AT528301B1 - Turbolader für einen energiewandler - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Turbolader (1) für einen Energiewandler (2), insbesondere für eine Brennkraftmaschine oder eine Brennstoffzelle, mit zumindest einem ein Verdichterlaufrad (4) aufweisenden Verdichter (3) und zumindest einer ein Turbinenlaufrad (6) aufweisenden Turbine (5), wobei die Turbine (5) zumindest einen Turbineneinlasskanal (10) stromaufwärts des Turbinenlaufrades (6) und zumindest einen Turbinenauslasskanal (11) stromabwärts des Turbinenlaufrades (6) aufweist. Die Erfindung betrifft außerdem eine Energiewandlereinheit (100) mit zumindest einem Energiewandler (2) und einem derartigen Turbolader (1). Um die Schallabstrahlung zu vermindern, ist im Turbinenauslasskanal (11) zumindest ein Strömungsgleichrichter (12) angeordnet, welcher eine Kanalstruktur (14) mit einer Vielzahl an - in Strömungsrichtung (S) parallelen - Strömungskanälen (15) aufweist.

Description

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Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Turbolader für einen Energiewandler, insbesondere für eine Brennkraftmaschine oder eine Brennstoffzelle, mit zumindest einem ein Verdichterlaufrad aufweisenden Verdichter und zumindest einer ein Turbinenlaufrad aufweisenden Turbine, wobei die Turbine zumindest einen Turbineneinlasskanal stromaufwärts des Turbinenlaufrades und zumindest einen Turbinenauslasskanal stromabwärts des Turbinenlaufrades aufweist, wobei im Turbinenauslasskanal zumindest ein Strömungsgleichrichter angeordnet ist, welcher eine Kanalstruktur mit einer Vielzahl an — vorzugsweise in Strömungsrichtung parallelen - Strömungskanälen aufweist. Die Erfindung betrifft außerdem eine Energiewandlereinheit mit zumindest einem Energiewandler, vorzugsweise einer Brennkraftmaschine oder einer Brennstoffzelle, und zumindest einem eingangs genannten Turbolader.

[0002] Ein Energiewandler tauscht Energie zwischen einem System und der Umgebung in mindestens zwei Energieformen aus. Zum Beispiel wandelt eine Brennkraftmaschine chemische Energie durch Verbrennung eines Brennstoffes in mechanische Energie um. Eine Brennstoffzelle wandelt chemische Bindungsenergie eines kontinuierlich zugeführten Brennstoffes und eines Oxidationsmittels direkt in elektrische Energie um.

[0003] Derartige Energiewandler werden häufig mit Turboladern kombiniert, um eine bestmögliche Effizienz zu erzielen. Dabei wird besonderes Augenmerk gelegt auf den Strömungsverlauf rund um Verdichter und Turbine.

[0004] Zum einen geht es dabei um eine Erhöhung des Wirkungsgrads. Ein Beispiel dafür offenbart die US 2004/0045291 A1, die einen Abgasturbolader für eine Brennkraftmaschine mit einem Verdichter und einer Turbine zeigt. Stromaufwärts des Verdichterlaufrades in einem Verdichtereinlasskanal und stromaufwärts des Verdichterlaufrades in einem Turbineneinlasskanal ist jeweils eine Strömungslaminarisierungsvorrichtung angeordnet. Durch die Strömungslaminarisierungsvorrichtungen werden zur Leistungssteigerung des Turboladers laminare Strömungen im Bereich des Eintritts in den Verdichter und im Bereich des Eintrittes in die Turbine erzeugt.

[0005] Zum anderen hat der Strömungsverlauf rund um den Turbolader aber auch Auswirkungen auf die Schallentwicklung während des Betriebs. Die EP 2 818 683 A1 beschreibt daher einen Schalldämpfer mit einem schallabsorbierenden Rohr für einen Turbolader, wobei der Schalldämpfer stromaufwärts eines Lufteintrittspfades in den Verdichter des Turboladers angeordnet ist. Der Schalldämpfer dient dazu, um verdichterseitige Schallemissionen zu verringern.

