DE60022044T2

DE60022044T2 - Druckgussgehäuse für kreiselkompressoren mit echter spiralform

Info

Publication number: DE60022044T2
Application number: DE60022044T
Authority: DE
Inventors: A. George ADEFF; S. Christopher MARR
Original assignee: AlliedSignal Inc
Current assignee: Honeywell International Inc
Priority date: 1999-06-30
Filing date: 2000-06-30
Publication date: 2006-03-30
Anticipated expiration: 2020-07-01
Also published as: CN1270103C; EP1192360B1; JP4636758B2; US6193463B1; RO118598B1; CA2378219A1; MXPA02000023A; CN1359452A; ATE302344T1; JP2003503631A; PL352555A1; DE60022044D1; HU228101B1; AU6066800A; KR20020020922A; WO2001000996A1; KR100668162B1; EP1192360A1; HUP0201651A2; BR0011957A

Description

ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Druckgussgehäuse für Kreiselkompressoren. Insbesondere stellt die Erfindung ein Druckgussteil und ein Druckgussverfahren zur Herstellung eines Gehäuses mit echter Spiralform für den Kompressorauslass bereit.
BESCHREIBUNG DES STANDES DER TECHNIK
Gehäuse für Kreiselkompressoren sind in der Regel Aluminiumgussteile, die aufgrund der Spiralform, die aus aerodynamischen Gründen im Kompressorauslasskanal erforderlich ist, mittels einer Sandguss- oder p-Formtechnik hergestellt werden. Druckgießen wurde bisher nicht angewendet, weil sich eine echte Spiralform für den Auslasskanal nicht bewerkstelligen ließ, wodurch die Aerodynamik beeinträchtigt wurde.
Das Druckgussverfahren ist dank der ihm eigenen Maßbeständigkeit und Reproduzierbarkeit der Gussteile und dank der mit druckgegossenem Aluminium erreichten Materialeigenschaften ein überaus zweckmäßiges Verfahren für die Massenproduktiön. Engere Toleranzen und strengere Nutzformvorgaben werden mittels Druckgießen leichter erreicht als mit anderen Techniken. Im Vergleich zu den anderen Gießverfahren lässt sich mittels Druckgießen außerdem ein deutlicher höherer Produktionsausstoß erreichen. Es ist daher wünschenswert, ein Kompressorgehäuse mit einer echten Spiralform im Auslasskanal bereitzustellen, das mittels Druckgießen hergestellt wird.
GB-A-863,361 offenbart einen Kreiselkompressor, bei dem das abgegebene Flüssigkeitsvolumen innerhalb bestimmter Grenzen variiert werden kann, ohne eine komplette Kompressoreinheit auswechseln zu müssen.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung stellt ein Druckgusskompressorgehäuse bereit, das eine äußere Gehäuseschale enthält, die einen teilweisen, umfänglich verlaufenden äußeren Wandabschnitt für die Spirale und einen Vorsprung, der den Umfang einer in der Gehäuseschale befindlichen Öffnung umfängt, aufweist. Ein Einsatz, der einen ersten Abschnitt mit einer im Wesentlichen zylindrischen Außenwand aufweist, ist in der Öffnung in der äußeren Gehäuseschale aufgenommen und enthält einen Lufteinlass. Der Einsatz weist einen zweiten Abschnitt auf, der sich radial auswärts erstreckt und einen passenden Vorsprung enthält, der den Vorsprung der äußeren Gehäuseschale dergestalt in Eingriff nimmt, dass ein umfänglich verlaufender innerer Wandabschnitt für die Spirale gebildet wird. Eine rückwärtige Platte weist neben seinem Außenumfang einen dritten Vorsprung auf, der in einer Ausnehmung in der äußeren Gehäuseschale aufgenommen ist und den umfänglich verlaufenden äußeren Wandabschnitt für die Spirale vervollständigt. Der Vorsprung der äußeren Gehäuseschale weist eine erste Kontaktfläche auf, die eine zweite Kontaktfläche an dem dazu passenden Vorsprung in Eingriff nimmt, wobei die erste und die zweite Kontaktfläche relativ zu einem Bezugspunkt spiralförmig abwärts verlaufen, wobei der Bezugspunkt die Ebene der Eingriffnahme zwischen der äußeren Gehäuseschale und der rückwärtigen Platte ist, und wobei die Ausnehmung eine dritte Kontaktfläche aufweist, die von einer vierten Kontaktfläche an dem dritten Vorsprung beabstandet ist, wobei die dritte und die vierte Kontaktfläche relativ zu dem Bezugspunkt spiralförmig abwärts verlaufen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Details und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden anhand der detaillierten Beschreibung und der Zeichnungen besser verständlich.
