DE102012105064B4 - Pressure wave charger with cell rotor and method for producing the cell rotor - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Druckwellenlader mit einem Zellrotor (1) sowie ein Verfahren zur Herstellung des Zellrotors (1), wobei in verschiedenen, in Radialrichtung (R) angeordneten, übereinander liegenden Kammerreihen jeweils ein mäanderförmiges Trennblech (3) zur Separierung der Zellen (15) eingesetzt ist.The present invention relates to a pressure wave supercharger with a cell rotor (1) and a method for manufacturing the cell rotor (1), with a meandering separating plate (3) for separating the cells (15) in different, superimposed chamber rows arranged in the radial direction (R) ) is used.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Druckwellenlader aufweisend einen Zellrotormantel sowie einen darin drehbaren angeordneten Zellrotor gemäß den Merkmalen im Oberbegriff von Patentanspruch 1.The present invention relates to a pressure wave loader comprising a cell rotor shell and a rotatable rotatable cell rotor according to the features in the preamble of patent claim 1.
Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines Zellrotors gemäß den Merkmalen im Patentanspruch 7.The present invention further relates to a method for producing a cell rotor according to the features in claim 7.
Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Zellrotors gemäß den Merkmalen im Patentanspruch 8.Moreover, the present invention relates to a method for producing a cell rotor according to the features in
Aus dem Stand der Technik ist es bekannt zur Steigerung des Wirkungsgrades einer Verbrennungskraftmaschine diese aufzuladen. Hierbei wird die Ladeluft vorkomprimiert und dann mit gegenüber dem Atmosphärendruck erhöhtem Druck in einen Zylinder eingebracht. Als Aufladetypen sind beispielsweise Kompressoren, Abgasturbolader oder aber auch Druckwellenlader bekannt.From the prior art it is known to increase the efficiency of an internal combustion engine to charge it. Here, the charge air is precompressed and then introduced with respect to the atmospheric pressure increased pressure in a cylinder. As Aufladetypen example, compressors, turbochargers or even pressure wave superchargers are known.
Bei einem Druckwellenlader rotiert innerhalb eines Zellrotorgehäuses ein Zellrotor, wobei durch einen gasdynamischen Prozess das von der Verbrennungskraftmaschine ausgeschiedene Abgas in den Zellrotor eintritt, in dem Zellrotor selbst angesaugte Frischluft komprimiert und so dann die komprimierte Frischluft der Verbrennungskraftmaschine zuführt. Anschließend wird das Abgas, das zu Komprimierung der Frischluft genutzt wurde in einen Abgasstrang geführt.In a pressure wave supercharger rotates within a cell rotor housing, a cell rotor, wherein the gas excreted by the internal combustion engine exhaust gas enters the cell rotor by a gas-dynamic process, compressed in the cell rotor itself sucked fresh air and then the compressed fresh air of the internal combustion engine supplies. Subsequently, the exhaust gas, which was used to compress the fresh air was fed into an exhaust line.
Der Wirkungsgrad des Druckwellenladers selber hängt dabei maßgeblich von der Zellengeometrie des Zellrotors sowie dessen Genauigkeit beim Übertritt der Zellen an die jeweiligen Kanäle 1 bis 4 des Druckwellenladers und weiterhin von der Trägheit des Zellrotors ab. Es ist also erstrebenswert einen Zellrotor mit möglichst geringerem Eigengewicht, hoher Bauteilpräzision und exakter Bauteilmaße erstrebenswert.The efficiency of the pressure wave loader itself depends largely on the cell geometry of the cell rotor and its accuracy in the passage of the cells to the respective channels 1 to 4 of the pressure wave supercharger and further from the inertia of the cell rotor. It is therefore worthwhile a cell rotor with the lowest possible weight, high component precision and exact component dimensions desirable.
Hierzu ist beispielsweise aus der
Weiterhin ist aus der
Auch die
Auch die
In der
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher ausgehend vom Stand der Technik einen Zellrotor für einen Druckwellenlader bereitzustellen, der gegenüber aus dem Stand der Technik bekannten Zellrotoren zum einen kostengünstiger herstellbar ist, zum anderen eine höhere Dauerhaltbarkeit und ein geringes Eigengewicht sowie ein verbessertes dynamisches Verhalten aufweist. Es ist ferner Aufgabe der Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Zellrotors aufzuzeigen.It is therefore an object of the present invention, starting from the state of the art, to provide a cell rotor for a pressure wave supercharger that can be produced more cost-effectively compared with cell rotors known from the prior art, and has a higher durability and a low dead weight as well as an improved dynamic behavior. It is a further object of the invention to provide a method for producing such a cell rotor.
Die zuvor genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Druckwellenlader aufweisend einen Zellrotormantel sowie einen darin drehbar angeordneten Zellrotor gemäß den Merkmalen im Patentanspruch 1 gelöst.The aforementioned object is achieved according to the invention with a pressure wave loader having a cell rotor shell and a rotatably mounted therein cell rotor according to the features in claim 1.
