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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Druckwellenlader zur Anordnung an einem Verbrennungsmotor in einem Kraftfahrzeug 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 Verdichtertypen 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 Rotor selbst und gegebenenfalls durch einen Elektromotor zum Antrieb des Rotors gebildet.
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Aus der
DE 10 2006 020 522 A1 ist eine Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine bekannt, bei dem Frischluft durch ein Druckwellenlader komprimiert wird, wobei mindestens ein Betriebsparameter des Druckwellenladers abhängig von mindestens einer Ist-Betriebsgröße der Brennkraftmaschine gesteuert oder geregelt wird. Das hier offenbarte Verfahren bedeutet insoweit eine Abkehr von dem bisherigen starren und im Wesentlichen ungesteuerten bzw. ungeregelten Betriebskonzepten von Druckwellenladern.
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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 Betriebparameter des Druckwellenladers ist der Gehäuseversatz.
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Für den Serieneinsatz eines Druckwellenladers, beispielsweise an einer Verbrennungskraftmaschine im Kraftfahrzeugbereich, gelten jedoch hohe Anforderungen an die Einsatzbedingungen sowie die Lebensdauererwartung. Hier ist es beispielsweise vorstellbar, dass der Druckwellenlader bei –20°C oder 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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Weiterhin offenbaren die aus dem Stand der Technik bekannten Regelungs- und Steuerungsverfahren für Druckwellenlader den Einsatz einer Vielzahl von Sensoren, die für einen Serieneinsatz wiederum einen hohen Kostenaufwand verursachen und auch eine hohe Störanfälligkeit bedingen. Der Einsatz von redundanten Sensorsystemen würde zu noch höheren Kosten führen.
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Aufgrund der Druckunterschiede zwischen Ansaugtrakt und Abgastrakt bildet sich ein gasdynamischer Vorgang in den Rotorzellen des Druckwellenladers aus. Hier ist eine detaillierte Modellierung eines Druckwellenladers, die auf einem Steuergerät implementiert werden könnte, mit den heutigen CAx-Methoden (zum Beispiel CAE, CFD, BEM) nicht möglich.
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Weiterhin besteht bei einem Druckwellenlader die Problematik, dass auf einem sehr engen Bauraum eine Kaltgasseite und eine Heißgasseite über den Zellrotor miteinander gekoppelt werden. Innerhalb des Druckwellenladers werden Gase verschiedenster Temperaturen mit Temperaturdifferenzen von bis zu mehr als 500°C aneinander vorbei geführt. Die den Druckwellenlader umgebende Temperatur kann von dem in dem Druckwellenlader geführten Gasen wiederum eine Temperaturdifferenz von bis zu mehreren Hundert °C aufweisen. So ist es beispielsweise möglich, dass bei Umgebungstemperaturen von 20°C innerhalb des Druckwellenladers 600 oder sogar 700°C heißes Abgas geführt wird. Die Problematik besteht darin, dass in den einzelnen Bauteilen des Druckwellenladers Temperaturdifferenzen bestehen, die wiederum im Zusammenspiel mit verschiedenen Temperaturausdehnungskoeffizienten der Materialien zu Spannungen, Rissen oder ähnlichem führen können. Hierdurch tritt bei sich rotierenden Bauteilen oder aber Stellelementen des Druckwellenladers, beispielsweise Ventilen, eine signifikante Leckage auf, die den Wirkungsgrad des Druckwellenladers erheblich herabsetzen kann. Weiterhin können Ausdehnungen zu mechanischen Kontakten führen, die wiederum einen höheren Verschleiß oder gar einen Defekt des Druckwellenladers herbeiführen können.
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Aus der
DE 30 14 518 C2 ist eine aerodynamische Druckwellenmaschine bekannt. Hierbei wird das Gehäuse der Druckwellenmaschine selbst durch ein Heißgasgehäuse und ein Kaltgasgehäuse ausgebildet, die durch ein Zellrotorgehäuse verbunden sind, wobei jeweils zwischen Heißgasgehäuse und Zellrotorgehäuse und Zellrotorgehäuse und Kaltgasgehäuse eine Flanschdichtung eingesetzt wird. Hierbei können unterschiedliche Ausdehnungskoeffizienten der jeweils verwendeten Werkstoffe die Spaltmaße im Betrieb der Druckwellenmaschine verändern.
