DE102019203370A1

DE102019203370A1 - Verdichter mit verstellmechanismus

Info

Publication number: DE102019203370A1
Application number: DE102019203370.9A
Authority: DE
Inventors: Sascha Karstadt; Waldemar Henke
Original assignee: BorgWarner Inc
Current assignee: BorgWarner Inc
Priority date: 2019-03-12
Filing date: 2019-03-12
Publication date: 2020-09-17
Also published as: US20200291852A1; US11391200B2; CN111692132A; CN210290269U

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Verdichter 100 für eine Aufladevorrichtung 10. Der Verdichter 100 umfasst ein Verdichtergehäuse 110 mit einem Verdichtereinlass 112 und einem Verdichterauslass 114. Weiterhin umfasst der Verdichter 100 einen Verstellmechanismus 200 und eine Betätigungseinrichtung 300. Der Verstellmechanismus 200 umfasst einen Verstellring 210 und mehrere Blendenelementen 220 zum Verändern eines Einlassquerschnitts 112a des Verdichtereinlasses 112. Die Betätigungseinrichtung 300 umfasst eine Antriebseinheit 310 und eine Koppeleinheit 320. Dabei ist die Betätigungseinrichtung 300 über die Koppeleinheit 320 mit dem Verstellmechanismus 200 gekoppelt, um den Verstellmechanismus 200 zwischen einer ersten Stellung und einer zweiten Stellung zu bewegen.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Verdichter für eine Aufladevorrichtung. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Aufladevorrichtung mit einem derartigen Verdichter.
Hintergrund
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.
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.
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.
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. Zur Aktuierung der Verstellmechanismen werden Betätigungseinrichtungen benötigt, die mit dem Verstellmechanismus gekoppelt werden müssen. Dies resultiert in komplexen Systemen bezüglich Aufbau und Steuerung mit folglich entsprechend großen Abmessungen mit erhöhtem Bauraumbedarf, woraus wiederum Designeinschränkungen resultieren können.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Verdichter mit einer verbesserten Betätigungseinrichtung für einen Verstellmechanismus eines Verdichters bereitzustellen.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Verdichter für eine Aufladevorrichtung nach Anspruch 1. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Aufladevorrichtung mit einem derartigen Verdichter nach Anspruch 15.
Der Verdichter für eine Aufladevorrichtung umfasst ein Verdichtergehäuse mit einem Verdichtereinlass und einem Verdichterauslass. Weiterhin umfasst der Verdichter einen Verstellmechanismus und eine Betätigungseinrichtung. Der Verstellmechanismus umfasst einen Verstellring und mehrere Blendenelemente zum Verändern eines Einlassquerschnitts des Verdichtereinlasses. Die Betätigungseinrichtung umfasst eine Antriebseinheit und eine Koppeleinheit. Die Betätigungseinrichtung ist über die Koppeleinheit mit dem Verstellmechanismus gekoppelt, um den Verstellmechanismus zwischen einer ersten Stellung und einer zweiten Stellung zu bewegen. Die Antriebseinheit kann dabei die Koppeleinheit bewegen, welche wiederum die Bewegung auf den Verstellmechanismus überträgt. Der Verstellmechanismus ist dabei ausgelegt sich derart zu bewegen, dass die Blendenelemente den Einlassquerschnitt verringern können bzw. wieder freigeben können. Dadurch dass die Antriebseinheit den Verstellmechanismus direkt über die Koppeleinheit bewegen kann, kann ein kompaktes Design verwirklicht werden. Weiterhin kann durch die Umsetzung der Betätigungseinrichtung lediglich durch die Antriebseinheit und die Koppeleinheit umgesetzt werden, ohne beispielsweise die Notwendigkeit zusätzlicher komplizierter Übersetzungs- und/oder Getriebeeinheiten. In Summe kann ein verbesserter Verdichter mit einem kompakten System mit einfachem Aufbau zur Kennfeldstabilisierung des Verdichters bereitgestellt werden.
In Ausgestaltungen des Verdichters kann die Koppeleinheit einen länglichen Grundkörper mit einem ersten Endabschnitt und einem zweiten Endabschnitt umfassen. Der erste Endabschnitt kann dabei mit der Antriebseinheit gekoppelt sein. Der zweite Endabschnitt kann mit dem Verstellmechanismus gekoppelt sein. Mit anderen Worten ausgedrückt heißt das, dass der erste Endabschnitt direkt mit der Antriebseinheit gekoppelt sein kann und, dass der zweite Endabschnitt direkt mit dem Verstellmechanismus gekoppelt sein kann.
Zusätzlich kann die Antriebseinheit ausgelegt sein, die Koppeleinheit translatorisch entlang einer Achse des länglichen Grundkörpers zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position zu bewegen. Alternativ kann die Antriebseinheit ausgelegt sein, die Koppeleinheit rotatorisch entlang einer Achse des länglichen Grundkörpers zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position zu bewegen.
In Ausgestaltungen des Verdichters, die mit der vorangehenden Ausgestaltung kombinierbar sind, kann der zweite Endabschnitt derart mit dem Verstellmechanismus in Eingriff stehen, dass sich der Verstellmechanismus in der ersten Position des länglichen Grundkörpers in der ersten Stellung befindet und, dass sich der Verstellmechanismus in der zweiten Position des länglichen Grundkörpers in der zweiten Stellung befindet.
In Ausgestaltungen des Verdichters, die mit irgendeiner der vorangehenden Ausgestaltungen kombinierbar sind, kann die erste Stellung einer geöffneten Stellung des Verstellmechanismus entsprechen. Die zweite Stellung kann einer geschlossenen Stellung des Verstellmechanismus entsprechen. In der geöffneten Stellung des Verstellmechanismus ist der Einlassquerschnitt maximal. In der geschlossenen Stellung des Verstellmechanismus ist der Einlassquerschnitts reduziert. Mit anderen Worten ausgedrückt, heißt das, dass der Einlassquerschnitt in der geschlossenen Stellung des Verstellmechanismus nicht zwingend verschlossen ist, sondern vielmehr maximal reduziert ist. Das heißt in der geschlossenen Stellung des Verstellmechanismus liegt ein minimaler Einlassquerschnitt vor. In der geöffneten Stellung des Verstellmechanismus liegt ein maximaler Einlassquerschnitt vor.
In Ausgestaltungen des Verdichters, die mit irgendeiner der vorangehenden Ausgestaltungen kombinierbar sind, kann zumindest ein Anschlag an dem Verdichtergehäuse vorgesehen sein. Der Anschlag kann eine Bewegung der Koppeleinheit und/oder eine Bewegung des Verstellmechanismus in der ersten Stellung und/oder in der zweiten Stellung begrenzen. Insbesondere kann der Anschlag eine Bewegung des Verstellrings und/oder eine Bewegung eines oder mehrerer der Blendenelemente in der ersten Stellung und/oder in der zweiten Stellung begrenzen. Alternativ kann der Verstellmechanismus zumindest einen Anschlag umfassen, der eine Bewegung der Blendenelemente und/oder des Verstellrings in der ersten Stellung und/oder in der zweiten Stellung begrenzt. Die Blendenelemente umfassen jeweils ein Koppelelement, die mit entsprechenden Blendenaussparungen in dem Verstellring operativ gekoppelt sind, um die Blendenelemente über den Verstellring bewegen zu können. Beispielsweise können die Blendenaussparungen und/oder die Koppelelemente derart ausgebildet sein, dass nur maximale relative Bewegung möglich ist, ab der eine Art Verkantung auftritt, die eine weitere relative Bewegung der Blendenelemente relativ zum Verstellring, insbesondere in der geöffneten Stellung des Verstellmechanismus, verhindert. Die Blendenelemente können derart ausgebildet und/oder dimensioniert sein, dass sie, insbesondere in einer geschlossenen Stellung des Verstellmechanismus, mit den jeweils benachbarten Blendenelementen berührend in Kontakt treten. Dabei können die benachbarten Blendenelemente insbesondere in Umfangsrichtung berührend in Kontakt treten, so dass eine weitere Bewegung verhindert wird. Somit kann eine Bewegung der Blendenelemente und dadurch auch eine Bewegung des Verstellrings in der geschlossenen Position des Verstellrings begrenzt werden. Alternativ kann eine Begrenzung der Bewegung in der geschlossenen Position auch durch den oben erwähnten physischen Anschlag oder durch eine entsprechende Ausgestaltung von Koppelelementen und Blendenaussparungen umgesetzt werden.
