometry of the volute 20th in the direction of air flow along the spiral channel 35 increases.

Die Positionierung des Kolbens 25 erfolgt beispielsweise mittels einer geeigneten Aktorik. Dazu kann beispielsweise ein Nockenantrieb des Kolbens 25 wie in den 2a - d dargestellt vorgesehen sein. Dabei ist mindestens ein Nocken 30 vorgesehen, über den die Position des Kolbens 25 in der Volute 20 und damit die Querschnittsfläche des strömungsführenden Raumes 40 veränderlich einstellbar ist. Der mindestens eine Nocken 30 ist dabei im Kolbenraum 45 angeordnet. Er erstreckt sich von der dem strömungsführenden Raum 40 abgewandten Oberfläche 90 des Kolbens 25 bis zu einer gegenüberliegenden Begrenzungswand 140 des Kolbenraums 45. Durch den Ausgangsdruck p2 im strömungsführenden Raum 40 wird der Kolben 25 gegen den Nocken in Richtung des Kolbenraums 45 gedrückt. Um eine möglichst genaue Positionierung des Kolbens 25 über seine Erstreckung im Spiralkanal 35 zu bewirken, werden vorzugsweise mehrere Nocken 30 in der beschriebenen Weise im Kolbenraum 45 über den Spiralkanal 35, vorzugsweise äquidistant, verteilt angeordnet und synchron über einen in den Figuren nicht dargestellten Antriebsmechanismus angesteuert.The positioning of the piston 25th takes place, for example, by means of suitable actuators. This can be done, for example, by a cam drive for the piston 25th like in the 2a - d shown to be provided. There is at least one cam 30th provided over the position of the piston 25th in the volute 20th and thus the cross-sectional area of the flow-guiding space 40 is variably adjustable. The at least one cam 30th is in the piston chamber 45 arranged. It extends from the flow-bearing space 40 facing surface 90 of the piston 25th to an opposite boundary wall 140 of the piston chamber 45 . By the outlet pressure p2 in the flow-carrying room 40 becomes the piston 25th against the cam in the direction of the piston chamber 45 pressed. To position the piston as precisely as possible 25th about its extension in the spiral channel 35 to effect, preferably several cams 30th in the manner described in the piston chamber 45 over the spiral channel 35 , preferably equidistant, distributed and controlled synchronously via a drive mechanism, not shown in the figures.

Gemäß den 2b und 2c ist für das erste Ausführungsbeispiel jeweils eine Querschnittsfläche der Volute 20 des Radialverdichters 1 vergrößert dargestellt. Dabei kennzeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente wie in den zuvor beschriebenen Figuren. Die 2b und 2c zeigen für das erste Ausführungsbeispiel die Positionierung des Kolbens 25 mittels Nocken 30 in zwei verschiedenen Betriebszuständen des Radialverdichters 1. Gemäß 2b ist der Kolben 25 für einen Teillastbetriebspunkt des Radialverdichters 1 positioniert. Der Nocken 30 nimmt dabei eine Stellung ein, in der er seine größte Erstreckung und damit seine Längserstreckung zwischen der dem strömungsführenden Raum 40 abgewandten Oberfläche 90 des Kolbens 25 und der gegenüberliegenden Begrenzungswand 140 des Kolbenraums 45 aufweist. Somit ist der Kolben 25 durch den Nocken 30 maximal in Richtung des strömungsführenden Raumes 40 verschoben und in dieser Position verriegelt. Die Querschnittsfläche des strömungsführenden Raumes ist somit minimiert. Das Volumen des strömungsführenden Raumes 40 ist somit entsprechend reduziert und unerwünschte Ablösungen werden dadurch vermieden.According to the 2 B and 2c is a cross-sectional area of the volute for the first embodiment 20th of the radial compressor 1 shown enlarged. The same reference numerals designate the same elements as in the previously described figures. The 2 B and 2c show the positioning of the piston for the first embodiment 25th by means of cams 30th in two different operating states of the radial compressor 1 . According to 2 B is the piston 25th for a partial load operating point of the radial compressor 1 positioned. The cam 30th assumes a position in which it has its greatest extent and thus its longitudinal extent between that of the flow-guiding space 40 facing surface 90 of the piston 25th and the opposite boundary wall 140 of the piston chamber 45 having. So that's the piston 25th through the cam 30th maximum in the direction of the flow-guiding space 40 moved and locked in this position. The cross-sectional area of the flow-guiding space is thus minimized. The volume of the flow-carrying space 40 is accordingly reduced and unwanted detachments are avoided.

Gemäß 2c ist der Kolben 25 für einen Volllastbetriebspunkt des Radialverdichters 1 positioniert. Der Nocken 30 nimmt dabei eine Stellung ein, in der er seine kleinste Erstreckung und damit seine Quererstreckung zwischen der dem strömungsführenden Raum 40 abgewandten Oberfläche 90 des Kolbens 25 und der gegenüberliegenden Begrenzungswand 140 des Kolbenraums 45 aufweist. Somit ist der Kolben 25 durch den Nocken 30 entriegelt und durch den Ausgangsdruck p2 im strömungsführenden Raum 40 maximal in Richtung des Kolbenraumes 45 verschoben. Die Querschnittsfläche des strömungsführenden Raumes 40 ist somit maximiert. Das Volumen des strömungsführenden Raumes 40 ist somit entsprechend maximal.According to 2c is the piston 25th for a full load operating point of the radial compressor 1 positioned. The cam 30th assumes a position in which it has its smallest extension and thus its transverse extension between that of the flow-guiding space 40 facing surface 90 of the piston 25th and the opposite boundary wall 140 of the piston chamber 45 having. So that's the piston 25th through the cam 30th unlocked and by the outlet pressure p2 in the flow-carrying room 40 maximum in the direction of the piston chamber 45 postponed. The cross-sectional area of the flow-carrying space 40 is thus maximized. The volume of the flow-carrying space 40 is accordingly maximum.

