CH698234B1 - Verdichter für einen Turbolader sowie Verfahren zu dessen Kühlung. - Google Patents

Abstract

Ein Verdichter, insbesondere ein Radialverdichter, für einen Turbolader umfasst ein Verdichterrad (1), das drehbar in einem Verdichtergehäuse aufgenommen ist, wobei ein dem Verdichterrad benachbarter Teil (6) des Verdichtergehäuses von einem Kühlfluid durchströmt wird. Das Verdichterrad ist wenigstens teilweise mit einer wärmeeintragsverringernden Beschichtung (2) versehen.

Description

  [0001]    Die vorliegende Erfindung betrifft einen Verdichter für einen Turbolader nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zu dessen Kühlung.

  

[0002]    In einem Turbolader wird ein Arbeitsmedium, insbesondere Luft, zur Verbrennung in einer Brennkraftmaschine durch einen Verdichter komprimiert. Dieser ist mit einer Turbine gekoppelt, die ihrerseits durch die Abgase der Brennkraftmaschine angetrieben wird.

  

[0003]    Durch die Reibungswärme zwischen dem beweglichen Verdichterrad und dem dieses aufnehmenden Verdichtergehäuse bzw. dem Arbeitsmediums vor allem aber durch die Verdichtung des Arbeitsmediums selber treten dabei hohe Temperaturen insbesondere am Verdichterradaustritt auf. So kann sich beispielsweise bei einem Verdichtungsverhältnis von vier Luft von Raumtemperatur auf über 200[deg.]C aufheizen.

  

[0004]    Diese hohen Temperaturen stellen eine erhebliche thermische Beanspruchung des Verdichters dar und können, insbesondere bei Verdichterrädern, die bevorzugt aus Leichtmetall wie beispielsweise Aluminiumlegierungen, hergestellt sind, um die rotierenden Massen und die dabei auftretenden Kreiselkräfte gering zu halten, zu einer Entfestigung führen und so die Lebensdauer des Turboladers verringern. Zugleich verringert die Temperaturerhöhung des Arbeitsmediums die Befüllung der Brennräume der Brennkraftmaschine und verschlechtert so deren Wirkungsgrad.

  

[0005]    Daher schlägt die EP 0 518 027 A1 eine Prallluftkühlung der Verdichterradrückseite vor, bei der kalte Luft in einen Radialspalt zwischen Verdichterrad und -gehäuse eingeleitet wird und dort die Rückseite des Verdichterrades beaufschlägt, Neben dieser direkten Kühlung schlägt die WO 01/29 426 A1 eine indirekte Kühlung vor, bei der eine Kavität im an das Verdichterrad angrenzenden Teil des Verdichtergehäuses von einem Kühlfluid durchströmt wird, so dass Wärme vom Verdichterrad über eine Leckageströmung im Radialspalt und den Teil des Verdichtergehäuses in das Kühlfluid abgeleitet wird.

  

[0006]    Die DE 20 2005 019 320 U1 betrifft die vom heissen Abgas beaufschlagte Turbine, die regelmässig höheren Temperaturen als der Verdichter ausgesetzt ist, und schlägt vor, deren Schaufeln mit einer Wärmeschutzschicht zu versehen.

  

[0007]    Beide Vorschläge vermögen die an den Schaufeln auftretenden Temperaturen jeweils nur in begrenztem Umfang zu senken. Zudem erfordert die aus der EP 0 518 027 A1 und der WO 01/29 426 A1 bekannte Kühlung eine grosse Menge zuzuführendes Kühlfluid, um ausreichend Wärme abführen zu können.

  

[0008]    Ausgehend von der WO 01/29 426 A1 ist es daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Verdichter für einen Turbolader zur Verfügung zu stellen, bei dem mit einer geringeren Menge an Kühlfluid die bei der Verdichtung des Arbeitsmediums im Verdichterrad auftretenden Temperaturen gesenkt werden können. Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Verdichter nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch dessen kennzeichnendes Merkmal weitergebildet. Anspruch 12 stellt das Verfahren zum Kühlen eines solchen Verdichters unter Schutz.

