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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Einsatz für einen Verdichter einer Aufladevorrichtung, einen entsprechenden Verdichter und eine Aufladevorrichtung mit einem entsprechenden Verdichter.
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Hintergrund der Erfindung
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Immer mehr Fahrzeuge der neueren Generation werden mit Aufladevorrichtungen ausgestattet. Um die Anforderungsziele und gesetzlichen Auflagen zu erreichen, gilt es die Entwicklung im gesamten Antriebsstrang voranzutreiben und sowohl die einzelnen Komponenten als auch das System als Ganzes bezüglich ihrer Zuverlässigkeit und Effizienz zu optimieren.
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Bekannt sind zum Beispiel Abgasturbolader, bei denen eine Turbine mit einem Turbinenrad vom Abgasstrom des Verbrennungsmotors angetrieben wird. Ein Verdichter mit einem Verdichterrad, das mit dem Turbinenrad auf einer gemeinsamen Welle angeordnet ist, verdichtet die für den Motor angesaugte Frischluft. Dadurch wird die Luft- bzw. Sauerstoffmenge, die der Motor zur Verbrennung zur Verfügung hat erhöht, was wiederum zu einer Leistungssteigerung des Verbrennungsmotors führt.
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Verdichter können auch in elektrisch unterstützten Abgasturboladern oder entkoppelt vom Abgasturbolader, beispielsweise in mechanisch oder elektrisch angetriebenen Verdichtern oder zum Beispiel in Kombination mit einer Luftversorgung für einen Brennstoffzellenmotor zum Einsatz kommen.
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Bekannte Verdichter umfassen ein Verdichtergehäuse, in dem ein Verdichterrad angeordnet ist. Die Frischluft wird durch einen Verdichtereinlass angesaugt, von dem Verdichterrad beschleunigt und verlässt den Verdichter über eine Spirale. Bei bekannten Verdichtern ist eine Innenseite des Verdichtergehäuses, die dem Verdichterrad gegenüberliegt, maschinell bearbeitet, um einen Spalt zwischen dem Verdichterrad und dem Verdichtergehäuse möglichst gering zu halten. Diese Bearbeitung einerseits ist zeit- und kostenaufwändig und führt andererseits aufgrund der notwendigen Toleranzen nicht immer zu zufriedenstellenden Ergebnissen, was sich negativ auf die Effizienz und die Betriebseigenschaften des Verdichters auswirkt.
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Ziel der vorliegenden Erfindung ist es demnach Mittel für einen effizienteren und einfach herzustellenden Verdichter mit verbesserten Betriebseigenschaften bereitzustellen.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Einsatz für einen Verdichter gemäß Anspruch 1, einen Verdichter gemäß Anspruch 10 und eine Aufladevorrichtung gemäß Anspruch 15.
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Der erfindungsgemäße Einsatz für einen Verdichter einer Aufladevorrichtung ist ausgelegt in einem Verdichtergehäuse im Bereich eines Verdichterrads montiert zu werden, um dieses in axialer Richtung zumindest teilweise und radial außen umlaufend zu umgeben. Der Einsatz weist mehrere Materialschichten auf und eine Form des Einsatzes in einem Bereich, der im eingebauten Zustand das Verdichterrad umgibt, ist an eine durch Außenkanten der Schaufeln des Verdichterrads beschriebene Kontur angepasst. In bekannten Verdichtergehäusen ist die Kontur der Wand, die das Verdichterrad umgibt, maschinell bearbeitet, um einen möglichst geringen Spalt zwischen Verdichterrad und Verdichtergehäuse zu realisieren. Diese Bearbeitung ist zeit- und kostenaufwändig. Diese Kontur wird nun von dem Einsatz definiert, der kostengünstiger als separates Bauteil gefertigt werden kann und dann in das Verdichtergehäuse eingesetzt werden kann. Dadurch, dass der Einsatz die Kontur in diesem Bereich bestimmt, kann im Verdichtergehäuse außerdem eine Aussparung vorgesehen werden, die direkt mit in das Verdichtergehäuse eingegossen werden kann. Dadurch kann eine große Menge an Material (des Verdichtergehäuses) eingespart werden, das normalerweise zwischen der Kontur und der Volute vorhanden ist. Dadurch, dass eine derartige Aussparung vorgesehen ist, ergibt sich ein weiterer Vorteil: es können auf einfache Weise unterschiedliche Einsätze erstellt werden, die für unterschiedliche Verdichterräder (zum Beispiel bezüglich der Größe des Verdichterrads und/oder der Gestaltung der Schaufeln) ausgelegt sind und aufgrund des ausreichenden Platzes im Bereich der Aussparung mit dem gleichen Verdichtergehäuse kombiniert werden können. Das heißt, das gleiche Verdichtergehäuse kann für unterschiedliche Verdichterräder und somit für unterschiedliche Anwendungen benutzt werden. Diese Möglichkeit bringt erhebliche Kostenvorteile bei der Produktion mit sich.
