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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Druckwellenladeranordnung für eine Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeuges gemäß den Merkmalen im Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Verbrennungskraftmaschinen nutzen zur Erhöhung ihrer Leistungsausbeute Bauteile, die geeignet sind, angesaugte Frischluft zu verdichten und anschließend dem Verbrennungsvorgang zuzuführen. Diese als Aufladesystem bezeichneten Maschinen nutzen verschiedene physikalische Effekte, um den zuvor genannten Vorgang durchzuführen.
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Eine Möglichkeit, die Verbrennungskraftmaschine durch Verdichten der angesaugten Frischluft aufzuladen, besteht in der Nutzung eines Druckwellenladers. Der Wirkungsgrad dieser Druckwellenlader wird durch die mechanischen Bauteile und durch die Möglichkeit der adaptiven Anpassung auf den jeweiligen Betriebszustand des Motors in Form einer Regelung und Steuerung bestimmt.
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Der Druckwellenlader ist aus feststehenden und rotierenden Bauteilen aufgebaut. Die feststehenden Bauteile sind: der Gehäusemantel, das Rotorgehäuse, das in Heißgas- und Kaltgasgehäuse aufgeteilt ist, sowie die Zu- und Ableitungen zur Führung der gasförmigen Fluide. Die rotierenden Bauteile werden durch den Zellrotor selbst und gegebenenfalls durch einen Elektromotor zum Antrieb des Zellrotors gebildet.
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Aus der
DE 10 2006 020 522 A1 ist ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine bekannt, bei dem Frischluft durch einen Druckwellenlader komprimiert wird, wobei mindestens ein Betriebsparameter des Druckwellenladers abhängig von mindestens. einer Ist-Betriebsgröße der Brennkraftmaschine gesteuert oder geregelt wird.
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Durch die Anpassung des Betriebes des Druckwellenladers an den Ist-Betriebszustand der Brennkraftmaschine werden Pumpverluste der Brennkraftmaschine minimiert. Auch kann auf diese Weise das Ansprechverhalten des Druckwellenladers verbessert werden und es können die Bedingungen für eine Abgasnachbehandlung optimiert werden. Ein zu steuernder oder zu regelnder Betriebsparameter des Druckwellenladers ist beispielsweise der Gehäuseversatz.
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Für den Serieneinsatz eines Druckwellenladers, beispielsweise an einer Verbrennungskraftmaschine im Kraftfahrzeugbereich, gelten hohe Anforderungen an die Einsatzbedingungen sowie die Lebensdauererwartung. Hier ist es beispielsweise vorstellbar, dass der Druckwellenlader bei –20°C und bei +50°C Außentemperatur und über einen Lebenszyklus von mehreren Jahren hinweg einwandfrei funktionieren muss. Auch die Abgastemperaturen von 900°C und höher wirken sich negativ auf die Langlebigkeit und die einwandfreie Funktion des Druckwellenladers aus.
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Das Betriebsverhalten von aktuell bekannten Druckwellenladern, gerade im Zusammenhang mit Abgasanlagensystemen, zeigt eine starke Abhängigkeit gegenüber dem Druckverhältnis zwischen dem Ansaugkanal für Frischluft und dem Auslasskanal des Abgases. Ursächlich hierfür ist, dass für die ideale Druckwellenprozessführung eine möglichst ideal einhundert %ige Spülung des Zellrotors nicht ausreichend stattfindet. Die Zellrotorfüllung wird somit im Betrieb des Druckwellenladers nie ideal ausgeführt. Der sich einstellende Druckverlust ist durch das Ansaug- und das Abgassystem des Motors bestimmt, Kommt der Druckwellenlader in einen Betriebsbereich mit maximalem Massenstrom, ist eine weitere Durchsatzerhöhung durch einen steigenden Druckverlust der Abgasanlage beschränkt.
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Weiterhin ist beispielsweise aus der
DE 30 40 648 A1 eine Druckwellenladeranordnung bekannt, bei der als Regelelement eine Steuerscheibe eingesetzt wird. Durch Verdrehen der Steuerscheibe wird die Größe von Ein- und Auslasskanälen zum Betreiben von Druckwellenladeranordnungen geregelt. In der Folge von ungleichmäßigen Bauteilerwärmungen, insbesondere im Bereich von heißgasführenden Bauteilen und Bauteilen, die einer direkten Einströmung der Außenluft unterliegen, entsteht ein asymmetrischer Verzug und eine von einander verschiedene Wärmeausdehnung der einzelnen Materialien. Dies wirkt sich zum einen bei großen Spaltmaßen negativ auf den Wirkungsgrad des Druckwellenladers, zum anderen bei geringen Spaltmaßen, auf Grund von Reibungsverlusten, negativ auf die Langlebigkeit des Druckwellenladers aus.
