DE3036890C2

DE3036890C2 - Verdichter, insbesondere für Abgasturbolader

Info

Publication number: DE3036890C2
Application number: DE19803036890
Authority: DE
Inventors: Helmut Ing.(Grad.) 6711 Hessheim Brobeck; Hartmut Dipl.-Ing. 6710 Frankenthal Ludewig; Wolfgang 6751 Rodenbach Miribel; Helmut 6710 Frankenthal Stönner
Original assignee: Kuehnle Kopp and Kausch AG
Current assignee: Howden Turbo GmbH
Priority date: 1980-09-30
Filing date: 1980-09-30
Publication date: 1982-07-01
Also published as: GB2084251A; JPS57131899A; JPH0133679B2; GB2084251B; DE3036890A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Verdichter, insbesondere für Abgasturbolader mit einem das Verdichterrad umschließenden Verdichtergehäuse, welches mit einer Verdichtergehäusewand an einem Statorgehäuse für die Lagerung der Antriebswelle befestigt ist.

Es ist bekannt, daß bei schnellaufenden Verdichtern, insbesondere wie sie bei Abgasturbolader. Verwendung finden, erhebliche Geräuschbelastungen aufgrund von Geräuschabstrahlung entstehen. Die die Geräuschbelastung verursachenden Schwingungen werden durch die Rotation des unwuchtbehafteten Läufers angeregt Diese mechanischen Schwingungen werden über die Statorbauteile weitergeleitet und bevorzugt am Verdichtergehäuse abgestrahlt Dabei entstehen Resonanzerecheinungen am Verdichtergehäuse und dessen Rückwand.

ίο Diese insbesondere im hohen Frequenzbe, sich sehr lästige Geräuschabstrahlung ist äußerst schwer zu vermindern. Eine Maßnahme, welche mit Erfolg eingesetzt wurde, ist die Feinstauswuchtung des Rotors, welche jedoch äußerst kostenaufwendig ist Außerdem ändert sich die Auswuchtung des Rotors im Betrieb, so daß sich die erzielte Geräuschverringerung nur für kurze Zeit erreichen läßt Die Ursache für die Zunahme der Geräuschabstrahlung im Betrieb ist aufgrund von neu entstehenden Unwuchten am Rotor durch Verschleiß und Ablagerung zu sehen, jedoch spielen auch thermische Verkrümmungen bzw. elastischplastische Verformungen infolge mechanischer Beanspruchungen des Rotors durch die Fliehkräfte sowie innere Momente des biegeweichen Rotors eine Rolle.

Es besteht wohl die Möglichkeit die Körperschalldämmung zwischen Rotor und Stator durch eine Vergrößerung des Dämpfungsspaltes der Gleitlager zu verbessern, jedocfc zeigen diese Maßnahmen nur einen geringen Wert, da im Interesse eines ruhigen Wellenlaufs, d. h. einer Optimierung des Lager-Rotorsystems nach rotordynamischen Gesichtspunkten kaum Änderungen bezüglich des Lagerspaltes zulässig sind.

Schließlich kann die Geräuschabstrahlung auch durch eine Änderung der Massenverhältnisse zwischen Verdichtergehäuse und Verdichtergehäuserückwand beeinflußt werden. Diese Maßnahmen führen jedoch zu einem wesentlich höheren Gewicht, wobei Behinderungen anderer Funktionen auftreten und eine kostengünstige Serienproduktion kaum möglich ist.

Die Körperschallisolierung durrh elastische Verbindung ist durch die Zeitschrift »Konstruktion«, Heft 9, September 76, S. 333—339 bekannt. Dabei wird darauf hingewiesen, daß die elastische Verbindung zur Körperschalldämmung verhältnismäßig weich ausgeführt sein muß, damit eine Geräuschminderung erzielt werden kann. Die Abkopplung d. h. die Körperschallisolierung ist um so besser, je weicher das Isolierelement ist. Derartige weiche Isolierelemente sind jedoch an Gehäusen von schnell laufenden Verdichtern als

so problematisch anzusehen, da befürchtet werden muß, daß Berührungen zwischen dem schnell laufenden Verdichterrad und dem beweglichen Gehäuseteil unvermeidlich sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Maßnah· men zu schaffen mit denen eine wesentliche Geräuscheabstrahlung bei Verdichtern, insbesondere von Abgasturboladern möglich ist, wobei nicht nur eine kostengünstige Lösung für eine Serienprodukiion gefunden werden soll, sondern auch das Nachrüsten von bereits vorhandenen Aggregaten mit einem geringeren Kostenaufwand möglich ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Verdichtergehäuserückwand in eine zentrische Scheibe und zumindest einen äußeren Ring unterteilt ist, und daß die zentrische Scheibe peripher mit zumindest einem schwingungs- und körperschalldämmenden Trennring umgeben ist, welcher die beiden angrenzenden Bauteile miteinander verbindet.

