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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Verstellmechanismus zum variablen Verstellen eines Einlassquerschnitts eines Verdichtereinlasses. Weiterhin betrifft die Erfindung einen Verdichter sowie eine Aufladevorrichtung mit einem derartigen Verstellmechanismus.
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Hintergrund
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Immer mehr Fahrzeuge der neueren Generation werden mit Aufladevorrichtungen ausgestattet, um die Anforderungsziele und gesetzlichen Auflagen zu erreichen. Bei der Entwicklung von Aufladevorrichtung gilt es sowohl die einzelnen Komponenten als auch das System als Ganzes bezüglich ihrer Zuverlässigkeit und Effizienz zu optimieren.
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Bekannte Aufladevorrichtungen weisen meist zumindest einen Verdichter mit einem Verdichterrad auf, das mit einer Antriebseinheit über eine gemeinsame Welle verbunden ist. Der Verdichter verdichtet die für den Verbrennungsmotor oder für die Brennstoffzelle angesaugte Frischluft. Dadurch wird die Luft- bzw. Sauerstoffmenge, die der Motor zur Verbrennung bzw. die Brennstoffzelle zur Reaktion zur Verfügung hat, erhöht. Dies führt wiederum zu einer Leistungssteigerung des Verbrennungsmotors bzw. der Brennstoffzelle. Aufladevorrichtungen können mit unterschiedlichen Antriebseinheiten ausgestattet sein. Im Stand der der Technik sind insbesondere E-Lader, bei denen der Verdichter über einen Elektromotor angetrieben wird und Abgasturbolader, bei denen der Verdichter über eine Abgasturbine angetrieben wird, bekannt. Auch Kombinationen beider Systeme werden im Stand der Technik beschrieben.
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Jeder Verdichter weist ein verdichterspezifisches Verdichterkennfeld auf, wobei der Betrieb des Verdichters auf den Bereich des Verdichterkennfelds zwischen der Pumpgrenze und der Stopfgrenze beschränkt ist. Je nach Größe und Ausgestaltung des Verdichters kann der Betrieb bei geringen Volumenströmen durch den Verdichter ineffizient oder nicht mehr möglich sein, da die Pumpgrenze erreicht wird.
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Im Stand der Technik sind insbesondere Verdichter mit Verstellmechanismen bekannt, die im Einlassbereich des Verdichters in Strömungsrichtung vor dem Verdichterrad angeordnet sind. Durch die Verstellmechanismen kann der Strömungsquerschnitt im Verdichtereinlass variiert werden, wodurch beispielsweise die Anströmungsgeschwindigkeit und der Volumenstrom auf das Verdichterrad eingestellt werden kann. Dies wirkt als kennfelderweiternde Maßnahme wodurch wiederum ein Pumpen des Verdichters reduziert bzw. vermieden werden kann. Bekannte Verstellmechanismen weisen regelmäßig eine Vielzahl an verschiedenen Teilen auf, die in einer bestimmten Anordnung montiert werden müssen. Derzeitige Verstellmechanismen stellen deswegen häufig komplexe System mit entsprechend großen Abmessungen dar. Diese erfordern einen erhöhtem Bauraumbedarf mit erheblichem Montageaufwand, was einerseits zu Designeinschränkungen und andererseits zu erhöhten Produktionskosten führen kann.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen kompakteren Verstellmechanismus mit einem verringerten Montageaufwand bereitzustellen.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Verstellmechanismus zum variablen Verstellen eines Einlassquerschnitts eines Verdichtereinlasses nach Anspruch 1. Weiterhin betrifft die Erfindung einen Verdichter nach Anspruch 13 sowie eine Aufladevorrichtung nach Anspruch 15 mit einem derartigen Verstellmechanismus.
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Der Verstellmechanismus zum variablen Verstellen eines Einlassquerschnitts eines Verdichtereinlasses umfasst eine Mehrzahl an Blendenelementen, einen Verstellring und einen Lagerring. Jedes der Blendenelemente umfasst einen plattenförmigen Körper, einen Lagerzapfen und ein Koppelelement. Dabei weist zumindest ein Blendenelement der Mehrzahl an Blendenelementen einen ersten Schnapphakenabschnitt und einen zweiten Schnapphakenabschnitt auf. Der erste Schnapphakenabschnitt ist an dem Lagerzapfen angeordnet. Der zweite Schnapphakenabschnitt ist an dem Koppelelement angeordnet. Der erste Schnapphakenabschnitt koppelt dabei den Lagerring und das Blendenelement in axialer Richtung. Der zweite Schnapphakenabschnitt koppelt den Verstellring und das Blendenelement in axialer Richtung. Diese vorteilhafte Ausgestaltung des Verstellmechanismus ermöglicht somit das sichere Koppeln der Blendenelemente einerseits mit dem Verstellring und andererseits mit dem Lagerring in einer vereinfachten Weise. Dadurch, dass lediglich entsprechende Abschnitte des Lagerzapfens und des Koppelelements einen Schnapphakenabschnitt umfassen bzw. als dieser ausgebildet sind, sind keine weiteren Befestigungsmittel erforderlich. Somit wird weniger Bauraum benötigt, was zu einer kompakteren Vorrichtung führt. Weiterhin kann der Verstellmechanismus bereits vor dem Einsetzen in einfacher Weise durch „Einclipsen“ (also „Einschnappen“) der jeweiligen Schnapphakenabschnitte in den Verstellring bzw. in den Lagerring als Kartusche vormontiert werden. Dieser Arbeitsschritt kann parallel zur eigentlichen Verdichtermontage ablaufen, wodurch einerseits die Durchlaufzeit in der Montage erheblich reduziert werden kann. Andererseits wird hierdurch die Montage vereinfacht, da der Verstellmechanismus als Kartusche bzw. Modul in den Verdichter bzw. das Verdichtergehäuse eingesetzt werden kann und nicht einzelne Teile innerhalb des Verdichtergehäuses aufwändig zusammengesetzt werden müssen. Die Blendenelemente können dabei aus einem Kunststoffmaterial hergestellt sein oder dieses umfassen. Insbesondere können der erste Schnapphakenabschnitt und/oder der zweite Schnapphakenabschnitt und/oder der Lagerzapfen und/oder das Koppelelement aus einem Kunststoffmaterial hergestellt sein oder dieses umfassen. Alternativ zu dem Kunststoffmaterial kann auch ein metallisches Material, insbesondere Stahl bzw. eine Stahllegierung verwendet werden.