  

[0009]    Ein Verdichter für einen Turbolader nach der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verdichterrad, das drehbar in einem Verdichtergehäuse aufgenommen ist. Bevorzugt handelt es sich dabei um einen Radialverdichter, in dem das axial angesaugte Arbeitsmedium durch Schaufeln des Verdichterrades radial nach aussen beschleunigt und anschliessend seine Geschwindigkeit in Druck umgesetzt wird. Hierzu kann ein Diffusor vorgesehen sein.

  

[0010]    Ein Verdichterrad benachbarter Teil des Verdichtergehäuses, der vorzugsweise von dem Verdichterrad durch einen Radialspalt getrennt auf der einer Hauptströmung des Arbeitsfluids abgewandten Seite des Verdichterrades angeordnet ist, wird von einem Kühlfluid durchströmt, welches die diesem Teil zugewandte Rückseite des Verdichterrades direkt oder indirekt kühlt, indem es Wärme von diesem aufnimmt.

  

[0011]    Erfindungsgemäss wird nun vorgeschlagen, dass das Verdichterrad zusätzlich wenigstens teilweise mit einer wärmeeintragverringernden Beschichtung versehen ist. Hierdurch kann der Wärmeeintrag vom verdichteten und dadurch erwärmten Arbeitsmedium in das Verdichterrad so weit reduziert werden, dass bereits eine geringere Menge an Kühlfluid ausreicht, um so viel Wärme abzuführen, dass die im Verdichterrad auftretenden Temperaturen einen zulässigen Höchstwert nicht überschreiten.

  

[0012]    Geringere Kühlfluidmengen erfordern vorteilhaft nur Fluidpassagen mit kleineren Durchmessern und/oder geringere Strömungsgeschwindigkeiten. Somit kann ein erfindungsgemässer Verdichter kleiner bauen, da Zu- und Abfuhrleitungen sowie Kühlfluidpassagen im Verdichtergehäuse kleiner ausgebildet werden können. Die Gesamtmenge an zirkulierendem Kühlfluid kann reduziert werden, was ein kleineres Kühlfluidreservoir gestattet. Darüber hinaus kann auch ein Wärmetauscher, in dem das Kühlfluid die aus dem Verdichter abzuführende Wärmemenge wieder an die Umgebung abgibt, verkleinert werden.

  

[0013]    Ein geringerer Volumenstrom erfordert nur eine geringere Leistung zur Umwälzung des Kühlfluids und erhöht so den Wirkungsgrad eines mit einem erfindungsgemässen Verdichter ausgestatteten Motors, der von der Menge des verwendeten Kühlfluids abhängt. Sie beansprucht die Kühlfluidleitungen weniger und erhöht so die Lebensdauer des Verdichters. Ein bei niedrigerer Strömungsgeschwindigkeit längerer Verbleib in einem vorteilhaft vorgesehenen Wärmetauscher erlaubt auch bei einem kleineren Wärmetauscher die Abgabe der vom Verdichter aufgenommenen Wärme, die durch die wärmeeintragverringernde Beschichtung ohnehin bereits verringert ist.

  

[0014]    Somit ist es bei einem erfindungsgemässen Verdichter möglich, mit einem geringeren Volumenstrom an Kühlfluid die Temperatur des Verdichterrades in einem niedrigen Bereich zu halten und so die Lebensdauer des Verdichters zu verlängern. Umgekehrt muss die wärmeeintragverringernde Beschichtung die Menge der eingetragenen Wärme nur so weit verringern, dass sie von dem Kühlfluid abgeführt werden kann. Somit kann die Beschichtung aus einem kostengünstigeren Material und/oder in einer geringeren Stärke hergestellt werden, was vorteilhaft die rotierende Masse und damit die Kreiselkräfte auf das Verdichterrad reduzieren kann.

  

[0015]    Ein gewisser Wärmeeintrag in das Verdichterrad kann vorteilhaft sein, da hierdurch die Temperatur des verdichteten Arbeitsmediums erniedrigt und damit der Füllungsgrad der Brennkraftmaschine erhöht wird. Durch die geeignete Abstimmung von wärmeeintragverringernder Beschichtung einerseits und Kühlung durch das Kühlfluid andererseits kann hier ein optimaler Kompromiss zwischen dem für den Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine vorteilhaften und der für die Lebensdauer des Verdichters günstigen Wärmeeintrag in das Verdichterrad realisiert werden.