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Aus der
EP 0 210 328 A1 ist ein Druckwellenlader für einen Verbrennungsmotor mit einer Einrichtung zur Steuerung des Hochdruckabgasstromes bekannt, wobei als Einrichtung ein Drehschieber genutzt wird. Dieser Drehschieber ist jeweils endseitig in dem Gehäuse des Druckwellenladers gelagert um die verschiedenen Ausdehnungen aufgrund unterschiedlicher Temperatureinwirkung über ein Spiel auszugleichen. Hierdurch ergeben sich jedoch Gasleckagen und eine nur bedingt präzise Regelungsmöglichkeit.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher ausgehend vom Stand der Technik bekannte Druckwellenladeranordnungen dahingehend zu verbessern, dass sie über ein breites Betriebsspektrum regelbar und steuerbar sind, wobei ein Regelelement unanfällig gegenüber thermischen Ausdehnungen beim Betrieb des Druckwellenladers ist.
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Die vorliegende Aufgabe wird mit einer Druckwellenladeranordnung gemäß den Merkmalen im Patentanspruch 1 gelöst.
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Vorteilhafte Ausführungsvarianten der vorliegenden Erfindung sind Bestandteil der abhängigen Patentansprüche.
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Die erfindungsgemäße Druckwellenladeranordnung für eine Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeuges, wobei ein Druckwellenlader einen Kanal 1 zum Ansaugen von Frischluft, einen Kanal 2 zum Abführen der komprimierten Frischluft, einen Kanal 3 zum Zuführen von Abgas und einen Kanal 4 zum Abführen von Abgas sowie ein Heißgasgehäuse und ein Kaltgasgehäuse und ein dazwischen angeordnetes Zellrotorgehäuse mit Zellrotor aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Heißgasgehäuse eine Steuerwalze angeordnet ist, wobei die Steuerwalze zur thermischen Entkoppelung drehbar in einer Kartusche gelagert ist und die Kartusche in dem Heißgasgehäuse fixiert ist. Auf Grund der thermischen Entkoppelung des Regelelements ist nur eine minimale Bauraumabmessung für die erfindungsgemäße Druckwellenladeranordnung von Nöten, bei gleichzeitiger Unanfälligkeit des erfindungsgemäßen Gesamtsystems gegenüber interner voneinander verschiedenen thermischen Ausdehnungen. Ein Verklemmen des Systems, insbesondere des Heißgasgehäuses mit dem Regelelement oder aber ein zu großes Spaltmaß zwischen dem Heißgasgehäuse und dem Regelelement wird durch den erfindungsgemäßen Aufbau vermieden. Die Druckwellenladeranordnung unterliegt somit keinem Verschleiß, weist eine hohe Lebensdauererwartung auf, bei über die gesamte Lebensdauer im Wesentlichen gleichbleibendem Spaltmaß und somit optimalem Druckverhältnis beim Betreiben des Druckwellenladers.
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Die erfindungsgemäße Druckwellenladeranordnung ist weiterhin dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerwalze zur thermischen Entkopplung in einer Kartusche angeordnet ist, wobei die Kartusche in dem Heißgasgehäuse angeordnet ist. Unter einer Kartusche ist im Rahmen der Erfindung ein die Steuerwalze umschließendes Bauteil zu verstehen. Vorzugsweise ist die Kartusche hülsenartig als Hohlbauteil ausgebildet, wobei die Steuerwalze selbst in der Kartusche drehbar gelagert ist. Die Kartusche kann dabei im Rahmen der Erfindung vorzugsweise aus einem metallischen Werkstoff, insbesondere aber auch aus einem leichtmetallischen oder aber einem keramischen Werkstoff, bestehen. Die Kartusche kann im Rahmen der Erfindung weiterhin eine Beschichtung aufweisen, die zum einen die Temperaturresistenz erhöht, zum anderen für eine gute Gleitlagerung von Steuerwalze zu Kartusche sorgt, bei gleichzeitig guten Abdichteigenschaften. Hierzu kann die Beschichtung beispielsweise als keramische Beschichtung ausgebildet sein.