In Ausgestaltungen des Verdichters, die mit irgendeiner der vorangehenden Ausgestaltungen kombinierbar sind, kann die Antriebseinheit eine pneumatische, eine hydraulische oder eine elektrische Antriebseinheit sein. Zusätzlich kann die Antriebseinheit, wenn sie pneumatisch ist, fluidisch mit einem Leitungsabschnitt stromabwärts des Verdichterauslasses gekoppelt sein.
In Ausgestaltungen des Verdichters, die mit irgendeiner der vorangehenden Ausgestaltungen kombinierbar sind, kann der Verdichter weiterhin eine Sicherungseinrichtung umfassen. Die Sicherungseinrichtung ist ausgelegt, den Verstellmechanismus in eine Sicherungsposition zu bringen und dort zu halten. Die Sicherheitseinrichtung kann beispielsweise derart konfiguriert sein, zu agieren, wenn eine (korrekte) Funktion der Antriebseinheit beeinträchtigt ist bzw. ausfällt. Beispielsweise kann die Sicherheitseinrichtung durch bei einer Unterbrechung der Stromversorgung und/oder der pneumatischen Versorgung und/oder einer Überlastung des Verdichters aktiviert werden. Die Sicherungsposition kann dabei der ersten Stellung des Verstellmechanismus oder der zweiten Stellung des Verstellmechanismus entsprechen. Bevorzugt ist die Sicherheitseinrichtung ausgelegt den Verstellmechanismus in die erste Stellung zu bringen, in der der Einlassquerschnitt maximal ist. Das heißt die Sicherungsposition entspricht bevorzugt der ersten Stellung des Verstellmechanismus und/oder der geöffneten Stellung des Verstellmechanismus. Die Sicherungseinrichtung kann beispielsweise ein Federelement umfassen.
In Ausgestaltungen des Verdichters, die mit der vorangehenden Ausgestaltung kombinierbar sind, kann die Sicherungseinrichtung mit der Antriebseinheit gekoppelt sein. Alternativ kann die Sicherungseinrichtung mit dem Verstellmechanismus, insbesondere mit dem Verstellring gekoppelt sein. Auch eine kombinierte Kopplung mit der Antriebseinheit und dem Verstellmechanismus ist möglich. Wenn die Sicherungseinrichtung mit der Antriebseinheit gekoppelt ist, kann die Sicherungseinrichtung ausgelegt sein, die Koppeleinheit derart zu bewegen, dass die Koppeleinheit wiederum den Verstellmechanismus in die Sicherungsposition bringt. Wenn die Sicherungseinrichtung mit dem Verstellmechanismus gekoppelt ist, kann der Verstellmechanismus auch beispielsweise bei einem Defekt der Koppeleinheit, insbesondere bei einem Bruch der Koppeleinheit, unabhängig von der Koppeleinheit und/oder der Antriebseinheit in die Sicherungsposition gebracht werden.
In Ausgestaltungen des Verdichters, die mit irgendeiner der vorangehenden Ausgestaltungen kombinierbar sind, kann der zweite Endabschnitt operativ mit dem Verstellring in direktem Eingriff stehen. Alternativ kann der zweite Endabschnitt operativ mit einem oder mehreren der Blendenelemente in direkten Eingriff stehen.
In Ausgestaltungen des Verdichters, die mit irgendeiner der vorangehenden Ausgestaltungen kombinierbar sind, in denen die Koppeleinheit translatorisch entlang der Achse des länglichen Grundkörpers bewegbar ist, kann der zweite Endabschnitt eines von einer Aussparung oder einer Erhebung umfassen. Der Verstellring kann dabei das andere von der Aussparung oder der Erhebung umfassen. Die Aussparung und die Erhebung stehen dabei operativ miteinander in Eingriff. Zusätzlich kann, wenn der zweite Endabschnitt die Aussparung umfasst, die Aussparung orthogonal zur Achse des länglichen Grundkörpers und orthogonal zur Verdichterachse verlaufen. Alternativ kann, wenn der Verstellring die Aussparung umfasst, die Aussparung in radialer Richtung verlaufen. Hierdurch kann eine Kompensation des radialen Versatzes zwischen der Koppeleinheit und dem Verstellring während der Bewegung erreicht werden, da die Koppeleinheit tangential zum Verstellring bewegt wird. Die Koppeleinheit, insbesondere der längliche Grundkörper, ist dabei in tangentialer Richtung zum Verstellmechanismus, insbesondere in tangentialer Richtung zum Verstellring angeordnet. Genauer gesagt ist die Koppeleinheit bzw. der längliche Grundkörper in tangentialer Richtung des Verdichters und mit Versatz in radialer Richtung nach innen angeordnet, um mit dem Verstellring gekoppelt werden zu können. Somit kann eine translatorische Bewegung der Koppeleinheit in eine Drehbewegung des Verstellrings übertragen werden. Die Erhebung kann sich dabei im Wesentlichen in axialer Richtung des Verdichters erstrecken. Weiterhin kann sich die Erhebung in im Wesentlichen axialer Richtung in die Aussparung hinein erstrecken. Die Erhebung kann beispielsweise stift- oder bolzenförmig ausgebildet sein. Die Aussparung kann alternativ auch lediglich als Vertiefung, z.B. als Nut ausgebildet sein. Der erste Endabschnitt kann beispielsweise als Verlängerung des länglichen Grundkörpers ausgebildet und direkt mit der Antriebseinheit gekoppelt sein, um eine translatorische Bewegung bzw. translatorische Kräfte aufzunehmen.
Alternativ zu der vorangehenden Ausgestaltung kann der zweite Endabschnitt ein Dreigelenk umfassen. Das Dreigelenk ist operativ mit dem Verstellring gekoppelt und ausgelegt, eine translatorische Bewegung der Koppeleinheit in eine rotatorische Bewegung des Verstellrings umzuwandeln. Hierdurch kann eine Kompensation des radialen Versatzes zwischen der Koppeleinheit und dem Verstellring während der Bewegung erreicht werden, da die Koppeleinheit tangential zum Verstellring bewegt wird.
In Ausgestaltungen des Verdichters, die mit irgendeiner der vorangehenden Ausgestaltungen kombinierbar sind, in denen die Koppeleinheit translatorisch entlang der Achse des länglichen Grundkörpers bewegbar ist, kann das Verdichtergehäuse eine Bohrung umfassen. Durch die Bohrung kann der längliche Grundkörper in das Verdichtergehäuse eintreten. Zusätzlich kann in der Bohrung eine Lagerhülse angeordnet sein, in der der längliche Grundkörper gleitend angeordnet ist. Zusätzlich kann die Bohrung in tangentialer Richtung (des Verstellmechanismus bzw. des Verstellrings) angeordnet sein. Genauer gesagt ist die Bohrung in tangentialer Richtung des Verdichters und mit Versatz in radialer Richtung nach innen angeordnet.
