DE102009051104A1

DE102009051104A1 - Radialverdichter

Info

Publication number: DE102009051104A1
Application number: DE102009051104A
Authority: DE
Inventors: Hedwig Schick; Robert Hanisch
Original assignee: Mann and Hummel GmbH
Current assignee: Mann and Hummel GmbH
Priority date: 2009-10-28
Filing date: 2009-10-28
Publication date: 2011-05-05
Also published as: JP2011094618A; US20110097194A1; JP5808036B2

Abstract

Ein Radialverdichter, insbesondere für einen Turbolader, besteht aus einem Gehäuse (1), das einen Zuströmkanal (19) und einen Spiralkanal (24) umfasst, und einem in dem Gehäuse (1) drehbar gelagerten Verdichterrad. Das Gehäuse (1) besteht aus mindestens zwei Gehäuseteilen (2, 3, 4) zwischen denen mindestens ein Hohlraum (18) gebildet ist. Zur Geräuschreduzierung wird vorgeschlagen, an dem Zuströmkanal (19) mindestens eine Öffnung (28) vorzusehen, durch die der Hohlraum (18) mit dem Zuströmkanal (19) fluidisch verbunden ist.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft einen Radialverdichter, insbesondere für einen Turbolader der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung.
Stand der Technik
Strömungsmaschinen werden bei Verbrennungsmotoren im Allgemeinen dazu verwendet, zur Leistungs- und Wirkungsgradsteigerung die angesaugte Frischluft auf ein höheres Druckniveau zu verdichten. Bei Abgasturboladern besteht das Gehäuse wegen der hohen Temperaturen und Drücke aus Metall. Es sind außerdem mechanisch oder elektrisch angetriebene Verdichter bekannt, deren Gehäuse aus Kunststoff besteht. Beim Betrieb der Verdichter treten insbesondere im höheren Drehzahlbereich erhebliche Geräusche auf, die wegen der hohen Frequenzen als lästig und störend empfunden werden. Es handelt sich dabei zum einen um konstante Töne, verursacht durch natürlich dynamische Frequenzen der rotierenden Welle und des Ölfilms. Außerdem existieren zahlreiche in ihren Frequenzspektren veränderliche Geräusche, die z. B. durch Wellenunwuchten, Pulsationsphänomene, aerodynamische Effekte (beispielsweise Umströmung der Verdichter- oder Turbinenschaufeln) verursacht werden. Der Frequenzbereich dieser Problemgeräusche hegt in der Regel in einer sehr großen Bandbreite von ca. 1000 Hz bis zu 20000 Hz. Diese Geräusche werden z. T. als Körperschall in die Struktur eingeleitet und von dort abgestrahlt. Ein weiterer Teil der Störgeräusche wird direkt als Luftschall emittiert. Dieser Luftschall breitet sich auf den Luftschallwegen aus.
Um den aus einem Turbolader nach außen dringenden Schall zu dämpfen, wurde in der DE 10112764 A1 bereits ein Radialverdichter vorgeschlagen, dessen Gehäuse und Druckstutzen aus Kunststoff bestehen. Zur Geräuschdämpfung sind im Bereich des Spiralgehäuses akustisch wirksame Öffnungen vorgesehen, die als Sacklochbohrung ausgestaltet oder als durch ein Lochblech vom Strömungskanal getrennte Kammern gebildet sind.
Aus DE 20 2007 016 282 U1 ist ein Gehäuse für einen Radialverdichter bekannt, das aus drei Gehäuseteilen besteht, die an Fügeflächen miteinander verbunden sind.
Offenbarung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Radialverdichter der eingangs genannten Gattung zu schaffen, an dessen Gehäuse auf einfache Weise eine deutliche Geräuschreduzierung erreicht wird.
Diese Aufgabe wird durch einen Radialverdichter mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Die vorliegende Erfindung beruht u. a. auf der Erkenntnis, dass sich die in Richtung Luftansaugmündung fortpflanzenden Schallwellen neben Abstrahlgeräuschen der luftführenden Teile auch das Mündungsgeräusch negativ beeinflussen. Dieser Erscheinung wird dadurch entgegengewirkt, dass zwischen den Gehäuseteilen mindestens ein Hohlraum vorgesehen ist, der über mindestens einer Öffnung mit dem Zuströmkanal fluidisch verbunden ist. Dadurch dass die Öffnungen im Ansaugquerschnitt des Verdichters vorgesehen sind, ergeben sich somit akustische Dämpfungsmöglichkeiten direkt an der Schallquelle.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist der Zuströmkanal im Wesentlichen durch einen axialen Abschnitt eines mittleren Gehäuseteils gebildet. Alternativ hierzu kann der Zuströmkanal im Wesentlichen durch einen axialen Abschnitt eines Gehäuseoberteils und durch einen axialen Abschnitt des mittleren Gehäuseteils gebildet sein.
