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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft ein Verdichtergehäuse eines Radialverdichters, insbesondere eines Turboladers einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mit wenigstens zwei wenigstens zu einem Teil aus Kunststoff bestehenden Gehäuseteilen, wobei ein Verdichterradaufnahmeraum und ein diesen bezüglich einer Rotationsachse eines Verdichterrades radial außen umgebender Spiralkanal vorgesehen sind, und eine den Verdichterradaufnahmeraum wenigstens teilweise ringförmig umschließende Sicherungsstruktur in radialer Richtung zwischen dem Verdichterradaufnahmeraum und dem Spiralkanal angeordnet ist.
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Stand der Technik
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Aus der
WO 2009/065881 A1 ist ein Radialverdichtergehäuse insbesondere für einen Turbolader bekannt, das mindestens zwei Gehäuseteile aufweist. Es sind ein Verdichterradaufnahmeraum und ein Spiralkanal vorgesehen. Die Gehäuseteile sind aus Kunststoff. Das Radialverdichtergehäuse aus Kunststoff kann einfach und kostengünstig hergestellt werden. Die Wandstärken der Gehäuseteile können aus Gründen des Materialeinsatzes und Gewichts optimiert werden. Bei Radialverdichtern muss eine ausreichende Betriebssicherheit gewährleistet sein. Aufgrund der hohen Raddrehzahlen von Turboladern besteht die Gefahr, dass bei einer Beschädigung des Verdichterrades Metallsplitter das Gehäuse des Verdichters durchdringen und Bauteile im Motorraum der Brennkraftmaschine beschädigen. Um dies zu verhindern, umschließt eine Sicherungsstruktur den Verdichterradaufnahmeraum teilweise ringförmig. Die Sicherungsstruktur ist unlösbar mit einem der Gehäuseteile verbunden. Bei der Sicherungsstruktur handelt es sich um eine Vielzahl von Rippen, die an einer Außenseite einer die Verdichterradaufnahmeraum umgebenen äußeren Wandung angeformt sind. Beim Abbrechen von Teilen des Verdichterrades sind durch die Versteifungsmaßnahmen der Rippen Vorkehrungen getroffen, die ein Durchschlagen des Gehäuses verhindern sollen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verdichtergehäuse der eingangs genannten Art zu gestalten, das einfach herstellbar und robust ist. Es soll bezüglich des Materialeinsatzes und des Gewichts optimiert sein. Außerdem soll die Betriebssicherheit insbesondere beim Abbrechen von Teilen des Verdichterrades erhöht werden.
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Offenbarung der Erfindung
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Sicherungsstruktur einen separaten Berstschutzring mit einem röhrenartigen, den Verdichterradaufnahmeraum umfangsmäßig umschließenden Wandabschnitt aufweist, der in dem Verdichtergehäuse in seiner Position fixiert angeordnet ist.
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Erfindungsgemäß ist also ein Berstschutzring mit einem röhrenartigen Wandabschnitt versehen, der den Verdichterradaufnahmeraum umfangsmäßig geschlossen umgibt. Der Wandabschnitt bildet so umfangsmäßig einen vorzugsweise lückenlosen Schutz, der verhindert, dass insbesondere vom Verdichterrad abbrechende Teile radial nach außen durchschlagen können. Der separate Berstschutzring kann optimal insbesondere an die Form und/oder die Größe des Verdichtergehäuses angepasst sein. Auch kann der Berstschutzring bezüglich seiner Form, Größe und/oder Material für unterschiedliche Anforderungen des Radialverdichters optimiert sein. So können Radialverdichter für höhere Drehzahlen des Verdichterrades als bei bekannten Verdichtergehäuse aus Kunststoff ausgestaltet werden, bei denen entsprechend höhere Belastungen auf das Verdichtergehäuse einwirken. Da der Berstschutzring zwischen dem Verdichterradaufnahmeraum und dem Spiralkanal