Durch die Maßnahmen der Erfindung wird der vom Rotor und Stator zum Verdichtergehäuse übertragene Körperschall erheblich gedämpft, so daß sich die Geräuschabstrahlung sehr stark verringern läßt Je nach der Art der konstruktiven Ausgestaltung der Verdichtergehäusewand haben sich bei Frequenzen zwischen 600 Hertz und 2000 Hertz Dämpfungswerte in der Größenordnung von 12 dB bei niederen Frequenzen und über 20 dB bei den hnhen Frequenzen eingestellt. Dabei wurden aus der Normalfertigung entnommene ι ο Rotoren verwendet, welche nicht ausgewuchtet waren. Durch die Maßnahmen der Erfindung wird daher in vorteilhafter Weise sichergestellt, daß bei der Herstellung von Abgasturboladern Rotoren mit der maximalen Produktionsunwucht lind der maximal zulässigen Änderung der Betriebsunwucht Verwendung finden können, ohne daß die bisher im Fahrbetrieb nicht zu vermeidende starke Geräuschentwicklung auftritt.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß in der Verdichtergehäuserückwand zwei oder mehrere Trennringe angeordnet sind. Dabei wird der Ort der Anbringung der zwei oder mehreren Trennringe durch das Verhältnis der Zwischen'nassen zur Gesamtmasse und die gewünschten Pollagen des Schwingungssystems festgelegt Der Vorteil der Verwendung von mehreren Trennringen besteht darin, daß hintereinandergeschaltete Dämpfungssysteme entstehen, bei weichen durch Abstimmung der Massenverhältnisse die Pollagen in Frequenzbereiche verschoben werden können, bei welchen die Geräuschabstrahlung besonders intensiv ist. Die Ausgestaltung der Trennringe ist in weitem Umfang variabel und hängt von den jeweiligen konstruktiven Merkmalen der Verdichterge häuserückwand ab. Als vorteilhafte Ausgestaltung ist vorgesehen, daß der bzw. die Trennringe als flaches Streifenelement ausgebildet sind, welches einen kraftschlüssigen Haftverbund mit den Teilen der Verdichtergehäuserückwand hat. Es ist auch vorgesehen, daß das Streifenelement mit Vorsprüngen versehen ist, welche einen form- und kraftschlüssigen Haftverbund mit den Teilen der '-'erdichterrückwand bewirken. Als Material für die Trennringe kann eine wärme- und haftbeständiges Elastomer bzw. Gummimaterial Verwendung finden, welches zwischen die Teile der Verdichtergehäuserückwand eingeklebt oder einvulkariisiert ist. Es ist auch vorgesehen, daß der Trennring bzw. die Trenni inge aus Kunststoff bestehen. Dabei :tann es sich sowohl urn hochwarmfeste Thermoplaste als auch um Polyamid-Materialien handeln, welche bei der Herstellung der Verdichtergehäuseriickwand in den für den Trennring vorgesehene«' Raum eingebracht werden.

Die Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung von Aijsführungsbeispielen in Verbindung mit den Ansprüchen und der Zeichnung. Es zeigt ss

F i g. 1 einen Schnitt durch einen Abgasturbolader mit einer Verdichtergehäuserückwand gemäß der Erfindung,

F i g. 2 einen Schnitt durch eine Verdichtergehäuserückwand mit einer weiteren Ausführungsform gemäß der Erfindung,

F i g. 3 einen TeÜschnitt durch eine Verdichtergehäuserückwand mit einer dritten Ausführungsform gernäß der Erfindung,

F i g. 4 eine Teildraufsicht auf einen Trennring gemäß der Ausführungs'crm nach F i g. 3.