Der verfahrenstechnische Anteil der Aufgabe wird weiterhin mit einem Verfahren gemäß den Merkmalen im Patentanspruch 7 gelöst. Eine alternative Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens wird ferner gemäß den Merkmalen im Patentanspruch 8 aufgezeigt.The procedural portion of the object is further achieved by a method according to the features in claim 7. An alternative embodiment of the manufacturing method according to the invention is further shown according to the features in
Der erfindungsgemäße Druckwellenlader weist einen Zellrotormantel sowie einen darin drehbar angeordneten Zellrotor auf, wobei der Zellrotor in radialer Richtung mindestens zwei übereinander liegende Kammerreihen aufweist, wobei in einer Kammerreihe nebeneinander liegend voneinander getrennte Zellen angeordnet sind. In einer Kammerreihe ist ein radial um die Rotationsachse des Zellrotors umlaufendes mäanderförmiges Trennblech angeordnet, wobei das mäanderförmige Trennblech in Radialrichtung des Zellrotors orientierte Stege aufweist, wobei zwischen den Stegen Übergangsbereiche ausgebildet sind und wobei die Stege die einzelnen Zellen voneinander trennen.The pressure wave loader according to the invention has a cell rotor shell and a rotatable cell rotor arranged therein, wherein the cell rotor in the radial direction has at least two superposed rows of chambers, wherein in a row of chambers next to each other lying separate cells are arranged. In a row of chambers, a meander-shaped separating plate running around the axis of rotation of the cell rotor is arranged, wherein the meander-shaped separating plate has webs oriented in the radial direction of the cell rotor, wherein transition areas are formed between the webs and wherein the webs separate the individual cells from one another.
Zudem ist der Zellrotor erfindungsgemäß aus einem einstückigen und werkstoffeinheitlichen Blechzuschnitt ausgebildet. Hierzu wird der Blechzuschnitt zunächst in glatte und mäanderförmige Längenabschnitte eingeteilt und sodann aufgewickelt, so dass zunächst durch eine Umdrehung die Rotornabe aus einem glatten Längenabschnitt gewickelt wird, in einer folgenden Umdrehung die erste Kammerreihe durch ein mäanderförmiges Trennblech auf die Rotornabe gewickelt wird, in einer dritten Umdrehung die erste Trennhülse aus einem glatten Längenabschnitt auf die erste Kammerreihe gewickelt wird und in einer vierten Umdrehung eine zweite Kammerreihe durch ein zweites mäanderförmiges Trennblech auf die erste Trennhülse gewickelt wird und in einer weiteren Umdrehung durch einen glatten Längenabschnitt eine zweite Trennhülse auf das zweite mäanderförmige Trennblech gewickelt wird. Im Rahmen der Erfindung ist es auch möglich, direkt mit der ersten Kammerreihe zu beginnen, so dass die Rotornabe als Wickelbauteil entfällt und eine Rotornabe beispielsweise aus einem zylindrischen Hohlkörper bereitgestellt wird. Hierdurch lässt sich der Zellrotor insbesondere sehr kostengünstig mit gleichzeitig hoher Präzision und optimierter Wandstärke bereitstellen. Die Kammerreihen des Zellrotors liegen ringförmig ineinander. Eine jede Kammerreihe ist insbesondere kreisabschnittsrund ausgebildet, wobei auf einer Rotornabe eine erste Kammerreihe angeordnet ist, die von einer zweiten Kammerreihe umschlossen ist, die wiederum von einer dritten Kamerreihe kreisabschnittsförmig umgriffen ist.In addition, the cell rotor according to the invention is formed from a one-piece and material-uniform sheet metal blank. For this purpose, the sheet metal blank is first divided into smooth and meandering lengths and then wound so that the rotor hub is first wound by a rotation of a smooth length, in a following revolution, the first chamber row is wound by a meandering partition on the rotor hub, in a third Rotation the first separating sleeve is wound from a smooth length on the first chamber row and in a fourth revolution, a second chamber row is wound by a second meandering partition on the first separation sleeve and in a further rotation by a smooth length section, a second separation sleeve on the second meandering partition is wound. In the context of the invention, it is also possible to start directly with the first chamber row, so that the rotor hub is omitted as a winding component and a rotor hub is provided for example from a cylindrical hollow body. As a result, the cell rotor can be provided in a very cost-effective manner with simultaneously high precision and optimized wall thickness. The chamber rows of the cell rotor are annular in one another. Each chamber row is formed in particular kreisabschnittsrund, wherein on a rotor hub, a first chamber row is arranged, which is enclosed by a second chamber row, which in turn is surrounded by a third row of cameras circular segment.
