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Die
Erfindung betrifft ein Verdichterlaufrad gemäß dem
Oberbegriff von Patentanspruch 1 sowie einen mit einem solchen Verdichterlaufrad
ausgerüsteten Radialverdichter für einen Turbolader.
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Aus
DE 10 2006 048 784
A1 ist ein Verdichterlaufrad der eingangsgenannten Art
bekannt, welches in einen Radialverdichter integriert ist, wobei
der Radialverdichter eingerichtet ist, so dass eine einer Innenseite
eines Verdichtergehäuses des Radialverdichters zugewandte
Rückseite des Verdichterlaufrades gekühlt werden
kann.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verdichterlaufrad gemäß dem
Oberbegriff von Patentanspruch 1 bereitzustellen, bei dem bei geringem
bzw. reduziertem Kühlmittelverbrauch eine verbesserte Kühlleistung
an einer Rückseite des Verdichterlaufrades erzielbar ist.
Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, einen mit einem
solchen Verdichterlaufrad ausgerüsteten Radialverdichter
für einen Turbolader bereitzustellen.
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Die
o. g. Aufgaben werden mit einem Verdichterlaufrad gemäß Patentanspruch
1 bzw. einem Radialverdichter gemäß Patentanspruch
10 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweils
abhängigen Ansprüchen definiert.
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Gemäß einem
ersten Aspekt der Erfindung weist ein Verdichterlaufrad für
einen Radialverdichter eine Laufradnabe mit einer ersten Seite und
einer der ersten Seite abgewandten zweiten Seite sowie eine Mehrzahl
von Laufradschaufeln auf, die entlang einer Umfangsrichtung der
Laufradnabe verteilt auf der ersten Seite der Laufradnabe angeordnet
sind und die eine Mehrzahl von Laufradpassagen zum Hindurchleiten
eines Verdichtungsfluids definieren, wobei die Laufradpassagen ein
radial innenliegendes Verdichtungsfluid-Eintrittsende und ein radial
außenliegendes Verdichtungsfluid-Austrittsende aufweisen,
und wobei an einem zum Verdichtungsfluid-Austrittsende radial korrespondierenden
Abschnitt der zweiten Seite der Laufradnabe Fliehkraftfluss-Sperrmittel
vorgesehen sind, welche eingerichtet sind, einen radial auswärts
gerichteten Fluss von auf die zweite Seite aufgebrachtem flüssigem
Kühlfluid zu stoppen.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Verdichterlaufrad ist bei
geringem bzw. reduziertem Kühlmittelverbrauch eine verbesserte
Kühlleistung an einer Rückseite des Verdichterlaufrades
erzielbar. Dies wird insbesondere dadurch erreicht, dass die Fliehkraftfluss-Sperrmittel
vorgesehen sind, welche einen radial auswärts gerichteten
Fluss von auf die zweite Seite aufgebrachtem flüssigem
Kühlfluid stoppen. Erfindungsgemäß wird
der Fliehkraftfluss durch die im Betrieb des Verdichterlaufrades
durch dessen Rotation hervorgerufene Fliehkraft bewirkt.
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Bei
der erfindungsgemäßen Gestaltung des Verdichterlaufrades
wird auf die zweite Seite aufgebrachtes flüssiges Kühlfluid
daran gehindert, in Radialrichtung des Verdichterlaufrades abzufließen,
und hat somit eine längere Verweildauer an bzw. auf der zweiten
Seite. Dies führt ab einer bestimmten Betriebstemperatur
des Verdichterlaufrades zu einer Verdampfung des Kühlfluids
auf der zweiten Seite bzw. dem Verdichterradrücken, wodurch
eine zusätzliche direkte Abkühlung des Verdichterlaufrades
erzielt wird.
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Mit
anderen Worten erfolgt die Wärmeableitung sowohl durch
eine Temperatursteigerung des Kühlfluides als auch mit
dessen Übergang in die Dampfphase. Wenn der Kühlfluid-Verdampfungspunkt
erreicht ist, steigt die Temperatur des Materials des Verdichterlaufrades
nicht mehr an und kann auf gleichem Niveau gehalten werden. Durch
die direkte Wärmeableitung aus dem Verdichterlaufrad wird
die Temperatur des Verdichterlaufrades auf einem für dessen
Festigkeit unkritischen Niveau gehalten. Damit kann verhindert werden,
dass eine bei Verdichterlaufrädern übliche Ausscheidungshärtung
des Materials des Verdichterlaufrades, aufgehoben bzw. reduziert
wird. Somit kann, trotz der hohen Druckverhältnisse und
den damit entsprechend hohen Lufttemperaturen in einem Radialverdichter,
z. B. eine kostengünstige Aluminiumlegierung als Material
für das Verdichterlaufrad verwendet werden.