Der in Fig. 1 dargestellte Turbolader besteht aus einem Stator 10. in weichem eine Rotorwelle 11 drehbar gelagert ist. Diese Rotorwelle trägt auf der rechten Seite ein in einem Turbinengehäuse 14 angeordnetes Turbinenrad 12. Auf der linken Seite der Rotorwelle 11 ist ein Verdichterrad 16 angebracht, welches sich in einem Verdichtergehäuse 18 dreht. Auf der Rückseite ist das Verdichtergehäuse 18 mit einer Verdichtergehäuserückwand 20 abgeschlossen. Diese Verdichtergehäuserückwand ist mit dem Stator 10 fest verschraubt

Wenn auf Grund von Unwuchten am Turbinenrad 12 bzw. am Verdichterrad 16 mechanische Schwingungen entstehen, werden diese über den Stator 10 weitergeleitet und bevorzugt vom Verdichtergehäuse abgestrahlt Für die Abstrahlung sind die Resonanzerscheinungen des Systems Verdichtergehäuse und Verdichtergehäuserückwand von ausschlaggebender Bedeutung, wobei festgestellt werden kann, daß die wesentliche Abstrahlung über die Verdichtergehäuserückwand erfolgt. Um dieser Körperschalleitung entgegenzuwirken und die Geräuschabstrahlung zu verringern, ist in einem Bereich der Verdichtergehäuserückwand 20, welcher auf der Innen- und Außenseite freiliegt, ein Trennring 22 eingefügt der zentnaoh zur Rotorwellenachse 11 über die ganze Dicke der Ruckwand verläuft Dieser Trennring besteht aus einem wärmebeständigen Elastomer, z. B. aus einem wärmebeständigen Oummirnaterial, oder aus einem Kunststoffmaterial, welches mit den beiden metallischen Teilen der Verdichtergehäuserückwand eine sichere Haftverbindung eingeht so daß ein kraftschlüssiger Haftverbund entsteht Durch den Trennring 22 wird die Verdichtergehäuserückwand in eine zentrische Scheibe 20.1 und einen äußeren Ring 20.2 unterteilt, wobei der Trennring eine Körperschalldämfung zwischen den beiden Teilen bewirkt.

Unter Verwendung eines elastischen Heißklebers wurde bei einem versuchsweisen Aufbau eine sehr wesentliche Absenkung der Geräuschabstrahlung festgestellt. Die beiden Vergleichsmodelle zeigten über einen Frequenzgang von etwa 400 Hertz bis 2000 Hertz eine Geräuschabsenkung von etwa 1OdB bei 400 Hertz mit einer Verbesserung auf etwa 13 dB bei 1100 Hertz und einer weiteren Verbesserung auf über 20 dB bei e'wa 1700 Hertz.

Die für den Trennring verwendeten Materialien sollen eine gute Materialdämpfung und gute mechanische Eigenschaften bei einer Temperatureinsatzgrenze von 14O⁰C haben. Diese Eigenschaften werden von hochwarmfesten Gummimaterialien, wobei Silikongummi zu bevorzugen ist, und auch von Kunststoffen, z. B. aus Polyamiden und hochwarmfesten Thermoplasten, erfüllt

Die durch den Trennring ausgefüllte Trennfuge richtet sich in ihren Abmessungen nach dem verwendeten Material.

In F i g. 2 ist eine Verdichtergehäuserückwand 30 .iac» einer weiteren Ausgestaltung dargestellt, bei der die Gehäuserückwand durch zwei Trennringe 32 jnd 33 in drei Teile unterteilt ist Die zentriscbe Scheibe 30.1 ist über den Trennring 32 mit einem mittleren Ring 30J und dieser wiederum über einen Trennring 33 mit dem äußeren Ring 30.2 verbunden. Die Verbindung zum Stator erfolgt über den zentrischen Ring 30.1, wogegen die Verbindung zum Verdichtergehäuse über den äußeren Ring 30.2 erfolgt.

Durch das Vorsehen von zwei Trennringen 32 und 33 entsteht eine das Resonanzverhalten stark beeinflussende Mittelmasse, '..siehe durch die Formgebung des mittleren Ringes 3OJ stark beeinflußt werden kann. Durch die Verwendung derartiger Mittelmassen läßt

sich die Körperschalldämmung sehr stark beeinflussen, indem nämlich durch eine Abstimmung der Massenverhältnisse zwischen Mittelmasse und Gesamtmasse die Polstellung des Dämpfungsverlaufes bezüglich ihrer Frequenzlage beeinflussen und verstellen lassen. Auf diese Weise ist es möglich, mit Hilfe konstruktiver Maßnahmen die Geräuschabstrahlung gezielt zu verringern, wobei eine Optimierung für unterschiedliche konstruktive Ausgestaltungen des Verdichtergehäuses und der zugehörigen Rückwand möglich ist.

Durch die Maßnahmen der Erfindung ist es auch möglich, bereits in Betrieb befindliche Abgasturbolader durch Umrüsten mit einer besseren Körperschalldämmung und damit Geräuschhemmung zu versehen.