1 ist eine auseinandergezogene Ansicht der drei Elemente einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine geschnittene Seitenansicht des Kompressorgehäuses von 1 in einer zusammengebauten Konfiguration.
3 ist eine Stirnansicht des Kompressorgehäuses von 1 in der zusammengebauten Konfiguration.
4 ist eine geschnittene Seitenansicht einer alternativen Ausführungsform des Kompressorgehäuses.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Wenden wir uns den Zeichnungen zu, wo 1 ein Kreiselkompressorgehäuse zeigt, das die vorliegende Erfindung beinhaltet. Der Kompressor enthält eine äußere Gehäuseschale 10, einen Einlass- und Diffusorwandeinsatz 12 und die rückwärtige Platte 14. Der Auslassanschluss 16 vom Kompressorgehäuse ist an den Ansaugkrümmer des Motors oder an eine andere Vorrichtung, welche die komprimierte Luft erhält, angeschlossen. Luft zum Komprimieren tritt durch einen Einlass 18 ein, wie am besten in 2 zu sehen.
Zusätzlich zu dem Lufteinlass enthält der Einsatz 12 einen ersten Abschnitt, der eine Einlaufwand 20 neben dem (nicht gezeigten) Kompressorlaufrad bildet, das sich um eine Achse A dreht. Ein zweiter Abschnitt des Einsatzes stellt eine sich radial erstreckende Fläche bereit, die im Wesentlichen senkrecht zur Drehachse des Laufrades verläuft, dergestalt, dass eine äußere Diffusorwand 24 entsteht. Der zweite Abschnitt bildet des Weiteren einen inneren Wandabschnitt 26 für die Spirale und erstreckt sich in einem ersten passenden Vorsprung 28 für einen Abschnitt der inneren Umfangswand der Spirale. Der erste Abschnitt des Einsatzes, der eine im Wesentlichen zylindrische Form mit einer abgestuften Außenfläche aufweist, ist bei der gezeigten Ausführungsform in einer mittigen Öffnung 30 in der äußeren Gehäuseschale mit einem Presssitz aufgenommen, um den Einsatzabschnitt relativ zu der rückwärtigen Platte in Position zu halten, was im Weiteren eingehender beschrieben wird. Die Öffnung ist mit der Drehachse für die Ausrichtung des Gehäuses konzentrisch.
Die äußere Gehäuseschale stellt eine Außenwand 32 für die Spirale bereit und beinhaltet einen zweiten passenden Vorsprung 34, der sich neben der Öffnung, die den Einsatz aufnimmt, befindet und diese Öffnung umgibt, wobei der zweite passende Vorsprung den ersten passenden Vorsprung dergestalt in Eingriff nimmt, dass der übrige Teil des inneren, umfänglich verlaufenden Wandabschnitts der Spirale gebildet wird.
Die rückwärtige Platte enthält eine innere Diffusorwand 36 und beinhaltet einen dritten passenden Vorsprung 38, der einen Abschnitt des äußeren, umfänglich verlaufenden Wandabschnitts der Spirale bildet. Der dritte passende Vorsprung ist in einer Ausnehmung 40 in der äußeren Gehäuseschale aufgenommen. Bei der in den Zeichnungen gezeigten Ausführungsform nimmt der periphere Abschnitt 42 der äußeren Gehäuseschale den peripheren Abschnitt 44 der rückwärtigen Platte in einer Ebene, die durch die Bezugszahl 45 definiert ist, in Eingriff und ist mit (nicht gezeigten) Schrauben oder anderen Befestigungsmitteln (d. h. V-Bandklemmen, Klebstoff usw.) befestigt, die in passenden Öffnungen (beispielsweise Öffnungen 46 und 48) von Flanschlappen 50 und 52 aufgenommen sind, wie am besten in 1 oder 3 zu sehen. Wenden wir uns wieder 2 zu. Die dort zu sehenden Passflächen der peripheren Abschnitte der äußeren Gehäuseschale und der rückwärtigen Platte sind maschinell gearbeitet. Der periphere Abschnitt 42 der äußeren Gehäuseschale enthält eine Schräge 54 neben einer Nut 56 in der rückwärtigen Platte, die einen Runddichtring oder eine Metalldichtung 58 in Eingriff nehmen. Eine Öffnung 60 nimmt eine Welle auf, die das (nicht gezeigte) Kompressorlaufrad mit seiner Antriebsvorrichtung wie beispielsweise einer Turboladerturbine oder einem mechanischen oder elektrischen Antrieb verbindet. Bei der in den Zeichnungen gezeigten Ausführungsform enthält die rückwärtige Platte eine Dichtungskontaktfläche 64 und Schraubenbefestigungslappen 66, wie am besten in 1 zu sehen, um das Kompressorgehäuse an einem Zentralgehäuse eines Turboladers zu befestigen.
