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Die
Erfindung geht aus von einem Verdichter im Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine,
mit einem in einem axialen Verdichtereinlasskanal drehbar gelagerten
Verdichterrad, mit welchem aus einem Verbrennungsluftkanal durch
wenigstens eine im Strömungsquerschnitt
einstellbare und stromauf des Verdichterrades angeordnete Axialluftöffnung in
den axialen Verdichtereinlasskanal zugeführte Verbrennungsluft auf einen
erhöhten
Ladedruck komprimierbar ist, und mit einem stromauf des Verdichterrades in
den Verdichtereinlasskanal radial einmündenden Zusatzkanal, in dessen
Mündungsbereich
in den Verdichtereinlasskanal wenigstens eine im Strömungsquerschnitt
einstellbare Radialluftöffnung
angeordnet ist, um durch Zufuhr von Verbrennungsluft das Verdichterrad
zu treiben, wobei die Strömungsquerschnitte
der Axialluftöffnung
und der Radialluftöffnung
durch verstellbare Sperrorgane einer Stelleinrichtung einstellbar
sind, gemäß der Gattung
von Anspruch 1.
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Ein
solcher Verdichter ist in der bisher unveröffentlichten
DE 102 527 67.9 beschrieben, der
als Bestandteil eines Abgasturboladers für eine Brennkraftmaschine in
deren Ansaugtrakt angeordnet ist. Der Abgasturbolader umfasst weiterhin
eine von Abgasen angetriebene Abgasturbine, welche den Verdichter
treibt. Der Verdichter verdichtet angesaugte Verbrennungsluft auf
einen erhöhten
Ladedruck und weist in dem axialen Verdichtereinlasskanal ein drehbar
gelagertes Verdichterrad auf, welches axial zugeführte Verbrennungsluft
auf einen erhöhten
Druck verdichtet. Parallel zum Verdichtereinlasskanal verläuft der
separat ausgebildete Zusatzkanal im Verdichtergehäuse, der
in Höhe
des Verdichterrades radial in den Verdichtereinlasskanal einmündet. Über den
Zusatzkanal kann ebenfalls Verbrennungsluft zugeführt werden,
die unmittelbar auf die Radschaufeln des Verdichterrades auftrifft
und dadurch dem Verdichterrad einen antreibenden Drehimpuls versetzt, der
insbesondere in Betriebszuständen
der Brennkraftmaschine mit niedriger Last und Drehzahl für ein erhöhtes Drehzahlniveau
des Laders sorgt. Stromauf des Verdichterrades befindet sich im
Bereich einer Abzweigung einer Zufuhrleitung zum Verdichtereinlasskanal
und dem Zusatzkanal als Stellglied ein einstellbarer Kolben, über den
die jeweiligen Luftmassenströme
in den axialen Verdichtereinlasskanal bzw. den Zusatzkanal steuerbar
sind.
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Dem
Verdichter genügt
ein einziges Stellglied, um in Abhängigkeit des aktuellen Last-
und Betriebszustandes der Brennkraftmaschine sowohl den Kolben im
Verdichtereinlasskanal als auch die Dralleinrichtung im Mündungsbereich
des Zusatzkanals in den Verdichtereinlasskanal zu verstellen. Die
Einstellung erfolgt dadurch, dass der Kolben im Verdichtereinlasskanal
in einer definierten Bewegungsphase die Dralleinrichtung im Mündungsbereich
von Zusatzkanal zum Verdichtereinlasskanal beaufschlagt, wodurch
die Stellbewegung des Kolbens auf die Dralleinrichtung übertragen
und diese verstellt wird. Der Kolben übernimmt somit die zusätzliche
Funktion eines Stellgliedes für
die Dralleinrichtung. Auf ein weiteres Stellglied kann verzichtet
werden. Mit nur einer Stelleinrichtung können beim Verdichter zwei separate
Drosseleinrichtungen betätigt
werden, was grundsätzlich
dadurch ermöglicht
wird, dass die Einstellung des Kolbens im Verdichtereinlasskanal
und die Einstellung der Dralleinrichtung im Mündungsbereich des Zusatzkanals
in unterschiedlichen Last- und Betriebszuständen erfolgen, denen unterschiedliche Stellbewegungen
des Kolbens zugeordnet werden.