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In Ausgestaltungen kann eine radial innenliegende Außenfläche des Einsatzes von einer Materialschicht definiert werden, deren Material weicher ist, als ein Material der Schaufeln des Verdichterrads. Dadurch, dass diese radial innenliegende Außenfläche aus einem weicheren Material besteht als das Material der Schaufeln, wird die Gefahr von Schäden an dem Verdichterrad, die bei herkömmlichen Verdichtern durch den Kontakt der Schaufeln des Verdichterrads mit der gegenüberliegenden Wand des Verdichtergehäuses im Betrieb des Verdichters entstehen können, eliminiert bzw. verringert. Falls es zu einem Kontakt zwischen Verdichterrad und Einsatz kommt, können von dem Verdichterrad geringste Teile der relativ zu den Schaufeln des Verdichterrads weicheren innenliegenden Außenfläche des Einsatzes abgetragen werden. Dadurch kann sich die Lebensdauer für den gesamten Verdichter verlängern. Die Möglichkeit der genauen Anpassung des Einsatzes sowie die geringere Gefahr von Schäden bei Kontakt ermöglichen es außerdem den Spalt zwischen Verdichterrad (bzw. den Schaufeln des Verdichterrads) und dem Einsatz fast vollständig zu eliminieren und auf theoretisch Null zu reduzieren. Ein reduzierter bzw. eliminierter Spalt erhöht wiederrum die Betriebseigenschaften (gleichmäßigere Leistung und weniger Pumpen) und die Effizienz des Verdichters. Es kann mindestens eine nicht-metallische Materialschicht vorgesehen sein. Insbesondere kann die radial innenliegende Außenfläche des Einsatzes von einer nicht-metallischen Materialschicht definiert werden. Der Einsatz kann mehrere nicht-metallische Materialschichten umfassen. Insbesondere können die nicht-metallischen Materialschichten unterschiedliche nicht-metallische Materialien umfassen.
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In Ausgestaltungen, die mit allen bisher beschriebenen Ausgestaltungen kombinierbar sind, kann der Einsatz mindestens eine metallische Materialschicht umfassen. Insbesondere kann eine radial außenliegende Außenfläche des Einsatzes von einer metallischen Materialschicht definiert werden. Die metallische Materialschicht verleiht dem Einsatz die nötige Steifigkeit und Formstabilität. Dadurch können Vibrationen und Schwingungen des Einsatzes verhindert werden. Außerdem erleichtert die höhere Steifigkeit die Montage des Einsatzes im Verdichtergehäuse. Alternativ kann für diese Schicht auch ein entsprechend stabiles anderes Material (zum Beispiel Kunststoff) verwendet werden, das die nötige Steifigkeit aufweist.
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In Ausgestaltungen, die mit allen bisher beschriebenen Ausgestaltungen kombinierbar sind, kann der Einsatz einen zylinderförmigen Bereich aufweisen, der sich im eingebauten Zustand an eine zylinderförmige Innenwand des Verdichtergehäuses anschließt. An den zylinderförmigen Bereich kann sich ein in Richtung nach radial außen verlaufender Bereich anschließen, der an die durch die Außenkanten der Schaufeln des Verdichterrads beschriebene Kontur angepasst ist. An einem axialen Ende des zylinderförmigen Bereichs, das sich im eingebauten Zustand an die zylinderförmige Innenwand des Verdichtergehäuses anschließt, kann mindestens ein sich nach radial außen erstreckender Vorsprung vorgesehen sein. Der mindestens eine sich nach radial außen erstreckende Vorsprung kann ausgelegt sein, als Koppelelement für eine Einrastverbindung mit dem Verdichtergehäuse zu agieren. Am radial äußeren Ende des radial nach außen verlaufenden Bereichs kann mindestens ein sich axial erstreckender Vorsprung vorgesehen sein, der ausgelegt ist, in eine Nut im Verdichtergehäuse einzugreifen.
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In Ausgestaltungen, die mit allen bisher beschriebenen Ausgestaltungen kombinierbar sind, kann in dem nach radial außen verlaufenden Bereich mindestens eine Durchgangsöffnung angeordnet sein, die als Öffnung für eine Rezirkulation von Frischluft dient. Es können zum Beispiel zwischen 4 und 20 Durchgangsöffnungen entlang des Umfangs des Einsatzes vorgesehen sein. Die Durchgangsöffnungen können gleichmäßig oder ungleichmäßig über den Umfang des Einsatzes verteilt sein.