In Ausgestaltungen des Verdichters, die mit irgendeiner der vorangehenden Ausgestaltungen kombinierbar sind, in denen die Koppeleinheit rotatorisch entlang der Achse des länglichen Grundkörpers bewegbar ist, kann der zweite Endabschnitt gabelförmig oder pinförmig ausgebildet sein und radial von der Achse des länglichen Grundkörpers abstehen. Der zweite Endabschnitt kann mit einer entsprechenden Vertiefung in dem Verstellring oder mit einer entsprechenden Erhebung des Verstellrings in operativem Eingriff stehen. Insbesondere, wenn der zweite Endabschnitt gabelförmig ausgebildet ist, kann er mit einer entsprechenden Erhebung des Verstellrings in operativem Eingriff stehen. Der zweite Endabschnitt kann sich dabei insbesondere in axialer Richtung des Verstellrings in die Vertiefung des Verstellrings hineinerstrecken. Insbesondere kann zweite Endabschnitt in axialer Richtung mit dem Verstellring, also mit dessen Vertiefung oder Erhebung in operativem Eingriff stehen. Im Fall einer Vertiefung kann diese einen tangentialen Verlauf aufweisen, um einen radialen Versatz zwischen der Koppeleinheit und dem Verstellring während der Bewegung zu kompensieren. Zu dem gleichen Zweck kann alternativ oder zusätzlich auch der zweite Endabschnitt entsprechend kleiner ausgebildet sein als die Aussparung.
In Ausgestaltungen des Verdichters, die mit irgendeiner der vorangehenden Ausgestaltungen kombinierbar sind, in denen die Koppeleinheit rotatorisch entlang der Achse des länglichen Grundkörpers bewegbar ist, kann der erste Endabschnitt einen Hebel und eine daran gekoppelte Stange umfassen. Der Hebel kann dabei radial von der Achse des länglichen Grundkörpers abstehen. Die Stange kann dabei direkt mit der Antriebseinheit derart gekoppelt sein, dass die Stange translatorisch entlang ihrer Achse durch die Antriebseinheit bewegbar ist. Eine Umwandlung der translatorischen Bewegung der Stange in eine Schwenkbewegung bzw. eine Drehung des Hebels um die Achse des länglichen Grundkörpers ist dadurch möglich, dass die Stange tangential zur Achse des länglichen Grundkörpers (und radial von der Achse länglichen Grundkörpers nach außen versetzt) angeordnet ist.
Alternativ zu der vorangehenden Ausgestaltung, kann die Antriebseinheit ausgelegt sein, eine Rotationsbewegung zu erzeugen. Dabei kann der erste Endabschnitt direkt mit der Antriebseinheit gekoppelt und ausgelegt sein, eine rotatorische Bewegung aufzunehmen. Der erste Endabschnitt kann beispielsweise als Verlängerung des länglichen Grundkörpers ausgebildet und direkt mit der rotatorischen Antriebseinheit gekoppelt sein, um eine rotatorische Bewegung bzw. rotatorische Kräfte aufzunehmen.
In Ausgestaltungen des Verdichters, die mit irgendeiner der vorangehenden Ausgestaltungen kombinierbar sind, in denen die Koppeleinheit rotatorisch entlang der Achse des länglichen Grundkörpers bewegbar ist, kann das Verdichtergehäuse eine Bohrung umfassen. Durch die Bohrung kann der längliche Grundkörper in das Verdichtergehäuse eintreten. Zusätzlich kann in der Bohrung eine Lagerhülse angeordnet sein, in der der längliche Grundkörper drehbar gelagert ist. Zusätzlich kann die Bohrung in radialer Richtung des Verdichters oder in axialer Richtung des Verdichters angeordnet sein.
In Ausgestaltungen des Verdichters, die mit irgendeiner der vorangehenden Ausgestaltungen kombinierbar sind, kann die Antriebseinheit direkt an dem Verdichtergehäuse angeordnet, insbesondere befestigt sein.
In Ausgestaltungen des Verdichters, die mit irgendeiner der vorangehenden Ausgestaltungen kombinierbar sind, kann die Betätigungseinrichtung weiterhin eine Steuereinheit umfassen. Die Steuereinheit kann ausgelegt sein, die Antriebseinheit entsprechend unterschiedlicher Betriebszustände des Verdichters zu regeln.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Aufladevorrichtung, die eine Antriebseinrichtung und eine Welle umfasst. Weiterhin umfasst die Aufladevorrichtung einen Verdichter nach irgendeiner der vorangehenden Ausgestaltungen. Der Verdichter ist dabei drehfest mit der Antriebseinrichtung über die Welle gekoppelt Genauer gesagt ist das Verdichterrad des Verdichters dabei über die Welle mit der Antriebseinrichtung gekoppelt. Die Antriebseinrichtung kann eine Turbine und/oder ein Elektromotor umfassen.
Figurenliste

1A zeigt eine perspektivische Ansicht eines Verdichters mit der Betätigungseinrichtung;
1B Zeigt eine Draufsicht des Verdichters aus 1A ohne Einlassstutzen mit sichtbarem Verstellmechanismus,
2A-2B zeigen eine Draufsicht und eine Detailansicht des Verstellmechanismus aus denen der Anschlag ersichtlich ist;
3 zeigt in einer perspektivischen Ansicht, wie die Betätigungseinrichtung und der Verstellmechanismus gemäß einer ersten Ausgestaltung einer translatorisch beweglichen Koppeleinheit miteinander gekoppelt sind;
4 zeigt in einer perspektivischen Ansicht, wie die Betätigungseinrichtung und der Verstellmechanismus gemäß einer zweiten Ausgestaltung einer translatorisch beweglichen Koppeleinheit miteinander gekoppelt sind;
5A-5B zeigen in perspektivischen Ansichten, wie die Betätigungseinrichtung und der Verstellmechanismus gemäß einer ersten Ausgestaltung einer rotatorisch beweglichen Koppeleinheit miteinander gekoppelt sind mit dem Verstellmechanismus in einer geschlossenen Stellung (5A) und in einer geöffneten Stellung (5B);
5C zeigt eine Ausgestaltung des Verstellrings für eine rotatorisch bewegliche Koppeleinheit in einer Draufsicht;
6A zeigt in einer perspektivischen Ansicht, wie die Betätigungseinrichtung und der Verstellring gemäß einer zweiten Ausgestaltung einer rotatorisch beweglichen Koppeleinheit miteinander gekoppelt sind;
6B zeigt die Kopplung nach 6A eingebaut in einem Verdichter;
7 zeigt das Verdichtergehäuse in einer perspektivischen Ansicht mit Flansch und Dichtung zum Koppeln mit der Betätigungseinrichtung;
8 zeigt eine schematische Darstellung einer Aufladevorrichtung.

Ausführliche Beschreibung
Im Kontext dieser Anmeldung beziehen sich die Ausdrücke axial und axiale Richtung auf eine Rotationsachse des Verdichters 100 bzw. des Verstellrings 210. Mit Bezug zu den Figuren (siehe bspw. 1A oder 3) wird die axiale Richtung des Verdichters 100 bzw. des Verstellrings 210 mit dem Bezugszeichen 22 dargestellt. Eine radiale Richtung 24 bezieht sich dabei auf die Achse 22 des Verdichters 100 bzw. des Verstellrings 210. Ebenso bezieht sich ein Umfang bzw. eine Umfangsrichtung 26 dabei auf die Achse 22 des Verdichters 100 bzw. des Verstellrings 210. Eine tangentiale Richtung 28 bezieht sich dabei auf eine im Wesentlichen orthogonal zur radialen Richtung 24 stehende Orientierung. Grundsätzlich sind Orientierungen und Richtungen gemäß diesen Erläuterungen zu interpretieren, außer eine axiale/translatorische/radiale/umfängliche/tangentiale oder sonstige Orientierung/Richtung bezieht sich explizit auf ein anderes Objekt (z.B. länglicher Grundkörper).