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Aus der
DE 39 05 560 A1 ist eine Druckwellenmaschine bekannt, bei der zwischen einem Heißgasgehäuse und einem Anschlussbereich für ein Abgasrohr ein Toleranzausgleichselement, das den Längenausgleich zwischen unterschiedlicher thermischer Ausdehnung von Abgasstrang und Heißgasgehäuse kompensiert, bekannt. Hierbei kann es jedoch zu unterschiedlichen thermischen Ausdehnungen zwischen Zellengehäuse und Heißgasgehäuse kommen, die nur zu einem suboptimalen Wirkungsgrad des Durckwellenladers führen.
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Ferner sind aus der
DE 43 41 040 A1 , aus der
DE 10 2008 052 631 A1 , aus der
CH 480 538 A , der
US 4,360,317 A und der
US 5,051,064 A Auflademaschinen oder aber abgasführende Bauteile für Verbrennungskraftmaschinen bekannt, bei denen verschiedene Maßnahmen ergriffen werden um unterschiedliche Temperaturausdehnungen in Folge der Erwärmung durch das Abgas zu kompensieren.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen einfachen und kostengünstigen Aufbau eines Druckwellenladers bereit zu stellen, der unterschiedliche Temperatureinflüsse kompensiert.
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Die zuvor genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Druckwellenlader zur Anordnung an einem Verbrennungsmotor in einem Kraftfahrzeug mit den Merkmalen im Patentanspruch 1 gelöst.
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Vorteilhafte Ausführungsvarianten der vorliegenden Erfindung sind Bestandteil der abhängigen Ansprüche.
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Der erfindungsgemäße Druckwellenlader zur Anordnung an einem Verbrennungsmotor in einem Kraftfahrzeug weist eine Heißgasseite mit einem Heißgasgehäuse und eine Kaltgasseite mit einem Kaltgasgehäuse auf. Zwischen der Heißgasseite und der Kaltgasseite befindet sich ein Zellrotorgehäuse mit einem Zellrotor, wobei der Druckwellenlader einen Kanal 1 zum Ansaugen von Frischluft, einen Kanal 2 zum Abkühlen komprimierter Frischluft, einen Kanal 3 zum Zuführen von Abgas und einen Kanal 4 zum Abführen von Abgas aufweist, wobei in dem Kaltgasgehäuse Kanal 1 und Kanal 2 und in dem Heißgasgehäuse Kanal 3 und Kanal 4 ausgebildet sind. Insbesondere zeichnet sich der Druckwellenlader erfindungsgemäß dadurch aus, dass das Kaltgasgehäuse und/oder das Heißgasgehäuse als Gussgehäuse hergestellt sind, wobei mindestens ein Kanal als Freihalteschacht ausgebildet ist, in welchem ein Einsatz angeordnet ist, wobei der Einsatz den Kanal selber ausbildet und der Einsatz und das Gussgehäuse thermisch entkoppelt sind.
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Erfindungsgemäß sind sowohl das Heißgasgehäuse als auch das Kaltgasgehäuse aus einem Gussmaterial hergestellt. Hierbei wird mit dem Urformverfahren des Gießens das Gussgehäuse besonders kostensparend und einfach hergestellt. Nach dem Entformen werden die gegossenen Gehäuse beispielsweise mechanisch nachbearbeitet, um an den Gussgehäusen die einzelnen Kanäle, Anschlussflansche etc. auszubilden. Bei herkömmlichen im Stand der Technik bekannten Gussgehäusen sind dann die Kanäle selbst in dem Gussgehäuse ausgebildet. Das heißt, dass die Kanalinnenwandung durch das Gussgehäuse selbst ausgebildet ist.