Zwischen dem in 2b gezeigten Teillastbetriebszustand geringsten Volumens im strömungsführenden Raum 40 und dem Volllastbetriebszustand gemäß 2c sind beliebige weitere Teillastbetriebszustände durch entsprechende Anordnung bzw. Winkellage des mindestens einen Nockens 30 im Kolbenraum 45 möglich. Dabei lässt sich der Abstand zwischen der dem strömungsführenden Raum 40 abgewandten Oberfläche 90 des Kolbens 25 und der gegenüberliegenden Begrenzungswand 140 des Kolbenraums 45 durch entsprechende Positionierung bzw. Einstellung der Winkellage des mindestens einen Nockens 30 im Kolbenraum 45 auf beliebige Werte einstellen im Rahmen der durch den Teillastbetriebszustand nach 2b und dem Volllastbetriebszustand gemäß 2c definierten Grenzen.Between the in 2 B Partial load operating state of the smallest volume shown in the flow-guiding space 40 and according to the full load operating condition 2c are any other part-load operating conditions by appropriate arrangement or angular position of the at least one cam 30th in the piston chamber 45 possible. The distance between the flow-guiding space can be determined 40 facing surface 90 of the piston 25th and the opposite boundary wall 140 of the piston chamber 45 by appropriate positioning or adjustment of the angular position of the at least one cam 30th in the piston chamber 45 set to any values within the scope of the partial load operating state 2 B and according to the full load operating condition 2c defined limits.

Auf diese Weise wird erreicht, dass innerhalb des durch den mindestens einen Nocken 30 adaptierbaren Betriebsbereichs des Radialverdichters 1 die Druckverteilung im strömungsführenden Raum 40 betriebspunktunabhängig eingestellt werden kann, so dass die resultierenden Axialkräfte im Wesentlichen konstant gehalten werden können. Außerdem können druckinduzierte Schwingungen im Verdichterradseitenraum 130, insbesondere bei Betriebspunktwechseln innerhalb des durch den mindestens einen Nocken 30 adaptierbaren Betriebsbereichs des Radialverdichters 1, deutlich reduziert werden.In this way it is achieved that by at least one cam 30th adaptable operating range of the radial compressor 1 the pressure distribution in the flow-carrying room 40 can be set independently of the operating point, so that the resulting axial forces can be kept essentially constant. In addition, pressure-induced vibrations in the compressor wheel side space 130 , in particular when the operating point changes within the at least one cam 30th adaptable operating range of the radial compressor 1 , be significantly reduced.

Eine vergleichbare Wirkung stellt sich gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel nach den 3a - e ein. Gemäß den 3b,3c und 3e ist für das zweite Ausführungsbeispiel jeweils die Querschnittsfläche der Volute 20 des Radialverdichters 1 vergrößert dargestellt. Dabei kennzeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente wie in den zuvor beschriebenen Figuren. Gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel ist die Position des Kolbens 25 in der Volute 20 und damit die Querschnittsfläche des strömungsführenden Raumes 40 über mindestens einen im Kolbenraum 45 angeordneten Kolbenschaft 70 veränderlich einstellbar. In diesem Fall ist der Kolbenschaft 70 im Kolbenraum 45 verschiebbar angeordnet. Der Kolben 25 wird über den im Kolbenraum 45 verschiebbar angeordneten Kolbenschaft 70 gehalten. Der Kolben 25 wird somit über den Kolbenschaft 70 zur Veränderung der Querschnittsfläche des strömungsführenden Raumes 40 verschoben. Dazu kann die dem Kolben 25 gegenüberliegende Begrenzungswand 140 des Kolbenraums eine Öffnung 150 aufweisen, durch die der Kolbenschaft 70 geführt ist. Dabei kann die Öffnung 150 der Begrenzungswand abgedichtet sein, um einen Druckausgleich des Kolbenraums 45 mit der Umgebungsluft zu verhindern. Alternativ kann auf eine Abdichtung verzichtet und so ein Druckausgleich des Kolbenraums 45 mit der Umgebungsluft realisiert werden. Über einen nicht dargestellten beispielsweise elektromotorischen kennfeldgesteuerten Antrieb bzw. eine nicht dargestellte kennfeldgesteuerte Aktorik kann der Kolbenschaft 70 und damit der Kolben 25 in eine gewünschte Position verbracht und damit eine gewünschte Querschnittsfläche des strömungsführenden Raums 40 eingestellt werden. Dabei erfolgt die Positionierung des Kolbens 25 über den Kolbenschaft 70 wie auch beim ersten Ausführungsbeispiel kennfeldgesteuert abhängig vom Sollbetriebspunkt des Radialverdichters 1.A comparable effect arises according to the second exemplary embodiment according to FIGS 3a - e a. According to the 3b , 3c and 3e is the cross-sectional area of the volute for the second embodiment 20th of the radial compressor 1 shown enlarged. The same reference numerals designate the same elements as in the previously described figures. According to the second embodiment, the position of the piston 25th in the volute 20th and thus the cross-sectional area of the flow-guiding space 40 via at least one in the piston chamber 45 arranged piston skirt 70 variably adjustable. In this case, the piston skirt 70 in the piston chamber 45 slidably arranged. The piston 25th is about in the piston chamber 45 slidably arranged piston skirt 70 held. The piston 25th is thus over the piston skirt 70 to change the cross-sectional area of the flow-carrying space 40 postponed. This can be done using the piston 25th opposite boundary wall 140 an opening in the piston chamber 150 have through which the piston skirt 70 is led. The opening 150 the boundary wall to be sealed in order to equalize the pressure in the piston chamber 45 to prevent with the ambient air. Alternatively, on a seal is dispensed with and thus pressure equalization of the piston chamber 45 with the ambient air. The piston skirt can be actuated by an electric motor-controlled map-controlled drive (not shown) or a map-controlled actuator (not shown) 70 and with it the piston 25th brought into a desired position and thus a desired cross-sectional area of the flow-guiding space 40 can be set. The piston is positioned 25th over the piston skirt 70 as in the first exemplary embodiment, controlled by a map, depending on the desired operating point of the radial compressor 1 .

