-
Die Erfindung betrifft einen Verdichter für eine Strömungsmaschinen, insbesondere einen Abgasturbolader, der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art.
-
Die
DE 10 2009 019 754 A1 offenbart einen Verdichter für einen Abgasturbolader einer Verbrennungskraftmaschine mit einem Verdichtergehäuse, mittels welchem ein Verdichterrad aufgenommen ist. Der Verdichter umfasst zumindest einen Bypasskanal, der eine erste Strömungsöffnung stromab eines Verdichterradeintritts des Verdichterrads und eine zweite Strömungsöffnung stromab des Verdichterradeintritts im Bereich des Verdichterrads umfasst. Dabei ist vorgesehen, dass der zumindest eine Bypasskanal zumindest bereichsweise durch ein vom Verdichtergehäuse separates Zusatzbauteil gebildet ist.
-
Der
EP 0 913 585 A1 und der
DE 42 12 653 B4 ist ein Verdichter für eine Strömungsmaschine als bekannt zu entnehmen. Der Verdichter umfasst ein Verdichtergehäuse zur zumindest bereichsweisen Aufnahme eines Verdichterrads. Der Verdichter weist einen in radialer Richtung inneren ersten Strömungskanal auf, über welchen dem Verdichterrad zu verdichtende Luft zuführbar ist. Ferner weist der Verdichter ein in radialer Richtung zumindest bereichsweise mittels einer Zwischenwandung fluidisch von dem ersten Strömungskanal getrennten äußeren zweiten Strömungskanal auf, welcher über wenigstens einen Verbindungskanal fluidisch mit dem ersten Strömungskanal verbunden ist.
-
Der Verdichter der
DE 42 12 653 B4 umfasst ferner ein Leitelement zur Reduzierung von Geräuschen des Verdichters, welches einen sich zumindest im Wesentlichen in axialer Richtung erstreckenden ersten Längenbereich und zumindest einen sich daran anschließenden und in radialer Richtung von dem ersten Längenbereich nach innen hin wegerstreckenden zweiten Längenbereich aufweist.
-
Es hat sich gezeigt, dass es beim Betrieb derartiger Verdichter zu unerwünschten Geräuschen kommt.
-
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Verdichter für eine Strömungsmaschine der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass der Verdichter ein verbessertes Geräuschverhalten aufweist.
-
Diese Aufgabe wird durch einen Verdichter für eine Strömungsmaschine, insbesondere einen Abgasturbolader, mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
-
Ein solcher Verdichter für eine Strömungsmaschine, insbesondere einen Abgasturbolader, umfasst ein Verdichtergehäuse zur zumindest bereichsweisen Aufnahme eines Verdichterrads. Der Verdichter weist einen in radialer Richtung inneren ersten Strömungskanal auf, über welchen dem Verdichterrad zu verdichtende Luft zuführbar ist. Der Verdichter weist ferner einen in radialer Richtung zumindest bereichsweise mittels einer Zwischenwandung fluidisch von dem ersten Strömungskanal getrennten äußeren zweiten Strömungskanal auf, welcher über wenigstens einen Verbindungskanal fluidisch mit dem ersten Strömungskanal verbunden ist. Mit anderen Worten erstreckt sich der zweite Strömungskanal in Umfangsrichtung des ersten Strömungskanals über den Umfang des ersten Strömungskanals zumindest bereichsweise.
-
Der Verdichter umfasst ferner ein Leitelement zur Reduzierung von Geräuschen des Verdichters. Das Leitelement umfasst einen sich zumindest im Wesentlichen in axialer Richtung des Verdichters erstreckenden ersten Längenbereich sowie zumindest einen sich daran anschließenden und sich bezogen auf die radiale Richtung von dem ersten Längenbereich nach innen hin wegerstreckenden zweiten Längenbereich.
