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Die Erfindung betrifft einen Radialverdichter für eine Aufladevorrichtung insbesondere zur Aufladung einer Brennkraftmaschine mit Luft unter erhöhtem Druck. Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Aufladevorrichtung mit einem solchen Radialverdichter und eine Lamelle für einen Irisblendenmechanismus des Radialverdichters sowie ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Lamelle.
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Aufladevorrichtungen die einen Radialverdichter aufweisen, insbesondere Abgasturbolader werden vermehrt zur Leistungssteigerung bei Kraftfahrzeug-Verbrennungsmotoren eingesetzt. Dies geschieht immer häufiger mit dem Ziel, den Verbrennungsmotor bei gleicher oder gar gesteigerter Leistung in Baugröße und Gewicht zu reduzieren und gleichzeitig den Verbrauch und somit den CO2-Ausstoß, im Hinblick auf immer strenger werdende gesetzliche Vorgaben diesbezüglich, zu verringern. Das Wirkprinzip eines Abgasturboladers besteht dabei darin, die im Abgasstrom enthaltene Energie zu nutzen, um mittels eines Radialverdichters den Druck in einem Ansaugtrakt des Verbrennungsmotors zu erhöhen und so eine bessere Befüllung eines Brennraumes des Verbrennungsmotors mit Luft-Sauerstoff zu bewirken. Somit kann mehr Treibstoff, wie Benzin oder Diesel, pro Verbrennungsvorgang umgesetzt werden, also die Leistung des Verbrennungsmotors erhöht werden.
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Dazu weist der Abgasturbolader eine im Abgastrakt des Verbrennungsmotors angeordnete Abgasturbine, einen im Ansaugtrakt angeordneten Radialverdichter und ein dazwischen angeordnetes Läuferlager auf. Die Abgasturbine weist ein Turbinengehäuse und ein darin angeordnetes, durch den Abgasmassenstrom angetriebenes Turbinenlaufrad auf. Der Radialverdichter weist ein Verdichtergehäuse und ein darin angeordnetes, einen Ladedruck aufbauendes Verdichterlaufrad auf. Das Turbinenlaufrad und das Verdichterlaufrad sind auf den sich gegenüberliegenden Enden einer gemeinsamen Welle, der sogenannten Läuferwelle, drehfest angeordnet und bilden so den sogenannten Turboladerläufer. Die Läuferwelle erstreckt sich axial zwischen Turbinenlaufrad und Verdichterlaufrad durch das zwischen Abgasturbine und Radialverdichter angeordnete Läuferlager und ist in diesem, in Bezug auf die Läuferwellenachse, radial und axial drehgelagert. Gemäß diesem Aufbau treibt das vom Abgasmassenstrom angetriebene Turbinenlaufrad über die Läuferwelle das Verdichterlaufrad an, wodurch der Druck im Ansaugtrakt des Verbrennungsmotors, bezogen auf den Luftmassenstrom hinter dem Radialverdichter, erhöht und dadurch eine bessere Befüllung des Brennraumes mit Luft-Sauerstoff bewirkt wird.
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Ein sogenannter Radialverdichter besteht aus vier wichtigen Bestandteilen: dem im Folgenden auch als Luftzuführkanal bezeichneten Verdichtereinlass, dem Verdichterlaufrad, dem Diffusor und dem einen Spiralkanal aufweisenden Verdichtergehäuse. Durch die Drehzahl des Verdichterlaufrades wird Luft axial durch den Luftzuführkanal angesaugt und im Verdichterlaufrad auf hohe Geschwindigkeiten beschleunigt. Die Luft verlässt das Verdichterlaufrad in radialer oder überwiegend radialer Richtung durch den Diffusor, wird im Diffusor abgebremst, wodurch sich Druck und Temperatur erhöhen, und wird über den Spiralkanal gesammelt und abgeführt.
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Ein Radialverdichter ist in seinem Betriebsverhalten charakterisiert durch ein sogenanntes Verdichterkennfeld, das den Druckaufbau über den Massendurchsatz für verschiedene Verdichterdrehzahlen oder Umfangsgeschwindigkeiten beschreibt. Ein stabiles und nutzbares Kennfeld des Radialverdichters wird begrenzt durch die sogenannte Pumpgrenze hin zu niedrigen Durchsätzen, durch die sogenannte Stopfgrenze hin zu höheren Durchsätzen, und strukturmechanisch durch die maximale Drehzahlgrenze. Beim Anpassen einer Aufladevorrichtung, beispielsweise eines Abgasturboladers an einen Verbrennungsmotor wird ein Radialverdichter mit für den Verbrennungsmotor möglichst günstigem Verdichterkennfeld ausgewählt. Hierbei sollten folgende Voraussetzungen erfüllt sein:
- - Eine Motorvolllastlinie soll komplett innerhalb des nutzbaren Verdichterkennfelds liegen;
- - vom Fahrzeughersteller geforderte Mindestabstände zu den Kennfeldgrenzen sollen eingehalten werden;
- - maximale Verdichterwirkungsgrade sollen bei Nennlast und in einem Bereich eines unteren Eckdrehmomentes des Verbrennungsmotors vorliegen; und
- - das Verdichterlaufrad soll ein minimales Trägheitsmoment haben.
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Die gleichzeitige Erfüllung aller genannten Voraussetzungen wäre mit einem herkömmlichen Radialverdichter ohne Zusatzmaßnahmen nur eingeschränkt möglich. Beispielsweise würden sich folgende Zielkonflikte durch gegenläufige Trends ergeben:
- - Reduktion des Trägheitsmoments des Verdichterlaufrads und Maximierung der Kennfeldbreite und des Spitzenwirkungsgrades,
- - Reduktion des Spülens im Bereich des unteren Eckdrehmoments und Maximierung der spezifischen Nennleistung,
- - Verbesserung des Ansprechverhaltens und Erhöhung der spezifischen Nennleistung des Verbrennungsmotors.
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Die genannten Zielkonflikte könnten durch ein Verdichter-Design gelöst werden, das ein breites Kennfeld bei minimalem Trägheitsmoment sowie maximale Wirkungsgrade auf der Volllastlinie des Motors aufweist.
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Neben den genannten stationären Anforderungen muss auch bei transienten Betriebszuständen, z.B. bei einem schnellen Lastabwurf des Verbrennungsmotors, ein stabiles Betriebsverhalten des Radialverdichters gewährleistet sein. Dies heißt, dass der Radialverdichter auch bei einer plötzlichen Abnahme des geförderten Luftmassenstroms nicht ins sogenannte Pumpen gelangen darf.
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Mit Einschränkung auf den Verdichtereinlass bzw. den Luftzuführkanal eines Radialverdichters ist die oben genannte Lösung bisher durch Zusatzmaßnahmen, wie einem verstellbaren Schaufel-Vorleitapparat, Maßnahmen zur Reduktion eines Einlassquerschnitts des Verdichtereinlasses oder einem festen Rezirkulationskanal, auch bekannt als Ported Shroud bzw. kennfeldstabilisierende Maßnahme, erreicht worden. Bei den variablen Lösungen wird die Verbreiterung des nutzbaren Arbeitsbereiches des Radialverdichters durch aktives Verschieben des Kennfeldes erreicht. So wird bei Motorbetrieb mit niedrigen Drehzahlen und entsprechend niedrigen Durchsätzen des Radialverdichters das Verdichterkennfeld hin zu niedrigen Luftmassenströmen verschoben, während im Motorbetrieb bei hohen Drehzahlen und entsprechend hohen Durchsätzen des Radialverdichters das Verdichterkennfeld nicht oder hin zu hohen Luftmassenströmen verschoben wird.