angeordnet ist, trägt er nach außen nicht auf. Auf diese Weise ist der benötigte Einbauraum für das Verdichtergehäuse geringer. Außerdem ist der Berstschutzring von außen nicht wahrnehmbar, was optisch ansprechend ist. Der separate Berstschutzring kann aus dem gleichen Material wie das Verdichtergehäuse oder aus anderen Materialien gefertigt sein. Die röhrenartige Form des Berstschutzrings führt zu einer Stabilisierung des Verdichtergehäuses. Sie führt außerdem zu einer Erhöhung der Durchschlagfestigkeit. Ein separat von den Gehäuseteilen realisierter. Berstschutzring vereinfacht die Herstellung der Gehäuseteile im Unterschied zu dem aus dem Stand der Technik bekannten Verdichtergehäusen, bei dem die Gehäuseteile mit komplexen Formen, welche die Sicherheitsstruktur mit bilden, ausgestattet werden müssen. Bei der Montage kann der Berstschutzring einfach mit einem der Gehäuseteile verbunden werden, bevor das Gehäuse beim Zusammenbau mit dem zweiten Gehäuseteil geschlossen wird. Beim Verbinden der Gehäuseteile mittels Ultraschallverschweißung kann der separate Berstschutzring dabei entstehende Eigenschwingungen positiv beeinflussen. Vorteilhafterweise dämpft der Berstschutzring die Eigenschwingungen. Da der Berstschutzring in dem Verdichtergehäuse in seiner Position fixiert ist, wird die Stabilität des Verdichtergehäuses weiter erhöht. Außerdem wird so ein Klappern des Berstschutzrings beim Betrieb des Radialverdichters verhindert. Der Berstschutzring mit dem umfangsmäßig verlaufenden Wandabschnitt bringt zusätzliche Stabilität gegen eine radiale Ausdehnung der den Verdichterradaufnahmeraum umgebenden Wand. Durch eine Erwärmung im Betrieb des Radialverdichters kann es vorkommen, dass der Kunststoff des Verdichtergehäuses sich stärker ausdehnt als das Material des Verdichterrades. Wenn das Verdichterrad insbesondere aus Metall ist, hat es eine geringere thermische Ausdehnung als das Verdichtergehäuse aus Kunststoff. Durch die unterschiedliche Ausdehnung kann der radiale Abstand zwischen einer radial äußeren Seite des Verdichterrades und einer radial inneren Seite der Wand, welche den Verdichterradaufnahmeraum begrenzt, vergrößert werden. Dies kann eine Verringerung der Leistungsfähigkeit des Radialverdichters zur Folge haben. Mit dem Berstschutzring kann die Radialausdehnung des Verdichtergehäuses verhindert werden. Auf diese Weise wird die Leistungsfähigkeit bei einer Erwärmung des Radialverdichters weniger beeinflusst. Vorteilhafterweise ist der Berstschutzring aus einem Material, welches die Bewegungsenergie von gegebenenfalls vom Verdichterrad abgeschleuderte Bruchteilen absorbieren kann. Das Verdichtergehäuse aus Kunststoff mit dem Berstschutzring kann unter größeren Belastungen einen Berstschutztest bestehen, der auch als Containmenttest bekannt ist, als herkömmliche Verdichtergehäuse aus Kunststoff. Der Berstschutzring kann auch als Containmentring bezeichnet werden.
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Bei einer vorteilhaften Ausführungsform kann der Berstschutzring in einem den Verdichterradaufnahmeraum radial außen umgebenen Ringraum angeordnet sein, der durch wenigstens zwei der Gehäuseteile begrenzt ist. Der Ringraum kann vorzugsweise vor dem Zusammenbau der Gehäuseteile von außen zugänglich sein. Der Berstschutzring kann so einfach beim Zusammenbau des Verdichtergehäuses in den Ringraum eingelegt werden. Er kann auch an einem der Gehäuseteile verliersicher befestigt werden. Beim Zusammenbau der beiden Gehäuseteile kann der Ringraum geschlossen werden. Der Berstschutzring kann so einfach in dem Ringraum fixiert werden. Es sind keine zusätzlichen Fixiermittel notwendig. Der separate Berstschutzring kann vorteilhafterweise in einen ohnehin im Verdichtergehäuse vorhandenen Ringraum untergebracht werden.
