DE102008023794A1

DE102008023794A1 - Konische Rotoranordnungen für einen Lader

Info

Publication number: DE102008023794A1
Application number: DE102008023794A
Authority: DE
Inventors: Gregory P. Birmingham Prior
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2007-05-21
Filing date: 2008-05-15
Publication date: 2009-01-08
Also published as: CN101311537B; CN101311537A; US20080292487A1; US7882826B2

Abstract

Es ist eine Rotoranordnung für eine Verdichteranordnung mit einem Gehäuse vorgesehen, das einen Einlasskanal, einen Auslasskanal und einen Rotorhohlraum in Kommunikation mit dem Einlasskanal und dem Auslasskanal definiert. Die Rotoranordnung umfasst einen Rotorkörper mit einer Vielzahl von daran ausgebildeten Lappen, der drehbar innerhalb des Rotorhohlraumes des Gehäuses montierbar ist. Der Rotorkörper weist ein erstes Ende, im Wesentlichen benachbart zu dem Einlasskanal, und ein zweites Ende, im Wesentlichen benachbart zu dem Auslasskanal, auf, wenn er innerhalb des Gehäuses montiert ist. Jeder der Vielzahl von Lappen weist einen Außenradius auf, der an dem ersten Ende größer ist als an dem zweiten Ende.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft Rotoranordnungen mit einer allgemein konischen Form zur Verwendung innerhalb einer Laderanordnung.
Hintergrund der Erfindung
Roots- und Schrauben-Verdrängungsverdichter werden in industriellen und Kraftfahrzeuganwendungen eingesetzt. Der Verdichter oder Lader kann funktionell mit einem Verbrennungsmotor verbunden sein, um die Menge oder das Volumen von Ansaugluft, die zu dem Verbrennungsmotor weitergeleitet wird, zu erhöhen und dadurch seinen volumetrischen Wirkungsgrad zu erhöhen. Der Lader umfasst typischerweise zwei ineinander greifende, gegenläufig rotierende Rotoren, von denen jeder mit einer Vielzahl von Lappen ausgebildet sein kann, die dazu dienen Volumen von Ansaugluft von einem Einlassdurchgang zu einem Auslassdurchgang zur anschließenden Einleitung in den Verbrennungsmotor zu transportieren. Der Wirkungsgrad des Laders ist abhängig von den Laufspielen zwischen jedem der zwei Rotoren und einem Gehäuse, in dem die zwei Rotoren drehbar gelagert sind.
Zusammenfassung der Erfindung
Es ist eine Rotoranordnung für eine Verdichteranordnung mit einem Gehäuse vorgesehen, das einen Einlasskanal, einen Auslasskanal und einen Rotorhohlraum in Kommunikation mit dem Einlasskanal und dem Aus lasskanal definiert. Die Rotorvorrichtung umfasst einen Rotorkörper mit einer Vielzahl von daran ausgebildeten Lappen, der drehbar innerhalb des Rotorhohlraumes des Gehäuses montierbar ist. Der Rotorkörper weist ein erstes Ende, im Wesentlichen benachbart zu dem Einlasskanal, und ein zweites Ende, im Wesentlichen benachbart zu dem Auslasskanal, auf, wenn er innerhalb des Gehäuses montiert ist. Jeder der Vielzahl von Lappen weist einen Außenradius auf, der an dem ersten Ende größer ist als an dem zweiten Ende.
Der Außenradius kann sich allgemein von dem ersten Ende zu dem zweiten Ende verjüngen. Alternativ kann sich der Außenradius allgemein von einem Punkt zwischen dem ersten und dem zweiten Ende zu dem zweiten Ende verjüngen. Es ist auch eine Verdichteranordnung offenbart, die die Rotoranordnung enthält.