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Die
Einstellung der Dralleinrichtung findet vorzugsweise bei niedrigen
Lasten der Brennkraftmaschine statt, bei denen im Ansaugkanal üblicherweise
ein Unterdruck herrschen muss, was durch einen sogenannten Kaltluftturbinenbetrieb
zu realisieren ist, bei dem die Verbrennungsluft zweckmäßig ausschließlich über den
Zusatzkanal geleitet wird und unter einem Drall auf das Verdichterrad
auftrifft, welches hierdurch eine Drehbeschleunigung erfährt.
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Bei
höheren
Lasten und Drehzahlen der Brennkraftmaschine dagegen ist der Kolben
im Verdichtereinlasskanal mehr oder weniger weit geöffnet, so
dass die Verbrennungsluft unmittelbar axial durch den Verdichtereinlasskanal
dem Verdichterrad zugeführt
wird, das in dieser Betriebsweise von einem separaten Antrieb betätigt wird,
insbesondere von der Abgasturbine, welche im Abgasstrang der Brennkraftmaschine
angeordnet sein kann und von den unter Druck stehenden Abgasen der
Brennkraftmaschine betrieben wird.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Verdichter
der eingangs erwähnten Art
derart weiter zu entwickeln, dass die oben beschriebenen Betriebszustände auf
andere Weise erzielt werden können.
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Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 1 gelöst.
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Vorteile der Erfindung
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Indem
die Sperrorgane gemeinsam und zueinander gegenläufig derart einstellbar sind,
dass wenn das erste Sperrorgan in eine erste Stellrichtung auf eine
Freigabe oder Vergrößerung des
Strömungsquerschnitts
der Axialluftöffnung
sowie auf eine Verkleinerung oder Sperrung des Strömungsquerschnitts
der Radialluftöffnung
zu verstellt wird, gleichzeitig das zweite Sperrorgan in einer zur
ersten Stellrichtung des ersten Sperrorgans gegenläufigen zweiten
Stellrichtung auf eine Freigabe oder Vergrößerung des Strömungsquerschnitts
der Radialluftöffnung
sowie auf eine Freigabe oder Vergrößerung des Strömungsquerschnitts
der Axialluftöffnung
zu verstellt wird. Diese Kinematik erlaubt eine sehr flexible Festlegung
der Betriebszustände
des Verdichters und ist darüber
hinaus einfach und kostengünstig herzustellen.
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Durch
die in den Unteransprüchen
aufgeführten
Maßnahmen
sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der Erfindung
möglich.
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Besonders
bevorzugt wird das erste Stellorgan durch einen ersten, im Verdichtereinlasskanal koaxial
und linear geführten,
einendseitig zum Verdichterrad hin offenen Hohlkörper gebildet, an dessen radial äußerem Umfang
die wenigstens eine Axialluftöffnung
ausgebildet ist. Dabei ist zur Einstellung oder Sperrung des Strömungsquerschnitts
der wenigstens einen Axialluftöffnung
der erste Hohlkörper relativ
zu einer Steuerkante des Verdichtergehäuses verschiebbar.
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Gemäß einer
Weiterbildung beinhaltet das zweite Sperrorgan einen zweiten, innerhalb
des ersten Hohlkörpers
gegenläufig
geführten,
einendseitig zum Verdichterrad hin offenen Hohlkörper, welcher im Verdichtereinlasskanal
koaxial geführt
und an seiner radial äußeren Umfangsfläche wenigstens
eine mit der wenigstens einen Axialluftöffnung des ersten Hülsenkörpers in Überdeckung
bringbare Durchgangsöffnung
aufweist.
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Dann
kann der Strömungsquerschnitt
durch die Radialluftöffnung
abhängig
von der Position des Endes des ersten Hohlkörpers und/oder des Endes des
zweiten Hohlkörpers
relativ zu einer radialen Wandung des Verdichtergehäuses einstellbar
oder sperrbar sein.