In den einzelnen Kammerreihen selber sind dann radial umlaufend verteilt Zellen ausgebildet, wobei die Zellen durch jeweilige Trennstege voneinander separiert sind. Insbesondere sind die Zellen jeweils gasdicht voneinander separiert. Erfindungsgemäß erfolgt die Separierung durch ein in einer jeweiligen Kammerreihe angeordnetes mäanderförmiges Trennblech. Das mäanderförmige Trennblech hat einen im Wesentlichen sinusförmigen Verlauf, so dass auf einen in radialer Richtung orientierten Steg ein Wellental folgt, auf das Wellental wiederum ein Steg folgt und auf den Steg ein Wellenberg folgt. Dies setzt sich dann periodisch über den gesamten Verlauf des Trennblechs fort. Insbesondere ist das Trennblech als Wellblech ausgebildet.In the individual chamber rows themselves, cells are then distributed radially all around, the cells being separated from one another by respective dividing webs. In particular, the cells are each separated from each other gas-tight. According to the invention, the separation takes place by means of a meandering separating plate arranged in a respective chamber row. The meander-shaped separating plate has a substantially sinusoidal course, so that a wave trough follows on a web oriented in the radial direction, the wave trough in turn follows a web and a wave crest follows the web. This then continues periodically over the entire course of the separating plate. In particular, the separating plate is designed as a corrugated metal sheet.
Im Rahmen der Erfindung ist es jedoch nicht zwingend erforderlich, dass sich jeweils zwischen den Stegen ein runder Verlauf ergibt. Der Übergang von einem Steg zu Wellental, von Wellental zu Steg und Steg zu Wellenberg wiederum vom Wellenberg zu einem weiteren Steg kann auch mit nur kleinen Biegeradien ausgebildet sein und/oder auch durch Abkanten erfolgen, so dass sich letzterenfalls jeweils zwischen Wellenberg und Steg und Steg und Wellental ein Winkel ergibt.In the context of the invention, however, it is not absolutely necessary that in each case results in a round course between the webs. The transition from a bridge to wave trough, from wave trough to bridge and bridge to wave mountain turn from wave mountain to another bridge can also be formed with only small bending radii and / or done by folding, so that in the latter case between Wellenberg and bridge and bridge and wave trough yields an angle.
Im Rahmen der Erfindung ist das mäanderförmige Trennblech derart in der Kammerreihe angeordnet, dass die Stege im Wesentlichen in Radialrichtung orientiert sind. In der Folge ist das Wellental mit einem geringeren Radius ausgebildet, als es bei dem Wellenberg der Fall ist. Ebenfalls ist der Wellenberg in diesem Fall breiter ausgebildet als das Wellental. Hierdurch ergibt sich dann wiederum die Orientierung des Steges in Radialrichtung.In the context of the invention, the meander-shaped separating plate is arranged in the chamber row such that the webs are oriented substantially in the radial direction. As a result, the trough is formed with a smaller radius than is the case with the wave crest. Also, the wave crest in this case is wider than the wave trough. This then in turn results in the orientation of the web in the radial direction.
Im Rahmen der Erfindung ist es möglich, das die Zellen der einzelnen Kammerreihen in Radialrichtung übereinander liegen, insbesondere erstrecken sich die Zellen der Kammerreihen in einem Kreisausschnitt. Dies bedeutet, dass die radial jeweils außen liegende, benachbarte Zelle größer ausgebildet ist, als die auf die Radialrichtung bezogen darunter liegende Zelle. Die Zellen weiten sich dann von Innen nach Außen auf, so dass die Stege wiederum in Radialrichtung orientiert sind und jeweils zwei Stege einer Zelle in einem Winkel zueinander ausgebildet sind. In the context of the invention, it is possible that the cells of the individual chamber rows are superimposed in the radial direction, in particular, the cells of the chamber rows extend in a circular section. This means that the radially outer, adjacent cell is formed larger than the cell relative to the radial direction underlying cell. The cells then expand from inside to outside, so that the webs are again oriented in the radial direction and in each case two webs of a cell are formed at an angle to each other.
Im Rahmen der Erfindung ist es jedoch auch möglich, dass die einzelnen Stege verschiedener Kammerreihen versetzt zueinander ausgebildet sind. Dies bedeutet, dass die Zellen der auf die Radialrichtung bezogen innen liegenden Kammerreihe gegenüber den Zellen einer auf die Radialrichtung bezogen außen liegenden Kammerreihe versetzt sind.In the context of the invention, however, it is also possible that the individual webs of different chamber rows are offset from one another. This means that the cells of the chamber row lying in the radial direction are offset with respect to the cells of a chamber row lying radially on the outside.
Durch die erfindungsgemäße Anordnung eines mäanderförmig verlaufenden Trennblechs in einer jeweiligen Kammerreihe ist es möglich, den Zellrotor mit besonders geringem Eigengewicht auszubilden. Insbesondere werden durch die Verwendung des mäanderförmigen Blechs Wandstärken realisiert, die kleiner als 0,5 mm, insbesondere kleiner als 0,4 mm, besonders bevorzugt kleiner als 0,3 mm und ganz besonders bevorzugt kleiner als 0,2 mm ausgebildet sind.The inventive arrangement of a meander-shaped separating plate in a respective chamber row, it is possible to form the cell rotor with a particularly low weight. In particular, wall thicknesses are realized by the use of the meander-shaped sheet, which are smaller than 0.5 mm, in particular less than 0.4 mm, more preferably less than 0.3 mm and most preferably less than 0.2 mm are formed.