-
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der erste Längenbereich und der zweite Längenbereich einen Winkel miteinander einschließen, wobei der Winkel kleiner als 90 Grad ist. Dadurch können die während des Betriebs des Verdichters entstehenden Geräusche effizient reduziert und besonders gering gehalten werden, so dass der erfindungsgemäße Verdichter eine nur sehr geringe Geräuschentwicklung und damit ein verbessertes Geräuschverhalten während seines Betriebs aufweist.
-
Wird der Verdichter beispielsweise bei bzw. in einem Kraftwagen, insbesondere einem Personenkraftwagen, zum Verdichten von einer Verbrennungskraftmaschine des Kraftwagens zuzuführender Luft verwendet, so resultiert aus dem vorteilhaften Geräuschverhalten des erfindungsgemäßen Verdichters ein besonders hoher Fahrkomfort für Insassen des Kraftwagens.
-
Vorteilhafterweise ist der zweite Längenbereich bezogen auf die axiale Richtung in zumindest bereichsweiser Überdeckung mit einer Durchströmöffnung des zweiten Strömungskanals angeordnet. Über die Durchströmöffnung kann Luft, die aus einem Verdichterradeintrittsbereich über den Verbindungskanal in den zweiten Strömungskanal eingeströmt ist, aus dem zweiten Strömungskanal ausströmen. Durch die Anordnung des zweiten Längenbereichs in zumindest bereichsweiser Überdeckung mit der Durchströmöffnung des zweiten Strömungskanals können die während des Betriebs des erfindungsgemäßen Verdichters entstehenden Geräusche besonders gering gehalten werden, was zu einem besonders vorteilhaften Geräuschverhalten des erfindungsgemäßen Verdichters führt.
-
Eine besonders effiziente Geräuschreduktion ist realisiert, wenn der erste Längenbereich und der zweite Längenbereich einen Winkel in einem Bereich von einschließlich 55° bis einschließlich 85° miteinander einschließt.
-
Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist das Leitelement separat von dem Verdichtergehäuse ausgebildet und an diesem mittels wenigstens einer Rastverbindung gehalten. Dazu weisen beispielsweise das Leitelement und das Verdichtergehäuse jeweilige Rastmittel auf, mittels welchen die Rastverbindung ausgebildet ist. Die Rastverbindung, welche auch als Schnappverbindung oder Schnapparretierung bezeichnet wird, ermöglicht eine einfache, zeit- und kostengünstige Montage des Leitelements. So können die Vorteile der besonders effizienten Geräuschreduktion mit den Vorteilen der zeit- und kostengünstigen Montierbarkeit des Leitelements kombiniert werden. Der erfindungsgemäße Verdichter weist somit nicht nur ein vorteilhaftes Geräuschverhalten sondern auch geringe Kosten auf. Diese Halterung des Leitelements am Verdichtergehäuse ermöglicht auch eine einfache Demontage im Rahmen eines sogenannten Re-Manufacturings, so dass beispielsweise auch Reparaturkosten des erfindungsgemäßen Verdichters gering gehalten werden können.
-
Bei der Rastverbindung handelt es sich um eine mechanische Arretierung des Leitelements an dem Verdichtergehäuse, die eine zeit- und damit kostengünstige Herstellung des Verdichters ermöglicht. Somit ist eine besonders vorteilhafte Funktionsintegration des Leitelements realisiert, da das Leitelement nicht nur die effiziente Geräusch- bzw. Schallreduktion, sondern auch eine einfache Montage bzw. Befestigung an dem Verdichtergehäuse ermöglicht. Ferner ermöglicht die Rastverbindung die Darstellung sogenannter Nachrüstlösungen. Dadurch können auch Verdichter bzw. Verdichtergehäuse, insbesondere Einheitsverdichtergehäuse, welche zunächst kein Leitelement zur Geräuschreduktion aufweisen, mit einem solchen Leitelement ausgestattet und zu dem erfindungsgemäßen Verdichter ergänzt werden. Insbesondere sind dadurch hochflexible Adaptionen bedarfsgerecht und je nach Anwendungsfall zeit- und kostengünstig realisierbar.
-
Die effiziente Geräuschreduktion bei dem erfindungsgemäßen Verdichter erfolgt insbesondere durch Reflektion und Interferenz von vom Verdichterrad erzeugten Schallwellen, die dadurch zumindest nur teilweise im Verdichterradeintrittsbereich, insbesondere im ersten Strömungskanal propagieren können.
-
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung schließt sich der zweite Längenbereich auf einer von dem zweiten Führungskanal abgewandten Seite des ersten Längenbereichs an den ersten Längenbereich an. Dadurch ist eine besonders vorteilhafte Geräuschreduktion ermöglicht.
-
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist das Leitelement eine Mehrzahl von Rastmitteln auf. Dabei liegt ein Verteilungsverhältnis t/D der Rastmittel in Umfangsrichtung des Leitelements in einem Bereich von einschließlich 0,2 bis einschließlich 1,05. Bei dem Verteilungsverhältnis t/D bezeichnet t den Abstand, insbesondere den Winkelabstand, zwischen zwei in Umfangsrichtung unmittelbar aufeinanderfolgenden Rastmitteln, während D einen Durchmesser, insbesondere den Innendurchmesser, des ersten Längenbereichs bezeichnet.
-
Bevorzugt sind die Rastmittel zumindest im Wesentlichen gleichmäßig in Umfangsrichtung des Leitelements verteilt. Dadurch ist eine besonders feste Arretierung und Halterung des Leitelements am Verdichtergehäuse realisiert.
-
Als weiterhin besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn ein Höhenverhältnis s/t der Rastmittel in einem Bereich von einschließlich 0,1 bis einschließlich 0,3 liegt. Dabei bezeichnet t den Abstand, insbesondere den Winkelabstand, wie zuvor geschildert. Bei dem Höhenverhältnis s/t bezeichnet s den weiteren Abstand der Rastmittel, insbesondere jeweiliger Mitten der Rastmittel, von einer Stirnseite, insbesondere von einer auf Seiten des zweiten Längenbereichs angeordneten Stirnseite, des Leitelements. Dadurch ist eine besonders kostengünstige Arretierung des Leitelements am Verdichtergehäuse realisiert bei gleichzeitiger Darstellung eines vorteilhaften Geräuschverhaltens des erfindungsgemäßen Verdichters.
-
Bei einer weiteren besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung liegt eine relative Dicke w/D der Rastmittel in einem Bereich von einschließlich 0,005 bis einschließlich 0,03. Dabei bezeichnet w die Wandstärke der Rastmittel in radialer Richtung, während D den Durchmesser, insbesondere den Innendurchmesser, des ersten Längenbereichs bezeichnet. Dadurch ist eine besonders vorteilhafte Halterung bzw. Arretierung des Leitelements am Verdichtergehäuse realisiert.
-
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist mittels des ersten Längenbereichs ein erster Durchmesser, insbesondere ein erster Innendurchmesser, und mittels des zweiten Längenbereichs ein zweiter Durchmesser, insbesondere ein zweiter Innendurchmesser, des Leitelements begrenzt, wobei der Quotient aus dem zweiten Durchmesser als Zähler des Quotienten und dem ersten Durchmesser als Nenner des Quotienten in dem Bereich von einschließlich 0,4 bis einschließlich 0,9 liegt. Dies führt zu einer besonders vorteilhaften Halterung des Leitelements am Verdichtergehäuse bei gleichzeitiger Realisierung einer effizienten Geräusch- bzw. Schallreduktion. Dies kommt dem vorteilhaften Geräuschverhalten des erfindungsgemäßen Verdichters zugute.