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Die Erfindung umfasst außerdem einen Verdichter für eine Aufladevorrichtung mit einem Verdichtergehäuse und einem Verdichterrad mit einer Mehrzahl an Schaufeln, wobei das Verdichterrad in dem Verdichtergehäuse angeordnet ist. Der Verdichter umfasst außerdem einen Einsatz gemäß irgendeiner der vorangehend beschriebenen Ausgestaltungen, wobei der Einsatz im Verdichtergehäuse im Bereich des Verdichterrads angeordnet ist und dieses in axialer Richtung zumindest teilweise und radial außen umlaufend umgibt.
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In Ausgestaltungen des Verdichters kann in radialer Richtung zwischen dem Einsatz und dem Verdichtergehäuse eine Aussparung vorgesehen sein. Die Aussparung kann direkt in das Verdichtergehäuse mit eingegossen sein. Die Aussparung kann radial außerhalb entlang des kompletten Umfangs des Einsatzes verlaufen.
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In Ausgestaltungen, die mit allen bisher beschriebenen Ausgestaltungen des Verdichters kombinierbar sind, kann im Verdichtergehäuse ein Kanal vorgesehen sein, der sich von der Aussparung in einen Einlassbereich des Verdichtergehäuses stromaufwärts des Verdichterrads erstreckt. Die Aussparung und der Kanal können Teil einer Rezirkulationseinrichtung sein. Diese Rezirkulationseinrichtung ist eine Kennfeld stabilisierende Maßnahme (KSM) zum Abführen stromaufwärts laufender Ablösungen von den Verdichterschaufeln zurück in den Einlassbereich stromaufwärts des Verdichterrads.
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In Ausgestaltungen, die mit allen bisher beschriebenen Ausgestaltungen des Verdichters kombinierbar sind, kann im Verdichtergehäuse im Bereich einer Kante der Aussparung eine Fase mit mindestens einer daran angrenzenden Nut zur Aufnahme mindestens eines radialen Vorsprungs des Einsatzes angeordnet sein.
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In Ausgestaltungen, die mit allen bisher beschriebenen Ausgestaltungen des Verdichters kombinierbar sind, kann im Verdichtergehäuse in einer radialen Seitenwand, die sich radial außerhalb an die Aussparung anschließt mindestens eine Nut zur Aufnahme mindestens eines axialen Vorsprungs des Einsatzes angeordnet sein.
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Die Erfindung umfasst außerdem eine Aufladevorrichtung mit einem Verdichter gemäß irgendeiner der vorangehend beschriebenen Ausgestaltungen.
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In Ausgestaltungen kann die Aufladevorrichtung ein Abgasturbolader sein und außerdem eine Turbine umfassen. Der Abgasturbolader kann ein elektrisch unterstützter Abgasturbolader sein und einen Elektromotor umfassen. Insbesondere kann der Abgasturbolader außerdem ein Lagergehäuse umfassen, wobei der Elektromotor im Bereich des Lagergehäuses zwischen der Turbine und dem Verdichter angeordnet sein kann. Alternativ kann die Aufladevorrichtung einen Elektromotor umfassen und der Verdichter rein elektrisch angetrieben werden.
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Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung werden im Folgenden anhand der Figuren beschrieben.
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Figurenliste
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- 1 zeigt einen Schnitt eines aus dem Stand der Technik bekannten Verdichters;
- 2 zeigt einen Schnitt eines ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verdichters;
- 3 zeigt einen Schnitt eines zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verdichters;
- 4 zeigt eine perspektivische Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Einsatzes;
- 5 zeigt eine perspektivische Ansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Einsatzes.
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Detaillierte Beschreibung
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Im Folgenden werden anhand der Figuren Ausführungsbeispiele für den erfindungsgemäßen Einsatz 300 sowie den erfindungsgemäßen Verdichter 10 mit einem solchen Einsatz 300 beschrieben. Alle im Folgenden beschriebenen Details und Vorteile gelten sowohl für den Verdichter 10 als auch für eine Aufladevorrichtung mit einem entsprechenden Verdichter 10. Im Rahmen dieser Anmeldung beziehen sich radiale Flächen/Ebenen auf Flächen/Ebenen, die im Wesentlichen senkrecht zur Drehachse 400 des Verdichters 10 angeordnet sind.
