DE10010117A1 - Beschichtete Kompressorleiteinrichtung - Google Patents

Abstract

Es werden ein Kompressor bzw. Verdichter und ein Verfahren zur Verbesserung der Effizienz eines Kompressors vorgeschlagen. Zur Verbesserung der Effizienz ist vorgesehen, daß eine Leiteinrichtung des Kompressors bzw. Verdichters innenseitig zumindest abschnittsweise mit Pulverlack zur Glättung der Oberfläche und Reduzierung des Strömungswiderstandes beschichtet wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine innere Beschichtung zur Vergrößerung der Effizienz eines Zentrifugalkompressors. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfin­ dung eine Pulver-(Lack)-Beschichtung innerhalb der Schnecke bzw. Spirale eines Turboladers. Im einzelnen bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Vorrich­ tung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, einen Turbolader gemäß dem Oberbe­ griff des Anspruchs 10, einen Innenverbrennungsmotor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 12, eine Gasturbinenmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 14 und ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 15.

Es besteht ein fortlaufendes Interesse und eine ständige Wichtigkeit, die thermische Effizienz eines Innenverbrennungsmotors zu verbessern. Eine der effizientesten For­ men eines Innenverbrennungsmotors ist ein Dieselmotor mit einem Turbolader. Es ist wohl bekannt, daß der Turbolader Abwärme von Abgasen benutzt, um einen Kom­ pressor zum Komprimieren von Einlaßluft für den Dieselmotor anzutreiben.

Die Rolle des Turboladers bei der Verbesserung der inneren Verluste bzw. des rei­ bungs- bzw. bremsspezifischen Kraftstoffverbrauchs (BSFC - brake specific fuel consumption) eines Dieselmotors umfaßt nicht nur die effiziente Gewinnung von Energie aus dem Abgas, sondern auch die Verwendung dieser Energie zur effizienten Komprimierung der Ansaugluft. Eine generelle Daumenregel bzw. grobe Abschät­ zung besagt, daß eine einprozentige Verbesserung der Effizienz des Turboladerkom­ pressors zu einer Verbesserung der BSFC des Motors von einem Drittel Prozent führt.

Eines der Probleme mit Zentrifugalkompressoren von Turboladern ist, daß der Zentri­ fugalvorgang im Kompressor zu hohen Geschwindigkeiten innerhalb einer Leitein­ richtung bzw. eines Diffusors führt. Obwohl die Leiteinrichtung, der auch als Spirale bzw. Schnecke bei einem Turbolader bezeichnet wird, die die Kompressorschaufeln verlassende Luft verlangsamt, gibt es immer noch einen Abschnitt im Strömungsweg der Leiteinrichtung, in dem Luft hoher Geschwindigkeit über Wände entlang des Strömungswegs streicht bzw. schrubbt. Dieser Schrubbvorgang führt zu einem Strö­ mungswiderstand der entlang der Wandung strömenden Luft. Dieser Strömungswi­ derstand reduziert den End- bzw. Gesamtdruck der Luft und erhöht die Gesamttem­ peratur der Luft, wodurch die Effizienz des Kompressors reduziert wird.

Es gibt Techniken zur Glättung der Wände der Leiteinrichtung, wodurch die Effizi­ enz des Kompressors erhöht wird. Eine derartige Technik besteht darin, die Spirale aus glatten, geschmiedeten Materialien herzustellen, aber dies erhöht stark die Kosten der Leiteinrichtung. Es ist üblicher, die Leiteinrichtung zu gießen, um sie preisgünsti­ ger zu machen. Bei einigen Anwendungen ist Sandgießen eine bevorzugte Technik.

Jedoch weisen selbst bei Wahl eines feinkörnigen Sandes die so gegossenen Oberflä­ chen oftmals eine Oberflächenrauhigkeit von mehr als 250 mikroinch (635 µm) auf. Diese gegossenen, unbehandelten Oberflächen können weiter bearbeitet werden, um ihre Glattheit zu verbessern, obwohl dieser zusätzliche Bearbeitungsvorgang zwangsweise die Kosten der Leiteinrichtung erhöht. Eine derartige Technik ist bei­ spielsweise Honen (extrude honing) bzw. Abziehen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Kom­ primierung von Gas, einen Turbolader, einen Innenverbrennungsmotor, eine Gastur­ binenmaschine und ein Verfahren anzugeben, wobei auf kostengünstige Weise eine Erhöhung der Effizienz eines Zentrifugalkompressors ermöglicht wird.