1A und 1B zeigen den erfindungsgemäßen Verdichter 100 für eine Aufladevorrichtung 10. Der Verdichter 100 umfasst ein Verdichtergehäuse 110 mit einem Verdichtereinlass 112 und einem Verdichterauslass 114. Weiterhin umfasst der Verdichter 100 einen Verstellmechanismus 200 und eine Betätigungseinrichtung 300. In 1A ist im Bereich des Verdichtereinlasses 112 ein Einlassstutzen 130 an dem Verdichtergehäuse 110 angebracht, weswegen der Verstellmechanismus 200 nur in 1B sichtbar ist. Der Verstellmechanismus 200 umfasst einen Verstellring 210 und mehrere Blendenelemente 220 zum Verändern eines Einlassquerschnitts 112a des Verdichtereinlasses 112. Die Betätigungseinrichtung 300 umfasst eine Antriebseinheit 310 und eine Koppeleinheit 320. Die Betätigungseinrichtung 300 ist über die Koppeleinheit 320 mit dem Verstellmechanismus 200 gekoppelt, um den Verstellmechanismus 200 zwischen einer ersten Stellung und einer zweiten Stellung zu bewegen. Die Antriebseinheit 310 kann dabei die Koppeleinheit 320 bewegen, welche wiederum die Bewegung auf den Verstellmechanismus 200 überträgt. Der Verstellmechanismus 200 ist dabei ausgelegt sich derart zu bewegen, dass die Blendenelemente 220 den Einlassquerschnitt 112a verringern können bzw. wieder freigeben können. Dies wird deutlich bei Betrachtung der 5A und 5B, die jeweils eine geschlossene und eine geöffnete Stellung des Verstellmechanismus 200 zeigen. Dabei entspricht die erste Stellung (5B) einer geöffneten Stellung des Verstellmechanismus 200 und die zweite Stellung (5A) entspricht einer geschlossenen Stellung des Verstellmechanismus 200. In der geöffneten Stellung des Verstellmechanismus 200 ist der Einlassquerschnitt 112a maximal. In der geschlossenen Stellung des Verstellmechanismus 200 ist der Einlassquerschnitts 122a hingegen reduziert. Mit anderen Worten ausgedrückt, heißt das, dass der Einlassquerschnitt 122a in der geschlossenen Stellung des Verstellmechanismus 200 nicht zwingend verschlossen ist, sondern vielmehr maximal reduziert ist. Das heißt in der geschlossenen Stellung des Verstellmechanismus 200 liegt ein minimaler Einlassquerschnitt 112a vor. In der geöffneten Stellung des Verstellmechanismus 200 liegt ein maximaler Einlassquerschnitt 112a vor. Auch verschiedene Zwischenstellungen, wie beispielsweise in 3 und 6B dargestellt, sind einstellbar. Durch die Veränderung des Einlassquerschnitts 112a kann ein Pumpverhalten des Verdichters 100 verbessert werden. Mit anderen Worten kann somit eine kennfeldstabilisierende Maßnahme (KSM) bzw. kennfelderweiternde Maßnahme realisiert werden, die wiederum die Betriebseigenschaften und den Betriebsbereich des Verdichters verbessern. Dadurch dass die Antriebseinheit 310 den Verstellmechanismus 200 direkt über die Koppeleinheit 320 bewegen kann, kann ein kompaktes Design verwirklicht werden. Weiterhin kann durch die Umsetzung der Betätigungseinrichtung 300 lediglich durch die Antriebseinheit 310 und die Koppeleinheit 320 umgesetzt werden, ohne beispielsweise die Notwendigkeit zusätzlicher komplizierter Übersetzungs- und/oder Getriebeeinheiten. In Summe kann ein verbesserter Verdichter 100 mit einem kompakten System mit einfachem Aufbau zur Kennfeldstabilisierung des Verdichters 100 bereitgestellt werden.
Mit Bezug zu 3 und 5A wird die Koppeleinheit 320 genauer erläutert. Grundsätzlich umfasst die Koppeleinheit 320 einen länglichen Grundkörper 322 mit einem ersten Endabschnitt 324 und einem zweiten Endabschnitt 326. Der erste Endabschnitt 324 ist dabei mit der Antriebseinheit 310 gekoppelt. Der zweite Endabschnitt 326 ist mit dem Verstellmechanismus 200 gekoppelt. Mit anderen Worten ausgedrückt heißt das, dass der erste Endabschnitt 324 direkt mit der Antriebseinheit 310 gekoppelt sein kann (siehe bspw. 3) und, dass der zweite Endabschnitt 326 direkt mit dem Verstellmechanismus 200 gekoppelt sein kann (siehe bspw. 5A und 5B). Bevorzugt steht der zweite Endabschnitt 326 operativ in direktem Eingriff mit dem Verstellring 210. Zusätzlich oder alternativ kann der zweite Endabschnitt 326 operativ mit einem oder mehreren der Blendenelemente 220 in direkten Eingriff stehen. Alternativ zur direkten Kopplung kann der erste Endabschnitt 324 auch über weitere Elemente (z.B. 325) mit der Antriebseinheit 310 gekoppelt sein, was weiter unten mit Bezug zu 6A im Detail erläutert wird. Ebenso kann der zweite Endabschnitt 326 über weitere Elemente (z.B. 327) mit dem Verstellmechanismus 200 gekoppelt sein, was weiter unten mit Bezug zu 4 im Detail erläutert wird.
Der Verstellmechanismus 200 umfasst weiterhin mehrere Anschläge 116 (siehe 2A und 2B). Die Anschläge sind ausgelegt eine Bewegung der Blendenelemente 220 und des Verstellrings 210 in der ersten Stellung und in der zweiten Stellung zu begrenzen. Diesbezüglich umfassen die Blendenelemente 220 jeweils ein Koppelelement 222. Der Verstellring 210 umfasst entsprechende Blendenaussparungen 216, je eine für ein Koppelelement 222. Die Koppelelemente 222 sind mit den Blendenaussparungen 216 operativ gekoppelt, um die Blendenelemente 220 über den Verstellring 210 bewegen zu können. Die Anschläge 116 sind dabei durch eine entsprechende geometrische Ausgestaltung und Dimensionierung der Koppelelemente 222 und der Blendenaussparungen 216 umgesetzt. Beispielsweise können die Blendenaussparungen 216 und/oder die Koppelelemente 222 derart ausgebildet sein, dass nur eine maximale relative Bewegung möglich ist, ab der eine Art Verkantung auftritt, die eine weitere relative Bewegung der Blendenelemente 220 relativ zum Verstellring 210, insbesondere in der geöffneten Stellung des Verstellmechanismus 200, verhindert (siehe 2B). Die Blendenelemente 220 können derart ausgebildet und/oder dimensioniert sein, dass sie, insbesondere in einer geschlossenen Stellung des Verstellmechanismus 200, mit den jeweils benachbarten Blendenelementen 220 berührend in Kontakt treten. Dabei können die benachbarten Blendenelemente 220 insbesondere in Umfangsrichtung 26 berührend in Kontakt treten, so dass eine weitere Bewegung verhindert wird (siehe 5A). Somit kann eine Bewegung der Blendenelemente 220 und dadurch auch eine Bewegung des Verstellrings 210 in der geschlossenen Position begrenzt werden. Das heißt die Anschläge 116 werden einerseits in der geöffneten Stellung des Verstellmechanismus 200 durch eine entsprechende geometrische Abstimmung der der Koppelelemente 222 und der Blendenaussparungen 216, und andererseits in der geschlossenen Stellung des Verstellmechanismus 200 durch eine entsprechende geometrische Ausgestaltung der Blendenelemente 220 bzw. aneinanderstoßender Kanten der Blendenelemente 220 selbst umgesetzt. Alternativ hierzu kann zumindest ein physischer Anschlag (nicht dargestellt) an dem Verdichtergehäuse 110 vorgesehen sein. Dies kann beispielsweise in Form eines Vorsprungs oder einer Erhebung umgesetzt sein, die aus dem Verdichtergehäuse 110 hervortritt. Der Anschlag kann eine Bewegung der Koppeleinheit 320 und/oder eine Bewegung des Verstellmechanismus 200 in der ersten Stellung und/oder in der zweiten Stellung begrenzen. Insbesondere kann der Anschlag eine Bewegung des Verstellrings 210 und/oder eine Bewegung eines oder mehrerer der Blendenelemente 220 in der ersten Stellung und/oder in der zweiten Stellung begrenzen.
Grundsätzlich lassen sich zwei verschiedene Ausgestaltungen der Koppeleinheit 320 unterscheiden. Entsprechend unterschiedlich kann auch die Antriebseinheit 310 ausgebildet sein. Dies ist zum einen eine translatorisch bewegliche Koppeleinheit 320 (siehe 1A, 1B, 3, 4) und zum anderen eine rotatorisch bewegliche Koppeleinheit 320 (siehe 5A, 5B, 6A, 6B). Das heißt die Antriebseinheit 310 kann ausgelegt sein, die Koppeleinheit 320 translatorisch entlang einer Achse 322a des länglichen Grundkörpers 322 zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position zu bewegen. Alternativ kann die Antriebseinheit 310 ausgelegt sein, die Koppeleinheit 320 rotatorisch entlang einer Achse 322a des länglichen Grundkörpers 322 zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position zu bewegen. In beiden Ausführungen steht der zweite Endabschnitt 326 derart mit dem Verstellmechanismus 200 in Eingriff, dass sich der Verstellmechanismus 200 in der ersten Position des länglichen Grundkörpers 322 in der ersten Stellung befindet. Der zweite Endabschnitt 326 steht weiterhin derart mit dem Verstellmechanismus 200 in Eingriff, dass sich der Verstellmechanismus 200 in der zweiten Position des länglichen Grundkörpers 322 in der zweiten Stellung befindet.
Die folgenden Ausführungen betreffen Ausgestaltungen, in denen die Koppeleinheit 320 translatorisch entlang der Achse 322a des länglichen Grundkörpers 322 bewegbar ist. In der Ausgestaltung nach 3 umfasst der zweite Endabschnitt 326 eine Aussparung 212 und der Verstellring 210 eine Erhebung 214. Alternativ kann der zweite Endabschnitt 326 auch eine Erhebung 214 und der Verstellring 210 eine Aussparung 212 umfassen. Die Aussparung 212 und die Erhebung 214 stehen dabei operativ miteinander in Eingriff. Im in der 3 gezeigten Beispiel weist die Aussparung 212 einen orthogonal zur Achse 322a des länglichen Grundkörpers 322 und orthogonal zur Verdichterachse 22 orientierten Verlauf auf. Alternativ kann, wenn der Verstellring 210 die Aussparung 212 umfasst, die Aussparung 212 in radialer Richtung 24 verlaufen. Hierdurch kann eine Kompensation des radialen Versatzes zwischen der Koppeleinheit 320 und dem Verstellring 210 während der Bewegung erzielt werden, da die Koppeleinheit 320 in tangentialer Richtung 28 zum Verstellring 210 bewegt wird. Die Koppeleinheit 320, insbesondere der längliche Grundkörper 322, ist dabei in tangentialer Richtung 28 zum Verstellmechanismus 200, insbesondere in tangentialer Richtung 28 zum Verstellring 210 angeordnet. Genauer gesagt ist die Koppeleinheit 320 bzw. der längliche Grundkörper 322 in tangentialer Richtung 28 des Verdichters 100 und mit Versatz in radialer Richtung 24 nach innen angeordnet, um mit dem Verstellring 210 gekoppelt werden zu können. Somit kann eine translatorische Bewegung der Koppeleinheit 320 in eine Drehbewegung des Verstellrings 210 übertragen werden. Die Erhebung 214 kann sich dabei im Wesentlichen in axialer Richtung 22 des Verdichters 100 erstrecken. Weiterhin kann sich die Erhebung 214 in im Wesentlichen axialer Richtung 22 in die Aussparung 212 hinein erstrecken. Die Erhebung 214 kann beispielsweise stift- oder bolzenförmig ausgebildet sein. Die Aussparung 212 kann alternativ auch lediglich als Vertiefung, z.B. als Nut ausgebildet sein. Der erste Endabschnitt 324 kann beispielsweise als Verlängerung des länglichen Grundkörpers 322 ausgebildet und direkt mit der Antriebseinheit 310 gekoppelt sein (durch gestrichelte Linien angedeutet in 3), um eine translatorische Bewegung bzw. translatorische Kräfte aufzunehmen.
Alternativ zu der vorangehenden Ausgestaltung kann der zweite Endabschnitt 326 ein Dreigelenk 327 umfassen (siehe 4). Das Dreigelenk 327 ist operativ mit dem Verstellring 210 gekoppelt und ausgelegt, eine translatorische Bewegung der Koppeleinheit 320 in eine rotatorische Bewegung des Verstellrings 210 umzuwandeln. Hierdurch kann eine Kompensation des radialen Versatzes zwischen der Koppeleinheit 320 und dem Verstellring 210 während der Bewegung erreicht werden, da die Koppeleinheit 320 tangential zum Verstellring 210 bewegt wird. Das Verdichtergehäuse 110 umfasst eine Bohrung 117 (siehe 7). Durch die Bohrung 117 kann der längliche Grundkörper 322 in das Verdichtergehäuse 110 eintreten. Zusätzlich kann in der Bohrung 117 eine Lagerhülse (nur in Zusammenhang mit rotatorisch beweglicher Koppeleinheit 320 gezeigt) angeordnet sein, in der der längliche Grundkörper 322 gleitend angeordnet ist. Zusätzlich kann die Bohrung 117 in tangentialer Richtung 28 (des Verstellmechanismus 200 bzw. des Verstellrings 210) angeordnet sein. Genauer gesagt ist die Bohrung 117 in tangentialer Richtung 28 des Verdichters 100 und mit Versatz in radialer Richtung 24 nach innen angeordnet.
Die folgenden Ausführungen betreffen Ausgestaltungen, in denen die Koppeleinheit 320 rotatorisch entlang der Achse 322a des länglichen Grundkörpers 322 bewegbar ist, ist der zweite Endabschnitt 326 gabelförmig (siehe 6A und 6B) oder pinförmig (siehe 5A und 5B) ausgebildet. Dabei steht der zweite Endabschnitt 326 radial von der Achse 322a des länglichen Grundkörpers 322 ab. Der zweite Endabschnitt 326 steht mit einer entsprechenden Aussparung 212 in dem Verstellring 210 in operativem Eingriff. Alternativ oder zusätzlich kann der zweite Endabschnitt 326 mit einer entsprechenden Erhebung 214 des Verstellrings 210 gekoppelt sein. Dies ist insbesondere der Fall, wenn der zweite Endabschnitt 326 gabelförmig ausgebildet ist (siehe 6A und 6B). Der zweite Endabschnitt 326 kann sich dabei insbesondere in axialer Richtung 22 des Verstellrings 210 in die Vertiefung 212 des Verstellrings 210 hineinerstrecken. Insbesondere kann zweite Endabschnitt 326 in axialer Richtung 22 mit dem Verstellring 210, also mit dessen Vertiefung 212 und/oder Erhebung 214 in operativem Eingriff stehen. Im Fall einer Vertiefung 212 kann diese einen Verlauf in tangentialer Richtung 28 aufweisen, um einen radialen Versatz zwischen der Koppeleinheit 320 und dem Verstellring 210 während der Bewegung zu kompensieren. Zu dem gleichen Zweck kann alternativ oder zusätzlich auch der zweite Endabschnitt 326 zumindest in einem Bereich, der mit der Aussparung in Eingriff tritt entsprechend kleiner ausgebildet sein als die Aussparung 212, wie dies in den 5A und 5B gezeigt ist. Wie insbesondere der 5C zu entnehmen ist, kann die Aussparung 212 auch einen Verlauf in radialer Richtung 24 aufweisen und optional in radialer Richtung 24 nach außen offen sein. Die Aussparung 212 kann alternativ auch lediglich als Vertiefung, z.B. als Nut ausgebildet sein.