[0006] Auch im Einlass- und Auslassbereich von Brennkraftmaschinen wird versucht, über strömungsbeeinflussende Einbauten die Schallemissionen zu reduzieren. Die DE 10 2017 206 430 A1 zeigt eine Brennkraftmaschine mit einem Einlasskanal und einem Auslasskanal, wobei im Einlasskanal und im Auslasskanal jeweils eine Vorrichtung zur Weiterleitung eines gasförmigen Stromes angeordnet ist, welche eine Mehrzahl von untereinander parallel ausgerichteten und von dem gasförmigen Volumenstrom durchströmbaren Röhren umfasst. Durch die parallel ausgerichteten Röhren wird der Gasstrom gelenkt und in eine Vielzahl voneinander unabhängigen Volumenströme aufgeteilt. Dies führt jeweils zu einem laminaren Volumenstrom.

[0007] Aus der WO 83/02302 A1 ist eine Einrichtung zur Verminderung von Schallemissionen bei Brennkraftmaschinen bekannt, wobei im Auslasskanal unmittelbar hinter dem Auslassventilsitz Einbauten angeordnet sind, durch welche entstehende Schallfrequenzen zu höheren Frequenzen verschoben werden, die leichter dissipieren. Die Einbauten bestehen im Querschnitt aus waben-, röhren-, trapez- oder siebförmigen Gittern oder aus weiteren geschwindigkeits- und druckausgleichenden Strömungsgleichrichtern.

[0008] Die GB 935 379 A offenbart eine Turbine mit einem Auslasskanal, in dem ein Strömungsgleichrichter mit einer Anzahl an parallelen Strömungskanälen angeordnet ist, welche im Wesentlichen trapezförmige Querschnitte aufweisen.

[0009] Die DE 30 24 017 A1 beschreibt eine in einem Austritt einer Abgasturbine angeordnete Vorrichtung zur Kontrolle des Verlaufes der Abgasströmung einer aufgeladenen Brennkraftma-

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schine, welche radiale Rippen aufweist, die den Austrittsquerschnitt in dreieckige bzw. tortenförmige Einzelquerschnitte unterteilen.

[0010] Aus der DE 103 37 336 A1 ist eine Abgasanlage für eine Brennkraftmaschine bekannt, bei der stromabwärts einer Abgasturbine eine Drallausrichteinrichtung mit in gleichem Drehsinn ausgerichteten Strömungsleitelementen angeordnet ist.

[0011] Allerdings können mit den bekannten Maßnahmen die vom Turbolader ausgehenden Schallemissionen nur unzureichend beeinflusst werden. Insbesondere bei schallarmen Kraftfahrzeugen mit durch Turbolader aufgeladenen Brennstoffzellen konnte das Turbinenlaufrad als störende Schallquelle identifiziert werden.

[0012] Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, die Schallabstrahlung bei einem Turbolader zu vermindern.

[0013] Die Aufgabe wird bei einem Turbolader der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Kanalstruktur eine Wabenstruktur aufweist.

[0014] Auf diese Weise kann die Schallentwicklung durch die Turbine eines Turboladers signifikant reduziert werden, insbesondere durch Abschwächung der beim Turbinenausgang entstehenden Turbulenzen. Die Erfinder konnten überraschenderweise feststellen, dass sich durch die erfindungsgemäße Maßnahme eine Schallreduzierung um bis zu 10 dB realisieren ließ.

[0015] Unter Strömungsrichtung ist hier der Verlauf einer Strömung im Turbineneinlass- bzw. -auslasskanal bei bestimmungsgemäßer Verwendung des Turboladers zu verstehen. Die Strömungsrichtung verläuft insbesondere entlang einer Längsachse des Turbineneinlass- bzw. -auslasskanals bzw. den diese darstellenden Rohren. Mit anderen Worten ist die Vielzahl an Strömungskanälen in Strömungsrichtung gesehen parallel verlaufend angeordnet. Das heißt, dass die Strömungskanäle, bzw. deren Längsachsen, parallel zueinander und/oder parallel zur Strömungsrichtung angeordnet sind.