Die obige Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1, einen Turbolader gemäß Anspruch 10, einen Innenverbrennungsmotor gemäß Anspruch 12, eine Gasturbinenmaschine gemäß Anspruch 14 oder ein Verfahren gemäß Anspruch 15 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Gemäß einem bevorzugten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Zentrifugal­ kompressor bzw. -verdichter mit einer gegossenen Leiteinrichtung (diffuser) vorge­ sehen. Der Zentrifugalkompressor komprimiert Gas. Die gegossene Leiteinrichtung definiert bzw. begrenzt einen inneren Strömungsweg zur Aufnahme bzw. zum Füh­ ren von komprimiertem Gas von dem Zentrifugalkompressor bzw. -verdichter. Ent­ lang eines Abschnitts des inneren Strömungsweges ist eine Beschichtung aus einem hitzebeständigen Material, insbesondere hitzebeständiger Lack, auf der gegossenen Leiteinrichtung vorgesehen.

Insbesondere besteht die Beschichtung aus einem hitzebeständigen Pulver bzw. Pul­ verlack. Die Beschichtung führt zu einer glatten Oberfläche, um den Strömungswi­ derstand der durch den Kompressor strömenden Luft zu reduzieren.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Innenverbren­ nungsmotor mit einem Turbolader vorgesehen. Der Innenverbrennungsmotor erzeugt Abgas. Der Turbolader weist einen Turbine und einen Kompressor bzw. Verdichter auf. Die Turbine ist durch das Abgas antreibbar und treibt ihrerseits den Kompressor bzw. Verdichter an. Der Turbolader bildet bzw. begrenzt einen Strömungsweg zur Verlangsamung der vom Kompressor bzw. Verdichter abgegebenen Luft. Entlang ei­ nes Abschnitts des Strömungsweges ist eine Beschichtung aus hitzebeständigem Pulverlack vorgesehen. Die Beschichtung bildet eine glatte Oberfläche, um den Strö­ mungswiderstand der innerhalb des Turboladers strömenden Luft zu reduzieren.

Außerdem wird ein Verfahren zur Verbesserung der Effizienz eines Kompressors vor­ geschlagen. Vorzugsweise werden gemäß dem Verfahren ein Kompressor bzw. Ver­ dichter zur Kompression von Gas und ein Strömungsweg für das komprimierte Gas bereitgestellt. Weiter ist vorgesehen, daß ein Abschnitt des Strömungsweges mit ei­ nem hitzebeständigen Pulverlack beschichtet wird, um die Oberflächenrauhigkeit des Abschnitts des Strömungsweges zu reduzieren.

Weitere Aspekte, Eigenschaften, Merkmale und Ziele der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung der Zeichnung eines bevorzugten Aus­ führungsbeispiels ersichtlich. Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Innenverbrennungsmotors und eine Teilschnittansicht eines Turboladers gemäß einer bevorzugten Ausfüh­ rungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 eine Endansicht der Spirale bzw. Schnecke des Turboladers von Fig. 1;

Fig. 3 eine Schnittansicht der Spirale bzw. Schnecke von Fig. 2 entlang der Linie 3-3 von Fig. 2;

