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Die Erfindung betrifft ein Laufrad für eine Strömungsmaschine, eine Strömungsmaschine mit mindestens einem solchen Laufrad sowie ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Laufrads.
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Durch die Aufladung eines Verbrennungsmotors, d.h. dem Verdichten des dem Verbrennungsmotor zugeführten Frischgases, kann die Leistungscharakteristik des Verbrennungsmotors, die insbesondere durch den Verlauf und die Höhe der (Nenn-)Leistung, den Verlauf und die Höhe des (maximalen) Drehmoments, das Ansprechverhalten und den spezifischen Kraftstoffverbrauch charakterisiert ist, in erheblichem Maße positiv beeinflusst werden. Der konkreten Ausgestaltung der zumeist für eine Aufladung von Verbrennungsmotoren vorgesehenen Abgasturbolader kommt dabei eine große Bedeutung zu, da verbesserte Ansprechverhalten und verbesserte Wirkungsgrade der Abgasturbolader im Wesentlichen unmittelbar zu verbesserten Ansprechverhalten und verbesserten Wirkungsgraden der Verbrennungsmotoren führen.
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Ein Abgasturbolader besteht im Wesentlichen aus zwei Hauptkomponenten, nämlich einem Verdichter, der das dem Verbrennungsmotor zuzuführende Frischgas verdichtet, sowie einer Abgasturbine, die die Enthalpie der Strömung des von dem Verbrennungsmotor erzeugten Abgases nutzt, um die für den Verdichter benötigte Antriebsleistung zu erzeugen. Verdichter und Abgasturbine sind dabei in der Regel starr über eine Welle gekoppelt und bilden so eine Einheit, die vielfach als Laufzeug bezeichnet wird. Da die Abgasturbine den größten Anteil an der Rotationsträgheit des Laufzeugs bewirkt, hat diese einen entsprechend großen Einfluss auf das Ansprechverhalten des Abgasturbolader.
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Das dynamische Ansprechverhalten eines Abgasturboladers hängt im Wesentlichen von der Masse und damit dem Massenträgheitsmoment des Turbinen- und Verdichterlaufrads ab. Es ist daher bekannt, für ein möglichst gutes dynamisches Ansprechverhalten die Laufräder eines Abgasturboladers aus Werkstoffen auszubilden, die gegenüber Werkstoffen, die hierfür üblicherweise vorgesehen werden (insbesondere Nickelbasislegierungen), bei einer weiterhin ausreichenden Festigkeit und Temperaturbeständigkeit eine relativ geringe Dichte aufweisen. Bekannt sind beispielsweise Turbinenlaufräder aus Titanaluminid und Verdichterlaufräder aus Magnesiumlegierungen. Die Kosten für Laufräder aus solchen Werkstoffen sind jedoch vergleichsweise hoch, was zum einen auf die in der Regel höheren Rohmaterialkosten und zum anderen auf die teilweise deutlich komplexere Herstellung, die diese Werkstoffe bedingen, zurückzuführen ist.
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Aus der
US 2011/0123350 A1 ist eine Schaufel für eine als Axialturbine ausgebildete Gasturbine bekannt, die an ihrem radial außen liegenden Ende mit einer als „Badewanne“ bezeichneten Vertiefung ausgebildet ist. Dadurch soll die Schaufel relativ leicht sein. Zudem soll dadurch die Umströmung der Schaufel durch den Gasstrom positiv beeinflusst werden können.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik lag der Erfindung die Aufgabe zugrunde, auf möglichst einfache und/oder kostengünstige Weise ein Laufrad für eine Strömungsmaschine und insbesondere einen Verdichter und/oder eine Turbine eines Abgasturboladers anzugeben, das sich durch eine relativ geringe Masse und damit ein entsprechend geringes Massenträgheitsmoment auszeichnet.
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Diese Aufgabe wird mittels eines Laufrads gemäß dem Patentanspruch 1 gelöst. Eine Strömungsmaschine mit einem solchen Laufrad ist Gegenstand des Patentanspruchs 9 und ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Laufrads ist Gegenstand des Patentanspruchs 10. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Laufrads und damit der erfindungsgemäßen Strömungsmaschine und/oder bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind Gegenstände der weiteren Patentansprüche und/oder ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Erfindung.