Um eine möglichst genaue Positionierung des Kolbens 25 über seine Erstreckung im Spiralkanal 35 zu bewirken, werden vorzugsweise mehrere Kolbenschäfte 30 in der beschriebenen Weise im Kolbenraum 45 über den Spiralkanal 35, vorzugsweise äquidistant, verteilt angeordnet und synchron über einen in den Figuren nicht dargestellten Antriebsmechanismus angesteuert.To position the piston as precisely as possible 25th about its extension in the spiral channel 35 to effect, preferably several piston shafts 30th in the manner described in the piston chamber 45 over the spiral channel 35 , preferably equidistant, distributed and controlled synchronously via a drive mechanism, not shown in the figures.

Der mindestens eine Kolbenschaft 70 kann zur Aufnahme jeweils einer Feder 65 vorgesehen sein, wie in den 3a und 3c - e dargestellt. Die Feder 65 liegt mit ihrem einen Ende an der dem strömungsführenden Raum 40 abgewandten Oberfläche 90 des Kolbens 25 und an ihrem anderen Ende an der dem Kolben 25 gegenüberliegenden Begrenzungswand 140 des Kolbenraums 45 an. Für die Umsetzung des zweiten Ausführungsbeispiels ist die Verwendung der Feder 65 nicht erforderlich. Sie kann aber zur Dämpfung der Bewegung des Kolbens 25 vorteilhaft sein um Druckschwingungen im strömungsführenden Raum 40 zu vermeiden. Beim beispielsweise elektromotorischen Antrieb des Kolbens 25 über den Kolbenschaft 70 muss dann allerdings für eine Bewegung des Kolbens 25 in Richtung zum Kolbenraum 45 eine um die Federkraft erhöhte Kraft durch den Antrieb aufgebracht werden. Hingegen unterstützt die Feder 65 eine Bewegung des Kolbens 25 in Richtung des strömungsführenden Raums 40 solange bis die Feder 65 entspannt ist.The at least one piston skirt 70 can hold one spring at a time 65 be provided as in the 3a and 3c - e shown. The feather 65 is at one end of the flow-bearing space 40 facing surface 90 of the piston 25th and at the other end to the piston 25th opposite boundary wall 140 of the piston chamber 45 at. For the implementation of the second embodiment, the use of the spring 65 not mandatory. But it can dampen the movement of the piston 25th be advantageous to pressure fluctuations in the flow-carrying space 40 to avoid. For example, when the piston is driven by an electric motor 25th over the piston skirt 70 however, it must then be used to move the piston 25th towards the piston chamber 45 a force increased by the spring force can be applied by the drive. On the other hand, the spring supports 65 a movement of the piston 25th towards the flow-bearing space 40 until the feather 65 is relaxed.

Im Vergleich zum ersten Ausführungsbeispiel lässt sich beim zweiten Ausführungsbeispiel der Kolben 25 im Volllastbetriebszustand, wenn keine Feder 65 verwendet wird, bis zum Anschlag an die Begrenzungswand 140 verfahren, so dass die Querschnittsfläche des strömungsführenden Raumes 40 ein absolutes Maximum einnimmt und der Kolbenraum 45 verschwindet. Diese Situation ist in 3b dargestellt.In comparison to the first embodiment, the piston can be used in the second embodiment 25th in full load mode when no spring 65 is used up to the limit wall 140 process so that the cross-sectional area of the flow-guiding space 40 occupies an absolute maximum and the piston space 45 disappears. This situation is in 3b shown.

Bei Verwendung der Feder 65 ergibt sich der Volllastbetriebszustand gemäß 3e dadurch, dass der Kolben 25 so weit in Richtung des Kolbenraums 45 verschoben ist, dass die Feder 65 vollständig komprimiert im Kolbenraum 45 zwischen Kolben 25 und Begrenzungswand 140 eingespannt ist. Auf diese Weise ist natürlich die Querschnittsfläche des strömungsführenden Raumes 40 im Volllastbetriebszustand des Radialverdichters kleiner als ohne Verwendung der Feder 65.When using the spring 65 the full load operating state results according to 3e in that the piston 25th so far towards the piston chamber 45 is that spring moved 65 fully compressed in the piston chamber 45 between pistons 25th and boundary wall 140 is clamped. In this way, of course, is the cross-sectional area of the flow-guiding space 40 smaller in the full load operating state of the radial compressor than without using the spring 65 .