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Der Schaufel-Vorleitapparat verschiebt durch die Einstellung von Schaufelwinkeln und Induktion eines Vordralls in beziehungsweise gegen die Verdichterlaufraddrehrichtung das gesamte Verdichterkennfeld hin zu kleineren beziehungsweise größeren Durchsätzen. Der Verstellmechanismus des Vorleitapparats stellt jedoch eine filigrane, komplizierte und teure Lösung dar.
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Die Maßnahmen mit Verengung des Verdichtereinlasses, also des Luftzuführkanals, durch Querschnittsreduktion verschieben das Verdichterkennfeld hin zu kleineren Durchsätzen, in dem der Einlassquerschnitt durch Schließen der Konstruktion unmittelbar vor dem Verdichterlaufrad verkleinert wird. Im geöffneten Zustand geben die Maßnahmen möglichst den gesamten Einlassquerschnitt wieder frei und beeinflussen beziehungsweise verschieben so das Kennfeld nicht oder nur marginal. Somit wird also das nutzbare Verdichterkennfeld hin zu kleineren Durchsätzen erweitert. Mögliche, derartige Lösungen sind beispielsweise in der
US 2016/265424 A1 oder der
DE 10 2011 121 996 A1 beschrieben.
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Bei einem festen Rezirkulationskanal handelt es sich um eine passive Lösung. Er verbreitert den nutzbaren Kennfeldbereich des Verdichters ohne dessen Kennfeld grundsätzlich zu verschieben. Er stellt im Verhältnis zum Vorleitapparat und der beschriebenen variablen Querschnittsreduktion eine deutlich günstigere, aber gleichzeitig weniger effiziente Lösung dar.
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Zur Vermeidung des Pumpens bei einem schnellen Lastabwurf wird gewöhnlich ein sogenanntes Schubumluft-Ventil eingesetzt, das im Falle der plötzlichen Abnahme des Luftmassenstroms durch den Motor einen Bypass vom Verdichteraustritt zurück in den Verdichtereinlass öffnet und so den Verdichter im stabilen Kennfeldbereich „rechts“ von der Pumpgrenze hält. Eine Kombination aus aktiven Maßnahmen, wie dem variablen Vorleitapparat und dem Schubumluft-Ventil ist denkbar, aber bisher unüblich.
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Eine Aufgabe, die der Erfindung zugrunde liegt, ist es, ein Konzept für einen Radialverdichter für eine Aufladevorrichtung einer Brennkraftmaschine anzugeben. Weitere Aufgaben bestehen darin eine Aufladevorrichtung mit einem solchen Radialverdichter für eine Brennkraftmaschine und eine Lamelle für einen Irisblendenmechanismus eines solchen Radialvedichters sowie Verfahren zur Herstellung einer solchen Lamelle anzugeben. Die genannten Gegenstände sollen zu einem verlässlichen Betrieb des Radialverdichters über einen erweiterten Kennfeldbereich bei gleichzeitig reduzierten Verlusten beitragen, wodurch gleichzeitig die Leistungscharakteristik und die Effizienz eines mit einem solchen Radialverdichter ausgestatteten Verbrennungsmotors verbessert werden kann. Gleichwohl soll dabei auf eine kostengünstige Ausführung Wert gelegt werden.
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Die Lösung der Aufgabe gelingt mittels einem Radialverdichter, einer Aufladevorrichtung und einer Lamelle, sowie einem Verfahren zur Herstellung der Lamelle gemäß den unabhängigen Ansprüchen. Ausführungen und Weiterbildungen der genannten Gegenstände und des Verfahrens sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Erfindungsgemäß wird ein Radialverdichter für eine Aufladevorrichtung, beispielsweise für einen Abgasturbolader, für eine Brennkraftmaschine offenbart. Der Radialverdichter weist ein in einem Verdichtergehäuse angeordnetes Verdichterlaufrad auf, welches drehfest auf einer drehbar gelagerten Läuferwelle angeordnet ist. Weiter ist ein Luftzuführkanal vorgesehen, der an das Vedichtergehäuse anschließt, zum Leiten eines Luftmassenstroms auf das Verdichterlaufrad. Radial um das Verdichterlaufrad ist ein Spiralkanal im Verdichtergehäuse angeordnet, zur Abfuhr des verdichteten Luftmassenstroms. Im Luftmassenstrom stromaufwärts vor dem Verdichterlaufrad ist ein Irisblendenmechanismus im Luftzuführkanal angeordnet, der ausgebildet ist eine Blendenöffnung zumindest teilweise zu schließen oder zu öffnen, sodass ein Strömungsquerschnitt des Luftzuführkanals, für den Luftmassenstrom zum Anströmen des Verdichterlaufrads zumindest über einen Teilbereich des Strömungsquerschnittes, insbesondere von vollständig geöffnet und bis zu einem bestimmten Maß geschlossen bzw. verengt, variabel einstellbar ist. Der Irisblendenmechanismus weist dazu mehrere, jeweils um einen Drehpunkt drehbar gelagerte Lamellen auf, die jeweils einen plattenförmigen Lamellengrundkörper und ein stiftförmiges Betätigungselement, welches zur Betätigung der jeweiligen Lamelle ausgebildet ist, als integrale Bestandteile der jeweiligen Lamelle aufweisen.
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Der Radialverdichter sieht einen variablen Irisblendenmechanismus vor, der typischerweise im Luftzuführkanal, insbesondere, im Verdichtereinlass unmittelbar vor dem Verdichterlaufrad, zur Kennfeldverschiebung angeordnet ist. Der Irisblendenmechanismus kann auch als Irisblende oder Irisdrossel bezeichnet werden und hat die Aufgabe, den auf das Verdichterlaufrad strömenden Luftmassenstrom des Radialverdichters einzustellen. Die Irisdrossel wirkt dabei wie eine Art Maskierung eines äußeren Bereichs des Verdichtereinlasses bzw. des Luftzuführkanals. Bei zunehmender Drosselung, das heißt Querschnittsverengung, übernimmt der Irisblendenmechanismus quasi die Aufgabe eines Schubumluft-Ventils, da die Drosselung ein Pumpen des Radialverdichters bis zu einem bestimmten Maß unterbinden kann. Dadurch ist es möglich, den Betriebsbereich des Radialverdichters aktiv zu beeinflussen und zusätzlich den Radialverdichter bei einem plötzlichen Lastabwurf des Motors in einem stabilen Betriebspunkt zu halten.
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Der Luftzuführkanal ist an dem Verdichtergehäuse angeordnet bzw. ausgebildet, umfasst den Verdichtereinlass unmittelbar vor dem Verdichterlaufrad und erstreckt sich von diesem ausgehend stromaufwärts in Bezug auf den Luftmassenstrom. Beispielsweise ist der Luftzuführkanal zumindest teilweise durch das Verdichtergehäuse und den Irisblendenmechanismus dargestellt. Auch ein Ansaugstutzen kann Teil des Luftzuführkanals sein.
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Der Irisblendenmechanismus weist mehrere, jeweils um einen Drehpunkt drehbar gelagerte und durch Drehung um den Drehpunkt zueinander verschiebbare Lamellen auf. Jede Lamelle ist beispielsweise in ihrem Drehpunkt an einem Lagerring gelagert, der gehäusefest im Luftzuführkanal bzw. am Verdichtereinlass angeordnet ist oder direkt im Gehäuse des Luftzuführkanals oder dem, den Luftzuführkanal bzw. den Verdichtereinlass ausbildenden, Verdichtergehäuse ausgebildet ist.