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In Ausgestaltungen des Verstellmechanismus können zwei gegenüberliegende Blendenelemente einen ersten Schnapphakenabschnitt und einen zweiten Schnapphakenabschnitt aufweisen. Alternativ oder zusätzlich können mehrere oder alle Blendenelemente einen ersten Schnapphakenabschnitt und einen zweiten Schnapphakenabschnitt aufweisen. Insbesondere durch zwei gegenüberliegende oder in Umfangsrichtung gleich verteilte Schnapphakenabschnitt kann dem Verstellmechanismus mehr Stabilität verliehen werden. Weiterhin kann insbesondere bei Verwendung von Schnapphakenabschnitten an allen Blendenelementen durch eine höhere Gleichteilezahl Skaleneffekte bei Produktion erzielt werden.
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In Ausgestaltungen des Verstellmechanismus, die mit der vorangehenden Ausgestaltung kombinierbar sind, kann der erste Schnapphakenabschnitt als segmentierter Ringschnapphaken mit jeweils mehreren ersten Schnapphakensegmenten ausgebildet sein.
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Dabei kann jedes der ersten Schnapphakensegmente mit jeweils einem Basisabschnitt und einem davon abstehenden Halteabschnitt ausgebildet. Alternativ oder zusätzlich kann der zweite Schnapphakenabschnitt als segmentierter Ringschnapphaken mit jeweils mehreren zweiten Schnapphakensegmenten ausgebildet sein. Dabei kann jedes der zweiten Schnapphakensegmente mit jeweils einem Basisabschnitt und einem davon abstehenden Halteabschnitt ausgebildet sein.
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In Ausgestaltungen des Verstellmechanismus, die mit irgendeiner der vorangehenden Ausgestaltungen kombinierbar sind, kann der Lagerzapfen ein erstes freies Ende aufweisen. An dem ersten freien Ende kann der erste Schnapphakenabschnitt angeordnet sein. Das Koppelelement kann ein zweites freies Ende aufweisen. An dem zweiten freien Ende kann dem der zweite Schnapphakenabschnitt angeordnet sein. Genauer gesagt kann hierbei der jeweilige Basisabschnitt aus dem entsprechenden freien Ende in axialer Richtung hervortreten. Diese Ausgestaltung ermöglicht ein einfaches Zusammenstecken der Blendenelemente in den Verstellring und in den Lagerring in axialer Richtung.
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In Ausgestaltungen des Verstellmechanismus, die mit irgendeiner der vorangehenden Ausgestaltungen kombinierbar sind, kann der Lagerzapfen direkt aus dem plattenförmigen Körper in axialer Richtung hervorragen. Alternativ oder zusätzlich kann das Koppelelement direkt aus dem plattenförmigen Körper in axialer Richtung hervorragen.
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In Ausgestaltungen des Verstellmechanismus, die mit irgendeiner der vorangehenden Ausgestaltungen kombinierbar sind, können der Lagerzapfen und das Koppelelement in entgegengesetzte axiale Richtungen aus dem plattenförmigen Körper hervorragen.
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In Ausgestaltungen des Verstellmechanismus, die mit irgendeiner der vorangehenden Ausgestaltungen kombinierbar sind, können der Verstellring eine Mehrzahl an in Umfangsrichtung verteilt angeordneten Koppelaussparungen umfassen. In die Koppelaussparungen kann ein jeweiliges Koppelelement hineinragen bzw. hindurchragt, so dass der zweite Schnapphakenabschnitt aus der Koppelaussparung herausragt bzw. hervortritt. Zusätzlich können die Koppelaussparungen länglich in im Wesentlichen radialer Richtung ausgebildet sein, so dass jedes Koppelelement in der jeweiligen Koppelaussparung in radialer Richtung gleiten kann. Zusätzlich kann, wenn die Schnapphakenabschnitte als segmentierte Ringschnapphaken ausgebildet sind, eine axiale Tiefe der Koppelaussparungen geringer sein, als eine axiale Koppellänge zwischen einer stromabwärtigen Fläche des plattenförmigen Grundkörpers und dem Halteabschnitt der zweiten Schnapphakensegmente.
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In Ausgestaltungen des Verstellmechanismus, die mit irgendeiner der vorangehenden Ausgestaltungen kombinierbar sind, können die Koppelelemente als Bolzen ausgebildet sein. Alternativ oder zusätzlich können sich die Bolzen in axialer Richtung erstrecken.
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In Ausgestaltungen des Verstellmechanismus, die mit irgendeiner der vorangehenden Ausgestaltungen kombinierbar sind, können die Koppelelemente als Nocken ausgebildet sein. Alternativ oder zusätzlich können sich die Nocken in axialer Richtung erstrecken.
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In Ausgestaltungen des Verstellmechanismus, die mit irgendeiner der vorangehenden Ausgestaltungen kombinierbar sind, kann der Lagerring eine Mehrzahl an in Umfangsrichtung verteilt angeordneten Lagerbohrungen umfassen. In die Lagerbohrungen kann ein jeweiliger Lagerzapfen hineinragen bzw. hindurchragen, so dass der erste Schnapphakenabschnitt aus der Lagerbohrung herausragt bzw. hervortritt. Zusätzlich kann der Lagerring weiterhin eine Mehrzahl an in Umfangsrichtung verteilt angeordneten Bohrungsvertiefungen umfassen. Die Bohrungsvertiefungen können die Lagerbohrungen jeweils umgeben, insbesondere umfänglich umgeben, um die ersten Schnapphakenabschnitte aufzunehmen. Die Bohrungsvertiefungen können dabei auf einer stromaufwärtigen Seite des Verstellrings angeordnet sein. Zusätzlich kann, wenn die Schnapphakenabschnitte als segmentierte Ringschnapphaken ausgebildet sind, eine axiale Tiefe der Lagerbohrungen geringer sein als eine axiale Lagerlänge zwischen einer stromaufwärtigen Fläche des plattenförmigen Grundkörpers und dem Halteabschnitt der ersten Schnapphakensegmente.