Die oben stehenden Merkmale und Vorteile sowie weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung sind aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung der besten Arten, die Erfindung auszuführen, in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen ohne weiteres verständlich.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist eine schematische perspektivische Darstellung einer Laderanordnung, die zur Verwendung mit einem Verbrennungsmotor ausgebildet ist;
2 ist eine schematische Querschnittsansicht des Laders von 1 entlang der Linie 2-2 von 1;
3 ist eine schematische Querschnittsansicht des Laders von 1 entlang der Linie 3-3 von 1; und
4 ist eine Schnittzeichnung, die das allgemein konische Profil der innerhalb der Laderanordnung von 1 enthaltenen Rotoren veranschaulicht.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, in denen gleiche Bezugsziffern in den verschiedenen Fig. durchgehend gleichen oder ähnlichen Komponenten entsprechen, ist in 1 eine Verdichter- oder Laderanordnung oder -gruppe, allgemein bei 10 angegeben, gezeigt. Die Laderanordnung 10 umfasst ein Gehäuse 12. Das Gehäuse 12 definiert einen Einlassdurchgang 14, der ausgebildet ist, um Ansaugluft, die als Pfeil 16 dargestellt ist, in die Laderanordnung 10 einzuleiten. Das Gehäuse 12 definiert ferner einen Auslassdurchgang 18, der ausgebildet ist, um die Ansaugluft 16 aus der Laderanordnung 10 auszustoßen.
Ein Rotorhohlraum 20 ist durch das Gehäuse 12 definiert und ist ausgebildet, um eine erste und eine zweite Rotoranordnung 22 bzw. 24 zu enthalten, die drehbar darin angeordnet sind. Die erste und die zweite Rotoranordnung 22 und 24 greifen ineinander und rotieren gegenläufig. Die erste Rotoranordnung 22 umfasst eine Vielzahl von Lappen 26, die sich von dem Einlassdurchgang 14 aus betrachtet radial nach außen in einer im Uhrzeigersinn drehenden Spiralform erstrecken, während die zweite Rotoranordnung 24 eine Vielzahl von Lappen 28 umfasst, die sich von dem Einlassdurchgang 14 aus betrachtet radial nach außen in einer gegen den Uhrzeigersinn drehenden Spiralform erstrecken. Die erste und die zweite Rotoranordnung 22 und 24 weisen erste Enden 30 bzw. 32, die im Wesentlichen benachbart zu dem Einlassdurchgang 14 angeordnet sind, und zweite Ende 34 bzw. 38 auf, die im Wesentlichen benachbart zu dem Auslassdurchgang 18 angeordnet sind. Die erste und die zweite Rotoranordnung 22 und 24 sind durch ein entsprechendes erstes und zweites Wellenelement 40 und 42 drehbar innerhalb des Rotorhohlraumes 20 gelagert. Ein Fachmann wird erkennen, dass die erste und die zweite Rotoranordnung 22 und 24 daran ausgebildete Schraubenlappen aufweisen können, ohne über den beanspruchten Umfang hinauszugehen.
Während eines Betriebes der Laderanordnung 10 wirken die erste und die zweite Rotoranordnung 22 und 24 zusammen, um Volumen von Ansaugluft 16 von dem Einlassdurchgang 14 zu dem Auslassdurchgang 18 zu transportieren. Die Temperatur der Ansaugluft 16 tendiert dazu, anzusteigen, wenn die Ansaugluft 16 von dem Einlassdurchgang 14 zu dem Auslassdurchgang 18 übertragen wird, wodurch ein Wärmegradient entlang der Längsachse des ersten und des zweiten Rotors 22 und 24 von den jeweiligen ersten Enden 30 und 32 zu den jeweiligen zweiten Enden 34 und 38 gebildet wird. Infolgedessen wird der Grad einer thermischen Ausdehnung der ersten und der zweiten Rotoranordnung 22 und 24 von den ersten Enden 30 und 32 und den zweiten Enden 34 und 38 zunehmen und dadurch die Wahrscheinlichkeit eines „Scheuerns" an den zweiten Enden 34 und 38 der ersten und der zweiten Rotoranordnung 22 und 24 erhöht. Scheuern ist definiert als eine Metallverlagerung als Ergebnis dessen, dass die erste und die zweite Rotoranordnung 22 und 24 einander oder das Gehäuse 12 berühren.