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Im
Ergebnis erfolgt eine erhöhte Temperaturabsenkung des Materials
des Verdichterlaufrades im hochbelasteten Radaustrittsbereich (lokale
Kühlung), womit sich eine Steigerung der Lebensdauer des Verdichterlaufrades
ergibt.
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Bevorzugt
ist bei dem erfindungsgemäßen Verdichterlaufrad
das Verdichtungsfluid-Austrittsende an einem radial äußersten
Ende der ersten Seite angeordnet.
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Gemäß einer
Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Verdichterlaufrades sind die Fliehkraftfluss-Sperrmittel eingerichtet,
auf der zweiten Seite radial auswärts geflossenes Kühlfluid
zu speichern.
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Dies
unterstützt in vorteilhafter Weise die Gewährleistung
eines geringen Kühlfluidverbrauchs, da die Kühlfluidzufuhr
nur am Anfang des Kühlens zum Füllen des Speichers
etwas höher und dann stark reduziert werden kann, da im
Wesentlichen nur noch Verdampfungsverluste an Kühlfluid
ausgeglichen werden brauchen.
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Gemäß einer
Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Verdichterlaufrades sind die Fliehkraftfluss-Sperrmittel eingerichtet,
so dass sie eine Oberflächenvergrößerung
für die zweite Seite der Laufradnabe bilden.
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Dies
unterstützt in vorteilhafter Weise den Wärmeübergang
vom Verdichterlaufrad auf das Kühlfluid.
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Gemäß einer
Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Verdichterlaufrades weisen die Fliehkraftfluss-Sperrmittel wenigstens
eine ringförmig umlaufende axial der Laufradnabe eingebrachte Vertiefung
in der zweiten Seite der Laufradnabe auf.
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Dies
stellt eine besonders einfache und damit besonders vorteilhafte
Realisierung für einen Kühlfluidspeicher dar,
wobei gleichzeitig die Oberflächenvergrößerung
für die zweite Seite bereitgestellt wird.
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Gemäß einer
Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Verdichterlaufrades weisen die Fliehkraftfluss-Sperrmittel eine
Mehrzahl von ringförmig umlaufenden Vertiefungen in der
zweiten Seite der Laufradnabe auf, wobei die Vertiefungen in einer Radialrichtung
der Laufradnabe zu einander versetzt und sich aneinander anschließend
angeordnet sind.
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Bildhaft
gesprochen sind also die jeweiligen Vertiefungen ähnlich
den Ringen einer Schießscheibe konzentrisch zueinander
angeordnet. Mit dieser Ausgestaltung des erfindungsgemäßen
Verdichterlaufrades werden einerseits zusätzliche Speicherräume
für das Kühlfluid und andererseits zusätzliche Oberflächenvergrößerungen
für die zweite Seite bereitgestellt. Dies erhöht
zusätzlich den an der zweite Seite des Verdichterlaufrades
erzielbaren Kühleffekt.
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Gemäß einer
Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Verdichterlaufrades weist jede Vertiefung eine über einen
axial der Laufradnabe tiefsten Abschnitt der Vertiefung axial vorstehende
radial der Vertiefung außenliegende ringförmig
umlaufende Begrenzungsrippe auf.
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Diese
Ausgestaltung der Vertiefung gewährleistet auf einfache
und wirksame Weise das Stoppen eines radial auswärts gerichteten
Flusses von auf die zweite Seite aufgebrachtem flüssigem
Kühlfluid. Mit anderen Worten bildet die Begrenzungsrippe
eine flüssigkeitsstoppende radial außenliegende
Umrandung für die zweite Seite.
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Gemäß einer
Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Verdichterlaufrades hat die Begrenzungsrippe ein Basisende, das
an dem tiefsten Abschnitt der Vertiefung angeordnet und mit diesem verbunden
ist, und ein freies Ende, das in Bezug auf das Basisende radial
einwärts der Laufradnabe versetzt angeordnet ist. Bevorzugt
ist die Begrenzungsrippe zwischen Basisende und freiem Ende geradlinig
ausgebildet.
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Gemäß dieser
Ausgestaltung der Erfindung ist die Vertiefung somit als nach radial
außen hin geschlossene und schräg nach radial
außen hin verlaufende umlaufende Tasche ausgebildet. Eine
solche Tasche ist besonders vorteilhaft und wirksam hinsichtlich
der Erzielung des Kühlfluid-Stoppeffektes und des Kühlfluid-Speichereffektes,
da der durch die Tasche gebildete Hinterschnitt ausreichend Raum und
Rippenhöhe dafür bereitstellt.