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Ein Laufrad für eine Strömungsmaschine mit einer Nabe und einer oder mehreren von der Nabe abgehenden Schaufeln, ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die Nabe und vorzugsweise auch zumindest eine, besonders bevorzugt alle der Schaufeln eine Gehäusestruktur mit einem Innenvolumen ausbilden. Mittels einer solchen hohlen Ausgestaltung eines Laufrads beziehungsweise des die äußere Form des Laufrads definierenden Gehäusestruktur kann die Masse im Vergleich zu einem aus Vollmaterial ausgebildeten Laufrad reduziert werden, was sich im entsprechenden Maße positiv auf insbesondere das dynamische Ansprechverhalten einer erfindungsgemäßen, zumindest ein solches Laufrad aufweisenden Strömungsmaschine auswirkt.
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Als „Gehäusestruktur“ wird eine Struktur aus miteinander verbundenen beziehungsweise ineinander übergehenden Begrenzungswänden verstanden, deren Außenseiten die äußere Form des Laufrads oder eines Abschnitts davon definieren, wobei deren Innenseiten zumindest ein Innenvolumen des Laufrads begrenzen.
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Als „Innenvolumen“ wird erfindungsgemäß ein von der Gehäusestruktur begrenztes Volumen verstanden, dass ungefüllt oder zumindest teilweise mit einem Gas, einem sonstigen Fluid oder auch mit einem Feststoff gefüllt sein kann. Darunter fällt dagegen erfindungsgemäß kein von der Gehäusestruktur begrenzter Hohlraum, der der Aufnahme eines Funktionselements dient, das insbesondere einer Integration eines erfindungsgemäßen Laufrads in eine Strömungsmaschine dienen kann. Somit stellt insbesondere ein von dem Laufrad ausgebildeter Hohlraum, der der Aufnahme einer Welle oder Achse dient, mittels der das Laufrad in einer erfindungsgemäßen Strömungsmaschine drehbar lagerbar ist, kein Innenvolumen der Gehäusestruktur im erfindungsgemäßen Sinne dar.
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Bei einer erfindungsgemäßen Strömungsmaschine kann es sich vorzugsweise um einen Verdichter und somit eine Strömungsarbeitsmaschine handeln. Ebenfalls kann es sich bei einer erfindungsgemäßen Strömungsmaschine um eine Turbine und somit eine Strömungskraftmaschine handeln. Besonders bevorzugt kann es sich bei einer erfindungsgemäßen Strömungsmaschine um einen Abgasturbolader und folglich um eine Kombination einer Strömungskraftmaschine und einer Strömungsarbeitsmaschine handeln.
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Um trotz des erfindungsgemäß vorgesehenen und im Vergleich zu einem aus Vollmaterial ausgebildeten Laufrad reduzierten Werkstoffeinsatzes (eines Hauptwerkstoffs) ein Laufrad herstellen zu können, das eine ausreichende strukturelle Festigkeit aufweist, kann vorzugsweise vorgesehen sein, dass die Gehäusestruktur(en) vollumfänglich geschlossen ausgebildet ist/sind, so dass der oder die Innenvolumina im entsprechenden Maße vollständig von der oder den Gehäusestrukturen umgeben sind. Allenfalls eine oder mehrere relativ kleine Öffnungen in der Gehäusestruktur, die insbesondere herstellungsbedingt sein können, können bei einer solchen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Laufrads vorgesehen sein. Besonders bevorzugt sind aber auch solche Öffnungen in der Gehäusestruktur nicht vorhanden.
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Insbesondere bei einer solchen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Laufrads mit vollumfänglich geschlossen ausgebildeter/-en Gehäusestruktur(en) kann vorgesehen sein, dass dieses im Rahmen eines erfindungsgemäßen Verfahrens zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig mittels eines generativen Fertigungsverfahrens (z.B. selektives Laserschmelzen, selektives Lasersintern oder Elektronenstrahlschmelzen) ausgebildet wird, wobei der oder die Werkstoffe zur Erzeugung eines Bauteils beziehungsweise des Laufrads schichtweise hinzugefügt werden. Alternativ oder ergänzend kann auch vorgesehen sein, ein erfindungsgemäßes Laufrad oder zumindest einen Teil davon auf andere Art, insbesondere durch klassisches Urformen (z.B. Gießen) und/oder spanende Bearbeitung (z.B. Fräsen) herzustellen, wobei ein erfindungsgemäßes Laufrad mit einer vollumfänglich geschlossen ausgebildeten Gehäusestruktur dann beispielsweise herstellbar ist, indem das Laufrad aus mindestens zwei Teilen mit Teilinnenvolumina besteht, die in einem abschließenden Arbeitsschritt miteinander gefügt werden.
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Der Einsatz eines oder mehrerer generativer Fertigungsverfahren zur Ausbildung eines Laufrads, insbesondere eines erfindungsgemäßen Laufrads, kann noch den weiteren Vorteil einer besonders großen Gestaltungsfreiheit aufweisen, wodurch insbesondere Schaufelwinkel realisiert werden können, die strömungstechnisch zu einem besonders guten Wirkungsgrad des Laufrads beziehungsweise einer das Laufrad umfassenden Strömungsmaschine führen können, die jedoch mittels konventioneller Herstellungsprozesse (insbesondere Gießen und/oder spanende Fertigungsverfahren, zum Beispiel Fräsen) nicht oder nur unter einem erheblichen Aufwand realisierbar sind. Da dieser Vorteil einer (Teil-)Herstellung eines Laufrads mittels eines oder mehrerer generativer Fertigungsverfahren unabhängig von einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung mit einer hohlen Gehäusestruktur ist, kann dieser bei beliebigen Laufrädern und insbesondere auch aus Vollmaterial ausgebildeten Laufrädern realisiert werden.
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In einer weiterhin bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Laufrads kann vorgesehen sein, dass der oder die Innenvolumina zumindest teilweise (mit etwas anderem als Luft) ausgefüllt sind. Bei geeigneter (Teil-)Füllung des oder der Innenvolumina kann dadurch im Vergleich zu einem entsprechenden Laufrad aus Vollmaterial noch immer eine relativ geringe Masse bei zumindest gleichwertiger Festigkeit oder sonstiger Belastbarkeit erreicht werden. Die Füllung des oder der Innenvolumina kann dabei auch übergangslos beziehungsweise materialeinheitlich in die Gehäusestruktur übergehen.
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Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der oder die Innenvolumina zumindest teilweise mit einer vorzugsweise gitterartigen bzw. fachwerkartigen oder schaumartigen Stützstruktur ausgefüllt sind, durch die Gehäusestruktur bei weiterhin relativ geringem Füllungsgrad des oder der Innenvolumina wirksam stabilisiert werden kann.
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Als „gitterartig“ beziehungsweise „fachwerkartig“ wird eine Stützstruktur verstanden, bei der stabförmige Stützelemente, die sowohl gerade als auch einfach oder mehrfach gekrümmte Längserstreckungen aufweisen können, endseitig miteinander und/oder mit der Gehäusestruktur verbunden sind, wobei diese Stützelemente in zumindest einem Abschnitt ihrer Längserstreckungen voneinander beabstandet sind. Dabei können die Stützelemente insbesondere eine symmetrische Anordnung innerhalb des Innenvolumens, innerhalb dessen diese angeordnet sind, aufweisen.
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Als „schaumartig“ wird eine Stützstruktur verstanden, die von einer Vielzahl von insbesondere einfach oder mehrfach gekrümmt ausgebildeten und ineinander übergehenden Trennwänden ausgebildet wird, wobei diese Trennwände miteinander eine Vielzahl von zumeist vollumfänglich geschlossen Freiräumen (d.h. kleinen ungefüllten oder mit einem Fremdmaterial gefüllten Hohlräumen) begrenzen. Dabei können die Größe und/oder Anordnung der Freiräume und damit auch der diese begrenzenden Trennwände ungleichförmig und insbesondere chaotisch ungleichförmig sein. Die Trennwände einer schaumartigen Stützstruktur können jedoch auch eben ausgebildet und in symmetrischer Anordnung eine Vielzahl von zumeist vollumfänglich geschlossenen Freiräumen mit im Wesentlichen identischer oder variierender Größe, beispielsweise mit einer Wabenform, begrenzen.
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Grundsätzlich kann es in vorteilhafter Weise möglich sein, dass die Gehäusestruktur zumindest teilweise aus Metall und beispielweise aus einer Nickelbasislegierung (insbesondere bei einer Verwendung eines solchen erfindungsgemäßen Laufrads in einer Turbine) oder Aluminium, Magnesium und/oder Titan (insbesondere bei einer Verwendung eines solchen erfindungsgemäßen Laufrads in einem Verdichter) ausgebildet ist. Weiterhin und insbesondere auch gleichzeitig kann eine Füllung des oder der Innenvolumina zumindest teilweise aus Kunststoff ausgebildet sein. Dadurch können zum einen die vorteilhaften Eigenschaften von Metall für die Gehäusestruktur ausgenutzt werden, wodurch ein Laufrad ausgebildet werden kann, das insbesondere eine gute Festigkeit, eine hohe Temperaturbeständigkeit und/oder eine lange Lebensdauer aufweist, wobei bei einer geeigneten Auswahl des oder der Metalle (vorzugsweise eine oder mehrere Nickelbasislegierungen) zudem die Kosten für das oder die Werkstoffe an sich und weiterhin für die Herstellung des Laufrads gering gehalten werden können. Andererseits kann durch die Verwendung von Kunststoff für die Füllung insbesondere die regelmäßig im Vergleich zu Metall und insbesondere im Vergleich zu Nickelbasislegierungen relativ geringe Dichte von Kunststoffen ausgenutzt werden, so dass sich insgesamt im Vergleich zu einem entsprechenden Laufrad aus Vollmetall eine deutlich reduzierte Masse eines erfindungsgemäßen Laufrads ergeben kann. Die häufig relativ geringe Temperatur- und/oder Dauerfestigkeit von Kunststoffen muss bei einer solchen Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Laufrads kein Problem darstellen, weil die Füllung durch die diese umgebende Gehäusestruktur aus Metall in ausreichendem Maße geschützt und/oder gestützt werden kann.
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Um eine im Vergleich zu einem Laufrad aus Vollmaterial erfindungsgemäß erzielbare Massereduzierung möglichst zu optimieren sollte vorzugsweise vorgesehen sein, dass die gegebenenfalls variierenden Wandstärken der Gehäusestruktur(en) möglichst klein dimensioniert sind, wobei selbstverständlich Grenzen gesetzt sind, weil weiterhin ein ausreichend belastbares Laufrad hergestellt werden sollte. Als ein vorteilhafter Kompromiss kann sich zeigen, wenn die Gehäusestruktur eine Wandstärke aufweist, die zwischen 0,3 mm und 1,5 mm, vorzugsweise zwischen 0,3 mm und 1 mm beträgt. Dieser Bereich der Wandstärke kann insbesondere dann sinnvoll sein, wenn die Gehäusestruktur(en) aus einer oder mehreren Nickelbasislegierungen ausgebildet ist/sind.
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Das erfindungsgemäße Laufrad kann vorzugsweise in Form eines Radial- oder Mixed-Flow-Laufrads ausgebildet sein. Gleiches gilt für eine erfindungsgemäße Strömungsmaschine, die dementsprechend in Form einer Radial- oder Mixed-Flow-Strömungsmaschine ausgebildet sein kann. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, ein Axiallaufrad beziehungsweise eine Axialströmungsmaschine erfindungsgemäß auszubilden.
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Ein Radiallaufrad ist dafür ausgelegt, dass in diesem eine Umlenkung einer durch dieses hindurch geführten Fluidströmung um ca. 90° erfolgt, so dass eine im Wesentlichen axiale Anströmung mit einer im Wesentlichen radialen Abströmung (insbesondere bei einem Radialverdichter) oder eine im Wesentlichen radiale Anströmung mit einer im Wesentlichen axialen Abströmung (insbesondere bei einer Radialturbine, die vielfach auch als Zentripetalturbine bezeichnet wird) kombiniert ist. Die Angaben „axial“ und „radial“ beziehen sich dabei auf die Rotationsachse des Laufrads. Geeignete Strömungsführungen für das Fluid in einer Radialströmungsmaschine können eine entsprechende An- und Abströmung des dazugehörigen Radiallaufrads in der vorgesehenen Weise bewirken.
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Ein Mixed-Flow-Laufrad ist dagegen dafür ausgelegt, dass in diesem eine Umlenkung einer durch dieses hindurchgeführten Fluidströmung um deutlich von 90° (vorzugsweise hin zu einem spitzen Winkel) abweichende Winkel, insbesondere um Winkel von 90° ± mindestens 30° erfolgt, wobei insbesondere eine im Wesentlichen axiale Anströmung mit einer in dem vorgesehenen Winkel gegenüber der Rotationsachse geneigten Abströmung (insbesondere bei einem Mixed-Flow-Verdichter) oder eine in dem vorgesehenen Winkel gegenüber der Rotationsachse geneigte Anströmung mit einer im Wesentlichen axialen Abströmung (insbesondere bei einer Mixed-Flow-Turbine) kombiniert ist. Ein Axiallaufrad wird dagegen in etwa sowohl axial angeströmt als auch abgeströmt.
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Ein grundsätzlicher Vorteil von Axiallaufrädern im Vergleich zu Radiallaufrädern ist das entsprechend geringere Massenträgheitsmoment (der Axiallaufräder) bei vergleichbarer Leistungsauslegung, das insbesondere auf den kleineren Laufraddurchmesser zurückzuführen ist. Andererseits haben Radiallaufräder im Vergleich zu Axiallaufrädern insbesondere bei relativ kleinen Massenströmen des diese durchströmenden Fluids Vorteile, wodurch diese u.a. für die Verwendung in Kombination mit relativ kleinvolumig ausgelegten Verbrennungsmotoren vorteilhaft sein können. Mixed-Flow-Laufräder sollen als Kompromissauslegung die Vorteile von Axial- und Radiallaufrädern kombinieren. Ihr Massenträgheitsmoment ist daher bei vergleichbarer Leistungsauslegung gegenüber demjenigen eines Axiallaufrads ebenfalls erhöht. Die erfindungsgemäße Ausgestaltung eines Laufrads mit einer möglichst weitgehend hohlen Gehäusestruktur kann sich somit besonders vorteilhaft bei einem als Radiallaufrad oder als Mixed-Flow-Laufrad ausgebildeten Laufrad auswirken.
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Die Erfindung betrifft weiterhin eine Brennkraftmaschine mit einer erfindungsgemäßen Strömungsmaschine. Die Strömungsmaschine kann dabei insbesondere der Erzielung einer Verdichtung von Frischgas, das einem Verbrennungsmotor der Brennkraftmaschine zugeführt werden soll, dienen. Dementsprechend kann die Strömungsmaschine insbesondere als ein in einen Frischgasstrang der Brennkraftmaschine integrierter Verdichter und/oder als eine in einen Abgasstrang der Brennkraftmaschine integrierte Turbine ausgebildet sein. Besonders bevorzugt kann die erfindungsgemäße Strömungsmaschine als Abgasturbolader ausgebildet sein, der eine entsprechende Turbine mit einem entsprechenden Verdichter kombiniert. Ebenso bevorzugt kann vorgesehen sein, dass eine als Verdichter der Brennkraftmaschine ausgebildete erfindungsgemäße Strömungsmaschine mechanisch, d.h. direkt oder indirekt von einer Abtriebswelle des Verbrennungsmotors oder mittels eines elektrischen Antriebsmotors („Booster“) angetrieben wird.
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Eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine kann insbesondere zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug, insbesondere einem radbasierten Kraftfahrzeug (beispielsweise PKW oder LKW), vorgesehen sein. Dabei kann die Brennkraftmaschine insbesondere der Erzeugung einer Fahrantriebsleistung für das Kraftfahrzeug dienen.