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Eine
besonders einfache Realisierung der gegenläufigen Kinematik des ersten
Stellorgans und es zweiten Stellorgans ist gegeben, wenn die Stelleinrichtung
ein drehbar getriebenes Zahnrad beinhaltet, wobei das Zahnrad an
diametral gegenüberliegenden
Seiten mit Zahnstangen kämmt,
von denen eine erste Zahnstange mit dem ersten Hohlkörper und
eine zweite Zahnstange mit dem zweiten Hohlkörper verbunden ist.
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Falls
dem ersten Hohlkörper
und/oder dem zweiten Hohlkörper
ein Anschlag zur Begrenzung des Stellwegs zugeordnet ist, dann kann
der ersten Zahnstange und dem ersten Hülsenkörper und/oder der zweiten Zahnstange
und dem zweiten Hülsenkörper eine
Federeinrichtung zur Aufnahme eines über den Anschlag hinausgehenden
Stellwegs zwischengeordnet sein.
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Im
Hinblick auf einen möglichen
Ausfall oder eine Störung
des Antriebs der Stelleinrichtung oder deren Steuerung ist es von
Vorteil, wenn das Zahnrad über
eine in beiden Drehrichtungen wirksame Federeinrichtung an dem Verdichtergehäuse abgestützt ist,
welche das Zahnrad in eine Drehlage drängt, die einen bestimmten Strömungsquerschnitt
der Axialluftöffnungen
und/oder der Radialluftöffnung
einstellt. Dabei ist die Federeinrichtung so ausgelegt, dass sie die
Reibung der Axialführungen
des ersten und zweiten Hohlkörpers
sowie den Verdrehwiderstand eines Elektromotors, der beispielsweise Bestandteil
der Stelleinrichtung ist, überwinden
kann. Die im Antriebsstrang der Stelleinrichtung befindlichen Baugruppen
und Bauteile der Stelleinrichtung befinden sich dann in einer Notluftposition
im Kräftegleichgewicht.
Der sich bedingt durch die Federeinrichtung in der Notluftposition
einstellende Strömungsquerschnitt
gewährleistet
dann auch bei ausgefallener Steuerung oder ausgefallenem Elektromotor
den Notluftbetrieb des Verdichters. Besonders bevorzugt beinhaltet
die Federeinrichtung eine einendseitig mit dem Verdichtergehäuse und
anderendseitig mit dem zweiten Hohlkörper verbundene Schraubenfeder, zwischen
deren Enden ein mit dem Zahnrad mitdrehender Hebel angreift, wodurch
eine kostengünstige und
einfache Konstruktion gegeben ist.
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Zeichnungen
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Weitere
Vorteile und zweckmäßige Ausführungen
sind den weiteren Ansprüchen,
der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:
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1 eine
schematische Schnittdarstellung einer bevorzugten Ausführungsform
eines Verdichters gemäß der Erfindung
in einer Leerlaufstellung der Brennkraftmaschine;
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2 eine
schematische Schnittdarstellung des Verdichters von 1 in
einer Stellung, welche einer unteren Teillast der Brennkraftmaschine
entspricht;
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3 eine
schematische Schnittdarstellung des Verdichters von 1 in
einer Stellung, welche einer oberen Teillast der Brennkraftmaschine
entspricht;
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4 eine
schematische Schnittdarstellung des Verdichters von 1 in
einer Stellung, welche einer Volllast der Brennkraftmaschine entspricht;
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5 eine
schematische Schnittdarstellung einer weiteren Ausführungsform
eines Verdichters gemäß der Erfindung
mit einer Notlaufeinrichtung;
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6 eine
schematische Schnittdarstellung einer weiteren Ausführungsform
eines Verdichters gemäß der Erfindung
mit einer weiteren Notlaufeinrichtung.