Für die Gestaltung der Öffnungen, die den Zuströmkanal fluidisch mit dem Hohlraum verbinden, besteht eine Vielzahl von Möglichkeiten. Eine dieser Gestaltungsmöglichkeiten ist dadurch gegeben, dass die Öffnung im Zuströmkanal durch einen Abstand zwischen axialen Abschnitten des Gehäuseoberteils und des mittleren Gehäuseteils gebildet ist. In diesen Abstand ist ein in Umfangsrichtung verlaufender Schlitz zwischen den axialen Abschnitten gegeben.
Alternative Gestaltungen bestehen darin, dass in dem axialen Abschnitt eine Vielzahl von Öffnungen vorgesehen ist. Diese Öffnungen können beispielsweise als Langlöcher ausgebildet sein, die vorzugsweise parallel zueinander in axialer Richtung des Zuströmkanals verlaufen. Es ist daneben auch möglich, die Öffnungen kreisförmig oder polygon zu gestalten. Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, dass eine Trennwand vorgesehen ist, durch die zwei oder mehr Hohlräume gebildet werden. Auf diese Weise werden Einzelvolumen geschaffen, wobei es möglich ist, dass diese Einzelvolumen unterschiedliche Größe haben oder gleich groß sind. Bei der mehrteiligen Gestaltung des Gehäuses ist es zweckmäßig, dass der Hohlraum ringförmig ausgebildet ist und den bzw. die axialen Abschnitte umgibt.
Als Trennwand kann beispielsweise eine ringförmige radiale Trennwand vorgesehen sein, die einen oberen Hohlraum und einen unteren Hohlraum mit jeweiligen Einzelvolumen voneinander trennt. Alternativ hierzu ist es auch möglich, axiale Trennwände vorzusehen, wobei zwei oder mehrere Trennwände eine entsprechende Anzahl von Hohlräumen bilden. Dabei sind vorzugsweise drei axiale Trennwände vorgesehen, die die axialen Abschnitte umgeben und dadurch drei ringsegmentförmige Hohlräume bilden.
Die Gehäuseteile bestehen vorzugsweise aus einem thermoplastischen Kunststoff, beispielsweise PPS (Polyphenylsulfide). Die Verbindung der Gehäuseteile miteinander erfolgt beispielsweise durch Reibschweißen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:
1 einen axialen Schnitt durch ein Gehäuse eines Radialverdichters,
2 eine Darstellung in einer alternativen Ausgestaltung des Gehäuses gemäß 1,
3 eine weitere alternative Ausführung des Gehäuses gemäß 1,
4 eine Darstellung gemäß 2 mit einer ringförmigen radialen Trennwand zur Bildung von zwei Hohlräumen,
5 eine Darstellung gemäß 3 mit axialer Trennwand zur Bildung mehrerer Hohlräume,
6 eine schematische Darstellung der durch die Trennwände in 5 gebildeten Hohlräume.
Ausführungsform(en) der Erfindung
Die 1 zeigt ein aus drei Gehäuseteilen gebildetes Gehäuse 1, wobei zwischen einem Oberteil 2 und einem Unterteil 3 ein Mittelteil 4' angeordnet ist. Diese Gehäuseteile 2, 3, 4 bestehen aus einem thermoplastischen Kunststoff, vorzugsweise aus PPS (Polyphenylsulfide). An dem Oberteil 2 sind zwei ringförmige Verbindungsflächen 5, 6 ausgebildet, wobei an der Verbindungsfläche 5 eine Stirnfläche 7 des Unterteils 3 und an der Verbindungsfläche 6 eine Anlagefläche 8 des Mittelteils 4 liegt. Die Verbindungsfläche 5 und die Stirnfläche 7 sowie die Verbindungsfläche 6 und die Anlagefläche 8 bilden jeweils Schweißzonen, an denen die Teile stoffschlüssig zusammengefügt sind.
An dem Oberteil 2 ist eine nach unten offene Wölbung 9 geformt, die sich ringförmig erstreckt und in Umfangsrichtung erweitert ist. An dem radial innenliegenden Ende dieser Wölbung 9 ist die Verbindungsfläche 6 ausgebildet, wobei an die Anlagefläche 8 sich ein an die Form der Wölbung 9 angepasster Rundungsabschnitt 10 anschließt, der am Mittelteil 4 angeformt ist. Das Mittelteil 4 umfasst außerdem einen axialen Abschnitt 11 mit einer Rundung 12 zu einem Radialabschnitt 13, an dem der Rundungsabschnitt 10 angeformt ist.