3c zeigt analog zu 2b den Teillastbetriebspunkt mit minimaler Querschnittsfläche des strömungsführenden Raums 40. Beim zweiten Ausführungsbeispiel nach 3c ist dieser Teillastbetriebspunkt jedoch dadurch definiert, dass ein Anschlagsring 160 am dem Kolben 25 abgewandten Ende des Kolbenschaftes 70 an der dem Kolbenraum 45 abgewandten Seite der Begrenzungswand 140 anschlägt und damit eine weitere Verschiebung des Kolbens 25 in Richtung des strömungsführenden Raumes 40 verhindert. Der Anschlagsring 160 weist dazu beispielsweise einen größeren radialen Durchmesser auf als der Kolbenschaft 70. 3c shows analog to 2 B the partial load operating point with a minimal cross-sectional area of the flow-guiding space 40 . In the second embodiment 3c however, this part-load operating point is defined by the fact that a stop ring 160 on the piston 25th opposite end of the piston skirt 70 on the piston chamber 45 opposite side of the boundary wall 140 strikes and thus a further displacement of the piston 25th in the direction of the flow-guiding space 40 prevented. The stop ring 160 has, for example, a larger radial diameter than the piston skirt 70 .

Zwischen dem in 3c gezeigten Teillastbetriebszustand geringsten Volumens im strömungsführenden Raum 40 und dem Volllastbetriebszustand gemäß 3b sind auch beim zweiten Ausführungsbeispiel beliebige weitere Teillastbetriebszustände durch entsprechende Eintauchtiefe des Kolbenschafts 70 in den Kolbenraum 45 möglich. Dabei lässt sich der Abstand zwischen der dem strömungsführenden Raum 40 abgewandten Oberfläche 90 des Kolbens 25 und der gegenüberliegenden Begrenzungswand 140 des Kolbenraums 45 durch entsprechende Eintauchtiefe des Kolbenschaftes 70 in den Kolbenraum 45auf beliebige Werte einstellen im Rahmen der durch den Teillastbetriebszustand nach 3c und dem Volllastbetriebszustand gemäß 3b definierten Grenzen.Between the in 3c Partial load operating state of the smallest volume shown in the flow-guiding space 40 and according to the full load operating condition 3b In the second exemplary embodiment, any additional partial-load operating states are also provided by a corresponding immersion depth of the piston skirt 70 in the piston chamber 45 possible. The distance between the flow-guiding space can be determined 40 facing surface 90 of the piston 25th and the opposite boundary wall 140 of the piston chamber 45 by appropriate immersion depth of the piston skirt 70 in the piston chamber 45 to any values within the scope of the partial load operating state 3c and according to the full load operating condition 3b defined limits.

3a und 3c - e zeigen ein auch ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung. Gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel ist die Position des Kolbens 25 in der Volute 20 und damit die Querschnittsfläche des strömungsführenden Raumes 40 über mindestens eine im Kolbenraum 45 angeordnete Feder 65 veränderlich einstellbar. Ausgehend vom zweiten Ausführungsbeispiel nach den 3a - d stellt beim dritten Ausführungsbesipiel die mindestens eine Feder 65 somit den ausschließlichen Antriebsmechanismus für den Kolben 25 mit dem Kolbenschaft 70 dar. Auf diese Weise ist kein kennfeldgesteuerter Antrieb des Kolbens 25 wie beim ersten oder zweiten Ausführungsbeispiel möglich bzw. nötig. Vielmehr wird die Feder 65 je nach Ausgangsdruck p2 im strömungsführenden Raum 40 auf den Kolben 25 zusammengedrückt und damit die Querschnittsfläche des strömungsführenden Raums 40 vergrößert oder entspannt und damit die Querschnittsfläche des strömungsführenden Raums 40 verkleinert. Dazu ist die mindestens eine Feder 65 in einem Auslegungsbetriebspunkt 80 des Radialverdichters 1 so vorgespannt, dass ihre Federkraft dem Produkt aus dem im Auslegungsbetriebspunkt 80 herrschenden Ausgangsdruck p2 im strömungsführenden Raum 40 der Volute 20 und der Differenz zwischen einer dem strömungsführenden Raum 40 der Volute 20 zugewandten Oberfläche 85 des Kolbens und der dem strömungsführenden Raum 40 abgewandten Oberfläche 90 des Kolbens 25, also der dem Kolbenraum 45 zugewandten Oberfläche des Kolbens 25, entspricht. Die dem Kolbenraum zugewandte Oberfläche 90 des Kolbens 25 ist dabei im Vergleich zur dem strömungsführenden Raum 40 zugewandten Oberfläche 85 des Kolbens um die radiale Querschnittsfläche des Kolbenschafts 70 reduziert. Auf diese Weise gleicht die Feder 65 den im Auslegungsbetriebspunkt 80 herrschenden Ausgangsdruck p2 im strömungsführenden Raum 40 gerade aus. Die Federkraft der Feder 65 verhält sich dabei proportional zum Ausgangsdruck p2. 3a and 3c - e also show a third embodiment of the invention. According to the third embodiment, the position of the piston 25th in the volute 20th and thus the cross-sectional area of the flow-guiding space 40 via at least one in the piston chamber 45 arranged spring 65 variably adjustable. Starting from the second embodiment according to the 3a - d provides at least one spring in the third embodiment 65 thus the exclusive drive mechanism for the piston 25th with the piston skirt 70 In this way there is no map-controlled drive of the piston 25th possible or necessary as in the first or second embodiment. Rather, the feather 65 depending on the outlet pressure p2 in the flow-carrying room 40 on the piston 25th compressed and thus the cross-sectional area of the flow-carrying space 40 enlarged or relaxed and thus the cross-sectional area of the flow-guiding space 40 downsized. This is the at least one spring 65 at a design operating point 80 of the radial compressor 1 so biased that their spring force the product of the in the design operating point 80 prevailing outlet pressure p2 in the flow-carrying room 40 the volute 20th and the difference between one of the flow-guiding space 40 the volute 20th facing surface 85 of the piston and that of the flow-guiding space 40 facing surface 90 of the piston 25th , that of the piston chamber 45 facing surface of the piston 25th , corresponds. The surface facing the piston chamber 90 of the piston 25th is compared to the flow-carrying room 40 facing surface 85 of the piston around the radial cross-sectional area of the piston skirt 70 reduced. In this way, the spring is equal 65 at the design operating point 80 prevailing outlet pressure p2 in the flow-carrying room 40 straight. The spring force of the spring 65 behaves proportionally to the outlet pressure p2 .