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In Ausgestaltungen des Verstellmechanismus, die mit irgendeiner der vorangehenden Ausgestaltungen kombinierbar sind, kann der erste Schnapphakenabschnitt integral mit dem Lagerzapfen ausgebildet sein. Alternativ oder zusätzlich wobei der zweite Schnapphakenabschnitt integral mit dem Koppelelement ausgebildet sein.
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Die Erfindung betrifft weiterhin einen Verdichter, der ein Verdichtergehäuse und ein darin angeordnetes Verdichterrad umfasst. Das Verdichtergehäuse definiert einen Verdichtereinlass und einen Verdichterauslass. Das Verdichterrad ist drehbar in dem Verdichtergehäuse zwischen dem Verdichtereinlass und dem Verdichterauslass angeordnet. Der Verdichter umfasst einen Verstellmechanismus nach irgendeiner der vorangehenden Ausgestaltungen.
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In Ausgestaltungen des Verdichters, kann der Verstellmechanismus in eine Vertiefung des Verdichtergehäuse eingesetzt sein. Dabei kann der Verstellmechanismus in axialer Richtung zwischen dem Verdichtergehäuse und einem Einlassstutzen des Verdichters angeordnet sein. Mit anderen Worten ausgedrückt, bedeutet dies, dass der Einlassstutzen zusammen mit dem Verstellmechanismus den Verdichtereinlass formen kann.
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In Ausgestaltungen des Verdichters, die mit der vorangehenden Ausgestaltung kombinierbar sind, kann das Verdichtergehäuse einen im Wesentlichen ersten ringförmigen Vorsprung aufweisen, der von einer Seitenwand der Vertiefung in radialer Richtung nach innen hervorsteht. Der erste ringförmige Vorsprung kann ausgelegt sein, den Lagerring aufzunehmen. Somit kann der erste ringförmige Vorsprung zur axialen Sicherung dienen.
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In Ausgestaltungen des Verdichters, die mit irgendeiner der beiden vorangehenden Ausgestaltung kombinierbar sind, kann das Verdichtergehäuse einen im Wesentlichen zweiten ringförmigen Vorsprung aufweisen, der von einer Stirnwand der Vertiefung in axialer Richtung hervorsteht. Dadurch kann eine ringförmige Tasche zwischen dem zweiten ringförmigen Vorsprung und der Seitenwand gebildet werden. Diese ringförmige Tasche kann zur Aufnahme des Verstellrings (bzw. eines Teils davon), der zweiten Schnapphakenabschnitte und der Koppelelemente dienen. Weiterhin führt diese vorteilhafte Ausgestaltung zu einer Strömungsoptimierung im Bereich des Verdichtereinlass, insbesondere radial innerhalb des zweiten ringförmigen Vorsprungs.
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Die Erfindung betrifft weiterhin eine Aufladevorrichtung, die eine Antriebseinheit und eine Welle umfasst. Weiterhin umfasst die Aufladevorrichtung einen Verdichter nach irgendeiner der vorangehenden Ausgestaltungen. Das Verdichterrad des Verdichters ist dabei über die Welle rotatorisch mit der Antriebseinheit gekoppelt. Die Antriebseinheit kann eine Turbine umfassen. Alternativ oder zusätzlich kann die Antriebseinheit einen Elektromotor umfassen.
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Figurenliste
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- 1A-1B zeigen eine Explosionsdarstellung des Verstellmechanismus von schräg oben und schräg unten;
- 2A-2B zeigen das Blendenelement mit einem bolzenförmig ausgebildeten Koppelelement in einer isometrischen Ansicht und in einer Draufsicht;
- 3A-3B zeigen das Blendenelement mit einem nockenförmig ausgebildeten Koppelelement in einer isometrischen Ansicht und in einer Draufsicht;
- 4 zeigt eine isometrische Schnittansicht des zusammengesetzten Verstellmechanismus aus den 1A-1B;
- 5 zeigt eine isometrische Schnittansicht des zusammengesetzten Verstellmechanismus wie in 4 dargestellt jedoch mit den Blendenelementen aus den 3A-3B und entsprechend angepasstem Verstellring;
- 6 zeigt eine isometrische Ansicht des zusammengesetzten Verstellmechanismus mit Bohrungsvertiefungen in dem Lagerring;
- 7 zeigt eine schematische Darstellung einer Aufladevorrichtung mit dem erfindungsgemäßen Verdichter, der den Verstellmechanismus aus den 1A-1B umfasst;
- 8A zeigt einen Teilausschnitt des Verdichters aus 7 mit dem Einlassstutzen, dem Verdichterrad und dem Verstellmechanismus.
- 8B-8C zeigen die ersten Schnapphakensegmente und die zweiten Schnapphakensegmente aus den Detailausschnitten X und Y der 8A.
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Ausführliche Beschreibung
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Im Kontext dieser Anmeldung beziehen sich die Ausdrücke axial und axiale Richtung auf eine Rotationsachse des Verstellmechanismus 10 bzw. des Verstellrings 210 und/oder des Verdichters 300 bzw. des Verdichterrads 320. Mit Bezug zu den Figuren (siehe bspw. 1A oder 1B) wird die axiale Richtung des Verstellmechanismus 10 mit dem Bezugszeichen 22 dargestellt. Eine radiale Richtung 24 bezieht sich dabei auf die Achse/axiale Richtung 22 des Verstellmechanismus 10. Ebenso bezieht sich ein Umfang bzw. eine Umfangsrichtung 26 dabei auf die Achse/axiale Richtung 22 des Verstellmechanismus 10.