  

[0016]    In einer bevorzugten Ausführung umfasst das Verdichterrad eine Verdichternabe und wenigstens eine Verdichterschaufel. Die Verdichternabe und/oder die Verdichterschaufel können jeweils wenigstens teilweise mit der wärmeeintragverringernden Beschichtung versehen sein. Dabei erstreckt sich in einer besonders bevorzugten Ausführung die wärmeeintragverringernde Beschichtung von der Eintrittskante einer Teilbeschaufelung bis zum Radaustritt. Denn der Grossteil der bei der Verdichtung auftretenden Wärme, die abgeführt werden muss, um eine zu starke Erwärmung des Verdichterrades zu vermeiden, wird gerade in diesem Bereich der Verdichterbeschaufelung, insbesondere in der Nähe des Radaustritts, erzeugt.

   Zudem muss dann das Kühlfluid nicht mehr insbesondere diesen Bereich des Verdichterrades kühlen, was aufgrund der dort vorliegenden hohen Rotationsgeschwindigkeiten die Kühlung, insbesondere die Zu- und Abfuhr eines das Verdichterrad direkt beaufschlagenden Kühlfluids vereinfachen kann.

  

[0017]    In einer alternativen Ausführung ist die gesamte rotierende Beschaufelung sowie die mit dem Arbeitsmedium in Kontakt kommende Nabe des Verdichterrades mit der wärmeeintragverringernden Beschichtung versehen, was die Herstellung der Beschichtung vereinfachen kann - diese kann dann beispielsweise durch Tauchbäder aufgebracht werden. Zudem können so lokale Wärmespitzen an unbeschichteten Bereichen verhindert und so eine homogene Temperaturverteilung innerhalb des Verdichterrades erzielt werden.

  

[0018]    In einer vorteilhaften Ausführung der vorliegenden Erfindung ist jedoch die wärmeeintragverringernde Beschichtung nur auf der einer Hauptströmung des vom Verdichter zu verdichtenden Arbeitsfluids zugewandten Oberfläche des Verdichterrads ausgebildet. Hierdurch kann einerseits der Wärmeeintrag aus der Hauptströmung des verdichteten Arbeitsmediums verringert und so die erforderliche Kühlfluidmenge mit den vorgenannten Vorteilen reduziert werden. Andererseits wird die Wärmeabfuhr vom Verdichterrad zu dem benachbarten Teil des Verdichtergehäuses nicht beeinträchtigt.

   Dies ist gleichermassen von Vorteil, wenn die dem Teil des Verdichtergehäuses zugewandte Rückseite des Verdichterrades mit dem Kühlfluid selbst beaufschlagt und so direkt gekühlt wird, wie auch wenn die Kühlung indirekt durch Wärmeübertragung an ein Medium in dem Spalt, der das Verdichterrad und das Verdichtergehäuse trennt, und von diesem Medium in den Teil des Verdichtergehäuses und das diesen durchströmende Kühlfluid erfolgt. In einer bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung umfasst die wärmeeintragverringernde Beschichtung eine Keramikschicht, die aufgrund ihrer Härte und ihres Wärmeübergangskoeffizienten besonders geeignet für den Einsatz in einem Verdichter ist.

   Diese kann beispielsweise durch thermisches Spritzen aufgetragen werden, was die kostengünstigere Herstellung einer homogenen Beschichtung mit dünner Wandstärke und insbesondere die Beschichtung von ausgewählten Teilbereichen der Beschaufelung gestattet.

  

[0019]    Als besonders geeignet hat sich eine Keramikbeschichtung herausgestellt, die Aluminiumoxid und/oder Zirkoniumdioxid, insbesondere Yttrium-stabilisiertes Zirkoniumdioxid umfasst. Allgemein kann jede als "thermal barrier coating" oder "heat barrier coating" bekannte Beschichtung verwendet werden, die den Wärmeeintrag in das Verdichterrad verringern kann, also insbesondere einen niedrigen Wärmeübergangskoeffizienten aufweist. Diesbezüglich wird ausdrücklich auch der Inhalt der EP 0 211 032 B1, die allgemein solche Beschichtungen beschreibt, vollständig einbezogen.