Der erste Endabschnitt 324 kann, wie im Beispiel der 6A gezeigt, einen Hebel 324a und eine daran gekoppelte Stange 325 umfassen. Der Hebel 324a kann dabei ähnlich wie bei der Kopplung des zweiten Endabschnitts 326 und des Verstellrings 210 aus 3 eine nutförmige Aussparung aufweisen (nicht dargestellt), um einen radialen Versatz relativ zur Achse 322a des länglichen Grundkörpers 322 zu kompensieren. Der Hebel 324a steht dabei radial von der Achse 322a des länglichen Grundkörpers 322 ab. Die Stange 325 ist dabei direkt mit der Antriebseinheit 310 derart gekoppelt, dass die Stange 325 translatorisch entlang ihrer Achse 325a durch die Antriebseinheit 310 bewegbar ist. Eine Umwandlung der translatorischen Bewegung der Stange 325 in eine Schwenkbewegung bzw. eine Drehung des Hebels 324a um die Achse 322a des länglichen Grundkörpers 322 ist dadurch möglich, dass die Stange 325 tangential zur Achse 322a des länglichen Grundkörpers 322 (und radial von der Achse 322a länglichen Grundkörpers 322 nach außen versetzt) angeordnet ist. Auch wenn dieses Beispiel nur in Zusammenhang mit einem gabelförmigen zweiten Endabschnitt 326 gezeigt ist, sollte dies nicht als eine Beschränkung auf eine derartige Ausgestaltung gesehen werden und könnte beispielsweise genauso in einer Ausgestaltung mit pinförmigem zweiten Endabschnitt 326 angewandt werden.
Alternativ zu der vorangehenden Ausgestaltung, kann die Antriebseinheit 310 ausgelegt sein, eine Rotationsbewegung zu erzeugen (siehe 6B). Dabei ist der erste Endabschnitt 324 direkt mit der Antriebseinheit 310 gekoppelt und ausgelegt, eine rotatorische Bewegung aufzunehmen. Der erste Endabschnitt 324 ist als Verlängerung des länglichen Grundkörpers 322 ausgebildet und direkt mit der rotatorischen Antriebseinheit 310 gekoppelt, um eine rotatorische Bewegung bzw. rotatorische Kräfte aufzunehmen. Auch wenn dieses Beispiel nur in Zusammenhang mit einem gabelförmigen zweiten Endabschnitt 326 gezeigt ist, sollte dies nicht als eine Beschränkung auf eine derartige Ausgestaltung gesehen werden und könnte beispielsweise genauso in einer Ausgestaltung mit pinförmigem zweiten Endabschnitt 326 angewandt werden.
Wie beispielhaft in der 6B dargestellt, umfasst das Verdichtergehäuse 110 eine Bohrung 117. Durch die Bohrung 117 kann der längliche Grundkörper 322 in das Verdichtergehäuse 110 eintreten. Zusätzlich ist in der Bohrung 117 eine Lagerhülse 118 (nicht sichtbar) angeordnet, in der der längliche Grundkörper 322 drehbar gelagert ist. Die Bohrung 117 ist in radialer Richtung 24 des Verdichters 100 im Verdichtergehäuse 110 angeordnet. Alternativ kann die Bohrung 117 in axialer Richtung 22 des Verdichters 100 im Verdichtergehäuse 110 angeordnet sein.
Die nachfolgenden Ausführungen beziehen sich wieder auf beide Ausgestaltungen der Koppeleinheit 320 - also sowohl auf translatorisch bewegliche als auch rotatorisch bewegliche Koppeleinheiten 320.
Die Antriebseinheit ist in den gezeigten Beispielen als eine pneumatische Antriebseinheit 310 (bspw. 1A) oder als elektrische Antriebseinheit 310 (bspw. 6B) ausgebildet.
Alternativ könnte die Antriebseinheit aber auch beispielweise als hydraulische Antriebseinheit 310 ausgebildet sein. In Ausgestaltungen, in denen die Antriebseinheit 310 pneumatisch ist, kann die Antriebseinheit 310 fluidisch mit einem Leitungsabschnitt 318 stromabwärts bzw. im Bereich des Verdichterauslasses 114 gekoppelt sein, wie dies schematisch in der 1B angedeutet ist. Wesentlich hierbei ist, dass der Leitungsabschnitt 318 im Hochdruckbereich des Verdichters 100 angeordnet bzw. gekoppelt ist. Das heißt der Leitungsabschnitt 318 kann stromabwärts des Verdichterrades 120 angeordnet sein. Dies hat den Vorteil, dass die Antriebseinheit 310 direkt über den Hochdruckbereich des Verdichters 100 selbstregelnd gesteuert werden kann.
Der Verdichter 100 umfasst weiterhin eine Sicherungseinrichtung 312. Diese Sicherungseinrichtung 312 ist schematisch in den 3 und 6B dargestellt. Die Sicherungseinrichtung 312 ist ausgelegt, den Verstellmechanismus 200 in eine Sicherungsposition zu bringen und dort zu halten. Die Sicherheitseinrichtung 312 kann beispielsweise derart konfiguriert sein, zu agieren, wenn eine (korrekte) Funktion der Antriebseinheit 310 beeinträchtigt ist bzw., wenn die Antriebseinheit 310 ausfällt. Beispielsweise kann die Sicherheitseinrichtung 312 durch bei einer Unterbrechung der Stromversorgung und/oder der pneumatischen Versorgung und/oder einer Überlastung des Verdichters 100 aktiviert werden. Die Sicherungsposition kann dabei der ersten Stellung des Verstellmechanismus 200 oder der zweiten Stellung des Verstellmechanismus entsprechen. Bevorzugt ist die Sicherheitseinrichtung 312 ausgelegt den Verstellmechanismus 200 in die erste Stellung zu bringen, in der der Einlassquerschnitt 112a maximal ist. Das heißt die Sicherungsposition entspricht bevorzugt der ersten Stellung des Verstellmechanismus 200 bzw. der geöffneten Stellung des Verstellmechanismus 200. Die Sicherungseinrichtung 312 kann beispielsweise ein Federelement umfassen, das den Verstellmechanismus 200 und/oder die Antriebseinheit 310 in einer Stellung vorspannt. Im Beispiel der 3 ist die Sicherungseinrichtung 312 mit der Antriebseinheit 310 gekoppelt. Im Beispiel der 6B ist die Sicherungseinrichtung 312 mit dem Verstellmechanismus 200 beziehungsweise mit dem Verstellring 210 gekoppelt. Auch eine kombinierte Kopplung mit der Antriebseinheit 310 und dem Verstellmechanismus 200 ist möglich. Wenn die Sicherungseinrichtung 312 mit der Antriebseinheit 310 gekoppelt ist, kann die Sicherungseinrichtung 312 ausgelegt sein, die Koppeleinheit 320 derart zu bewegen, dass die Koppeleinheit 320 wiederum den Verstellmechanismus 200 in die Sicherungsposition bringt. Wenn die Sicherungseinrichtung 312 mit dem Verstellmechanismus 200 gekoppelt ist, kann der Verstellmechanismus 200 auch beispielsweise bei einem Defekt der Koppeleinheit 320, insbesondere bei einem Bruch der Koppeleinheit 320, unabhängig von der Koppeleinheit 320 und/oder der Antriebseinheit 310 in die Sicherungsposition gebracht werden.
Die Antriebseinheit 310 kann direkt an dem Verdichtergehäuse 110 angeordnet, insbesondere befestigt sein. Hierfür kann das Verdichtergehäuse 110 mit einem entsprechenden Flansch 119 vorgesehen werden (siehe 7), an dem die Antriebseinheit 310 angebracht werden kann. Optional kann der Flansch 119 eine Dichtungsnut 119a mit einem Dichtungsring 119b umfassen. Dadurch kann eine Leckage verhindert oder zumindest eingeschränkt werden.