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In
den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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Der
in 1 dargestellte Verdichter 1 wird insbesondere
in Brennkraftmaschinen eingesetzt und ist zweckmäßig Teil eines Abgasturboladers,
bei dem die im Abgasstrang angeordnete Abgasturbine über eine
Welle 2 das Verdichterrad 4 im Verdichtergehäuse 6 antreibt,
die drehbar in einem Verdichtereinlasskanal 8 gelagert
ist. Die aus einem vorgelagerten, im Verdichtergehäuse 6 angeordneten
Luftsammelraum 10 über
mehrere Axialluftöffnungen 12 in
den axialen Verdichtereinlasskanal 8 gelangende Verbrennungsluft
wird von den rotierenden Verdichterradschaufeln 14 auf
einen erhöhten
Ladedruck verdichtet und radial über
einen Diffusor 16 in einen Luftsammelraum im Verdichtergehäuse 6 abgeleitet, von
dem aus die komprimierte Verbrennungsluft üblicherweise zunächst in
einem Ladeluftkühler
gekühlt und
anschließend
unter Ladedruck in die Zylinder der Brennkraftmaschine geleitet
wird. Die Rotationsachse des Verdichterrades 2 ist mit
der Verdichterachse 18 identisch, die auch zugleich die
Längsachse
des Verdichtereinlasskanals 8 ist. Der vorgelagerte Luftsammelraum 10 ist
als Ringraum ausgebildet und weist gegenüber der Verdichterachse 18 einen
radialen Abstand auf.
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Weiterhin
ist ein stromauf des Verdichterrades 4 in den Verdichtereinlasskanal 8 radial
einmündender
Zusatzkanal 20 vorhanden, in dessen Mündungsbereich in den Verdichtereinlasskanal 8 wenigstens
eine im Strömungsquerschnitt
einstellbare Radialluftöffnung 22 angeordnet
ist, um durch Zufuhr von Verbrennungsluft das Verdichterrad 4 zu
treiben. Im Bereich der Radialluftöffnung 22 ist außerdem ein Radialleitgitter 24 vorgesehen.
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Die
Strömungsquerschnitte
der Axialluftöffnungen 12 und
der Radialluftöffnung 22 sind
durch verstellbare Sperrorgane 26, 28 einer Stelleinrichtung 30 einstellbar.
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Axial
verschieblich ist in dem Verdichtereinlasskanal 8 ein erstes
Sperrorgan in Form eines ersten Hohlkörpers 26 angeordnet,
bei dessen axialer Bewegung der Querschnitt der Axialluftöffnungen 12 zwischen
der in 1 dargestellten Schließstellung und einer in 4 gezeigten Öffnungsstellung
zu verschieben ist. In der Schließstellung sind die Axialluftöffnungen 12 vollständig abgesperrt
und ein Übertritt
von Verbrennungsluft aus dem Luftsammelraum 10 in den Verdichtereinlasskanal 8 wird
unterbunden. Im einzelnen ist der erste Hohlkörper 26 nach Art einer
Hülse glattzylindrisch
sowie beidseitig insbesondere zum Verdichterrad 4 hin offen
ausgebildet und im Verdichtereinlasskanal 8 koaxial und
linear geführt.
An seinem radial äußerem Umfang
sind die Axialluftöffnungen 12 ausgebildet,
welche beispielsweise eine langlochförmig oder kreisrunde Form haben. Zur
Einstellung oder Sperrung des Strömungsquerschnitts der Axialluftöffnungen 12 ist
der erste Hohlkörper 26 relativ
zu einer Steuerkante 32 des Verdichtergehäuses 6 verschiebbar,
welche auch den Luftsammelraum 10 abschnittsweise begrenzt.
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Darüber hinaus
ist ein zweites Sperrorgan vorhanden, vorzugsweise in Form eines
zweiten, innerhalb des ersten Hohlkörpers 26 gegenläufig geführten, einendseitig
zum Verdichterrad 4 hin offenen Hohlkörpers 28, welcher
im Verdichtereinlasskanal 8 koaxial geführt und an seiner radial äußeren Umfangsfläche wenigstens
eine mit den Axialluftöffnungen 12 des
ersten Hohlkörpers 26 in Überdeckung bringbare
Durchgangsöffnung 34 aufweist.
Im Unterschied zum ersten Hohlkörper 26 ist
der zweite Hohlkörper 28 anderendseitig
durch einen Boden 36 verschlossen, der eine in Richtung
des Verdichterrades 4 vorspringende Strömungsführungsnase 38 aufweist.
Folglich steht die Durchgangsöffnung 34 mit dem
Verdichtereinlasskanal 8 stets in Strömungsverbindung.