Die vollständige Spirale wird durch die zusammengesetzte Baugruppe aus äußerer Gehäuseschale, Einsatz und rückwärtiger Platte gebildet. Wenn wir als Beispiel den unteren Abschnitt von 2 betrachten und – links beginnend – im Uhrzeigersinn vorgehen, so bilden der dritte Vorsprung an der rückwärtigen Platte und die äußere Gehäuseschale neben der Ausnehmung den umfänglich verlaufenden äußeren Abschnitt der Spiralwand; die äußere Gehäuseschale selbst bildet den äußeren Abschnitt der Wand; der erste Vorsprung an der äußeren Gehäuseschale und der passende Vorsprung an dem Einsatz bilden den inneren umfänglich verlaufenden Abschnitt der Wand; und die Fortsetzung des zweiten Abschnitts des Einsatzes bildet schließlich den inneren Abschnitt der Wand.
Der erste und der zweite Abschnitt in 2 enden in passenden Kontaktflächen 70 und 72, die relativ zu einem Bezugspunkt spiralförmig abwärts verlaufen, wobei bei der gezeigten Ausführungsform dieser Bezugspunkt die Ebene der Ineingriffnahme 45 zwischen der äußeren Gehäuseschale und der rückwärtigen Platte ist. Gleichermaßen enden der dritte Vorsprung und die Aus nehmung in der äußeren Gehäuseschale in Kontaktflächen 74 und 76, die relativ zu dem Bezugspunkt spiralförmig abwärts verlaufen. Die Abmessungen der Kontaktflächen 70, 72, 74 und 76 für den ersten Vorsprung 28, den zweiten Vorsprung 34 und die dritten Vorsprünge 38 und die Ausnehmung entsprechen den Abmessungen M, N und R in 2, die für die in Tabelle 1 gezeigte Ausführungsform aufgerissen sind. Die Sektorenpositionen für die Maßangaben von Tabelle 1 liegen von einem im 3 gezeigten 0°-Bezugspunkt ausgehend in 15°-Schritten. Tabelle 1 zeigt auch die radiale Abmessung der Vorsprünge, ausgehend von der Achse A, wobei D1 und D2 dem ersten Vorsprung 28 und dem zweiten Vorsprung 34 entsprechen, während B1 und B2 dem dritten Vorsprung 38 entsprechen. Die Abmessungen C1 und C2 entsprechen der radialen Abmessung des Innenumfangs der Kontaktfläche 76 und der Ausnehmung 40 in der äußeren Gehäuseschale. Die Werte in Tabelle 1 wurden nicht in Abmessungen ausgedrückt, wobei der Durchmesser des in 2 mit Φ bezeichneten Diffusors als Divisor verwendet wurde.
Jedes der drei Elemente des die vorliegende Erfindung verkörpernden Kompressorgehäuses bildet eine klare Zeichnung für die jeweilige Gussform. Das spiralförmige Auf- und Absteigen der passenden Kontaktflächen an den Elementen ermöglicht das Beibehalten einer echten Spiralform, so dass das Kompressorgehäuse eine optimale Aerodynamik bietet. Jedes Element wird nahezu in seiner endgültigen Nutzform mit fast endgültigen Abmessungen gegossen, wobei eine maschinelle Endbearbeitung nur in dem Umfang, wie es zum Erreichen einer Abdichtung nötig ist, an den passenden Kontaktflächen 70 und 72, an der den Einsatz aufnehmenden Öffnung in der äußeren Gehäuseschale und an den Passflächen der peripheren Abschnitte der äußeren Gehäuseschale und der rückwärtigen Platte erforderlich ist. Die passenden Kontaktflächen 74 und 76 beinhalten ein gewisses Untermaß, so dass sie eine relationale Beabstandung mit einer ausreichenden Toleranz beibehalten, um einen im Wesent lichen abdichtenden Kontakt der Kontaktflächen 70 und 72 zu gestatten. Fluid, das durch die Kontaktflächen 74 und 76 leckt, wird durch die Dichtung 58 und die Passflächen der peripheren Abschnitte der äußeren Gehäuseschale und der rückwärtigen Platte aufgefangen.
4 zeigt eine alternative Ausführungsform der Erfindung, die den Kompressoreinlass 78 als einen Abschnitt der äußeren Gehäuseschale beinhaltet, und die Schulter 80 des Diffusorwandeinsatzes ist in dem Einlassabschnitt der äußeren Gehäuseschale aufgenommen.
Nachdem nun die Erfindung detailliert entsprechend den Patentvorschriften beschrieben wurde, fallen dem Fachmann Modifikationen und Austauschungen an den im vorliegenden Text beschriebenen konkreten Ausführungsformen ein. Solche Modifikationen und Austauschungen fallen in den Geltungsbereich und unter den Geist der vorliegenden Erfindung, wie er in den folgenden Ansprüchen definiert ist.
Tabelle 1
Tabelle 1 – Fortsetzung
Tabelle 1 – Fortsetzung
Tabelle 1 – Fortsetzung