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Vorteilhafterweise kann der Berstschutzring mittels einer formschlüssigen Verbindung, insbesondere mittels Klemmrippen und/oder Schnapphaken und/oder Wulste, und/oder mittels einer kraftschlüssigen Verbindung, insbesondere mittels aufpressen oder einpressen des Berstschutzrings, und/oder mittels einer stoffschlüssigen Verbindung, insbesondere mit einer Klebeverbindung, einer Spritzverbindung oder einer Schweißverbindung, in dem Verdichtergehäuse fixiert sein. Mit derartigen Verbindungen kann der Berstschutzring einfach, zuverlässig und stabil im Verdichtergehäuse fixiert werden. Der Berstschutzring kann mit der Verbindung einfach vor dem Zusammenbau des Gehäuses an einem der Gehäuseteile fixiert werden. So kann einfach eine Verliersicherung realisiert werden. Anschließend können die beiden Gehäuseteile miteinander verbunden werden. Formschlüssige Verbindungen können einfach insbesondere durch Paarungen von Stegen und Nuten realisiert werden, die beim ein- oder aufstecken des Berstschutzrings auf einen entsprechenden Gehäuseabschnitt formschlüssig zusammenwirken können. Es können auch insbesondere ohnehin vorhandene Klemmrippen und/oder Schnapphaken und/oder Wulste im Verdichtergehäuse verwendet werden. Formschlüssige Verbindungen können einfach sehr stabil realisiert werden. Sie können bei Bedarf einfach wieder gelöst werden. Kraftschlüssige Verbindungen haben den Vorteil, dass sie stabil sind und einfach realisiert werden können. Es sind keine zusätzlichen Verbindungsbauteile wie insbesondere Rippen, Schnapphaken oder Wulste am Berstschutzring und an dem entsprechenden Gehäuseteil erforderlich. Der Herstellungsaufwand für den Berstschutzring und die Gehäuseteile kann entsprechend verringert werden. Mit stoffschlüssigen Verbindungen kann einfach zusätzlich eine Dichtfunktion realisiert werden. Mit stoffschlüssigen Verbindungen können insbesondere Lücken zwischen dem Berstschutzring und dem entsprechenden Gehäuseteil einfach abgedichtet werden.
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Ferner kann vorteilhafterweise der Berstschutzring zumindest in dem Wandabschnitt aus einem duktilen Material, insbesondere Metall, Kunststoff, Kohlefasern, Keramik, Aramidfasern oder einem Materialmix, sein. Duktiles Material kann eine hohe Schlagfestigkeit, eine hohe Bruchdehnung und/oder eine hohe Schwingungsdämpfung aufweisen. Duktiles Material kann dem Berstschutzring, insbesondere dem Wandabschnitt, optimale Eigenschaften im Bezug auf Dehnbarkeit, Streckbarkeit und Verformbarkeit geben. Der Berstschutzring kann auf diese Weise einfach und zuverlässig die Energie von abgeschleuderten Bruchstücken absorbieren. Er kann so ein Durchschlagen der Bruchstücke verhindern.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann der Berstschutzring einen Wandabschnitt des Spiralkanals wenigstens mit bilden. Der Berstschutzring kann auf diese Weise einen Teil der Strömungskontur im Spiralkanal mit gestalten. Der Spiralkanal kann aus den Gehäuseteilen und dem Berstschutzring modular zusammengesetzt sein. Die Strömungskontur im Spiralkanal kann durch die Form und/oder Größe des Berstschutzrings optimiert werden. Mit dem Berstschutzring kann außerdem die Stabilität der Wände des Spiralkanals erhöht werden.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert werden. Der Fachmann wird die in der Zeichnung, der Beschreibung und den Ansprüchen in Kombination offenbarten Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen. Es zeigen schematisch
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1 einen axialen Schnitt eines Verdichtergehäuses eines Radialverdichters gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, wobei in einem Ringraum, der einen Verdichterradaufnahmeraum umgibt, ein Berstschutzring angeordnet ist;
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2 einen axialen Schnitt eines Verdichtergehäuses gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, welches zu dem Verdichtergehäuse aus 1 ähnlich ist, wobei der Berstschutzring hier einen Teil einer Wand eines Spiralkanals mit bildet.
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In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Ausführungsform(en) der Erfindung
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Die 1 zeigt ein aus drei Gehäuseteilen, nämlich einem Oberteil 10, einem Unterteil 12 und einem Mittelteil 14, gebildetes Gehäuse 16 für einen Radialverdichter eines Abgasturboladers einer Brennkraftmaschine. Die Abgase der Brennkraftmaschine treiben ein Turbinenrad an, welches drehfest mit einem in der 1 nicht gezeigten Verdichterrad verbunden ist. Das Verdichterrad ist im Gehäuse 16 um eine in der 1 angedeutete Rotationsachse 18 drehbar gelagert. Durch die Rotation des Verdichterrades wird Verbrennungsluft in einem Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine angesaugt und auf einen erhöhten Ladedruck verdichtet, unter dem die Verbrennungsluft Zylindern der Brennkraftmaschine zugeführt wird.
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Die Rotationsachse 18 bildet den Bezug für die Angaben ”axial”, ”radial”, ”umfangsmäßig” und ”in Umfangsrichtung”.