Damit nun die Druckverhältnisse im strömungsführenden Raum 40 über einen möglichst großen Betriebsbereich des Radialverdichters 1, in dem der Radialverdichter hauptsächlich betrieben werden soll, gleich bleiben, muss die Federkonstante der Feder 65 geeignet gewählt werden. Dies erfolgt dadurch, dass die Federkonstante der mindestens einen Feder 65 abhängig von der Steigung einer Verdichterkennlinie 75 des Radialverdichters 1 gewählt wird. Ändert sich der Betriebspunkt des Radialverdichters im Vergleich zum Auslegungsbetriebspunkt 80 bzw. ändert sich der Ausgangsdruck p2, so verschiebt sich der Kolben 25 so lange, bis die Druckkräfte wieder im Gleichgewicht mit der Federkraft sind. Auf diese Weise lassen sich der Ausgangsdruck p2 in der Volute 20 und die damit verbundenen Axialkräfte auf der Rückseite des Verdichterrades 1 an den jeweiligen Betriebszustand des Radialverdichters 1 anpassen, insbesondere harmonisieren, so dass über einen möglichst großen Betriebsbereich des Radialverdichters 1 der Ausgangsdruck p2 in der Volute 20 bzw. in dessen strömungsführendem Raum 40 und damit die Axialkräfte auf der Rückseite des Verdichterrades 5 weitestgehend gleich bleiben.So now the pressure conditions in the flow-carrying room 40 over the largest possible operating range of the radial compressor 1 , in which the radial compressor is to be operated primarily, must remain the spring constant of the spring 65 be chosen appropriately. This is done in that the spring constant of the at least one spring 65 depending on the slope of a compressor characteristic 75 of the radial compressor 1 is chosen. The operating point of the radial compressor changes compared to the design operating point 80 or the outlet pressure changes p2 , the piston moves 25th until the pressure forces are again in balance with the spring force. In this way, the outlet pressure p2 in the volute 20th and the associated axial forces on the back of the compressor wheel 1 to the respective operating state of the radial compressor 1 adjust, in particular harmonize, so that over the largest possible operating range of the radial compressor 1 the outlet pressure p2 in the volute 20th or in its flow-guiding space 40 and thus the axial forces on the back of the compressor wheel 5 remain largely the same.