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Die Kartusche ist selbst in dem Heißgasgehäuse fixiert. Insbesondere ist die Fixierung über eine kraftschlüssige und/oder eine stoffschlüssige Koppelung sichergestellt. Die Kartusche ist dabei als Einsetzbauteil in das Heißgasgehäuse integriert und kann hier durch einfache formschlüssige Koppelung austauschbar sein, so dass eine kostengünstige Erstmontage sowie eine kostengünstige Reparaturmöglichkeit sichergestellt ist. Weiterhin vorzugsweise kann die Kartusche jedoch auch kraftschlüssig und/oder stoffschlüssig in dem Heißgasgehäuse integriert sein. So bietet sich beispielsweise eine Klebung oder aber auch ein Schweißvorgang an. Die weiteren Vorteile einer kraftschlüssigen und/oder einer stoffschlüssigen Koppelung ergeben sich aus der permanenten Verankerung der Kartusche in dem Heißgasgehäuse selber und sorgen somit für einen dauerhaltbaren guten Passformsitz.
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Insbesondere ist das Regelelement als Steuerwalze ausgebildet und im Bereich des Heißgasgehäuses angeordnet, vorzugsweise im Bereich von Kanal 3 und Kanal 4.
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Die Heißgasgehäuseseite ist bei einem erfindungsgemäßen Druckwellenlader insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal 3 und der Kanal 4 im Bereich des Heißgasgehäuses verlaufen. Die Steuerwalze befindet sich dabei entweder vollständig im Heißgasgehäuse integriert oder aber in einem Zwischenbereich zwischen dem Heißgasgehäuse und dem Zellrotorgehäuse, wobei der maßgeblich aufnehmende Gehäuseteil der Steuerwalze das Heißgasgehäuse ist.
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Mit der Druckwellenladeranordnung gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine hohe Effizienz eines Druckwellenladers bei relativ großer Spreizung des Motordrehzahlbandes genutzt werden. Über die Steuerwalze als Regelelement wird der Abgasmassenstrom aufgeteilt. Der gesamte Aufladeprozess des Druckwellenladers benötigt einen Drehwinkel von weniger als 180°, weshalb pro Zellrotorumdrehung zwei vollständige Zyklen durchlaufen werden. Der Abgasmassenstrom wird somit zweiflutig verteilt und symmetrisch dem Zellrotor zugeführt. Als Regelelement wird die Steuerwalze mit Zuführ- und Abführkanälen versehen und führt eine Rotationsbewegung aus, um die Größe der Zuführ- bzw. Abfuhrkanäle des Druckwellenladers selbst zu beeinflussen.
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Insbesondere kann eine mehrteilige Steuerwalze zur Einleitung der Abgasmassenstromverteilung in einem erfindungsgemäßen Druckwellenlader angeordnet werden. Die Steuerwalze selber ist dabei bevorzugt als Hohlzylinder ausgebildet und mit Durchtrittsöffnungen versehen, wobei die Durchtrittsöffnungen in Verbindung mit einer Verdrehung die einzelnen Regelaufgaben übernehmen. insbesondere ist die Steuerwalze an der Ladedruckerzeugung beteiligt. Sie regelt die Anhebung des Druckniveaus in den Rotorzellen hinter dem Ladedruckprozess. Optional kann die Steuerwalze eine Bypassregelung von Kanal 3 direkt in Kanal 4 unter zumindest teilweiser Umgehung des Druckwellenladers enthalten.
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Vorzugsweise ist die erfindungsgemäße Steuerwalze als zylinderförmiges Hohlbauteil ausgebildet. Hierbei kann die Zylinderform über ihren gesamten Verlauf einen konstanten Durchmesser aufweisen, sie kann jedoch auch leicht changieren, so dass sich ein kegelstumpfförmiges Hohlbauteil ergibt.
