EP0051327B1

EP0051327B1 - Druckwellenmaschine zur Aufladung von Verbrennungsmotoren

Info

Publication number: EP0051327B1
Application number: EP81201139A
Authority: EP
Inventors: Andreas Dipl.-Ing. Mayer; Werner Dr. Dipl.-Ing. Haase
Original assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland
Current assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland
Priority date: 1980-11-04
Filing date: 1981-10-13
Publication date: 1985-05-29
Also published as: DE3170745D1; JPS57108410A; EP0051327A1; US4487552A; ATE13581T1; CA1229832A; JPH0123653B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Druckwellenmaschine zur Aufladung von Verbrennungsmotoren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Zu den Maßnahmen, mit denen man den Wirkungsgrad von Druckwellenmaschinen zu verbessern trachtet, gehört eine Verringerung der Spiele zwischen den Stirnseiten des Rotorkörpers und dem Gasgehäuse bzw. dem Luftgehäuse. Um die Leckverluste so gering wie möglich zu halten, trachtet man, diese Spiele möglichst klein zu halten, wobei sie im ganzen Betriebsbereich möglichst konstant bleiben sollen.
Die Einhaltung dieser Bedingungen sucht man zu erreichen durch Wahl geeigneter, bezüglich ihrer Wärmedehnzahlen aufeinander abgestimmter Werkstoffe, die aber gleichzeitig den im Betrieb auftretenden thermischen und dynamischen Beanspruchungen genügen müssen. Dies gilt insbesondere für den Rotor, für den nur hochwarmfeste Materialien in Frage kommen.
Bis anhin hatte sich dafür u. a. eine Invar-Legierung hoher Warmfestigkeit und bis zu einer Temperatur von etwa 350° C (Curie-Punkt) gleichbleibend kleiner Wärmedehnzahl als geeignet erwiesen. Oberhalb dieser Temperatur aber nimmt die Wärmedehnzahl dann sprunghaft zu, so daß, wenn nicht spezielle, die Herstellung verteuernde konstruktive Maßnahmen getroffen werden, der Laderwirkungsgrad stark abnimmt. Für diese höheren Temperaturen ist diese Legierung also nur mehr bedingt geeignet. Mit dem Streben nach noch höheren Abgastemperaturen, beispielsweise bei Ottomotoren, genügen auch sonstige legierte Stähle oder metallische Superlegierungen den besagten Anforderungen nicht mehr.
Die Forderung nach möglichst kleinen Spielen zwischen den rotierenden und den stationären Komponenten im ganzen Lastbereich des Motors ist mit den bisher dafür verwendeten Werkstoffen nur sehr unvollkommen zu erfüllen. Denn bei schnellen Lastwechseln erleidet jeweils der Rotor die schnellste Temperaturänderung und damit Durchmesser- und Längenänderung. Die anderen Teile erfahren die Änderung der Temperatur und damit ihrer Abmessungen mit Verzug, so daß die Spiele vorübergehend - beim Beschleunigen - ganz aufgehoben werden können, der Rotor also anzustreifen beginnt oder - beim Drosseln - der Rotor sich schneller abkühlt und die Spiele damit vorübergehend sehr groß werden und der Wirkungsgrad entsprechend abnimmt.
Um diese Spieländerungen in möglichst engen Grenzen zu halten, führt man die Wandstärke des Rotorgehäuses möglichst dünn aus, so daß sich dieses bei Lastwechseln rasch erwärmt bzw- abkühlt und damit den schnellen Längen-und Durchmesseränderungen des Rotors genügend rasch zu folgen vermag. Kleine Wandstärken des Rotorgehäuses bedeuten aber größere Wärmeverluste und damit eine Wirkungsgradeinbuße.
