DE102008029625B4

DE102008029625B4 - Rotoranordnung für einen Laderanordnung

Info

Publication number: DE102008029625B4
Application number: DE102008029625.2A
Authority: DE
Inventors: Gregory P. Prior; Roxann M. Bittner
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2007-06-26
Filing date: 2008-06-23
Publication date: 2015-07-23
Anticipated expiration: 2028-06-24
Also published as: DE102008029625A1; US7993118B2; CN101334025A; CN101334025B; US20090004038A1

Abstract

Rotoranordnung für eine Laderanordnung (10), umfassend: einen Rotor (22) mit mindestens einem Nocken (26), der mindestens einen Hohlraum (44) definiert; und ein drehbares Wellenelement (30); wobei der mindestens eine Hohlraum (44) konfiguriert ist, ein Fluid zu enthalten, das dazu dient, den mindestens einen Nocken (26) zu kühlen; wobei der mindestens eine Nocken (26) mit dem Wellenelement (30) wirksam verbunden ist und das Wellenelement (30) über den Großteil seiner Länge hinweg als Vollwelle ausgebildet ist; wobei das Wellenelement (30) einen Zufuhrdurchgang (40) definiert, der dazu dient, das Fluid zu dem mindestens einen Hohlraum (44) zu befördern; wobei das Wellenelement (30) einen Rückführungsdurchgang (48) definiert, der dazu dient, das Fluid aus dem mindestens einen Hohlraum (44) abzulassen, und der sich am gleichen axialen Ende des Wellenelements (30) wie der Zufuhrdurchgang (40) befindet; und wobei der mindestens eine Nocken (26) und das Wellenelement (30) derart zusammenwirken, dass dazwischen ein ringförmiger Durchgang (46) definiert wird, der dazu dient, das Fluid zwischen dem mindestens einen Hohlraum (44) und dem Rückführungsdurchgang (48) zu befördern.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Rotoranordnung für eine Laderanordnung.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Verdrängungskompressoren vom Rootstyp und Schraubentyp werden bei Industrie- und Kraftfahrzeuganwendungen eingesetzt. Der Kompressor oder Lader kann mit einer Brennkraftmaschine operativ verbunden sein, um das Volumen an Ansaugluft zu erhöhen, das zu der Brennkraftmaschine befördert wird, wodurch deren volumetrischer Wirkungsgrad erhöht wird. Der Lader weist typischerweise zwei verzahnte und gegenläufige Rotoren auf, von denen jeder mit einer Vielzahl von Nocken ausgebildet sein kann, um Ansaugluft für eine anschließende Einleitung in die Brennkraftmaschine zu transportieren. Der Wirkungsgrad des Laders hängt von den Laufspielen zwischen jedem der zwei Rotoren und einem Gehäuse ab, in dem die zwei Rotoren drehbar gelagert sind.
Wie in der US 6,045,343 A beschrieben, können die Rotoren flüssigkeitsgekühlt sein.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, die in der US 6,045,343 A beschriebene Rotoranordnung dahingehend weiterzuentwickeln, dass der Bearbeitungsaufwand für die Rotorwelle reduziert wird.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es wird eine Rotoranordnung für eine Laderanordnung bereitgestellt, die die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist. Die Rotoranordnung weist mindestens einen Nocken auf, der mindestens einen Hohlraum definiert. Der mindestens eine Hohlraum ist konfiguriert, ein Fluid, wie zum Beispiel Öl oder Kühlflüssigkeit, zu enthalten, das dazu dient, den mindestens einen Nocken zu kühlen.
In einer Ausführungsform weist die Rotoranordnung ein drehbares Wellenelement auf, und der mindestens eine Nocken ist mit dem Wellenelement operativ verbunden. Das Wellenelement definiert einen Zufuhrdurchgang, der dazu dient, das Fluid zu dem mindestens einen Hohlraum zu befördern. Das Wellenelement definiert ferner einen Rückführungsdurchgang, der dazu dient, das Fluid aus dem mindestens einen Hohlraum abzulassen. Der Zufuhrdurchgang ist im Allgemeinen entlang einer Drehachse des Wellenelements positioniert, während der Rückführungsdurchgang im Allgemeinen benachbart zu dem Außenumfang des Wellenelements positioniert ist. Ein Lader, der die Rotoranordnung aufnimmt, wird ebenfalls offenbart.
Die zuvor genannten Merkmale und Vorteile sowie weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der folgenden ausführlichen Beschreibung der besten Methoden zur Ausführung der Erfindung leichter deutlich, wenn in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen gesehen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische perspektivische Ansicht einer Laderanordnung, die zur Verwendung mit einer Brennkraftmaschine konfiguriert ist;