[0016] Günstigerweise ist der Strömungsgleichrichter mit der Kanalstruktur in den Turbinenauslasskanal einschiebbar. Dies ermöglicht eine einfache Nachrüstung bzw. Austausch bei verschleiß bzw. Anpassung an die jeweiligen Anwendungsfälle.

[0017] Unter Wabenstruktur ist hier insbesondere zu verstehen, dass die einzelnen Strömungskanäle insbesondere polygonale Querschnitte haben und in engster Packung nebeneinander angeordnet sind, sodass eine bestmögliche Ausnutzung der verfügbaren Kanalfläche erfolgt.

[0018] Eine Ausführungsvariante der Erfindung sieht vor, dass die Kanalstruktur zumindest zwei benachbarte Reihen von entlang jeweils einer Reihenachse angeordneten Strömungskanälen aufweist, wobei die Reihenachsen der zumindest zwei benachbarten Reihen parallel zueinander angeordnet sind, wobei vorzugsweise zumindest zwei benachbarte parallele Reihen entlang der Reihenachsen versetzt zueinander angeordnet sind. Unter einer Reihenachse ist hier im Wesentlichen eine Gerade zu verstehen, die normal zur Strömungsrichtung orientiert ist und durch die Längsachsen der die jeweilige Reihe ausmachenden Strömungskanäle verläuft.

[0019] In einer Variante der Erfindung sind zwei benachbarte parallele Reihen in Richtung der Reihenachsen versetzt zueinander angeordnet.

[0020] Zumindest ein Strömungskanal kann gemäß der Erfindung mit einer der folgenden Querschnittsformen ausgeführt sein: polygonal; im Wesentlichen sechseckig; im Wesentlichen rechteckig; geschlossen rund; geschlossen kreisrund; elliptisch; balusterartig.

[0021] Der Begriff „m Wesentlichen“ bedeutet hier, dass aufgrund von Fertigungstoleranzen eine perfekt rechteckige bzw. perfekt rechteckige Ausführung nicht möglich ist, sondern gewisse Rundungen und Ungenauigkeiten in Kauf genommen werden müssen.

[0022] Der Begriff „balusterartig“ bezieht sich auf den Querschnitt einer bekannten Säulenform, die bauhistorisch auf die Form eines unreifen Granatapfels zurückgeht und von unten nach oben aus den Teilen Fuß, Bauch, Hals und Kopf gebildet wird. Im Wesentlichen wird damit eine Form aus einer Abfolge von schwellenden und sich verjüngenden Abschnitten bezeichnet. Mit anderen

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Worten wird unter einem balusterartigem Querschnitt ein Querschnitt verstanden, welcher im Wesentlichen die Form einer untersetzten Säule mit profiliertem Schaft aufweist.

[0023] Eine Ausführungsvariante der Erfindung sieht vor, dass zumindest ein Strömungskanal einen balusterartigen Querschnitt aufweist und ein balusterartiger Querschnitt zumindest zwei konkave Abschnitte aufweist. In einer Ausführungsvariante der Erfindung weist der balusterartiger Querschnitt weiters vier konvexe Abschnitte auf.

[0024] Eine fertigungstechnisch einfache Ausführungsvariante der Erfindung sieht vor, dass zumindest ein balusterartiger Querschnitt aus zwei antiparallel angeordneten wellenförmigen Kanalwänden gebildet ist.