  

[0020]    In einer bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung durchströmt das Kühlfluid eine Kavität im Verdichtergehäuse und kühlt so indirekt das Verdichterrad. Denn es führt Wärme von dem dem Verdichterrad benachbarten Teil des Verdichtergehäuses ab. Hierdurch wird ein Medium in einem Spalt, bevorzugt einem Radialspalt, zwischen Verdichterrad und Verdichtergehäuse gekühlt, das seinerseits die hieran angrenzende Rückseite des Verdichterrads kühlt.

  

[0021]    Insbesondere kann der Radialspalt zwischen Verdichterrad und Verdichtergehäuse von einer Leckageströmung des Arbeitmediums, das zwischen Verdichterrad und Verdichtergehäuse eintritt, durchströmt werden. Ohne Kühlung würde das Verdichterrad daher vorder- und rückseitig von erwärmtem Arbeitsmedium beaufschlagt. Bei einem Verdichter gemäss der vorliegenden Erfindung wird jedoch einerseits die von der Leckageströmung selbst eingetragene Wärme über den dem Radialspalt zugewandten Teil des Verdichtergehäuses an das Kühlfluid abgeleitet, zum anderen auch Wärme von dem Verdichterrad an die solcherart gekühlte Leckageströmung und über diese an das Kühlfluid abgeleitet.

   Hierzu ist es besonders vorteilhaft, wenn die wärmeeintragverringernde Beschichtung nur auf der der Hauptströmung des Arbeitsmediums zugewandten Vorderseite des Verdichterrades angeordnet ist, also sich insbesondere von der Eintrittskante einer Teilbeschaufelung bis zum Radaustritt erstreckt, da hierdurch die Wärmeübertragung an das Medium im Radialspalt und damit an das Kühlfluid nicht verringert und so die Kühlung nicht beeinträchtigt wird.

  

[0022]    Die Kavität kann sich in Umfangsrichtung des Teils des Verdichtergehäuses erstrecken und eine oder mehrere Zu- und eine oder mehrere Ableitungen aufweisen. Wird das kalte Kühlfluid an mehreren über den Umfang verteilten Stellen ein- und/oder das erwärmte Kühlfluid an mehreren über den Umfang verteilten Stellen ausgeleitet, so kann das Verdichterrade besonders gleichmässig und effektiv gekühlt werden. Zu diesem Zweck kann die Kavität auch mehrere parallele Passagen zwischen Zu- und Ableitung aufweisen, um so möglichst viel Wärme aufnehmen zu können. Hierzu kann die Kavität auch eine turbulenzerhöhende Geometrie aufweisen, um so die Turbulenz der Kühlfluidströmung und damit deren Wärmeaufnahme zu erhöhen.

  

[0023]    Zusätzlich oder alternativ zu der vorstehend beschriebenen indirekten Kühlung kann das Kühlfluid auch in den Radialspalt eingeleitet werden, wo es vorteilhafterweise auf die Rückseite des Verdichterrades treffen, von diesem Wärme aufnehmen und es so direkt kühlen kann. Sofern eine Leckageströmung des Arbeitsmediums in den Radialspalt eintritt, kann das in den Radialspalt eingeleitete Kühlfluid mit dem Arbeitsmedium identisch sein, wobei es vorteilhafterweise unter höherem Druck eingeleitet wird und so auf die Rückseite des Verdichterrades prallt.

  

[0024]    Nachdem das Kühlfluid an der Rückseite des Verdichterrades Wärme aufgenommen hat, kann es vorteilhafterweise in die Hauptströmung des Arbeitsfluides abströmen und so eine unerwünschte Leckageströmung des Arbeitsfluids in den Spalt zwischen Verdichterrad und Verdichtergehäuse verringern. Dies kann die abzuführende Wärmemenge und damit die hierzu erforderliche Menge an Kühlfluid weiter verringern, da das Verdichterrad dann rückseitig nicht mehr oder nur noch in geringerem Masse mit dem heissen Arbeitsfluid beaufschlagt wird.

