DE102009007843A1

DE102009007843A1 - Verdichterrad einer Ladeeinrichtung

Info

Publication number: DE102009007843A1
Application number: DE200910007843
Authority: DE
Inventors: Michal Klusacek; Martin Dr. Schlegl
Original assignee: Bosch Mahle Turbo Systems GmbH and Co KG
Current assignee: BMTS Technology GmbH and Co KG
Priority date: 2009-02-06
Filing date: 2009-02-06
Publication date: 2010-08-12

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verdichterrad (1) einer Ladeeinrichtung, insbesondere eines Abgasturboladers, mit Voll- und Splitterschaufeln (2, 3). Erfindungswesentlich ist dabei, dass zwischen zwei Vollschaufeln (2) jeweils zumindest zwei Splitterschaufeln (3) unterschiedlicher Länge angeordnet sind.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verdichterrad einer Ladeeinrichtung, insbesondere ein Verdichterrad eines Abgasturboladers, mit Voll- und Splitterschaufeln gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft außerdem einen mit einem derartigen Verdichterrad ausgestatteten Abgasturbolader.
Aus der DE 101 22 516 B4 ist ein gattungsgemäßes Verdichterrad bekannt, welches eine ungleiche Anzahl von Voll- und Splitterschaufeln aufweist. Die Voll- bzw. Splitterschaufeln sind dabei im Unterschied vom Winkelabstand und in unterschiedlicher sowie rotationsasymmetrischer Reihenfolge angeordnet. Hierdurch soll ein Störgeräuschpegel während des Betriebs der Ladeeinrichtung deutlich reduziert werden, da sich die Schallleistung durch die konstruktiven Maßnahmen auf mehrere Einzeltöne verteilt, deren Gesamtintensität entsprechend niedriger ausfällt.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, ein Verdichterkennfeld einer Ladeeinrichtung, insbesondere eines Abgasturboladers, anzupassen und dadurch den Wirkungsgrad der Ladeeinrichtung zu steigern.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, bei einem Verdichterrad einer Ladeeinrichtung, welches mit sog. Voll- und Splitterschaufeln ausgebildet ist, zwischen zwei Vollschaufeln jeweils zumindest zwei Splitterschaufeln unterschiedlicher Länge anzuordnen. Hierdurch können sowohl die Lufteintrittsbedingungen in einem Verdichtereintritt als auch der Wirkungsgrad der Ladeeinrichtung optimal angepasst werden. Durch die Anpassung der Lufteintrittsbedingungen wird insbesondere die Kennfeldbreite des Verdichterrades beeinflusst, während der gesteigerte Wirkungsgrad der Ladeeinrichtung hauptsächlich in einem verringerten Slip-Faktor begründet liegt. Viele Schaufeln bedeuten dabei einen geringen Slip-Faktor, was den Wirkungsgrad erhöht. Generell erhält man bei Radialverdichterrädern, wie sie üblicherweise in Ladeeinrichtungen, insbesondere in Abgasturboladern, eingesetzt werden, den besten Wirkungsgrad bei minimaler Verdichtereintrittsschaufelanzahl und maximaler Verdichteraustrittsschaufelanzahl. Genau jene Aufteilung wird mit der Erfindung erreicht, die mit einer im Vergleich zu den Splitterschaufeln deutlich geringeren Anzahl an Hauptschaufeln die Schaufelanzahl am Verdichtereintritt minimiert und gleichzeitig am Verdichteraustritt maximiert.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung, sind mehrere, vorzugsweise vier, fünf, sechs oder sieben Schaufelperioden vorgesehen, wovon jede eine Vollschaufel und zumindest zwei Splitterschaufeln umfasst. Durch dieses minimal festgelegte Verhältnis zwischen Splitterschaufel und Vollschaufel, wird ein Verhältnis zwischen der Schaufelanzahl am Verdichtereintritt und der Schaufelanzahl am Verdichteraustritt von zumindest 1:3 erreicht. Durch das Vorsehen weiterer Splitterschaufeln zwischen zwei Vollschaufeln, kann dieses Verhältnis weiter gesteigert werden. Generell ist dabei sowohl die Periodenanzahl je Verdichterrad als auch die Schaufelanzahl je Schaufelperiode individuell auf die Größe des Verdichterrades abzustimmen, sodass ein möglichst maximaler Wirkungsgrad erzielt werden kann.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
Dabei zeigen, jeweils schematisch,
1 ein erfindungsgemäßes Verdichterrad mit insgesamt fünfzehn Schaufeln, nämlich fünf Vollschaufeln und zehn Splitterschaufeln,
2 eine Darstellung wie in 1, jedoch aus einer anderen Ansicht,
3 ein Verdichterrad mit insgesamt vierundzwanzig Schaufeln, nämlich sechs Vollschaufeln und achtzehn Splitterschaufeln,
4 ein Verdichterrad mit insgesamt vierundzwanzig Schaufeln, nämlich vier Vollschaufeln und insgesamt zwanzig Splitterschaufeln.
Entsprechend den 1 und 2, weist ein erfindungsgemäßes Verdichterrad 1 einer Ladeeinrichtung, insbesondere eines Abgasturboladers, mehrere Vollschaufeln 2 und mehrere Splitterschaufeln 3 auf. Insgesamt sind dabei zwischen jeweils zwei benachbart zueinander angeordneten Vollschaufeln 2 jeweils zwei Splitterschaufeln 3 unterschiedlicher Länge angeordnet. Genauer gesagt sind hierbei gemäß der 1 je Verdichterrad 1 insgesamt fünf Vollschaufeln 2 und insgesamt zehn Splitterschaufeln 3 vorgesehen, sodass das gesamte Verdichterrad 1 über insgesamt fünfzehn Schaufeln verfügt. Es handelt es sich somit um ein eher kleines Verdichterrad 1.
Im Folgenden wird von einer Schaufelperiode gesprochen, wobei eine derartige Schaufelperiode jeweils eine Vollschaufel 2 und zumindest zwei Splitterschaufeln 3 unterschiedlicher Länge umfasst. Denkbar sind hierbei Verdichterräder 1, die mehrere, vorzugsweise vier, fünf, sechs oder sieben derartiger Schaufelperioden aufweisen.
Denkbar ist selbstverständlich auch ein Verdichterrad 1 gezeigt, welches zehn Schaufelperioden mit insgesamt dreißig Schaufeln, nämlich zehn Vollschaufeln 2 und zwanzig Splitterschaufeln 3 aufweist, oder aber auch ein Verdichterrad 1, welches elf Schaufelperioden mit insgesamt vierundvierzig Schaufeln, nämlich elf Vollschaufeln 2 und dreiunddreißig Splitterschaufeln 3 aufweist. Darüber hinaus ist ein Verdichterrad 1 mit insgesamt achtundvierzig Schaufeln bei acht Schaufelperioden denkbar, nämlich mit acht Vollschaufeln 2 und vierzig Splitterschaufeln 3 mit jeweils unterschiedlicher Länge. dass zehn Schaufelperioden mit insgesamt dreißig Schaufeln, nämlich zehn Vollschaufeln (2) und zwanzig Splitterschaufeln (3), vorgesehen sind.
Gemäß der 3 ist ein Verdichterrad 1 gezeigt mit sechs Schaufelperioden, genauer gesagt mit insgesamt vierundzwanzig Schaufeln, nämlich mit sechs Vollschaufeln 2 und achtzehn Splitterschaufeln 3.
Eine gleiche Gesamtanzahl an Schaufeln weist das Verdichterrad 1 gemäß der 4 auf, nämlich ebenfalls vierundzwanzig Schaufeln, jedoch im Unterschied zur 3 mit vier Vollschaufeln und insgesamt zwanzig Splitterschaufeln. Das Verdichterrad 1 gemäß der 4 weist vier Schaufelperioden auf, mit jeweils sechs Schaufeln, nämlich einer Vollschaufel 2 und fünf Splitterschaufeln.
Durch eine vorteilhafte Auswahl der Anzahl an Splitterschaufeln 3 zwischen den Vollschaufeln 2, sowie deren unterschiedlicher Länge, können sowohl die Lufteintrittsbedingungen in einem Verdichtereintritt (beeinflusst die Kennfeldbreite des Verdichterrades 1) als auch der Wirkungsgrad (beeinflusst den Druck am Verdichteraustritt) optimal an Betriebsbedingungen der Ladeeinrichtung angepasst werden. Der Wirkungsgrad einer mit einem derartigen Verdichterrad 1 ausgestatteten Ladeeinrichtung 1 wird dabei durch den sog. „Slip-Faktor” bestimmt, wobei ein geringer Slip-Faktor einen hohen Wirkungsgrad und viele Schaufeln bedeutet. Der Wirkungsgrad wird darüber hinaus durch die Anzahl und die Geometrie (Lage und Höhe der Strömungsabrisse im Schaufelkanal) der in einer Schaufelperiode befindlichen Splitterschaufel 3 bestimmt. Die periodische Splitterschaufelanzahl ist dabei beispielhaft in den 1 bis 4 dargestellt. In Verdichterrädern 1, welche üblicherweise als Radialverdichterräder ausgebildet sind, wie sie üblicherweise auch in Abgasturboladern eingesetzt werden, erhält man grundsätzlich den besten Wirkungsgrad bei minimaler Verdichtereintrittsschaufelanzahl und maximaler Verdichteraustrittsschaufelanzahl, sodass eine möglichst geringe Anzahl an Vollschaufeln 2, auch Hauptschaufeln genannt, bei einer gleichzeitig großen Anzahl an Splitterschaufeln 3 angestrebt wird.
Mit dem erfindungsgemäß ausgebildeten Verdichterrad 1 ist es darüber hinaus möglich, neben einem hohen Wirkungsgrad auch einen geringen Geräuschpegel zu erzeugen, da sich die Schallleistung auf mehrere Einzeltöne verteilt, deren Intensität entsprechend niedriger ausfällt. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass der Wirkungsgrad und die Leistungsaufnahme des Verdichterrades 1 nahezu konstant bleiben. Selbstverständlich kann dabei auf der Verdichterseite einer Ladeeinrichtung, welche üblicherweise keinen hohen Temperaturen ausgesetzt ist, auch ein vergleichsweise leichter Werkstoff, wie bspw. Aluminium, eingesetzt werden, wodurch ein Massenträgheitsmoment des Verdichterrades 1 abgesenkt und dadurch ein verbessertes Ansprechverhalten erzielt werden kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 10122516 B4 [0002]