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1A und 1B zeigen einen erfindungsgemäßen Verstellmechanismus 10 zum variablen Verstellen eines Einlassquerschnitts 312a eines Verdichtereinlasses 312 in zwei verschiedenen Explosionsdarstellungen. Der Verstellmechanismus 10 umfasst eine Mehrzahl an Blendenelementen 100, einen Verstellring 210 und einen Lagerring 220. Jedes der Blendenelemente 100 umfasst einen plattenförmigen Körper 130, einen Lagerzapfen 120 und ein Koppelelement 110. Dabei weisen alle Blendenelemente 100 einen ersten Schnapphakenabschnitt 140 und einen zweiten Schnapphakenabschnitt 150 auf. Der erste Schnapphakenabschnitt 140 ist an dem Lagerzapfen 120 angeordnet (siehe insbesondere 1A). Der zweite Schnapphakenabschnitt 150 ist an dem Koppelelement 110 angeordnet (siehe insbesondere 1B). Genauer gesagt weist jeder Lagerzapfen 120 ein erstes freies Ende 122 auf, an dem jeweils der erste Schnapphakenabschnitt 140 angeordnet ist. Ebenso weist jedes Koppelelement 110 ein zweites freies Ende 112 auf, an dem jeweils der zweite Schnapphakenabschnitt 150 angeordnet ist.
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Insbesondere mit Bezug zu 4, die im Vergleich zu den 1A und 1B den zusammengesetzten Verstellmechanismus 10 zeigt, wird deutlich, dass der erste Schnapphakenabschnitt 140 den Lagerring 220 und das jeweilige Blendenelement 100 in axialer Richtung 22 koppelt. Weiterhin wird deutlich, dass der zweite Schnapphakenabschnitt 150 den Verstellring 210 und das Blendenelement 100 in axialer Richtung 22 koppelt. Zur Kopplung umfasst der Verstellring 210 eine Mehrzahl an Koppelaussparungen 212, die in Umfangsrichtung 26 verteilt angeordnet sind. Die Koppelelemente 110 ragen in jeweils eine Koppelaussparungen 212, um das jeweilige Blendenelement 100 mit dem Verstellring 210 zu koppeln. Genauer gesagt, ragt das jeweilige Koppelelement 110 durch die jeweilige Koppelaussparung 212 derart hindurch, dass der zweite Schnapphakenabschnitt 150 aus der Koppelaussparung 212 herausragt bzw. hervortritt (siehe insbesondere 4). Der Lagerring 220 umfasst zur Kopplung eine Mehrzahl Lagerbohrungen 222, die in Umfangsrichtung 26 verteilt angeordnet sind. Die Lagerzapfen 120 ragen in jeweils eine Lagerbohrungen 222, um das jeweilige Blendenelement 100 mit dem Lagerring 220 zu koppeln. Genauer gesagt, ragt der jeweilige Lagerzapfen 120 durch die jeweilige Lagerbohrung 222 derart hindurch, dass der erste Schnapphakenabschnitt 140 aus der Koppelaussparung 212 herausragt bzw. hervortritt (siehe insbesondere 4). Somit können die ersten Schnapphakenabschnitte 140 und die zweiten Schnapphakenabschnitte 150 die jeweiligen Blendenelemente 100 and dem Lagerring 220 bzw. dem Verstellring 210 insbesondere in axialer Richtung 22 gegen Herausrutschen sichern.
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Somit ermöglicht der erfindungsgemäße Verstellmechanismus 10 das sichere Koppeln der Blendenelemente 100 mit dem Verstellring 210 einerseits und mit dem Lagerring 220 andererseits in einer vereinfachten Weise. Dadurch, dass lediglich entsprechende Abschnitte des Lagerzapfens 120 und des Koppelelements 110 einen Schnapphakenabschnitt 140, 150 umfassen bzw. als dieser ausgebildet sind, sind keine weiteren Befestigungsmittel erforderlich. Somit wird weniger Bauraum benötigt, was zu einer kompakteren Vorrichtung führt. Weiterhin kann der Verstellmechanismus 10 bereits vor dem Einsetzen in ein Verdichtergehäuse 310 in einfacher Weise durch „Einclipsen“ (also „Einschnappen“) der jeweiligen Schnapphakenabschnitte 140, 150 in den Verstellring 210 bzw. Koppelaussparung 212 und in den Lagerring 220 bzw. Lagerbohrung 222 als Kartusche vormontiert werden. Das Zusammensetzen des Verstellmechanismus 10 bzw. das Einclipsen der jeweiligen Schnapphakenabschnitte 140, 150 gestaltet sich insbesondere deswegen vereinfacht, da die Blendenelemente 100 (und insbesondere auch die Schnapphakenabschnitte 140, 150) aus einem Kunststoffmaterial hergestellt sind. Somit ist eine gewisse Flexibiltät bzw. Elastizität gegeben. Der Arbeitsschritt des „Einclipsen“ (also „Einschnappen“) kann parallel zur eigentlichen Verdichtermontage ablaufen, wodurch einerseits die Durchlaufzeit in der Montage erheblich reduziert werden kann. Andererseits kann hierdurch die Montage vereinfacht werden, da der Verstellmechanismus 10 als Kartusche bzw. Modul in den Verdichter 300 bzw. das Verdichtergehäuse 310 eingesetzt werden kann und nicht einzelne Teile innerhalb des Verdichtergehäuses 310 aufwändig zusammengesetzt werden müssen.