4 zeigt für eine vorgegebene Drehzahl des Verdichterrades 5 ein Druck-Volumenstrom Diagramm des Radialverdichters 1. Dabei ist der Ausgangsdruck p2 im strömungsführenden Raum 40 über dem Volumenstrom V̇ der Luft im strömungsführenden Raum 40 aufgetragen. Dabei hängt der Ausgangsdruck p2 im strömungsführenden Raum 40 vom Volumen des strömungsführenden Raums 40 und dem im strömungsführenden Raum 40 geförderten Volumenstrom V̇ der Luft ab. Weiterhin kennzeichnet 170 exemplarisch eine Kennlinie der gesamten vom Verdichter betriebenen Anlage, beispielsweise einer Brennstoffzelle, der über den Radialverdichter 1 Luft zugeführt wird. Die Anlagenkennlinie 170 stellt somit die durch die betriebene Anlage im jeweiligen Betriebspunkt der Anlage auf den Radialverdichter 1 wirkende Last dar. Weiterhin ist in das Diagramm auch die Verdichterkennlinie 75 des Radialverdichters 1 eingetragen. Im Schnittpunkt zwischen Anlagenkennlinie 170 und Verdichterkennlinie 75 befindet sich der Arbeitspunkt 180 des Radialverdichters 1. Die Steigung der Verdichterkennlinie 75 im Arbeitspunkt 180 ist in 4 durch das Bezugszeichen 190 gekennzeichnet. Mittels der Federkonstante der mindestens einen Feder 65 kann die Steigung der Verdichterkennlinie des Radialverdichters 1 im Arbeitspunkt auf einen gewünschten Wert 195 eingestellt werden, bei dem bei einer Änderung der Fördermenge des Radialverdichters 1, also dem Volumenstrom V̇ der Luft im strömungsführenden Raum 40 ein ähnliches Druckniveau für den Ausgangsdruck p2 erreicht wird. Dies ist in 4 dadurch veranschaulicht, dass die Steigung 190 der Verdichterkennlinie 75 im Arbeitspunkt 180 mit Hilfe der Federkonstante auf einen betragsmäßig kleineren Wert 195 eingestellt wird. Mittels der Federkonstanten lässt sich so ein für einen möglichst großen Bereich des geförderten Volumenstroms V̇ der Luft im strömungsführenden Raum 40 möglichst geringfügig veränderlicher Ausgangsdruck p2 einstellen, so dass die auf die Drehachse 105 wirkenden Axialkräfte in diesem Bereich des geförderten Volumenstroms V̇ sich möglichst wenig ändern. Außerdem können druckinduzierte Schwingungen im Verdichterradseitenraum 130, insbesondere bei Betriebspunktwechseln innerhalb des durch die Federkonstante der Feder 65 in der beschriebenen Weise adaptierbaren Betriebsbereichs des Radialverdichters 1, deutlich reduziert werden. 4th shows for a given speed of the compressor wheel 5 a pressure-volume flow diagram of the radial compressor 1 . Here is the outlet pressure p2 in the flow-carrying room 40 above the volume flow V̇ of the air in the flow-guiding room 40 applied. The output pressure depends p2 in the flow-carrying room 40 of the volume of the flow-carrying space 40 and that in the flow-guiding room 40 promoted volume flow V̇ of the air. Furthermore marks 170 As an example, a characteristic curve of the entire system operated by the compressor, for example a fuel cell, which is via the radial compressor 1 Air is supplied. The system characteristic 170 thus places the system operated by the system at the respective operating point of the system on the radial compressor 1 acting load. The diagram also shows the compressor characteristic curve 75 of the radial compressor 1 registered. At the intersection between the system characteristics 170 and compressor characteristic 75 is the working point 180 of the radial compressor 1 . The slope of the compressor characteristic 75 at the working point 180 is in 4th by the reference symbol 190 featured. By means of the spring constant of the at least one spring 65 can be the slope of the compressor characteristic of the radial compressor 1 in the operating point to a desired value 195 can be set in the case of a change in the delivery rate of the radial compressor 1 , ie the volume flow V̇ of the air in the flow-guiding room 40 a similar pressure level for the outlet pressure p2 is achieved. This is in 4th illustrated by the fact that the slope 190 the compressor characteristic 75 at the working point 180 with the help of the spring constant to a smaller amount 195 is set. By means of the spring constants, it is possible to create the largest possible volume flow rate V ̇ of the air in the flow-guiding space 40 output pressure which is as slightly variable as possible p2 adjust so that on the axis of rotation 105 acting axial forces in this area of the volume flow V des change as little as possible. In addition, pressure-induced vibrations in the compressor wheel side space 130 , especially when changing the operating point within the spring constant of the spring 65 Operating range of the radial compressor adaptable in the manner described 1 , be significantly reduced.

Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betrieb des beschriebenen Radialverdichters 1 wird also die Querschnittsfläche der Volute 20 bzw. des strömungsführenden Raums 40 durch den Kolben 25 gemäß dem jeweiligen der beschriebenen drei Ausführungsbeispiele verändert. Dabei wird vorzugsweise die Querschnittsfläche der Volute 20 bzw. des strömungsführenden Raumes 40 durch den Kolben abhängig von einem Betriebszustand des Radialverdichters 1 eingestellt wird. Der Betriebszustand des Radialverdichters 1 wird vorzugsweise abhängig von der Istdrehzahl und einem Solldruck oder einer Sollluftmenge oder einem Sollluftmassenstrom am Ausgang des Radialverdichters 1, das heißt am Ausgang des Spiralkanals 35 im Bereich des strömungsführenden Raumes 40, ermittelt. Der Solldruck ist dabei der Sollwert für den Ausgangsdruck p2. Der Kolben 25 wird beispielsweise über ein Kennfeld abhängig vom Betriebszustand des Radialverdichters 1 angesteuert oder über die Feder 65, vorzugsweise mit einer abhängig von der Steigung der Verdichterkennlinie 75 gebildeten Federkonstante in Position gebracht. In einem Volllastbetriebszustand des Radialverdichters 1 wird durch den Kolben 25 eine maximale Querschnittsfläche der Volute 20 bzw. des strömungsführenden Raumes 40 eingestellt. In einem Teillastbetriebszustand des Radialverdichters 1 wird durch den Kolben 25 eine Querschnittsfläche der Volute 20 bzw. des strömungsführenden Raums 40 eingestellt, die kleiner als die maximale Querschnittsfläche ist.According to the inventive method for operating the radial compressor described 1 becomes the cross-sectional area of the volute 20th or the flow-carrying room 40 through the piston 25th changed according to the respective of the three exemplary embodiments described. The cross-sectional area of the volute is preferred 20th or the flow-guiding room 40 by the piston depending on an operating state of the radial compressor 1 is set. The operating state of the radial compressor 1 is preferably dependent on the actual speed and a target pressure or a target air quantity or a target air mass flow at the outlet of the radial compressor 1 , that is, at the exit of the spiral channel 35 in the area of the flow-guiding space 40 , determined. The setpoint pressure is the setpoint for the outlet pressure p2 . The piston 25th becomes dependent, for example, on a map depending on the operating state of the radial compressor 1 controlled or via the spring 65 , preferably with a depending on the slope of the compressor characteristic 75 formed spring constant brought into position. In one Full load operating state of the radial compressor 1 is through the piston 25th a maximum cross-sectional area of the volute 20th or the flow-guiding room 40 set. In a partial load operating state of the radial compressor 1 is through the piston 25th a cross-sectional area of the volute 20th or the flow-carrying room 40 that is smaller than the maximum cross-sectional area.