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Die unbestimmten Artikel („ein“, „eine“, „einer“ und „eines“), insbesondere in den Patentansprüchen und in der die Patentansprüche allgemein erläuternden Beschreibung, sind als solche und nicht als Zahlwörter zu verstehen. Entsprechend damit konkretisierte Komponenten sind somit so zu verstehen, dass diese mindestens einmal vorhanden sind und mehrfach vorhanden sein können.
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Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt:
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1: eine vereinfachte Darstellung einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine in einer ersten Ausgestaltung;
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2: eine vereinfachte Darstellung einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine in einer zweiten Ausgestaltung;
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3: eine erste Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Laufrads in einem Längsschnitt; und
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4: eine zweite Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Laufrads in einem Längsschnitt.
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Die 1 zeigt in schematischer Darstellung eine Brennkraftmaschine mit einem Verbrennungsmotor 10 (z.B. Otto- oder Dieselmotor), der eine Mehrzahl von Zylindern 12 ausbildet. Die Zylinder 12 begrenzen gemeinsam mit darin auf und ab geführten Kolben und einem Zylinderkopf (nicht dargestellt) Brennräume, in denen Frischgas (Luft) gemeinsam mit Kraftstoff verbrannt wird, wodurch die Kolben zyklisch auf und ab bewegt werden. Diese Bewegung der Kolben wird in bekannter Weise auf eine in der 1 nicht dargestellte Kurbelwelle 14 (vgl. 2) übertragen und diese somit rotierend angetrieben. Das Frischgas wird dem Verbrennungsmotor 10 über einen Frischgasstrang zugeführt und dazu über eine Ansaugmündung 16 aus der Umgebung angesaugt, in einem Luftfilter 18 gereinigt und anschließend in einen Verdichter 20, der Teil einer erfindungsgemäßen, als Abgasturbolader ausgebildeten Strömungsmaschine ist, geführt. Das Frischgas wird mittels des Verdichters 20 verdichtet, anschließend in einem Ladeluftkühler 30 abgekühlt und, gegebenenfalls gesteuert mittels einer Drosselklappe 22, den Brennräumen zugeführt. Der Antrieb des Verdichters 20 erfolgt mittels einer Turbine 24, die in einen Abgasstrang der Brennkraftmaschine integriert und ebenfalls Teil des Abgasturboladers ist. Abgas, das bei der Verbrennung des Kraftstoff-Frischgas-Gemisches in den Brennräumen des Verbrennungsmotors 10 entsteht, wird über den Abgasstrang aus dem Verbrennungsmotor 10 abgeführt und durchströmt dabei die Turbine 24. Dies führt in bekannter Weise zu einem rotierenden Antrieb eines Turbinenlaufrads, das wiederum über eine Welle 26 drehfest mit einem Verdichterlaufrad des Verdichters 20 verbunden ist. Der rotierende Antrieb des Turbinenlaufrads wird somit auf das Verdichterlaufrad übertragen. Um bei einem Betrieb des Verbrennungsmotors 10 mit hohen Drehzahlen und Lasten den Druckaufbau im Frischgasstrang zu begrenzen, ist die Turbine 24 in bekannter Weise mittels eines sogenannten Wastegates 28 umgehbar. Ergänzend oder alternativ dazu kann auch eine Turbine mit variabler Turbinengeometrie (VTG) zum Einsatz kommen.
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Bei der Brennkraftmaschine gemäß der 2 wird der in den Frischgasstrang integrierte Verdichter 20 mechanisch, d.h. von der Kurbelwelle 14 des Verbrennungsmotors 10 mittels eines Riementriebs 32 angetrieben. Da hierbei die Drehzahl des erfindungsgemäß ausgebildeten Verdichterlaufrads proportional zu der Drehzahl der Kurbelwelle 14 des Verbrennungsmotors 10 ist, besteht die Möglichkeit, den Druckaufbau durch den Verdichter 20 bei hohen Drehzahlen der Kurbelwelle 14 mittels eines Verdichterbypasses 34 in bekannter Weise zu begrenzen.
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Das Verdichterlaufrad bei den Brennkraftmaschinen gemäß den 1 und 2 und/oder das Turbinenlaufrad bei der Brennkraftmaschine gemäß der 1 sind erfindungsgemäß ausgebildet und weisen demnach eine Gehäusestruktur auf, die ein ungefülltes oder teilweise gefülltes Innenvolumen begrenzt.
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Die 3 zeigt in einem Längsschnitt eine erste mögliche Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Laufrads 36 in Form eines Radiallaufrads, das beispielsweise als Verdichterlaufrad und/oder als Turbinenlaufrad bei einer Brennkraftmaschine gemäß der 1 und 2 zum Einsatz kommen kann. Das Laufrad 36 bildet eine Nabe 38 aus, deren Längsachse 40 der vorgesehenen Rotationsachse 40 des Laufrads 36 entspricht, wobei radial außenseitig sowie einstückig und materialeinheitlich von der Nabe 38 eine Mehrzahl von komplex gekrümmt ausgebildeten Schaufeln 42 abgehen. Das Laufrad 36 ist im Bereich der Nabe 38 hohl ausgebildet, so dass erfindungsgemäß die Nabe 36 eine Gehäusestruktur 44 ausbildet, die ein Innenvolumen 46 vollumfänglich begrenzt. Dieses Innenvolumen ist in dem in der 1 gezeigten Ausgestaltungsbeispiel ungefüllt beziehungsweise mit Luft gefüllt ausgebildet.
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Die in der 4 gezeigte zweite Ausgestaltungsmöglichkeit eines erfindungsgemäßen Laufrads 36 in Form eines Radiallaufrads, das ebenfalls als Verdichterlaufrad und/oder als Turbinenlaufrad bei einer Brennkraftmaschine gemäß der 1 und 2 zum Einsatz kommen kann, unterscheidet sich von demjenigen gemäß der 3 zum einen darin, dass nicht nur die Nabe 38 sondern auch die Schaufeln 42 von einer Gehäusestruktur 44 mit einem Innenvolumen 46 ausgebildet sind, wobei das Innenvolumen 46 (unter Sicherstellung einer an jeder Stelle ausreichenden Wandstärke der Gehäusestruktur von beispielsweise mindestens 0,5 mm) so groß wie möglich dimensioniert ist. Dabei ist eine gemeinsame und insbesondere einstückige sowie materialeinheitliche Gehäusestruktur 44 für sowohl die Nabe 36 als auch die Schaufeln 42 vorgesehen, die ein gemeinsames Innenvolumen 46 begrenzt. Dieses Innenvolumen 46 ist weiterhin im Wesentlichen vollständig mit einer schaumartigen Stützstruktur 48 ausgefüllt, die eine Vielzahl von durch Trennwände begrenzte Freiräume, die insbesondere mit Luft gefüllt sein können, ausbildet.
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Im Bereich ihres rückseitigen (längsaxialen) Endes bildet das Laufrad 36 gemäß der 4 zudem noch eine Vertiefung 50 beziehungsweise einen ringförmigen Vorsprung 52 aus, die/der einer Verbindung mit einer Welle 26 oder einer Achse zur drehbaren Lagerung des Laufrads 36 in einem Gehäuse und/oder zu drehfesten Verbindung mit einem weiteren Laufrad 36 eines Abgasturboladers dienen kann.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Verbrennungsmotor
- 12
- Zylinder
- 14
- Kurbelwelle
- 16
- Ansaugmündung
- 18
- Luftfilter
- 20
- Verdichter
- 22
- Drosselklappe
- 24
- Turbine
- 26
- Welle
- 28
- Wastegate
- 30
- Ladeluftkühler
- 32
- Riementrieb
- 34
- Verdichterbypass
- 36
- Laufrads
- 38
- Nabe
- 40
- Längsachse / Rotationsachse des Laufrads
- 42
- Schaufel
- 44
- Gehäusestruktur
- 46
- Innenvolumen
- 48
- Stützstruktur
- 50
- Vertiefung
- 52
- ringförmiger Vorsprung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2011/0123350 A1 [0005]