Ein anderer Vorschlag zur Behebung dieser unerwünschten Spieländerungen ist aus der DE-OS 3014518 bekannt, von der der Patentanspruch 1 im Oberbegriff ausgeht. Diese betrifft einen Druckwellenlader, dessen Rotor und Gehäuse aus keramischen Materialien bestehen, wobei das Gehäusematerial eine größere Wärmedehnzahl aufweist als das Rotormaterial. Beispielsweise kann der Rotor aus Lithium-Aluminiumsilikat und das Gehäuse aus MagnesiumAluminiumsilikat bestehen. Dadurch soll es möglich sein, das Spiel zwischen Rotor und Gehäuse und damit die Leckverluste sehr klein zu halten. Um ferner auch das Spiel und die Leckverluste an den beiden Rotorstirnflächen möglichst klein zu halten, können zwischen den beiden Gehäusestirnflächen und dem Luft- bzw. Gasgehäuse, die den beiden Rotorstirnflächen benachbart sind, dichtende Zwischenlagen aus abreibbarem Material, z. B. Graphit, vorgesehen sein, damit die Rotorstirnflächen bei zu großer Längsausdehnung des Rotors durch Anstreifen nicht beschädigt werden. Falls es zu einem Anstreifen kommt, wird aber bei absinkender Gastemperatur das Axialspiel und demzufolge auch der Leckverlust an den Rotorstirnflächen infolge des Materialabtrags größer, was natürlich unerwünscht ist.
Um bei Druckwellenladern die unterschiedlichen Längenänderungen von miteinander verbundenen Komponenten aus unterschiedlichen Materialien, die noch dazu im Betrieb unterschiedlich starker Erwärmung unterliegen, auszugleichen, werden in den US-Patentschriften 3 362 620 und 3 450 334 bei aus verschiedenen Teilen zusammengesetzten Rotoren Dehnschrauben als Verbindungsmittel zwischen dem eigentlichen, die Rotorzellen aufweisenden Rotorkörper und beidseitig angesetzten, hülsenförmig ausgebildeten Wellenstummeln verwendet.
Bei Paarungen von Werkstoffen vergleichbarer Festigkeit ist diese Verbindungsart problemlos. Bei Paarungen von keramischen Materialien mit Metallen jedoch kann es zu Überlastungen des weniger festen Keramikmaterials kommen. In diesen Fällen sind daher zusätzlich zu Dehnschrauben leichter verformbare Zwischenglieder vorzusehen.
In der Feuerungstechnik stellt sich, beispielsweise bei Öfen und Kesseln, ebenfalls das Problem bezüglich einer sicher dichtenden Verbindung von Teilen aus Glas, z. B. Schaugläsern, oder Keramik mit metallischen Bauteilen. Da aber dort keine Bewegungen zwischen den zu verbindenden Teilen auftreten und auch die auftretenden Temperaturen im allgemeinen tiefer liegen, genügen als Verbindungsmittel, am Me tallteil festgeschraubte, elastische Stahlklammern.
Die vorliegende, im Patentanspruch 1 definierte Erfindung entstand aus der Aufgabe, für eine Druckwellenmaschine mit keramischem Rotor und Rotorgehäuse Verbindungsmittel zu finden, mit denen die vorstehend beschriebenen Nachteile vermieden werden und mit denen bei Laständerungen die erwähnten kleinen Spiele zwischen den Rotorstirnseiten und den Stirnseiten des Gas- bzw. des Luftgehäuses gleichbleibend gewahrt bleiben, um Spülverluste bzw. das Anstreifen zu vermeiden, und mit denen dank höherer thermischer Belastbarkeit ein besserer Wirkungsgrad und eine bessere Beschleunigungsfähigkeit erreichbar sind.
Dies soll gemäß der Erfindung durch eine den Eigenschaften der für Druckwellenmaschinen neuartigen keramischen Werkstoffe angepaßte konstruktive Gestaltung der Keramikteile und der Mittel zu ihrer Verbindung mit der Rotorwelle und dem Rotorgehäuse bzw. mit dem Gas- und dem Luftgehäuse verwirklicht werden.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher beschrieben. In der Zeichnung stellen dar:

Fig. 1, 3 und 4 drei Ausführungsformen von erfindungsgemäßen Druckwellenmaschinen in teilweise geschnittenerAnsicht,
Fig.2 ein Detail der Ausführung nach Fig. 1, die
Fig. 5 bis 8 zwei Ausführungsbeispiele für die Abdichtung der Verbindungsstelle zwischen Rotorgehäuse und Luft- bzw. Gasgehäuse, die
Fig. 9 und 10 einen Rotor der erfindungsgemäßen Bauart in einem Längsschnitt und in einer Seitenansicht, und die
Fig. 11 bis 17 verschiedene Möglichkeiten für eine werkstoffgerechte Verbindung des Rotors aus Keramik mit seiner Antriebswelle aus Stahl.

In den Fig. 1 sowie 3 und 4 ist das Gasgehäuse für die Zu- und Abfuhr der Abgase des Motors in den bzw. aus dem Rotor 1 mit 2 und das Luftgehäuse für das Ansaugen der Verbrennungsluft und Zuführen der verdichteten Ladeluft in den Motor mit 3 bezeichnet. Der Rotor 1 ist mit seiner Rotorwelle 4 im Luftgehäuse 3 fliegend gelagert. Außerhalb desselben sitzt am Wellenende einer Keilriemenscheibe 5 zum zwangsläufigen Antrieb des Rotors 1 durch den Motor.
Der Rotor 1 besteht ebenso wie das ihn umgebende Rotorgehäuse 6 aus keramischen Material, z. B. aus reaktionsgesinterter Siliziumnitridkeramik oder Siliziumkarbid, das in bekannter Weise nach dem Pressen, Gießen oder Extrudieren und Trocknen des Grünlings, d. h., des rohen ungebrannten Formkörpers, gebrannt und einem chemischen Härtungsprozeß unterworfen wird. Gegenüber einem Rotorgehäuse aus Metall ergibt sich bei diesem Gehäuse 6 aus Keramik das Problem, wegen der unterschiedlichen Wärmedehnzahlen des Gehäusewerkstoffs und der metallischen Verbindungselemente, mit denen das Gehäuse 6 mit dem aus Metall bestehenden Gasgehäuse 2 und Luftgehäuse 3 verbunden ist, diese Verbindungselemente so zu gestalten, daß unzulässig hohe Wärmespannungen, insbesondere Zugspannungen in der Keramik, als Folge von Dehnungsdifferenzen mit Sicherheit vermieden werden.
Bei der Ausführung des Gehäuses nach Fig. 1 bestehen diese Verbindungsmittel aus über den Umfang in gleichem Abstand verteilten-Dehnstiftschrauben 7, die an beiden Enden Gewinde aufweisen und am Einschraubende mit einem Bund 8 mit Schlüsselflächen zum Anziehen und Verspannen gegen das Gasgehäuse 2 versehen sind. Am freien Gewindeende, mit dem das Luftgehäuse 3 an das Rotorgehäuse 6 angeschraubt ist, ist, wie aus dem in Fig. 2 größer gezeichneten Ausschnitt A deutlich hervorgeht, unter der Mutter 9 eine Tellerfeder 10 vorgesehen, welche die im Betrieb auftretenden Dehnungsunterschiede zwischen den Dehnstiftschrauben 7 und dem Rotorgehäuse 6 ausgleicht.
Durch diese elastischen Verbindungsmittel 7, 9, 10 wird in axialer Richtung ein ständiger Formschluß zwischen den beiden Stirnflächen des Gehäuses und dem Gasgehäuse 2 sowie dem Luftgehäuse 3 gewährleistet und das Auftreten unzulässig hoher Spannungen vermieden, wobei aber die relative Verschiebung zwischen den Stirnflächen des Gas- und des Luftgehäuses einerseits und den beiden Stirnflächen des Gehäuses 6 nicht wesentlich behindert wird. Das Rotorgehäuse 6 besteht bei dieser Ausführung aus einem einfachen kreiszylindrischen Mantel mit den Längsbohrungen für die Dehnstiftschrauben 7. Die Herstellung eines solchen Mantels aus Keramik bereitet keinerlei Schwierigkeiten. Bei einer Serienherstellung käme dafür sogar das wirtschaftliche Strangpressen in Frage.
Zur Abdichtung sind an den beiden Stirnflächen des Rotorgehäuses duktile metallische Dichtungsringe 11 vorgesehen, die eine unbehinderte radiale Verschiebung der Dichtungsringflächen gegen den metallischen Sitz des Gas- bzw. Luftgehäuses ermöglichen. Statt solcher separater Ringe kann auch eine duktile Metallschicht auf die Stirnflächen des keramischen Rotorgehäuses 6 aufgespritzt werden. Um ihre gegenseitige radiale Verschieblichkeit zu erleichtern, könnten diese Sitze mit einem Gleitmittel behandelt werden. Dadurch lassen sich schädliche Verspannungen infolge unterschiedlicher radialer Ausdehnungen des metallischen G_as- bzw. Luftgehäuses gegenüber dem keramisehen Rotorgehäuse vermeiden.
Noch einfacher ist die Herstellung eines keramischen Rotorgehäuses 12 bei der Ausführung nach Fig. 3. Dieses Rotorgehäuse wird von einem einfachen kreiszylindrischen Rohr gebildet. Zur Verbindung des Rotorgehäuses 12 mit dem Gasgehäuse 2 und dem Luftgehäuse 3 dient hier eine zweiteilige Spannmanschette 13, deren beide Teile mit durch ihre Mittellinien angedeutete Schrauben und Flanschen 14 unter Vorspannung in Längsrichtung zusammengezogen werden. Zum Ausgleich der Wärmedehnungen im Betrieb sind die beiden Hälften der Spannmanschette mit nachgiebigen Umfangssicken 15 versehen, wodurch das Auftreten unzulässiger Längsspannungen vermieden wird. Um den Zusammenbau mit dem Gas- und dem Luftgehäuse zu ermöglichen, sind die beiden Hälften der Spannmanschette auch in Längsrichtung geteilt. Die beiden Ränder der Trennfuge sind in bekannter, nicht dargestellter Weise, z. B. durch Schrauben oder Spannbänder, miteinander verbunden.
Bei der Ausführung einer Druckwellenmaschine nach Fig. 4, die ebenfalls ein kreisringzylindrisches Rotorgehäuse 12 aufweist, ist eine ebenfalls zweiteilige, in der Längsrichtung geteilte Spannmanschette 16 vorgesehen. Sie besitzt zum Ausgleich der Längsdehnungen eine einzige Umfangssicke 17 und ihre Befestigung erfolgt mittels Spanndrähten 18, die in Hohlbördeln 19 an den beiden Rändern der Spannmanschette liegen und durch bekannte, nicht dargestellte Mittel, beispielsweise Spannschrauben oder Spannschlösser, um die Anschlußflanschen des Gasgehäuses 2 bzw. des Luftgehäuses 3 herum gezogen werden und eine axiale Verspannung der Gehäuse 2 und 3 gegen das Rotorgehäuse 12 bewirken.
Die Spannmanschetten 13 bzw. 16 bilden gleichzeitig einen Schutz für das stoßempfindliche Rotorgehäuse aus Keramik.
Die Fig. 5 und 6 zeigen eine Abdichtung der Fugen zwischen dem Rotorgehäuse 6 und dem Gasgehäuse 2 bzw. Luftgehäuse 3 durch Doppellippendichtringe 46, die, wie deutlicher aus Fig. 6 hervorgeht, in Nuten 47 an der Innenseite des Rotorgehäuses 6 eingelassen sind. Diese Dichtringe passen sich infolge ihrer großen Elastizität allen thermisch bedingten Änderungen der Nutabmessungen bestens an und sie liefern auch keinen Beitrag zur Behinderung der radialen Verschiebung des Rotorgehäuses 6 gegenüber dem Gasgehäuse bzw. dem Luftgehäuse infolge der unterschiedlichen Wärmedehnungen dieser Teile.
Eine in Fig. 7 dargestellte Variante dieser Abdichtung weist einen Ausgleichsring 48 auf, von dem ein Teil seiner Abwicklung in Fig. 8 gezeigt ist. Sein Umfang ist auf der dem Rotorgehäuse 6 zugewandten Seite durch eine Reihe von Schlitzen 49 in elastische Lappen 50 aufgeteilt, die eine leichte radiale Verschieblichkeit zwischen dem Gas- bzw. Luftgehäuse und dem Rotorgehäuse ermöglichen. Diese leichte Verschieblichkeit ist zusätzlich dadurch gewährleistet, daß der Ring als Distanzring fungiert, der zwischen den Stirnflächen des Gehäuses und des Luft- bzw. Gasgehäuses einen Spalt 51 freiläßt. Damit ist jegliche Stirnflächenreibung ausgeschaltet.
Eine Ausführungform eines zweiflutigen keramischen Rotors 20, der mit einem keramischen Rotorgehäuse gepaart werden kann, zeigen die Fig. und 10 in einem Axialschnitt bzw. in der Seitenansicht, wobei in letzterer einfachheitshalber nur einige der Kanäle eingezeichnet sind.
Bei diesem Rotor bestehen die Fluten und die Nabe aus einem Stück. Zur Gewichtsreduktion kann die Nabe mit einem Steg 21 ausgeführt werden und Löcher 22 aufweisen. Auf die Verbindung der Nabe mit der Welle wird bei den Rotorausführungen nach den Fig. 11-17 eingegangen.
Bei diesen Rotoren werden die Naben vom Rotorkörper, der hier in allen Fällen zweiflutig ausgeführt ist, getrennt hergestellt und mit letzterem keramisch verbunden, so daß diese Rotorkörper bei Massenfertigung auf wirtschaftliche Weise durch Strangpressen hergestellt werden können.
Bei dem in Fig. 11 dargestellten Rotor 23 ist die Rotornabe 25 ohne Anschlag in die durchgehend gleich große Bohrung des Rotorkörpers 24 eingesetzt. Die Verbindungsfuge ist mit 26 bezeichnet.
Die Verbindung der metallischen Welle 52 mit dem Rotorkörper erfolgt immer unter dem Gesichtspunkt, daß in den keramischen Komponenten nennenswerte Zugspannungen zu vermeiden sind. Zu diesem Zweck ist hier eine in der Welle 52 verschraubte Dehnschraube 53 vorgesehen und zur Zentrierung der Welle gegenüber dem Rotor dient ein am Wellenende von einer Eindrehung gebildeter Zentrierring 54.
Eine Justierscheibe 55 innerhalb des Zentrierringes 54 dient dazu, von Fall zu Fall durch entsprechende Bemessung ihrer Dicke die genaue axiale Position des Rotorkörpers 24 in bezug auf die inneren Stirnflächen des Gas- und des Luftgehäuses und damit das axiale Laufspiel des Rotors gegenüber diesen Stirnflächen einzustellen. Die Zentrierung der Rotornabe 25 gegenüber der Welle 52 besorgt der Zentrierring 54 im Zusammenwirken mit einer gegenüber dem Außendurchmesser des Rotorkörpers 24 konzentrisch geschliffenen Außenfläche 56 der Nabe 25. Zur axialen Fixierung des Rotorkörpers dienen eine Mutter 57 mit einer Scheibe 58.
Bei der in Fig.12 dargestellten Verbindung dient zur Zentrierung der Nabe 59 auf einem Zentrierzapfen 60 der Welle 61 ein handelsüblicher sogenannter »Toleranzring« 62, der in der Fig. 13 in größerem Maßstab dargestellt ist. Dieser Toleranzring weist achsparallele, radial nachgiebige Längssicken auf, deren Gesamtheit einen aus der Fig. 13 ersichtlichen wellenförmigen Querschnitt bildet. Der umschriebene und der eingeschriebene Kreis dieses Querschnitts besitzen ein geringes Übermaß bzw. Untermaß gegenüber der Nabenbohrung bzw. der Welle. Die inneren und äußeren Kuppen der Sicken verformen sich beim Einbau und ergeben eine schwache zentrierende Preßpassung, die das keramische Material der Nabe entsprechend der oben erwähnten Forderung nur geringfügig auf Zug beansprucht. Zur Einstellung der seitlichen Laufspiele des Rotors und zu seiner axialen Fixierung auf der Welle dienen wie beim vorhergehenden Beispiel eine Justierscheibe 55, eine Mutter 57 und eine Schraube 58.
Bei der Verbindung nach Fig. 14 ist zur Zentrierung der Rotornabe gegenüber der Wellenachse eine mit enger Passung auf einem Zentrierzapfen 63 sitzende Zentrierscheibe 64 vorgesehen, wiederum in Verbindung mit einer Justierscheibe 55 und einer Mutter 57.
Bei der Ausführung nach Fig. 15 erfolgt die Verbindung der Welle 27 mit dem Rotor 23 durch eine in der Welle verschraubte Dehnschraube 28, einen am Wellenende vorgesehenen Zentrierzapfen 29, ein Scheibenpaar 30, 31 mit zusammenwirkenden konkaven bzw. konvexen balligen Flächen und eine Mutter 32. Analog zu den vorgängig beschriebenen Verbindungen kann auch noch eine Justerscheibe erforderlich sein.
Die in Fig. 16 dargestellte Verbindung der Welle 27 mit dem Rotor 23, der sich wiederum aus dem zweiflutigen Rotorkörper 24 und einer Nabe 33 zusammensetzt, weist ebenfalls eine Dehnschraube 34 auf. Die Zentrierung der Welle 27 gegenüber der Nabe 33 erfolgt hier durch einen langen Zentrierzapfen 35 mit Spiel gegenüber der Bohrung der Nabe 33 und eine Scheibe 36 mit Innenkegel, die spielfrei auf dem Zentrierzapfen 35 sitzt und durch eine Mutter 37 gegen einen kegelstumpfförmigen Ansatz 38 der Nabe 33 verspannt wird.
Zur Gewichtserleichterung kann die Nabe 33 mit Löchern 39 oder sonstigen Aussparungen versehen sein.
Bei der in Fig. 17 dargestellten Verbindung von Nabe 40 und Welle 41 wird die Nabe durch einen kurzen Zentrierzapfen 42 gegenüber der Welle zentriert und durch eine Dehnschraube 43, eine planparallele Scheibe 44 und eine Mutter 45 verspannt. Je nach Fertigungsgenauigkeit können auch bei diesen beiden letztgenannten Ausführungen Justierscheiben erforderlich werden.
Mit den vorbeschriebenen konstruktiven Maßnahmen erreicht man für den Rotor neben dem eingangs erwähnten thermodynamischen Gewinn noch den Vorteil, daß die Dichte der Keramik mit p = 2,4-3,2 g/cm³ nur 30-40% der Dichte jener Metalle beträgt, die gegenwärtig für Rotoren verwendet werden. Im gleichen Verhältnis sind das Massenträgheitsmoment und damit die instationären Drehmomente des Keramikrotors kleiner. Damit verbessert sich die Beschleunigungsfähigkeit des Motors. Entsprechend geringer werden damit auch Riemenvorspannung und -schlupf, also die Riemenbeanspruchung und die Lagerbelastung der Druckwellenmaschine.
Da bei einer Druckwellenmaschine das heiße Gas und die kalte Luft mit dem selben Rotor in Berührung kommen, tritt zwischen Rotor und Ladeluft ein regenerativer Wärmeaustausch auf, der den Wirkungsgrad verschlechtert. Bei einem keramischen Rotor sind infolge der geringeren spezifischen Wärmekapazität der keramischen Werkstoffe der regenerative Wärmeaustausch zwischen Rotor und Ladeluft und damit die Wirkungsgradeinbuße kleiner.
Allgemein kann bei Verwendung von Keramikwerkstoffen für die Serienfertigung auch mit niedrigeren Materialkosten als bei metallischen Superlegierungen gerechnet werden.

Bezeichnungsliste

1 Rotor
2 Gasgehäuse
3 Luftgehäuse
4 Rotorwelle
5 Keilriemenscheibe
6 Rotorgehäuse
7 Dehnstiftschrauben
8 Bund
9 Mutter
10 Tellerfeder
11 Dichtungsringe
12 Rotorgehäuse
13 Zweiteilige Spannmanschette
14 Flanschen
15 Umfangssicken
16 Spannmanschette
17 Umfangssicke
18 Spanndrähte
19 Hohlbördel
20 Rotor
21 Steg der Nabe
22 Löcher in der Nabe
23 Rotor
24 Rotorkörper
25 Rotornabe
26 Klebfuge
27 Rotorwelle
28 Dehnschraube
29 Zentrierzapfen
30 Konkave ballige Scheibe
31 Konvexe ballige Scheibe
32 Mutter
33 Nabe aus Keramik
34 Dehnschraube
35 Zentrierzapfen
36 Scheibe mit Innenkegel
37 Mutter
38 Kegelstumpfförmiger Ansatz von 33
39 Löcher in der Nabe 33
40 Nabe
41 Rotorwelle
42 Zentrierzapfen
43 Dehnschraube
44 Planparallele Scheibe
45 Mutter
46 Doppellippendichtringe
47 Nuten im Rotorgehäuse 6
48 Ausgleichsring
49 Schlitze im Ausgleichsring 48
50 Lappen des Ausgleichsringes 48
51 Spalt zwischen Rotorgehäuse und Luft- bzw. Gasgehäuse
52 Welle
53 Dehnschraube
54 Zentrierring
55 Justierscheibe
56 Außenfläche der Nabe 25
57 Mutter
58 Scheibe
59 Nabe
60 Zentrierzapfen an der Welle 61
61 Welle
62 »Toleranzring«
63 Zentrierzapfen
64 Zentrierscheibe

Claims

1. Druckwellenmaschine zur Aufladung von Verbrennungsmotoren, mit einem Rotorgehäuse aus keramischem Werkstoff, einem innerhalb desselben angeordneten Rotor aus keramischem Werkstoff mit metallischer Rotorwelle zur Verdichtung der Verbrennungsluft durch die Auspuffgase des Motors sowie mit je einem Gas-und einem Luftgehäuse, die das Rotorgehäuse an seinen beiden Stirnseiten nach außen abschließen, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsmittel für die Verbindung des Rotorgehäuses mit dem Gas- bzw. dem Luftgehäuse sich über dessen ganze Länge erstrecken und daß am Rotor sowie auch am Gehäuse die Verbindungsmittel für die Verbindung der metallischen mit den keramischen Teilen axial verlaufen und federelastische Elemente aufweisen, die über den ganzen, im Betrieb auftretenden Temperaturbereich eine zur Achse der Rotorwelle parallel wirkende Vorspannkraft auf die zu verbindenden Teile ausüben.

2. Druckwellenmaschine nach Anspruch 1, wobei das Rotorgehäuse (6) als kreisringzylindrischer Mantel mit achsparallelen Bohrungen ausgebildet ist und die Verbindungsmittel zur Verbindung des Rotorgehäuses (6) mit dem Gas- bzw. Luftgehäuse (2 bzw. 3) zur Rotorwellenachse parallele Dehnstiftschrauben (7) aufweisen, die von den genannten Bohrungen im Rotorgehäuse (6) aufgenommen werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Dehnstiftschrauben (7) als weitere Verbindungsmittel je eine Tellerfeder (10) und eine Mutter (9) aufweisen, und daß als Verbindungsmittel zwischen dem Rotor (23) und der Rotorwelle (27) eine Dehnschraube (28) an der mit einem Zentrierzapfen (29) für die Nabenbohrung des Rotors (23) versehenen Stirnseite der Rotorwelle (27), sowie eine konkave und eine konvexe ballige Scheibe (30 bzw. 31) und eine Mutter (32) vorgesehen sind.