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1 zeigt einen aus dem Stand der Technik bekannten Verdichter 10 mit einem Verdichtergehäuse 100 und einem Verdichterrad 200, das sich im Betrieb um eine Drehachse 400 dreht. Das Verdichterrad 200 umfasst mehrere Verdichterschaufeln 210, die im Betrieb des Verdichters 10 Luft von einem Verdichtereinlass 160 zu einer Volute 190 im Verdichtergehäuse 100 befördern. Wie in 1 zu erkennen, ist in diesen bekannten Verdichtergehäusen 100 die Kontur der Wand des Verdichtergehäuses 100, die das Verdichterrad 200 umgibt, bearbeitet, um einer Außenkontur des Verdichterrads 200 zu entsprechen. Dadurch soll ein möglichst geringer Spalt zwischen Verdichterrad 200 und Verdichtergehäuse 100 realisiert werden. Diese Bearbeitung ist zeit- und kostenaufwändig und das Ergebnis nicht immer zufriedenstellend. Unter (Außen)kontur des Verdichterrads 200 ist diejenige Form zu verstehen, die von den radial äußeren Punkten der Schaufeln entlang der Schaufelkanten beschrieben wird. Wenn sich das Verdichterrad 200 dreht, erzeugt diese Kontur einen um die Drehachse 400 rotationssymmetrischen Körper.
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Anhand der 2 bis 5 werden im Folgenden gemeinsam Ausgestaltungen des erfindungsmäßigen Einsatzes 300 sowie des erfindungsmäßigen Verdichters 10 beschrieben. Bezugszeichen entsprechender Bauteile werden in allen Figuren beibehalten.
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2 zeigt einen erfindungsgemäßen Verdichter 10 mit einem erfindungsgemäßen Einsatz 300. Der Einsatz 300 der 2 ist einzeln in 4 dargestellt und bildet einen rotationssymmetrischen Körper. Der Einsatz 300 ist ausgelegt in dem Verdichtergehäuse 100 im Bereich des Verdichterrads 200 montiert zu werden. Wie in 2 zu erkennen, wird der Einsatz derart ausgestaltet und montiert, dass er das Verdichterrad 200 in axialer Richtung zumindest teilweise und radial außen umlaufend umgibt. In anderen Worten: der Einsatz 300 umgibt (zumindest Teile) die radialen Außenkanten der Schaufeln 210 des Verdichterrads 200. In radialer Richtung zwischen dem Einsatz 300 und dem Verdichtergehäuse 100 ist eine Aussparung 110 vorgesehen. Die Aussparung 110 kann zum Beispiel direkt in das Verdichtergehäuse 100 mit eingegossen werden und radial außerhalb entlang des kompletten Umfangs des Einsatzes 300 verlaufen.
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Eine Form des Einsatzes 300 in dem Bereich, der im eingebauten Zustand das Verdichterrad 200 umgibt, ist an die Außenkanten der Schaufeln 210 des Verdichterrads 200 angepasst (siehe 2). Da diese Kontur nun von dem Einsatz 300 definiert wird, und nicht wie bisher von der Innenseite des Verdichtergehäuse 100 (siehe 1), ergeben sich Vorteile gegenüber bekannten Verdichtern. Der Einsatz 300 kann zum Beispiel kostengünstig als separates Bauteil gefertigt werden und dann in das Verdichtergehäuse 100 eingesetzt werden, wodurch zeit- und kostenintensive Bearbeitungsschritte des Verdichtergehäuses 100 gespart werden können. Dadurch, dass der Einsatz 300 die Kontur in diesem Bereich im Verdichtergehäuse 100 bestimmt, kann im Verdichtergehäuse 100 außerdem die schon erwähnte Aussparung 110 vorgesehen werden. Dadurch kann eine große Menge an Material (des Verdichtergehäuses 100) eingespart werden, das normalerweise zwischen der Innenwand des Verdichtergehäuses 100 und der Volute 190 vorhanden ist. Dadurch, dass eine derartige Aussparung 110 vorgesehen ist, ergibt sich ein weiterer Vorteil: es können auf einfache Weise unterschiedliche Einsätze erstellt werden, die für unterschiedliche Verdichterräder 200 (zum Beispiel bezüglich der Größe des Verdichterrads 200 und/oder der Gestaltung der Schaufeln 210) ausgelegt sind und aufgrund des ausreichenden Platzes im Bereich der Aussparung 110 mit dem gleichen Verdichtergehäuse 100 kombiniert werden können. Das heißt, das gleiche Verdichtergehäuse 100 kann für unterschiedliche Verdichterräder 200 und somit für unterschiedliche Anwendungen benutzt werden. Diese Möglichkeit bringt erhebliche Kostenvorteile bei der Produktion mit sich.