Aufgrund der Wellenberge und Wellentäler weisen die Stege zueinander einen festen Abstand auf, so dass die Wellenberge und/oder Wellentäler an den jeweiligen Außenmantelflächen oder aber Innenmantelflächen von Trennhülsen bevorzugt ausschließlich haftfixiert werden müssen. Dies bedeutet, dass das mäanderförmige Trennblech insgesamt nicht verrutscht, dass jedoch das relative Fixieren der Stege untereinander über Wellenberge und Wellentäler erfolgt. Hierdurch ist es möglich, den Zellrotor mit einem geringen Eigengewicht auszubilden, so dass der Zellrotor bei Beschleunigungs- oder Abbremsvorgängen eine höhere Dynamik aufweist.Due to the wave crests and wave troughs, the webs are at a fixed distance from one another, so that the wave crests and / or wave troughs on the respective outer circumferential surfaces or inner jacket surfaces of separating sleeves preferably have to be adhesively fixed exclusively. This means that the meander-shaped separating plate does not slip on the whole, but that the relative fixing of the webs with each other via wave crests and wave troughs takes place. This makes it possible to form the cell rotor with a low weight, so that the cell rotor during acceleration or deceleration processes has a higher dynamics.
Im Rahmen der Erfindung ist es ebenfalls einfacher den Zellrotor herzustellen, da das mäanderförmige Trennblech in die Kammerreihe eingesetzt und/oder aufgewickelt wird. Aufwendige Fügeoperationen von einzelnen Trennstegen und damit verbundene Schweißvorgänge und gegebenenfalls Produktionstoleranzen entfallen erfindungsgemäß. Hierdurch sinken die Produktionskosten bei gleichzeitig steigender Produktionsgenauigkeit.In the context of the invention it is also easier to produce the cell rotor, since the meander-shaped separating plate is inserted into the chamber row and / or wound up. Elaborate joining operations of individual dividers and associated welding operations and optionally production tolerances omitted according to the invention. This reduces production costs while increasing production accuracy.
Weiterhin bevorzugt ist zwischen zwei Kammerreihen eine Trennhülse angeordnet, wobei die Trennhülse als zylindrischer Hohlkörper ausgebildet ist. Innenliegend ist bei dem Zellrotor insbesondere eine Zellrotornabe angeordnet, wobei die Zellrotornabe insbesondere kreisrund, ganz besonders bevorzugt als zylindrischer Hohlkörper ausgebildet ist. Die Zellrotornabe ist dann kreisrund erstreckend von einer ersten Kammerreihe umgriffen. Die erste Kammerreihe ist dann wiederum im Rahmen der Erfindung von einer Trennhülse umgriffen derart, dass die Trennhülse auf die erste Kammerreihe aufgewickelt und/oder aufgeschoben, letzterenfalls insbesondere aufgepresst ist. Im Rahmen des Aufschiebens, insbesondere Aufpressens ist es möglich, die Trennhülse insbesondere als nahtlosen Hohlkörper auszubilden. Ein nahtloser Hohlkörper weist den Vorteil auf, dass er keinerlei Unwucht aufgrund einer Schweißnaht besitzt. Ferner ist an dem nahtlosen Hohlkörper eine optimierte Wandstärke, insbesondere eine Wandstärke von weniger als 1 mm, bevorzugt weniger als 0,8 mm und insbesondere weniger als 0,5 mm realisierbar ist. Auf eine erste Trennhülse wird dann wiederum bevorzugt ein zweites mäanderförmiges Trennblech aufgeschoben, insbesondere aufgepresst, gefolgt dann wiederum von einer zweiten Trennhülse. Auch hierdurch ist es möglich, insbesondere einen Zellrotor bereitzustellen, der ein verbessertes Ansprechverhalten aufgrund eines geringeren Eigengewichts und nicht vorhandener Unwuchten und damit verbundener höherer Dynamik aufweist.Further preferably, a separating sleeve is arranged between two rows of chambers, wherein the separating sleeve is formed as a cylindrical hollow body. On the inside, a cell rotor hub is arranged in particular in the cell rotor, the cell rotor hub being in particular circular, very particularly preferably a cylindrical hollow body. The cell rotor hub is then circumferentially encompassed by a first row of chambers. The first row of chambers is in turn encompassed in the invention by a separating sleeve such that the separating sleeve wound on the first row of chambers and / or postponed, the latter case in particular is pressed. In the context of pushing, in particular pressing, it is possible to form the separating sleeve in particular as a seamless hollow body. A seamless hollow body has the advantage that it has no imbalance due to a weld. Furthermore, an optimized wall thickness, in particular a wall thickness of less than 1 mm, preferably less than 0.8 mm and in particular less than 0.5 mm can be realized on the seamless hollow body. In turn, a second meander-shaped separating plate is then in turn pushed onto a first separating sleeve, in particular pressed on, followed in turn by a second separating sleeve. This also makes it possible, in particular to provide a cell rotor, which has an improved response due to a lower dead weight and non-existing imbalances and associated higher dynamics.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung sind die Wellentäler mit einer Außenmantelfläche der darunter liegenden Trennhülse gekoppelt und/oder die Wellenberge mit einer Innenmantelfläche der darüber liegenden Trennhülse gekoppelt. Darunter liegend und darüber liegend ist jeweils in Radialrichtung ausgehend von der Rotornabe als Bezugspunkt zu verstehen.In a further preferred embodiment variant of the present invention, the wave troughs are coupled to an outer lateral surface of the separating sleeve underneath and / or the wave crests are coupled to an inner lateral surface of the separating sleeve located above. Below lying and lying above is to be understood in each case in the radial direction, starting from the rotor hub as a reference point.
Bei der Kopplung handelt es sich insbesondere um eine stoffschlüssige Kopplung, ganz besonders bevorzugt um ein thermisches Fügen und insbesondere um einen Schweißvorgang oder aber einen Lötvorgang. Die Kopplung kann dabei im Rahmen der Erfindung als Haftkopplung, beispielsweise durch Schweißpunkte ausgebildet sein. Im Rahmen der Erfindung ist es jedoch auch möglich, die Kopplung als Längsnaht, die sich in axialer Richtung des Zellrotors vollständig erstreckt, auszubilden. Durch die Kopplung wird zum einen eine höhere Präzision der einzelnen Bauteile zueinander, insbesondere bei thermischer Belastung erreicht, so dass kein oder aber ein zu vernachlässigender Verzug der einzelnen Zelltrennwände, ausgebildet durch den mäanderförmigen Verlauf des Trennblechs erfolgt. Hierdurch steigt wiederum die Präzision des hergestellten Zellrotors, was sich vorteilig auf das Betriebsverhalten des Druckwellenladers und die dafür erforderliche Genauigkeit, insbesondere die sich einstellenden Spaltmaße auswirkt.The coupling is in particular a cohesive coupling, very particularly preferably a thermal joining and in particular a welding process or a soldering process. The coupling can be formed in the context of the invention as adhesive coupling, for example by welding points. In the context of the invention, however, it is also possible to form the coupling as a longitudinal seam which extends completely in the axial direction of the cell rotor. On the one hand, a higher precision of the individual components relative to one another is achieved by the coupling, in particular under thermal stress, so that there is no or negligible distortion of the individual cell dividing walls, formed by the coupling meandering course of the separating plate takes place. This in turn increases the precision of the manufactured cell rotor, which has an advantageous effect on the performance of the pressure wave supercharger and the required accuracy, in particular the adjusting gap dimensions.
Im Rahmen der Erfindung ist weiterhin insbesondere das mäanderförmige Trennblech und/oder die Trennhülsen aus einem Werkstoff ausgebildet, der folgende Legierungsbestandteile, ausgedrückt in Gew.-% aufweist:
Eine derartige Werkstofflegierung erweist sich als besonders vorteilig für den erfindungsgemäßen Zellrotor, da der Werkstoff zum einen temperaturresistent ist, zum anderen gegenüber den hochkorrosiven Eigenschaften des durch den Druckwellenlader strömenden Abgases resistent ist. Gleichzeitig jedoch lässt sich ein derart zusammengesetzter Werkstoff sehr gut verarbeiten, insbesondere in Bezug auf Schweißbarkeit und Formbarkeit und er besitzt ein geringes spezifisches Eigengewicht.Such a material alloy proves to be particularly advantageous for the cell rotor according to the invention, since the material is on the one hand temperature resistant, on the other hand is resistant to the highly corrosive properties of the flowing through the pressure wave supercharger exhaust gas. At the same time, however, such a composite material can be processed very well, especially in terms of weldability and moldability and he has a low specific weight.
Hierdurch wird es möglich, das bei dem Trennblech und/oder den Trennhülsen Wandstärken realisiert werden, die zwischen 0,01 mm und insbesondere 0,3 mm, ganz besonders bevorzugt zwischen 0,05 mm und 0,25 mm und ganz besonders bevorzugt von 0,1 mm bis 0,2 mm ausgebildet sind.This makes it possible that wall thicknesses are realized in the separating plate and / or the separating sleeves, which are between 0.01 mm and in particular 0.3 mm, very particularly preferably between 0.05 mm and 0.25 mm and most preferably from 0 , 1 mm to 0.2 mm are formed.
Der verfahrenstechnische Teil der Aufgabe wird weiterhin mit einem Verfahren zur Herstellung eines Zellrotors eines Druckwellenladers aufweisend einen Zellrotormantel sowie einen darin drehbar angeordneten Zellrotor, wobei der Zellrotor in radialer Richtung mindestens zwei übereinanderliegende Kammerreihen aufweist, wobei in einer Kammerreihe nebeneinanderliegend voneinander getrennte Zellen angeordnet sind, in einer Kammerreihe ein radial um die Rotationsachse des Zellrotors umlaufendes mäanderförmiges Trennblech angeordnet ist und das mäanderförmige Trennblech in Radialrichtung orientierte Stege aufweist, wobei zwischen den Stegen Übergangsbereiche ausgebildet sind und wobei die Stege die einzelnen Zellen (
- – Bereitstellen einer Rotornabe,
- – Bereitstellen eines mäanderförmigen Trennbleches,
- – Aufwickeln des Trennbleches auf die Rotornabe oder Aufwickeln des Trennbleches und Aufschieben auf die Rotornabe,
- – Koppeln des mäanderförmigen Trennbeches mit der Außenmantelfläche der Rotornabe in den Wellentälern,
- – Aufschieben, insbesondere Aufpressen einer Trennhülse auf die Wellenberge,
- – optionales Koppeln der Wellenberge mit einer Innenmantelfläche der Trennhülse,
- – Bereitstellen eines zweiten mäanderförmigen Trennbleches,
- – Aufwickeln des Trennbleches auf die Rotornabe oder Aufwickeln des Trennbleches und Aufschieben auf die Rotornabe,
- – Koppeln des mäanderförmigen Trennbeches mit der Außenmantelfläche der Rotornabe in den Wellentälern
- – Aufschieben, insbesondere Aufpressen einer zweiten Trennhülse auf die Wellenberge,
- – optionales Koppeln der Wellenberge mit einer Innenmantelfläche der zweiten Trennhülse.
- Providing a rotor hub,
- Providing a meander-shaped separating plate,
- Winding the separating plate onto the rotor hub or winding up the separating plate and sliding it onto the rotor hub,
- Coupling the meandering separating cup to the outer circumferential surface of the rotor hub in the troughs,
- - pushing, in particular pressing a separating sleeve on the wave crests,
- Optional coupling of the wave crests with an inner circumferential surface of the separating sleeve,
- Providing a second meander-shaped separating plate,
- Winding the separating plate onto the rotor hub or winding up the separating plate and sliding it onto the rotor hub,
- - Coupling of the meandering Trennbeches with the outer surface of the rotor hub in the troughs
- Pushing on, in particular pressing on a second separating sleeve on the wave crests,
- - Optional coupling of the peaks with an inner circumferential surface of the second separation sleeve.
Im Rahmen der Erfindung ist es möglich, für eine dritte, vierte, fünfte, sechste oder aber auch weiterfolgende Kammerreihe entsprechend die Verfahrensschritte zum Aufbringen eines weiteren mäanderförmigen Trennblechs, mit optionalem Koppeln und Aufbringen einer weiteren Trennhülse zu wiederholen.In the context of the invention it is possible to repeat for a third, fourth, fifth, sixth or even further chamber row according to the method steps for applying a further meander-shaped separating plate, with optional coupling and application of a further separating sleeve.
Im Rahmen der Erfindung werden besonders bevorzugt zumindest abschnittsweise die Wellenberge und/oder Wellentäler mit der jeweiligen Trennhülse gekoppelt. Hierzu wird insbesondere ein Laserschweißverfahren eingesetzt, wobei das Koppeln zum Haftfixieren mittels Schweißpunkten oder aber auch zum vollständigen Fixieren mittels Längsschweißnähten durchgeführt wird. Die Längsschweißnähte erstrecken sich insbesondere in Axialrichtung des Zellrotors.In the context of the invention, the wave crests and / or wave troughs are particularly preferably coupled to the respective separating sleeve at least in sections. For this purpose, in particular a laser welding method is used, wherein the coupling is carried out for fixing by means of spot welds or else for complete fixing by means of longitudinal welding seams. The longitudinal welds extend in particular in the axial direction of the cell rotor.
Der verfahrenstechnische Teil der Aufgabe wird weiterhin mit einem alternativen Herstellungsverfahren durch folgende Verfahrensschritte gelöst:
- – Bereitstellen eines länglichen Blechstreifens,
- – Abschnittsweises Erzeugen einer mäanderförmigen Struktur in dem Blechstreifen, wobei flache Abschnitte zwischen zwei mäanderförmigen Strukturen verbleiben,
- – Aufwickeln des Bearbeiteten Blechstreifens, wobei ein erster flacher Abschnitt zu der Rotornabe als Hohlzylinder aufgewickelt wird,
- – Aufwickeln des einstückig mit der Rotornabe verbundenen ersten mäanderförmigen Abschnittes auf die Außenmantelfläche der Rotornabe,
- – optionales thermisches Fügen der Wellentäler mit der Außenmantelfläche der Rotornabe,
- – Aufwickeln eines einstückig mit dem ersten mäanderförmigen Abschnitt verbundenen zweiten flachen Abschnittes und erzeugen einer Trennhülse, die den ersten mäanderförmigen Abschnitt umgibt,
- – optionales thermisches Fügen der Innenmantelfläche der Trennhülse mit den Wellenbergen des ersten mäanderförmigen Abschnittes,
- – Aufwickeln eines einstückig mit dem zweiten flachen Abschnittes gekoppelten zweiten mäanderförmigen Abschnittes auf die Trennhülse,
- – optionales thermisches Fügen der Wellentäler mit der Außenmantelfläche der ersten Trennhülse,
- – Aufwickeln eines einstückig mit dem zweiten mäanderförmigen Abschnitt verbundenen dritten flachen Abschnittes und erzeugen einer zweiten Trennhülse, die den zweiten mäanderförmigen Abschnitt umgibt,
- – optionales thermisches Fügen der Innenmantelfläche der zweiten Trennhülse mit den Wellenbergen des zweiten mäanderförmigen Abschnittes,
- Providing an elongated sheet metal strip,
- Section-wise generation of a meandering structure in the sheet metal strip, wherein flat sections remain between two meandering structures,
- Winding the processed sheet metal strip, wherein a first flat section is wound up to the rotor hub as a hollow cylinder,
- Winding the first meander-shaped section integrally connected to the rotor hub onto the outer circumferential surface of the rotor hub,
- Optional thermal joining of the troughs with the outer circumferential surface of the rotor hub,
- Winding a second flat section integrally connected to the first meandering section and producing a separating sleeve surrounding the first meandering section,
- Optional thermal joining of the inner lateral surface of the separating sleeve to the wave crests of the first meandering section,
- Winding a second meander-shaped section, which is integrally coupled with the second flat section, onto the separating sleeve,
- Optional thermal joining of the troughs with the outer circumferential surface of the first separating sleeve,
- Winding a third flat section integrally connected to the second meandering section and producing a second separating sleeve surrounding the second meandering section,
- Optional thermal joining of the inner circumferential surface of the second separating sleeve with the wave crests of the second meandering section,
Durch das alternative erfindungsgemäße Herstellungsverfahren ist es möglich, den Zellrotor insbesondere einstückig und werkstoffeinheitlich aus einem Blechstreifen, insbesondere aus einem länglichen Blechzuschnitt durch Aufwickeln herzustellen.By means of the alternative production method according to the invention, it is possible to produce the cell rotor, in particular in one piece and of the same material, from a sheet metal strip, in particular from an elongate sheet metal blank by winding.
Im Rahmen der Erfindung wird dazu der Blechstreifen über seine Länge hinweg in unterschiedliche Abschnitte eingeteilt, die durch flache und mäanderförmige Längenabschnitte ausgebildet sind. Der flache Längenabschnitt wird insbesondere zur Herstellung einer Trennhülse und/oder Rotornabe genutzt und der jeweilige mäanderförmige Längenabschnitt wird dazu genutzt, die jeweilige Kammerreihe auszubilden. Im Rahmen der Erfindung werden somit an dem Rohling Längenabschnitte hergestellt, die mit zunehmender Wickelrichtung länger ausgebildet sind, so dass beispielsweise die erste Kammerreihe eine geringere Anzahl und/oder kleinere Zellen aufweist als die zweite Kammerreihe. Gleiches gilt für die Trennhülse, die erste, auf die Radialrichtung bezogen innere Trennhülse weist folglich einen kleineren Durchmesser auf, als die auf die Radialrichtung bezogen äußere zweite Trennhülse.In the context of the invention, the metal strip is divided over its length into different sections, which are formed by flat and meander-shaped longitudinal sections. The flat longitudinal section is used in particular for producing a separating sleeve and / or rotor hub and the respective meandering longitudinal section is used to form the respective chamber row. In the context of the invention, length sections are thus produced on the blank, which are formed longer with increasing winding direction, so that, for example, the first chamber row has a smaller number and / or smaller cells than the second chamber row. The same applies to the separating sleeve, the first, relative to the radial direction inner separating sleeve thus has a smaller diameter than the radial direction with respect to the outer second separating sleeve.
Im Rahmen der Erfindung ist es weiterhin möglich, eine Rotornabe als separates Bauteil bereitzustellen, wobei dann ein einstückiger Blechstreifen auf die Rotornabe aufgewickelt wird und durch den Blechstreifen sowohl die mäanderförmigen Trennstrukturen, als auch die flachen Zylinderstrukturen hergestellt werden.In the context of the invention, it is also possible to provide a rotor hub as a separate component, in which case a one-piece metal strip is wound onto the rotor hub and both the meander-shaped separating structures and the flat cylinder structures are produced by the metal strip.
Im Rahmen der Erfindung ist ebenfalls dann bei einem einstückig aufgewickelten Zellrotor die erfindungsgemäße Legierung als möglicher Werkstoff zu verwenden.In the context of the invention, the alloy according to the invention is then likewise to be used as a possible material in the case of an integrally wound cell rotor.
Im Rahmen der Erfindung wird das thermische Fügen insbesondere als Laserschweißen durchgeführt. Dabei ist es möglich, bereits während des Wickelvorgangs die jeweils auf der Außenmantelfläche der Rotornabe oder der Trennhülse das nächste, zur Auflage kommende Wellental mit diesem mindestens haftfixiert, bevorzugt längsnahtgeschweißt wird. Hierdurch wird sichergestellt, dass während des Wickelvorgangs keine ungewünschte Deformation des mäanderförmigen Blechs derart entsteht, dass beispielsweise das Wellental sich beim weiteren Wickelvorgang gegenüber der Außenmantelfläche der darunter liegenden Rotornabe oder Trennhülse verschiebt.In the context of the invention, the thermal joining is carried out in particular as laser welding. It is possible, already during the winding process on each of the outer surface of the Rotor hub or the separating sleeve, the next, coming to rest wave trough with this at least adherent, preferably longitudinally welded. This ensures that no unwanted deformation of the meandering sheet occurs during the winding process such that, for example, the wave trough shifts during the further winding process relative to the outer circumferential surface of the underlying rotor hub or separating sleeve.