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Das Gehäuse des Irisblendenmechanismus ist beispielsweise ein separates Gehäuse des Irisblendenmechanismus, Teil des Verdichtergehäuses, ein- oder mehrteilig ausgebildet, etwa durch einen Teil des Verdichtergehäuses und ein separates zusätzliches Gehäuseteil. Das Gehäuse ist beispielsweise ringförmig ausgebildet oder hat einen ringförmigen Abschnitt. Das Gehäuse kann auch ein feststehendes Gehäuseelement sein. Die Lamellen werden über den Verstellring synchronisiert und gemeinsam bewegt. Durch Drehung des Verstellrings wird, wie oben beschrieben die Drehung der Lamellen ausgelöst. Bei einer Drehung der Lamellen um ihre Drehachsen, die in dieser Ausführung parallel zur Drehachse des Verdichterlaufrads angeordnet sind, schwenken die Lamellen aus der vollständig geöffneten Position radial nach innen und führen so zu einer gewünschten Verengung des Strömungsquerschnittes direkt vor dem Verdichterlaufrad. Der Verstellring selbst wird beispielsweise über einen Aktuator angesteuert und bewegt. Der Aktuator kann ein elektrisch oder pneumatisch betriebener Steller sein.
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Bei dem erfindungsgemäßen Radialverdichter ist vorgesehen, dass die Lamellen einstückig ausgebildet sind. Mit anderen Worten sind zumindest der Lamellengrundkörper sowie das Lagerelement und das Betätigungselement einstückig, also aus einem Teil, gefertigt. Dadurch wird zu einer Kostenreduzierung bei der Herstellung beigetragen, da im Gegensatz zu Lamellen, die separate Betätigungselemente aufweisen, ein Montageaufwand entfällt. Des Weiteren wird zu einem verlässlichen Betrieb des Turboladers beigetragen, da aufgrund der Einstückigkeit eine Ausfallwahrscheinlichkeit einer Lamelle im Vergleich zu Lamellen mit Betätigungselementen aus separaten Bauteilen zumindest reduziert werden kann.
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Die erfindungsgemäße Aufladevorrichtung für eine Brennkraftmaschine, die einen Radialverdichter wie vorausgehend beschrieben aufweist ist beispielsweise als Abgasturbolader ausgebildet, der zum Antrieb des Verdichterlaufrades des Radialverdichters eine Abgasturbine aufweist oder ist alternativ als ein elektromotorisch betriebener Lader (auch E-Booster genannt) ausgebildet, der zum Antrieb des Verdichterlaufrades des Radialverdichters einen elektromotorischen Antrieb aufweist. Weiterhin kann die Aufladevorrichtung alternativ zu den zuvor genannten Ausführungen auch als ein über eine mechanische Kopplung mit der Brennkraftmaschine betriebener Lader ausgebildet sein. Eine solche Kopplung zwischen der Brennkraftmaschine und dem Radialverdichter kann beispielsweise mittels eines Zwischengetriebes erfolgen, das einerseits mit einer rotierenden Welle der Brennkraftmaschine und andererseits mit der Läuferwelle des Radialverdichters in Wirkverbindung steht.
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Eine erfindungsgemäße Lamelle für einen Irisblendenmechanismus, wie zum Beispiel oben beschrieben, hat einen plattenförmigen Lamellengrundkörper, der für die Abschirmung des Luftmassenstroms und somit der Einstellung der Blendenöffnung dient. Für die Lagerung am Gehäuse oder einem Lagerring weist eine jeweilige Lamelle zumindest ein Lagerelement zur Drehlagerung der Lamelle, beispielsweise etwa in einem Befestigungsabschnitt in einem Endbereich der Lamelle, auf. In einer einfachen Ausführung ist das Lagerelement durch eine Bohrung im plattenförmigen Grundkörper dargestellt, mit der es beispielsweise auf einem jeweiligen, im Lagerring fixierten, Lagerstift drehbar aufgehängt ist. Des Weiteren weist die jeweilige Lamelle ein Betätigungselement auf, das zur Betätigung der jeweiligen Lamelle ausgebildet ist. Der plattenförmige Grundkörper, das Lagerelement und das Betätigungselement sind integrale Bestandteile der jeweiligen Lamelle.
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Als Lamellengrundkörper wird der Körper bezeichnet, der eine Lamellengrundfläche zum Begrenzen der Blendenöffnung definiert. Dieser ist in einer Haupterstreckungsebene plattenförmig ausgebildet und hat beispielsweise eine längliche gebogene Grundgeometrie nach Art eines Ringsegments, wobei der Lamellengrundkörper im Wesentlichen eine geschlossen umlaufende Kontur also einen äußeren Rand aufweist, der im Bereich des Betätigungselements unterbrochen sein kann oder eine vorspringende Ausformung aufweist.
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In einer Ausführung der Lamelle erstreckt sich das Betätigungselement einer jeweiligen Lamelle senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht, also mit überwiegend senkrechter Richtungskomponente, zu der oben genannten Haupterstreckungsebene des Lamellengrundkörpers. Mit anderen Worten steht das Betätigungselement senkrecht oder in überwiegend senkrechter Richtung von dem Lamellengrundkörper ab. Der Befestigungsabschnitt mit dem Lagerelement kann beispielsweise in einem dem Betätigungselement abgewandten bzw. gegenüberliegenden Endbereich der jeweiligen Lamelle ausgebildet sein.
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Die beschriebene Lamelle ist beispielsweise mittels Umformverfahren aus Lamellenhalbzeugen hergestellt. Beispielsweise ist ein Lamellenhalbzeug aus einem Blech ausgestanzt und in einem nachfolgenden oder mehreren der nachfolgenden Bearbeitungsschritten entsprechend umgeformt, sodass die endgültige Lamelle in Integralbauweise gebildet ist.
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Gemäß einer Ausführungsform des Radialverdichters ist der Lamellengrundkörper zumindest einer Lamelle aus einem Metallblech gebildet und das zugehörige Betätigungselement durch einfaches oder mehrfaches Umbiegen einer am Lamellengrundkörper dafür vorgesehenen Ausformung gefertigt und erstreckt sich im Wesentlichen senkrecht zu einer durch den Lammellengrundkörper gegebenen Haupterstreckungsebene. Einfaches Umbiegen bedeutet einen einmaligen Umformschritt. Beispielsweise wird ein das spätere Betätigungselement bildender Blechabschnitt eines Lamellenhalbzeugs, der an dem Lamellengrundkörper des Lamellenhalbzeugs angeordnet ist, um 90° umgebogen. Mehrfaches Umbiegen bedeutet, dass mehrere Umformschritte vorgesehen sind, die das Betätigungselement in seine endgültige gewünschte Form bringen.