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Insbesondere kommen hierbei metallische Werkstoffe zum Einsatz, insbesondere Stahlwerkstoffe und auch Gusswerkstoffe. Bevorzugt ist die Steuerwalze oder im Falle einer mehrteiligen Steuerwalze, die einzelnen Walzenkörper als Gussbauteile ausgebildet. Der eingesetzte Werkstoff für das Hohlbauteil muss Temperaturen bis zu mehr als 600°C standhalten. Die thermische Ausdehnung des Bauteils selber ist dabei erfindungsgemäß optimal auf das umliegende Heißgasgehäuse angepasst. Das Hohlbauteil ist dabei ebenfalls optimal auf die thermische Ausdehnung des Heißgasgehäuses bzw. des Zellrotorgehäuses abgestimmt. Entstehende Spaltmaße und Spaitmaßtolleranzen zwischen der Steuerwalze und dem umgebenden Gehäuse sind daher bereits im Ruhezustand minimiert und werden im Betriebszustand durch die thermische Entkoppelung klein gehalten, so dass stets ein hoher Wirkungsgrad des erfindungsgemäßen Druckwellenladers trotz zusätzlichem Regelelement sichergestellt ist.
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Insbesondere ist die erfindungsgemäße Steuerwalze mehrteilig aus mindestens zwei Walzenkörpern ausgebildet. Unter mehrteilig ist im Rahmen der Erfindung maßgeblich zu verstehen, dass in Längsrichtung der Steuerwalze eine Unterteilung in mindestens zwei Walzenkörper vorgesehen ist. Diese Unterteilung kann in einem Aufteilungsverhältnis in Richtung der Längsachse im Rahmen von 50:50, aber auch 60:40, 70:30, 80:20 oder in beliebigen Mischformen zwischen den vorgenannten Intervallen ausgebildet sein. Insbesondere kann auf Grund der mindestens zweiteiligen Ausführung das unterschiedliche Verzugsverhalten auf Grund verschiedener Abgastemperaturen kompensiert werden. Denn beispielsweise ist im Kanal 3 direkt hinter Auslass Verbrennungsmotor eine Temperatur mit deutlich über 600°C vorhanden, so kann hierzu im Kanal 4 bereits eine Temperaturdifferenz von 30°C, insbesondere 50°C oder mehr, vorherrschen. In der Folge stellt sich bei den metallischen Bauteilen eine unterschiedlich starke Wärmeausdehnung ein, die durch die Mehrteiligkeit derart kompensiert wird, dass an der Kopplung der beiden Bauteile eine Längenausdehnung als Kompensation stattfindet.
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Auch kann auf Grund der Mehrteiligkeit jeder einzelne Walzenkörper aus voneinander verschiedenem Werkstoff ausgebildet sein, der an die jeweiligen thermischen Anforderungen optimal angepasst ist. Ebenfalls kann eine thermische Entkoppelung zwischen den Walzenkörpern ausgebildet sein, so dass eine Wärmeleitung weitestgehend verhindert ist. In der Folge können die jeweiligen Spaltmaße zwischen Walzenkörper und dem den Walzenkörper umgebenden Gehäuse derart minimiert werden, dass Strömungsverluste bzw. dass Blow-by-verhalten weitestgehend ausgeräumt ist.
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Insbesondere sind die einzelnen Walzkörper einer mehrteiligen Steuerwalze formschlüssig miteinander drehbar gekoppelt. Hierdurch besteht die Möglichkeit, eine Steuerungseinheit für eine Druckwellenladeranordnung bereitzustellen, die kostengünstig produzierbar ist und gleichzeitig eine komplexe Steuerungsmöglichkeit für eine Druckwellenladeranordnung bereitstellt. Während des Zusammenbaus bzw. der Komplettierung der erfindungsgemäßen Druckwellenladeranordnung können die zwei Walzenkörper durch bloßes ineinander stecken drehbar gelagert sein. An den Koppelungspunkten können die Walzenkörper zusätzlich Beschichtungen aufweisen, beispielsweise in Form einer Keramik oder anderen hitzebeständigen Beschichtung, so dass die Drehbarkeit während des gesamten Lebensdauerzyklus der erfindungsgemäßen Druckwellenladeranordnung sichergestellt ist.