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

DE 102010040823 A1 [0002, 0004]DE 102010040823 A1 [0002, 0004]

Claims

Radialverdichter (1), insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einem Verdichterrad (5) und einem geschlossenen Verdichterradrücken (10), wobei das Verdichterrad (5) einen Verdichterschaufelring (15) am geschlossenen Verdichterradrücken (10) umfasst, und mit einem Spiralgehäuse (20) zum Sammeln eines vom Verdichterrad (5) geförderten Mediums, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel (25, 30, 65, 70) zur Veränderung einer Querschnittsfläche des Spiralgehäuses (20) vorgesehen sind.Radial compressor (1), in particular for motor vehicles, with a compressor wheel (5) and a closed compressor wheel back (10), the compressor wheel (5) comprising a compressor blade ring (15) on the closed compressor wheel back (10), and with a spiral housing (20) Collecting a medium conveyed by the compressor wheel (5), characterized in that means (25, 30, 65, 70) are provided for changing a cross-sectional area of the volute casing (20).

Radialverdichter (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Veränderung der Querschnittsfläche des Spiralgehäuses (20) einen Kolben (25) umfassen.Radial compressor (1) after Claim 1 , characterized in that the means for changing the cross-sectional area of the volute casing (20) comprise a piston (25).

Radialverdichter (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (25) entsprechend dem Radius des Spiralgehäuses (20) zumindest teilringförmig ausgebildet ist.Radial compressor (1) after Claim 2 , characterized in that the piston (25) is at least partially annular in accordance with the radius of the spiral housing (20).

Radialverdichter (1) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (25) sich über einen gesamten Spiralkanal (35) des Spiralgehäuses (20) erstreckt.Radial compressor (1) after Claim 2 or 3rd , characterized in that the piston (25) extends over an entire spiral channel (35) of the spiral housing (20).

Radialverdichter (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (25) einen strömungsführenden Raum (40) des Spiralgehäuses (20) von einem Kolbenraum (45) des Spiralgehäuses (20) abtrennt.Radial compressor (1) according to one of the Claims 2 to 4th characterized in that the piston (25) separates a flow-guiding space (40) of the volute casing (20) from a piston space (45) of the volute casing (20).

Radialverdichter (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolbenraum (45) auf einer dem Verdichterradrücken (10) zugewandten Seite des Spiralgehäuses (20) angeordnet ist.Radial compressor (1) after Claim 5 , characterized in that the piston chamber (45) is arranged on a side of the volute casing (20) facing the compressor wheel back (10).

Radialverdichter (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolbenraum (45) auf einer dem Verdichterradrücken (10) abgewandten Seite des Spiralgehäuses (20) angeordnet ist.Radial compressor (1) after Claim 5 , characterized in that the piston chamber (45) is arranged on a side of the volute casing (20) facing away from the compressor wheel back (10).

Radialverdichter (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (25) den strömungsführenden Raum (40) gegen den Kolbenraum (45) abdichtet.Radial compressor (1) according to one of the Claims 5 to 7 , characterized in that the piston (25) seals the flow-guiding space (40) against the piston space (45).

Radialverdichter (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (25) eine, vorzugsweise ringförmige, erste Öffnung (50) zum Druckausgleich zwischen dem strömungsführenden Raum (40) und dem Kolbenraum (45) freilässt.Radial compressor (1) according to one of the Claims 5 to 7 , characterized in that the piston (25) leaves a, preferably annular, first opening (50) for pressure equalization between the flow-guiding space (40) and the piston space (45).

Radialverdichter (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolbenraum (45) eine, vorzugsweise ringförmige, zweite Öffnung (55) zur Umgebungsluft umfasst.Radial compressor (1) according to one of the Claims 5 to 9 , characterized in that the piston chamber (45) comprises a, preferably annular, second opening (55) to the ambient air.

Radialverdichter (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (25) dem strömungsführenden Raum (40) zugewandt eine Kontur (60) umfasst.Radial compressor (1) according to one of the Claims 2 to 10th , characterized in that the piston (25) facing the flow-conducting space (40) comprises a contour (60).

Radialverdichter (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontur (60) abhängig von einem vorgegebenen Stromlinienverlauf geformt ist.Radial compressor (1) after Claim 11 , characterized in that the contour (60) is shaped depending on a predetermined streamline.

Radialverdichter (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (25, 30, 65, 70) zur Veränderung der Querschnittsfläche des Spiralgehäuses (20) mindestens einen Nocken (30) oder einen Kolbenschaft (70) umfassen, über den die Position des Kolbens (25) im Spiralgehäuse (20) einstellbar ist.Radial compressor (1) according to one of the Claims 2 to 12 , characterized in that the means (25, 30, 65, 70) for changing the cross-sectional area of the spiral housing (20) comprise at least one cam (30) or a piston shaft (70), via which the position of the piston (25) in the spiral housing (20) is adjustable.