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Gemäß einer Ausführungsform des Radialverdichters weist der Lamellengrundkörper zumindest einer Lamelle einen äußeren Rand auf, wobei eine über den Rand vorspringende Ausformung des Lamellengrundkörpers ausgebildet ist, aus der das Betätigungselement derart geformt ist, dass dieses im Wesentlichen am äußeren Rand des Lamellengrundkörpers angeordnet ist. Mit anderen Worten erstreckt sich das Betätigungselement von einem Rand des Lamellengrundkörpers im Wesentlichen senkrecht zur Haupterstreckungsebene der Lamelle, wobei das Betätigungselement insbesondere innerhalb der Lamellengrundfläche, die durch den Lamellengrundkörper gebildet wird, liegt. Anders ausgedrückt, fügt sich das Betätigungselement nach außen hin in den Lamellengrundkörper ein, wobei das Betätigungselement in etwa bündig mit dem äußeren Rand abschließt. Dadurch kann eine kleinere, minimale Öffnungsweite einer Blendenöffnung des Irisblendenmechanismus erreicht werden. Dies liegt insbesondere darin, dass durch die Position des Betätigungselements mehr Freiraum für eine Bewegung der Lamellen gegeben ist.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Radialverdichters weist der Lamellengrundkörper zumindest einer Lamelle einen äußeren Rand auf, wobei eine über den Rand vorspringende Ausformung ausgebildet ist, aus der das Betätigungselement derart geformt ist, dass dieses beabstandet von dem äußeren Rand des Lamellengrundkörpers außerhalb des Lamellengrundkörpers angeordnet ist. Dadurch werden die obigen Funktionen und Vorteile hinsichtlich des Freiraums für eine Bewegung und den Antrieb der Lamellen weiter begünstigt.
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Der äußere Rand definiert eine Hauptkontur des Lamellengrundkörpers, der lediglich durch die genannten vorspringenden Ausformungen unterbrochen bzw. erweitert ist. Mit anderen Worten handelt es sich bei dem äußeren Rand um denjenigen, der die Grundform des Lamellengrundkörpers und somit die Lamellengrundfläche begrenzt. Gegebenenfalls vorgenommene optionale Einschnitte, die sich ins Innere des Lamellengrundkörpers erstrecken und die vorspringende Ausformung begrenzen, sollen dem äußeren Rand nicht zugerechnet werden.
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Hier und im Folgenden gilt, dass insbesondere der Teil des Betätigungselements am äußeren Rand oder außerhalb des äußeren Rands des Lamellengrundkörpers liegt, der sich im Wesentlichen senkrecht zu der Haupterstreckungsebene des Lamellengrundkörpers erstreckt.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Radialverdichters ist die am Lamellengrundkörper vorgesehenen Ausformung so ausgebildet und umgeformt, dass das Betätigungselement die Form eines geschlitzten Zylinder aufweist, der sich im Wesentlichen senkrecht zu einer durch den Lammellengrundkörper gegebenen Haupterstreckungsebene erstreckt. Der geschlitzte Zylinder ist beispielsweise durch ein mehrfaches Umbiegen wie oben beschrieben herstellbar. Beispielsweise werden zwei an der vorspringenden Ausformung ausgebildete Schenkel oder Flügel zylindrisch umgebogen, sodass freie Enden der Schenkel beziehungsweise Flügel aufeinander zugewandt sind. Dadurch wird dem Betätigungselement eine abgerundete Form verliehen, die sich Verschleißreduzierend auf die Führungsnuten eines Verstellrings auswirkt. Gleichzeitig ermöglicht dies, dass das Betätigungselement als Radialfeder wirkt, die eine Dämpfungsfunktion ermöglicht. Beispielsweise ist ein Außendurchmesser des geschlitzten Zylinders an eine entsprechende Öffnung oder Nut eines Verstellrings zur Betätigung der jeweiligen Lamelle so angepasst, dass der Außendurchmesser etwas größer ist als die Breite der Nut. Dadurch liegt das Betätigungselement federnd an den Innenflächen der jeweiligen Nut des Verstellrings an, wodurch nachteiliges Spiel im Betätigungsmechanismus vermieden und eine mechanische Stabilität erhöht ist. Mit anderen Worten wird beispielsweise eine Übermaßpassung vorgegeben, wodurch Vibrationen gedämpft und insbesondere damit verbundene Geräuschemissionen reduziert werden.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Radialverdichters ist der Lamellengrundkörper zumindest einer Lamelle (52) aus einem Metallblech gebildet, wobei das Betätigungselement durch Tiefziehen aus dem Lamellengrundkörper gebildet ist und sich im Wesentlichen senkrecht zu einer durch den Lammellengrundkörper gegebenen Haupterstreckungsebene erstreckt. Dies stellt eine weitere, alternative Möglichkeit dar, die Lamelle mit dem Betätigungselement einstückig zu fertigen. Dadurch ergeben sich die zuvor genannten Vorteile und Funktionen analog. In ähnlicher Weise können alternativ auch weitere Verfahren wie Fräsen, Sintern, Gießen oder MIM (Abkürzung für englisch „Metal Injection Moulding“) zur Anwendung kommen um eine Lamelle mit Betätigungselement einstückig auszubilden.
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Bei einer Ausführung des Radialverdichters weist eine Lamelle in einem dem Betätigungselement gegenüberliegenden Endbereich der Lamelle ein Lagerelement auf, mit dem sie auf einem Lagerring des Irisblendenmechanismus um ihren Drehpunkt drehbar gelagert ist.
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Eine mögliche Ausbildung des vorgenannten als Lagerelements sieht eine Bohrung vor, mit der die jeweilige Lamelle auf einem in dem Lagerring fixierten Lagerstift gelagert ist.
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In einer weiteren Ausführung des Radialverdichters ist als Lagerelement ein Stiftelement an der jeweiligen Lamelle vorgesehen, das nach Art eines Betätigungselements gemäß den Ansprüchen 2 bis 5 oder 6 ausgebildet ist und sich im Wesentlichen senkrecht zu einer durch den Lammellengrundkörper gegebenen Haupterstreckungsebene in zu dem Betätigungselement entgegengesetzter Richtung erstreckt und mit dem die jeweilige Lamelle in einer Bohrung im Lagerring um ihren Drehpunkt drehbar gelagert ist. Dies hat den Vorteil, dass sowohl das Betätigungselement als auch das Lagerelement im gleichen Verfahren herstellbar sind und eine reduzierte Teileanzahl und somit reduzierter Montageaufwand zu niedrigen Kosten beitragen.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Radialverdichters weist der Irisblendenmechanismus einen feststehenden Lagerring und einen konzentrisch dazu angeordneten, um ein gemeinsames Zentrum drehbaren Verstellring auf, wobei jede Lamelle am Lagerring jeweils um ihren Drehpunkt drehbar gelagert ist, wobei der Verstellring zur Betätigung einer jeweiligen Lamelle je eine schräg in Bezug zur radialen Richtung des Verstellrings verlaufende Nut aufweist, in die das Betätigungselement der jeweiligen Lamelle eingreift und darin geführt wird. Durch Verdrehung des Verstellrings relativ zum Lagerring werden durch die schräg verlaufenden Nuten die Lamellen mittels der Betätigungselemente um ihren Drehpunkt gedreht und so radial nach innen bzw. nach außen geschwenkt. Auf diese Weise wird ein robuster Mechanismus mit wenigen Einzelteilen zur Verfügung gestellt, der wenig Bauraum benötigt und einen zuverlässigen Betrieb des Radialverdichters gewährleistet.
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Des Weiteren wird ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Herstellen einer Lamelle für einen Irisblendenmechanismus eines Radialverdichters offenbart. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf:
- - Bereitstellen eines plattenförmigen Lamellenhalbzeugs aus Metallblech, welches einen Lamellengrundkörper mit einen äußeren Rand und ein Lagerelement zur Drehlagerung der Lamelle aufweist, wobei eine über den Rand vorspringende Ausformung (59) ausgebildet ist;
- - Umbiegen der vorspringenden Ausformung bezüglich des Lamellengrundkörpers derart, dass sich die Ausformung nun im Wesentlichen senkrecht zu einer durch den Lammellengrundkörper gegebenen Haupterstreckungsebene erstreckt und damit ein Betätigungselement als integraler Bestandteil der Lamelle gebildet ist.