Fig. 4 ein Diagramm der Kompressoreffizienz über der Motorgeschwindigkeit; und

Fig. 5 eine schematische Schnittansicht einer Gasturbinenmaschine gemäß ei­ ner anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Um ein Verstehen der Prinzipien der vorliegenden Erfindung zu vereinfachen, wird nachfolgend Bezug auf in der Zeichnung dargestellte Ausführungsformen genom­ men und eine spezifische Sprache zu deren Beschreibung verwendet. Nichts desto trotz ist dies nicht als Begrenzung des Bereichs der vorliegenden Erfindung zu ver­ stehen, sondern Änderungen und Modifikationen der dargestellten Vorrichtungen und weitere Anwendungen der Prinzipien der vorliegenden Erfindung sind als hier­ mit umfaßt anzusehen, wie dies normalerweise für einen Fachmann auf dem Gebiet der vorliegenden Erfindung selbstverständlich ist. Im übrigen werden hiermit die in Anspruch genommenen US-Prioritätsanmeldungen 60/122,829 vom 4. März 1999 und 09/357,090 vom 19. Juli 1999 als Offenbarung eingeführt.

Die vorliegende Erfindung sieht Vorrichtungen und Verfahren zur Verbesserung der Effizienz von Zentrifugalkompressoren vor. Ein Zentrifugalkompressor bzw. Verdich­ ter weist typischerweise eine Vielzahl von gebogenen und gekrümmten Schaufeln auf, die ein Gas, wie Luft, von einem Einlaß bei relativ geringer Geschwindigkeit an­ saugen und aufgrund der hohen Rotationsgeschwindigkeit der Schaufeln eine hohe Geschwindigkeit des Gases bzw. der Luft bewirken. Diese Luft hoher Geschwindig­ keit verläßt die Spitzen der Schaufeln zu bzw. in einer Leiteinrichtung oder Spirale bzw. Schnecke. Die Leiteinrichtung bzw. der Diffusor weist einen Strömungsweg mit einer Querschnittsfläche auf, die im allgemeinen in Richtung der Strömung der Hoch­ geschwindigkeitsluft zunimmt. Die zunehmende Querschnittsfläche des Strömungs­ weges bewirkt, daß sich die Geschwindigkeit der Luft verringert bei einem resultie­ renden Anstieg des statischen Drucks der Luft.

Die Effizienz, mit der der Zentrifugalkompressor bzw. Verdichter Arbeit in kompri­ mierte Luft umwandeln kann, hängt von einer Vielzahl von Faktoren ab. Einer der Faktoren ist die Größe des Energieverlustes durch das Hochgeschwindigkeitsgas aufgrund des aerodynamischen Strömungswiderstandes entlang der Wandungen der Leiteinrichtung, die den Strömungsweg definieren bzw. begrenzen. Jeder Energiever­ lust aufgrund des Strömungswiderstandes kann nicht wieder rückgängig gemacht werden und stellt sich als Verringerung der Effizienz des Kompressors dar.

Die vorliegende Erfindung betrifft eine zuverlässige, kostengünstige und insbeson­ dere glatte Beschichtung, die auf den innenwandigen Strömungsweg einer Wandung oder Leiteinrichtung aufgebracht werden kann, was die Oberflächenrauhigkeit eines Abschnitts des Strömungsweges wesentlich reduziert. Die verringerte Oberflächen­ rauhigkeit des beschichteten Abschnitts des Strömungsweges resultiert in einem ge­ ringeren Strömungswiderstand und einer Erhöhung der Effizienz des Verdichters bzw. Zentrifugalkompressors.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung überdeckt eine Beschichtung aus hitzebeständigem Epoxid(harz)- oder Epoxid(harz)/Hybrid- Pulverlack einen Abschnitt des Strömungswegs in der Leiteinrichtung und reduziert die Oberflächenrauhigkeit dieses Abschnitts. Die Beschichtung kann die mittlere Rauhigkeit (Ra) der (unbehandelten) Gußoberfläche einer Wandung oder Sandguß­ leiteinrichtung von etwa 250 bis 300 mikroinch (635 bis 762 µm) auf etwa 25 bis 30 mikroinch (63,5 bis 76,2 µm) reduzieren bzw. eine Reduzierung von etwa 8 : 1 bis etwa 12 : 1 bewirken. Bei der speziellen Anwendung bei einer Turboladerspirale bzw. -schnecke resultierte die Beschichtung eines Abschnitts des Strömungsweges gemäß der vorliegenden Erfindung in einer Erhöhung der Verdichter- bzw. Kompressoreffi­ zienz von etwa 0,75 bis 1%.