Unter Bezugnahme auf 2 und unter fortgesetzter Bezugnahme auf 1 ist eine Schnittansicht der Laderanordnung 10 entlang der Linie 2-2 von 1 gezeigt. Jeder der Vielzahl von Lappen 26 und 28 umfasst einen Spitzenabschnitt 44 bzw. 46, der an der äußersten Stelle der jeweiligen Lappen 26 und 28 angeordnet ist. Der Rotorhohlraum 20, in dem die erste und die zweite Rotoranordnung 22 und 24 angeordnet sind, ist durch eine Innenwand 48 des Gehäuses 12 definiert. Wie in 2 veranschaulicht, weist jeder der Lappen 26 und 28 einen Außenradius, als R₁ bezeichnet, an den ersten Enden 30 und 32 der jeweiligen ersten und zweiten Rotoranordnung 22 und 24 auf. Ein Zwischenraum oder Spiel, allgemein als C₁ bezeichnet, ist zwischen den Spitzenabschnitten 44 und 46 und der Innenwand 48 vorgesehen. Unter nunmehriger Bezugnahme auf 3 und unter fortgesetzter Bezugnahme auf 1 ist eine Schnittansicht der Laderanordnung 10 entlang der Linie 3-3 von 1 gezeigt. Wie in 3 veranschaulicht, weist jeder der Lappen 26 und 28 einen Außenradius, als R₂ bezeichnet, an den zweiten Enden 34 und 38 der jeweiligen ersten und zweiten Rotoranordnung 22 und 24 auf. Ein Zwischenraum oder Spiel, allgemein als C₂ bezeichnet, ist zwischen den Spitzenabschnitten 44 und 46 und der Innenwand 48 vorgesehen. In einer bevorzugten Ausführungsform verjüngt sich der Außenradius der Lappen 26 und 28 allgemein von den ersten Enden 30 und 32 zu den zweiten Enden 34 und 38 der jeweiligen ersten und zweiten Rotoranordnung 22 und 24. Das heißt, die Außenradien R₁ der Lappen 26 und 28 an den ersten Enden 30 und 32 sind größer als die Außenradien R₂ der Lappen 26 und 28 an den zweiten Enden 34 und 38 der jeweiligen ersten und zweiten Rotoranordnung 22 und 24. Als solches ist das Spiel C₁ zwischen den Rotorspitzenabschnitten 44 und 46 und der Innenwand 48 an den ersten Enden 30 und 32 der ersten und der zweiten Rotoranordnung 22 und 24 kleiner als das Spiel C₂ an den zweiten Enden 34 und 38 der ersten und der zweiten Rotoranordnung 22 und 24.
Unter Bezugnahme auf die 1 bis 3 wird die Ansaugluft 16 im Betrieb die erste und die zweite Rotoranordnung 22 und 24 erwärmen und eine größere thermische Ausdehnung an den zweiten Enden 34 und 38 bewir ken als an den ersten Enden 30 und 32. Dadurch, dass die erste und die zweite Rotoranordnung 22 und 24 mit einer allgemein konischen Form vorgesehen werden, werden sich die Spiele C₁ und C₂ während des Betriebes der Laderanordnung 10 im Wesentlichen ausgleichen. Die allgemein konische Form der ersten und der zweiten Rotoranordnung 22 und 24 ermöglicht ein kleineres oder knapperes Spielmaß C₁ an den ersten Enden 30 und 32 der ersten und der zweiten Rotoranordnung 22 und 24, während die Wahrscheinlichkeit eines Scheuerns an den zweiten Enden 34 und 38 während des Betriebes der Laderanordnung 10 im Wesentlichen vermieden wird. Die Lappen 26 und 28 können sich von den ersten Enden 30 und 32 zu den zweiten Enden 34 und 38 der ersten und der zweiten Rotoranordnung 22 und 24 kontinuierlich verjüngen. Alternativ können sich die Lappen 26 und 28 von einem beliebigen Punkt zwischen den ersten und zweiten Enden 30, 32 und 34, 38 zu den zweiten Enden 34 und 38 der ersten und der zweiten Rotoranordnung 22 und 24 verjüngen. Die Lappen 26 und 28 können sich auf eine allgemein lineare oder gebogene Weise verjüngen, ohne über den beanspruchten Umfang hinauszugehen.