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Dadurch,
dass die radial außen geschlossene Tasche nahezu pfeilförmig
nach radial außen weist, d. h. in die Flussrichtung eines
radial auswärts gerichteten Flusses von auf die zweite
Seite aufgebrachtem flüssigem Kühlfluid, wirkt
die Tasche als Kühlfluidfalle für jegliches nach
radial außen strömendes Kühlfluid.
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Ferner
wird durch die schräge Ausgestaltung der Begrenzungsrippe
die Oberflächenvergrößerung für
die zweite Seite optimiert.
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Gemäß einer
Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Verdichterlaufrades ist ein Übergang zwischen dem tiefsten
Abschnitt der jeweiligen Vertiefung und dem Basisende der jeweiligen
Begrenzungsrippe bogenförmig, insbesondere kreisbogenförmig,
ausgebildet.
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Durch
die bogenförmige Ausgestaltung werden zuverlässig
Risse am Übergang zwischen dem tiefsten Abschnitt der jeweiligen
Vertiefung und dem Basisende der jeweiligen Begrenzungsrippe vermieden.
Ferner kann im Bedarfsfall die Vertiefung bzw. Tasche gerade in
diesem Bereich einfach gereinigt werden und werden Ablagerungen,
welche zu Querschnittverlust an dieser Stelle führen könnten,
sicher vermieden.
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Gemäß einem
zweiten Aspekt der Erfindung weist ein Radialverdichter für
einen Turbolader ein Verdichtergehäuse und ein drehbar
in dem Verdichtergehäuse gelagertes Verdichterlaufrad gemäß einer,
mehreren oder allen zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen
Ausführungsform(en) in jeder denkbaren Kombination auf,
wobei zwischen der zweiten Seite der Laufradnabe des Verdichterlaufrades
und einer daran angrenzenden der zweiten Seite zugewandten Innenseite
des Verdichtergehäuses ein Radialspalt ausgebildet ist,
und wobei das Verdichtergehäuse einen Hohlraum mit einem
Kühlfluideinlass, über den dem Hohlraum flüssiges
Kühlfluid zuführbar ist, und einem Kühlfluidauslass
hat, über den flüssiges Kühlfluid aus
dem Hohlraum in den Radialspalt und auf die zweite Seite der Laufradnabe
gespeist werden kann.
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Bei
einem solchen erfindungsgemäßen Radialverdichter
ist bei geringem bzw. reduziertem Kühlmittelverbrauch eine
verbesserte Kühlleistung an der Rückseite des
Verdichterlaufrades erzielbar. Dies wird insbesondere dadurch erreicht,
dass die Fliehkraftfluss-Sperrmittel vorgesehen sind, welche einen
radial auswärts gerichteten Fluss von über den Kühlfluidauslass
des Hohlraums auf die zweite Seite aufgebrachtem flüssigem
Kühlfluid stoppen.
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Damit
wird auf die zweite Seite aufgebrachtes flüssiges Kühlfluid
daran gehindert, in Radialrichtung des Verdichterlaufrades abzufließen
und hat somit eine längere Verweildauer an bzw. auf der
zweiten Seite. Dies führt ab einer bestimmten Betriebstemperatur
des Verdichterlaufrades zu einer Verdampfung des Kühlfluids
auf der zweiten Seite bzw. dem Verdichterradrücken, wodurch
eine zusätzliche direkte Abkühlung des Verdichterlaufrades
erzielt wird.
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Mit
anderen Worten erfolgt die Wärmeableitung sowohl durch
eine Temperatursteigerung des Kühlfluides als auch mit
dessen Übergang in die Dampfphase. Wenn der Kühlfluid-Verdampfungspunkt
erreicht ist, steigt die Temperatur des Materials des Verdichterlaufrades
nicht mehr an und kann auf gleichem Niveau gehalten werden. Durch
die direkte Wärmeableitung aus dem Verdichterlaufrad wird
die Temperatur des Verdichterlaufrades auf einem für dessen
Festigkeit unkritischen Niveau gehalten. Damit kann verhindert werden,
dass eine bei Verdichterlaufrädern übliche Ausscheidungshärtung
des Materials des Verdichterlaufrades, aufgehoben bzw. reduziert
wird. Somit kann, trotz der hohen Druckverhältnisse und
den damit entsprechend hohen Lufttemperaturen in einem Radialverdichter,
z. B. eine kostengünstige Aluminiumlegierung als Material
für das Verdichterlaufrad verwendet werden.