  

[0025]    Werden beide Kühlprinzipien gemeinsam verwendet, können das Kühlfluid für die indirekte Kühlung und das Kühlfluid für die direkte Kühlung identisch sein, beispielsweise kalte Luft, die bevorzugt aus einem Ladeluftkühler des Turboladers entnommen werden kann. Dies vereinfacht vorteilhaft die Zu- und Ableitung des Kühlfluides. Gleichermassen können auch unterschiedliche Kühlfluide zum Einsatz kommen. So kann beispielsweise Wasser, das bevorzugt aus einem Kühlkreislauf der Brennkraftmaschine entnommen werden kann, eine Kavität im Verdichtergehäuse durchströmen und so indirekt das Verdichterrad kühlen, während Luft durch eine separate Zuleitung die Rückseite des Verdichterrades anströmt.

   Hierdurch ist es möglich, die für die jeweiligen Bedingungen, also einerseits das Anströmen des Verdichterrades und andererseits die Wärmeabfuhr durch Wärmeleitung und Konvektion, jeweils besonders geeignete Fluide einzusetzen.

  

[0026]    Insbesondere bei Einsatz der vorstehend beschriebenen indirekten Kühlung kann der dem Radialspalt benachbarte Teil des Verdichtergehäuses eine Rippenanordnung zur Wärmeübertragung in das Kühlfluid aufweisen. Hierdurch vergrössert sich vorteilhaft die wärmeübertragende Fläche und erhöht so die Wärmeabfuhr. Bei direkter Kühlung kann eine solche Rippenanordnung vorteilhaft das Kühlfluid verwirbeln und so dessen Kühlwirkung vergrössern.

  

[0027]    In einer bevorzugten Ausführungsform weist der dem Radialspalt benachbarte Teil des Verdichtergehäuses eine Labyrinthdichtung zur Abdichtung einer Leckageströmung auf. Hierdurch wird einerseits eine reibungsarme Abdichtung zwischen dem Verdichtergehäuse und dem sich darin drehenden Verdichterrad geschaffen, die nicht nur verschleiss- und damit wartungsarm ist, sondern insbesondere auch keine bzw. nur geringe Reibungswärme erzeugt und so zusätzlich dazu beiträgt, die Temperatur des Verdichterrades unter einem zulässigen Grenzbereich zu halten. Andererseits kann die Labyrinthdichtung auch als Rippenanordnung fungieren und so den Wärmeübergang von dem Medium im Radialspalt zum Teil des Verdichtergehäuses und in das Kühlfluid erhöhen. Hierzu kann die Labyrinthdichtung bevorzugt im Bereich des vom Kühlfluid durchströmten Teils des Verdichtergehäuses angeordnet sein.

  

[0028]    Weitere Aufgaben, Vorteile und Merkmale ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und den Ausführungsbeispielen. Hierzu zeigt:
<tb>Fig. 1<sep>einen Teil eines Verdichters nach einer ersten Ausführung der vorliegenden Erfindung in einem schematischen seitlichen Querschnitt;


  <tb>Fig. 2<sep>einen Teil eines Verdichters nach einer zweiten Ausführung der vorliegenden Erfindung in einer der Fig. 1entsprechenden Darstellung;


  <tb>Fig. 3<sep>einen Teil eines Verdichters nach einer dritten Ausführung der vorliegenden Erfindung in einer den Fig. 1, 2entsprechenden Darstellung; und


  <tb>Fig. 4<sep>einen Teil eines Verdichters nach einer vierten Ausführung der vorliegenden Erfindung in einer den Fig. 133entsprechenden Darstellung.

  

[0029]    Fig. 1 zeigt schematisch einen Teil eines Verdichters nach einer ersten Ausführung der vorliegenden Erfindung in einem seitlichen Querschnitt. Der Verdichter umfasst ein Verdichterrad 1, das drehbar in einem Verdichtergehäuse 11 gelagert und von diesem durch einen Radialspalt 14 beabstandet ist. Über den Umfang einer Nabe des Verdichterrades sind mehrere in Umfangsrichtung gekrümmte Verdichterschaufeln 12 verteilt, von denen in Fig. 1 nur eine zu erkennen ist.

