CH416920A - Gebläse-Aggregat, insbesondere für Abgasturboaufladung für Brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

  Gebläse-Aggregat,     insbesondere    für     Abgasturboaufladung    für     Brennkraftmasohinen       Mit der Tendenz nach immer höherer     Aufledung     von Dieselmotoren tritt die Notwendigkeit der Rück  kühlung der verdichteten Ladeluft immer mehr in  den Vordergrund. Bisher hat man diese Aufgabe  in der Regel so gelöst, dass dem Turbolader ein  Luftkühler von meist prismatischer     Form    nachge  schaltet wurde, in welchem die Ladeluft wieder ge  kühlt wurde.

   Dabei ergibt sich für den Konstrukteur  die Schwierigkeit, in dem meist engen Raum zwi  schen Gebläse und     Luftverteilleitung    den     Kühler    von  oft beträchtlichen Ausmassen und die     übergangs-          stutzen    zwischen Gebläse und Kühler bzw. Kühler  und     Luftverteilleitung    unterzubringen. Dieses Pro  blem wird noch dadurch erschwert,     dass    die Luft  leitung strömungsmässig so     ausgebildet    werden sollte,       dass    Wirbelverluste möglichst vermieden werden.  



  Eine weitere Erschwerung der Aufgabe ist da  durch gegeben, dass bei den     Turboladern    der her  kömmlichen Bauart der Luftaustritt aus einer Spi  rale erfolgt, wodurch eine     bestimmte    Lage und Rich  tung     für    die     Anschlussteile    schon     zwangläufig    vor  geschrieben ist.

   Abgesehen von der Raumfrage und  den Schwierigkeiten, die sich in strömungstechni  scher Hinsicht bei den bekannten Kombinationen  von Gebläsen mit Kühlern bei Abgasturboladern  ergeben,     birgt    auch die Verbindung der Austritts  spirale des Gebläses mit dem Kühler Schwierigkeiten  in sich,     @da    beider     bekannten    Bauart dieser Maschi  nengruppe die beiden Teile getrennt voneinander     am     Motorgehäuse fixiert     werden    müssen.  



  Die Erfindung     behebt    diese Mängel und schafft  erstmals ein kompaktes und gedrungenes Aggregat,  bei dem beste Raumausnützung mit günstigen Strö  mungsverhältnissen für die verdichtete Luft beim       t7bergang    vom     Gebläselaufrad    in den Kühler ge  währleistet ist. Weiterhin sind Gebläse und Kühler    an     Flanschflächen    miteinander verbunden, deren Aus  dehnung und Lage eine absolut sichere     Verbindung     der beiden Teile des Aggregates gewährleistet, das  als Ganzes an .die     Brennkraftmaschine    angebaut  wird.  



  Die Erfindung, die von einem Gebläse mit ra  dialem Laufrad     und    einem nachgeschalteten Flüs  sigkeitskühler ausgeht, besteht nun -darin, dass der  Kühler als :im wesentlichen scheibenförmiger     Ring-          kühler        ausgebildet        ist,        der        paralleif    zur     Laufradebene     des Gebläses am     .Gebläsegehäuse    angeordnet ist und  dessen Achse mit der Achse der Welle des Gebläses  fluchtet.

   Bei dieser Ausbildung liegen das bei einem  radialen Laufrad ebenfalls scheibenförmige Gebläse  und der     Ringkühler    flach     nebeneinander.    Ihre Ver  bindung kann     ;im    Bereich ihres Aussenumfanges er  folgen, wobei durch entsprechende Ausbildung des  Austrittsraumes für die das Laufrad verlassende ver  dichtete Luft die Wirkung der bisher üblichen Aus  trittsspirale .mit einer strömungsgünstigen Ausgestal  tung der Überleitung der Luft .in den Ringkühler  verbunden werden kann.  