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Wie
anhand von 1 leicht vorstellbar ist, ist
der Strömungsquerschnitt
durch die Radialluftöffnung 22 abhängig von
der Position des Endes 40 des ersten Hohlkörpers und/oder
des Endes 42 des zweiten Hohlkörpers 28 relativ zu
einer radialen Wandung 44 des Verdichtergehäuses 6 einstellbar
oder sperrbar. Dabei sind die beiden Hohlkörper 26, 28 gemeinsam
und zueinander gegenläufig
derart einstellbar, dass wenn der erste Hohlkörper 26 in eine erste
Stellrichtung – in 1 nach
rechts – auf
eine Freigabe oder Vergrößerung des
Strömungsquerschnitts
der Axialluftöffnungen 12 sowie
auf eine Verkleinerung oder Sperrung des Strömungsquerschnitts der Radialluftöffnung 22 zu
verstellt wird, gleichzeitig der zweite Hohlkörper 28 in einer zur
ersten Stellrichtung des ersten Hohlkörpers 26 gegenläufigen zweiten Stellrichtung – in 1 nach
links – auf
eine Freigabe oder Vergrößerung des
Strömungsquerschnitts
der Radialluftöffnung 22 sowie
auf eine Freigabe oder Vergrößerung des
Strömungsquerschnitts
der Axialluftöffnungen 12 zu
verstellt wird. Der Stellweg beider Hohlkörper 26, 28 ist
nach links durch entsprechende Anschläge 46, 47 und
nach rechts durch die Wandung 44 begrenzt.
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Dies
ist vorzugsweise dadurch realisiert, dass die Stelleinrichtung 30 ein
drehbares, beispielsweise durch einen Elektromotor getriebenes Zahnrad 48 beinhaltet,
dessen Drehachse senkrecht zur Längsachse 18 des
Verdichtereinlasskanals 8 ist. Das Zahnrad 48 kämmt an diametral
gegenüberliegenden
Seiten mit Zahnstangen, von denen eine erste Zahnstange 50 mit
dem ersten Hohlkörper 26 und eine
zweite Zahnstange 52 mit dem zweiten Hohlkörper 28 verbunden
ist. Der zweiten Zahnstange 52 und dem zweiten Hohlkörper 28 ist
eine Federeinrichtung zur Aufnahme eines über den linken Anschlag 47 hinausgehenden
Stellwegs zwischengeordnet. Genauer besteht die Federeinrichtung
in einer Zahnstangen-Schraubenfeder 54, die zwischen einer
Verschlusshülse 55 einer
zentralen Sacklochbohrung 56 im Boden 36 des zweiten
Hohlkörpers 28 und
einem Ringbund 58 am Ende der zweiten Zahnstange 52 abgestützt ist.
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Eine
Drehung des Zahnrads 48 im Uhrzeigersinn bewirkt, dass
der erste Hohlkörper 26 in 1 nach
rechts, auf eine Freigabe oder Vergrößerung des Strömungsquerschnitts
der Axialluftöffnungen 12 sowie
auf eine Verkleinerung oder Sperrung des Strömungsquerschnitts der Radialluftöffnung 22 zu
verstellt wird. Gleichzeitig wird der zweite Hohlkörper 28 in
einer zur ersten Stellrichtung des ersten Hohlkörpers 26 gegenläufigen zweiten
Stellrichtung – in 1 nach
links – auf
eine Freigabe oder Vergrößerung des
Strömungsquerschnitts
der Radialluftöffnung 22 sowie
auf eine Freigabe oder Vergrößerung des
Strömungsquerschnitts
der Axialluftöffnungen 12 zu
verstellt.
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Vor
diesem Hintergrund ist die Funktionsweise des Verdichters 1 wie
folgt:
In 1 ist eine Situation dargestellt,
in welcher sich die Brennkraftmaschine im Leerlauf oder unter sehr geringer
Last befindet. Der erste Hohlkörper 26 befindet
sich an seinem linken Anschlag 46, wobei in dieser Position
die Steuerkante 32 des Verdichtergehäuses 6 die Axialluftöffnungen 12 verschließt. Der Umfangsrand
des Bodens 36 des zweiten Hohlkörpers 28 ist dabei
noch ein Stück
weit von den Axialluftöffnungen 12 des
ersten Hohlkörpers 26 entfernt. Das
Ende 42 des zweiten Hohlkörpers 28 lässt nur
einen geringen Strömungsquerschnitt
der Radialluftöffnung 22 frei.