[0025] Die Kanalwände weisen eine Wellenform mit Wellenbäuchen und Wellentälern auf. Wenn man die Wellenform beispielsweise als Sinussignal mit einer glatten, sich wiederholenden Wellenform interpretiert, so wird unter einer antiparallelen Anordnung zweier benachbarter wellenförmiger Kanalwände eine Anordnung verstanden, bei der die beiden beispielsweise sinuswellenförmigen Kanalwände eine Phasenverschiebung von etwa 180° aufweisen, also die Wellenbäuche einer oberen Kanalwand um 90° gegenüber den Wellenbäuchen einer benachbarten unteren Kanalwand versetzt sind. Mit anderen Worten kontaktieren die Wellenbäuche einer unteren Kanalwand die Wellentäler einer oberen Kanalwand. In einer Ausführungsform sind also zumindest zwei benachbarte wellenförmige Kanalwände phasenversetzt zueinander angeordnet, wobei zumindest ein Wellental der einen wellenförmigen Kanalwand zumindest ein Wellental der benachbarten anderen Kanalwand kontaktiert.

[0026] Günstigerweise erstreckt sich die Kanalstruktur über den gesamten Querschnitt des Turbinenauslasskanals. Auf diese Weise lässt sich eine maximale Schallreduzierung erreichen.

[0027] Eine weitere deutliche Verringerung der Schallabstrahlung lässt sich erzielen, wenn zumindest ein Strömungskanal eine Länge aufweist, die mindestens dem größten Durchmesser des Turbinenauslasskanals entspricht.

[0028] In vorteilhaften Ausführungsvarianten der Erfindung weist zumindest ein Strömungskanal einen größten Kanaldurchmesser auf, der zwischen 1/16 und 1/2 des größten Durchmessers des Turbinenauslasskanals beträgt.

[0029] Durch den Strömungsgleichrichter stromabwärts der Turbine kann der Drall der Strömung eliminiert werden und somit als Geräuschquelle ausgeschaltet werden.

[0030] Die Aufgabe der Erfindung wird demnach auch gelöst durch eine eingangs genannte Energiewandlereinheit mit zumindest einem Energiewandler, vorzugsweise einer Brennkraftmaschine oder einer Brennstoffzelle, und mit zumindest einem Turbolader der oben beschriebenen Art.

[0031] Die Erfindung wird im Folgenden anhand nicht einschränkender Ausführungsbeispiele, die in den Figuren dargestellt sind, näher erläutert. Darin zeigen schematisch

[0032] Fig. 1 eine erfindungsgemäße Energiewandlereinheit mit Turbolader,

[0033] Fig. 2 einen Turbinenauslasskanal dieses Turboladers in einer ersten Ausführungsvariante in einem Schnitt gemäß der Linie Il-Il in Fig. 1,

[0034] Fig. 3 einen Turbinenauslasskanal dieses Turboladers in einer zweiten Ausführungsvariante in einem Schnitt analog zu Fig. 2,

[0035] Fig. 4 einen Turbinenauslasskanal dieses Turboladers in einer dritten Ausführungsvariante in einem Schnitt analog zu Fig. 2,

[0036] Fig. 5 einen Strömungsgleichrichter des Turboladers in einer axonometrischen, teilweise geschnittenen Darstellung,

[0037] Fig. 6 den Strömungsgleichrichter aus Fig. 5 in einem Längsschnitt,

[0038] Fig. 7 den Strömungsgleichrichter aus den Fign. 5 und 6 in einer beispielhaften Einbaulage, und

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[0039] Fig. 8 eine Diagrammdarstellung eines Gesamtschalldruckpegels über einer Drehzahl eines Turbinenlaufrades.

[0040] Fig. 1 zeigt eine Energiewandlereinheit 100 mit einem Turbolader 1 für einen Energiewandler 2, beispielsweise eine Brennkraftmaschine oder eine Brennstoffzelle.

[0041] Ein Energiewandler 2 tauscht Energie zwischen einem System und der Umgebung in mindestens zwei Energieformen aus. Zum Beispiel wandelt eine Brennkraftmaschine chemische Energie durch Verbrennung eines Brennstoffes in mechanische Energie um, eine Brennstoffzelle wandelt chemische Reaktionsenergie eines kontinuierlich zugeführten Brennstoffes und eines Oxidationsmittels direkt in elektrische Energie um.