  Nach einer bevorzugten Ausbildungsform besteht  der Ringkühler aus zwei parallelen     Kreisringplatten,     in welchen     Wärmetauscherelemente,    wie z. B. Kühl  rohre, unter     Bildung    von zur     ,Gebläsewelle        parallelen          Kühlmittelkanälen    befestigt sind und die an ihren  Aussenseiten ringförmige     Deckel    tragen, die mit den  Ringplatten     Verteilkanäle    für     das        Kühlmittel    bilden  und die Anschlüsse für die     Kühlmittel-zu-    und -ab  führung tragen.

   Als     Wärmetauscherelemente    emp  fehlen sich in erster Linie Rohre, die in entspre  chende Öffnungen der Platten eingewalzt sind. In  einfacher Weise ist damit eine verhältnismässig grosse  Kühlfläche auf kleinstem Raum unterzubringen.  Durch die an der Aussenseite .der Platten des Rin-           kühlers    gebildeten     Kanäle        wird    die     Verteilung    des  Kühlmittels über den     Umfang    des     Ringkühlers    si  chergestellt.  



  Dabei ist es     vorteilhaft,    wenn in     weiterer    Ausge  staltung der Erfindung die     Verteilkanäle    in den     Ge-          bläsedeckeln    durch radiale, bis an die Platten des  Ringkühlers reichende Rippen in     Umfangsrichtung          unterteilt    sind und die Rippen in den einander ge  genüberliegenden Deckeln gegeneinander versetzt an  geordnet sind.

   Daraus ergibt sich eine     zickzackför-          mige    Strömung des Kühlmittels     innerhalb    des     Rin-          kühlers    und damit die denkbar günstigste     Ausnüt-          zung    der     Wirkung    des     Kühlmittels.     



  Das     Gebläsegehäuse    kann an seinem Aussenum  fang einen     umlaufenden        Aulsrczittsspalt    für die ver  dichtete Luft aufweisen, die den Kühler in der Rich  tung zu ,dessen Achse     radial    durchströmt. Durch die  sich dabei ergebende Verteilung der Kühlluft über  den Umfang .des     Gebläsegehäuses    und damit des  Ringkühlers bilden sich im     wesentlichen        zentrisch     symmetrische     Strömungsverhältnisse    innerhalb des  Kühlers aus, was sich auf dessen Leistung besonders  günstig auswirkt.

   Das Optimum     dieser        Wirkung    wird  erzielt, wenn die Ableitung der verdichteten     und.    ge  kühlten Luft ,durch einen Austrittsstutzen erfolgt, der  koaxial     zum    Ringkühler     angeordnet    ist.  



  Der in diesem Fall auftretenden Vergrösserung  der Breite des Aggregates kann, sofern dies durch  besonders beengte Platzverhältnisse notwendig ist,  durch eine     Ausgestaltung    :der     Erfindung        begegnet     werden, bei der ein     sektorförmiger        Teil    des Wärme  tauschers für den radialen Austritt der gekühlten  Luft aus dem Aggregat dient.  



  Eine besonders einfache und im Sinne einer  weiteren Verringerung .der Breite des Aggregates  wirkende Ausbildung ergibt sich schliesslich, wenn  das     Gebläsegehäuse    an seinem Aussenumfang einen  um die Achse des     Ringkühlers    zylindrisch vorge  zogenen Rand aufweist, der den     Ringkühler    an sei  nem Aussenumfang umgreift und     als    Umlenkung für  die     verdichtete    Luft in die Richtung zur Achse des       Ringkühlers        :dient.     



  In weiterer     Ausgestaltung    der Erfindung     kann     die radiale     Durchströmung    des Ringkühlers noch  dadurch     b.eeinflusst    werden,     .dass    die Wärmetauscher  elemente des Ringkühlers durch     zur    Kühlerachse       radial        liegende        Leitwände    für die     verdichtete    Luft  in     ringsektorförmige    Sektionen     unterteilt        sind.     