-
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung liegt ein Axialabstandsverhältnis d/L des Leitelements in einem Bereich von einschließlich 0,05 bis einschließlich 0,5. Dabei bezeichnet d den durch den zweiten Längenbereich begrenzten zweiten Durchmesser, insbesondere zweiten Innendurchmesser, des Leitelements, während L den minimalen axialen Abstand zwischen dem zweiten Längenbereich und der Zwischenwandung bezeichnet. Diese Ausführungsform führt zu einem besonders vorteilhaften Geräuschverhalten des Verdichters. Ferner kann so sein insbesondere axialer Bauraumbedarf gering gehalten werden. Dies führt zur Lösung und/oder zur Vermeidung von Package-Problemen, insbesondere in einem platzkritischen Bereich wie ein Motorraum des beispielsweise als Personenkraftwagen ausgebildeten Kraftwagens.
-
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist zwischen dem Leitelement, welches auch als Geräuschring bezeichnet wird bzw. als Geräuschring ausgebildet sein kann, und dem Verdichtergehäuse wenigstens ein Dämpfungselement angeordnet. Mit anderen Worten ist das Leitelement mittelbar über das wenigstens eine Dämpfungselement am Verdichtergehäuse abgestützt bzw. an diesem gehalten. Durch das Dämpfungselement, welches aus einem entsprechenden vorteilhaften und dämpfenden Werkstoff gebildet ist, ist eine weitere dämpfende Wirkung erzielt, die dem Geräuschverhalten des erfindungsgemäßen Verdichters zugute kommt.
-
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
-
Die Zeichnung zeigt in:
-
1 ausschnittsweise eine schematische und perspektivische Längsschnittansicht eines Verdichters für eine Strömungsmaschine, insbesondere einen Abgasturbolader;
-
2 eine schematische Vorderansicht eines Geräuschrings des Verdichters gemäß 1, wobei mittels des Geräuschrings Geräusche des Verdichters während seines Betriebs gering gehalten werden können; und
-
3 eine schematische Seitenansicht des Geräuschrings gemäß 2.
-
Die 1 zeigt einen Verdichter 10 für eine Strömungsmaschine, insbesondere einen Abgasturbolader. Der Verdichter 10 kann beispielsweise dazu verwendet werden, einer beispielsweise als Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine ausgebildeten Verbrennungskraftmaschine zuzuführende Luft zu verdichten. Der Verdichter 10 ist beispielsweise als Radialverdichter ausgebildet, bei welchem ein Verdichterrad zumindest im Wesentlichen in axialer Richtung des Verdichterrads und damit des Verdichters 10 angeströmt und zumindest im Wesentlichen in radialer Richtung abgeströmt wird.
-
Der Verdichter 10 umfasst ein Verdichtergehäuse 12, welches einen Aufnahmeraum aufweist. In dem Aufnahmeraum ist das Verdichterrad wenigstens bereichsweise aufgenommen und um eine Drehachse relativ zu dem Verdichtergehäuse 12 drehbar.
-
Der Verdichter 10 weist einen ersten Strömungskanal 14 auf, über welchen dem Verdichterrad zu verdichtende Luft zuführbar ist. Der Verdichter 10 weist ferner einen zweiten Strömungskanal 16 auf, welcher bezogen auf den ersten Strömungskanal 14 in radialer Richtung außenseitig angeordnet ist und den ersten Strömungskanal 14 in Umfangsrichtung zumindest bereichsweise umgibt. Der erste Strömungskanal 14 wird dabei als innerer Einlauf des Verdichtergehäuses 12 bezeichnet, während der zweite Strömungskanal 16 als äußerer Einlauf des Verdichtergehäuses 12 bezeichnet wird. Die zu verdichtende Luft strömt wie durch einen Richtungspfeil 15 angedeutet in den ersten Strömungskanal 14 ein.