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Weiterhin bevorzugt weist die Steuerwalze mindestens einen Einlasskanal und mindestens einen Auslasskanal auf, bzw. eine Einlassöffnung und eine Auslassöffnung. Hierbei ist im Rahmen der Erfindung zu verstehen, dass das Abgas durch den Einlasskanal in den hohlen Walzenkörper eintritt und durch den Auslasskanal wieder austritt. Die Strömungsrichtung kann beispielsweise hier von dem Einlasskanal über den Auslasskanal in den Zellrotor oder aber von dem Zellrotor über den Einlasskanal in den Auslasskanal und mithin in den Abgastrakt ausgebildet sein. im Rahmen der Erfindung ist es somit möglich den Einlasskanal und den Auslasskanal, insbesondere in Kanal 3 und/oder Kanal 4 jeweils strömungstechnisch derart anzupassen, dass er eine optimale Querschnittsöffnung und Querschnittsgeometrie für den Druckwellenlader und die im Betriebsverhalten des Druckwellenladers auftretenden Strömungsverhältnisse aufweist.
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Vorzugsweise ist dabei die Steuerwalze selbst im Bereich von Kanal 3 und Kanal 4. des Druckwellenladers angeordnet. Es erfolgt somit eine Steuerung des eintretenden Abgases in den Zellrotor sowie des austretenden Abgases aus dem Zellrotor. Ebenfalls kann diese Steuerung getrennt von einander ausgeführt werden, für den Fall, dass mindestens zwei Walzenkörper vorgesehen sind. In der Folge kann der Druckwellenlader optimal angesteuert werden und die Wirkungsgraderhöhung für die Verbrennungskraftmaschine wird maximiert.
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Insbesondere ist die Steuerwalze erfindungsgemäß so in der Druckwellenladeranordnung angeordnet, dass eine Drehachse, um die die Steuerwalze rotiert in einem Winkel zwischen 70° und 110°, insbesondere 90°, zur Rotationsachse des Zellrotors orientiert verläuft. Hierdurch erfolgt die Möglichkeit der Regelung der Druckwellenladeranströmung, bei gleichzeitig geringem Bauraumabmaß der gesamten Druckwellenladeranordnung. Dies ist insbesondere beim Einsatz in Mittelklassewagen oder Kleinwagen von Vorteil, da hier nur wenig Bauraum für die Antriebseinheit zur Verfügung steht. Ein weiterer Vorteil ist, dass nur ein kleiner Verstellweg durch Rotation notwendig ist, um die jeweiligen Kanalöffnungen den entsprechenden Anforderungen anzupassen.
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Weiterhin besonders bevorzugt weist die Steuerwalze ein Stützelement auf, wobei das Stützelement formschlüssig mit dem Heißgasgehäuse und/oder dem Zellrotorgehäuse in Eingriff bringbar ist.
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Das Stützelement an der Steuerwalze wird vorzugsweise zwischen den Walzenkörpern im Falle einer mehrteiligen Steuerwalze positioniert. Ebenfalls kann das Stützelement aus einem Gussmaterial sein, oder aber auch aus einem metallischen oder aber nicht metallischen Werkstoff. Das Stützelement kann beispielsweise auch beschichtet sein, so dass das Stützelement als Lagerung der Steuerwalze dient, wobei die Steuerwalze oder aber die Walzenkörper um das Stützelement oder aber mit dem Stützelement rotierbar ausgebildet sind. Hierzu kann das Stützelement beispielsweise mit dem Walzenkörper selber thermisch gefügt sein oder aber an der Druckwellenladeranordnung, insbesondere am Heißgasgehäuse oder am Zellrotorgehäuse thermisch gefügt sein. Das Stützelement selbst kann jedoch auch beispielsweise nur formschlüssig mit der Steuerwalze und mit dem Heißgasgehäuse gekoppelt sein.
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Weiterhin besonders bevorzugt ist die Steuerwalze mit mindestens einem Stellaktuator einstellbar, vorzugsweise mit einem elektrischen Stellaktuator. Mit dem Stellaktuator wird je nach Betriebsanforderung des Verbrennungsmotors und somit nach Anforderung an den Druckwellenlader die erforderliche Steuerwalzenstellung eingestellt. Besonders bevorzugt erfolgt dies bei einem elektrischen Stellaktuator, im Falle einer komplexen und sensiblen geforderten Ansteuerung so, dass hier eine schnelle und reaktionsnahe Fahrdynamik durch die Verbrennungskraftmaschine sichergestellt ist.