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Die vorspringende Ausformung, die ein Betätigungselement-Rohteil definiert, sowie der Lamellengrundkörper sind Teil des einstückigen plattenförmigen Halbzeuges. Die vorspringende Ausformung steht beispielsweise von dem Lamellengrundkörper in der Haupterstreckungsebene des Grundkörpers ab und wird anschließend einfach oder mehrfach umgebogen. Beim Umbiegen wird beispielsweise um 90 Grad gebogen.
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In Fortführung des zuvor genannten Verfahrens wird ein plattenförmiges Lamellenhalbzeugs aus Metallblech bereitgestellt, bei dem die vorspringende Ausformung ein Mittelstück mit zwei von dem Mittelstück abstehenden gegenüberliegenden Schenkeln aufweist. Hier folgt nach dem Umbiegen der vorspringenden Ausformung (59) bezüglich des Lamellengrundkörpers derart, dass sich die Ausformung nun im Wesentlichen senkrecht zu einer durch den Lammellengrundkörper gegebenen Haupterstreckungsebene erstreckt, das Umbiegen der abstehenden Schenkel derart, dass ein Betätigungselement mit einem geschlitzten Zylinder als integraler Bestandteil der Lamelle gebildet ist.
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In diesem Verfahren wird beispielsweise zunächst lediglich das Mittelstück bezüglich des Lamellengrundkörpers um 90° umgebogen. Anschließend werden die abstehenden Schenkel bezüglich des Mittelstücks radial umgebogen, sodass der zylindrische Abschnitt des Betätigungselements gebildet ist. Die beiden Biegeschritte können jedoch auch in umgekehrter Reihenfolge ausgeführt werden.
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Ein weiteres Verfahren betrifft die folgenden Schritte:
- - Bereitstellen eines plattenförmigen Lamellenhalbzeugs aus Metallblech, welches einen Lamellengrundkörper aufweist;
- - Tiefziehen eines Betätigungselements aus dem Lamellengrundkörper, derart, dass ein Betätigungselement als integraler Bestandteil der Lamelle auf dem Lamellengrundkörper ausgebildet ist, das sich im Wesentlichen senkrecht zu einer durch den Lammellengrundkörper gegebenen Haupterstreckungsebene erstreckt.
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Die beschriebenen Verfahren zum Herstellen einer Lamelle eignen sich insbesondere für die Herstellung großer Serien und bieten deshalb Kostenvorteile. Die damit hergestellten Lamellen ermöglichen die eingangs genannten Vorteile und Funktionen.
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Weitere Vorteile und Funktionen sind in der nachfolgenden, ausführlichen Beschreibung von Ausführungsbeispielen offenbart.
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Die Ausführungsbeispiele werden unter Zuhilfenahme der angehängten Figuren nachfolgend beschrieben. Gleichartige oder gleichwirkende Elemente sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
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In den Figuren zeigen:
- 1 eine vereinfachte schematische Schnittansicht eines Turboladers gemäß Stand der Technik, als Beispiel für eine gebräuchliche Aufladevorrichtung für eine Brennkraftmaschine,
- 2 eine vereinfachte schematische Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Aufladevorrichtung mit erfindungsgemäßem Radialverdichter,
- 3a bis 3c schematische Draufsichten auf einen Irisblendenmechanismus in drei verschiedenen Betriebszuständen gemäß einem Ausführungsbeispiel,
- 4a und 4b eine Lamelle des Irisblendenmechanismus in verschiedenen Herstellungszuständen gemäß einem Ausführungsbeispiel, jeweils in Draufsicht und perspektivischer Ansicht,
- 5a eine schematisch Draufsicht einer Ausführung eines Verstellrings des Irisblendenmechanismus,
- 5b eine schematische Draufsicht einer Ausführung eines Lagerrings des Irisblendenmechanismus
- 6a bis 6c eine Lamelle des Irisblendenmechanismus in verschiedenen Herstellungszuständen gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel, jeweils in Draufsicht und perspektivischer Ansicht,
- 7a bis 7c eine Lamelle des Irisblendenmechanismus in verschiedenen Herstellungszuständen gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel, jeweils in Draufsicht und perspektivischer Ansicht
- 8a eine Lamelle des Irisblendenmechanismus gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel, jeweils in Draufsicht und perspektivischer Ansicht,
- 8b eine weitere Ausführung einer Lamelle des Irisblendenmechanismus, jeweils in Draufsicht und perspektivischer Ansicht, und
- 9 ein vereinfachtes schematisches Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Herstellung einer Lamelle.
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1 zeigt schematisiert eine Aufladevorrichtung für einen Verbrennungsmotor exemplarisch am Beispiel eines Abgasturboladers 1a gemäß dem gebräuchlichen Stand der Technik, in Schnittdarstellung, der eine Abgasturbine 20, einen Radialverdichter 30 und ein Läuferlager 40 umfasst. Die Abgasturbine 20 ist mit einem Wastegateventil 29 ausgestattet und ein Abgasmassestrom AM ist mit Pfeilen angedeutet. Der Radialverdichter 30 weist ein Schub-Umluftventil 39 auf und ein Luftmassestrom LM ist ebenfalls mit Pfeilen angedeutet. Ein sogenannter Turboladerläufer 10 des Abgasturboladers 1a weist ein Turbinenlaufrad 12, ein Verdichterlaufrad 13 sowie eine Läuferwelle 14 auf (auch einfach als Welle bezeichnet). Der Turboladerläufer 10 rotiert im Betrieb um eine Läuferdrehachse 15 der Läuferwelle 14. Die Läuferdrehachse 15 und gleichzeitig die Turboladerachse 2 (auch als Längsachse bezeichnet) sind durch die eingezeichnete Mittellinie dargestellt und kennzeichnen die axiale Ausrichtung des Abgasturboladers. Der Turboladerläufer 10 ist mit seiner Läuferwelle 14 mittels zweier Radiallager 42 und einer Axiallagerscheibe 43 gelagert. Sowohl die Radiallager 42 als auch die Axiallagerscheibe 43 werden über Ölversorgungskanäle 44 eines Ölanschlusses 45 mit Schmiermittel versorgt.
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In der Regel weist ein gebräuchlicher Abgasturbolader 1a, wie in 1 dargestellt, einen mehrteiligen Aufbau auf. Dabei sind ein im Abgastrakt des Verbrennungsmotors anordenbares Turbinengehäuse 21, ein im Ansaugtrakt des Verbrennungsmotors anordenbares Verdichtergehäuse 31 und zwischen Turbinengehäuse 21 und Verdichtergehäuse 31 ein Lagergehäuse 41 bezüglich der gemeinsamen Turboladerachse 2 nebeneinander angeordnet und montagetechnisch miteinander verbunden.
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Eine weitere Baueinheit des Abgasturboladers 1a stellt der Turboladerläufer 10 dar, der die Läuferwelle 14, das in dem Turbinengehäuse 21 angeordnete Turbinenlaufrad 12 mit einer Laufradbeschaufelung 121 und das in dem Verdichtergehäuse 31 angeordnete Verdichterlaufrad 13 mit einer Laufradbeschaufelung 131 aufweist. Das Turbinenlaufrad 12 und das Verdichterlaufrad 13 sind auf den sich gegenüberliegenden Enden der gemeinsamen Läuferwelle 14 angeordnet und mit dieser drehfest verbunden. Die Läuferwelle 14 erstreckt sich in Richtung der Turboladerachse 2 axial durch das Lagergehäuse 41 und ist in diesem axial und radial um seine Längsachse, die Läuferdrehachse 15, drehgelagert, wobei die Läuferdrehachse 15 in der Turboladerachse 2 liegt, also mit dieser zusammenfällt.