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Erfindungsgemäß ist mindestens ein Kanal in mindestens einem Gehäuse nur als Freihalteschacht und/oder als Fenster ausgebildet und es wird ein Einsatz, insbesondere ein rohrförmiger Einsatz, eingesetzt, wobei dann die Innenwandung des Einsatzes den Kanal selbst ausbildet. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass für das Gehäuse und den Einsatz selber unterschiedliche Werkstoffe mit verschiedenen Temperaturresistenzen sowie Wärmeausdehnungskoeffizienten einsetzbar sind. Beispielsweise die Kanäle, die das Gas transportieren, welches zu dem umliegenden Bauteil oder zu der Umgebungstemperatur besonders hohe Temperaturdifferenzen aufweist, sind somit thermisch entkoppelbar. Ein Verzug der unterschiedlichen Gehäuseteile oder aber des adaptiv zusammengebauten Druckwellenladers insgesamt wird hierdurch vermieden, was sich wiederum auf die sich einstellenden Leckagen positiv auswirkt, so dass der Wirkungsgrad des Druckwellenladers bedingt durch verschiedene thermische Ausdehnungen nur unwesentlich beeinflusst ist.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung ist der Einsatz selber rohrförmig ausgebildet, wobei durch den Einsatz die Innenwandungen des Kanals ausgebildet sind. Demnach bildet der Einsatz als in das Gussgehäuse eingesetztes Bauteil den entsprechenden Kanal aus. Das durch den Kanal strömende Fluid, welches zu dem Druckwellenlader geführt oder aber von dem Druckwellenlader abgeführt wird, kommt somit nicht in direkten Wandkontakt mit dem Gussgehäuse, sondern lediglich mit der Innenwandung des Einsatzes. Zwischen dem Einsatz selber und dem Gussgehäuse besteht folglich eine thermische Entkopplung, die sich beispielsweise in einer einfachsten Ausführungsvariante durch einen infinitesimalen umlaufenden Luftspalt ausbildet. Alternativ kann der Einsatz auch von einem Wärmeisolationsmittel, beispielsweise einer pastösen Wärmeentkopplungsmasse, umgeben sein, so dass kein Anlagekontakt oder sonstiger Kontakt mit dem umliegenden Gussgehäuse hergestellt ist. Bei dem Gussgehäuse kann es sich im Rahmen der Erfindung um das Kaltgasgehäuse oder das Heißgasgehäuse handeln.
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Weiterhin besonders bevorzugt ist der Einsatz in Kanal 2 und/oder in Kanal 4 ausgebildet. Insbesondere in Kanal 2 wird die komprimierte Frischluft zu der Verbrennungskraftmaschine zugeführt und in Kanal 4 das Abgas nach dem Kompressionsvorgang in das dem Druckwellenlader nachgeschaltete Abgassystem abgeführt. Das komprimierte Frischgas weist eine gegenüber dem Kaltgasgehäuse sowie der angesaugten Frischluft höhere Temperatur auf. Folglich würde sich das Kaltgasgehäuse in Folge des direkten Kontakts mit dem komprimierten Frischgas im Bereich des Kanals 2 erwärmen. Durch den erfindungsgemäßen Einsatz im Kanal 2 wird dies weitestgehend vermieden, so dass das Kaltgasgehäuse maßgeblich die Betriebstemperatur bedingt durch den Druckwellenlader an sich sowie die Volumenströme im Kanal 1 sowie das Kaltgasgehäuse umgebende Temperatur beeinflusst sind.
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Im Falle der Ausbildung des Kanals 4 durch den Einsatz wird das Heißgasgehäuse durch das von der Verbrennungskraftmaschine kommende Heißgas mit Temperaturen von bis zu 700°C und mehr maßgeblich erhitzt. Das von der Verbrennungskraftmaschine abgegebene Heißgas wird zur Komprimierung genutzt und nach dem Komprimierungsvorgang in den Kanal 4 und einem diesen nachgeschalteten Abgassystem abgeführt. Hier erfolgt die Aufheizung des Heißgasgehäuses aufgrund des bis zu mehr als 700°C heißen Abgases. Das nach der Komprimierung durch den Kanal 4 abgeführte Abgas weist gegenüber Kanal 3 eine Temperaturdifferenz auf, die bis zu mehrere Hundert °C darunter betragen kann. In der Folge würde eine dauernde Kühlung durch das von der Verbrennungskraftmaschine zugeführte Abgas erhitzten Heißgasgehäuses aufgrund des nach der Komprimierung abgeführten Abgases erfolgen. Hier ist wiederum durch den erfindungsgemäßen Einsatz, der den Kanal 4 ausbildet, eine thermische Entkopplung möglich, weshalb ein Bauteilverzug aufgrund unterschiedlicher Temperaturgradienten innerhalb des Gussgehäuses des Heißgases nicht auftritt.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante ist der Einsatz doppelwandig ausgebildet. Durch einen doppelwandig ausgebildeten Einsatz, insbesondere einem doppelwandig rohrförmig ausgebildeten Einsatz, ist es möglich, eine bessere thermische Entkopplung zu realisieren. Beispielsweise kann zwischen den beiden Wandungen der doppelwandigen Ausführungsvariante ein Vakuum oder aber ein sonstiges isolierendes Material oder Gas angeordnet sein, so dass nicht nur eine thermische Entkopplung, sondern auch eine Isolierung aufgrund der Doppelwandigkeit hergestellt ist. Die äußere Wandung des Einsatzes kann wiederum von einem zusätzlichen Isoliermittel umgeben sein, so dass eine noch bessere thermische Entkopplung stattfindet. Es ist jedoch im Rahmen der Erfindung auch vorstellbar, dass die äußere Wand genutzt wird, um einen Presssitz in dem Gussgehäuse auszubilden und dennoch eine thermische Entkopplung sowie eine Isolierung zwischen dem Kanal, der durch die Innenwand des Einsatzes ausgebildet ist, und dem Gussgehäuse zu erreichen.