Folglich erfolgt eine wenn auch geringe Luftströmung zum Verdichterrad 4 ausschließlich durch
die Radialluftöffnung 22 hindurch
auf das Radialleitgitter 24. Die Verbrennungsluft trifft
unmittelbar auf die Verdichterradschaufeln 14 des Verdichterrades 4 auf
und versetzt ihm dadurch einen antreibenden Drehimpuls.
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Im
unteren Teillastbereich der Brennkraftmaschine wird das Zahnrad 48 im
Uhrzeigersinn verdreht und somit der erste Hohlkörper 26 ein Stück nach
rechts verschoben, wie in 2 gezeigt
ist. Hierdurch werden die Axialluftöffnungen 12 ein Stück weit über die
Steuerkante 32 hinausgeschoben, wodurch eigentlich ein
geringer Strömungsquerschnitt freigegeben
wäre, jedoch
wird dies noch von dem gleichzeitig in der Gegenrichtung zwangsweise
nach links bewegten zweiten Hohlkörper 28 verhindert, von
welchem der Umfangsrand des Bodens 36 den geringen Öffnungsquerschnitt
vollständig überdeckt. Demgegenüber befindet
sich der zweite Hohlkörper 28 an
seinem linken Anschlag 46 und gibt die Radialluftöffnung 22 vollständig frei.
Die Verschiebung des ersten Hohlkörpers 26 nach rechts
ist noch nicht so weit fortgeschritten, als dass dessen Ende 40 die
Radialluftöffnung 22 überdecken
könnte.
Folglich ist der Strömungsquerschnitt
der Radialluftöffnung 22 maximal,
wie durch die Pfeile angedeutet ist, und die Axialluftöffnungen 12 stehen
kurz vor ihrer Freigabe. Bis zu dieser Stellung herrscht Kaltluftturbinenbetrieb, bei
dem die Verbrennungsluft weiterhin ausschließlich über den Zusatzkanal 20 geleitet
wird und unter einem Drall auf das Verdichterrad 4 auftrifft,
welches hierdurch eine Drehbeschleunigung erfährt.
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Im
oberen Teillastbereich der Brennkraftmaschine (3)
wird das Zahnrad 48 weiter im Uhrzeigersinn verdreht, wodurch
der erste Hohlkörper 26 weiter
nach rechts, der zweite, bereits gegen den linken Anschlag 46 angeschlagene
Hohlkörper 28 allerdings
nicht weiter nach links verschoben wird, so dass aufgrund des zweiten
Hohlkörpers 28 der
Strömungsquerschnitt
der Radialluftöffnung 22 nicht
verändert
wird. Da der zweite Hohlkörper 28 bereits
gegen den linken Anschlag 47 gefahren ist, nimmt die Zahnstangen-Schraubenfeder 54 die
weitere Bewegung der zweiten Zahnstange 52 auf und wird
hierdurch gespannt. Das Ende 40 des gleichzeitig nach rechts
verschobenen ersten Hohlkörpers 26 bewirkt, dass
die Radialluftöffnung 22 teilweise
verdeckt wird und sich ihr Strömungsquerschnitt
verringert. Gleichzeitig gibt der Umfangsrand des Bodens 36 des
ersten Hohlkörpers 26 einen
Teil des gesamten Strömungsquerschnitts
der Axialluftöffnungen 12 frei,
so dass dem Verdichterrad 4 Verbrennungsluft in axialer Richtung
durch den Verdichtereinlasskanal 8 und gleichzeitig in
radialer Richtung durch die Radialluftöffnung 22 zuströmt, so dass
das Verdichterrad 4 einerseits durch die Radialluft angetrieben
ist, aber andererseits auch die axial zugeführte Verbrennungsluft verdichtet.