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An dieser Stelle sei erwähnt, dass alternativ zu den obigen Ausführungen auch zumindest nur eines, zwei oder mehrere der Mehrzahl an Blendenelementen 100 einen ersten Schnapphakenabschnitt 140 und einen zweiten Schnapphakenabschnitt 150 aufweisen kann. Insbesondere, wenn zwei oder mehrere (z.B. drei, vier, fünf, sechs, etc.) Blendenelemente einen ersten Schnapphakenabschnitt 140 und einen zweiten Schnapphakenabschnitt 150 aufweisen, sind die diese Blendenelemente 100 (also diejenigen mit Schnapphakenabschnitten 140, 150) in Umfangsrichtung 26 gleich verteilt. Somit kann dem Verstellmechanismus 10 mehr Stabilität verliehen werden, da die Halte-/Sicherungskraft in gleichmäßigen Intervallen in Umfangsrichtung 26 verteilt ist. Bei Verwendung von Schnapphakenabschnitten 140, 150 an allen Blendenelementen 100, wie weiter oben beschrieben, können durch eine höhere Gleichteilezahl Skaleneffekte bei Produktion erzielt werden und somit gegebenenfalls die Herstellungskosten reduziert werden im Vergleich zu einer Produktion bei der verschiedene Varianten von Blendenelementen 100 hergestellt werden müssen.
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Der Lagerzapfen 120 und das Koppelelement 110 ragen jeweils direkt aus dem plattenförmigen Körper 130 eines jeweiligen Blendenelements 100 in axialer Richtung 22 hervor (siehe 1A-1B, 4 und 8A). Insbesondere aus der 8A ist ersichtlich, dass der Lagerzapfen 120 und das Koppelelement 110 in entgegengesetzte axiale Richtungen 22 aus dem plattenförmigen Körper 130 hervorragen. Die Blendenelemente 100 bzw. deren plattenförmiger Körper 130 weisen jeweils eine stromaufwärtige Fläche 132 und eine stromabwärtige Fläche 134 auf.
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„Stromaufwärtig“ und „stromabwärtig“ ist in diesem Zusammenhang bezogen auf eine „Hauptströmungsrichtung“ von durch den Verdichtereinlass 312 strömenden Fluiden zu sehen. Diesbezüglich wird an dieser Stelle zur 7 verwiesen, die eine Aufladevorrichtung 400 mit einem Verdichter 300 zeigt. Der Verdichter 300 umfasst ein Verdichtergehäuse 310 und ein darin angeordnetes Verdichterrad 320. Das Verdichtergehäuse 310 definiert einen Verdichtereinlass 312 und einen Verdichterauslass 314. Das Verdichterrad 320 ist dabei drehbar in dem Verdichtergehäuse 310 zwischen dem Verdichtereinlass 312 und dem Verdichterauslass 314 angeordnet. Der Verdichter 310 umfasst weiterhin den Verstellmechanismus 10, der in dem Verdichtergehäuse 310 angeordnet ist und ausgelegt ist einen Einlassquerschnitt 312a des Verdichters 300 bzw. des Verdichtereinlasses 312 zu verändern. Der Verstellmechanismus 10 ist in eine Vertiefung 318 des Verdichtergehäuse 310 eingesetzt. Die Vertiefung 318 wird durch eine Seitenwand 318a und eine Stirnwand 318b begrenzt. Die Seitenwand 318a ist dabei in radialer Richtung 24 orientiert. Die Stirnwand 318b ist in axialer Richtung 22 orientiert. Weiterhin in 7 zu erkennen ist, dass der Verdichter 300 einen Einlassstutzen 330 umfasst. Der Verstellmechanismus 10 ist dabei axial zwischen dem Verdichtergehäuse 310 und dem Einlassstutzen 330 angeordnet. Genauer gesagt, ist der Verstellmechanismus 10 axial zwischen der Stirnwand 318b und dem Einlassstutzen 330 angeordnet. Mit anderen Worten ausgedrückt, bedeutet dies, dass der Einlassstutzen 330 zusammen mit dem Verstellmechanismus 10 und einem Teil des Verdichtergehäuses 310 den Verdichtereinlass 312 formt. Aus der 7 und den hier ausgeführten Erläuterungen wird klar, dass die „Hauptströmungsrichtung“ von durch den Verdichtereinlass 312 strömenden Fluiden somit in axialer Richtung 22 von dem Einlassstutzen 330 zu dem Verdichterrad 320 verläuft. Das heißt die „Hauptströmungsrichtung“ ist entgegengesetzt zu dem Pfeil orientiert, der in 7 die axiale Richtung 22 indiziert. Dementsprechend ist als stromaufwärtige Fläche 132, die Fläche des Blendenelements 100 bzw. des plattenförmigen Körpers 130 zu sehen, die im in ein Verdichtergehäuse 310 eingebauten Zustand zuerst im Verlauf entlang der Hauptströmungsrichtung kommt und entgegengesetzt zu dieser orientiert ist. Die stromabwärtige Fläche 134 ist hingegen in Hauptströmungsrichtung orientiert und kommt im Verlauf entlang der Hauptströmungsrichtung nach der stromaufwärtigen Fläche 132.
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Das heißt, dass sich der Lagerzapfen 120 von der stromaufwärtigen Fläche 132 in axialer Richtung 22 erstreckt und, dass sich das Koppelelement 110 von der stromabwärtigen Fläche 134 in axialer Richtung 22 erstreckt (siehe 8A).
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Wie am besten in 1A-1B zu erkennen ist, sind die Lagerzapfen 120 als Bolzen bzw. zylinderförmig ausgebildet. Die Lagerzapfen 120 erstrecken sich dabei in axialer Richtung 22. Ebenfalls sind die Koppelelemente 110 in den Ausgestaltungen der 1A-1B, 2A-2B, 4, 6, 7 und 8A-8C als Bolzen bzw. zylinderförmig ausgebildet. Die Koppelelemente 110 erstrecken sich dabei in axialer Richtung 22. In einer alternativen Ausgestaltung (siehe 3A-3B und 5) sind die Koppelelemente 110 als Nocken ausgebildet. Auch in dieser Ausgestaltung erstrecken sich die Nocken im Wesentlichen in axialer Richtung 22. Mit „Nocken“ ist hierbei eine Form gemeint, die im Vergleich zur Bolzenform von einer kreisrunden Form abweicht. Wie insbesondere in der 3B zu erkennen ist, kann diese Form beispielsweise als Viereck mit abgerundeten Kanten ausgebildet sein. Der Geometrie der nockenförmigen Koppelelemente 110 entsprechend sind auch der Verstellring 210 bzw. dessen Koppelaussparungen 212 ausgebildet. Abgesehen hiervon entspricht, wie auch aus den Figuren ersichtlich ist, der Verstellmechanismus 10 aus den 3A-3B und 5 im Wesentlichen dem Verstellmechanismus 10 aus den 1A-1B, 2A-2B, 4, 6, 7 und 8A-8C. Durch die nockenförmige Ausgestaltung ergeben sich größere Kontaktflächen und dadurch weniger bzw. gleichmäßiger verteilter Verschleiß. Weiterhin kann die nockenförmigen Koppelelemente 110 zur Zentrierung des Verstellrings 210 genutzt werden.