Der hier verwendete Begriff "unbehandelte Gußoberfläche" betrifft eine Oberfläche eines Bauteils, das durch eine Gußtechnik hergestellt wurde. Nach dem Gießen erfolgt keine zusätzliche Entfernung von Material von der unbehandelten Gußoberfläche, wie durch Schleifen, Honen oder Feilen. Jedoch kann das Bauteil nach dem Gießen wärmebehandelt oder chemischen Behandlungen, wie zum Korrosionsschutz, ausge­ setzt werden.

Fig. 1 zeigt einen Turbolader 20 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vor­ liegenden Erfindung in Teilschnittansicht. Der Turbolader 20 weist einen Rotor 21 mit einer Turbine 22 und einen Verdichter bzw. Zentrifugalkompressor 24 auf. Der Verdichter bzw. Kompressor 24 nimmt Luft von einem Einlaß 26 auf und stellt kom­ primierte Luft durch einen Auslaß 28 bzw. an diesem bereit. Diese komprimierte Luft wird an einen Einlaßkrümmer 30 eines Innenverbrennungsmotors 32, wie einen Die­ selmotor oder einen funkengezündeten Motor, weitergeleitet. Ein Abgaskrümmer 34 des Motors 32 leitet das Abgas zu einem Turbinengehäuse 36, so daß die Abgase die Turbine 22 antreiben.

Der Zentrifugalkompressor 24 weist eine Vielzahl von gekrümmten und gewölbten Schaufeln 40 auf. Eine Rotation des Kompressors 24 resultiert darin, daß die Schau­ feln 40 Luft vom Einlaß 26 ansaugen. Diese Luft wird von den Spitzen 42 der Schau­ feln 40 bei hoher Geschwindigkeit in einen Strömungsweg 44 abgegeben. Der Strö­ mungsweg 44 ist zumindest abschnittsweise durch eine gegossene Leiteinrichtung oder Spirale bzw. Schnecke 46 gebildet bzw. umgrenzt. Ein Abschnitt 44a des Strö­ mungswegs 44 ist zwischen zugewandten, gegenüberliegenden Wandungen der Leiteinrichtung 46 und eines Lagergehäuses 47 gebildet bzw. begrenzt. Ein anderer Abschnitt 44b des Strömungsweges 44 ist durch eine im wesentlichen kreisförmige Querschnittsfläche der Leiteinrichtung oder Spirale bzw. Schnecke 46 gebildet bzw. begrenzt, wobei die Fläche zunimmt, wenn das komprimierte Gas in Richtung des Auslasses 28 strömt.

Fig. 2 und 3 zeigen die Turboladerschnecke bzw. -spirale 46, die gemäß einer Ausfüh­ rungsform der vorliegenden Erfindung beschichtet ist. Bei dieser Ausführungsform ist eine Beschichtung 48 aus Epoxid(harz)- oder Epoxid/Hybrid-Pulverlack entlang des Abschnitts 44b des inneren Strömungsweges 44 aufgebracht. Fig. 2 zeigt eine Au­ ßenansicht der Spirale bzw. Schnecke 46 mit der Beschichtung 48, die innenseitig entlang des Abschnitts 44b aufgebracht ist, wie schraffiert dargestellt. Ein Turbolader gemäß dieser Ausführungsform wurde in einen Cummins-Dieselmotor eingebaut, der bei Vollast unter verschiedenen Motorgeschwindigkeiten lief. Eine Effizienzkarte bzw. -darstellung für den Turbolader gemäß dieser Ausführungsform der vorliegen­ den Erfindung ist durch die Effizienzkurve 80 gemäß Fig. 4 dargestellt. Der Motor lief auch unter den gleichen Last- und Geschwindigkeitsbedingungen mit einem Turbo­ lader, der nicht gemäß der vorliegenden Erfindung ausgebildet war. Die Kompres­ soreffizienz von diesem Vergleichstest ist als Effizienzkurve 82 in Fig. 4 dargestellt. Die Kompressoreffizienz wurde um etwa 0,5% bis etwa 1,5% über den Geschwindig­ keitsbereich verbessert und etwa 0,75% bis etwa 1% in der Nähe des niedrigsten rei­ bungs- bzw. bremsspezifischen Kraftstoffverbrauchs (BSFC) des Motors, die Verbes­ serung der Turboladerkompressoreffizienz gemäß dieser spezifischen Ausführungs­ form der vorliegenden Erfindung führt zu einer Reduzierung der BSFC des Motors von etwa 0,25% bis etwa 0,33%.