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Das Verdichtergehäuse 31 weist einen Luftzuführkanal 36 auf, der einen Saugrohr-Anschlussstutzen 37 zum Anschluss an das Luft-Saugsystem (nicht dargestellt) des Verbrennungsmotors aufweist und in Richtung der Turboladerachse 2 auf das axiale Ende des Verdichterlaufrades 13 zu verläuft. Über diesen Luftzuführkanal 36 wird der Luftmassenstrom LM vom Verdichterlaufrad 13 aus dem Luft-Saugsystem angesaugt. Der Luftzuführkanal 36 kann auch ein Teil eines Ansaugstutzens sein und somit nicht Teil des Verdichtergehäuses 31.
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Weiterhin weist das Verdichtergehäuse 31 in der Regel einen, ringförmig um die Turboladerachse 2 und das Verdichterlaufrad 13 angeordneten, sich schneckenförmig vom Verdichterlaufrad 13 weg erweiternden Spiralkanal 32, der auch als sogenannte Frischluftflute bezeichnet wird, auf. Dieser Spiralkanal 32 weist eine zumindest über einen Teil des Innenumfanges verlaufende Spaltöffnung mit definierter Spaltbreite, den sogenannten Diffusor 35 auf, der in radialer Richtung vom Außenumfang des Verdichterlaufrads 13 weg gerichtet in den Spiralkanal 32 hinein verläuft und durch den der Luftmassenstrom LM vom Verdichterlaufrad 13 weg unter erhöhtem Druck in den Spiralkanal 32 strömt. Der Spiralkanal 32 weist weiterhin einen tangential nach außen gerichteten Luftabführkanal 33 mit einem Verteiler-Anschlussstutzen 34 zum Anschluss an ein Luft-Verteilerrohr (nicht dargestellt) eines Verbrennungsmotors auf. Durch den Luftabführkanal 33 wird der Luftmassenstrom LM unter erhöhtem Druck in das Luft-Verteilerrohr des Verbrennungsmotors geleitet.
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2 zeigt eine Ausführung einer erfindungsgemäßen Aufladevorrichtung 1. Die Aufladevorrichtung 1 weist eine Ausführung eines erfindungsgemäßen Radialverdichters 30, ein Läuferlager und eine Antriebseinheit 70 auf. Der Radialverdichter 30 weist ein in einem Verdichtergehäuse 31 angeordnetes Verdichterlaufrad 13 auf, welches drehfest auf einer drehbar in einem Lagergehäuse 41 eines Läuferlagers 40 gelagerten Läuferwelle 14 angeordnet ist.
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Weiterhin weist der Radialverdichter 30 einen an das Verdichtergehäuse 31 anschließenden, den Verdichtereinlass 36a ausbildenden Luftzuführkanal 36 zum Leiten eines Luftmassenstroms LM auf das Verdichterlaufrad 13 und einen radial um das Verdichterlaufrad 13 im Verdichtergehäuse 31 angeordneten Spiralkanal 32 auf. Der Spiralkanal 32 dient dabei zur Aufnahme und Abfuhr des vom Verdichterlaufrad 13 abströmenden und durch den Diffusor 35 austretenden verdichteten Luftmassenstroms LM. Der Irisblendenmechanismus 50 ist dabei im Luftzuführkanal 36 des Verdichtergehäuses 31 festgelegt und/oder bildet einen Teilbereich des Luftzuführkanals 36 unmittelbar vor dem Verdichtereinlass 36a des Verdichtergehäuses 31.
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Im Luftmassenstrom LM stromaufwärts vor dem Verdichterlaufrad 13 ist der Irisblendenmechanismus 50 zusätzlich oder alternativ zu einem Schubumluft-Ventil 39 (siehe 1) im Luftzuführkanal 36 unmittelbar vor dem Verdichtereinlass 36a angeordnet und bildet einen Teilbereich des Luftzuführkanals 36 unmittelbar vor dem Verdichtereinlass 36a des Verdichtergehäuses 31. Der Irisblendenmechanismus 50 ist dazu ausgebildet eine Blendenöffnung 55 zumindest teilweise zu schließen oder zu öffnen, so dass ein Strömungsquerschnitt für den Luftmassenstrom LM zum Anströmen des Verdichterlaufrads 13 zumindest über einen Teilbereich des Strömungsquerschnittes variabel einstellbar ist.
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Der Irisblendenmechanismus 50 weist einen im Luftzuführkanal 36 konzentrisch zum Verdichtereinlass 36a festgelegten Lagerring 68, einen konzentrisch dazu angeordneten um ein gemeinsames Zentrum drehbaren Verstellring 53 mit einem Stellhebel 53a und mehrere um einen jeweiligen Drehpunkt im Lagerring 68 drehbar gelagerte Lamellen 52 auf. Die Lamellen 52 weisen jeweils einen plattenförmigen Lamellengrundkörper 56 und ein stiftförmiges Betätigungselement (hier nicht erkennbar), welches zur Betätigung der jeweiligen Lamelle 52 ausgebildet ist, als integrale Bestandteile der jeweiligen Lamelle 52 auf.
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Die Antriebseinheit 70 ist in 2 nicht weiter detailliert und kann sowohl als Abgasturbine als auch als elektromotorische Antriebseinheit oder auch als eine mechanische Kopplung mit der Brennkraftmaschine, z.B. als Zwischengetriebe, das das mit einer rotierenden Welle der Brennkraftmaschine in Wirkverbindung steht, ausgeführt sein, was die Aufladevorrichtung 1 im einen Fall zu einem Abgasturbolader 1a und im anderen Fall zu einem elektromotorisch betriebener Lader auch als E-Booster oder E-Kompressor bezeichnet oder zu einem mechanischen Lader, macht.
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Die 3a bis 3c zeigen schematisch eine Ausführung eines Irisblendenmechanismus 50 für einen erfindungsgemäßen Radialverdichter 30 in drei verschiedenen Betriebszuständen. Der Irisblendenmechanismus 50 weist einen stationären, feststehenden (ortsfesten) Lagerring 68 auf (nicht dargestellt). Der Lagerring 68 kann, wie in 5b dargestellt, durch ein separates Bauteil dargestellt werden, das im umgebenden Gehäuse, zum Beispiel des Luftzuführkanals 36 festgelegt ist. Alternativ kann der Lagerring auch direkt im umgebenden Gehäuse und einstückig mit diesem ausgebildet sein. So kann der Lagerring 68 auch direkt am Verdichtereinlass 36a des Verdichtergehäuse 31 ausgebildet sein. Alternativ kann auch ein separates Gehäuse für den Irisblendenmechanismus 50 vorgesehen werden, so dass der Irisblendenmechanismus 50 als separate, vormontierbare Funktionseinheit am Verdichtergehäuse 31 oder im Luftzuführkanal 36 angebracht werden kann.
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Auf dem Lagerring 68 sind in diesem Beispiel drei Lamellen 52 um ein jeweiliges Lagerelement 67 drehbar gelagert. Dazu weist der Lagerring 68 für jede Lamelle 52 eine zugeordnete Drehlagerstelle 69 auf (siehe 5b) an der die jeweilige Lamelle 52 mit ihrem Lagerelement 67 drehgelagert ist.
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Jede Lamelle 52 weist ein Betätigungselement (in den 3a, 3b und 3c nicht erkennbar) zur Betätigung durch einen Verstellring 53 auf, wobei das Lagerelement 67 in einem dem Betätigungselement gegenüberliegenden Endbereich der jeweiligen Lamelle 52 angeordnet ist.