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Grundsätzlich sind der erste Schnapphakenabschnitt 140 und der zweite Schnapphakenabschnitt 150 integral mit dem Lagerzapfen 120 bzw. dem Koppelelement 110 ausgebildet. Insbesondere ist das gesamte Blendenelement 100 mit dem plattenförmigen Körper 130, dem Lagerzapfen 120, dem Koppelelement 110 und dem ersten und zweiten Schnapphakenabschnitt 140, 150 integral gefertigt. Dies kann insbesondere in einem Spritzgussverfahren aus einem Kunststoffmaterial geschehen. Alternativ können Unterelemente des Blendenelements 100 oder das gesamte Blendenelement 100 auch aus einem anderen Material wie beispielsweise einem metallischen Material, insbesondere Stahl, hergestellt sein. Alternativ könnte der erste Schnapphakenabschnitt 140 und/oder der zweite Schnapphakenabschnitt 150 auch separat von dem Lagerzapfen 120 bzw. dem Koppelelement 110 ausgebildet bzw. gefertigt sein.
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Wie insbesondere in den 2A-2B und 3A-3B zu erkennen ist, sind der erste Schnapphakenabschnitt 140 und der der zweite Schnapphakenabschnitt 150 als segmentierte Ringschnapphaken ausgebildet. Dabei umfasst der erste Schnapphakenabschnitt 140 mehreren ersten Schnapphakensegmenten 142 mit jeweils einem Basisabschnitt 144 und einem davon abstehenden Halteabschnitt 146. Der Basisabschnitt 144 erstreckt sich dabei in axialer Richtung 22 von dem freien Ende 122 des Lagerzapfens 120. Der Halteabschnitt 146 erstreckt sich im Wesentlichen radial nach außen von einer Mittelachse des Lagerzapfens 120. Der zweite Schnapphakenabschnitt 150 umfasst ebenfalls mehrere zweite Schnapphakensegmenten 152 mit jeweils einem Basisabschnitt 154 und einem davon abstehenden Halteabschnitt 156. Der Basisabschnitt 154 erstreckt sich dabei in axialer Richtung 22 von dem freien Ende 112 des Koppelelements 110. Der Halteabschnitt 156 erstreckt sich im Wesentlichen radial nach außen von einer Mittelachse des Koppelelements 110. Genauer gesagt kann hierbei der jeweilige Basisabschnitt 144, 154 aus dem entsprechenden freien Ende 112, 122 in axialer Richtung 22 hervortreten. Diese Ausgestaltung ermöglicht ein einfaches Zusammenstecken der Blendenelemente 100 in den Verstellring 210 und in den Lagerring 220 in axialer Richtung.
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Die Koppelaussparungen 212 sind länglich in im Wesentlichen radialer Richtung 24 ausgebildet, so dass jedes Koppelelement 110 in der jeweiligen Koppelaussparung 212 in radialer Richtung 24 gleiten kann (siehe insbesondere 4 und 5). Eine axiale Tiefe 214 der Koppelaussparungen 212 ist kleiner ausgebildet, als eine axiale Koppellänge 114 der Koppelemente 110. Die Koppellänge 114 ist dabei axial zwischen der stromabwärtigen Fläche 134 des plattenförmigen Körpers 130 und dem Halteabschnitt 156 der zweiten Schnapphakensegmente 152 ausgebildet (siehe 8A). Genauer gesagt weist der Halteabschnitt 156 eine stromaufwärtige Fläche 156a auf, wobei die Koppellänge 114 dabei axial zwischen der stromaufwärtigen Fläche 156a des Halteabschnitts 156 und der stromabwärtigen Fläche 134 des plattenförmigen Körpers 130 angeordnet ist (siehe 8B, die den Ausschnitt X aus 8A detailliert darstellt). Die axiale Tiefe 214 entspricht dabei in der Regel einer Dicke des Verstellrings 210. Mit anderen Worten ausgedrückt, bedeutet dies, dass die axiale Tiefe 214 und die Koppellänge 114 ungefähr gleich groß ausgestaltet sind. Jedoch sollte die Koppellänge 114 zumindest nicht kleiner als die axiale Tiefe 214 sein, da ansonsten eine Kopplung unter Umständen nicht mehr möglich ist.
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In einigen Ausgestaltungen (siehe 6) kann der Lagerring 220 zusätzlich zu den Lagerbohrungen 222 eine Mehrzahl an in Umfangsrichtung 26 verteilt angeordneten Bohrungsvertiefungen 226 umfassen. Die Bohrungsvertiefungen 226 umgeben die Lagerbohrungen 222 dabei jeweils umfänglich. Somit können die Bohrungsvertiefungen 226 die ersten Schnapphakenabschnitte 140 aufnehmen. Die Bohrungsvertiefungen 226 sind dabei auf einer stromaufwärtigen Seite des Verstellrings 210 angeordnet. Durch die Bohrungsvertiefungen 226 kann beispielsweise ein kompakterer Verstellmechanismus 10 bereitgestellt werden, da kein axiales Spiel zwischen dem Lagerring 220 und dem Einlassstutzen notwendig ist. Vielmehr können die Lagerzapfen 110 bzw. die ersten Schnapphakenabschnitte 140 in den Bohrungsvertiefungen 226 frei drehbar aufgenommen werden. Eine axiale Lagerlänge 124 des Lagerzapfens 120 kann dementsprechend kürzer ausgestaltet werden, wodurch der Verstellmechanismus 10 geringere axiale Abmessungen aufweist.