[0042] Ein Turbolader 1 ist ein Nebenaggregat einer Brennkraftmaschine oder einer Brennstoffzelle zur Verdichtung von zugeführter Luft, wobei ein Teil der Energie der aus der Brennkraftmaschine oder der Brennstoffzelle austretenden Abgase zur Verdichtung genutzt wird.

[0043] Somit kann der erfindungsgemäße Turbolader 1 für beispielsweise durch eine Brennkraftmaschine oder eine Brennstoffzelle gebildete Energiewandler 2 eingesetzt werden, wobei eine Anwendung auch bei anderen Energiewandlern 2 möglich ist.

[0044] Der Turbolader 1 weist einen Verdichter 3 mit einem Verdichterlaufrad 4 und eine Turbine 5 mit einem Turbinenlaufrad 6 auf, wobei Verdichterlaufrad 4 und Turbinenlaufrad 6 über eine Welle 7 verbunden sind. Der Verdichter 3 weist einen Verdichtereinlasskanal 8 und einen mit dem Energiewandler 2 verbundenen Verdichterauslasskanal 9 auf. Die Turbine 5 weist einen mit dem Energiewandler 2 verbundenen Turbineneinlasskanal 10 und einen Turbinenauslasskanal 11 auf. Über die Kanäle 8, 9, 10, 11 werden für den Betrieb des Energiewandlers 2 benötigte gasförmige Medien, beispielsweise Luft, und beim Betrieb des Energiewandlers 2 entstehende Abgase transportiert. Die Strömungsrichtung in den Kanälen 8, 9 10, 11 ist mit den Pfeilen S angedeutet.

[0045] Im Turbinenauslasskanal 11 ist unmittelbar nach dem Austritt aus der Turbine 5 - also stromabwärts des Turbinenlaufrads 6 - ein Strömungsgleichrichter 12 angeordnet.

[0046] Wie in den Fign. 2 bis 6 dargestellt ist, umfasst der Strömungsgleichrichter 12 eine Kanalstruktur 14, die eine Vielzahl von Strömungskanälen 15 aufweist. Vorzugsweise sind die Strömungskanäle 15 in Strömungsrichtung S parallel ausgeführt. Das heißt einerseits, dass die Strömungskanäle 15 parallel zur Strömungsrichtung S an dem Ort, an dem der Strömungsgleichrichter 12 bei bestimmungsgemäßer Verwendung angeordnet ist, orientiert sind, ihre Längsachsen also im Wesentlichen parallel zur Strömungsrichtung S verlaufen.

[0047] Andererseits sind die Strömungskanäle 15 in Strömungsrichtung gesehen parallel, die Längsachsen der Strömungskanäle 15 verlaufen also im Wesentlichen parallel.

[0048] In allen in den Fig. 2 bis 4 dargestellten Ausführungsvarianten, die Schnittansichten normal zur Strömungsrichtung S zeigen, weist die Kanalstruktur 14 mehrere Reihen 16 von entlang jeweils einer Reihenachse 16a angeordneten benachbarten Strömungskanälen 15 auf, wobei die Reihenachsen 16a der benachbarten Reihen 16 parallel zueinander angeordnet sind. Zumindest zwei benachbarte parallele Reihen 16 sind entlang der Reihenachsen 16a versetzt zueinander angeordnet. Die Reihenachsen 16a verlaufen dabei normal zur Strömungsrichtung S an dem Ort, an dem der Strömungsgleichrichter 12 bei bestimmungsgemäßer Verwendung angeordnet ist, sowie durch die Längsachsen der jeweiligen Strömungskanäle 15, die die jeweilige Reihe 16 bilden.