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Insbesondere bietet es sich an, den Einsatz aus einem metallischen Werkstoff auszubilden, vorzugsweise aus einer Edelstahllegierung. Ein metallischer Werkstoff weist grundsätzlich eine Resistenz gegenüber durchströmenden Gasen von bis zu mehreren Hundert °C auf. Der Einsatz einer Edelstahllegierung bietet sich an, da durch den Druckwellenlader zum Teil hochkorrosives Abgas geleitet wird. Um hier eine möglichst hohe Lebensdauererwartung zu erzielen, ist bevorzugt der Einsatz, im Falle eines doppelwandigen Einsatzes zumindest die innere Wand des Einsatzes, oder aber die Innenwand aus Edelstahl ausgebildet.
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Auch ist es im Rahmen der Erfindung möglich, die Innenwand des Einsatzes zu beschichten. Hierbei kommen beispielsweise Edelstahllegierungen als Beschichtung oder aber auch Mineralgussbeschichtungen zum Einsatz. Die Beschichtung weist aber im Wesentlichen eine nicht korrosive Eigenschaft gegenüber dem Abgas auf und gleichzeitig eine hohe Temperaturbeständigkeit.
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Im Rahmen der Erfindung ist der Einsatz besonders bevorzugt aus einem Flansch und einem Rohr ausgebildet. Der Flansch ist dabei besonders bevorzugt derart in dem Gussgehäuse angeordnet, dass er an der Ein- bzw. Austrittsöffnung des Kanals direkt das Gas in dem Zellrotor oder aber aus dem Zellrotor übernimmt. Das sich an dem Flansch anschließende Rohr führt dann das Gas durch das Heißgas bzw. Kaltgasgehäuse in Form des Kanals. Im Rahmen der Erfindung ist es auch möglich, den Flansch auf der Anschlussseite des Gussgehäuses anzuordnen, also im Falle der Anordnung von Kanal 2 an der Anschlussseite einer Zuführleitung zu der Verbrennungskraftmaschine oder aber im Falle von Kanal 4 an der Anschlussseite zu einem nachgeschalteten Abgasstrang.