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Im Falle von trägeren Ansprechverhalten, beispielsweise im Einsatz bei Nutzkraftfahrzeugen oder aber Schiffsmotoren, stationär betriebenen Verbrennungskraftmaschinen oder ähnlichen, ist eine mechanische Ansteuerung sinnvoll, da diese besonders fehlerunanfällig und wartungsarm ist. Beispielsweise kann eine Ansteuerung hydraulisch oder pneumatisch erfolgen. Im Falle von Hydraulik kann auch beispielsweise Flüssigmetall als Hydraulikmedium eingesetzt werden. Insbesondere können im Falle von einer mehrteiligen Steuerwalze die einzelnen Walzenkörper separat von einander angesteuert werden. Beispielsweise kann dies über eine kinematische Koppelung erfolgen oder aber über einen Stellaktuator, der jeweils einem Walzenkörper alleine zugeteilt ist.
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Weiterhin ist besonders bevorzugt zwischen der Kartusche und dem Heißgasgehäuse zur thermischen Entkoppelung der Kartusche zu dem Heißgasgehäuse ein Hohlraum vorhanden. Bei dem Hohlraum handelt es sich vorzugsweise um einen Luftspalt, der umlaufend zwischen Kartusche und Heißgasgehäuse ausgebildet ist, wobei eine Koppelung der Kartusche zu dem Heißgasgehäuse beispielsweise nur in den Endbereichen der Kartusche stattfindet. Eine optimale Isolierung wird über den Hohlraum sichergestellt, wodurch wiederum die thermische Entkoppelung bestmöglich dargestellt ist.
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Weiterhin besonders bevorzugt ist in dem Hohlraum selbst eine Isolierung angeordnet. Bei der Isolierung kann es sich um eine Isolierschicht, ein Isoliermaterial oder aber auch einen Isolierkörper handeln. Vorzugsweise ist der Isolierkörper aus einem Isoliermaterial ausgebildet.
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Insbesondere ist in dem Hohlraum ein Wellblech angeordnet, vorzugsweise ein in Längsrichtung der Steuerwalze zweigeteiltes Wellblech. Das Wellblech sorgt dabei auf Grund der zwischen den Wellen des Wellblechs bestehenden Hohlräume zum Heißgasgehäuse und auf Grund der bestehenden Hohlräume zur Kartusche eine gute Isoliermöglichkeit gegeben, bei gleichzeitig guter Positionshaltung der in dem Heißgasgehäuse angeordneten Kartusche. Weiterhin bietet das Wellblech die Möglichkeit des Toleranzausgleiches im Falle von zueinander differierender, thermischer Ausdehnung von Kartusche zu Heißgasgehäuse. Das Wellblech hat somit eine Federeigenschaft und eine Positionshaltungseigenschaft.
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Das Wellblech selber ist im Rahmen der Erfindung dabei ebenfalls aus einem metallischen Blech oder aber aus einem Leichtmetall ausgebildet. Ebenfalls kann das Weliblech eine Beschichtung aufweisen. Auch ist es möglich ein Bimetallblech einzusetzen, so dass verschiedenen Ausdehnungen auf den unterschiedlichen Temperaturseiten des Wellbleches Rechnung getragen werden kann.
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Im Falle eines mindestens zweigeteilten Wellbleches ist es von besonderem Vorteil, wenn die Enden des Wellbleches angestellt sind. Insbesondere sollten die Enden der zwei aneinander grenzenden Wellblechteile angestellt sein. Unter einem Anstellen ist im Rahmen der Erfindung ein Biegen, insbesondere ein Umbiegen zu verstehen, so dass durch das Wellblech ein Dichtkragen ausgebildet wird. Der Dichtkragen verhindert weitere Blow-by-Effekte, so dass wiederum eine Erhöhung der Druckdichtigkeit der erfindungsgemäßen Druckwellenladeranordnung sichergestellt ist, ohne Einbußen auf die erfindungsgemäßen Vorteile der optimalen Spaltmaße, so dass ein Verkanten der einzelnen Bauteile zueinander vermieden ist.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante ist das Wellblech in dem Heißgasgehäuse und/oder an der Kartusche fixiert, vorzugsweise durch kraftschlüssige und/oder formschlüssige Verbindung. Durch eine weitere Kopplung des Wellbleches bzw. der Wellblechabschnitte mit der Kartusche und/oder dem Heißgasgehäuse wird ein sicherer Passformsitz ausgebildet. Ein Verschieben des Wellbleches ist hierdurch vermieden. Weiterhin vorzugsweise sind die kraftschlüssigen und/oder stoffschlüssigen Koppelungen des Wellblechs derart ausgeführt, dass sie Wärmeausdehnungen von Kartusche, Wellblech und/oder Heißgasgehäuse zueinander kompensieren, ohne dabei die Festigkeit bzw. den Sitz des Wellbleches zu beeinflussen.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante ist eine Entkoppelungsfeder zwischen der Kartusche und dem Heißgasgehäuse angeordnet. Die Entkoppelungsfeder sorgt weiterhin für einen optimalen Sitz der Kartusche in der Kartuschenöffnung des Heißgasgehäuses. Durch die Entkopplungsfeder kann beispielsweise das Wellblech entfallen und/oder bei angeordnetem Wellblech eine Koppelung des Wellblechs mit Kartusche und/oder Heißgasgehäuse entfallen, da die Entkoppelungsfeder formschlüssig den Sitz der Kartusche in dem Heißgasgehäuse sicherstellt.