Die Betätigungseinrichtung weiterhin eine Steuereinheit (nicht dargestellt) umfassen. Die Steuereinheit kann ausgelegt sein, die Antriebseinheit 310 entsprechend unterschiedlicher Betriebszustände des Verdichters 100 zu regeln.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Aufladevorrichtung 10, die eine Antriebseinrichtung 410 und eine Welle 420 umfasst (siehe 8). Weiterhin umfasst die Aufladevorrichtung 10 den weiter oben beschriebenen Verdichter 100. Der Verdichter 100 ist dabei drehfest mit der Antriebseinrichtung 410 über die Welle 420 gekoppelt Genauer gesagt ist das Verdichterrad 120 des Verdichters 100 dabei über die Welle 420 mit der Antriebseinrichtung 410 gekoppelt. Die Antriebseinrichtung 410 umfasst eine Turbine. Alternativ oder zusätzlich kann die Antriebseinrichtung 410 einen Elektromotor umfassen. Auch wenn dies nur nicht in der 8 dargestellt ist, umfasst der Verdichter 100 den Verstellmechanismus 200 und die Betätigungseinrichtung 300.
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. Verdichter (100) für eine Aufladevorrichtung (10) umfassend:
- ein Verdichtergehäuse (110) mit einem Verdichtereinlass (112) und einem Verdichterauslass (114),
- einen Verstellmechanismus (200) mit einem Verstellring (210) und mehreren Blendenelementen (220) zum Verändern eines Einlassquerschnitts (112a) des Verdichtereinlasses (112), und
- eine Betätigungseinrichtung (300) mit einer Antriebseinheit (310) und einer Koppeleinheit (320), wobei die Betätigungseinrichtung (300) über die Koppeleinheit (320) mit dem Verstellmechanismus (200) gekoppelt ist, um den Verstellmechanismus (200) zwischen einer ersten Stellung und einer zweiten Stellung zu bewegen.
2. Verdichter (100) nach Ausführungsform 1, wobei die Koppeleinheit (320) einen länglichen Grundkörper (322) mit einem ersten Endabschnitt (324) und einem zweiten Endabschnitt (326) umfasst, wobei der erste Endabschnitt (324) mit der Antriebseinheit (310) und der zweite Endabschnitt (326) mit dem Verstellmechanismus (200) gekoppelt ist.
3. Verdichter (100) nach Ausführungsform 2, wobei die Antriebseinheit (310) ausgelegt ist, die Koppeleinheit (320) translatorisch entlang einer Achse (322a) des länglichen Grundkörpers (322) zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position zu bewegen.
4. Verdichter (100) nach Ausführungsform 2, wobei die Antriebseinheit (310) ausgelegt ist, die Koppeleinheit (320) rotatorisch entlang einer Achse (322a) des länglichen Grundkörpers (322) zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position zu bewegen.
5. Verdichter (100) nach irgendeiner der Ausführungsformen 3 oder 4, wobei der zweite Endabschnitt (326) derart mit dem Verstellmechanismus (200) in Eingriff steht, dass sich der Verstellmechanismus (200) in der ersten Position des länglichen Grundkörpers (322) in der ersten Stellung befindet und, dass sich der Verstellmechanismus (200) in der zweiten Position des länglichen Grundkörpers (322) in der zweiten Stellung befindet.
6. Verdichter (100) nach irgendeiner der Ausführungsformen 2 bis 5, wobei zumindest ein Anschlag (116) an dem Verdichtergehäuse (110) vorgesehen ist, der eine Bewegung der Koppeleinheit (320) und/oder eine Bewegung des Verstellmechanismus (200), insbesondere eine Bewegung des Verstellrings (210) in der ersten Position und/oder in der zweiten Position begrenzt.
7. Verdichter (100) nach irgendeiner der Ausführungsformen 1 bis 5, wobei der Verstellmechanismus (200) zumindest einen Anschlag (116) umfasst, der eine Bewegung der Blendenelemente (220) und/oder des Verstellrings (210) in der ersten Stellung und/oder in der zweiten Stellung begrenzt.
8. Verdichter (100) nach irgendeiner der vorangehenden Ausführungsformen, wobei die erste Stellung einer geöffneten Stellung des Verstellmechanismus (200) entspricht, in der der Einlassquerschnitts (112a) maximal ist, und wobei die zweite Stellung einer geschlossenen Stellung des Verstellmechanismus (200) entspricht, in der der Einlassquerschnitts (112a) reduziert ist.
9. Verdichter (100) nach irgendeiner der vorangehenden Ausführungsformen, wobei die Antriebseinheit (310) eine pneumatische, eine hydraulische oder eine elektrische Antriebseinheit (310) ist und optional, wenn die Antriebseinheit (310) pneumatisch ist, wobei die Antriebseinheit (310) fluidisch mit einem Leitungsabschnitt (318) stromabwärts des Verdichterauslasses (314) gekoppelt ist.
10. Verdichter (100) nach irgendeiner der vorangehenden Ausführungsformen, weiterhin umfassend eine Sicherungseinrichtung (312), die ausgelegt ist, den Verstellmechanismus (200) in eine Sicherungsposition zu bringen und dort zu halten.
11. Verdichter (100) nach Ausführungsform 10, wobei die Sicherungsposition der ersten Stellung des Verstellmechanismus (200) oder der zweiten Stellung des Verstellmechanismus (200) entspricht.
12. Verdichter (100) nach irgendeiner der Ausführungsformen 10 oder 11, wobei die Sicherungseinrichtung (312) mit der Antriebseinheit (310) und/oder mit dem Verstellmechanismus (200), insbesondere mit dem Verstellring (210) gekoppelt ist.
13. Verdichter (100) nach irgendeiner der vorangehenden Ausführungsformen, wenn abhängig von Ausführungsform 2, wobei der zweite Endabschnitt (326) operativ mit dem Verstellring (210) oder operativ mit einem der Blendenelemente (220) in direkten Eingriff steht.
14. Verdichter (100) nach irgendeiner der vorangehenden Ausführungsformen, wenn abhängig von Ausführungsform 3, wobei der zweite Endabschnitt (326) eines von einer Aussparung (212) oder einer Erhebung (214) und der Verstellring (210) das andere von der Aussparung (212) oder der Erhebung (214) umfasst, wobei die Aussparung und die Erhebung operativ miteinander in Eingriff stehen.
15. Verdichter (100) nach Ausführungsform 14, wobei, wenn der zweite Endabschnitt (326) die Aussparung (212) umfasst, die Aussparung (212) orthogonal zur Achse (322a) des länglichen Grundkörpers und orthogonal zur Verdichterachse (22) verläuft, oder wenn der Verstellring (210) die Aussparung (212) umfasst, die Aussparung (212) in radialer Richtung (24) verläuft.
16. Verdichter (100) nach irgendeiner der vorangehenden Ausführungsformen, wenn abhängig von Ausführungsform 3, wobei der zweite Endabschnitt (326) ein Dreigelenk (327) umfasst, das operativ mit dem Verstellring (210) gekoppelt und ausgelegt ist eine translatorische Bewegung der Koppeleinheit (320) in eine rotatorische Bewegung des Verstellrings (210) umzuwandeln.
17. Verdichter (100) nach irgendeiner der vorangehenden Ausführungsformen, wenn abhängig von Ausführungsform 3, wobei das Verdichtergehäuse (110) eine Bohrung (117) umfasst, durch die der längliche Grundkörper (322) in das Verdichtergehäuse (110) eintritt, und optional wobei in der Bohrung (117) eine Lagerhülse (118) angeordnet ist, in der der längliche Grundkörper (322) gleitet.
18. Verdichter (100) nach Ausführungsform 17, wobei die Bohrung (117) in tangentialer Richtung (28) angeordnet ist.
19. Verdichter (100) nach irgendeiner der vorangehenden Ausführungsformen, wenn abhängig von Ausführungsform 4, wobei der zweite Endabschnitt (326) gabelförmig oder pinförmig ausgebildet ist und radial von der Achse (322a) des länglichen Grundkörpers (322) absteht und, wobei der zweite Endabschnitt (326) mit einer entsprechende Aussparung (212) in dem Verstellring (210) oder mit einer entsprechenden Erhebung (214) des Verstellrings (210) in operativem Eingriff steht.