Radialverdichter (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (25, 30, 65, 70) zur Veränderung der Querschnittsfläche des Spiralgehäuses (20) mindestens eine Feder (65) umfassen, die im Kolbenraum (45) des Spiralgehäuses (20) angeordnet ist und über die die Position des Kolbens (25) im Spiralgehäuse (20) einstellbar ist.Radial compressor (1) according to one of the Claims 2 to 12 , characterized in that the means (25, 30, 65, 70) for changing the cross-sectional area of the spiral housing (20) comprise at least one spring (65) which is arranged in the piston chamber (45) of the spiral housing (20) and via which the Position of the piston (25) in the volute (20) is adjustable.

Radialverdichter (1) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Kolbenschaft (70) zur Aufnahme der mindestens einen Feder (65) vorgesehen ist.Radial compressor (1) after Claim 14 , characterized in that the at least one piston shaft (70) is provided for receiving the at least one spring (65).

Radialverdichter (1) nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Federkonstante der mindestens einen Feder (65) abhängig von der Steigung der Verdichterkennlinie (75) des Radialverdichters (1) gewählt ist.Radial compressor (1) after Claim 14 or 15 , characterized in that the spring constant of the at least one spring (65) is selected as a function of the gradient of the compressor characteristic curve (75) of the radial compressor (1).

Radialverdichter (1) nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Feder (65) in einem Auslegungsbetriebspunkt (80) des Radialverdichters (1) so vorgespannt ist, dass ihre Federkraft dem Produkt aus dem im Auslegungsbetriebspunkt (80) herrschenden Druck (p2) im strömungsführenden Raum (40) des Spiralgehäuses (20) und der Differenz zwischen einer dem strömungsführenden Raum (40) des Spiralgehäuses (20) zugewandten ersten Oberfläche (85) und der dem Kolbenraum (45) zugewandten zweiten Oberfläche (90) des Kolbens (25) entspricht.Radial compressor (1) according to one of the Claims 14 to 16 , characterized in that the at least one spring (65) is pretensioned in a design operating point (80) of the radial compressor (1) in such a way that its spring force gives the product of the pressure (p2) prevailing in the design operating point (80) in the flow-guiding space (40) of the volute casing (20) and the difference between a first surface (85) facing the flow-guiding space (40) of the volute casing (20) and the second surface (90) of the piston (25) facing the piston space (45).

Radialverdichter (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstellung der Querschnittsfläche des Spiralgehäuses (20) durch die Mittel (25, 30, 65, 70) zur Veränderung der Querschnittsfläche des Spiralgehäuses (20) abhängig von einem Betriebszustand des Radialverdichters (1) ist.Radial compressor (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the adjustment of the cross-sectional area of the volute casing (20) by means (25, 30, 65, 70) for changing the cross-sectional area of the volute casing (20) depends on an operating state of the radial compressor (1) is.

Verfahren zum Betrieb eines Radialverdichters (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsfläche des Spiralgehäuses (20) durch die Mittel (25, 30, 65, 70) zur Veränderung der Querschnittsfläche des Spiralgehäuses (20) verändert wird. Method for operating a radial compressor (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the cross-sectional area of the volute casing (20) is changed by the means (25, 30, 65, 70) for changing the cross-sectional area of the volute casing (20).

Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsfläche des Spiralgehäuses (20) durch die Mittel (25, 30, 65, 70) zur Veränderung der Querschnittsfläche des Spiralgehäuses (20) abhängig von einem Betriebszustand des Radialverdichters (1) eingestellt wird.Procedure according to Claim 19 , characterized in that the cross-sectional area of the volute casing (20) is adjusted by the means (25, 30, 65, 70) for changing the cross-sectional area of the volute casing (20) depending on an operating state of the radial compressor (1).

Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Betriebszustand des Radialverdichters (1) abhängig von einer Drehzahl und einem Solldruck oder einer Sollmenge oder einem Sollmassenstrom des Mediums am Ausgang des Radialverdichters (1) ermittelt wird.Procedure according to Claim 20 , characterized in that the operating state of the radial compressor (1) is determined as a function of a speed and a target pressure or a target quantity or a target mass flow of the medium at the outlet of the radial compressor (1).

Verfahren nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (25, 30, 65, 70) zur Veränderung der Querschnittsfläche des Spiralgehäuses (20) über ein Kennfeld abhängig vom Betriebszustand des Radialverdichters (1) angesteuert werden.Procedure according to Claim 20 or 21st , characterized in that the means (25, 30, 65, 70) for changing the cross-sectional area of the volute casing (20) are controlled via a map depending on the operating state of the radial compressor (1).

Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Volllastbetriebszustand des Radialverdichters (1) durch die Mittel (25, 30, 65, 70) zur Veränderung der Querschnittsfläche des Spiralgehäuses (20) eine maximale Querschnittsfläche des Spiralgehäuses (20) eingestellt wird.Procedure according to one of the Claims 19 to 22 , characterized in that in a full load operating state of the radial compressor (1) by means (25, 30, 65, 70) for changing the cross-sectional area of the volute casing (20) a maximum cross-sectional area of the volute casing (20) is set.

Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Teillastbetriebszustand des Radialverdichters (1) durch die Mittel (25, 30, 65, 70) zur Veränderung der Querschnittsfläche des Spiralgehäuses (20) eine Querschnittsfläche des Spiralgehäuses (20) eingestellt wird, die kleiner als die maximale Querschnittsfläche ist.Procedure according to one of the Claims 19 to 23 , characterized in that in a partial load operating state of the radial compressor (1) by the means (25, 30, 65, 70) for changing the cross-sectional area of the volute casing (20) a cross-sectional area of the volute casing (20) is set which is smaller than the maximum cross-sectional area is.