Eine Gasturbinenmaschine 120 gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegen­ den Erfindung ist in einer schematischen, aufgeschnittenen Darstellung in Fig. 5 ge­ zeigt. Die Gasturbine bzw. der Gasturbinenmotor 120 weist einen Vergaserrotor 121 auf. Der Rotor 121 trägt eine Vergaserturbine 122, die einen Kompressor antreibt. Der Kompressor weist einen Axialkompressor 125 auf, der Luft von einem Einlaß 126 er­ hält und komprimierte Luft an einen Zentrifugalkompressor 124 abgibt. Komprimierte Luft verläßt den Zentrifugalkompressor 124 mit hoher Geschwindigkeit an Schau­ felspitzen 142 in einen Strömungsweg 144, der zumindest abschnittsweise durch eine Leiteinrichtung 146 gebildet bzw. begrenzt ist. Die komprimierte Luft expandiert in­ nerhalb der Leiteinrichtung 146 vor Erreichen der Verbrennungseinrichtung 150, wo Kraftstoff hinzugefügt und verbrannt wird (nicht gezeigt). Das heiße, die Verbren­ nungseinrichtung 150 verlassende Gas treibt sowohl die Vergaserturbine 122 als auch eine Arbeits- bzw. Nutzturbine 123 an. Die schematisch in Fig. 5 dargestellte Turbine ähnelt einer "Pratt & Whitney PT6-Serien"-Gasturbinenmaschine. Es handelt sich hier um eine zweiwellige Ausführung. Selbstverständlich ist die vorliegende Er­ findung auch bei einer einwelligen Maschine bzw. Gasturbine anwendbar.