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Der Einsatz 300 selbst weist mehrere Materialschichten auf. Eine radial innenliegende Außenfläche 330 des Einsatzes 300 (siehe 2 oder 4) kann zum Beispiel von einer Materialschicht definiert werden, deren Material weicher ist, als ein Material (zumindest der Schaufeln 210) des Verdichterrads 200. Die radial innenliegende Außenfläche 330 bezieht sich dabei auf die Fläche des Einsatzes 300, die im eingebauten Zustand des Einsatzes 300 im Verdichter 10 direkt den Schaufeln 210 des Verdichterrads 200 gegenüberliegt. Dadurch, dass diese radial innenliegende Außenfläche 330 aus einem weicheren Material besteht als das Material der Schaufeln 210, wird die Gefahr von Schäden an dem Verdichterrad 200, die bei herkömmlichen Verdichtern durch den Kontakt der Schaufeln 210 des Verdichterrads 200 mit der gegenüberliegenden (relativ harten) Wand des Verdichtergehäuses 100 im Betrieb des Verdichters 10 entstehen können, eliminiert bzw. verringert. Falls es zu einem Kontakt zwischen Verdichterrad 200 und Einsatz 300 kommt, können von dem Verdichterrad 200 geringste Teile der, relativ zu den Schaufeln 210 des Verdichterrads 200 weicheren, innenliegenden Außenfläche 330 des Einsatzes 300 abgetragen werden. Dadurch kann sich die Lebensdauer für den gesamten Verdichter 10 verlängern. Die Möglichkeit der genauen Anpassung des Einsatzes 300 sowie die geringere Gefahr von Schäden bei Kontakt ermöglichen es außerdem den Spalt zwischen Verdichterrad 200 (bzw. den Schaufeln 210 des Verdichterrads 200) und dem Einsatz 300 fast vollständig zu eliminieren und auf theoretisch Null zu reduzieren. Ein reduzierter bzw. eliminierter Spalt erhöht wiederrum die Betriebseigenschaften (gleichmäßigere Leistung und weniger Pumpen) und die Effizienz des Verdichters 10.
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Die mehreren Schichten des Einsatzes 300 können mindestens eine nicht-metallische Materialschicht umfassen. Insbesondere kann die radial innenliegende Außenfläche 330 des Einsatzes 300 von einer derartigen nicht-metallischen Materialschicht definiert werden. Die nicht-metallische Materialschicht kann zum Beispiel eine Kunststoffschicht sein. Allgemeint können aber alle Arten von Materialien zum Einsatz kommen, solange das Material der Materialschicht, die die radial innenliegende Außenfläche 330 definiert, weicher ist als das Material der Schaufeln 210 des Verdichterrads 200. Der Einsatz 300 kann auch mehrere nicht-metallische Materialschichten umfassen. Insbesondere können die nicht-metallischen Materialschichten unterschiedliche nicht-metallische Materialien umfassen.
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Der Einsatz kann auch mindestens eine metallische Materialschicht umfassen. Insbesondere kann eine radial außenliegende Außenfläche 340 des Einsatzes 300 von einer metallischen Materialschicht definiert werden. Die metallische Materialschicht verleiht dem Einsatz 300 die nötige Steifigkeit und Formstabilität. Dadurch können Vibrationen und Schwingungen des Einsatzes 300 verhindert werden. Außerdem erleichtert die höhere Steifigkeit die Montage des Einsatzes 300 im Verdichtergehäuse 100. Alternativ kann für diese Schicht auch ein entsprechend stabiles anderes Material (zum Beispiel Kunststoff) verwendet werden, solange das Material die nötige Steifigkeit aufweist.
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Bezugnehmend auf 2 und 4 weist der Einsatz 300 einen zylinderförmigen Bereich 310 auf, der sich im eingebauten Zustand an eine zylinderförmige Innenwand 180 des Verdichtergehäuses 100 anschließt (siehe 2). An den zylinderförmigen Bereich 310 des Einsatzes 300 schließt sich ein in Richtung nach radial außen verlaufender Bereich 320 an, der an die durch die Außenkanten der Schaufeln 210 des Verdichterrads 200 beschriebene Kontur angepasst ist.
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An einem axialen Ende des zylinderförmigen Bereichs 310, das sich im eingebauten Zustand an die zylinderförmige Innenwand 180 des Verdichtergehäuses anschließt (siehe 2), ist mindestens ein sich nach radial außen erstreckender Vorsprung 312 vorgesehen (siehe 2 und 4). Der mindestens eine sich nach radial außen erstreckende Vorsprung 312 ist ausgelegt, als Koppelelement für eine Einrastverbindung mit dem Verdichtergehäuse 100 zu agieren. Der sich nach radial außen erstreckende Vorsprung 312 erstreckt sich über den gesamten Umfang des Einsatzes 300 und wirkt mit der korrespondierenden Nut 140 im Verdichtergehäuse 100 zusammen, um die Einrastverbindung herzustellen. Alternativ können eine oder mehrere Vorsprünge entlang des Umfangs verteilt angeordnet sein, die dann mit der Nut 140 oder entsprechenden Teilnuten entlang des inneren Umfangs des Verdichtergehäuses 100 zusammenwirken. Durch mehrere Vorsprünge und entsprechend positionierte Teilnuten, kann der Einsatz 300 im Verdichtergehäuse 100 positioniert und bezüglich einer Verdrehung festgelegt werden. Das Verdichtergehäuse 100 weist außerdem im Bereich einer Kante der Aussparung 110 eine Fase 130 auf, die sich bis zur Nut 140 zur Aufnahme des radialen Vorsprungs 312 des Einsatzes 300 erstreckt. Die Fase 130 dient bei der Montage des Einsatzes 300 als Führung für den oder die Vorsprünge 312 des Einsatzes 300, so dass der Einsatz 300 und das Verdichtergehäuse 100 über eine Rastverbindung miteinander gekoppelt werden, wenn der oder die Vorsprünge 312 in die Nut(en) 140 einrasten.
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Am radial äußeren Ende des radial nach außen verlaufenden Bereichs 320 des Einsatzes 300 ist ein sich axial erstreckender Vorsprung 322 vorgesehen, der ausgelegt ist, in eine Nut 150 im Verdichtergehäuse 100 einzugreifen (siehe 2 und 4). Der sich axial erstreckende Vorsprung 322 weist im eingebauten Zustand in Richtung des Einlassbereichs 160 des Verdichters 10, wodurch eine Art Überhang erzeugt wird. Der Vorsprung 322 erstreckt sich über den gesamten Umfang des Einsatzes 300 und greift in die entsprechende Nut 150 in einer radialen Seitenwand 170 des Verdichtergehäuse 100 ein. Die Nut 150 ist radial außerhalb der Aussparung 110 angeordnet. Wie für den sich radial nach außen erstreckenden Vorsprung 312 kann alternativ auch für den sich axial erstreckenden Vorsprung 322 vorgesehen sein, dass mehrere Vorsprünge entlang des Umfangs des Einsatzes 300 verteilt angeordnet sind, die dann in die Nut 150 oder entsprechende Teilnuten im Verdichtergehäuse 100 eingreifen. Durch mehrere Vorsprünge und entsprechend positionierte Teilnuten kann der Einsatz 300 wiederrum im Verdichtergehäuse 100 positioniert und bezüglich einer Verdrehung festgelegt werden. Bei der Montage des Einsatzes 300 können zum Beispiel der Vorsprung 322 oder die Vorsprünge in die Nut(en) 150 gepresst werden, so dass zwischen dem Vorsprung 322 bzw. den Vorsprüngen und der Nut 150 bzw. den Nuten eine Presspassung vorliegt, die ebenfalls einer Rotation des Einsatzes 300 im Verdichtergehäuse 100 entgegenwirkt.
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Mit Bezug auf die 3 und 5 wird eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Einsatzes 300 bzw. des erfindungsgemäßen Verdichters 10 beschrieben. Der Einsatz 300 bzw. der Verdichter 10 der weiteren Ausgestaltung hat die gleichen Merkmale wie der Einsatz 300 bzw. der Verdichter 10 der 2 und 4, mit der Ausnahme, dass in dem nach radial außen verlaufenden Bereich 320 mindestens eine Durchgangsöffnung 324 angeordnet ist, die als Öffnung für eine Rezirkulation von Frischluft dient. Es können zum Beispiel zwischen 4 und 20 Durchgangsöffnungen 324 entlang des Umfangs des Einsatzes 300 vorgesehen sein. Die Anzahl und die Größe der Durchgangsöffnung kann dabei an die Größe und die Einsatzbedingungen des jeweiligen Verdichters angepasst werden. Die Durchgangsöffnungen 324 können ungleichmäßig über den Umfang des Einsatzes 300 verteilt sein oder gleichmäßig, so wie in 5 dargestellt.
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Das Verdichtergehäuse 100 des Verdichters 10 der 3 umfasst außerdem einen Kanal 120, der sich von der Aussparung 110 in einen Einlassbereich 160 des Verdichtergehäuses 100 stromaufwärts des Verdichterrads 200 erstreckt. Die Aussparung 110 und der Kanal 120 bilden somit zusammen mit den Durchgangsöffnungen 324 im Einsatz 300 eine Rezirkulationseinrichtung. Die Rezirkulationseinrichtung dient dazu, dass Frischluft von dem Verdichterrad 200 durch die Durchgangsöffnungen 324, die Aussparung 110 und den Kanal 120 zurück in den Einlassbereich 160 zirkuliert werden kann. Die Rezirkulationseinrichtung ist eine Kennfeld stabilisierende Maßnahme (KSM) für den Verdichter zum Abführen stromaufwärts laufender Ablösungen von den Verdichterschaufeln 210 zurück in den Einlassbereich 160 stromaufwärts des Verdichterrads 200.
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Die Erfindung umfasst außerdem eine Aufladevorrichtung mit einem Verdichter gemäß irgendeiner der vorangehend beschriebenen Ausführungsformen. Die Aufladevorrichtung kann zum Beispiel ein Abgasturbolader sein und außerdem eine Turbine umfassen. Der Abgasturbolader kann ein elektrisch unterstützter Abgasturbolader sein und einen Elektromotor umfassen. Insbesondere kann der Abgasturbolader außerdem ein Lagergehäuse umfassen, wobei der Elektromotor im Bereich des Lagergehäuses zwischen der Turbine und dem Verdichter angeordnet sein kann. Alternativ kann die Aufladevorrichtung nur einen Elektromotor umfassen und der Verdichter 10 rein elektrisch angetrieben werden.
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Obwohl die vorliegende Erfindung oben beschrieben wurde und in den beigefügten Ansprüchen definiert ist, sollte verstanden werden, dass die Erfindung alternativ auch entsprechend der folgenden Ausführungsformen definiert werden kann:
- 1. Einsatz (300) für einen Verdichter (10) einer Aufladevorrichtung, wobei der Einsatz (300) ausgelegt ist in einem Verdichtergehäuse (100) im Bereich eines Verdichterrads (200) montiert zu werden, um dieses in axialer Richtung zumindest teilweise und radial außen umlaufend zu umgeben,
dadurch gekennzeichnet, dass der Einsatz (300) mehrere Materialschichten aufweist und eine Form des Einsatzes (300) in einem Bereich, der im eingebauten Zustand das Verdichterrad (200) umgibt, an eine durch Außenkanten der Schaufeln (210) des Verdichterrads (200) beschriebene Kontur angepasst ist.
- 2. Einsatz gemäß Ausführungsform 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine radial innenliegende Außenfläche (330) des Einsatzes (300) von einer Materialschicht definiert wird, deren Material weicher ist, als ein Material der Schaufeln (210) des Verdichterrads (200).
- 3. Einsatz gemäß Ausführungsform 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine nicht-metallische Materialschicht vorgesehen ist, insbesondere, wobei die radial innenliegende Außenfläche (330) des Einsatzes (300) von einer nicht-metallischen Materialschicht definiert wird.
- 4. Einsatz gemäß Ausführungsform 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Einsatz 300 mehrere nicht-metallische Materialschichten umfasst, insbesondere wobei die nicht-metallischen Materialschichten unterschiedliche nicht-metallische Materialien umfassen.
- 5. Einsatz gemäß irgendeiner der vorangehenden Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass der Einsatz mindestens eine metallische Materialschicht umfasst, insbesondere wobei eine radial außenliegende Außenfläche (340) des Einsatzes (300) von einer metallischen Materialschicht definiert wird.
- 6. Einsatz gemäß irgendeiner der vorangehenden Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass der Einsatz einen zylinderförmigen Bereich (310) aufweist, der sich im eingebauten Zustand an eine zylinderförmige Innenwand (180) des Verdichtergehäuses (100) anschließt.
- 7. Einsatz gemäß Ausführungsform 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich an den zylinderförmigen Bereich (310) ein in Richtung nach radial außen verlaufender Bereich (320) anschließt, der an die durch die Außenkanten der Schaufeln (210) des Verdichterrads (200) beschriebene Kontur angepasst ist.
- 8. Einsatz gemäß Ausführungsform 6 oder Ausführungsform 7, dadurch gekennzeichnet, dass an einem axialen Ende des zylinderförmigen Bereichs (310), das sich im eingebauten Zustand an die zylinderförmige Innenwand (180) des Verdichtergehäuses anschließt, mindestens ein sich nach radial außen erstreckender Vorsprung (312) vorgesehen ist.