  

[0030]    Die Verdichterschaufeln 12 sind mit einer wärmeeintragverringernden Beschichtung 2 aus Aluminiumoxid AI2O3versehen, die sich in den Ausführungsbeispielen von der Eintrittskante 13 einer Teilbeschaufelung bis zum Radaustritt erstreckt und durch thermisches Spritzen aufgetragen ist. Obwohl in Fig. 1nicht erkennbar, ist auch die Oberfläche der Verdichternabe in diesem Bereich mit der Beschichtung versehen.

  

[0031]    Luft wird von den Verdichterschaufeln 12 in radiale und in Umfangsrichtung beschleunigt und in einem anschliessenden Diffusor (nicht dargestellt) abgebremst und hierdurch komprimiert. Dabei erwärmt sie sich vor allem in dem Bereich der Teilbeschaufelung, in der ihr durch die Beschleunigung Energie zugeführt wird. Diese Wärme gibt sie teilweise an das Verdichterrad ab, wobei die Temperaturdifferenz, die dem Wärmeeintrag proportional ist, im Bereich der Teilbeschaufelung am höchsten ist. Durch die wärmeeintragverringernde Beschichtung 2 ist jedoch der Wärmeübergangskoeffizient kleiner als derjenige eines unbeschichteten Verdichterrades. Damit ist auch der Wärmeeintrag, der dem Wärmeübergangskoeffizienten proportional ist, geringer, so dass insgesamt weniger Wärme von der verdichteten Luft in das Verdichterrad übertragen wird.

  

[0032]    Zur Abfuhr eines Teils dieser noch in das Verdichterrad eingetragenen Wärme ist in der ersten Ausführung nach Fig. 1 eine indirekte Kühlung vorgesehen. Hierzu ist das Verdichtergehäuse 11 bevorzugt zweiteilig ausgebildet, wobei ein dem Radialspalt 14 zugewandter Teil 6 und der andere Teil des Verdichtergehäuses 11 je eine Aussparung aufweisen, die im zusammengefügten Zustand eine Kavität 4 definieren. Dabei wird der dem Radialspalt 14 zugewandte Teil 6 an dem anderen Teil des Verdichtergehäuses 11 verschraubt (nicht dargestellt) und die Kavität 4 durch Dichtringe 5 gegen den Radialspalt 14 abgedichtet.

  

[0033]    Durch eine Zuleitung 3 strömt kaltes Wasser aus einem Motorkühlkreislauf in die Kavität, durchströmt diese und wird durch eine Ableitung (nicht dargestellt) wieder aus dem Verdichtergehäuse abgeführt. Hierbei nimmt das Wasser Wärme von der durch Kompression erhitzten Luft auf, die von einer Hauptströmung entlang der Schaufeln 12 als Leckageströmung zwischen Verdichterrad 1 und Verdichtergehäuse, 11 in den Radialspalt 14 eintritt. Zur Erhöhung der Wärmeübertragung weist der Teil 6 im Bereich der Kavität 4 eine Anordnung von Kühlrippen 7 auf, die die wärmeübertragende Fläche vergrössern und zusätzlich die Turbulenz der Leckageströmung und damit die Wärmeübertragung durch Konvektion erhöhen können. Anschliessend wird das so erwärmte Wasser in einem ausserhalb des Verdichters angeordneten Wärmetauscher (nicht dargestellt) wieder abgekühlt.

  

[0034]    Hierdurch wird einerseits die verdichtete und dadurch erwärmte Luft der Leckageströmung gekühlt und so eine Erwärmung der dem Radialspalt 14 zugewandten Rückseite des Verdichterrades 1 vermieden. Zusätzlich nimmt die so gekühlte Leckageströmung Wärme vom Verdichterrad auf und überträgt diese an das die Kavität 4 durchströmende Wasser. Dadurch wird das Verdichterrad 1 indirekt über die Luft im Radialspalt 14, die Rippenanordnung 7 und das die Kavität 4 durchströmende Wasser gekühlt.