3. Druckwellenmaschine nach Anspruch 1, wobei das Rotorgehäuse (12) als kreisringzylindrischer Mantel ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsmittel zur Verbindung des Rotorgehäuses (12) mit dem Gas- bzw. Luftgehäuse (2 bzw. 3) eine zweiteilige Spannmanschette (13) aufweisen, deren zwei Teile je mindestens eine Umfangssicke (15) aufweisen und in Längsrichtung getrennt sind, wobei die beiden Ränder der Trennstelle in an sich bekannter Art und Weise in Längsrichtung miteinander verbunden sind, daß die zwei Teile der Spannmanschette ferner je einen radial einwärts gerichteten Bördelrand und einen radial auswärts gerichteten Flansch (14) aufweisen, wobei die Bördelränder an den Anschlußflanschen des Gas- bzw. Luftgehäuses anliegen und die beiden Teile der Spannmanschette durch Schrauben an den Flanschen (14) in Längsrichtung gegeneinander verspannt sind, und daß zur Verbindung der Rotorwelle (27) mit dem keramischen Rotor (23) eine Dehnschraube (34) an der mit einem Zentrierzapfen (35) für die Nabenbohrung des Rotors (23) versehenen Stirnseite der Rotorwelle (27) sowie eine Scheibe (36) mit Innenkegel, deren Bohrung spielfrei auf dem Zentrierzapfen (35) sitzt und deren Innenkegel durch eine Mutter (37) gegen einen kegelstumpfförmigen Ansatz der Nabe (33) verspannt ist, vorgesehen sind.

4. Druckwellenmaschine nach Anspruch 1, wobei das Rotorgehäuse (12) als kreisringzylindrischer Mantel ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsmittel zur Verbindung des Rotorgehäuses (12) mit dem Gas- bzw. Luftgehäuse (2 bzw. 3) aus einer einteiligen, in Längsrichtung geschlitzten, mit mindestens einer Umfangssicke (17) und radial einwärts gebogenen Hohlbördeln (19) versehenen Spannmanschette (16) bestehen, wobei die Hohlbördel an den Anschlußflanschen des Gas- bzw. Luftgehäuses anliegen und in den Hohlbördeln (19) Spanndrähte (18) eingelassen sind, die durch Spannmhtel bekannter Bauart in Umfangsrichtung gespannt sind, und daß die Mittel zur Verbindung der Rotorwelle (41) mit dem keramischen Rotor (23) eine Dehnschraube (43) an der mit einem Zentrierzapfen (42) für die Nabenbohrung des Rotors (23) versehenen Stirnseite der Rotorwelle (41), eine planparallele Scheibe (44) und eine Mutter (45) umfassen.

5. Druckwellenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Rotorgehäuse (6, 12) und der Rotorkörper (24) des Rotors (23) als Strangpreßteile ausgeführt sind und daß die Nabe (25, 33, 40) des Rotors (23) als separat hergestellter Teil mit dem Rotorkörper (24) keramisch verbunden ist.

6. Druckwellenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Verbindung der Rotorwelle (52) mit dem keramischen Rotor (23) aus einer Dehnschraube (53) mit Mutter (57) und Scheibe (58) sowie aus einem an der Stirnseite der Rotorwelle (52) vorgesehenen Zentrierring (54), der zum Zusammenwirken mit einer zylindrischen Außenfläche (56) der Nabe (25) bestimmt ist, und einer Justierscheibe (55) bestehen.

7. Druckwellenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Verbindung der Rotorwelle (61) mit dem keramischen Rotor (23) aus einem mit der Welle (61) aus einem Stück bestehenden Zentrierzapfen (60), einem Toleranzring (62), einer Dehnschraube mit Mutter und Scheibe sowie aus einer Justierscheibe (55) bestehen.

8. Druckwellenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Verbindung der Rotorwelle mit dem keramischen Rotor aus einem mit der Rotorwelle aus einem Stück bestehenden Zentrierzapfen (63), einer Dehnschraube mit Scheibe und Mutter, einer Zentrierscheibe (64), die mit einer zylindrischen Außenfläche der Rotornabe und dem Zentrierzapfen (63) eine enge Passung bildet, sowie aus einer Justierscheibe (55) bestehen (Fig. 14).

9. Druckwellenmaschine nach einem der Ansprüche 1 -8, gekennzeichnet durch Doppellippendichtringe (46) in Nuten (47) des Rotorgehäuses (6).

10. Druckwellenmaschine nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch die Doppellippendichtringe (46) außen umgebende Ausgleichsringe (48), die an ihrer dem Rotorgehäuse (6) zugewandten Seite durch über ihren Umfang gleichmäßig verteilte Schlitze (49) in elastisch nachgiebige Lappen (50) unterteilt ist.