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Im
Ergebnis erfolgt eine erhöhte Temperaturabsenkung des Materials
des Verdichterlaufrades im hochbelasteten Radaustrittsbereich (lokale
Kühlung), womit sich eine Steigerung der Lebensdauer des Verdichterlaufrades
ergibt.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Radialverdichters weist das Verdichtergehäuse ein erstes
Gehäuseteil und ein dichtend in das erste Gehäuseteil
eingesetztes zweites Gehäuseteil auf, wobei das erste und
das zweite Gehäuseteil jeweils eine Aussparung aufweisen,
so dass die beiden Aussparungen gemeinsam den Hohlraum bilden.
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Bei
dieser Ausgestaltung der Erfindung ist der Hohlraum besonders einfach
und damit kostengünstig herstellbar, da die jeweiligen
Hohlraumhälften durch spanende Bearbeitung herstellbar
sind. Auf teure Gusskerne zum Ausbilden des Hohlraums kann gemäß dieser
Ausgestaltung der Erfindung somit verzichtet werden.
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Gemäß einer
Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Radialverdichters weist das erste Gehäuseteil den Kühlfluideinlass
auf und weist das zweite Gehäuseteil den Kühlfluidauslass
und die der zweiten Seite der Laufradnabe zugewandte Innenseite
des Verdichtergehäuses auf. Bevorzugt bildet das zweite
Gehäuseteil einen Dichtdeckel für das Verdichterlaufrad.
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Gemäß noch
einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Radialverdichters ist der Kühlfluidauslass von einer den
Hohlraum mit dem Radialspalt verbindenden Passage gebildet, wobei
in der Passage eine Sprühdüse angeordnet ist,
mittels deren durch die Passage strömendes Kühlfluid
in den Radialspalt hinein und auf die zweite Seite der Laufradnabe
verstäubbar ist.
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Mit
dieser Ausgestaltung der Erfindung ist eine äußerst
feine und gleichmäßige Verteilung des Kühlfluids
auf der vergrößerten Oberfläche der zweiten
Seite der Laufradnabe erzielbar, womit das Kühlfluid sowohl
sparsam als auch höchst kühleffektiv einsetzbar
ist. Durch die Auswahl einer geeigneten Düse (Durchflussmenge,
Sprühwinkel, Tröpfchengröße)
kann die Kühlfluidzufuhr an verdichterspezifische Parameter
angepasst werden.
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Gemäß einer
Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Radialverdichters ist die Passage geradlinig ausgebildet und weist
ein erstes Ende, das mit dem Hohlraum verbunden ist, und ein zweites Ende
auf, das mit dem Radialspalt verbunden ist und das in Bezug auf
das erste Ende radial nach außen versetzt ist.
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Mit
anderen Worten erstreckt sich die Passage schräg nach radial
außen hin, womit dem Kühlfluid einerseits eine
Strömungsbewegung nach radial außen hin voraufgeprägt
werden kann und andererseits das Kühlfluid gezielt dorthin
gesprüht werden kann, wo die Kühlung erfolgen
soll, nämlich am zum Fluidaustrittsende der Laufradpassagen
korrespondierenden Teil des Verdichterlaufrades.
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Gemäß einer
Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Radialverdichters weist der Hohlraum einen zusätzlichen
Kühlfluidauslass auf, wobei der Kühlfluideinlass
und der zusätzliche Kühlfluidauslass eingerichtet
sind, so dass über diese ein kontinuierlicher Kühlfluidaustausch
in dem Hohlraum realisierbar ist.
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Mit
dem so erzielten kontinuierlichen Kühlfluidaustausch in
dem Hohlraum können dessen Begrenzungswände sicher
heruntergekühlt werden, womit auch die Innenseite des Verdichtergehäuses
bzw. von dessen zweiten Gehäuseteil heruntergekühlt wird.
Somit kann die Innenseite des Verdichtergehäuses das im
Radialspalt befindliche, insbesondere das verdampfte, Kühlfluid
kühlen, womit das Kühlfluid zusätzliche
Wärme vom Verdichterlaufrad aufnehmen kann. Schon verdampftes
Kühlfluid kann kondensieren und sich teilweise auf der
zweiten Seite der Laufradnabe des Verdichterlaufrades niederschlagen.
Mit anderen Worten wird so, zusätzlich zu der direkten
Kühlung per Kühlfluid, eine indirekte Kühlung
der zweiten Seite der Laufradnabe des Verdichterlaufrades erzielt.
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Gemäß einer
Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Radialverdichters weist die Innenseite des Verdichtergehäuses
bzw. von dessen zweiten Gehäuseteil Oberflächenvergrößerungsmittel
auf.