2 ist eine perspektivische Ansicht einer ersten und zweiten Rotoranordnung zur Verwendung in der Laderanordnung von 1; und
3 ist eine nicht planare oder gedrehte Querschnittansicht zweier benachbarter Nocken der ersten Rotoranordnung entlang 3-3 von 2.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Auf die Zeichnungen Bezug nehmend, in denen gleiche Bezugszeichen gleichen oder ähnlichen Bauteilen in den mehreren Figuren entsprechen, ist in 1 eine Kompressor- oder Laderanordnung gezeigt, die allgemein mit 10 bezeichnet ist. Die Laderanordnung 10 weist ein Gehäuse 12 auf. Das Gehäuse 12 definiert einen Einlassdurchgang 14, der konfiguriert ist, Ansaugluft, dargestellt als Pfeil 16, in die Laderanordnung 10 einzuführen. Das Gehäuse 12 definiert ferner einen Auslassdurchgang 18, der konfiguriert ist, die Ansaugluft 16 aus der Laderanordnung 10 abzulassen.
Ein Rotorhohlraum 20 wird von dem Gehäuse 12 definiert und ist konfiguriert, eine erste und zweite Rotoranordnung 22 bzw. 24 aufzunehmen, die darin drehbar angeordnet sind. Die erste und zweite Rotoranordnung 22 und 24 sind verzahnt und in Bezug auf einander gegenläufig. Die erste Rotoranordnung 22 weist eine Vielzahl von Nocken 26 auf, die sich radial nach außen in einer sich im Uhrzeigersinn drehenden schneckenförmigen Form erstrecken, wie von dem Einlassdurchgang 14 gesehen, während die zweite Rotoranordnung 24 eine Vielzahl von Nocken 28 aufweist, die sich radial nach außen in einer sich gegen den Uhrzeigersinn drehenden schneckenförmigen Form erstrecken, wie von dem Einlassdurchgang 14 gesehen. Die erste und zweite Rotoranordnung 22 und 24 wirken zusammen, um Ansaugluft 16 von dem Einlassdurchgang 14 zu dem Auslassdurchgang 18 zu transportieren. Die erste und zweite Rotoranordnung 22 und 24 sind in dem Rotorhohlraum 20 durch ein jeweiliges erstes und zweites Wellenelement 30 und 32 drehbar gelagert.
Während des Betriebs der Laderanordnung 10 wirken die erste und zweite Rotoranordnung 22 und 24 zusammen, um Ansaugluft 16 von dem Einlassdurchgang 14 zu dem Auslassdurchgang 18 zu transportieren. Die Temperatur der Ansaugluft 16 neigt dazu sich zu erhöhen, wenn die Ansaugluft 16 von dem Einlassdurchgang 14 zu dem Auslassdurchgang 18 transferiert wird, wodurch entlang der Längsachse des ersten und zweiten Rotors 22 und 24 ein Wärmegradient gebildet wird. Als Folge erhöht sich der Wärmeausdehnungsgrad der ersten und zweiten Rotoranordnung 22 und 24 während des Betriebs der Laderanordnung 10, wodurch die Wahrscheinlichkeit von ”Abnutzung” erhöht wird. Abnutzung wird als Metalltransfer als Folge dessen, dass die erste und zweite Rotoranordnung 22 und 24 einander oder das Gehäuse 12 berühren, definiert. Abnutzung ereignet sich, wenn das Laufspiel, das heißt der Abstand zwischen den Nocken 26 und 28 und dem Gehäuse 12, wenn die Laderanordnung 10 im Betrieb ist, Null erreicht, was einen Störzustand und einen Materialtransfer zwischen der ersten und zweiten Rotoranordnung 22 und 24 und dem Gehäuse 12 bewirkt.
Ein Kühlsystem 34, wie zum Beispiel ein Kreislaufsystem oder ein einfacher Behälter, ist schematisch in 1 dargestellt und dient dazu, die Nocken 26 und 28 der ersten und zweiten Rotoranordnung 22 und 24 während des Betriebs der Laderanordnung 10 zu kühlen oder Wärmeenergie daraus zu extrahieren. Durch Kühlen der Nocken 26 und 28 kann die Wärmeausdehnung der ersten und zweiten Rotoranordnung 22 und 24 minimiert werden, wodurch die Wahrscheinlichkeit von Abnutzung reduziert wird. Des Weiteren ermöglicht das Kühlsystem 34 engere Spielräume zwischen der ersten und zweiten Rotoranordnung 22 und 24 und dem Gehäuse 12, da die Formstabilität der Nocken 26 und 28 während des Betriebs der Laderanordnung 10 verbessert wird. Das Kühlsystem 34 weist eine Quelle 35 an Fluid 36, wie zum Beispiel Öl aus einem Getriebegehäuse (nicht gezeigt) der Laderanordnung 10 oder Kühlflüssigkeit aus einem flüssigkeitsgekühlten Ladeluftkühler (nicht gezeigt) oder der Maschine (nicht gezeigt), oder einen vollständig separaten Fluidkreislauf auf; jedoch werden Fachleute weitere Fluide erkennen, die im Rahmen dessen, was beansprucht wird, in dem Kühlsystem 34 verwendet werden können. Eine Pumpe 38 befindet sich in Fluidverbindung mit der Quelle 35 und dient dazu, das Fluid 36 unter Druck an Zufuhrdurchgänge 40 und 42 zu befördern, die von dem jeweiligen ersten und zweiten Wellenelement 30 und 32 definiert werden, um eine Kühlung der ersten und zweiten Rotoranordnung 22 und 24 zu bewirken. Ringnuten 41 und 43 werden teilweise durch das jeweilige erste und zweite Wellenelement 30 und 32 definiert. Die Ringnuten 41 und 43 dienen dazu, das Fluid 36 zu der Quelle 35 zurückzubringen.