-
Das Verdichtergehäuse 12 weist eine Zwischenwandung 18 auf, mittels welcher die Strömungskanäle 14, 16 in radialer Richtung zumindest bereichsweise fluidisch voneinander getrennt sind. Die Zwischenwandung 18 ist dabei von wenigstens einem Verbindungskanal 20 durchsetzt, mittels welchem die Strömungskanäle 14, 16 fluidisch verbunden sind. Dies bedeutet, dass beispielsweise den ersten Strömungskanal 14 durchströmende Luft über den Verbindungskanal 20 in den zweiten Strömungskanal 16 einströmen kann. Über eine Durchströmöffnung 22 des zweiten Strömungskanals 16 kann die den zweiten Strömungskanal 16 durchströmende Luft aus dem zweiten Strömungskanal 16 aus- und zurück zu einem Verdichterradseintrittsbereich strömen.
-
Dadurch ist eine sogenannte Rezirkulationseinrichtung geschaffen, welche eine sogenannte kennfeldstabilisierende Maßnahme darstellt. Dadurch ist es in einem Betriebsbereich des Verdichters 10 nahe der Pumpgrenze möglich, die Luft über den Verbindungskanal 20 in den zweiten Strömungskanal 16, welcher als sogenannter Bypasskanal fungiert, abzuführen und nach einem Ausleiten aus der Durchströmöffnung 22 wieder zum Verdichterradeintritt zu leiten. Dadurch kann der in das Verdichterrad eintretende Massenstrom der Luft deutlich erhöht werden.
-
Um die während des Betriebs des Verdichters 10 entstehenden Geräusche gering zu halten, umfasst der Verdichter 10 einen Geräuschring 24. Der Geräuschring 24 weist einen sich zumindest im Wesentlichen in axialer Richtung erstreckenden ersten Längenbereich 26 auf. Ferner weist der Geräuschring 24 einen sich an den ersten Längenbereich 26 anschließenden und sich in radialer Richtung von dem ersten Längenbereich 26 in radialer Richtung nach innen hin weg erstreckenden zweiten Längenbereich 28 auf. Wie der 1 zu entnehmen ist, schließen die Längenbereiche 26, 28 einen Neigungswinkel γ ein, welcher kleiner als 90° ist. Ferner ist der zweite Längenbereich 28 bezogen auf die axiale Richtung in Überdeckung mit dem zweiten Strömungskanal 16 und dessen Durchströmöffnung 22 angeordnet. Mit anderen Worten ist die Durchströmöffnung 22 in axialer Richtung mittels des zweiten Längenbereichs 28 überdeckt. Durch diese Ausgestaltung des Neigungswinkels γ und der Überdeckung können die während des Betriebs des Verdichters 10 entstehenden Geräusche besonders gering gehalten werden. So kommt es während des Betriebs des Verdichters 10 zu sehr geringen Geräuschemissionen, was dem Fahrkomfort für Insassen eines Kraftwagens mit dem Verdichter 10 zugute kommt.
-
Wie der 1 zu entnehmen ist, ist der Geräuschring 24 mittels einer Schnapparretierung 30 an dem Verdichtergehäuse 12 arretiert. Bei der Schnapparretierung 30 handelt es sich um eine Rastverbindung, welche Rastmittel 32 auf Seiten des als Leitelement für die Luft fungierenden Geräuschrings 24 sowie Rastmittel auf Seiten des Verdichtergehäuses 12 umfasst. Die geräuschringseitigen Rastmittel 32 sind dabei als in radialer Richtung nach außen gewölbte Wölbungen ausgebildet, während die verdichtergehäuseseitigen Rastmittel als dazu zumindest im Wesentlichen korrespondierende Ausnehmungen ausgebildet sind. Zur Montage und damit zur Halterung des Geräuschrings 24 an dem Verdichtergehäuse 12 können die Rastmittel 32 des Geräuschrings mit den Rastmitteln des Verdichtergehäuses 12 verrastet werden. Dazu wird der Geräuschring 24 in axialer Richtung in den zweiten Strömungskanal 16 eingesteckt, so dass die Rastmittel 32 mit den dazu korrespondierenden Rastmitteln des Verdichtergehäuses 12 verrasten und in diese einschnappen. Dazu ist es von Vorteil, wenn wenigstens der erste Längenbereich 26 elastisch, d. h. federnd, ausgebildet ist. Dazu ist der Geräuschring 24 beispielsweise als Stanzbauteil oder als Tiefziehteil oder als anderweitiges Blechbauteil ausgebildet. Die Reduzierung der Geräusche des Verdichters 10 erfolgt insbesondere durch Reflektion und Interferenz von vom Verdichterrad erzeugten Schallwellen. Daher wird der Geräuschring 24 auch als Geräuschreflektor bezeichnet.