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Die axiale Lagerlänge 124 ist dabei axial zwischen der stromaufwärtigen Fläche 132 des plattenförmigen Körpers 130 und dem Halteabschnitt 146 der ersten Schnapphakensegmente 142 ausgebildet (siehe 8A). Genauer gesagt weist der Halteabschnitt 146 eine stromabwärtige Fläche 146a auf, wobei die Koppellänge 114 dabei axial zwischen der stromabwärtigen Fläche 146a des Halteabschnitts 146 und der stromaufwärtigen Fläche 132 des plattenförmigen Körpers 130 angeordnet ist (siehe 8C, die den Ausschnitt Y aus 8A detailliert darstellt). Eine axiale Tiefe 224 der Lagerbohrungen 222 ist dabei kleiner ausgebildet als die axiale Lagerlänge 124. Mit anderen Worten ausgedrückt, bedeutet dies, dass die axiale Tiefe 224 und die axiale Lagerlänge 124 ungefähr gleich groß ausgestaltet sind. Jedoch sollte die axiale Lagerlänge 124 zumindest nicht kleiner als die axiale Tiefe 224 sein, da ansonsten eine Kopplung unter Umständen nicht mehr möglich ist.
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Mit Bezug zu 8A ist ersichtlich, dass das Verdichtergehäuse 310 einen im Wesentlichen ersten ringförmigen Vorsprung 316 und einen im Wesentlichen zweiten ringförmigen Vorsprung 317 aufweist. Der erste ringförmige Vorsprung 316 erstreckt sich dabei von der Seitenwand 318a in radialer Richtung 24 nach innen. Der erste ringförmige Vorsprung 316 ist dabei ausgelegt, den Lagerring 220 aufzunehmen axial zu sichern. Der zweite ringförmige Vorsprung 317 erstreckt sich von der Stirnwand 318b in axialer Richtung 22. Somit wird zwischen dem zweiten ringförmigen Vorsprung 317 und der Seitenwand 318a eine ringförmige Tasche 317a gebildet. Diese ringförmige Tasche 317a dient zur Aufnahme des Verstellrings 210 (bzw. eines Teils davon), der zweiten Schnapphakenabschnitte 150 und der Koppelelemente 110. Weiterhin führt diese vorteilhafte Ausgestaltung zu einer Strömungsoptimierung im Bereich des Verdichtereinlass 312, insbesondere radial innerhalb des zweiten ringförmigen Vorsprungs 317.
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Wie bereits erwähnt betrifft die Erfindung weiterhin eine Aufladevorrichtung 400. Die Aufladevorrichtung 400 umfasst eine Antriebseinheit 410 und eine Welle 420 sowie den Verdichter 300 (siehe 7). Das Verdichterrad 320 des Verdichters 300 ist dabei über die Welle 420 rotatorisch mit der Antriebseinheit 410 gekoppelt. In der in 7 dargestellten Ausführung umfasst Antriebseinheit 410 eine Turbine. Alternativ oder zusätzlich kann die Antriebseinheit 410 einen Elektromotor umfassen (nicht dargestellt).
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Obwohl die vorliegende Erfindung oben beschrieben wurde und in den beigefügten Ansprüchen definiert ist, sollte verstanden werden, dass die Erfindung alternativ auch entsprechend der folgenden Ausführungsformen definiert werden kann:
- 1. Verstellmechanismus (10) zum variablen Verstellen eines Einlassquerschnitts (312a) eines Verdichtereinlasses (312) umfassend:
- eine Mehrzahl an Blendenelementen (100), wovon jedes einen plattenförmigen Körper (130), einen Lagerzapfen (120) und ein Koppelelement (110) umfasst,
- einen Verstellring (210), und
- einen Lagerring (220),
- dadurch gekennzeichnet, dass
- zumindest ein Blendenelement (100) der Mehrzahl an Blendenelementen (100) einen ersten Schnapphakenabschnitt (140) und einen zweiten Schnapphakenabschnitt (150) aufweist, wobei der erste Schnapphakenabschnitt (140) an dem Lagerzapfen (120) angeordnet ist und wobei der zweite Schnapphakenabschnitt (150) an dem Koppelelement (110) angeordnet ist, und
- dass der erste Schnapphakenabschnitt (140) den Lagerring (220) und das Blendenelement (100) in axialer Richtung (22) koppelt und der zweite Schnapphakenabschnitt (150) den Verstellring (210) und das Blendenelement (100) in axialer Richtung (22) koppelt.
- 2. Verstellmechanismus (10) nach Ausführungsform 1, wobei zwei gegenüberliegende Blendenelemente (100) und/oder alle Blendenelemente (100) einen ersten Schnapphakenabschnitt (140) und einen zweiten Schnapphakenabschnitt (150) aufweisen.
- 3. Verstellmechanismus (10) nach irgendeiner der vorangehenden Ausführungsformen, wobei der erste Schnapphakenabschnitt (140) als segmentierter Ringschnapphaken mit jeweils mehreren ersten Schnapphakensegmenten (142) mit jeweils einem Basisabschnitt (144) und einem davon abstehenden Halteabschnitt (146) ausgebildet ist und/oder wobei der zweite Schnapphakenabschnitt (150) als segmentierter Ringschnapphaken mit jeweils mehreren zweiten Schnapphakensegmenten (152) mit jeweils einem Basisabschnitt (154) und einem davon abstehenden Halteabschnitt (156) ausgebildet ist.
- 4. Verstellmechanismus (10) nach irgendeiner der vorangehenden Ausführungsformen, wobei der Lagerzapfen (120) ein erstes freies Ende (122) aufweist, in dem der erste Schnapphakenabschnitt (140) angeordnet ist und/oder wobei das Koppelelement (110) ein zweites freies Ende (112) aufweist, in dem der zweite Schnapphakenabschnitt (150) angeordnet ist.