Unter Bezugnahme auf 4 und unter fortgesetzter Bezugnahme auf die 1 bis 3 ist eine schematische Schnittansicht der Laderanordnung 10 gezeigt. Das Hubvolumen der ersten und der zweiten Rotoranordnung 22 und 24 ist durch Phantomlinien skizziert und bei 50 bezeichnet. Das Hubvolumen 50 veranschaulicht ein erstes, ein zweites und ein drittes Profil 52, 54 bzw. 56. Das erste Profil 52 veranschaulicht eine Rotorform, die sich kontinuierlich von den ersten Enden 30 und 32 zu den zweiten Enden 34 und 38 verjüngt. Das zweite Profil 54 veranschaulicht eine Rotorform, die sich allgemein von einem Punkt zwischen den ersten Enden 30 und 32 und den zweiten Enden 34 und 38 zu den zweiten Enden 34 und 38 verjüngt. Alternativ veranschaulicht das dritte Profil 56 eine Rotor form, die sich auf eine allgemein gebogene Weise zu den zweiten Enden 34 und 38 hin verjüngt.
Durch das Verjüngen der Lappen 26 und 28 der ersten und der zweiten Rotoranordnung 22 und 24 können Verbesserungen im Wirkungsgrad der Laderanordnung 10 erzielt werden, wie z. B. eine Erhöhung der Strömung der Ansaugluft 16, ein reduzierter Temperaturanstieg der durch die Laderanordnung 10 strömenden Ansaugluft 16, reduzierte parasitäre Verluste und eine verbesserte Scheuerfestigkeit. Ein Fachmann wird erkennen, dass Lappen 26 und 28 mit einer gebogenen Verjüngung, um dem Wärmedehnungsmuster der ersten und der zweiten Rotoranordnung 22 und 24 optimal zu entsprechen, verwendet werden können, ohne über den beanspruchten Umfang hinauszugehen.
Während die besten Arten, die Erfindung auszuführen, im Detail beschrieben wurden, wird der Fachmann auf dem Gebiet, auf das sich die Erfindung bezieht, verschiedene alternative Ausgestaltungen und Ausführungsformen erkennen, um die Erfindung innerhalb des Umfangs der beiliegenden Ansprüche auszuführen.

Claims

Rotorvorrichtung für eine Verdichteranordnung mit einem Gehäuse, das einen Einlasskanal, einen Auslasskanal und einen Rotorhohlraum in Kommunikation mit dem Einlasskanal und dem Auslasskanal definiert, wobei die Rotorvorrichtung umfasst: einen Rotorkörper mit einer Vielzahl von daran ausgebildeten Lappen, der drehbar innerhalb des Rotorhohlraumes des Gehäuses montierbar ist; wobei der Rotorkörper ein erstes Ende, im Wesentlichen benachbart zu dem Einlasskanal, und ein zweites Ende, im Wesentlichen benachbart zu dem Auslasskanal, aufweist, wenn er innerhalb des Gehäuses montiert ist; wobei jeder der Vielzahl von Lappen einen Außenradius aufweist; und wobei der Außenradius eines jeden der Vielzahl von Lappen an dem ersten Ende größer ist als an dem zweiten Ende.
Rotorvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Außenradius sich allgemein von dem ersten Ende zu dem zweiten Ende verjüngt.
Rotorvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Außenradius sich allgemein von einem Punkt zwischen dem ersten und dem zweiten Ende zu dem zweiten Ende verjüngt.
Rotorvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Verdichteranordnung ein Lader für einen Verbrennungsmotor ist.
Verdichteranordnung, die umfasst: ein Gehäuse, das einen Einlasskanal und einen Auslasskanal definiert; wobei das Gehäuse ferner einen Rotorhohlraum in Kommunikation mit dem Einlasskanal und dem Auslasskanal definiert; einen ersten und einen zweiten Rotor, jeweils mit einer Vielzahl von daran ausgebildeten Lappen; wobei der erste und der zweite Rotor drehbar innerhalb des Rotorhohlraumes gelagert sind; wobei der erste und der zweite Rotor ineinander greifen und gegenläufig rotieren; wobei der erste und der zweite Rotor ein erstes Ende, im Wesentlichen benachbart zu dem Einlasskanal, und ein zweites Ende, im Wesentlichen benachbart zu dem Auslasskanal, aufweisen; wobei jeder der Vielzahl von Lappen des ersten und des zweiten Rotors einen Außenradius aufweist; und wobei der Außenradius der Vielzahl von Lappen des ersten und des zweiten Rotors an dem ersten Ende des ersten und des zweiten Rotors größer ist als an dem zweiten Ende des ersten und des zweiten Rotors.
Verdichteranordnung nach Anspruch 5, wobei der Außenradius sich allgemein von dem ersten Ende des ersten und des zweiten Rotors zu dem zweiten Ende des ersten und des zweiten Rotors verjüngt.
Verdichteranordnung nach Anspruch 5, wobei der Außenradius sich allgemein von einem Punkt zwischen dem ersten Ende des ersten und des zweiten Rotors und dem zweiten Ende des ersten und des zweiten Rotors zu dem zweiten Ende des ersten und des zweiten Rotors verjüngt.
Verdichteranordnung nach Anspruch 5, wobei die Verdichteranordnung eine Laderanordnung für einen Verbrennungsmotor ist.
Verdichteranordnung, die umfasst: ein Gehäuse, das einen Einlasskanal und einen Auslasskanal definiert; wobei das Gehäuse eine Innenwand umfasst, die einen Rotorhohlraum in Kommunikation mit dem Einlasskanal und dem Auslasskanal definiert; einen ersten und einen zweiten Rotor mit einer Vielzahl von daran ausgebildeten Lappen; wobei die Vielzahl von Lappen Spitzenabschnitte aufweisen, die von der Innenwand um ein Spielmaß beabstandet sind; wobei der erste und der zweite Rotor drehbar innerhalb des Rotorhohlraumes gelagert sind; wobei der erste und der zweite Rotor ineinander greifen und gegenläufig rotieren; wobei der erste und der zweite Rotor ein erstes Ende, im Wesentlichen benachbart zu dem Einlasskanal, und ein zweites Ende, im Wesentlichen benachbart zu dem Auslasskanal, aufweisen; und wobei das Spielmaß an dem zweiten Ende des ersten und des zweiten Rotors größer ist als an dem ersten Ende des ersten und des zweiten Rotors.
Verdichteranordnung nach Anspruch 9, wobei die Spitzenabschnitte einen Außenradius definieren und wobei der Außenradius an dem ersten Ende des ersten und des zweiten Rotors größer ist als an dem zweiten Ende des ersten und des zweiten Rotors.
Verdichteranordnung nach Anspruch 10, wobei der Außenradius sich allgemein von dem ersten Ende des ersten und des zweiten Rotors zu dem zweiten Ende des ersten und des zweiten Rotors verjüngt.
Verdichteranordnung nach Anspruch 10, wobei der Außenradius sich allgemein von einem Punkt zwischen dem ersten Ende des ersten und des zweiten Rotors und dem zweiten Ende des ersten und des zweiten Rotors zu dem zweiten Ende des ersten und des zweiten Rotors verjüngt.
Verdichteranordnung nach Anspruch 9, wobei die Verdichteranordnung eine Laderanordnung für einen Verbrennungsmotor ist.