Auf 2 Bezug nehmend ist eine perspektivische Ansicht der ersten und zweiten Rotoranordnung 22 und 24 gezeigt, die die im Allgemeinen schneckenförmige Form der Nocken 26 und 28 ausführlicher darstellt. Des Weiteren die Zufuhrdurchgänge 40 und 42 sowie die Ringnuten 41 und 43.
Der Aufbau und Betrieb der ersten und zweiten Rotoranordnung 22 und 24 werden unter Bezugnahme auf 3 ausführlicher erörtert. Obwohl nur die erste Rotoranordnung 22 in 3 gezeigt ist, versteht es sich von selbst, dass derselbe allgemeine Aufbau bei der zweiten Rotoranordnung 24 verwendet werden kann. Auf 3 Bezug nehmend und weiterhin auf 1 Bezug nehmend ist eine nicht planare Querschnittansicht der ersten Rotoranordnung 22 gezeigt. Der Schnitt verläuft entlang 3-3 von 2 und dreht sich im Allgemeinen mit dem Steigungswinkel der Nocken 26. Das erste Wellenelement 30 ist um eine Drehachse, die mit A bezeichnet ist, drehbar. Der Zufuhrdurchgang 40 erstreckt sich im Allgemeinen entlang der Drehachse A und steht mit einem sich im Allgemeinen radial erstreckenden Durchgang 42 in Verbindung, der von dem ersten Wellenelement 30 definiert wird. Der sich radial erstreckende Durchgang 42 steht mit einem von dem Nocken 26 definierten Hohlraum 44 in Verbindung. Obwohl nur ein sich radial erstreckender Durchgang 42 in 3 gezeigt wird, versteht es sich von selbst, dass jeder der von Nocken 26 definierten Hohlräume 44 mit einem jeweiligen sich radial erstreckenden Durchgang 42 in Verbindung steht. Die Nocken 26 und das erste Wellenelement 30 wirken zusammen, um einen im Allgemeinen ringförmigen Durchgang 46 zu definieren. Der ringförmige Durchgang 46 erstreckt sich axial entlang dem ersten Wellenelement 30 und steht mit einem Rückführungsdurchgang 48 in Verbindung, der von dem ersten Wellenelement 30 definiert wird. Der Rückführungsdurchgang 48 erstreckt sich im Allgemeinen axial entlang dem Außenumfang des ersten Wellenelements 30.
Während des Betriebs der Laderanordnung 10 von 1 liefert das Kühlsystem 34 Fluid 36, in 3 als Pfeile dargestellt, an den Zufuhrdurchgang 40. Das Fluid 36 wird durch den sich radial erstreckenden Durchgang 42 radial nach außen und in den Hohlraum 44 gezwungen. Das Fluid 36 wird durch die Zentrifugalkräfte, die durch die Drehung des ersten Wellenelements 30 darauf ausgeübt werden, zumindest teilweise radial nach außen gezwungen. Anschließend legt das Fluid 36 die Länge der Hohlräume 44 zurück, um Wärmeenergie zu extrahieren und dadurch die Nocken 26 der ersten Rotoranordnung 22 zu kühlen. Das Fluid 36, das die Länge der Nocken 26 zurückgelegt hat, wird in den im Allgemeinen ringförmigen Durchgang 46 abgelassen, wo das Fluid zu dem Rückführungsdurchgang 48 zur späteren Beförderung zu dem Kühlsystem 34 befördert wird. Die Ringnut 41 wird von dem ersten Wellenelement 30 definiert und dient dazu, das Ablassen von Fluid 36 aus dem Rückführungsdurchgang 48 zu erleichtern.
Durch Kühlen der Nocken 26 und 28 können die Spielräume zwischen den Nocken 26 und 28 und dem Gehäuse 12 minimiert werden, während die Wahrscheinlichkeit von Abnutzung reduziert wird. Daher kann der Betriebswirkungsgrad der Laderanordnung 10 durch Halten der Temperatur der Nocken 26 und 28 in vorbestimmten Grenzen erhöht werden. Es versteht sich von selbst, dass es bei gewissen Konfigurationen der ersten Rotoranordnung 22 und Betriebsgeschwindigkeiten der Laderanordnung 10 sein kann, dass die Pumpe 38 nicht notwendig ist, da der Zufuhrdurchgang 40 entlang der Drehachse A des ersten Wellenelements 30 zentral angeordnet ist, während der Rückführungsdurchgang 48 an dem Außenumfang des ersten Wellenelements 30 vorgesehen ist. Als solches können die Zentrifugalkräfte, die auf das Fluid 36 durch die Drehung des ersten Wellenelements 30 ausgeübt werden, ausreichend sein, um das Pumpen des Fluids 36 durch die erste Rotoranordnung 22 anstatt der Pumpe 38 zu ermöglichen. Die erste und zweite Rotoranordnung 22 und 24 können im Rahmen dessen, was beansprucht wird, schneckenförmige, schraubenförmige oder gerade Konfigurationen für die Nocken 26 und 28 aufweisen. Wie vorstehend ausgeführt, weisen die Nocken 26 und 28 der ersten und zweiten Rotoranordnung 22 und 24 im Allgemeinen eine schneckenförmige Form auf; als solches wird das Fluid 36 während der Drehung der ersten und zweiten Rotoranordnung 22 und 24 durch die Hohlräume 44 gepumpt.