Der Zentrifugalkompressor 124 der Gasturbinenmaschine 120 arbeitet in einer ähnli­ chen Weise wie der Zentrifugalkompressor 24 des Turboladers 20. Eine Rotation des Zentrifugalkompressors 120 bewirkt, daß gewölbte und gekrümmte Schaufeln 140 Luft mit hoher Geschwindigkeit in den Strömungsweg 144 schleudern. Eine Wan­ dung der Leiteinrichtung 146 begrenzt bzw. definiert den Strömungsweg 144 ent­ lang zusammen mit einer im wesentlichen gegenüberliegenden Wandung eines ande­ ren, stationären Bauteils des Motors bzw. der Maschine 120. Der Strömungsweg 144 weist eine Querschnittsfläche auf, die in Strömungsrichtung zunimmt. Aufgrund die­ ser Zunahme der Querschnittsfläche expandiert das Hochgeschwindigkeitsgas und nimmt die hohe Geschwindigkeit des die Schaufelspitze 142 verlassenden Gases ab, wobei der statische Druck zunimmt. Bei dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Beschichtung 48 entlang des Abschnitts der Wandungen des Strömungsweges 144 aufgebracht, der mit Hochgeschwindigkeitsgas in Kontakt kommt bzw. durch dieses beaufschlagt wird. Für diese Anwendungen, wo die Leit­ einrichtung 146 eine rauhe innere Oberfläche aufweist, wie bei einer Leiteinrichtung 146 die durch Sandgießen hergestellt ist, verringert die Beschichtung 48 die Oberflä­ chenrauhigkeit wesentlich und verringert dadurch den aerodynamischen Strö­ mungswiderstand der Leiteinrichtung 146 für das Hochgeschwindigkeitsgas. Die vorliegende Erfindung umfaßt auch solche Ausführungsformen, bei denen eine Be­ schichtung auf andere Komponenten und Bauteile aufgebracht ist, die in Kontakt mit Hochgeschwindigkeitsgas kommen, das aus einem Verdichter bzw. Kompressor, ins­ besondere einem Zentrifugalkompressor, austritt, einschließlich solcher Komponenten, wie Lagerhalterungen, Schnecken, Spiralen, Ansätze und Außengehäusen von Ver­ brennungseinrichtungen.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Beschichtung 48 aus einem Epoxid(harz)- oder Epoxid/Hybrid-Pulverlack hergestellt. Gemäß einem bevor­ zugten Verfahren der vorliegenden Erfindung, wird eine aus Sandguß hergestellte Leiteinrichtung gereinigt, getrocknet und auf eine Temperatur von mehr als 300°F (etwa 149°C) und vorzugsweise auf etwa 350°F (etwa 177°C) erhitzt. Da die Be­ schichtung gemäß der vorliegenden Erfindung eine haltbare, bruchfeste bzw. zähe, hitzebeständige Beschichtung erzeugt, besteht kein Bedarf zur Vorbereitung der Sandgußleiteinrichtung, um die inneren Oberflächen entlang des Strömungsweges mechanisch zu glätten, außer der (üblichen) Entfernung von überstehenden Gußgra­ ten und anderem Überschußmaterial. Der Pulverlack wird dann auf die erhitzte Leit­ einrichtung in üblicher Weise gesprüht. Bei Sandgußleiteinrichtungen, wie Turbola­ derspiralen oder Gasturbinenschnecken, wird der Pulverlack vorzugsweise in Strö­ mungsrichtung aufgesprüht. Der Pulverlack schmilzt beim Kontakt mit der Oberfläche der heißen Leiteinrichtung und fließt in die kleinen Unregelmäßigkeiten der Oberflä­ che der Leiteinrichtung und schmiegt sich über diese Unregelmäßigkeiten. Die Leit­ einrichtung wird dann - in Abhängigkeit vom verwendeten Pulverlack - auf eine Temperatur über 400°F (etwa 204°C) und vorzugsweise auf etwa 425°F (etwa 218°C) für etwa sieben Minuten erhitzt, um den durch Wärme härtbaren Harz bzw. Lack zu vernetzen bzw. auszuhärten.

Die beschriebene Beschichtung 48 auf Abschnitten von inneren Strömungswegen ist insbesondere für Leiteinrichtungen geeignet, die bei Turboladern oder bei Gasturbi­ nen verwendet werden. Es ist für den Fachmann offensichtlich, daß die vorschlags­ gemäße Beschichtung auch bei Leiteinrichtungen für Zentrifugalkompressoren oder bei sonstigen Anwendungen eingesetzt werden kann, wenn die Verdichter- bzw. Kompressoreffizienz wichtig ist und die Leiteinrichtung durch ein Verfahren herge­ stellt wird, das zu einer relativ rauhen Oberfläche für den Strömungsweg führt, wie beim Sandgießen. Zum Beispiel umfaßt die vorliegende Erfindung auch Verdichter bzw. Zentrifugalkompressoren, die in Pipelines zum Pumpen von Gas o. dgl. verwen­ det werden. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf Leiteinrichtungen, die durch Sandgießen hergestellt sind, beschränkt, sondern auch auf andere Verfahren anwendbar, die eine relativ rauhe Oberfläche bewirken. Außerdem kann die vorlie­ gende Erfindung auch bei Reparaturen angewendet werden, bei denen die Beschich­ tung auf einen aufgerauhten Abschnitt des Strömungsweges eines Bauteils aufge­ bracht wird, der einem Hochgeschwindigkeitsgas ausgesetzt ist, insbesondere wenn der Abschnitt durch Lochfraß, Grübchenbildung, Narbenbildung, Erosion oder an­ dere Aufrauhvorgänge während des Betriebs eines Verdichters bzw. Kompressors aufgerauht worden ist.