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Bei
der in 4 gezeigten Vollaststellung wird das Zahnrad 48 weiter
im Uhrzeigersinn verdreht, wodurch sich allerdings die Position
des am linken Anschlag 47 befindlichen zweiten Hohlkörpers 28 nicht ändert. Da
jedoch die zweite Zahnstange 52 vom Zahnrad 48 weiter
nach links geschoben wird, verkürzt sich
die Zahnstangen-Schraubenfeder 54 um ein weiteres Stück und wird
noch weiter vorgespannt. Das rechte Ende 40 des ersten
Hohlkörpers 26 verschließt die Radialluftöffnung 22 nun
vollständig
und der Strömungsquerschnitt
der Axialluftöffnungen 12 wird
maximal. Folglich strömt
lediglich axiale Verbrennungsluft zum Verdichterrad 4.
Bei abnehmender Last finden die beschriebenen Vorgänge in umgekehrter
Reihenfolge statt.
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Des
weiteren können
die Sperrorgane 26, 28 aus der Leerlaufposition
(1) in Richtung Vollastposition (4)
durch Drehen des Zahnrades 48 in nur einer Richtung – hier im
Uhrzeigersinn – ohne Drehrichtungsumkehr
verstellt werden. Die Verstellung aus der Vollastposition in Richtung
Leerlauf erfolgt dann in umgekehrter Weise wie oben beschrieben.
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In 5 ist
eine Ausführungsform
des Verdichters 1 gezeigt, die mit einer Notlufteinrichtung 60 ausgestattet
ist. Dabei ist das Zahnrad 48 über eine in beiden Drehrichtungen
wirksame Federeinrichtung 62 an dem Verdichtergehäuse 6 abgestützt, welche das
Zahnrad 48 in eine Drehlage drängt, die einen bestimmten Strömungsquerschnitt
der Axialluftöffnungen 12 und/oder
der Radialluftöffnung 22 hervorruft.
Dabei ist die Federeinrichtung 62 so ausgelegt, dass sie
die Reibung der Axialführungen
des ersten und zweiten Hohlkörpers 26, 28 sowie
den Verdrehwiderstand des stromlosen Elektromotors überwinden
kann, wenn dieser oder dessen Steuerung ausfällt.
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Die
beiden Hohlkörper 26, 28 befinden
sich dann in der Notlaufposition, in welcher an der Federeinrichtung 62 Kräftegleichgewicht
herrscht. Der sich bedingt durch die Federeinrichtung 62 in
der Notluftposition einstellende Strömungsquerschnitt der Radialluftöffnung 22 gewährleistet
dann auch bei ausgefallenem Elektromotor oder bei ausgefallener
Steuerung des Elektromotors einen Notluftbetrieb des Verdichters 1.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführung
der Notlufteinrichtung 60 beinhaltet die Federeinrichtung eine
Notluft-Schraubenfeder 62, zwischen deren Enden, beispielsweise
mittig, ein mit dem Zahnrad 48 mitdrehender Hebel 64 angreift,
welcher die Feder in zwei Federabschnitte 66, 68 unterteilt,
die abhängig von
der Stellung des Zahnrades 48 dieses entweder im Uhrzeigersinn
oder im Gegenuhrzeigersinn verdrehen. Denkbar sind auch zwei voneinander
getrennte Notluft-Schraubenfedern, an deren Verbindung der Hebel 64 angreift.
Die beiden Enden der Notluft-Schraubenfeder 62 sind am
Verdichtergehäuse 6 abgestützt.
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Das
definierte Einstellen des Öffnungsquerschnittes
für die
Ansaugluft in einer Notsituation erfolgt daher über die Notlufteinrichtung 60 als
Feder-Gegenfeder-System, das über
den Hebel 64 mit dem Zahnrad 48 verbunden ist.
Die Kräfte
der beiden gegenläufig
arbeitenden Federabschnitte 66, 68 verdrehen über den
Hebel 64 das Zahnrad 48, das dann den ersten Hohlkörper 26 und
den zweiten Hohlkörper 28 in
die definierte Notlaufposition verschiebt. Die Verschiebung erfolgt
so lange, bis sich das Feder-Gegenfeder-System im Kräfte-Gleichgewicht
befindet.