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Als Lagerelement 67 kann beispielsweise eine Bohrung in der jeweiligen Lamelle 52 vorgesehen sein, mit der die jeweilige Lamelle 52 auf einem in dem Lagerring 68 fixierten, die Drehlagerstelle bildenden Lagerstift 69a, der in 5b erkennbar ist, gelagert ist.
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Der Irisblendenmechanismus 50 weist weiterhin einen konzentrisch zum Lagerring 68 angeordneten, um das gemeinsames Zentrum drehbar gelagerten Verstellring 53 auf, der in 3a weitgehend durch die Lamellen 52 verdeckt und nur an seinem Stellhebel 53a erkennbar ist. Eine Ausführung des Verstellrings 53 ist in 5a separat dargestellt.
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Im Beispiel der 3a bis 3c und 5a weist der Verstellring 53 drei Nuten 54 (in den 3a bis 3c nur angedeutet) zur geführten Betätigung der Lamellen 52 auf. Dabei ist für jede Lamelle 52 je eine schräg in Bezug zur radialen Richtung des Verstellrings 53 verlaufende Nut 54 vorgesehen, in die das Betätigungselement der jeweiligen Lamelle 52 eingreift und darin geführt wird.
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So werden durch Drehung des Verstellringes 53 die Lamellen 52 synchronisiert bewegt. Der Verstellring 53 ist beispielsweise an seinem Außenumfang am oder im Gehäuse des Irisblendenmechanismus 50 bzw. in einem im Verdichtergehäuse 31 oder dem Luftzuführkanal 36 dafür ausgebildeten Gehäuseteil gelagert.
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Durch Betätigung des Verstellrings 53, also durch Drehung um das mit dem Lagerring 68 gemeinsame Zentrum, werden die Betätigungselemente der Lamellen 52 durch die schräg verlaufenden Nuten 54 radial nach innen geführt und so die Lamellen 52 um die jeweilige Drehlagerstelle 67 ebenfalls nach radial innen geschwenkt und verengen so eine Blendenöffnung 55 des Irisblendenmechanismus 50. 3a zeigt dabei die Blendenöffnung 55 mit einer maximalen Öffnungsweite, 3b zeigt die Blendenöffnung 55 mit einer verringerten Öffnungsweite und 3c zeigt die Blendenöffnung 55 mit einer minimalen Öffnungsweite.
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Diese Darstellungen zeigen somit den durch teilweises Schließen oder Öffnen des Irisblendenmechanismus 50 variabel verstellbaren Teilbereich des Strömungsquerschnittes für dieses Ausführungsbeispiel auf. Der Irisblendenmechanismus 50 wirkt also als variable Einlassdrossel und ermöglicht so, wie eingangs erwähnt, eine vorteilhafte Kennfeldverschiebung für den Radialverdichter 30.
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Im Folgenden werden Lamellen 52 verschiedener Ausführungsbeispiele mit Hilfe der 4a, 4b, 6a bis 6c sowie 7a bis 7c beschrieben, deren Herstellung anhand des in 9 dargestellten Ablaufdiagramms erläutert wird.
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Die 4a und 4b zeigen eine Lamelle 52 für den Irisblendenmechanismus 50 gemäß einem Ausführungsbeispiel, jeweils in Draufsicht und perspektivischer Ansicht, in zwei Herstellungszuständen, wobei 4a ein Lamellenhalbzeug 52' darstellt, aus welchem die endgültige Lamelle 52, wie in 4b dargestellt, hergestellt wird.
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In einem ersten Schritt S1 wird das Lamellenhalbzeug 52' bereitgestellt. Das Lamellenhalbzeug 52' ist einstückig gebildet, beispielsweise durch Ausstanzen der entsprechenden Form aus einem ebenen Metallblech.
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Das Lamellenhalbzeug 52' wie auch die fertige Lamelle 52 weisen einen Lamellengrundkörper 56 auf. Der Lamellengrundkörper 56 ist plattenförmig ausgebildet und wird durch einen äußeren Rand 57 begrenzt. Der äußere Rand 57 repräsentiert eine äußere Hauptkontur des Lamellengrundkörpers 56, die in diesem Fall durch zwei Einschnitte 58 unterbrochen ist. Zwischen den beiden Einschnitten ist eine vorspringende Ausformung 59 ausgebildet. Der Lamellengrundkörper 56 definiert eine Lamellengrundfläche 60, die - mit Ausnahme der Einschnitte 58 - durch den äußeren Rand 57 und eine gedachte, stetige Verbindungslinie 57' des äußeren Rands 57 im Bereich der vorspringenden Ausformung 59 gebildet ist (siehe gestrichelte Linie in 4a). Mit anderen Worten definiert der Grundkörper eine im Wesentlichen geschlossene Form, die durch den wesentlichen, äußeren Rand 57 vorgegeben ist und im Bereich von Unterbrechungen wie der vorspringenden Ausformung 59 gedanklich geschlossen wird. Die vorspringende Ausformung 59 liegt zunächst in derselben Ebene wie der Lamellengrundkörper 56, also in der Haupterstreckungsebene des Lamellengrundkörpers, steht nach außen über die Lamellengrundfläche 60 hinaus über und bildet so einen vorspringenden Bereich 59 aus. Die vorspringende Ausformung 59 repräsentiert ein Betätigungselementrohteil.
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In einem nachfolgenden zweiten Schritt S2 wird nun die vorspringende Ausformung 59 derart bezüglich des Lamellengrundkörpers 56 umgebogen, dass die vorspringende Ausformung 59 zumindest überwiegend in Normalenrichtung des Lamellengrundkörpers 56, also im Wesentlichen senkrecht von diesem absteht. Dadurch ist ein endgültiges, stiftförmiges Betätigungselement 61 gebildet. Die oben genannten Einschnitte 58 dienen dabei als Freischnitte im Verformungsbereich des Betätigungselements 61, die gewährleisten, dass beim Umbiegen der vorspringenden Ausformung 59 der äußere Rand 57 der Lamelle 52 verformungsfrei bleibt.
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Wie bereits erwähnt, greift im montierten Zustand des Irisblendenmechanismus die jeweilige Lamelle 52 mit ihrem Betätigungselement 61 in eine jeweils dafür vorgesehene Nut im Verstellring 53 ein, um bei entsprechender Drehung des Verstellringes 53 die jeweilige Lamelle 52 um ihren Drehpunkt zu schwenken. Dabei wird der Drehpunkt gebildet durch die jeweilige zugeordnete Drehlagerstelle 69 im Lagerring 68 oder etwa direkt in dem umgebenden feststehenden Gehäuse des Irisblendenmechanismus, an der die Lamelle 52 mit einem an der Lamelle 52 ausgebildeten Lagerelement 67 drehgelagert ist. Die in den 4a und 4b dargestellte Lamelle 52 weist zur Drehlagerung ein Lagerelement 67 auf, das in diesem Ausführungsbeispiel als einfache, sich senkrecht zur Haupterstreckungsebene des Lamellengrundkörpers 56 erstreckende Durchgangsbohrung ausgebildet und in einem dem Betätigungselement (61) gegenüberliegenden Endbereich der Lamelle 52 angeordnet ist. Die Drehlagerstelle 69 wird in diesem Fall durch einen jeweiligen, in dem Lagerring 68 fixierten Lagerstift 69a gebildet (siehe dazu 5b), auf dem die jeweilige Lamelle 52 mit ihrer Durchgangsbohrung aufgesteckt und somit gelagert ist.