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Diese
Ausgestaltung der Erfindung unterstützt auf vorteilhafte
Weise den Wärmeübergang von dem erhitzten Kühlfluid
auf die Innenseite des Verdichtergehäuses.
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Gemäß einer
Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Radialverdichters weisen die Oberflächenvergrößerungsmittel
wenigstens einen ringförmig umlaufenden in den Radialspalt
hinein vorstehenden Vorsprung an der Innenseite des Verdichtergehäuses
bzw. dessen zweiten Gehäuseteils auf.
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Diese
Ausgestaltung der Oberflächenvergrößerungsmittel
ist besonders einfach z. B. per Drehbearbeitung zu realisieren.
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Gemäß einer
Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Radialverdichters weisen die Oberflächenvergrößerungsmittel
eine Mehrzahl von ringförmig umlaufenden in den Radialspalt
hinein vorstehenden Vorsprüngen an der Innenseite des Verdichtergehäuses
bzw. von dessen zweiten Gehäuseteil auf, wobei die Vorsprünge
in einer Radialrichtung des Verdichtergehäuses zu einander
versetzt und sich aneinander anschließend angeordnet sind.
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Bildhaft
gesprochen sind also die jeweiligen Vorsprünge ähnlich
den Ringen einer Schießscheibe konzentrisch zueinander
angeordnet. Dies ist platzsparend und außerdem einfach
z. B. per Drehbearbeitung zu fertigen.
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Gemäß einer
Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Radialverdichters sind die Oberflächenvergrößerungsmittel
des Verdichtergehäuses radial so angeordnet, dass sie radial
zu dem radial zum Verdichtungsfluid-Austrittsende der Laufradpassagen
korrespondierenden Abschnitt der zweiten Seite der Laufradnabe korrespondieren.
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Aus
diese Weise wird der Kreislauf von Verdampfung und Kondensation
des Kühlfluids durch örtliche Nähe optimiert.
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Gemäß einer
Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Radialverdichters sind die Oberflächenvergrößerungsmittel
des Verdichtergehäuses so eingerichtet, dass sie mit den
Fliehkraftfluss-Sperrmitteln in Eingriff stehend eine Fluiddichtung
bilden.
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Die
so bereitgestellte Fluiddichtung verhindert zuverlässig,
dass per Leckagefluss von radial außen von der ersten Seite
der Laufradnabe her Verdichtungsfluid, wie z. B. atmosphärische
Luft, in den gesamten Radialspalt einströmen und die Laufradnabe
von der zweiten Seite dieser her erwärmen kann.
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Im
Folgenden wird die Erfindung anhand einer bevorzugten Ausführungsform
und unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren detaillierter
beschrieben.
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1 zeigt
eine schematische Teilansicht eines Radialverdichters gemäß einer
Ausführungsform der Erfindung.
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2 zeigt
eine schematische Teilansicht eines Radialverdichters gemäß einer
weiteren Ausführungsform der Erfindung.
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1 zeigt
gemäß einer ersten Ausführungsform der
Erfindung eine schematische Teilansicht eines Radialverdichter 1 eines
Abgas-Turboladers (nicht vollständig dargestellt) für
einen Verbrennungsmotor (nicht dargestellt).
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Der
Radialverdichter 1 weist ein Verdichtergehäuse 10 und
ein um eine Rotationsachse R drehbar (d. h. auf einer nicht dargestellten
Triebwelle) in dem Verdichtergehäuse 10 gelagertes
Verdichterlaufrad 20 auf.
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Das
rotationssymmetrische Verdichterlaufrad 20 weist eine Laufradnabe 21 mit
einer ersten Seite 21a (einer Vorderseite) und einer der
ersten Seite 21a abgewandten zweiten Seite 21b (einer Rückseite)
sowie eine Mehrzahl von Laufradschaufeln 22 auf, die entlang
einer Umfangsrichtung der Laufradnabe 21 verteilt auf der
ersten Seite 21a der Laufradnabe 21 angeordnet
sind und die eine Mehrzahl von Laufradpassagen 22a zum
Hindurchleiten eines Verdichtungsfluids, wie beispielsweise zu verdichtender
atmosphärischer Luft oder eines chemisches Prozessgases,
definieren.
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Die
Laufradpassagen 22a weisen jeweils ein radial (entlang
der Radialrichtung RR und relativ zur Rotationsachse R) innenliegendes
Verdichtungsfluid-Eintrittsende 23a und ein radial außenliegendes Verdichtungsfluid-Austrittsende 23b auf.