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Es ist weiterhin Bestandteil der vorliegenden Erfindung die zuvor genannten Merkmale einzeln oder zusammenhängend beliebig für eine Druckwellenladeranordnung zu kombinieren, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Die sich hieraus ergebenden Vorteile sind bereits in den einzelnen Vorteilen zuvor genannt oder ergeben sich aus Kombination dieser. Ebenso ist eine Kombination der folgenden Beschreibung mit den zuvor genannten Ausführungen Bestandteil der Erfindung.
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Weitere Vorteile, Merkmale, Eigenschaften und Aspekte der vorliegenden Erfindung sind Bestandteil der folgenden Beschreibung. Bevorzugte Ausführungsvarianten werden in den schematischen Figuren dargestellt. Diese dienen dem einfachen Verständnis der Erfindung. Es zeigen:
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1 eine Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Druckwellenladeranordnung;
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2 eine Explosivdarstellung eines Heißgasgehäuses mit erfindungsgemäß angeordneter Kartusche und Steuerwalze;
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3 die gleiche Darstellung in einer Schnittansicht;
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4 eine perspektivische Darstellung des Heißgasgehäuses im Zusammenbau und
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5 eine Detailschnittansicht durch eine thermisch entkoppelte Steuerwalze in einem Heißgasgehäuse
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In der Beschreibung werden für gleiche oder ähnliche Bauteile dieselben Bezugszeichen verwendet, auch wenn eine wiederholte Beschreibung aus Vereinfachungsgründen entfällt.
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1 zeigt eine erfindungsgemäße Druckwellenladeranordnung, wobei der Druckwellenlader D einen Kanal 1 [1], einen Kanal 2 [2], einen Kanal 3 [3] und einen Kanal 4 [4] aufweist. Durch den Kanal 1 [1] strömt Frischluft 5 in die Zellen 6 des Zellrotors 7 ein. In den Zellen 6 selber wird die Frischluft 5 komprimiert und strömt als komprimierte Frischluft 8 durch den Kanal 2 [2] zu einer hier nicht näher dargestellten Verbrennungskraftmaschine. Ferner verfügt die Druckwellenladeranordnung über ein auf die Bildebene bezogen links angeordnetes Gasgehäuse H, vorzugsweise Heißgasgehäuse und rechts angeordnetes Kaltgasgehäuse K. Während des Ladungswechselvorganges in der Verbrennungskraftmaschine wird durch den Verbrennungstakt produziertes Abgas 9 in den Kanal 3 [3] entlassen und strömt über den Kanal 3 [3] respektive einen Kanal 3' [3'] in die Zellen 6 des Zellrotors 7 ein und komprimiert die durch den Kanal 1 [1] zugeführte Frischluft 5.