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Wie insbesondere in der Aufsicht gemäß 4b zu erkennen ist, ist das Betätigungselement 61 so angeordnet, dass dieses bündig mit dem äußeren Rand 57 des Lamellengrundkörpers 56 abschließt. Mit anderen Worten ragt das Betätigungselement 61 nicht über die Lamellengrundfläche 60 hinaus.
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Die Lamelle 52 ermöglicht die eingangs genannten Vorteile und Funktionen. Aufgrund der Positionierung des Betätigungselements 61 am Rand des Lamellengrundkörpers 56 und somit am Rand der Lamelle 52, ist es möglich, die im Verstellring 53 vorgesehenen Nuten 54 zur Aufnahme der Betätigungselemente 61 nach radial innen, das heißt zum Zentrum der Blendenöffnung 55 hin, geschlossen zu halten. Dies ist in der 5a, die eine Ausführung des Verstellrings 53 zeigt, im Detail zu erkennen. Dadurch bleibt der durch die jeweilige Nut 54 gebildete Spalt zur Blendenöffnung 55 hin geschlossen, wodurch eine mögliche Leckage über den Irisblendenmechanismus gering gehalten wird.
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6a bis 6c zeigen die Herstellung einer Lamelle 52 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel in drei Schritten S1 bis S3 (siehe 9), jeweils in Draufsicht und in perspektivischer Ansicht, wobei die obigen Erläuterungen im Wesentlichen analog gelten. Hierbei wird in Bezug auf die vorspringende Ausformung zusätzlich zu dem in 4a und 4b beschriebenen einfachen Umbiegen ein weiterer Umbiege-Verfahrensschritt angewandt, dessen Ergebnis in 6c dargestellt ist. 6a zeigt ein erstes Lamellenhalbzeug 52', welches analog zu oben einen Lamellengrundkörper 56 aufweist, der einen äußeren Rand 57 mit zwei Einschnitten 58 aufweist. Zwischen den Einschnitten 58 ist eine vorspringende Ausformung 59 ausgebildet, die ein Mittelstück 62 aufweist, von welchem, im Unterschied zu der vorgenannten Ausführung, zwei Schenkel 63 zu gegenüberliegenden Seiten abstehen. In einem ersten Verfahrensschritt S1 wird dieses Rohteil wie oben bereitgestellt, was beispielsweise durch ausstanzen aus einem Metallblech in einen Stanzvorgang geschehen kann.
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Im Anschluss wird in einem zweiten Schritt S2 (siehe 9), wiederum analog zu der in den 4a, 4b gezeigten Ausführung, eine 90° Biegung der vorspringenden Ausformung 59 durchgeführt, wobei das Mittelstück 62 der vorspringenden Ausformung 59 entsprechend umgebogen wird. Dadurch ist ein zweites Lamellenhalbzeug 52" gebildet.
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Nun werden in einem weiteren Verfahrensschritt S3 (wie in dem Verfahrensdiagramm in 9 gestrichelt dargestellt) die beiden Schenkel 63 so umgebogen, dass ein Betätigungselement 61a in Form eines geschlitzten Zylinders gebildet ist, wie in 6c zu erkennen ist.
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Analog zu dem in 4a, 4b gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Betätigungselement 61a gemäß der 6c so angeordnet und gebogen, dass dieses wiederum bündig mit dem äußeren Rand 57 des Lamellengrundkörpers 56 abschließt, also innerhalb der Lamellengrundfläche 60 angeordnet ist und sich im wesentliche senkrecht zu der durch den Lammellengrundkörper 56 gegebenen Haupterstreckungsebene erstreckt.
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Die 7a bis 7c zeigen eine weitere Ausführung einer Lamelle 52 in drei Herstellungsschritten. Diese Ausführung der Lamelle 52, unterscheidet sich von den zuvor gezeigten Ausführungsbeispielen der Lamelle 52 gemäß 4a und 4b sowie 6a bis 6c im Wesentlichen dadurch, dass das Betätigungselement 61a, das dem vorgenannten geschlitzten Zylinder entspricht, außerhalb des Lamellengrundkörpers 56, also außerhalb der Lamellengrundfläche 60 angeordnet ist. Mit anderen Worten ist das Betätigungselement 61a bei dieser Ausführung beabstandet von dem äußeren Rand 57 und außerhalb des Lamellengrundkörpers 56 angeordnet. Für die Anordnung des Betätigungselements außerhalb des Lamellengrundkörpers 56 ist es nicht erforderlich, dass das Betätigungselement die Form eines geschlitzten Zylinders aufweist. Auch eine einfache Ausführung des Betätigungselements 61, wie in den Ausführungsbeispiel der 4a, 4b gezeigt, kann außerhalb des Lamellengrundkörpers 56 angeordnet werden. In 8a zeigt eine weitere Ausführung einer erfindungsgemäßen Lamelle 52 in Draufsicht und perspektivischer Ansicht. Diese Ausführung zeichnet sich dadurch aus, dass als Lagerelement ein Stiftelement 67a an der jeweiligen Lamelle 52 vorgesehen ist, das nach Art eines Betätigungselements 61, wie beispielsweise in 4a, 4b dargestellt, ausgeführt ist. Alternativ kann selbstverständlich auch eine Ausführung des Lagerelements 67a nach Art eines Betätigungselements 61a gemäß den Ausführungen der 6a bis 6c oder 7a bis 7c vorgesehen werden. Dieses Lagerelement 67a erstreckt sich im Wesentlichen senkrecht zu einer durch den Lammellengrundkörper 56 gegebenen Haupterstreckungsebene, in zu dem Betätigungselement 61 entgegengesetzter Richtung. Mit dem entsprechenden Lagerelement 67a ist die jeweilige Lamelle 52 in einer Drehlagerstelle 69 um ihren Drehpunkt drehgelagert, wobei die Drehlagerstelle 69 beispielsweise als einfache Bohrung im Lagerring 68 ausgeführt sein kann. Der Lagerring 68 kann dabei als separates Bauteil ausgeführt sein oder kann auch direkt im umgebenden Gehäuse ausgebildet sein.
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8b zeigt eine weitere Ausführung einer erfindungsgemäßen Lamelle 52 in Draufsicht und perspektivischer Ansicht. Bei dieser Ausführung der Lamelle 52 ist der Lamellengrundkörper 56 aus einem Metallblech gebildet, wobei das Betätigungselement 61b durch Tiefziehen aus dem Lamellengrundkörper 56 gebildet ist und sich im Wesentlichen senkrecht zu einer durch den Lammellengrundkörper 56 gegebenen Haupterstreckungsebene erstreckt. Weiterhin weist die dargestellte Lamelle 52 ein Lagerelement 67b auf, das wie das Betätigungselement 61b auch durch Tiefziehen aus dem Lamellengrundkörper 56 gebildet ist. So ist auch diese Ausführung der Lamelle 52 mit dem Betätigungselement 61b und dem Lagerelement 67b einstückig ausgebildet und ermöglicht die eingangs genannten Vorteile und Funktionen.
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Weiterhin sei darauf hingewiesen, dass bei einer jeweiligen Lamelle 52 auch eine Kombination von Betätigungselement 61, 61a, 61b und Lagerelement 67, 67a, 67b der vorausgehenden Ausführungsformen gewählt werden kann, die nicht explizit in den Figuren dargestellt ist. So kann beispielsweise ein tiefgezogenes Lagerelement 67b mit einem als geschlitzter Zylinder ausgebildeten Betätigungselement 61a in einer Lamelle 52 kombiniert werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2016265424 A1 [0011]
- DE 102011121996 A1 [0011]