Claims

Druckgussgehäuse für ein Kompressorlaufrad, umfassend: eine äußere Gehäuseschale (10) mit einem teilweisen, umfänglich verlaufenden äußeren Wandabschnitt (32) für die Spirale und einem Vorsprung (34) nahe einem Umfang einer mittigen Öffnung (30) in der Gehäuseschale (10), wobei die mittige Öffnung (30) mit einer Drehachse des Kompressorlaufrades konzentrisch ist; einen Einsatz (12), der einen ersten Abschnitt mit einer im Wesentlichen zylindrischen Außenwand (20) aufweist, die in der Öffnung (30) in der äußeren Gehäuseschale (10) aufgenommen ist und einen Lufteinlass (18) enthält, wobei der Einsatz (12) des Weiteren einen zweiten Abschnitt aufweist, der sich von dem ersten Abschnitt relativ zu der Achse radial auswärts erstreckt und einen passenden Vorsprung (28) enthält, der den Vorsprung (34) der äußeren Gehäuseschale dergestalt in Eingriff nimmt, dass ein umfänglich verlaufender innerer Wandabschnitt (26) für die Spirale gebildet wird; und eine rückwärtige Platte (14) mit einem dritten Vorsprung (38) nahe einem äußeren umfänglichen Abschnitt, wobei der dritte Vorsprung (38) in einer Ausnehmung (40) in der äußeren Gehäuseschale (10) aufgenommen ist und den umfänglich verlaufenden äußeren Wandabschnitt (32) für die Spirale vervollständigt; wobei der Vorsprung (34) der äußeren Gehäuseschale eine erste Kontaktfläche (72) aufweist, die eine zweite Kontaktfläche (70) an dem dazu passenden Vorsprung (28) in Eingriff nimmt, wobei die erste und die zweite Kontaktfläche (72, 70) relativ zu einem Bezugspunkt spiralförmig abwärts verlaufen, wobei der Bezugspunkt die Ebene der Eingriffnahme (45) zwischen der äußeren Gehäuseschale (10) und der rückwärtigen Platte (14) ist; und wobei die Ausnehmung (40) eine dritte Kontaktfläche (76) aufweist, die von einer vierten Kontaktfläche (74) an dem dritten Vorsprung (38) beabstandet ist, wobei die dritte und die vierte Kontaktfläche (76, 74) relativ zu dem Bezugspunkt spiralförmig abwärts verlaufen.
Druckgussgehäuse nach Anspruch 1, wobei der zweite Abschnitt des Einsatzes (12) des Weiteren eine äußere Wand (24) für einen Diffusor enthält und die rückwärtige Platte (14) einen Abschnitt radial einwärts von dem dritten Vorsprung (38) mit einer inneren Wand (36) für den Diffusor enthält.
Druckgussgehäuse nach Anspruch 1, wobei der zweite Abschnitt des Einsatzes (12) des Weiteren einen inneren Wandabschnitt (26) für die Spirale enthält.
Druckgussgehäuse nach Anspruch 1, wobei die erste und die zweite Kontaktfläche (72, 70) von dem Bezugspunkt ausgehend in 15-Grad-Sektoren mit einem normalisierten Abmessungsprofil folgendermaßen abwärts verlaufen: 2,3058367; 2,2487189; 2,1971003; 2,1489188; 2,1019247; 2,0561804; 2,0122484; 1,9701912; 1,9282589; 1,8844519; 1,8373953; 1,7874015; 1,735908; 1,683789; 1,630921; 1,575178; 1,513685; 1,442944; 1,361579; 1,271528; 1,178415; 2,492125; 2,427821; 2,366891; und wobei die vierte Kontaktfläche (74) von dem Bezugspunkt ausgehend in entsprechenden 15-Grad-Sektoren mit einem normalisierten Abmessungsprofil folgendermaßen abwärts verläuft: 1,9716285; 1,9635045; 1,9262592; 1,8775153; 1,8310211; 1,7885889; 1,7462192; 1,6994750; 1,6482939; 1,5946131; 1,5411823; 1,4887514; 1,436695; 1,383139; 1,325771; 1,263154; 1,195663; 1,125359; 1,052993; 0,975253; und die dritte Kontaktfläche (76) in einem Abstand zu der vierten Kontaktfläche abwärts verläuft.