Im Rahmen der Erfindung wird weiterhin besonders bevorzugt ein jeweils flacher Abschnitt unter Erzeugung einer Vorspannung auf den auf die Radialrichtung bezogen darunter liegenden mäanderförmigen Abschnitt der Kammerreihe aufgewickelt, wobei durch den Aufwicklungsvorgang insbesondere eine Presspassung bzw. Übergangspassung erzeugt wird. Durch den so gestalteten Wickelvorgang wird aufgrund des formschlüssigen Presssitzes der Druckwellenlader mit hoher Präzision gefertigt, wobei die thermischen Ausdehnungen im Betriebsverhalten hierdurch auf ein zu vernachlässigendes Maß begrenzt werden.In the context of the invention, furthermore, a respective flat section is wound onto the meander-shaped section of the chamber row situated below the radial direction with the generation of a prestress, in particular a press fit or transition fit being produced by the winding process. Due to the thus configured winding process, the pressure wave loader is produced with high precision due to the positive interference fit, whereby the thermal expansions in the operating behavior are thereby limited to a negligible extent.
Im Rahmen der Erfindung ist es weiterhin besonders vorteilhaft, wenn der Blechstreifen zum anschließenden Aufwickeln des Zellrotors derart hergestellt wird, dass er über seine Länge verlaufend voneinander verschiedene Wandstärken besitzt. Insbesondere sind die Wandstärken der flachen Längenabschnitte zum Herstellen der Rotornabe oder Trennhülsen größer ausgebildet, als die Wandstärke des mäanderförmigen Längenabschnitts. Hierdurch ist es aufgrund der geringeren Wandstärke im mäanderförmigen Längenabschnitt möglich, eine bessere Umformbarkeit herzustellen, wobei aufgrund der größeren Wandstärke im Bereich der Rotornabe oder Trennhülse der Zellrotor eine hinreichende Steifigkeit erhält.In the context of the invention, it is furthermore particularly advantageous if the sheet metal strip is produced for subsequent winding of the cell rotor in such a way that it has different wall thicknesses extending over its length. In particular, the wall thicknesses of the flat longitudinal sections for producing the rotor hub or separating sleeves are made larger than the wall thickness of the meandering longitudinal section. This makes it possible due to the lower wall thickness in the meandering length section to produce a better formability, which due to the greater wall thickness in the region of the rotor hub or separating sleeve of the cell rotor receives sufficient rigidity.
Weitere Vorteile, Merkmale, Eigenschaften und Aspekte der vorliegenden Erfindung sind Bestandteil der nachfolgenden Beschreibung. Bevorzugte Ausführungsvarianten werden in den schematischen Figuren dargestellt. Diese dienen dem einfachen Verständnis der Erfindung. Es zeigen:Further advantages, features, characteristics and aspects of the present invention are part of the following description. Preferred embodiments are shown in the schematic figures. These are for easy understanding of the invention. Show it:
In den Figuren werden für gleiche oder ähnliche Bauteile dieselben Bezugszeichen verwendet, auch wenn eine wiederholte Beschreibung aus Vereinfachungsgründen entfällt.In the figures, the same reference numerals are used for the same or similar components, even if a repeated description is omitted for reasons of simplicity.
Exemplarisch ist in
Optional sind die Wellenberge
Der so bereitgestellte Blechstreifen
Im Rahmen der Erfindung ist es möglich, dass die Wandstärken der unterschiedlichen Längenabschnitte insbesondere der mäanderförmigen
Gemäß
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Zellrotorcell rotor
- 22
- ZellrotornabeZellrotornabe
- 33
- TrennblechDivider
- 44
- Trennhülseseparating sleeve
- 55
- zweites Trennblechsecond separating plate
- 66
- zweite Trennhülsesecond separating sleeve
- 77
- dritte Trennhülsethird separating sleeve
- 88th
- Lagercamp
- 99
- Wellentaltrough
- 1010
- WellenbergWellenberg
- 1111
- Stegweb
- 1212
-
Außenmantelfläche zu
2 Outer jacket surface too2 - 1313
-
Innenmantelfläche zu
4 Inner jacket surface too4 - 1414
- SchweißpunktWeldingSpot
- 1515
- Zellecell
- 1616
- erste Kammerreihefirst chamber row
- 1717
- zweite Kammerreihesecond chamber row
- 1818
- dritte Kammerreihethird chamber row
- 1919
- Blechstreifenmetal strip
- 2020
- flacher Längenabschnittflat length section
- 2121
- mäanderförmiger LängenabschnittMeander-shaped longitudinal section
- 2222
- Rotationsachseaxis of rotation
- RR
- Radialrichtungradial direction
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Title |
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Special Metals Corporation: INCONEL alloy 625. Huntington, West Virginia, USA, Januar 2003 (SMC-063). Seite 1. Tabelle 1. - Firmenschrift * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE102012105064A1 (en) | 2013-12-12 |
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