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In einer bevorzugten Ausführungsvariante ist der Einsatz in dem Kanal selbst schubstarr ausgebildet. Alternativ kann der Einsatz auch flexibel ausgebildet sein, beispielsweise in Form eines biegbaren Schlauches. Je nach Einsatzgebiet und geometrischer Ausgestaltung des Druckwellenladers der mit einem erfindungsgemäßen Einsatz ausgebildet wird, wird es sich als vorteilig auswirken, ein schub- und biegestarres Rohr einzusetzen. Im Falle einer komplex ausgebildeten Kanalgeometrie ist es wiederum von Vorteil, wenn ein biegbarer bzw. flexibel gestalteter schlauchartiger Rohrkörper in den Bereich des Sichtfensters in dem Gussgehäuse eingesetzt wird. Im Rahmen der Erfindung ist es somit auch möglich, die Erfindung bis zum nächsten Gussgehäuse entsprechend produktionstechnisch vielfältiger auszugestalten. So kann beispielsweise durch eine entsprechend große Dimensionierung des Fensters zum Einbringen des Einsatzes zur Ausbildung eines Kanals ausgebildet werden. Hier ist es denkbar, dass ein standardisiertes Gussgehäuse derart durch den Einsatz modifizierbar ist, dass verschiedene Anschlussleitungen bzw. Anschlussflansche unterschiedlicher Motorentypen anschließbar sind. Hierdurch steigen die Stückzahlen der Gussgehäuse mit einheitlicher Form, was wiederum die Produktionskosten eines erfindungsgemäßen Druckwellenladers senkt.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante ist der Einsatz aus einem Kunststoff hergestellt, vorzugsweise aus temperaturbeständigem Polymerwerkstoff. Hierbei ist es im Rahmen der Erfindung vorstellbar, den Einsatz entweder als Bestandteil des Gussbauteils in das Gussbauteil selbst einzusetzen und wiederum eine weiterführende Anschlussleitung an den Einsatz aus Kunststoff anzukoppeln. Im Rahmen der Erfindung ist es jedoch auch denkbar, dass der Einsatz aus Kunststoff direkt als weiterführende Anschlussleitung für die direkte Kopplung an einen Ladeluftkühler oder aber an eine Ansaugbrücke eines Kraftfahrzeugs dient. Insbesondere ist ein aus Kunststoff hergestellter Einsatz im Bereich des Kanals 2 vorstellbar, wobei die Temperaturresistenz gegenüber einem durchströmenden Fluid von mindestens 100°C, insbesondere mehr als 150°C und besonders bevorzugt mehr als 200°C gegeben ist.
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In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung ist der Einsatz kühlbar, vorzugsweise durch Kühlrippen, besonders bevorzugt durch eine Fluidkühlung. Im Rahmen der Erfindung sind an der äußeren Mantelfläche des rohrförmigen Einsatzes zur passiven Wärmeabfuhr Oberflächenvergrößerungsmittel in Form von Kühlrippen vorgesehen. Im Rahmen der Erfindung ist es jedoch auch vorstellbar, den Einsatz aktiv zu Kühlen, beispielsweise durch eine Fluidkühlung, wobei hier insbesondere Kühlwasser des Kühlkreislaufs der Verbrennungskraftmaschine einsetzbar ist. Im Rahmen der Erfindung kann jedoch auch jedes andere Kühlmedium zur Kühlung mit eingesetzt werden. Beispielsweise ist es auch vorstellbar, durch einen Bypass angesaugte Frischluft aus Kanal 1 zur Kühlung des Einsatzes in Kanal 2 mit einzusetzen. Entsprechende Fluidumleitung wäre auch auf Seiten des Heißgasgehäuses beim Einsatz in Kanal 4 oder aber auch einem Einsatz in Kanal 3 vorstellbar. Auch hier ist eine Kühlung mittels Fluiden, beispielsweise Kühlwasser, vorstellbar. Insbesondere kann durch die Kühlung der Gegendruck vermindert werden, dadurch, dass bei konstantem Durchtrittsquerschnitt der Volumenstrom verringert wird.
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Im Rahmen der Erfindung ist insbesondere zwischen dem Einsatz und dem Gussgehäuse ein Spalt zur Durchleitung eines Kühlmediums ausgebildet. Durch den Einsatz einer Venturidüse wird der Unterdruck an der Einstromstelle auf den maximal förderbaren Massenstrom erhöht.
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Besonders bevorzugt ist zwischen dem Gussgehäuse und dem Einsatz selber ein Kompensator angeordnet. Bei dem Kompensator handelt es sich um ein Kompensierungselement, das sowohl thermische Ausdehnungen in Form von Längen- oder Durchmesseränderungen des Einsatzes als auch Vibrationen minimiert bzw. kompensiert.
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Weiterhin besonders bevorzugt ist der Einsatz in das Gussgehäuse selbst eingegossen. Hierbei ist es möglich, den Einsatz direkt bei dem Herstellungsprozess in das Gussgehäuse zu integrieren, so dass keine aufwendigen Nachbearbeitungsschritte mehr anfallen. Beispielsweise ist es hierüber möglich, durch an dem Einsatz ausgebildete Rippen oder aber auch Haken oder Anker oder sonstige Fortsätze einen Formschluss von verschiedenen Werkstoffen herzustellen. Durch den erfindungsgemäß hergestellten Gusskörper mit dem Einsatz ist es somit möglich, einen kostengünstigeren Gusswerkstoff zu nutzen, da kein hochlegierter Gussstahl mit besonders hohen thermischen Eigenschaften genutzt werden muss.