- 5. Verstellmechanismus (10) nach irgendeiner der vorangehenden Ausführungsformen, wobei der Lagerzapfen (120) und/oder das Koppelelement (110) direkt aus dem plattenförmigen Körper (130) in axialer Richtung (22) hervorragen.
- 6. Verstellmechanismus (10) nach irgendeiner der vorangehenden Ausführungsformen, wobei der Lagerzapfen (120) und das Koppelelement (110) in entgegengesetzte axiale Richtungen (22) aus dem plattenförmigen Körper (130) hervorragen.
- 7. Verstellmechanismus (10) nach irgendeiner der vorangehenden Ausführungsformen, wobei der Verstellring (210) eine Mehrzahl an in Umfangsrichtung (26) verteilt angeordneten Koppelaussparungen (212) umfasst, in die ein jeweiliges Koppelelement (110) hineinragt, so dass der zweite Schnapphakenabschnitt (150) aus der Koppelaussparung (212) herausragt.
- 8. Verstellmechanismus (10) nach Ausführungsform 7, wobei die Koppelaussparungen (212) länglich in im Wesentlichen radialer Richtung (24) ausgebildet sind, so dass jedes Koppelelement (110) in der jeweiligen Koppelaussparung (212) in radialer Richtung (24) gleiten kann.
- 9. Verstellmechanismus (10) nach irgendeiner der vorangehenden Ausführungsformen, wenn zumindest abhängig von den Ausfürhungsformen 3 und 7, wobei eine axiale Tiefe (214) der Koppelaussparungen (212) geringer ist als eine axiale Koppellänge (114) zwischen einer stromabwärtigen Fläche (Stirnwand 318b) des plattenförmigen Grundkörpers (130) und dem Halteabschnitt (156) der zweiten Schnapphakensegmente (152).
- 10. Verstellmechanismus (10) nach irgendeiner der vorangehenden Ausführungsformen, wobei die Koppelelemente (110) als Bolzen ausgebildet sind, und optional, wobei sich die Bolzen in axialer Richtung (22) erstrecken.
- 11. Verstellmechanismus (10) nach irgendeiner der vorangehenden Ausführungsformen, wobei die Koppelelemente (110) als Nocken ausgebildet sind, und optional, wobei sich die Nocken in axialer Richtung (22) erstrecken.
- 12. Verstellmechanismus (10) nach irgendeiner der vorangehenden Ausführungsformen, wobei der Lagerring (220) eine Mehrzahl an in Umfangsrichtung (26) verteilt angeordneten Lagerbohrungen (222) umfasst, in die ein jeweiliger Lagerzapfen (120) hineinragt, so dass der erste Schnapphakenabschnitt (140) aus der Lagerbohrung (222) hervortritt.
- 13. Verstellmechanismus (10) nach irgendeinem Ausführungsform 12, wobei der Lagerring (220) weiterhin eine Mehrzahl an in Umfangsrichtung (26) verteilt angeordneten Bohrungsvertiefungen (226) umfasst, die die Lagerbohrungen (222) jeweils umgeben, um die ersten Schnapphakenabschnitte (140) aufzunehmen.
- 14. Verstellmechanismus (10) nach irgendeiner der vorangehenden Ausführungsformen, wenn zumindest abhängig von den Ausfürhungsformen 3 und 12, wobei eine axiale Tiefe (224) der Lagerbohrungen (222) geringer ist als eine axiale Lagerlänge (124) zwischen einer stromaufwärtigen Fläche (132) des plattenförmigen Grundkörpers (130) und dem Halteabschnitt (146) der ersten Schnapphakensegmente (142).
- 15. Verstellmechanismus (10) nach irgendeiner der vorangehenden Ausführungsformen, wobei der erste Schnapphakenabschnitt (140) integral mit dem Lagerzapfen (120) ausgebildet ist und/oder wobei der zweite Schnapphakenabschnitt (150) integral mit dem Koppelelement (110) ausgebildet ist.
- 16. Verdichter (300) für eine Aufladevorrichtung (400) umfassend:
- ein Verdichtergehäuse (310) mit einem Verdichtereinlass (312) und einem Verdichterauslass (314);
- ein Verdichterrad (320), das drehbar in dem Verdichtergehäuse (310) zwischen dem Verdichtereinlass (312) und dem Verdichterauslass (314) gelagert ist; und
- einen Verstellmechanismus (10) nach irgendeiner der vorangehenden Ausführungsformen.
- 17. Verdichter (300) nach Ausführungsform 16, wobei der Verstellmechanismus (10) in eine Vertiefung (318) des Verdichtergehäuse (310) eingesetzt ist und in axialer Richtung (22) zwischen dem Verdichtergehäuse (310) und einem Einlassstutzen (330) des Verdichters (300) angeordnet ist.
- 18. Verdichter (300) nach Ausführungsform 17, wobei das Verdichtergehäuse (310) einen im Wesentlichen ersten ringförmigen Vorsprung (316) aufweist, der von einer Seitenwand (318a) der Vertiefung (318) in radialer Richtung (24) nach innen hervorsteht.
- 19. Verdichter (300) nach irgendeiner der Ausführungsformen 17 oder 18, wobei das Verdichtergehäuse (310) einen im Wesentlichen zweiten ringförmigen Vorsprung (317) aufweist, der von einer Stirnwand (318b) der Vertiefung (318) in axialer Richtung (22) hervorsteht.
- 20. Aufladevorrichtung (400) umfassend:
- eine Antriebseinheit (410); und
- einen Verdichter (300) nach irgendeiner der vorangehenden Ausführungsformen,
- wobei das Verdichterrad (320) des Verdichters (300) über eine Welle (420) rotatorisch mit der Antriebseinheit (410) gekoppelt ist.
- 21. Aufladevorrichtung (400) nach Ausführungsform 20, wobei die Antriebseinheit (410) eine Turbine und/oder einen Elektromotor umfasst.