  Eine     zusätzliche    Verhinderung des Raumbedar  fes für das     -Gebläse-Kühleraggregat    ergibt sich, wenn  die vorzugsweise     als    umlaufender Ringspalt .ausge  bildete     Gebläseeintrittsöffnung    auf der der Abgas  turbine zugekehrten Seite des     Aggregates    gelegen  und durch einen     ringförmigen    Filter abgedeckt ist.  



       Weitere        Vorteile    der Erfindung sind in der fol  genden Beschreibung von in den Zeichnungen sche  matisch     dargestellten        Ausführungsbeispielen    erörtert.       Fig.    1 zeigt den Umriss eines     Aggregates    nach der       Erfindung    im Aufriss,     Fig.    2 den zugehörigen     Umriss     bei ,der Ansicht in     der    Richtung .des     Pfeiles    A der         Fig.    1;

       in    den beiden     Darstellungen    sind strichpunk  tiert die     Umrisse        eines;        Abgasturboladers,        mit    nachge  schaltetem Kühler in der bisher üblichen     Ausbildung          angegeben.        Fig.    3 zeigt einen Querschnitt durch ein  erstes     Ausführungsbeispiel    eines Aggregates nach  der     Erfindung,        Fig.    4 einen Querschnitt durch ein       anderes        AuMhrungsbeispie1,

          welcheis    im übrigen  den     Fig.    1 und 2 zugrunde liegt.     Fig.    5     zeigt    einen  Schnitt nach der Linie     V-V    der     Fig.    4 und     Fig.    6  die Abwicklung des     äusseren    Teiles des entsprechend  der .Linie     VI-VI    .in     Fig.    5 geschnittenen     Ringkühlers.     In sämtlichen Zeichnungen sind die gleichen Teile  mit gleichen Bezugsziffern versehen.  



  In den     Fig.    1 und 2 ist mit 1 ,das Aggregat nach  der     Erfindung    bezeichnet, das mittels der Winkel  bleche 2 und 3 am Motorgehäuse     befestigbar    ist.  An dem Aggregat ist     die    Abgasturbine 4 ange  flanscht, in die die Abgase der     Brennkraftmaschina     bei 5 ein- und bei 6 wieder austreten.

   Die     verdichtete     Luft     verl'ässt    das Aggregat durch eine seitliche     öff-          nung    7, an die .die     Luftverteilleitungen    der     Brenn-          kraftmaschine        anzuschliessen    sind.

   Beim Vergleich  des dargestellten Aggregates nach der Erfindung  mit dem     strichpunktiert    wiedergegebenen Turbolader  bisher üblicher Bauart ist ersichtlich, dass bei der  bisherigen Ausbildung durch den an die Austritts  spirale 8 angeflanschten Kühler 9 ein sperriges Ge  bilde entsteht, -das zufolge des abstehenden Kühlers  nur unter besonders günstigen Umständen am Motor  gehäuse     derart    untergebracht werden kann, dass die  entsprechend dem Pfeil 10 .austretende     .Luft        strö-          mungsgünstig    in die nicht dargestellte     Luftverteil-          leitung    übertreten kann.

   Demgegenüber ist das Aggre  gat nach der Erfindung durch seine gedrungene  Form, die sich weitgehend den durch die Abgas  turbine     vorgegebenen    räumlichen Verhältnissen an  passt, leicht am Motorgehäuse unterzubringen. Das  Aggregat nach der Erfindung rückt gegenüber der  bisher üblichen Ausführung um das Mass a an den       Anschlussflansch        der        Luftverteilleitung    der     Brenn-          kraftmaschine    heran.     Schliesslich    ist durch die Ver  grösserung der axialen Erstreckung des Abgasturbo  gebläses um das Ausmass b das Aggregat nach der  Erfindung besser den durch Zylinderkopf, Steuerung  usw.

   gegebenen     Verhältnissen    angepasst als die zum  Vergleich herangezogene bekannte Ausbildung.  