[0049] Die Kanalstruktur 14 im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 weist - im Querschnitt betrachtet — im Wesentlichen das Muster einer Wabenstruktur 17 auf. Eine Wabe ist eine Zelle dieses Musters aus flächig angeordneten Hohlräumen, insbesondere mit polygonalem Querschnitt, welche durch die Strömungskanäle 15 gebildet werden. Fig. 2 zeigt eine solche erste Ausführungsvariante der Erfindung, bei der die Kanalstruktur 14 eine Wabenstruktur aufweist.

[0050] Die Strömungskanäle 15 können dabei einen kreisrunden, elliptischen, sechseckigen oder anders polygonalen Querschnitt aufweisen.

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[0051] Von allen möglichen lückenlos anreihbaren Zellformen weisen sechseckige Zellformen das beste Verhältnis von eingesetztem Wandmaterial zu Volumen auf, sie stellen diesbezüglich also eine optimale Form — insbesondere für technische Konstruktionen - dar, um beispielsweise Leichtbau-Konstruktionen zu stabilisieren.

[0052] In Fig. 3 ist eine zweite Ausführungsvariante mit im Querschnitt rechteckigen Strömungskanälen 15 dargestellt.

[0053] Fig. 4 zeigt eine dritte Ausführung der Erfindung, bei der jeder Strömungskanal 15 einen im Wesentlichen balusterartigen Querschnitt aufweist. Unter einem balusterartigen Querschnitt wird hier ein Querschnitt verstanden, welcher im Wesentlichen die Form einer untersetzten Säule mit profiliertem Schaft aufweist.

[0054] Die balusterartigen Querschnitte werden jeweils durch zwei benachbarte, antiparallel angeordnete wellenförmige Kanalwände 18, 19 gebildet. Antiparallel bedeutet hier, dass die Wellenberge 18a, 19a bzw. Wellentäler 18b, 19b zweier benachbarten Kanalwände 18, 19 phasenversetzt sind, wodurch jeweils ein Wellental 18b, einer — in Fig. 4 beispielsweise oberen - Kanalwand 18 auf einem Wellenberg 19a einer benachbarten - in Fig. 4 beispielsweise unteren - Kanalwand 19 zu liegen kommt. Dadurch entsteht die balusterartige Querschnittsform mit zwei konkaven Abschnitten a und vier konvexen Abschnitten b. Im Detail weist der Querschnitt jedes Strömungskanals 15 im Bereich eines Wellenberges 18a, 19a und eines diametral gegenüberliegenden Wellenberges 18b, 19b jeweils einen konkaven Abschnitt a und an jeder Seite jeweils zwei konvexe Abschnitte b auf.

[0055] Die Kanalstruktur 14 erstreckt sich günstigerweise über den gesamten Querschnitt des Turbinenauslasskanals 11.

[0056] Wie den Fig. 5 und 6 zu entnehmen ist, weist der Strömungsgleichrichter 12 ein Gehäuse 13 zur Aufnahme bzw. Ausbildung der Kanalstruktur 14 mit einer Vielzahl an — in Strömungsrichtung S parallelen - Strömungskanälen 15 auf. Auch hier ist zu erkennen, dass sich die Kanalstruktur 14 günstigerweise über den gesamten Querschnitt des Turbinenauslasskanals 11 erstreckt. Das Gehäuse 13 samt Kanalstruktur 14 kann in den Turbinenauslasskanal 11 eingeschoben werden. Der Strömungsgleichrichter 12 mit der Kanalstruktur ist also in den Turbinenauslasskanal 11 einschiebbar ausgeführt.

[0057] Das hülsenartige Gehäuse 13 weist am Außenmantel 13a im Bereich jeder Stirnseite 12a, 12b des Strömungsgleichrichters 12 eine beispielsweise konische Verdickung 18 auf, welche bei der Montage an der Innenwand des Turbinenauslasskanals 11 spielfrei anliegt und mit diesem eine Klemmverbindung eingeht. Gegebenenfalls kann an den Verdickungen 18 ein Dichtelement (in den Figuren nicht dargestellt), beispielsweise ein O-Ring, angeordnet sein, um eine Abdichtung zur Kanalwand des Turbinenauslasskanals 11 sicherzustellen.