Wie aus 1 ersichtlich, sind die jeweiligen
Verdichtungsfluid-Austrittsenden 23b an einem radial äußersten Ende
der ersten Seite 21a, d. h. benachbart bzw. korrespondierend
zu einem Außenumfang des Verdichterlaufrades 20,
angeordnet. Der Erfinder weist darauf hin, dass die Eintritts kanten
auch zurückgeschnitten ausgebildet sein können.
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Im
Betrieb des Radialverdichters 1 wird Verdichtungsfluid,
wie z. B. atmosphärische Luft, von den Laufradschaufeln 22 in
Radialrichtung RR und in Umfangsrichtung (nicht bezeichnet) des
Verdichterlaufrades 20 beschleunigt und in einem anschließenden
Diffusor (nicht dargestellt) abgebremst und dadurch komprimiert.
Dabei erwärmt sich das Verdichtungsfluid vor allem in dem
Bereich der Laufradschaufeln 22, in dem ihm durch die Beschleunigung Energie
zugeführt wird. Diese Wärme gibt das Verdichtungsfluid
teilweise an das Verdichterlaufrad 20 ab, wobei die Temperaturdifferenz,
die dem Wärmeeintrag proportional ist, im Bereich der Verdichtungsfluid-Austrittsenden 23b der
Laufradschaufeln 22 am höchsten ist.
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Um
das bevorzugt aus einer Aluminiumlegierung hergestellte Verdichterlaufrad 20 vor Überhitzung
in diesem Bereich zu schützen, wird das erfindungsgemäße Verdichteriaufrad 20 auf
der zweiten Seite 21b von dessen Laufradnabe 21 sowohl
direkt als auch indirekt gekühlt. Wie diese beiden Kühlprinzipien
realisiert sind, ist im Folgenden beschrieben.
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In
die zweite Seite 21b ist eine ringförmig in Umfangsrichtung
der Laufradnabe 21 bzw. des Verdichterlaufrades 20 umlaufende
Vertiefung 24 axial (entlang der Axialrichtung AR) der
Laufradnabe 21 eingebracht.
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Die
Vertiefung 24 weist eine über einen axial der
Laufradnabe 21 tiefsten Abschnitt der Vertiefung 24 axial
vorstehende radial der Vertiefung 24 außenliegende
ringförmig umlaufende Begrenzungsrippe 25 auf,
welche eine Oberflächenvergrößerung für
die zweite Seite 21b der Laufradnabe 21 bildet.
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Die
Begrenzungsrippe 25 weist ein Basisende 25a, das
an dem tiefsten Abschnitt der Vertiefung 24 angeordnet
und mit diesem einstückig verbunden ist, und ein axial
vorstehendes freies Ende 25b auf, das in Bezug auf das
Basisende 25a radial einwärts der Laufradnabe 21 versetzt
angeordnet ist. Ein Übergang zwischen dem tiefsten Abschnitt
der Vertiefung 24 und dem Basisende 25a der Begrenzungsrippe 24 ist
bogenförmig und bevorzugt kreisbogenförmig ausgebildet.
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Das
Verdichtergehäuse 10 weist ein erstes Gehäuseteil 10a und
ein mittels Dichtringen (nicht separat bezeichnet) dichtend in das
erste Gehäuseteil 10a eingesetztes zweites Gehäuseteil 10b auf,
wobei das erste Gehäuseteil 10a und das zweite
Gehäuseteil 10b jeweils eine Aussparung (nicht
separat bezeichnet) aufweisen, so dass die beiden Aussparungen gemeinsam
einen Hohlraum bzw. eine Kavität 11 bilden. Das
zweite Gehäuseteil 10b bildet einen rückseitigen
Dichtdeckel für das Verdichterlaufrad 20 und weist
eine der zweiten Seite 21b der Laufradnabe 21 zugewandte
Innenseite 14 auf.
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Zwischen
der zweiten Seite 21b der Laufradnabe 21 des Verdichterlaufrades 20 und
der daran angrenzenden, der zweiten Seite 21b zugewandten Innenseite 14 des
zweiten Gehäuseteils 10b des Verdichtergehäuses 10 ist
ein Radialspalt S ausgebildet.
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Das
erste Gehäuseteil 10a weist einen Kühlfluideinlass 12 auf, über
den dem Hohlraum 11 flüssiges Kühlfluid
von einer Kühlfluidquelle, wie z. B. einem Motorkühlsystem,
zuführbar ist, und das zweite Gehäuseteil 10b weist
einen Kühlfluidauslass 13 auf, über den
flüssiges Kühlfluid aus dem Hohlraum 11 in den
Radialspalt S und auf die zweite Seite 21b der Laufradnabe 21 gespeist
werden kann.
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Der
Kühlfluidauslass 13 ist von einer den Hohlraum 11 mit
dem Radialspalt S verbindenden Passage gebildet, wobei in der Passage
eine Sprühdüse 15 angeordnet ist, mittels
deren durch die Passage strömendes Kühlfluid in
den Radialspalt S hinein und auf die zweite Seite 21b der
Laufradnabe 21 verstäubbar ist.
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Gemäß der
gezeigten Ausführungsform ist die den Kühlfluidauslass 13 des
Hohlraums 11 bildende Passage geradlinig und parallel zur
Rotationsachse R ausgebildet.
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Gemäß einer
nicht dargestellten alternativen Ausführungsform kann die
den Kühlfluidauslass 13 des Hohlraums 11 bildende
Passage geradlinig ausgebildet sein, sich aber schräg nach
radial außen hin erstrecken. Mit anderen Worten weist die
Passage dann ein erstes Ende, das mit dem Hohlraum 11 verbunden
ist, und ein zweites Ende auf, das mit dem Radialspalt S verbunden
ist und das in Bezug auf das erste Ende radial nach außen
versetzt ist.
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Wie
aus 1 ersichtlich, bildet die Vertiefung 24 mit
ihrer Begrenzungsrippe 25 eine nach radial außen
hin geschlossene und schräg nach radial außen
hin verlaufende umlaufende Tasche, die ein Fliehkraftfluss-Sperrmittel
bereitstellt, welches an einem zu den Verdichtungsfluid-Austrittsenden 23b der Laufradpassage 23 radial
korrespondierenden Abschnitt der zweiten Seite 21b der
Laufradnabe 21 angeordnet ist und welches eingerichtet
ist, einen radial auswärts gerichteten Fluss von auf die
zweite Seite 21b aufgebrachtem flüssigem Kühlfluid
zu stoppen.
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Die
radial außen geschlossene Tasche weist dabei nahezu pfeilförmig
nach radial außen, d. h. in die Flussrichtung eines radial
auswärts gerichteten Flusses von auf die zweite Seite 21b aufgebrachtem flüssigem
Kühlfluid, womit die Tasche als Kühlfluidfalle
und Kühlfluidspeicher für jegliches nach radial
außen strömende Kühlfluid wirkt.
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Gemäß einer
nicht dargestellten Variante der in 1 gezeigten
Ausführungsform der Erfindung weist der Hohlraum 11 einen
zusätzlichen Kühlfluidauslass auf, welcher bevorzugt
als zusätzliche Passage im ersten Gehäuseteil 10b des
Verdichtergehäuses 10 ausgebildet ist. In diesem
Fall sind der Kühlfluideinlass 12 und der zusätzliche
Kühlfluidauslass derart eingerichtet, d. h. verfügen über
die notwendigen Zuleitungen von der Kühlfluidquelle und Ableitungen
zu dieser zurück, dass über den Kühlfluideinlass 12 und
den zusätzlichen Kühlfluidauslass ein kontinuierlicher
Kühlfluidaustausch in dem Hohlraum 11 realisierbar
ist.
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2 zeigt
in einer schematischen Teilansicht eine zweite erfindungsgemäße
Ausführungsform eines Radialverdichter 1' eines
Abgas-Turboladers (nicht vollständig dargestellt) für
einen Verbrennungsmotor (nicht dargestellt).
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Der
in 2 gezeigte Radialverdichter 1' gleicht
bis auf einige im Folgenden beschriebene Unterschiede dem mit Bezug
auf 1 beschriebenen Radialverdichter 1 und
seinen Varianten. Aus diesem Grund sind in 2 Komponenten,
welche jenen des Radialverdichters 1 von 1 gleichen,
mit den gleichen Bezugszeichen wie in 1 bezeichnet.
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Der
Radialverdichter 1' gemäß 2 weist ein
gegenüber dem Verdichtergehäuse 10 von 1 leicht
modifiziertes Verdichtergehäuse 10' und ein gegenüber
dem Verdichterlaufrad 20 von 1 leicht modifiziertes
Verdichterlaufrad 20' auf.
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Gemäß der
Ausführungsform von 2 sind in
der zweiten Seite 21b der Laufradnabe 21 eine Mehrzahl
von ringförmig umlaufenden Vertiefungen 24a bis 24d ausgebildet,
welche die Fliehkraftfluss-Sperrmittel bilden.
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Die
Vertiefungen 24a–24d sind jeweils so
wie die in Bezug auf 1 beschriebene Vertiefung 24 ausgebildet
und sind in Radialrichtung RR der Laufradnabe 21 zu einander
versetzt und sich aneinander anschließend, d. h. ähnlich
den Ringen einer Schießscheibe, angeordnet.