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In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsvariante wird in dem Gussgehäuse der Flansch des Einsatzes während der Herstellung eingegossen, so dass sich eine formschlüssige und/oder stoffschlüssige Verbindung mit dem Flansch ergibt. Der Flansch selbst wird wiederum zur Kopplung mit dem Rohr des Einsatzes genutzt. Hierbei kann das Rohr in den Flansch selber mit einem Presssitz eingesteckt werden. Auch ist es im Rahmen der Erfindung möglich, das Rohr an den Flansch selbst stoffschlüssig zu koppeln. Ebenfalls ist es im Rahmen der Erfindung vorstellbar, dass das mit dem Flansch gekoppelte Rohr als Einsatz in dem Gussgehäuse mit eingegossen ist.
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Im Rahmen der Erfindung sind der Flansch und das Rohr des Einsatzes druckdicht miteinander gekoppelt, vorzugsweise durch eine stoffschlüssige Verbindung. Im Rahmen der Erfindung ist es jedoch denkbar, eine Klebeverbindung über einen Klebstoff oder aber auch eine Lötverbindung oder aber eine Schweißverbindung zwischen Flansch und Rohr herzustellen.
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Im Rahmen der Erfindung wird besonders bevorzugt eine Blechrohrleitung als Einsatz in das Gussgehäuse eingesetzt.
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Die zuvor genannten Ausführungsformen sind im Rahmen der Erfindung beliebig untereinander kombinierbar mit den damit einhergehenden jeweiligen Vorteilen, ohne dabei den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Weitere Vorteile, Merkmale, Eigenschaften und Aspekte der vorliegenden Erfindung sind Bestandteil der nachfolgenden Beschreibung. Bevorzugte Ausführungsformen werden anhand von schematischen Figuren erläutert. Diese dienen dem einfachen Verständnis der Erfindung. Es zeigen:
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1 eine Seiten-/Querschnittsansicht eines erfindungsgemäßen Druckwellenladers und
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2 eine Querschnittsansicht des Druckwellenladers gemäß Schnittlinie II-II
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In den Figuren werden für gleiche oder ähnliche Bauteile dieselben Bezugszeichen verwendet, auch wenn eine wiederholte Beschreibung aus Vereinfachungsgründen entfällt. 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Druckwellenlader 1 zur Aufladung einer hier nicht näher dargestellten Verbrennungskraftmaschine. Der Druckwellenlader 1 weist auf der auf die Bildebene bezogene linke Seite ein Heißgasgehäuse 2 sowie ein auf der rechten Seite angeordnetes Kaltgasgehäuse 3 auf. Zwischen dem Kaltgasgehäuse 3 und dem Heißgasgehäuse 2 ist ein Zellrotorgehäuse 4 mit darin liegendem Zellrotor 5 angeordnet.
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Der Druckwellenlader 1 verfügt insgesamt über vier Kanäle, wobei ein Kanal 1 K1 zum Ansaugen von Frischluft ausgebildet ist, ein Kanal 2 K2 zum Abführen der komprimierten Frischluft zu der nicht näher dargestellten Verbrennungskraftmaschine, der Kanal 3 K3 zum Zuführen von Abgas zu dem Druckwellenlader 1 sowie der Kanal 4 K4 zum Abführen des Abgases nach der Komprimierung dienen. Der eigentliche Komprimiervorgang findet in den Zellen 6 des Zellrotors 5 statt. Die angesaugte Frischluft wird in die Zelle 6 verbracht und durch das aus dem Kanal 3 K3 kommende Abgas in der Zelle 6 komprimiert und über den Kanal 2 K2 dem Ladungswechselvorgang der Verbrennungskraftmaschine zugeführt.
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Das Abgas, welches die Frischluft komprimiert hat, wird anschließend über den Kanal 4 K4 wieder abgeführt.