[0058] Fig. 7 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem der Strömungsgleichrichter 12 über Schläuche 20, 21 mit dem Turbinenauslasskanal 11 und nachfolgenden Leitungsverläufen verbunden ist. Der Strömungsgleichrichter 12 ist über einen ersten Schlauch 20 mit dem Turbinenauslasskanal 11 verbunden und liegt auf Stoß an der Öffnung 11a des Turbinenauslasskanals 11 an. Der erste Schlauch 20 wird dabei über den Turbinenauslasskanal 11 geschoben und dann wird der Strömungsgleichrichter 12 in den ersten Schlauch 20 geschoben, bis er an der Öffnung 11a des Turbinenauslasskanals 11 ansteht. Die turbinenseitige Verdickung 18 am Strömungsgleichrichter 12 unterstützt mit Klemmwirkung und dichtend. Die Befestigung des ersten Schlauchs 20 am Turbinenauslasskanal 11 und am Strömungsgleichrichter 12 kann in bekannter Weise mit Schlauchklemmen 22 erfolgen. Ein zweiter Schlauch 21 wird dann einerseits am turbinenabgewandten Ende des Strömungsgleichrichters 12, andererseits auf eine weiterführende Rohrleitung 23 aufgeschoben und ebenfalls mit Schlauchklemmen 22 fixiert. Auch hier ist die Verdickung 18 von Vorteil für eine verbesserte Klemmwirkung und Abdichtung. Das in Fig. 7 beschriebene Ausführungsbeispiel mit Einbindung des Strömungsgleichrichters 12 mittels Schläuchen 20, 21 lässt sich besonders einfach einbauen, insbesondere auch in bestehende Systeme.

[0059] Hier ist erkennbar, dass es grundsätzlich von Vorteil ist, wenn der Querschnitt des Turbi-

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nenauslasskanals 11 dem Querschnitt des Strömungsgleichrichters 12 entspricht. Dadurch wird ein bestmöglicher Strömungsverlauf ermöglicht, da keine Kanten oder Übergange entstehen. Im Beispiel gemäß Fig. 7 ist der Strömungsgleichrichter 12 so ausgeführt, dass die Kanalstruktur 14 mit der Öffnung 11a des Turbinenauslasskanals 11 fluchtet.

[0060] In dem Strömungsgleichrichter 12 sind alle Strömungskanäle 15 in den gezeigten Ausführungsbeispielen im Wesentlichen gleich lang ausgebildet und weisen eine Länge L auf, die zumindest dem größten Durchmesser D (siehe Fig. 1) des Turbinenauslasskanals 11 entspricht. Die Strömungskanäle 15 weisen jeweils einen maximalen Kanaldurchmesser d auf, der zwischen 1/16 und 1/2 des größten Durchmessers D des Turbinenauslasskanals 11 beträgt.

[0061] In Fig. 8 ist der Gesamtschalldruckpegel Lp über der Drehzahl n des Turbinenlaufrades 6 aufgetragen, wobei die Kurve Lp1 die Situation ohne Strömungsgleichrichter 12 und die Kurve Lp2 den Gesamtschalldruckpegel Lp mit in den Turbinenauslasskanal 11 eingebautem Strömungsgleichrichter 12 zeigt. Deutlich ist die Verminderung des Gesamtschalldruckpegels Lp durch den Strömungsgleichrichter 12 zu erkennen.

[0062] Durch den Strömungsgleichrichter 12 werden drallbehaftete Strömungen und Turbulenzen, die in der Turbine 5 entstehen, zumindest wesentlich reduziert oder eliminiert und somit eine wesentliche Schallquelle beseitigt. Der Strömungsgleichrichter 12 ist besonders bei kleinen Bauräumen von Vorteil, bei denen die Strömung unmittelbar nach dem Turbinenausgang umgelenkt wird, was höhere Geräuschemissionen verursachen kann.