- 9. Einsatz gemäß Ausführungsform 8, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine sich nach radial außen erstreckende Vorsprung (312) ausgelegt ist, als Koppelelement für eine Einrastverbindung mit dem Verdichtergehäuse (100) zu agieren.
- 10. Einsatz gemäß irgendeiner der Ausführungsformen 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass am radial äußeren Ende des radial nach außen verlaufenden Bereichs (320) mindestens ein sich axial erstreckender Vorsprung (322) vorgesehen ist, der ausgelegt ist, in eine Nut (150) im Verdichtergehäuse (100) einzugreifen.
- 11. Einsatz gemäß irgendeiner der Ausführungsformen 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass in dem nach radial außen verlaufenden Bereich (320) mindestens eine Durchgangsöffnung (324) angeordnet ist, die als Öffnung für eine Rezirkulation von Frischluft dient.
- 12. Einsatz gemäß Ausführungsform 11, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen 4 und 20 Durchgangsöffnungen (324) entlang des Umfangs des Einsatzes (300) vorgesehen sind.
- 13. Einsatz gemäß Ausführungsform 11 oder Ausführungsform 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchgangsöffnungen (324) ungleichmäßig über den Umfang des Einsatzes (300) verteilt sind.
- 14. Verdichter (10) für eine Aufladevorrichtung mit
einem Verdichtergehäuse (100);
einem Verdichterrad (200) mit einer Mehrzahl an Schaufeln (210), wobei das Verdichterrad (200) in dem Verdichtergehäuse (100) angeordnet ist;
gekennzeichnet durch einen Einsatz (300) gemäß irgendeiner der Ausführungsformen 1 bis 13, wobei der Einsatz (300) im Verdichtergehäuse (100) im Bereich des Verdichterrads (200) angeordnet ist und dieses in axialer Richtung zumindest teilweise und radial außen umlaufend umgibt.
- 15. Verdichter gemäß Ausführungsform 14, dadurch gekennzeichnet, dass in radialer Richtung zwischen dem Einsatz (300) und dem Verdichtergehäuse (100) eine Aussparung (110) vorgesehen ist.
- 16. Verdichter gemäß Ausführungsform 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparung (110) direkt in das Verdichtergehäuse (100) mit eingegossen ist.
- 17. Verdichter gemäß Ausführungsform 15 oder Ausführungsform 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparung (110) radial außerhalb entlang des kompletten Umfangs des Einsatzes (300) verläuft.
- 18. Verdichter gemäß irgendeiner der Ausführungsformen 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass im Verdichtergehäuse (100) ein Kanal (120) vorgesehen ist, der sich von der Aussparung (110) in einen Einlassbereich (160) des Verdichtergehäuses (100) stromaufwärts des Verdichterrads (200) erstreckt, und wobei die Aussparung (110) und der Kanal (120) Teil einer Rezirkulationseinrichtung sind.
- 19. Verdichter gemäß irgendeiner der Ausführungsformen 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass im Verdichtergehäuse (100) im Bereich einer Kante der Aussparung (110) eine Fase (130) mit mindestens einer daran angrenzenden Nut (140) zur Aufnahme mindestens eines radialen Vorsprungs (312) des Einsatzes (300) angeordnet ist.
- 20. Verdichter gemäß irgendeiner der Ausführungsformen 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass im Verdichtergehäuse (100) in einer radialen Seitenwand (170), die sich radial außerhalb an die Aussparung (110) anschließt mindestens eine Nut (150) zur Aufnahme mindestens eines axialen Vorsprungs (322) des Einsatzes (300) angeordnet ist.
- 21. Aufladevorrichtung mit einem Verdichter gemäß irgendeiner der Ausführungsformen 14 bis 20.
- 22. Aufladevorrichtung gemäß Ausführungsform 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufladevorrichtung ein Abgasturbolader ist und außerdem eine Turbine umfasst.
- 23. Aufladevorrichtung gemäß Ausführungsform 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgasturbolader ein elektrisch unterstützter Abgasturbolader ist und einen Elektromotor umfasst, insbesondere wobei der Abgasturbolader außerdem ein Lagergehäuse umfasst, wobei der Elektromotor im Bereich des Lagergehäuses zwischen der Turbine und dem Verdichter angeordnet ist.
- 24. Aufladevorrichtung gemäß Ausführungsform 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufladevorrichtung einen Elektromotor umfasst und der Verdichter (10) rein elektrisch angetrieben wird.