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Zwischen dem Oberteil 10 und dem Unterteil 12 ist ein Mittelteil 14 angeordnet. Das Oberteil 10, das Unterteil 12 und das Mittelteil 14 bestehen aus einem thermoplastischen Kunststoff. An dem Oberteil 10 sind zwei ringförmige Verbindungsflächen 20 und 22 ausgebildet. An der Verbindungsfläche 20 liegt eine entsprechende Stirnfläche 24 des Mittelteils 14 an. An der Verbindungsfläche 22 liegt eine Stirnfläche 26 des Unterteils 12 ein. Die Verbindungsfläche 20 und die Stirnfläche 24 sowie die Verbindungsfläche 22 und die Stirnfläche 26 bilden jeweils Schweißzonen.
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An dem Oberteil 10 ist eine in der 1 nach unten offene Wölbung 28 geformt, die sich ringförmig erstreckt und in Umfangsrichtung erweitert ist. An dem radial innen liegenden Ende dieser Wölbung 28 liegt an einer Anlagefläche 30 ein Rundungsabschnitt 32 an. Der Rundungsabschnitt 32 ist an die erweiterte Form der Wölbung 28 angepasst. Er ist am Mittelteil 14 angeformt. Mittelteil 14 umfasst außerdem einen axialen Abschnitt 34 mit einer Rundung 36 zu einem radialen Abschnitt 38. An dem Abschnitt 38 ist der Rundungsabschnitt 32 angeformt.
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Das Unterteil 12 ist im Wesentlichen als eine ringförmige, sich in Umfangsrichtung erweiternde Wölbung 40 ausgebildet. An der radialen Außenseite schließt sich eine axial, zum Oberteil 10 hin, erstreckende Hülse 42 ein. An dem freien Ende der Hülse 42 befindet sich die Stirnfläche 26. An der Innenwandung der Hülse 42 liegt ein axialer Abschnitt 44 des Oberteils 10 an. In diesem Bereich ist das Gehäuse 16 doppelwandig. Das Unterteil 12 ist an seiner dem Oberteil 10 abgewandten Unterseite zur Aufnahme eines in der Zeichnung nicht dargestellten Gehäusebodens ausgebildet.
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Die Wölbung 28 am Oberteil 10, der Rundungsabschnitt 32 am Mittelteil 14 und die Wölbung 40 am Unterteil 12 bilden einen Spiralkanal 46.
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Auf der radial äußeren Wandung des axialen Abschnitts 34, der einen Verdichterradaufnahmeraum 48 bildet, ist ein Berstschutzring 50 kraftschlüssig aufgesteckt. Der Berstschutzring 50 ist aus Aluminium. Durch den Berstschutzring 50 ist eine Versteifung des Gehäuses 16 erreicht. Beim Abbrechen von Teilen des Verdichterrades sind durch den Berstschutzring 50 Vorkehrungen getroffen, die ein Durchschlagen des Gehäuses 16 verhindern.
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Der Berstschutzring 50 befindet sich in einem umlaufenden Ringraum 52. Der Ringraums 52 ist zwischen dem Oberteil 10 und dem Mittelteil 14 gebildet. Der Ringraum 52 umschließt den axialen Abschnitt 34 radial außen. Er ist von dem axialen Abschnitt 34 über die Wandung des Mitteilteils 14 strömungstechnisch separiert. Der Berstschutzring 50 befindet sich zwischen dem Verdichterradaufnahmeraum 48 und dem Spiralkanal 46.
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Der Berstschutzring 50 weist einen röhrenartigen Wandabschnitt 54 auf, der zum Verdichterradaufnahmeraum 48 koaxial ist. Der Wandabschnitt 54 umschließt den Verdichterradaufnahmeraum 48 umfangsmäßig geschlossen. Der Berstschutzring 50 ist mittels einer kraftschlüssigen Steckverbindung auf dem axialen Abschnitt 34 des Mitteilteils 14 im Gehäuse 16 in seiner Position fixiert.
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Zur Herstellung des Gehäuses 16 werden das Oberteil 10, das Unterteil 12 und das Mittelteil 14 separat aus Kunststoff gefertigt. Der Berstschutzring 50 wird als separates Bauteil aus Aluminium hergestellt.
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Der Berstschutzring 50 wird kraftschlüssig in axialer Richtung auf den axialen Abschnitt 34 des Mittelteils 14 aufgesteckt. Er ist so verliersicher am Mittelteil 14 befestigt. Das Mittelteil 14 mit dem Berstschutzring 50 wird in axialer Richtung in das Oberteil 10 eingesteckt, so dass die Verbindungsflächen 20 des Oberteils 10 und die Verbindungsfläche 22 des Mitteilteils 14 aneinander anliegen und die Anlagefläche 30 des Rundungsabschnitts 32 am Ende der Wölbung 28 anliegt.