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Erfindungsgemäß sind sowohl das Kaltgasgehäuse 3, als auch das Heißgasgehäuse 2 als Gussgehäuse hergestellt. Das heißt, der Gehäusekörper 7 des Heißgasgehäuses 2 und auch der Gehäusekörper 8 des Kaltgasgehäuses 3 werden als gegossenes Bauteil hergestellt. Die durch sowohl das Heißgasgehäuse 2 als auch das Kaltgasgehäuse 3 verlaufenden Kanäle sind erfindungemäß thermisch von dem Gehäuse durch einen Einsatz 9 entkoppelt. Hier dargestellt ist der Einsatz 9 selbst als rohrförmiger Körper, der beispielsweise als Rohrstutzen in das Gussgehäuse eingegossen ist. Im Bereich des Heißgasgehäuses 2 ist der Einsatz 9 den Kanal 3 K3 ausbildend angeordnet und im Bereich des Kaltgasgehäuses 3 ist ein Einsatz 9 in dem Kanal 2 K2 angeordnet. Durch den Einsatz 9 entsteht ein optimiertes Strömungsverhalten an einer Kanalinnenwandung 10 und eine zumindest thermische Entkopplung zwischen einer Kanalaußenwandung 11 und dem jeweiligen Gehäusekörper 7, 8. Weiterhin ist es möglich, hier jedoch nicht näher dargestellt, die thermische Entkopplung durch einen Luftspalt oder aber einen Kanal, durch den ein Kühlmedium leitbar ist, weiter zu verbessern.
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Weiterhin sind an dem erfindungsgemäßen Druckwellenlader 1 dargestellt ein den Zellrotor 5 antreibender Elektromotor 12 sowie ein Kantenschieber 13 im Bereich des Kaltgasgehäuses 3. Der Kantenschieber 13 dient dabei der Einstellung der Durchflussöffnungen von Kanal 1 K1 und Kanal Kanal 2 K2, so dass hierüber eine Regelung des Ladungswechsels bzw. Druckwellenprozesses ermöglicht wird. Im Bereich des Heißgasgehäuses 2 ist weiterhin eine Steuerwalze 14 angeordnet, die ebenfalls dazu dient, die Öffnungsquerschnitte von Kanal 3 K3 und Kanal 4 K4 derart zu regeln und/oder zu steuern bzw. einzustellen, dass auch hierüber eine Regelung des Druckwellenprozesses erfolgen kann.
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2 zeigt eine Querschnittsansicht durch das Kaltgasgehäuse 3 entlang der Schnittlinie II-II aus 1. Dargestellt ist ein jeweils zweigeteilter Kanal 1 K1 zum Ansaugen von Frischluft sowie ein ebenfalls zweigeteilter Kanal 2 K2 zum Abführen von komprimierter Frischluft. Der Kanal 2 K2 ist dabei in einen oberen kurzen Kanalabschnitt 15 sowie einen unteren längeren Kanalabschnitt 16 eingeteilt. Der Aufbau der jeweiligen Kanalabschnitte 15, 16 erfolgt nach einem Baukastenprinzip, wobei einzelne Einsätze 9 mittels Steckverbindungen 17 ineinander steckbar sind und dann durch Umgießen mit dem Gehäusekörper 8 fest miteinander verbunden sind. Zur weiteren Festigkeitssteigerung bzw. zur Herstellung der Gasdichtigkeit können die einzelnen Kanalabschnitte 15, 16 zusätzlich miteinander gekoppelt werden, beispielsweise durch Löten, Schweißen oder Kleben. Ebenfalls ersichtlich ist, dass auch für den Kanal 1 K1 ein Einsatz 9 in dem Gehäusekörper 8 des Kaltgasgehäuses 3 ausgebildet ist. Die angesaugte Frischluft im Kanal 1 K1 umströmt Wärmetauscherippen 18 des Elektromotors 12, um diesen zusätzlich zu kühlen. Ebenfalls können die Einsätze 9 sowohl im Kanal 1 K1 als auch im Kanal 2 K2 durch zusätzliche Maßnahmen, wie beispielsweise einen hier nicht näher dargestellter Luftspalt bzw. Ausbildung eines Kühlkanals zwischen einer Kanalaußenwandung 11 und dem Gehäusekörper (8) zusätzlich thermisch entkoppelt werden.