  

[0035]    Da die wärmeeintragverringernde Beschichtung 2 die von der verdichteten Luft in das Verdichterrad 1 eingetragene Wärmemenge bereits reduziert, genügt zur Abfuhr von so viel Wärme aus dem Verdichterrad, dass dieses eine zulässige Grenztemperatur von beispielsweise 200[deg.]C nicht überschreitet, bereits eine geringere Menge an umzuwälzendem Wasser, welches die Kavität 4 durchströmt. Damit können die Kavität 4, die Zuleitung 3, die Ableitung und die Rippenanordnung 7 kleiner ausgebildet werden. Zudem verringert sich die notwendige Leistung zur Umwälzung des Wassers sowie die Ausmasse des Wärmetauschers zur Abgabe von Wärme vom Wasser an die Umgebung.

  

[0036]    Fig. 2 zeigt einen Teil eines Verdichters nach einer zweiten Ausführung der vorliegenden Erfindung in einer der Fig. 1entsprechenden Darstellung. Nachfolgend wird nur auf die Unterschiede zur ersten Ausführung eingegangen, während zu den übrigen, insoweit identischen Merkmalen auf die vorstehende Beschreibung Bezug genommen wird.

  

[0037]    In der zweiten Ausführung bildet der dem Radialspalt 14 zugewandte Teil 6, der zusammen mit dem anderen Teil des Verdichtergehäuses 11 im zusammengefügten Zustand die Kavität 4 definiert, mit der Rückseite des Verdichterrades 1 eine Labyrinthdichtung 8. Diese verringert einerseits die Leckageströmung von heisser, verdichteter Luft aus der Hauptströmung in den Radialspalt 14, so dass die Rückseite des Verdichterrades 1 nicht oder nur wenig von heisser Luft beaufschlagt wird, was den Wärmeeintrag in das Verdichterrad und damit die zu dessen indirekter Kühlung erforderliche Menge an Kühlmittelfluid bereits vorteilhaft verringert. Zusätzlich wirkt die Labyrinthanordnung 8, die im Bereich der vom Wasser durchströmten Kavität 4 ausgebildet ist, wie die in Zusammenhang mit der ersten Ausführung beschriebene Kühlrippenanordnung 7.

  

[0038]    Fig. 3 zeigt einen Teil eines Verdichters nach einer dritten Ausführung der vorliegenden Erfindung. Wiederum wird nachfolgend nur auf die Unterschiede zu den vorbeschriebenen Ausführungen eingegangen und im Übrigen auf deren Beschreibung Bezug genommen.

  

[0039]    In der dritten Ausführung ist eine direkte Kühlung des Verdichterrades 1 vorgesehen. Hierzu weist der Teil 6 des Verdichtergehäuses 11 mehrere, in Umfangsrichtung verteilte axiale Bohrungen 10 auf, die mit der Kavität 4 kommunizieren, die im Gegensatz zur ersten und zweiten Ausführung keine Ableitungen aufweist. Die Kühlluft wird aus einem nicht dargestellten Ladeluftkühler entnommen, über die Zuleitung 3 unter Überdruck in die Kavität 4 eingeleitet, strömt von dieser durch die axialen Bohrungen 10 und prallt auf die dem Radialspalt 14 zugewandte Rückseite des Verdichterrades 1. Dort nimmt sie Wärme vom Verdichterrad auf und strömt anschliessend aus dem Radialspalt in die Hauptströmung des Arbeitsmediums.

   Hierdurch wird vorteilhaft nicht nur die Rückseite des Verdichterrades gekühlt, sondern zugleich deren Beaufschlagung mit einer Leckageströmung an heisser, verdichteter Luft aus der Hauptströmung verringert.

  

[0040]    Da der Wirkungsgrad direkt an die Entnahme der Kühlluft aus dem Ladeluftkühler gekoppelt ist, wird durch die Reduzierung der abzuführenden Wärme durch die erfindungsgemässe Beschichtung 2 und die damit verbundene Verringerung der notwendigen Menge an Kühlluft der Wirkungsgrad des Verdichters verbessert. Fig. 4 zeigt einen Teil eines Verdichters nach einer vierten Ausführung der vorliegenden Erfindung. Während im Folgenden nur auf die Unterschiede zu den vorbeschriebenen Ausführungen eingegangen wird, kann im Übrigen wiederum auf die vorangegangene Beschreibung Bezug genommen werden.