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Anschließend wird das Unterteil 12 in axialer Richtung auf das Oberteil 10 gesteckt, so dass die Stirnfläche 26 des Unterteils 12 an der Stirnfläche 22 des Oberteils 10 anliegt.
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Anschließend werden die Verbindungsfläche 20 und die Stirnfläche 24 sowie die Verbindungsfläche 24 und die Stirnfläche 26 mittels Ultraschallschweißen miteinander verschweißt. Beim Schweißvorgang wirkt der Berstschutzring 50 als Schwingungsdämpfung.
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Das Verdichterrad wird nun in hier nicht weiter interessierender Weise im Verdichterradaufnahmeraum 48 angeordnet.
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In 2 ist ein zweites Ausführungsbeispiel eines Gehäuses 116 gezeigt. Diejenigen Elemente, die zu denen des ersten Ausführungsbeispiels aus 1 ähnlich sind, sind mit denselben Bezugszeichen zuzüglich 100 versehen. Das zweite Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel dadurch, dass der Rundungsabschnitt 132, der den Spiralkanal 146 mit begrenzt, und der radiale Abschnitt 138 statt wie beim ersten Ausführungsbeispiel an das Mittelteil 114 angeformt, hier Teile des Berstschutzrings 150 sind. Der Rundungsabschnitt 132 und der radiale Abschnitt 138 sind an der dem Unterteil 112 zugewandten Seite des koaxialen Wandabschnitts 154 des Berstschutzrings 150 angeformt. Der Berstschutzring 150 bildet somit den radialen Wandabschnitt 138 des Spiralkanals 146 mit.
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Die Rundung 136 des Mitteilteils 114 endet in radialer Richtung etwa auf Höhe der radial äußeren Innenseite des Ringraums 152. Das dortige Ende der Rundung 136 stützt den radialen Abschnitt 138 des Berstschutzrings 150 an dessen dem Spiralkanal 146 abgewandten Rückseite in radialer Richtung ab. Der Berstschutzring 150 weist zwischen dem koaxialen Wandabschnitt 154 und dem radialen Abschnitt 138 eine Rundung 158 auf, die sich an die radial äußere Oberfläche der Rundung 136 des Mitteilteils 114 flächig anschmiegt.
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Außerdem ist an der radial äußeren Umfangsseite des koaxialen Wandabschnitts 154 und der Rundung 158 des Berstschutzrings 150 eine Vielzahl von Rippen 156 angeformt. Durch die Rippen 156 wird eine weitere Versteifung des Berstschutzrings 150 und damit des Gehäuses 116 erreicht.
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Bei allen oben beschriebenen Ausführungsbeispielen eines Gehäuses 16; 116 eines Radialverdichters eines Turboladers sind unter anderen folgenden Modifikationen möglich: Die Erfindung ist nicht beschränkt auf Gehäuse 16; 116 eines Radialverdichters eines Turboladers eines Kraftfahrzeugs. Vielmehr kann sie auch bei andersartigen Radialverdichtern, beispielsweise bei Industriemotoren, eingesetzt werden.
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Die Bezeichnungen Oberteil 10; 110 und Unterteil 12; 112 beziehen sich lediglich auf die beispielhafte Orientierung der Gehäuse 16, 116 in den 1 und 2. Die Gehäuse 16; 116 können auch in anderer Weise im Raum orientiert sein, beispielsweise so, dass sich das Oberteil 10; 110 räumlich unten und das Unterteil 12; 112 räumlich oben befindet.
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Die Berstschutzringe 50; 150 können statt aus Aluminium auch aus einem andersartigen vorzugsweise duktilen Material, insbesondere einem Metall, Kunststoff, Kohlefaser, Keramik, Aramidfasern oder einem Materialmix, sein.
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Die Berstschutzringe 50; 150 können auch anders als mittels Aufpressen auf den axialen Abschnitt 34; 134 im Gehäuse 16; 116 fixiert sein. Beispielsweise können die Berstschutzringe 50; 150 mittels einer andersartigen kraftschlüssigen Verbindung, einer formschlüssigen Verbindung, beispielsweise mittels Klemmrippen und/oder Schnapphaken und/oder Wulsten und/oder mittels einer stoffschlüssigen Verbindung, beispielsweise mit einer Klebeverbindung, einer Spritzverbindung oder einer Schweißverbindung, in dem Gehäuse 16; 116 fixiert sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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