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2 zeigt eine perspektivische Ansicht des Gasgehäuses H, vorzugsweise Heißgasgehäuse, in einer Explosivdarstellung. Gezeigt ist, dass in dem Gasgehäuse H, vorzugsweise Heißgasgehäuse, eine Hülse 12 bzw. Kartusche 12 angeordnet wird, die formschlüssig durch einen Steuerwalzendeckel 13 im Zusammenbau gehalten ist. Im weiteren Zusammenbau sind eine Kolbendichtung 14, ein Zentrierungsteil 15 und ein Steuerwalzenhebel 16 angeordnet, wobei der Steuerwalzenhebel 16 mit einem hier nicht näher dargestellten Aktor eine Verdrehung der Steuerwalze 11 in der Hülse 12 und somit in dem Gasgehäuse H, vorzugsweise Heißgasgehäuse, ermöglicht. Weiterhin ist vom Steuerwalzenhebel 16 ausgehend ein Zapfen 17 angeordnet, wiederum gefolgt von einer Kolbendichtung 18, so dass die Steuerwalze 11 abgedichtet wird. Ebenso erfolgt auf der gegenüberliegenden Seite des Steuerwalzenhebels 16 die Abdichtung über eine Kolbendichtung 18 und eine Entkoppelungsfeder 19, so dass zwischen der Hülse 12 und dem Gasgehäuse H, vorzugsweise Heißgasgehäuse, ein Spalt entsteht. Im weiteren Zusammenbau sind eine Scheibe 22, eine Tellerfeder 23, ein Zentrierungsteil 24, ein Zapfen 25, ein Steuerwalzendeckel 26 und ein Verriegelungsteil 27 über Schrauben 28 miteinander gekoppelt.
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Die Zusammenbaudarstellung ist in 3 dargestellt. Hier ist zu erkennen, dass von außen nach innen verlaufend im Wesentlichen das Gasgehäuse H, vorzugsweise Heißgasgehäuse, die Hülse 12 und die Steuerwalze 11 angeordnet sind und somit eine thermische Entkoppelung von Steuerwalze 11 zu Gasgehäuse H, vorzugsweise Heißgasgehäuse, über die Hülse 12 erfolgt. Ebenfalls ist mittig in der Steuerwalze 11 eine Bypassöffnung 31 angeordnet, so dass ein direktes Überspülen durch Umgehung des Druckwellenladers D für das ausströmende Abgas in den hier nicht näher dargestellten Abgasstrang erfolgen kann.
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In 4 ist eine weitere perspektivische Darstellung des Gasgehäuses H, vorzugsweise Heißgasgehäuse, gezeigt, wobei hier gut erkennbar ist, dass die Steuerwalze über Einlassöffnungen 29 zu Kanal 3' und Auslassöffnungen 30 zu Kanal 3' verfügt, zur Durchleitung von Abgas aus Kanal 3 [3] und/oder Kanal 4 [4].
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5 zeigt eine Detailschnittansicht, wobei hier gut zu erkennen ist, dass die innen angeordnete Steuerwalze 11 in der Hülse 12 drehbar um eine Drehachse D1 gelagert angeordnet ist. Die Hülse 12 ist wiederum über eine Entkopplungsfeder 19, die auch durch ein Wellblech, oder aber ein anderes Isoliermittel ausgebildet sein kann in dem Gasgehäuse H, vorzugsweise Heißgasgehäuse, gelagert. Zur Durchleitung des Abgases 9 hier dargestellt durch den Kanal 3 [3] verfügt sowohl die Steuerwalze 11, die Hülse 12, die Entkoppelungsfeder 19 über eine Einlassöffnung 29 zu Kanal 3' als auch eine Auslassöffnung 30 zu Kanal 3'.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kanal 1
- 2
- Kanal 2
- 3
- Kanal 3
- 3'
- Kanal 3'
- 4
- Kanal 4
- 5
- Frischluft
- 6
- Zellen
- 7
- Zellrotor
- 8
- komprimierte Frischluft
- 9
- Abgas
- 10
- Ventil
- 11
- Steuerwalze
- 12
- Hülse
- 13
- Steuerwalzendeckel
- 14
- Kolbendichtung
- 15
- Zentrierungsteil
- 16
- Steuerwalzenhebel
- 17
- Zapfen
- 18
- Kolbendichtung
- 19
- Entkoppelungsfeder
- 20
- Kolbendichtungselement
- 21
- Entkoppelungsfeder
- 22
- Scheibe
- 23
- Tellerfeder
- 24
- Zentrierungsteil
- 25
- Zapfen
- 26
- Steuerwalzendeckel
- 27
- Verriegelungsteil
- 28
- Schraube
- 29
- Einlassöffnung zu Kanal 3'
- 30
- Auslassöffnung zu Kanal 3'
- 31
- Bypassöffnung
- D
- Druckwellenlader
- H
- Gasgehäuse
- K
- Kaltgasgehäuse
- D1
- Drehachse
- R7
- Rotationsachse
- R11
- Rotationsachse
- α
- Winkel
- I1
- Innenraum zu 12
- I2
- Innenraum zu 14
