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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Verdichter für einen
Turbolader nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren
zu dessen Kühlung.
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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.
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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°C aufheizen.
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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.
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Daher
schlägt
die
EP 0 518 026 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 01/29426 A1 eine
indirekte Kühlung
vor, bei der eine Kavität
im an das Verdichterrad angrenzenden Teil des Verdichterge häuses 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.
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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.
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Beide
Vorschläge
vermögen
die an den Schaufeln auftretenden Temperaturen jeweils nur in begrenztem
Umfang zu senken. Zudem erfordert die aus der
EP 0 518 026 A1 und der
WO 01/29426 A1 bekannte
Kühlung
eine große
Menge zuzuführendes Kühlfluid,
um ausreichend Wärme
abführen
zu können.
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Ausgehend
von der
WO 01/29426
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.
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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.
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Ein
dem 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 zuge wandte Rückseite des Verdichterrades
direkt oder indirekt kühlt,
indem es Wärme
von diesem aufnimmt.
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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 soweit reduziert werden, dass
bereits eine geringere Menge an Kühlfluid ausreicht, um soviel
Wärme abzuführen, dass
die im Verdichterrad auftretenden Temperaturen einen zulässigen Höchstwert
nicht überschreiten.
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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.
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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.
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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 verlän gern.
Umgekehrt muss die wärmeeintragverringernde
Beschichtung die Menge der eingetragenen Wärme nur soweit 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.
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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.
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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.
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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.
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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 kostengünstiger
Herstellung einer homogenen Beschichtung mit dünner Wandstärke und insbesondere die Beschichtung
von ausgewählten
Teilbereichen der Beschaufelung gestattet.
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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 „hegt 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.
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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.
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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.
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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 aufneh men
zu können.
Hierzu kann die Kavität
auch eine turbulenzerhöhende
Geometrie aufweisen, um so die Turbulenz der Kühlfluidströmung und damit deren Wärmeaufnahme
zu erhöhen.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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 Verdichterrade 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.
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Weitere
Aufgaben, Vorteile und Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen und
den Ausführungsbeispielen.
Hierzu zeigt:
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1 einen
Teil eines Verdichters nach einer ersten Ausführung der vorliegenden Erfindung
in einem schematischen seitlichen Querschnitt;
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2 einen
Teil eines Verdichters nach einer zweiten Ausführung der vorliegenden Erfindung
in einer der 1 entsprechenden Darstellung;
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3 einen
Teil eines Verdichters nach einer dritten Ausführung der vorliegenden Erfindung
in einer den 1, 2 entsprechenden
Darstellung; und
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4 einen
Teil eines Verdichters nach einer vierten Ausführung der vorliegenden Erfindung
in einer den 1–3 entsprechenden
Darstellung.
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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 1 nur eine
zu erkennen ist.
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Die
Verdichterschaufeln 12 sind mit einer wärmeeintragverringernden Beschichtung 2 aus
Aluminiumoxid Al2O3 versehen,
die sich in den Ausführungsbeispielen
von der Eintrittskante 13 einer Teilbeschaufelung bis zum
Radaustritt erstreckt und durch thermisches Spritzen aufgetragen
ist. Obwohl in 1 nicht erkennbar, ist auch
die Oberfläche
der Verdichternabe in diesem Bereich mit der Beschichtung versehen.
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Luft
wird von der 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.
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Zur
Abfuhr eines Teils dieser noch in das Verdichterrad eingetragenen
Wärme ist
in der ersten Ausführung
nach 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 zugewandter Teil 6 an
dem anderen Teil des Verdichtergehäuses 11 verschraubt
(nicht dargestellt) und die Kavität 4 durch Dichtringe 5 gegen
den Radialspalt 14 abgedichtet.
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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.
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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.
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Da
die wärmeeintragverringernde
Beschichtung 2 die von der verdichteten Luft in das Verdichterrad 1 eingetragene
Wärmemenge
bereits reduziert, genügt
zur Abfuhr von soviel Wärme
aus dem Verdichterrad, dass dieses eine zulässige Grenztemperatur von beispielsweise
200°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.
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2 zeigt
einen Teil eines Verdichters nach einer zweiten Ausführung der
vorliegenden Erfindung in einer der 1 entsprechenden
Darstellung. Nachfolgend wird nur auf die Unterschiede zur ersten Ausführung eingegangen,
währen
zu den übrigen,
insoweit identischen Merkmalen auf die vorstehende Beschreibung
Bezug genommen wird.
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In
der zweiten Ausführung
bildet der dem Radialspalt 14 zugewandter 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.
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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.
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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
anschließen
aus dem Radialspalt in die Hauptströmung des Arbeitsmediums. Hierdurch
wird vorteilhaft nicht nur die Rückseite
des Verdichterrades ge kühlt,
sondern zugleich deren Beaufschlagung mit einer Leckageströmung an
heißer,
verdichteter Luft aus der Hauptströmung verringert.
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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 verbundenen Verringerung der notwendigen Menge an Kühlluft der
Wirkungsgrad des Verdichters verbessert. 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.
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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°C
gehalten werden kann. Die Reduzierung der Kühlluftmenge erhöht wiederum
den Wirkungsgrad des Verdichters.