Claims

Rotoranordnung für eine Laderanordnung (10), umfassend: einen Rotor (22) mit mindestens einem Nocken (26), der mindestens einen Hohlraum (44) definiert; und ein drehbares Wellenelement (30); wobei der mindestens eine Hohlraum (44) konfiguriert ist, ein Fluid zu enthalten, das dazu dient, den mindestens einen Nocken (26) zu kühlen; wobei der mindestens eine Nocken (26) mit dem Wellenelement (30) wirksam verbunden ist und das Wellenelement (30) über den Großteil seiner Länge hinweg als Vollwelle ausgebildet ist; wobei das Wellenelement (30) einen Zufuhrdurchgang (40) definiert, der dazu dient, das Fluid zu dem mindestens einen Hohlraum (44) zu befördern; wobei das Wellenelement (30) einen Rückführungsdurchgang (48) definiert, der dazu dient, das Fluid aus dem mindestens einen Hohlraum (44) abzulassen, und der sich am gleichen axialen Ende des Wellenelements (30) wie der Zufuhrdurchgang (40) befindet; und wobei der mindestens eine Nocken (26) und das Wellenelement (30) derart zusammenwirken, dass dazwischen ein ringförmiger Durchgang (46) definiert wird, der dazu dient, das Fluid zwischen dem mindestens einen Hohlraum (44) und dem Rückführungsdurchgang (48) zu befördern.
Rotoranordnung nach Anspruch 1, bei der das Fluid eine Kühlflüssigkeit oder ein Öl umfasst.
Rotoranordnung nach Anspruch 1, bei der der Zufuhrdurchgang (40) entlang einer Drehachse (A) des Wellenelements (30) positioniert ist.
Rotoranordnung nach Anspruch 1, bei der der Rückführungsdurchgang (48) benachbart zu dem Außenumfang des Wellenelements (30) positioniert ist.