  Das Aggregat 1 besteht im wesentlichen aus .dem       Gebläse    11     mit    dem den     Ansaugkrümmer    12     ent-          haltenden        stirnseitigen    Deckel 13, der an     seinem          Aussenumfang    die Eintrittsöffnung 14 für     .die    Lade  luft aufweist. Das radiale Laufrad 15 sitzt auf der  für Turbine und Gebläse gemeinsamen Welle 16.

    Das     Gehäuse    des Gebläses weist einen     ringförmigen     Raum 17 auf, der als     Diffusor    .ausgebildet ist und  der in seinem äusseren Bereich die     Umlenkung    der  verdichteten Luft in .den     benachbarten    Ringkühler       bewerkstelligt.     



  Beiden bisher gebräuchlichen Ausbildungen von       Abgasturboladern,    wie sie zum Vergleich in den       Fig.    1 und 2     strichpunktiert    angedeutet sind, tritt      die Luft an der der Turbine abgekehrten Stirnseite  des Gebläses in axialer Richtung ein.     Im    Gegensatz       hiezu    strömt bei den Ausführungsbeispielen der Er  findung die Ladeluft durch den Ansaugkrümmer 12  bzw.

   durch das Luftfilter 32 ein, wodurch sich ein  wenigstens teilweiser Ausgleich der     Axialschübe    von  Turbine- und     Gebläselaufrad    auf der Welle 16 er  reichen lässt, wenn, wie in     Fig.    2 ersichtlich, die  Verbrennungsgase die Turbine bei 6, also neben  dem Gebläse, verlassen.  



  Der Ringkühler besteht aus zwei ringförmigen  Platten 18, 19, in welche in üblicher Weise die  Kühlrohre 20 eingewalzt, eingelötet oder einge  schweisst sind. Die     Aussenseiten    der Platten 18, 19  sind durch Deckel abgeschlossen, die je mit der  benachbarten Platte kreisförmige Kanäle für die Ver  teilung und Führung des Kühlwassers bilden.  



  Bei der in     Fig.    3 ,dargestellten Ausbildung trägt  der     aussenliegende    .Deckel 21 eine umlaufende Rippe  21', durch die die beiden Ringkanäle 22 und 23  voneinander     getrennt    sind. Der Ringkanal 22 dient  der Verteilung des durch den     Anschlussstutzen    24  zuströmenden Kühlmittels über den Umfang des  Ringkühlers, wogegen d er Ringkanal 23 die Aufgabe  hat, das erwärmte Kühlwasser zu     sammeln,    das  durch den Stutzen 25 den Kühler verlässt.

   Durch  den auf der gegenüberliegenden Seite des Ringküh  lers angeordneten Deckel 26 wird ein weiterer Ring  kanal 27 gebildet, der der Umlenkung des Kühl  mittels auf dessen Weg durch die     Kühlrohre    vom  Ringkanal 22 zum     Ringkanal    23 entsprechend dem  durch die Pfeile 28     dargestellten    Strömungsverlauf  sowie einer     Vergleichmässigung    der     Kühlwasserströ-          mung    über den Umfang des Ringkühlers dient.

   Der  Ringkühler sitzt innerhalb des Gehäuses des Ge  bläses 11, das     hiezu    an seinem Aussenumfang einen  koaxial zum Ringkühler zylindrisch vorgezogenen  Rand 34 aufweist, dessen Innenseite entsprechend  den Erfordernissen für     eine    strömungsgünstige Um  lenkung der aus dem Ringraum 17 austretenden  verdichteten Luft ausgestaltet ist. Wie durch die  Pfeile 29, 30 und 31 veranschaulicht ist, tritt die  Luft durch den ringförmigen Luftfilter 32 in den       Gebläsedeckel    13 ein und durchströmt nach dem  Passieren des     Gebläselaufrades    15 den Ringkühler  in radialer Richtung, worauf sie das Aggregat durch  den Krümmer 33 verlässt.  