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Wie
aus 2 ersichtlich, weist die Innenseite 14 des
Verdichtergehäuses 10' Oberflächenvergrößerungsmittel
in Form von wenigstens einem und hier in Form einer Mehrzahl von
ringförmig umlaufenden in den Radialspalt S hinein vorstehenden
Vorsprüngen 14a bis 14e (hier fünf
Vorsprünge, wobei in 2 nur drei
Vorsprünge 14a, 14b und 14e bezeichnet
sind) an der Innenseite 14 des zweiten Gehäuseteils 10b des
Verdichtergehäuses 10' auf.
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Die
Vorsprünge 14a–14e sind in Radialrichtung
RR des Verdichtergehäuses 10' zu einander versetzt
und sich aneinander anschließend, d. h. ähnlich
den Ringen einer Schießscheibe, angeordnet.
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Die
Vorsprünge 14a–14e sind ferner
radial so angeordnet, dass sie radial zu dem radial zum Verdichtungsfluid-Austrittsende 23b der
Laufradpassagen 23 korrespondierenden Abschnitt der zweiten Seite 21b der
Laufradnabe 21 korrespondieren.
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Wie
aus 2 ferner ersichtlich, steht jeder der Vorsprünge 14a–14e der
Innenseite 14 des zweiten Gehäuseteils 10b des
Verdichtergehäuses 10' mit einer der Vertiefungen 24a–24d der
zweiten Seite 21b der Laufradnabe 21 des Verdichterlaufrades 20 in
Eingriff bzw. in diese hinein vor, dass die Vorsprünge 14a–14e zusammen
mit den Vertiefungen 24a–24d eine Fluiddichtung
bzw. Labyrinthdichtung bilden.
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Die
so bereitgestellte Fluiddichtung verhindert zuverlässig,
dass per Leckagefluss von radial außen von der ersten Seite 21a der
Laufradnabe 21 her erhitztes Verdichtungsfluid, wie z.
B. atmosphärische Luft, in den gesamten Radialspalt S einströmen und
die Laufradnabe 21 von der zweiten Seite 21b dieser
her erwärmen kann.
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Gemäß einer
nicht dargestellten Variante der in 2 gezeigten
Ausführungsform der Erfindung weist, ähnlich wie
bei der zu 1 beschriebenen Variante, der
Hohlraum 11 einen zusätzlichen Kühlfluidauslass
auf, welcher bevorzugt als zusätzliche Passage im ersten
Gehäuseteil 10b des Verdichtergehäuses 10' ausgebildet
ist. Der Kühlfluideinlass 12 und der zusätzliche
Kühlfluidauslass sind wieder derart eingerichtet, d. h.
verfügen über die notwendigen Zuleitungen von
der Kühlfluidquelle und Ableitungen zu dieser zurück,
dass über den Kühlfluideinlass 12 und
den zusätzlichen Kühlfluidauslass ein kontinuierlicher
Kühlfluidaustausch in dem Hohlraum 11 realisierbar
ist.
-
- 1
- Radialverdichter
- 1'
- Radialverdichter
- 10
- Verdichtergehäuse
- 10'
- Verdichtergehäuse
- 10a
- erstes
Gehäuseteil
- 10b
- zweites
Gehäuseteil
- 11
- Hohlraum
- 12
- Kühlfluideinlass
- 13
- Kühlfluidauslass
- 14
- Innenwand
- 14a
- Vorsprung
- 14b
- Vorsprung
- 14c
- Vorsprung
- 14d
- Vorsprung
- 14e
- Vorsprung
- 15
- Sprühdüse
- 20
- Verdichterlaufrad
- 20'
- Verdichterlaufrad
- 21
- Laufradnabe
- 21a
- erste
Seite
- 21b
- zweite
Seite
- 22
- Laufradschaufel(n)
- 22a
- Laufradpassage(n)
- 23a
- Verdichtungsfluid-Eintrittsende
- 23b
- Verdichtungsfluid-Austrittsende
- 24
- Vertiefung
- 24a
- Vertiefung
- 24b
- Vertiefung
- 24c
- Vertiefung
- 24d
- Vertiefung
- 25
- Begrenzungsrippe
- 25a
- Basisende
- 25b
- freies
Ende
- S
- Radialspalt
- AR
- Axialrichtung
- RR
- Radialrichtung
- R
- Rotationsachse
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 102006048784
A1 [0002]
- - EP 1222400 B1 [0003]
- - DE 10325980 A1 [0003]
- - DE 19652754 A1 [0003]
- - DE 102007001487 A1 [0003]