Die Beschichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist insbesondere hitzebeständig und bruchfest bzw. zäh. Bei Kompressoranwendungen einschließlich Turboladern und Gasturbinen, ist die Hitzebeständigkeit aufgrund der hohen maximalen Betriebs­ temperaturen der Leiteinrichtung wichtig. Zum Beispiel kann die Schnecke bzw. Spi­ rale eines Holset-Turboladers, der bei einem Cummins-Dieselmotor verwendet wird, eine maximale Betriebstemperatur von etwa 450°F (etwa 232°C) erreichen. Be­ schichtungen aus Epoxid-Pulverlack gemäß der vorliegenden Erfindung haben fast keine Abtragung gezeigt, nachdem sie etwa 600°F (etwa 316°C) ausgesetzt waren. Nach dem Aussetzen von etwa 800°F (etwa 427°C) erschienen einige kleine, haar­ feine Risse in dem Lack, aber selbst in diesem Zustand war der Lack bruchfest bzw. zäh und immer noch fest mit dem Metall verbunden. Nach dem Aussetzen von etwa 1000°F (etwa 538°C) schien sich der Lack abzulösen oder zu verdampfen, wobei eine sehr dünne Schicht zurückblieb, die durch das Hochgeschwindigkeitsgas, das über die Beschichtung streicht, abgelöst werden würde.

Gemäß einer ganz besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfin­ dung wird die Beschichtung hergestellt aus einem Pulverlack, wie einem der folgen­ den oder einem dazu ähnlichen:
PC M 90 119 Black Epoxy von PPG Industries;
10-759 Black Epoxy von Morton Thikol;
P9659 KPN Black Polyester/Epoxy Hybrid von Hentzen Coating; oder
VE1383 Black Epoxy oder LZ7239C Low Gloss Black Epoxy von Ferro Coating.

Die vorliegende Erfindung umfaßt auch die Verwendung anderer hitzebeständiger Pulverlackbeschichtungen einschließlich anderer Materialien, wie Acryl(harz)-Zu­ sammensetzungen, Alkyd(harz)-Zusammensetzungen und Silikon-Gemische, die Oberflächenunregelmäßigkeiten füllen und glätten und die widerstandsfähig gegen­ über Temperaturen von mehr als 400°F (etwa 204°C) sind. Ganz besonders bevor­ zugt weist die Beschichtung mindestens einige der physikalischen Eigenschaften auf, die in der nachfolgenden Tabelle beschrieben sind, wie durch angepaßte ASTM-Ver­ fahren (ASTM steht für American Society for Testing and Materials - vgl. http://www.gardencitynet.co.uk/astmeur.) oder andere Testverfahren und Testerfor­ dernisse bestimmt. Jedoch erkennt der Fachmann, daß die Eigenschaften, Verfahren und Erfordernisse der Tabelle für einzelne Anwendungen entsprechend geändert bzw. angepaßt werden können und/oder müssen.

Obwohl die vorliegende Erfindung im einzelnen anhand der Zeichnung und der vor­ anstehenden Beschreibung erläutert und beschrieben worden ist, ist dies lediglich erläuternd und nicht beschränkend zu verstehen. Vielmehr ist darauf hinzuweisen, daß lediglich bevorzugte Ausführungsbeispiele gezeigt und beschrieben worden sind und daß alle Änderungen und Modifikationen, die innerhalb des Umfangs und Sinnes der vorliegenden Erfindung liegen, mit erfaßt und geschützt werden sollen.

Claims (18)

1. Vorrichtung zur Komprimierung von Gas, insbesondere Luft, mit einem Kom­ pressor (24, 124), insbesondere Zentrifugalkompressor, und mit einer gegosse­ nen Wandung oder Leiteinrichtung (46, 146), die einen inneren Strömungsweg (44, 144) zur Aufnahme bzw. Weiterleitung und insbesondere zur Verlang­ samung von den Kompressor (24, 124) bzw. Kompressorschaufeln (40, 140) verlassendem Gas aufweist, wobei die Wandung bzw. Leiteinrichtung (46, 146) eine zumindest im wesentlichen nicht bearbeitete innere Oberfläche entlang ei­ nes Abschnitts (44a, 44b) des Strömungswegs (44, 144) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandung bzw. Leiteinrichtung (46, 146) entlang des Abschnitts (44a, 44b) des inneren Strömungswegs (44, 144) eine hitzebeständige Beschichtung (48) aufweist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandung bzw. Leiteinrichtung (46, 146) aus Sandguß hergestellt ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Be­ schichtung (48) als Lack ausgeführt ist.

4. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich­ net, daß die Beschichtung (48) als Pulver aufgebracht ist und insbesondere als Pulverlack ausgeführt ist.

5. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich­ net, daß die Beschichtung (48) bzw. der Pulverlack eine Epoxid(harz)-Zusam­ mensetzung, eine Acryl(harz)-Zusammensetzung, eine Alkyl(harz)-Zusammen­ setzung und/oder eine Silikon-Zusammensetzung enthält bzw. daraus herge­ stellt ist.

6. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich­ net, daß die gegossene Wandung bzw. Leiteinrichtung (46, 146) eine maximale Betriebstemperatur von mehr als etwa 400°F (etwa 204°C) hat.

7. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich­ net, daß der beschichtete Abschnitt (44a, 44b) vor der Beschichtung eine erste Oberflächenrauhigkeit aufweist und die Beschichtung (48) eine zweite Oberflä­ chenrauhigkeit aufweist, wobei die ersten Oberflächenrauhigkeit mehr als im wesentlichen das achtfache der zweiten Oberflächenrauhigkeit beträgt.

8. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich­ net, daß die innere Oberfläche des beschichteten Abschnitts (44a, 44b) vor dem Aufbringen der Beschichtung (48) zumindest im wesentlichen unbehandelt ist.

9. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich­ net, daß die Wandung bzw. Leiteinrichtung (46, 146) als gegossene Spirale bzw. Schnecke ausgebildet ist.

10. Turbolader (20) für einen Innenverbrennungsmotor (32), wobei der Turbolader (20) eine Turbine (22) und einen davon angetriebenen Kompressor (24) auf­ weist, dadurch gekennzeichnet, daß der Kompressor (24) nach einem der voranstehenden Ansprüche ausgebil­ det ist.

11. Turbolader nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandung bzw. Leiteinrichtung (46) als gegossene Spirale bzw. Schnecke ausgebildet ist und eine maximale Betriebstemperatur von mehr als etwa 400°F (etwa 204°C) hat.

12. Innenverbrennungsmotor (32) mit einem Turbolader (20), dadurch gekennzeichnet, daß der Turbolader (20) nach Anspruch 10 oder 11 ausgebildet ist.

13. Innenverbrennungsmotor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenverbrennungsmotor (32) mit dem Turbolader (20) zum Antrieb der Turbine (22) durch Abgas und zur Aufnahme von komprimiertem Gas von dem Kom­ pressor (24) verbunden ist.

14. Gasturbinenmaschine (120) mit einem Kompressor (124) zur Komprimierung von Gas, einer Leiteinrichtung (146) zur Expansion des komprimierten Gases inner­ halb der Gasturbinenmaschine (120) und einer Verbrennungseinrichtung (150), der das expandierte Gas zuführbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasturbinenmaschine (120) eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 aufweist.

15. Verfahren zur Verbesserung der Effizienz eines Verdichters bzw. Zentrifugal­ kompressors, insbesondere eines Turboladers, eines Innenverbrennungsmotors oder einer Gasturbinenmaschine, mit einer gegossenen Wandung bzw. Leitein­ richtung für komprimiertes Gas, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandung bzw. Leiteinrichtung innen zumindest abschnittsweise in Strömungsrichtung mit einer die Oberflächenrauhigkeit verringernden, hitzebe­ ständigen Beschichtung versehen wird.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß eine Lackbeschich­ tung gebildet wird.

17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Be­ schichtung pulverförmig aufgebracht und insbesondere eine Pulverlackbe­ schichtung gebildet wird.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung bzw. der Pulverlack eine Epoxid(harz)-Zusammensetzung, eine Acryl(harz)-Zusammensetzung, eine Alkyl(harz)-Zusammensetzung und/oder eine Silikon-Zusammensetzung enthält bzw. daraus hergestellt ist.