Da sich durch die Maßnahmen der Erfindung sehr hohe Dämpfungswerte erzielen lassen, kann auf eine Feinauswuchtung des aus Verdichterrad. Rotorwelle und Turbinenrad bestehenden Läufers verzichtet weiden. Dadurch ergeben sich erhebliche Fertigungsvorteiie.

Obwohl in der Zeichnung nicht dargestellt, kann eine Beeinflussung der Körperschalldämpfung auch durch nichtzentrisch zur Rotorachse angeordnete Trennringe erfolgen, was insbesondere dann von Vorteil sein kann, wenn sich die Abmessungen des Verdichtergehäuses über dem Querschnitt stark verändern und dadurch ungleiche Massenverteilungen entstehen. Eine solche exzentrische Anordnung von einem oder mehreren Trennringen hat durch ihren Einfluß auf die Massenveränderungen der einzelnen Teile einen entsprechenden Einfluß auf die Resonanzerscheinungen im Verdichtergehäuse und der Verdichtergehäuserückwand.

In den F i g. 3 und 4 ist eine weitere Ausgestaltung der Erfindung dargestellt, bei der der Trennring 42 auf der Innen- und Außenseite mit Vorsprüngen 43 versehen ist. Diese Vorsprünge 43 greifen in entsprechende Ausneh-

in mungen auf der Stirnseite der zentrischen Scheibe 40.1 und des äußeren Ringes 40.2 der Verdichtergehäuserückwand ein. Die Herstellung eines derartigen Trennringes kann derart erfolgen, daß die aus Aluminiumdruckguß hergestellten Teile der Vcrdichter-

i) gehäuserückwand in eine Spritzform eingelegt werden, wobei ein der Dicke des Trennringes 42 entsprechend freier Spalt vorgesehen wird, der mit dem für den Trennring vorgesehenen Kunststoff ausgespritzt wird. Anstelle des Kunststoffes kann auch ein Gummimaterial

:<< Verwendung finden, dall mit den Metallteilen verklebt bzw. zwischen die Metallteile einvulkanisiert wird. Durch die Verwendung eines Trennringes 42 mit Vorsprüngen 43. welche sich rippenförmig über Abschnitte des inneren und äußeren Umfangs erstrek-

>ί ken, wird ein form- und kraftschlüssiger Haftverband gewährleistet.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

1 Patentansprüche:

1. Verdichter, insbesondere für Abgasturbolader, mit einem das Verdichterrad umschließenden Verdichtergehäuse, welches mit einer Verdichtergehäuserückwand an einem Statargehäuse für die Lagerung der Antriebswelle befestigt ist, d a d u r c h gekennzeichnet,

daß die Verdichtergehäuserückwand (20; 30; 40) in eine zentrische Scheibe (20.1; 30.1; 40.1) und zumindest einen äußeren Ring (20.2; 30.2; 3OJ; 40.2) unterteilt ist, und

daß die zentrische Scheibe (20.1; 30.1; 40.1) peripher mit zumindest einem schwingungs- und körperschalldämmenden Trennring (22; 32; 33; 42) umgeben ist, welcher die beiden angrenzenden Bauteile miteinander verbindet

2. Verdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

— daß in der VerdichtergehäuserückwanH (30) zwei oder mehrere Trennringe (32,33) angeordnet sind

3. Verdichter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,

— daß der Ort der Anbringung der zwei oder mehr Trennringe durch das Verhältnis der Zwischenmassen zur Gesamtmasse und die gewünschten Pollagen des Schwingsysiems festgelegt ist.

4. Verdichter, nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,

— daß der bzw. die Trennringe als flaches Streifenelement ausgebildet sind, welches einen kraftsc'niüssigen Haftverbund mit den angrenzenden Teilen de: VerdiJitergehäuserückwand hat

5. Verdichter, nach einem rder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,

— daß das Streifenelement mit Vorsprüngen (43) versehen ist, welche in einem form- und kraftschlüssigen Haftverbund mit den angrenzenden Teilen der Verdichtergehäuserückwand besteht.

6. Verdichter, nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,

— daß der Trennring aus einem wärmebeständigen Elastomer bzw. einem Gummimaterial besteht, welches zwischen die Teile der Verdichtergehäuserückwand eingeklebt oder einvulkanisiert ist.

7. Verdichter, nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,

— daß der Trennring aus einem Kunststoffmaterial besteht.

3. Verdichter, nach einem oder mehreren der Ansprüche I bis 7, dadurch gekennzeichnet

— daß der Trennring exzentrisch zur Achse der Antriebswelle angeordnet ist.