  Die zweite in den     Fig.    4 bis 6 .dargestellte Aus  führungsvariante nach der     Erfindung    stellt gegen  über der vorstehend beschriebenen     insofern    noch  eine     Verbeisserung    dar, als durch die mit Bezug auf  die Achse des Ringkühlers radiale Ableitung der ge  kühlten Luft eine Verminderung der axialen Er  streckung des Aggregates erreicht wird. Bei dieser  Ausführung besitzt der Ringkühler ein schalenför  miges Gehäuse 35, in dessen Boden die Eintritts  öffnung 36 und die Austrittsöffnung 37 für das  Kühlwasser liegen, die durch den Ringkanal 38  miteinander in Verbindung stehen. Zur     Entlastung     des Gehäuses vom Innendruck sind Stehbolzen 51    vorgesehen.

   Der Ringkanal 38 wird innen durch die  Ringplatte 18 des Ringkühlers begrenzt und - im  Gegensatz zu der oben beschriebenen Ausführungs  form - ebenso wie der .durch den inneren Deckel 40  gebildete U-förmige Kanal 41 durch radiale Rippen  39 bzw. 42     unterteilt    ist, die sich bis an die ring  förmigen Platten 18 bzw. 19 des Kühlers erstrecken.

    Die Rippen 39 und 42 in ;den     Kanälen    38 und 41  sind, wie aus     Fig.    6 ersichtlich, derart     gegeneinander     versetzt, dass das Kühlwasser den Kühler auf dem  Weg von der Eintrittsöffnung 36 zur Austrittsöff  nung 37, wie durch die in     Fig.    6 eingetragenen       Pfeile        veranschaulicht,    nach     einer        Mäanderünie     durchsetzt.  



  Der Verlauf der Luftströmung innerhalb des  Aggregates ist durch     die    Pfeile 43, 44 und 45 ver  anschaulicht. Da mit Rücksicht sauf den radialen  Austritt der Luft durch     den    Stutzen 47     des        Kühler-          gehäuses,    der im Inneren des Kühlers durch den  Kragen 46 fortgesetzt ist, der     Rückkühler    eine ra  diale     Aussparung    für :

  den Durchtritt der austreten  den Luft aufweist, hat bei dieser     Ausführung    der       Ringraum    17     zugleich    auch     die    Aufgabe eines Aus  gleichsraumes zu     .erfüllen,    durch den Stauungen der  Luft beim Abströmen aus dem Gebläse vermieden  werden. Der Austrittskanal für die Luft wird seitlich  gegen .die Kühlrohre     durch        ,Leitbleche    48, 49 ab  geschirmt.

   Zur Lenkung der Luft innerhalb des       Ringkühlers    sind     schliesslich    noch radiale Leitwände  50     zwischen    den     Ringplatten    18 und 19 vorgesehen,  durch die der Durchgang ,der Luft im Bereich der       Stegflächen    der Rippen 39 und 42, vermieden ist.  



  Im Rahmen der Erfindung sind zahlreiche Ab  änderungen der gezeigten     ,konstruktiven        Mittel    mög  lich. So kann der Kühler aus einzelnen vorzugsweise  die Form von Kreisausschnitten aufweisenden Ele  menten zusammengesetzt sein, statt     ihn    als ring  förmig geschlossenes einheitliches Element auszubil  den.

   Weiterhin ist eine Abwandlung des in     Fig.    4  bis 6 gezeigten Beispiels dadurch möglich, dass meh  rere Austrittsstutzen am Umfang des Kühlergehäuses  angeordnet sind;     die    sich in diesem Falle ergebende  mehrfache Unterbrechung     .des    Wärmetauschers durch  die radialen Aussparungen für den     Luftaustritt    muss  hier durch entsprechende Verlängerung der Kühl  rohre oder allenfalls durch eine Vergrösserung des       Kühldurchmesisere        ausgeglichen    werden.