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6 zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel,
bei welchem das definierte Einstellen des Öffnungsquerschnittes für die Ansaugluft
in einer Notsituation ebenfalls über
eine Federeinrichtung 70 erfolgt. Hierbei umschließt eine
Notluft-Schraubenfeder 70 die
zweite Zahnstange 52 und stützt sich einerseits an einem
Einsatz 72 und andererseits am Boden 36 des zweiten
Hohlkörpers 28 ab.
Des weiteren ist das sich am Boden 36 abstützende Ende
der Notluft-Schraubenfeder 70 fest mit diesem verbunden und
das sich am Einsatz 72 abstützende Ende der Notluft-Schraubenfeder 70 ebenfalls
fest mit diesem verbunden (Zug-Druck-Feder). Der Einsatz 72 befindet
sich ebenfalls wie der zweite Hohlkörper 28 im Inneren
des ersten Hohlkörpers 26 und
ist ortsfest mit dem Verdichtergehäuse 6 verbunden und
kann gleichzeitig den Anschlag 47 für den zweiten Hohlkörper 28 bilden.
Der Einsatz 72 kann noch zusätzlich die zweite Zahnstange 52 führen. Die
Notluft-Schraubenfeder 70 ist
in der Notluftposition, welcher eine definierte Öffnungshöhe des Radialleitgitters 24 bzw.
der Radialluftöffnung 22 zugeordnet
ist, kräftefrei.
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Das
Anfahren der Notluftposition aus der Volllaststellung geht dabei
wie folgt vonstatten: Der zweite Hohlkörper 28 befindet sich
an seinem linken Anschlag 47. Die Notluft-Schraubenfeder 70 und
die Zahnstangen-Schraubenfeder 54 sind maximal vorgespannt.
wenn nun der Elektromotor oder dessen Steuerung ausfällt, drückt einerseits
die Zahnstangen-Schraubenfeder 54 die
zweite Zahnstange 52 in Richtung Boden der Sacklochbohrung 56 des
zweiten Hohlkörpers 28 und
andererseits die als Druckfeder wirkende Notluft-Schraubenfeder 70 den zweiten Hohlkörper 28 zusammen
mit der zweiten Zahnstange 52 und der Zahnstangen-Schraubenfeder 54 in Richtung
Verdichterrad 4. Die Bewegung der zweiten Zahnstange 52 wird
vom Zahnrad 48 auf die erste Zahnstange 50 gegenläufig übertragen,
wodurch der erste Hohlkörper 26 von
seinem in 4 dargestellten rechten Anschlag 40 abhebt
und den Strömungsquerschnitt
der Radialluftöffnung 22 freigibt.
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Nach
Einstellen eines Kräftegleichgewichts ergibt
sich dann ein bestimmter Strömungsquerschnitt
durch die Radialluftöffnung 22.
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Falls
die Notlaufposition aus der Leerlaufstellung angefahren wird, befindet
sich der erste Hohlkörper 26 fast
an seinem linken Anschlag 46, der zweite Hohlkörper 28 ist
weit über das
Radialleitgitter 24 geschoben und gibt nur einen geringen
radialen Strömungsquerschnitt
der Radialluftöffnung 22 frei. Die
zweite Zahnstange 52 befindet sich an ihrem Anschlag im
Grund ihrer Sacklochbohrung 56 im zweiten Hohlkörper 28.
Die Zahnstangen-Schraubenfeder 54 ist grundvorgespannt.
Die Notluft-Schraubenfeder 70 ist gelängt und wirkt nun als Zugfeder.
Wenn nun der Elektromotor oder dessen Steuerung ausfällt, zieht
die Notluft-Schraubenfeder 70 den zweiten Hohlkörper 28 vom
Verdichterrad 4 nach links weg bis sich ein Kräftegleichgewicht
einstellt, welches die definierte Notlaufposition des zweiten Hohlkörpers 28 und
damit einen definierten Strömungsquerschnitt der
Radialluftöffnung 22 festlegt.
Auch hier wird die Bewegung der Zahnstange 52 vom Zahnrad 48 auf die
Zahnstange 50 und somit auf den ersten Hohlkörper 26 in
gegenläufiger
Richtung übertragen,
welcher sich bis zum Erreichen des Kräftegleichgewichts in Richtung
Verdichterrad 4 verschiebt.