  

[0041]    Im Unterschied zur dritten Ausführung weist der Verdichter nach der vierten Ausführung im Bereich der Kavität 4 eine Labyrinthdichtung auf, die den Eintritt einer Leckageströmung in den Radialspalt 14 verringert (siehe auch das zweite Ausführungsbeispiel). In dieser Labyrinthdichtung sind über den Umfang verteilt mehrere in Umfangsrichtung verlaufende Schlitze 9 ausgebildet, die mit der Kavität 4 kommunizieren. Durch diese strömt wie in der dritten Ausführung kalte Luft, die anschliessend auf die Rückseite des Verdichterrades 1 prallt, dieses abkühlt und anschliessend in die Hauptströmung des Arbeitsmediums abgeführt wird.

   Durch die am Verdichterrad 1 und dem diesem benachbarten Teil 6 des Verdichtergehäuses 11 ausgebildete Labyrinthdichtung und die Rotation des Verdichterrades 1 wird die in diesem Bereich durch die Schlitze 9 austretenden Strömung an kühler Luft verwirbelt, was den Wärmeübergang zwischen ihr und dem Verdichterrad erhöht und so vorteilhaft dessen Kühlung weiter verstärkt, so dass auch hier mit einer geringeren Menge an Kühlluft die Temperatur des erfindungsgemäss beschichteten Verdichterrades unter einer zulässigen Höchsttemperatur von beispielsweise 200[deg.]C gehalten werden kann. Die Reduzierung der Kühlluftmenge erhöht wiederum den Wirkungsgrad des Verdichters.

Claims (12)

1. Verdichter, insbesondere Radialverdichter, für einen Turbolader, mit einem Verdichterrad (1), das drehbar in einem Verdichtergehäuse (11) aufgenommen ist, wobei ein dem Verdichterrad benachbarter Teil (6) des Verdichtergehäuses von einem Kühlfluid durchströmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Verdichterrad wenigstens teilweise mit einer wärmeeintragverringernden Beschichtung (2) versehen ist.

2. Verdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verdichterrad eine Verdichternabe und wenigstens eine Verdichterschaufel (12) umfasst, wobei die Verdichternabe und/oder die wenigstens eine Verdichterschaufel wenigstens teilweise mit der wärmeeintragverringernden Beschichtung versehen sind.

3. Verdichter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die wärmeeintragverringernde Beschichtung nur auf der einer Hauptströmung des vom Verdichter zu verdichtenden Arbeitsfluids zugewandten Oberfläche des Verdichterrads ausgebildet ist.

4. Verdichter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich die wärmeeintragverringernde Beschichtung von der Eintrittskante (13) einer Teilbeschaufelung bis zum Radaustritt erstreckt.

5. Verdichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wärmeeintragverringernde Beschichtung eine Keramikschicht umfasst.

6. Verdichter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Keramikschicht durch thermisches Spritzen aufgetragen ist.

7. Verdichter nach einem der Ansprüche 5 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Keramikschicht Aluminiumoxid und/oder Zirkoniumdioxid, insbesondere Yttrium-stabilisiertes Zirkoniumdioxid, umfasst.

8. Verdichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlfluid eine Kavität (4) im Verdichtergehäuse durchströmt.

9. Verdichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlfluid in einen Radialspalt (14) eingeleitet wird, der zwischen Verdichterrad und Verdichtergehäuse ausgebildet ist.

10. Verdichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der dem Verdichterrad benachbarte Teil (6) des Verdichtergehäuses eine Rippenanordnung (7) zur Wärmeübertragung in das Kühlfluid aufweist.

11. Verdichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der dem Verdichterrad benachbarte Teil (6) des Verdichtergehäuses eine Labyrinthdichtung (8) zur Abdichtung einer Leckageströmung aufweist.

12. Verfahren zur Kühlung eines Verdichters nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der dem Verdichterrad benachbarte Teil (6) des Verdichtergehäuses von dem Kühlfluid durchströmt wird.