   Bei der  Ausbildung des Ringkühlers mit radialem Austritt  der Luft lässt sich     .durch    entsprechendes Verdrehen  des Kühlergehäuses an der Befestigung des Aggrega  tes die Lage der Austrittsöffnungen des Kühlerge  häuses den Anbauverhältnissen weitgehend     anpassen.  

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH Gebläse-Aggregat, insbesondere für Abgasturbo aufladung für Brennkraftmaschinen, mit radialem Gebläselaufrad und nachgeschaltetem Flüssigkeits kühler, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühler -als im wesentlichen scheibenförmiger Ringkühler ausge bildet äst, der parallel zur Laufradebene des Gebläses (11) am Gebläsegehäuse angeordnet ist und dessen Achse mit der Achse der Welle (16) des Gebläses fluchtet. UNTERANSPRüCHE 1.

   Aggregat nach Patentanspruch, dadurch ge kennzeichnet, dass der Ringkühler aus zwei parallelen kreisringförmigen Platten (18, 19) besteht, in wel chen Wärmetauscherelemente (20), wie z. B.

   Kühl rohre, unter Bildung von zur Gebläsewelle (16) par allelen Kühlmittelkanälen befestigt sind und die an ihren Aussenseiten ringförmige Deckel tragen, die mit den Ringplatten Verteilkanäle @(22, 23; 38, 41) für das Kühlmittel bilden und die Anschlüsse für die Kühlmittelzu- (24, 36) ,und -abführung (25, 37) tragen. 2.

   Aggregat nach Unteranspruch 1, dadurch ge- kennzeichnet, dass die Verteilkanäle (38, 41) in den Gebläsedeckein (35, 40) durch radiale, bis an die Platten (18, 19) des Ringkühlers reichende Rippen (39, 42) in Umfangsrichtung unterteilt sind und die Rippen in den einander gegenüberliegenden Deckeln (35, 40) gegeneinander versetzt angeordnet sind (Fig. 4-6). 3.

   Aggregat nach Patentanspruch oder einem der Unteransprüche 1 und 2, dadurch gekennzeich net, dass das Gebläsegehäuse .an seinem Aussenum fang eine umlaufende Austrittsöffnung für die ver dichtete, in den Ringkühler ianschliessend in Richtung zu dessen Achse einströmende Luft aufweist. 4.

   Aggregat nach Unteranspruch 3, dadurch ge kennzeichnet, dass ,an der freien Stirnseite des Ring kühlers ein Austrittsstutzen (33) für die gekühlte Luft angeordnet ist, der koaxial zum Ringkühler liegt (Fig. 3). 5. Aggregat nach Unteranspruch 3, dadurch ge kennzeichnet, dass ein sektorförmiger Teil des Wärmetauschers für den radialen Austritt der ge kühlten Luft paus dem Aggregat dient (Fig. 4-6).

   6. Aggregat nach Patentanspruch oder einem der Unteransprüche 1 und 2, dadurch gekennzeich net, dass das Gebläsegehäuse an seinem Aussenum fang einen um die Achse des Ringkühlers zylindrisch vorgezogenen Rand (34) aufweist, der den Ring- kühler an seinem Aussenumfang umgreift und als Umlenkung für die verdichtete Luft in die Richtung zur Achse des Ringkühlers dient (Fig. 3).

   7. Aggregat nach PatentaWruch oder einem der Unteransprüche 1 und 2, dadurch gekennzeich net, dass die Wärmetauscherelemente (20) des Ring- kühlers durch zur Kühlerachse radial liegende Leit- wände (50) für die verdichtete ,Luft in ringsektorför- mige Sektionen unterteilt sind (Fig. 4-6). B.

   Aggregat nach Patentanspruch oder einem der Unteransprüche 1 und 2, dadurch gekennzeich net, dass die vorzugsweise ringförmig ausgebildete Gebläseeintrittsöffnung (14) auf der der Abgastur bine zugekehrten Seite des Aggregates liegt und durch einen ringförmigen Filter (32) abgedeckt ist.