-
Die 2 zeigt den Geräuschring 24 (Geräuschreflektor) in einer Draufsicht, wobei der 2 ein erster Abstand t in Umfangsrichtung zu entnehmen ist, der den Abstand in Umfangsrichtung zwischen zwei unmittelbar aufeinanderfolgenden der Rastmittel 32 bezeichnet. Ferner ist der 2 ein erster Durchmesser D zu entnehmen, wobei D der erste Innendurchmesser des ersten Längenbereichs 26 ist. Zur Darstellung eines besonders vorteilhaften Geräuschverhaltens des Verdichters 10 liegt ein Verteilungsverhältnis t/D der Rastmittel 32 in Umfangsrichtung des Geräuschrings 24 in einem Bereich von einschließlich 0,2 bis einschließlich 1,05. Zur Darstellung einer vorteilhaften Halterung und Fixierung des Geräuschrings 24 am Verdichtergehäuse 12 sind die Rastmittel 32 in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt angeordnet. Vorliegend umfasst der Geräuschring 24 fünf Rastmittel 32, so dass der erste Abstand t (Winkelabstand) zwischen zwei aufeinanderfolgende Rastmittel 32 jeweils 72° beträgt.
-
In der 2 ist auch ein zweiter Durchmesser d als zweiter Innendurchmesser des Geräuschrings 24 dargestellt, welcher durch den zweiten Längenbereich 28 in radialer Richtung begrenzt ist.
-
Anhand der 3 ist zu erkennen, dass ein Höhenverhältnis s/t der Rastmittel 32 in einem Bereich von einschließlich 0,1 bis einschließlich 0,3 liegt. Hierbei bezeichnet t den ersten Abstand zwischen zwei in Umfangsrichtung unmittelbar aufeinanderfolgende Rastmittel 32, während s den zweiten Abstand der Rastmittel 32 von einer auf Seiten des zweiten Längenbereichs 28 angeordneten Stirnseite 34 des Geräuschrings 24 bezeichnet. In der 3 bezeichnet ferner w die Wandstärke der Rastmittel 32 in radialer Richtung, wobei vorteilhafterweise eine relative Dicke w/D der Rastmittel 32 in einem Bereich von einschließlich 0,005 bis einschließlich 0,03 liegt. Der Quotient d/D des zweiten Durchmessers d und des ersten Durchmessers D liegt vorteilhafterweise in einem Bereich von einschließlich 0,4 bis einschließlich 0,9.
-
In der 1 ist ferner ein Axialabstand L gezeigt, welcher den minimalen axialen Abstand zwischen dem zweiten Längenbereich 28 und der Zwischenwandung 18 bezeichnet. Dabei liegt ein Axialabstandsverhältnis d/L vorteilhafterweise in einem Bereich von einschließlich 0,05 bis einschließlich 0,5.
-
Außerdem ist der 1 zu entnehmen, dass der zweite Längenbereich 28 auf einer von dem zweiten Strömungskanal 16 abgewandten Seite des ersten Längenbereichs 26 an den ersten Längenbereich 26 anschließt.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102009019754 A1 [0002]
- EP 0913585 A1 [0003]
- DE 4212653 B4 [0003, 0004]