Fluchtend mit dem axialen Abschnitt 11 des Mittelteils 4 ist an dem Oberteil 2 ein axialer Abschnitt 14 angeformt. Die axialen Abschnitte 11, 14 bilden einen Zuströmkanal 19, wobei zwischen den Abschnitten 11 und 14 ein Abstand vorhanden ist, durch den ein in Umfangsrichtung verlaufender Schlitz 15 gebildet ist. Der axiale Abschnitt 14 des Oberteils 2 ist über Wandteile 16, 17 mit der Wölbung 9 verbunden. Diese Wandteile 16, 17 sowie die axialen Abschnitte 11, 14, Rundung 12 und radialer Abschnitt 13 begrenzen einen ringförmig sich um die axialen Abschnitte 11, 14 erstreckenden Hohlraum 18, der über den Schlitz 15 mit dem durch die axialen Abschnitte 11, 14 gebildeten Zuströmkanal 19 fluidisch verbunden ist.
Das Unterteil 3 ist im Wesentlichen als eine ringförmige, sich in Umfangsrichtung erweiternde Wölbung 20 ausgebildet, an deren radialer Außenseite sich eine axial nach oben erstreckende Hülse 21 anschließt, an deren oberem Ende sich die Stirnfläche 7 befindet. An der Innenwandung der Hülse 21 liegt ein axialer Abschnitt 22 des Oberteils 2 an, so dass in diesem Bereich das Gehäuse 1 doppelwandig ist. Das Unterteil 3 ist an seiner Unterseite zur Aufnahme eines in der Zeichnung nicht dargestellten Gehäusebodens ausgebildet, wobei an dem Unterteil 3 radial nach innen gerichtete Vorsprünge 23 vorgesehen sind. Wie aus der Darstellung ersichtlich ist, bilden die Wölbung 9 am Oberteil 2, der Rundungsabschnitt 10 am Mittelteil 4 und die Wölbung 20 am Unterteil 3 einen Spiralkanal 24.
Die 2 zeigt das Gehäuse 1 in einer alternativen Ausgestaltung, wobei das Mittelteil 4 mit einem längeren axialen Abschnitt 27 versehen ist, der bis an die Unterkante des sich radial erstreckenden Wandteils 16 reicht. An der Unterkante des Wandteils 16 ist eine weitere Verbindungsfläche 25 vorgesehen, an der eine Stirnfläche 26 des Abschnitts 27 anstößt und an diesen Flächen 25, 26 das Oberteil 2 und Mittelteil 4 ebenso stoffschlüssig verbunden sind wie an den Flächen 6, 8. In dem zylindrisch ausgebildeten Abschnitt 27 ist eine Vielzahl von Langlöchern 28 angeordnet, die im dargestellten Beispiel als parallel verlaufende Schlitze ausgebildet sind und den Hohlraum 18 mit dem Zuströmkanal 19 fluidisch verbinden. Im Übrigen stimmen für gleiche Teile die Bezugszeichen mit denjenigen der 1 überein, so dass auf die Beschreibung zu 1 verwiesen wird.
In 3 ist eine weitere Ausführungsform des Gehäuses 1 gezeigt, die sich von derjenigen der 2 dadurch unterscheidet, dass in dem zylindrisch ausgebildeten axialen Abschnitt 27 kreisförmige Öffnungen 29 angeordnet sind, durch die der Hohlraum 18 fluidisch mit dem Zuströmkanal 19 verbunden ist. Selbstverständlich sind auch andere Formen der Öffnungen möglich, beispielsweise als unregelmäßige Polygone oder als regelmäßige Vielecke. Die übrigen Bezugszeichen stimmen mit denjenigen der 2 überein.
In 4 ist eine Darstellung ähnlich derjenigen in 2 gezeigt. Im Unterschied dazu ist in 4 eine ringförmige radiale Trennwand 30 in dem den radialen Abschnitt 27 umgebenden Hohlraum vorgesehen, so dass bei dieser Darstellung des Gehäuses 1 ein oberer Hohlraum 31 und ein unterer Hohlraum 32 gebildet sind. Jeder der Hohlräume 31, 32 ist über die Langlöcher 28 mit dem Zuströmkanal 19 fluidisch verbunden. Alle übrigen Bezugszeichen stimmen für gleiche Teile mit denjenigen der 2 überein.
Die 5 zeigt eine Ausführungsvariante zu 3, wobei im den axialen Abschnitt 27 umgebenden Hohlraum mindestens zwei axiale Trennwände 34 angeordnet sind, von denen in 5 lediglich eine Trennwand 34 sichtbar ist. Diese Trennwände 34 dienen dazu, mehrere Hohlräume 33 zu bilden, wie dies aus der schematischen Darstellung in 6 ersichtlich ist. Im Übrigen stimmen die Bezugszeichen in 5 für gleiche Teile mit denjenigen der 3 überein.
Die Unterteilung in mehrere Hohlräume 31, 32 in 4 bzw. 33 in 5 und 6 führt zur Kassettierung des Volumens also zur Bildung von zwei oder mehreren Einzelvolumen. Diese Einzelvolumen können unterschiedlich oder gleich groß sein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10112764 A1 [0003]
DE 202007016282 U1 [0004]

Claims

Radialverdichter, insbesondere für einen Turbolader, mit einem Gehäuse (1), das einen Zuströmkanal (19) und einen Spiralkanal (24) umfasst und in dem Gehäuse (1) ein Verdichterrad drehbar gelagert ist, wobei das Gehäuse (1) aus mindestens zwei Gehäuseteilen (2, 3, 4) besteht, zwischen denen mindestens ein Hohlraum (18; 31, 32; 33) gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Zuströmkanal (19) mindestens eine Öffnung (15, 28, 29) vorgesehen ist, durch die der Hohlraum (18; 31, 32; 33) mit dem Zuströmkanal (19) fluidisch verbunden ist.
Radialverdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zuströmkanal (19) im Wesentlichen durch einen axialen Abschnitt (27) eines mittleren Gehäuseteils (4) gebildet ist.
Radialverdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zuströmkanal (19) im Wesentlichen durch einen axialen Abschnitt (14) eines Gehäuseoberteils (2) und durch einen axialen Abschnitt (11) des mittleren Gehäuseteils (4) gebildet ist.
Radialverdichter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung im Zuströmkanal (19) durch einen Abstand zwischen den axialen Abschnitten (11, 14) gebildet und insbesondere als in Umfangsrichtung verlaufender Schlitz (15) gestaltet ist.
Radialverdichter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in dem axialen Abschnitt (27) eine Vielzahl von Öffnungen (28, 29) vorgesehen ist.
Radialverdichter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen als Langlöcher (28) ausgebildet sind.
Radialverdichter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Langlöcher (28) parallel zueinander in axialer Richtung des Zuströmkanals (19) verlaufen.
Radialverdichter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen (29) kreisförmig oder polygon sind.
Radialverdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Trennwand (30, 34) vorgesehen ist, durch die zwei oder mehr Hohlräume gebildet werden.
Radialverdichter nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlraum (18, 31, 32) ringförmig ausgebildet ist und den bzw. die axialen Abschnitte (11, 14; 27) umgibt.
Radialverdichter nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine ringförmige radiale Trennwand (30) einen oberen Hohlraum (31) und einen unteren Hohlraum (32) mit jeweiligem Einzelvolumen bildet.
Radialverdichter nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei axiale Trennwände (34) vorgesehen sind, durch die mehrere Hohlräume (33) gebildet sind.
Radialverdichter nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass drei axiale Trennwände (34) drei die axialen Abschnitte (11, 14; 27) umgebenden ringsegmentförmige Hohlräume (33) bilden.
Radialverdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäuseteile (2, 3, 4) aus einem thermoplastischen Kunststoff bestehen.