20. Verdichter (100) nach irgendeiner der vorangehenden Ausführungsformen, wenn abhängig von Ausführungsform 4, wobei der erste Endabschnitt (324) einen Hebel (324a) und eine daran gekoppelte Stange (325) umfasst, wobei der Hebel (324a) radial von der Achse (322a) des länglichen Grundkörpers (322) absteht und, wobei die Stange (325) direkt mit der Antriebseinheit (310) derart gekoppelt ist, dass die Stange (325) translatorisch entlang ihrer Achse (325a) durch die Antriebseinheit (310) bewegt wird.
21. Verdichter (100) nach irgendeiner der Ausführungsformen 1 bis 18, wenn abhängig von Ausführungsform 4, wobei die Antriebseinheit (310) ausgelegt ist eine Rotationsbewegung zu erzeugen und, wobei der erste Endabschnitt (324) direkt mit der Antriebseinheit (310) gekoppelt und ausgelegt ist eine rotatorische Bewegung aufzunehmen.
22. Verdichter (100) nach irgendeiner der vorangehenden Ausführungsformen, wenn abhängig von Ausführungsform 4, wobei das Verdichtergehäuse (110) eine Bohrung (117) umfasst, durch die der längliche Grundkörper (312) in das Verdichtergehäuse (110) eintritt, und optional wobei in der Bohrung (117) eine Lagerhülse (118) angeordnet ist, in der der längliche Grundkörper (312) drehbar gelagert ist.
23. Verdichter (100) nach Ausführungsform 22, wobei die Bohrung (117) in radialer Richtung (24) oder in axialer Richtung (22) angeordnet ist.
24. Verdichter (100) nach irgendeiner der vorangehenden Ausführungsformen, wobei die Antriebseinheit (310) direkt an dem Verdichtergehäuse (110) angeordnet, insbesondere befestigt ist.
25. Verdichter (100) nach irgendeiner der vorangehenden Ausführungsformen, wobei die Betätigungseinrichtung (300) weiterhin eine Steuereinheit (330) umfasst, die die Antriebseinheit (310) entsprechend unterschiedlicher Betriebszustände des Verdichters (300) regelt.
26. Aufladevorrichtung (10) umfassend:
- eine Antriebseinrichtung (410) und einen Verdichter (100) nach irgendeiner der vorangehenden Ausführungsformen, wobei der Verdichter (100) über eine Welle (420) drehfest mit der Antriebseinrichtung (410) gekoppelt ist.
27. Aufladevorrichtung (10) nach Ausführungsform 26, wobei die Antriebseinrichtung (410) eine Turbine und/oder einen Elektromotor umfasst.

Claims

Verdichter (100) für eine Aufladevorrichtung (10) umfassend: ein Verdichtergehäuse (110) mit einem Verdichtereinlass (112) und einem Verdichterauslass (114), einen Verstellmechanismus (200) mit einem Verstellring (210) und mehreren Blendenelementen (220) zum Verändern eines Einlassquerschnitts (112a) des Verdichtereinlasses (112), und eine Betätigungseinrichtung (300) mit einer Antriebseinheit (310) und einer Koppeleinheit (320), wobei die Betätigungseinrichtung (300) über die Koppeleinheit (320) mit dem Verstellmechanismus (200) gekoppelt ist, um den Verstellmechanismus (200) zwischen einer ersten Stellung und einer zweiten Stellung zu bewegen.
Verdichter (100) nach Anspruch 1, wobei die Koppeleinheit (320) einen länglichen Grundkörper (322) mit einem ersten Endabschnitt (324) und einem zweiten Endabschnitt (326) umfasst, wobei der erste Endabschnitt (324) mit der Antriebseinheit (310) und der zweite Endabschnitt (326) mit dem Verstellmechanismus (200) gekoppelt ist.
Verdichter (100) nach Anspruch 2, wobei die Antriebseinheit (310) ausgelegt ist, die Koppeleinheit (320) translatorisch entlang einer Achse (322a) des länglichen Grundkörpers (322) zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position zu bewegen.
Verdichter (100) nach Anspruch 2, wobei die Antriebseinheit (310) ausgelegt ist, die Koppeleinheit (320) rotatorisch entlang einer Achse (322a) des länglichen Grundkörpers (322) zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position zu bewegen.
Verdichter (100) nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Verstellmechanismus (200) zumindest einen Anschlag (116) umfasst, der eine Bewegung der Blendenelemente (220) und/oder des Verstellrings (210) in der ersten Stellung und/oder in der zweiten Stellung begrenzt.
Verdichter (100) nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, wobei die erste Stellung einer geöffneten Stellung des Verstellmechanismus (200) entspricht, in der der Einlassquerschnitts (112a) maximal ist, und wobei die zweite Stellung einer geschlossenen Stellung des Verstellmechanismus (200) entspricht, in der der Einlassquerschnitts (112a) reduziert ist.
Verdichter (100) nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, weiterhin umfassend eine Sicherungseinrichtung (312), die ausgelegt ist, den Verstellmechanismus (200) in eine Sicherungsposition zu bringen und dort zu halten.
Verdichter (100) nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, wenn abhängig von Anspruch 3, wobei der zweite Endabschnitt (326) eines von einer Aussparung (212) oder einer Erhebung (214) und der Verstellring (210) das andere von der Aussparung (212) oder der Erhebung (214) umfasst, wobei die Aussparung und die Erhebung operativ miteinander in Eingriff stehen.
Verdichter (100) nach Anspruch 8, wobei, wenn der zweite Endabschnitt (326) die Aussparung (212) umfasst, die Aussparung (212) orthogonal zur Achse (322a) des länglichen Grundkörpers und orthogonal zur Verdichterachse (22) verläuft, oder wenn der Verstellring (210) die Aussparung (212) umfasst, die Aussparung (212) in radialer Richtung (24) verläuft.
Verdichter (100) nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, wenn abhängig von Anspruch 3, wobei der zweite Endabschnitt (326) ein Dreigelenk (327) umfasst, das operativ mit dem Verstellring (210) gekoppelt und ausgelegt ist eine translatorische Bewegung der Koppeleinheit (320) in eine rotatorische Bewegung des Verstellrings (210) umzuwandeln.
Verdichter (100) nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, wenn abhängig von Anspruch 4, wobei der zweite Endabschnitt (326) gabelförmig oder pinförmig ausgebildet ist und radial von der Achse (322a) des länglichen Grundkörpers (322) absteht und, wobei der zweite Endabschnitt (326) mit einer entsprechende Aussparung (212) in dem Verstellring (210) oder mit einer entsprechenden Erhebung (214) des Verstellrings (210) in operativem Eingriff steht.
Verdichter (100) nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, wenn abhängig von Anspruch 4, wobei der erste Endabschnitt (324) einen Hebel (324a) und eine daran gekoppelte Stange (325) umfasst, wobei der Hebel (324a) radial von der Achse (322a) des länglichen Grundkörpers (322) absteht und, wobei die Stange (325) direkt mit der Antriebseinheit (310) derart gekoppelt ist, dass die Stange (325) translatorisch entlang ihrer Achse (325a) durch die Antriebseinheit (310) bewegt wird.
Verdichter (100) nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, wenn abhängig von Anspruch 4, wobei das Verdichtergehäuse (110) eine Bohrung (117) umfasst, durch die der längliche Grundkörper (312) in das Verdichtergehäuse (110) eintritt, und optional wobei in der Bohrung (117) eine Lagerhülse (118) angeordnet ist, in der der längliche Grundkörper (312) drehbar gelagert ist, und optional, , wobei die Bohrung (117) in radialer Richtung (24) oder in axialer Richtung (22) angeordnet ist.
Verdichter (100) nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Antriebseinheit (310) direkt an dem Verdichtergehäuse (110) angeordnet, insbesondere befestigt ist.
Aufladevorrichtung (10) umfassend: eine Antriebseinrichtung (410) und einen Verdichter (100) nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Verdichter (100) über eine Welle (420) drehfest mit der Antriebseinrichtung (410) gekoppelt ist.