Claims

Verdichterrad (1) einer Ladeeinrichtung, insbesondere eines Abgasturboladers, mit Voll- und Splitterschaufeln (2, 3), dadurch gekennzeichnet, dass zwischen zwei Vollschaufeln (2) jeweils zumindest zwei Splitterschaufeln (3) unterschiedlicher Länge angeordnet sind.
Verdichterrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere, vorzugsweise vier, fünf, sechs oder sieben Schaufelperioden vorgesehen sind, wobei jede Schaufelperiode eine Vollschaufel (2) und zumindest zwei Splitterschaufeln (3) umfasst.
Verdichterrad nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass je Schaufelperiode vier Schaufeln, nämlich eine Vollschaufel (2) und drei Splitterschaufeln (3), vorgesehen sind.
Verdichterrad nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass je Schaufelperiode sechs Schaufeln, nämlich eine Vollschaufel (2) und fünf Splitterschaufeln (3), vorgesehen sind.
Verdichterrad nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sechs Schaufelperioden mit insgesamt vierundzwanzig Schaufeln, nämlich sechs Vollschaufeln (2) und achtzehn Splitterschaufeln (3), vorgesehen sind.
Verdichterrad nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass vier Schaufelperioden mit insgesamt vierundzwanzig Schaufeln, nämlich vier Vollschaufeln (2) und zwanzig Splitterschaufeln (3), vorgesehen sind.
Abgasturbolader mit einem Verdichterrad (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6.