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Die Erfindung betrifft einen Druckwellenlader mit einem Heißgasgehäuse und einem Kaltgasgehäuse und einem diese voneinander distanzierenden Rotorgehäuse, wobei Heißgasgehäuse und/oder Kaltgasgehäuse gegen das Rotorgehäuse abgedichtet sind.
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Aus der
EP 0 864 035 B1 ist ein gattungsgemäßer Druckwellenlader für die Ladeluft einer Verbrennungsmaschine bekannt. Der Druckwellenlader besteht aus einem Heißgasgehäuse und einem Kaltgasgehäuse und einem diese voneinander distanzierenden Rotorgehäuse. In den Stirnseiten sind gegebenenfalls auf den dem Zellrotor zugewandten Oberflächen konzentrisch zur Längsmittelachse verlaufend, Dichtungsanordnungen angeordnet, die mit Stirnkanten von Registerwänden des Innenrohrs und des Mantelrohrs zusammenwirken und Verdichterregister voneinander strömungsmäßig trennen. Durch diese Dichtungsanordnung ist es in Verbindung mit Schaltorganen möglich, jedes der Verdichterregister einzeln oder gemeinsam zu betreiben. Eine derartige Dichtungsanordnung kann aber auch bei sorgfältiger Ausbildung der Bauteile und deren Abstimmung aufeinander, das heißt durch Ausbildung geringst möglicher Distanzen zwischen den feststehenden Bauteilen und dem rotierenden Zellrotor entfallen.
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Der maximal darstellbare Ladedruck und der Ladedruckaufbau des Druckwellenladers sind abhängig von Spaltmaßen und im System auftretenden Leckagen. Je größer die Spaltmaße und die Leckagen des Systems sind, desto höher ist der Ladedruckverlust. Insbesondere die Verbindung zwischen dem Rotorgehäuse und dem Heißgasgehäuse des Druckwellenladers ist aufgrund der hohen thermischen Belastung und dem damit einhergehenden Verzug der beiden Gehäuse anfällig für Spaltbildung und Leckage. Hieraus ergibt sich das Problem, dass z. B. bei einem Lastsprung, also bei einem Motorbetriebswechsel von Teillast nach Volllast der Ladedruckaufbau durch die entstandenen Undichtigkeiten limitiert ist. Auch ein Austreten von heißen Abgasen in den Motorraum ist zu verhindern, um umgebende Bauteile zu schützen. Abgase können im Übrigen auch am Kaltgasgehäuse austreten, da die Abgase über den Zellrotor vom Heißgasgehäuse in das Kaltgasgehäuse überströmen können. Dies ist bei einer gezielten Abgasrückführung über den Druckwellenlader sogar gewünscht. Außerdem sollte insbesondere bei der bereits komprimierten Ladeluft keine Leckage auftreten. Von daher kann auch die Abdichtung des Kaltgasgehäuses gegenüber dem Rotorgehäuse sinnvoll sein.
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Die im Stand der Technik beschriebene Lösung zum Abdichten von Heißgasgehäuse und/oder Kaltgasgehäuse gegen das Rotorgehäuse mittels in den Stirnseiten auf den dem Zellrotor zugewandten Oberflächen konzentrisch zur Längsmittelachse verlaufenden Dichtungsanordnungen ist unbefriedigend. Eine solche Dichtungsanordnung liegt zwischen den Gehäusen auf und vergrößert so den Spalt zwischen Rotorgehäuse und Heißgasgehäuse und/oder Kaltgasgehäuse. Ein vergrößertes Spaltmaß führt jedoch wieder zu nachlassender Leistung des Druckwellenladers. Die weitere im Stand der Technik offenbarte Möglichkeit, auf eine Dichtung zu verzichten und nur über die Flächen der Bauteile abzudichten, kann keinen thermischen Verzug ausgleichen und führt über die Zeit zu Leckagen. Dies hat wiederum negativen Einfluss auf den Ladedruckaufbau und es kann zur Zerstörung der umliegenden Bauteile aufgrund der austretenden heißen Abgase kommen.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine gattungsgemäße Abdichtung des Heißgasgehäuses und/oder des Kaltgasgehäuses gegen das Rotorgehäuse aufzuzeigen, wobei das Spaltmaß zwischen Rotorgehäuse und Heißgasgehäuse und/oder Kaltgasgehäuse durch den Einsatz der Dichtung unverändert bleiben sollte und die durch die thermischen Belastungen bei den einzelnen Gehäusen auftretenden Verzüge durch die Dichtung kompensiert werden müssen, um eine Leckage zu verhindern und alle umgebenden Bauteile vor austretendem Abgas zu schützen.
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Diese Aufgabe löst die Erfindung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Demnach ist bei einem Druckwellenlader mit einem Heißgasgehäuse und einem Kaltgasgehäuse und einem diese voneinander distanzierenden Rotorgehäuse in einer dem Rotorgehäuse zugewandten Stirnseite des Heißgasgehäuses und/oder des Kaltgasgehäuses oder in einer Stirnseite des Rotorgehäuses eine konzentrisch zur Längsmittelachse der Stirnseite verlaufende Nut eingearbeitet, die eine Dichtung aufnimmt. Die Nut verhindert ein Auftragen der Dichtung, da die Höhe der Dichtung zu einem überwiegend großen Anteil von der Tiefe der Nut aufgenommen wird. Die verbleibende Höhe der Dichtung dient zum Abdichten des optimal eingestellten Spaltmaßes. Bevorzugt ist die Nut dabei in der Stirnseite des Heißgasgehäuses und/oder Kaltgasgehäuses in den zur Verbindung mit dem Rotorgehäuse dienenden Flansch eingearbeitet. Da das Heißgasgehäuse und/oder das Kaltgasgehäuse in der Regel gegossen werden, steht in diesem Bereich ausreichend Material zur Einbringung der Nut zur Verfügung. Bei ausreichender Flanschdicke am Rotorgehäuse ist es alternativ aber auch möglich, die Nut in den Flansch des Rotorgehäuses einzuarbeiten. In Versuchen hat sich dabei als bevorzugte Größenanordnung für die Nut eine Tiefe von 2 bis 6 mm, besonders bevorzugt eine Tiefe von 4 mm als vorteilhaft herausgestellt. Für die Breite der Nut ergab sich vorteilhaft ein Wert von 3 bis 7 mm, besonders bevorzugt eine Breite von 5 mm. Die angegebenen Werte stellen einen guten Kompromiss zwischen Einarbeitungsaufwand in die Gehäuse und zu erzielende Abdichtwirkung her.
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In die Nut wird eine Dichtung eingelegt. Dabei kann jede Dichtung verwendet werden, die für die Anpresskräfte und die hohen Abgastemperaturen geeignet ist. Bevorzugt wird in die Nut eine metallische Spiraldichtung eingelegt. Falls notwendig, wird die Dichtung mittels mindestens eines Schweißpunktes in der Nut lagefixiert, dadurch ist sie bei einem späteren Montageprozess gegen Herausfallen gesichert. Als Dichtstoff für die metallische Spiraldichtung werden Graphit, Glimmer oder keramische Filze verwendet. Der Einsatz eines solchen Dichtungssystems bietet bestes Potential zur Abdichtung ohne ein Spaltmaß zu vergrößern. Mit dem Einsatz kann der Spalt zwischen dem Rotorgehäuse und dem Heißgasgehäuse und/oder Kaltgasgehäuse weiterhin optimal ausgelegt werden.
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Nachfolgend ist die Erfindung anhand der Figuren genauer beschrieben. Dabei zeigen:
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1 einen Schnitt durch eine Verbindungsanordnung zwischen einem Heißgasgehäuse (1) und einem Rotorgehäuse (2) und
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2 eine Draufsicht auf das Heißgasgehäuse (1).
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1 zeigt einen Schnitt durch eine Verbindungsanordnung zwischen einem Heißgasgehäuse (1) und einem Rotorgehäuse (2). Die Gehäuse (1) und (2) sind über ihre jeweiligen Flansche (5) und (9) über eine Schraubverbindung (6) miteinander verbunden. Von dem gegossenen Heißgasgehäuse (1) sind der Flansch (9) und ein Abgaskanal (12) dargestellt. Im Flansch (9) ist eine Nut (10) eingearbeitet worden. In der Nut (10) befindet sich eine Dichtung (11). Das Rotorgehäuse (2) besteht aus einem dünnwandigen äußeren Mantel (3) und einem tragenden inneren Mantel (4), die voneinander durch einen Luftspalt (30) beabstandet sind. Innerhalb des inneren Mantels (4) befindet sich der Zellrotor (7), welcher durch einen Abdichtring (8) gegenüber einem zwischen dem Zellrotor (7) und dem inneren Mantel (4) befindlichen Luftspalt (31) abgedichtet ist. Die unter Vorspannung stehende Dichtung (11) übernimmt auch bei einem thermischen Verzug eine Abdichtfunktion sicher. Gleichzeitig trägt die Dichtung (11) nicht auf, da sie in der Nut (10) ruht. Auf diese Weise kann durch die Dichtung (11) das Spaltmaß (20) auf ein optimales Maß eingestellt werden, ohne Rücksicht auf die Abdichtfunktion nehmen zu müssen. Insbesondere die hier dargestellte Spiraldichtung hat sich für den Einsatzzweck bewährt. Dabei weist die Spiraldichtung aufgrund ihres Aufbaus ein spezifisches Eigenschaftsprofil auf, welches gut geeignet ist für den Einsatz im Hochdruckbereich. Neben der hohen Temperatureinsatzgrenze und der Druckeinsatzgrenze ist besonders auf die Rückfederungseigenschaft hinzuweisen. Die Spiraldichtung erträgt hohe Flächenpressung. Die insbesondere bei Druck-/Temperaturschwankungen einhergehenden Bauteildehnungsdifferenzen und daraus entstehenden Dichtspaltänderungen gleicht die Spiraldichtung aufgrund ihrer konstruktiven Gestaltung aus und dichtet unter diesen Bedingungen sicher ab. Als Dichtstoffe können je nach Belastung der Dichtung Graphit, Glimmer oder keramische Filze verwendet werden.
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2 zeigt eine Draufsicht auf das Heißgasgehäuse (1). Auf der dem Rotorgehäuse zugewandten Stirnseite (19) befindet sich der Flansch (9) zum Verbinden des Heißgasgehäuses (1) mit dem hier nicht dargestellten Rotorgehäuse. Im Flansch (9) sind mehrere Schraubendurchgänge oder Gewindelöcher (60) vorgesehen, über die die Verbindung zwischen dem Heißgasgehäuse (1) und dem Rotorgehäuse hergestellt werden kann. Das dargestellte Heißgasgehäuse (1) ist zweizyklisch ausgebildet, dass heißt jeder Strömungskanal ist zweimal vorhanden. Über den Abgaseinlass (13) werden die Kanäle 3 (16) und 3' (17) mit Abgas angeströmt, wobei die Kanäle 3 (16) und 3' (17) je zweimal vorhanden sind. Auf der Stirnseite (19) des Heißgasgehäuses (2) liegen sich die doppelten Kanalpaare genau gegenüber. Über die Kanäle 3 und 3' tritt Abgas in die einzelnen Zellen des nicht dargestellten Zellrotors ein. Über den Kanal 4 (12) tritt das Abgas wieder aus dem Zellrotor aus und strömt in das Heißgasgehäuse (2) zurück. Auch der Kanal 4 (12) ist zweimal vorhanden. Die beiden Kanäle 4 liegen sich auf der Stirnseite (19) des Heißgasgehäuses (2) gegenüber. Über den Kanal 4 (12) verlässt das Abgas das Heißgasgehäuse (2) am Abgasauslass (15) wieder. Weiter zu sehen ist eine Aufnahme (14) für eine nicht weiter dargestellte Steuerwalze. In der Mitte der Stirnseite (19) ist eine Freimachung (18), die aus Gewichtsgründen hergestellt wurde. Die Nabe des nicht dargestellten Rotors ist in diesem Fall einseitig im ebenfalls nicht dargestellten Kaltgasgehäuse gelagert. Erfindungswesentlich ist die in den Flansch (9) auf der dem Rotorgehäuse zugewandten Stirnseite (19) eingebrachte Nut (10). Die Nut (10) nimmt einen Dichtring auf.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Heißgasgehäuse
- 2
- Rotorgehäuse
- 3
- äußere Mantel
- 4
- innere Mantel
- 5
- Flansch
- 6
- Schraubenverbindung
- 7
- Zellrotorwand
- 8
- Abdichtring
- 9
- Flansch
- 10
- Nut
- 11
- Dichtung
- 12
- Kanal 4
- 13
- Abgaseinlass (Kanal 3 und 3')
- 14
- Aufnahme für Steuerwalze
- 15
- Abgasauslass (Kanal 4)
- 16
- Kanal 3
- 17
- Kanal 3'
- 18
- freigeschnittener Hohlraum
- 19
- Stirnseite
- 20
- Spaltmaß
- 30
- Luftspalt
- 31
- Luftspalt
- 60
- Schraubendurchgang oder Gewindeloch
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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