[0063] Die Erfindung eignet sich im Prinzip für alle Turbolader 1, ist aber besonders vorteilhaft beim Einsatz in elektrisch unterstützten und/oder luftgelagerten Turboladern 1.

Claims (13)

A ‚hes AT 528 301 B1 2025-12-15 Ss N Patentansprüche

1. Turbolader (1) für einen Energiewandler (2), insbesondere für eine Brennkraftmaschine oder eine Brennstoffzelle, mit zumindest einem ein Verdichterlaufrad (4) aufweisenden Verdichter (3) und zumindest einer ein Turbinenlaufrad (6) aufweisenden Turbine (5), wobei die Turbine (5) zumindest einen Turbineneinlasskanal (10) stromaufwärts des Turbinenlaufrades (6) und zumindest einen Turbinenauslasskanal (11) stromabwärts des Turbinenlaufrades (6) aufweist, wobei im Turbinenauslasskanal (11) zumindest ein Strömungsgleichrichter (12) angeordnet ist, welcher eine Kanalstruktur (14) mit einer Vielzahl an — vorzugsweise in Strömungsrichtung ($) parallelen - Strömungskanälen (15) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanalstruktur (14) eine Wabenstruktur (17) aufweist.

2. Turbolader (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungsgleichrichter (12) mit der Kanalstruktur (14) in den Turbinenauslasskanal (11) einschiebbar ist.

3. Turbolader (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanalstruktur (14) zumindest zwei benachbarte Reihen (16) von entlang jeweils einer Reihenachse (16a) angeordneten Strömungskanälen (15) aufweist, wobei die Reihenachsen (16a) der zumindest zwei benachbarten Reihen (16) parallel zueinander angeordnet sind.

4. Turbolader (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei benachbarte parallele Reihen (16) in Richtung der Reihenachsen (16a) versetzt zueinander angeordnet sind.

5. Turbolader (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Strömungskanal (15) mit einer der folgenden Querschnittsformen ausgeführt ist: polygonal; im Wesentlichen sechseckig; im Wesentlichen rechteckig; geschlossen rund—-; geschlossen kreisrund; elliptisch; balusterartig.

6. Turbolader (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Strömungskanal (15) einen balusterartigen Querschnitt aufweist und ein balusterartiger Querschnitt zumindest zwei konkave Abschnitte (a) aufweist.

7. Turbolader (1) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein balusterartiger Querschnitt zumindest vier konvexe Abschnitte (b) aufweist.

8. Turbolader (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein balusterartiger Querschnitt aus zwei antiparallel angeordneten wellenförmigen Kanalwänden (18, 19) gebildet ist.

9. Turbolader (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei benachbarte wellenförmige Kanalwände (18, 19) phasenversetzt zueinander angeordnet sind, wobei zumindest ein Wellental (18b) der einen wellenförmigen Kanalwand (18) zumindest ein Wellental (19a) der benachbarten anderen Kanalwand (19) kontaktiert.

10. Turbolader (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanalstruktur (14) sich über den gesamten Querschnitt des Turbinenauslasskanals (11) erstreckt.

11. Turbolader (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Strömungskanal (15) eine Länge (L) aufweist, die mindestens dem größten Durchmesser (D) des Turbinenauslasskanals (11) entspricht.

12. Turbolader (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Strömungskanal (15) einen maximalen Kanaldurchmesser (d) aufweist, der zwischen 1/16 und 1/2 des größten Durchmessers (D) des Turbinenauslasskanals (11) beträgt.

13. Energiewandlereinheit (100) mit zumindest einem Energiewandler (2), vorzugsweise einer Brennkraftmaschine oder einer Brennstoffzelle, und mit zumindest einem Turbolader (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen