EP2952748B1 - Aufladevorrichtung für eine brennkraftmaschine - Google Patents

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EP2952748B1
EP2952748B1 EP15170770.0A EP15170770A EP2952748B1 EP 2952748 B1 EP2952748 B1 EP 2952748B1 EP 15170770 A EP15170770 A EP 15170770A EP 2952748 B1 EP2952748 B1 EP 2952748B1
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EP
European Patent Office
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compressor
rear wall
supercharging device
inlet opening
elevations
Prior art date
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EP15170770.0A
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English (en)
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EP2952748A1 (de
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Johannes Hornbach
Daniel SPELLER
Dietmar Metz
Michael KOLANO
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BorgWarner Inc
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BorgWarner Inc
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Publication date
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Priority to EP18197637.4A priority patent/EP3444481B1/de
Priority to EP18197643.2A priority patent/EP3456983B1/de
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    • F02B33/32—Engines with pumps other than of reciprocating-piston type
    • F02B33/34—Engines with pumps other than of reciprocating-piston type with rotary pumps
    • F02B33/40—Engines with pumps other than of reciprocating-piston type with rotary pumps of non-positive-displacement type
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    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
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    • F04D29/701—Suction grids; Strainers; Dust separation; Cleaning especially adapted for elastic fluid pumps

Definitions

  • Charging devices for internal combustion engines are known from the prior art, which compress the charge air of the internal combustion engine by means of a compressor.
  • the compressor wheel is driven in the compressor by means of an electric motor.
  • a power electronics circuit for controlling the electric motor is arranged in a receiving space which is arranged between the rear wall and the wall of the motor housing.
  • the receiving space is hermetically sealed from the compressor room and the engine compartment. This has the advantage that no fluids and / or particles from the compressor chamber or the engine compartment can get into the receiving space with the power electronics circuit.
  • the direct connection from the compressor chamber into the engine compartment has a pipe socket in order to allow pressure equalization between the two chambers.
  • This pipe socket extends in the axial direction through the rear wall, the receiving space and the wall of the motor housing in the engine compartment to form a direct fluid-conducting connection between the engine compartment and the compressor chamber.
  • the pipe socket is designed so that only a connection between the compressor chamber and the engine compartment and no connection can be made in the receiving space.
  • the pipe socket is an integral part of the integrally manufactured rear wall.
  • the pipe socket is advantageously eccentric to the shaft of the charging device.
  • connection between the compressor chamber and the engine compartment to allow pressure equalization may include other components.
  • at least one membrane may be provided, for example a semi-permeable membrane, for selectively passing gases and retaining solid or liquid particles.
  • the membrane may be mounted in the pipe socket, at the inlet opening on the rear wall and / or at an outlet of the pipe socket in the region of the engine compartment.
  • a device may be provided which controls or controls the connection or the flow through the connection between the rooms.
  • Such a device can be in shape a valve and / or a nozzle, for example a venturi, integrated. This has the advantage that over the connection between the compressor chamber and the engine compartment not only a pressure equalization is made possible, but at the same time the pressure compensation can be controlled or regulated and / or contamination by liquids or particles can be avoided.
  • At least two elevations can be arranged.
  • the surveys are preferably separated by a depression.
  • An imaginary middle straight is defined passing through the center of the entrance opening and the center M of the rear wall.
  • the depression extends along an imaginary auxiliary axis.
  • the auxiliary axis intersects the middle straight radially outside the inlet opening.
  • second depressions and correspondingly further elevations may preferably be provided in the circumferential direction in front of and behind the first depressions.
  • the auxiliary straight lines of the second depressions each have a second angle ⁇ 2, ⁇ 2 to the middle straight line and intersect the middle straight line radially outside the inlet opening.
  • the first and second angles ( ⁇ 1, ⁇ 1, ⁇ 2, ⁇ 2) are each between 70 ° and 20 °, preferably between 60 ° and 25 °.
  • the first angles ( ⁇ 1, ⁇ 1) are smaller than the second angles ( ⁇ 2, ⁇ 2).
  • the first angles ( ⁇ 1, ⁇ 1) are at most 95% of the second angles ( ⁇ 2, ⁇ 2).
  • the compressor wheel has the diameter D1 (largest diameter of the compressor wheel).
  • the entirety of the elevations may extend over a length L.
  • the length L is measured perpendicular to the middle straight and parallel to a plane defined by the back wall.
  • the length L is perpendicular to the axis of the shaft.
  • the length L is between 0.7 * D1 and 0.2 * D1, in particular between 0.6 * D1 and 0.3 * D1.
  • the entirety of the elevations may extend over a segment angle ⁇ , measured with respect to the center point M of the rear wall and in the plane the back wall.
  • the segment angle ⁇ is preferably between 120 ° and 45 °, in particular between 100 ° and 60 °.
  • a height H1 of the at least one elevation, measured in the axial direction, is preferably between 0.1 mm and 5 mm, in particular between 0.1 mm and 1 mm.
  • the arrangement of the elevations and depressions is symmetrical to the middle straight, which runs through the center of the inlet opening and the center M of the rear wall.
  • a sealing point may preferably be formed in order to seal off the compressor chamber from the engine compartment.
  • the sealing point is provided either as a non-contact seal or as a dynamic seal, in particular with at least one piston ring.
  • it is deliberately dispensed with a contacting seal, in particular with piston rings, in order to avoid “seizing” (notching) of the piston rings in the motor housing.
  • For hermetic sealing of the engine compartment relative to the receiving space is preferably a further seal between the compound, in particular in the form of a pipe socket, provided by the compressor chamber in the engine compartment and the wall of the motor housing.
  • a device may be provided to allow pressure equalization between the receiving space and the environment.
  • it can be provided that extends from the power electronics circuit through the motor housing at least one electrical conductor to allow an electrically conductive connection between the power electronics circuit and the electric motor.
  • the charging device may further include a bearing device for supporting a shaft connecting the rotor to the compressor wheel, the bearing device having a vibration damping device. By the vibration damping can be made possible, for example, a calmer and smoother and less vibration running the shaft.
  • FIG. 1 shows in sectional view the charging device 1 comprising a compressor 2.
  • the compressor 2 has a compressor housing 3.
  • a compressor 4 is arranged in the compressor housing 3. This compressor 4 is located in the so-called compressor room.
  • the charging device 1 comprises an electric motor 5.
  • the electric motor 5 is composed of a rotor 6 and a stator 7.
  • the compressor 4 and the rotor 6 are arranged coaxially, so that the shaft 8 is also the rotor shaft at the same time.
  • FIG. 1 shows an axial direction 18 corresponding to the shaft 8. Perpendicular to the axial direction 18 is a radial direction 19. Around the axial direction 18 around a circumferential direction 20 is defined.
  • the charging device 1 further comprises a motor housing 9.
  • a motor housing 9 In this motor housing 9, an engine compartment 10 is formed.
  • the engine compartment 10 is closed on the side facing away from the compressor 2 by means of a cover 12.
  • To the compressor 2 through the engine compartment 10 is limited by a wall 11 of the motor housing 9.
  • the compressor housing 3 is open on its side facing the motor housing 9. This open side is closed by means of a rear wall 13.
  • the rear wall 13 is made of plastic, in particular duroplastic, or of metal, in particular aluminum. In the production of plastic in particular high temperature resistant polyamide is used.
  • the rear wall 13 is made of fiber-reinforced plastic.
  • 0.1 mm-0.6 mm, in particular 0.2 to 0.4 mm high studs may be provided on a side facing the compressor 2, which defines a defined axial positioning of the rear wall 13 provide relative to the compressor housing.
  • the knobs may be convex so that they are easily deformable.
  • the motor housing 9 is connected with its wall 11 fixed to the compressor housing 3, in particular screwed.
  • a receiving space 14 is formed between the rear wall 13 and the wall 11.
  • a power electronics circuit 15 for power supply and control of the electric motor 5.
  • the receiving space 14 is hermetically sealed against the compressor chamber and the engine compartment 10.
  • a device 40 may be provided which allows a pressure equalization between the receiving space 14 and the environment. Further details of the device 40 for pressure equalization will be discussed below FIG. 9 described.
  • FIG. 3 shows between the outer ring of the first bearing 16 and the adjacent motor housing 9, two O-rings 38.
  • These O-rings 38 are used inter alia as a device for vibration damping.
  • the O-rings 38 can, as shown in a groove in the outer ring of the bearings 16 and 17 (see FIGS. 1 and 3 ) to sit. Additionally or alternatively, a groove in the motor housing 9 and the cover 12 may be provided.
  • the O-rings 38 are preferably made of HNBR, rubber or rubber.
  • the motor housing 9 and / or the lid 12 may be made of aluminum, for example.
  • the outer ring of the bearings 16, 17 is usually made of steel.
  • the O-rings 38 can avoid an unfavorable, chemically active combination of materials.
  • the O-rings damped mechanical vibrations.
  • the O-rings 38 thus ensure a chemical and mechanical decoupling.
  • the device for Vibration damping at least one spring element (not shown).
  • the spring element can be arranged, for example, in the axial direction 18 between the bearing 16 and the motor housing 9 and / or the bearing 17 and the cover 12 (for example, in the space between the bearing 17 and cover 12 to see FIG. 1 ).
  • the wall 11 of the motor housing 9 has an axially extending portion 37. Radial within this section 37 is the power electronics circuit 15 and corresponding to the receiving space 14th
  • FIG. 2 shows in detail the first seal 21.
  • the compressor housing 3 has a first inner peripheral surface 24.
  • the wall 11 has a first radial surface 25.
  • On the rear wall 13, a first outer peripheral surface 23 is defined.
  • the first seal 21 is disposed between the first radial surface 25 of the wall 11 and a second radial surface 26 of the compressor housing 3.
  • the compressor housing 3 has a second radial surface 26.
  • the first seal 21 is fully disposed between the first outer peripheral surface 23, the first inner peripheral surface 24, the first radial surface 25, and the second radial surface 26 and clamped between the first radial surface 25 and the second radial surface 26 in the axial direction 18, thereby generating the sealing effect.
  • the seal between the first radial surface 25 and the first seal 21 is not as pronounced as between the second radial surface 26 and the first seal 21 in order to position the rear wall 13 on the motor housing 9 during the compression.
  • FIG. 3 are recesses in the rear wall 13 and the wall 11 can be seen, which serve to pass the shaft 8 from the engine compartment 10 into the compressor chamber. Further shows FIG. 3 in detail, the arrangement of the second seal 22.
  • the second seal 22 is fully on a second outer peripheral surface 28 of Wall 11 arranged. Furthermore, a second inner circumferential surface 27 of the rear wall 13 rests against this second seal 22.
  • FIG. 1 shows an electrical conductor 29 in the form of a bolt.
  • the electrical conductor 29 electrically conductively contacts the power electronics circuit 15 with the coils of the stator 7.
  • the electrical conductor 29 protrudes through the wall 11.
  • a third seal 30 is provided in the region of the wall 11.
  • the third seal 30 is a seal applied to the electrical conductor 29 in a tubular manner.
  • the third seal extends over at least half the length of the stator, preferably over at least two thirds of the length of the stator, in the axial direction.
  • the third seal has circumferential projections, in particular in the region of the through hole through the wall 11, to locally generate a greater contact pressure against the through hole in the wall 11.
  • the third seal 30 serves not only to seal the through-hole in the wall 11, but also to electrically insulate the electrical conductor 29 from the stator 7.
  • the electrical conductors 29 extend over the entire axial length of the stator 7, so that the electrical conductors 29 can be contacted with the stator 7 in the region of the cover 12. That is, the electrical conductors 29 extend advantageously over the entire length of the stator in the axial direction 18.
  • the contact between the stator 7 and electrical conductor 29 can thus, due to mounting reasons, on the side facing away from the compressor 2 of the stator 7.
  • the electrical conductors 29 and the stator 7 can be electrically connected to each other, for example via a crimp connection.
  • the motor housing has a cover 12. Before mounting this cover 12 can on this page, the electrical conductors 29 with the windings on the stator. 7 be electrically connected, as described for example by crimping. Only then the lid 12 is mounted accordingly. Overall, the configuration and arrangement of the electrical conductors 29 thus has to take the advantages of a quick and easy installation with low risk for damage and without major losses in performance for the electrical connection in purchasing.
  • FIG. 6 shows a side facing away from the compressor 2 side of the motor housing 9 with disassembled lid 12. From this illustration, it can be clearly seen that with disassembled cover 12, the ends of the electrical conductors 29 and the stator 7 are accessible. Thus, prior to assembly of the lid 12, the ends of the electrical conductors 29 may be electrically conductively connected to the stator 7 as described above.
  • FIGS. 1 and 3 show in detail, there is a non-contact fourth sealing point 31 between the wall 11 and the shaft 8.
  • This fourth sealing point 31 is located in particular radially within the second seal 22nd
  • FIG. 4 shows in an isometric view and in a sectional view of the exact configuration of the rear wall 13.
  • the rear wall 13 is an integrally manufactured component.
  • FIG. 4 shows in particular the exact arrangement of the first and second seals 21, 22 on the rear wall 13.
  • the two seals 21, 22 are in particular adhesively bonded or vulcanized seals, which are arranged fully.
  • the first seal 21 and / or the second seal 22 may be arranged in a groove in the rear wall 13 or a corresponding extension may be formed on the rear wall 13 which fits into a corresponding groove in the first seal 21 or second seal 22 sticks out.
  • FIG. 4 a plurality of reinforcing ribs 32, which are an integral part of the rear wall 13.
  • the reinforcing ribs 32 are arranged in the radial direction 19 in a star shape and are located on the side facing the receiving space 14.
  • a pipe socket 33 which serves as a connection between the compressor chamber and the engine compartment 10. This is located at a geodetic down position, ie below the shaft 8. As in particular FIG. 1 shows, the compound or the pipe socket 33 forms a fluid-conducting connection between the compressor chamber and the engine compartment 10. Via a fifth seal 35 of the pipe socket 33 is sealed against the wall 11.
  • the pipe socket 33 allows pressure equalization between the compressor chamber and the engine compartment 10.
  • the pipe socket 33 is formed so that only a connection between the compressor chamber and the engine compartment 10 and no connection takes place in the receiving space 14. It can be provided that the pipe socket 33 is an integral part of the integrally manufactured rear wall 13.
  • the pipe socket 33 is located eccentrically to the shaft 8 of the charging device 1.
  • the direct connection of the compressor chamber in the engine compartment has the advantage that high pressure differences between the engine compartment and the compressor chamber can be avoided. As a result, the forces on the seals and the bearings, for example by high pressures without pressure equalization, can be avoided or reduced. This reduces the risk that lubricants or the like from the bearings and / or seals in the compressor chamber or the engine compartment are pressed and cause damage there.
  • connection between the compressor chamber and the engine compartment 10 to allow pressure equalization may include other components.
  • a membrane may be provided, in particular a semipermeable membrane in order to selectively pass gases and to retain solid or liquid particles.
  • a membrane may be mounted in the embodiment shown in the figures in the pipe socket 33, at the inlet opening 34 on the rear wall 13 and / or at an outlet of the pipe socket 33 in the region of the engine compartment 10.
  • a device may be provided which regulates or controls the connection or flow through the connection between the rooms.
  • Such a device can be integrated in the form of a valve and / or a nozzle, for example a Venturi nozzle. This has the advantage that over the connection between the compressor chamber and the engine compartment not only a pressure equalization is made possible, but at the same time the pressure compensation can be controlled or regulated and / or contamination by liquids or particles can be avoided.
  • FIG. 5 shows a plan view of the compressor 2 facing side of the rear wall 13.
  • a plurality of elevations 36 are arranged around the inlet opening 34 of the pipe socket 33 .
  • These elevations 36 extend in the circumferential direction 20 sickle-shaped around the inlet opening 34.
  • particles are derived so that they are not likely to penetrate into the inlet opening 34 and thus into the pipe socket 33. It should be largely avoided that particles pass through the inlet opening 34 of the pipe socket 33 in the engine compartment 10. Such particles may in particular be burnt oil droplets or soot particles.
  • An embodiment of the elevations 36 will be described below with reference to FIGS. 1 . 4 . 5 . 7 and 8 described in more detail.
  • the compressor wheel has a certain diameter D1 (see FIG. 1 ).
  • the center of an inlet opening 34 of the pipe socket 33 in the rear wall 13 is spaced from a center M of the rear wall by a distance A1.
  • the distance A1 is preferably in a range of 0.2 * (D1 / 2) and 0.9 * (D1 / 2), in particular between 0.4 * (D1 / 2) and 0.8 * (D1 / 2) ,
  • a plurality of the elevations 36 extend in the circumferential direction on the rear wall 13.
  • a survey 36 fully encloses the inlet opening 34 of the pipe socket 33rd Die Figures 5 and 7 show a crescent-shaped arrangement of the elevations 36 in the circumferential direction around the inlet opening 34.
  • the survey or the surveys 36 provide during operation of the charging device that particles due to their inertia at least with high probability at the inlet opening 34 are thrown past and not be discharged with the condensate, but with the compressed air to the combustion process in the internal combustion engine are supplied.
  • the elevations 36 are shown separated by a depression. Furthermore, in FIG. 7 to see an imaginary middle line passing through the center of the inlet opening 34 and the center M of the rear wall 13.
  • the recesses extend along imaginary auxiliary axes which are also in FIG. 7 are shown.
  • the auxiliary axes of the recesses intersect the middle straight radially outside the inlet opening 34.
  • first and second angles ( ⁇ 1, ⁇ 1, ⁇ 2, ⁇ 2) are each between 70 ° and 20 °, in particular between 60 ° and 25 °.
  • the first angles ( ⁇ 1, ⁇ 1) are preferably smaller than the second angles ( ⁇ 2, ⁇ 2). In particular, the first angles ( ⁇ 1, ⁇ 1) are at most 95% of the second angles ( ⁇ 2, ⁇ 2).
  • the compressor wheel 4 has the diameter D1 (largest diameter of the compressor wheel 4).
  • the entirety of the projections 36 may extend over a length L (see FIG. 7 ).
  • the length L is measured perpendicular to the middle straight line and parallel to a plane which is spanned by the rear wall 13.
  • the length L is thus perpendicular to the axis of the shaft 8.
  • the length L is between 0.7 * D1 and 0.2 * D1, in particular between 0.6 * D1 and 0.3 * D1.
  • FIG. 7 is shown that the entirety of the projections 36 extends over a segment angle ⁇ , with respect to the center point M of the rear wall 13 and is measured in the plane of the rear wall 13.
  • the segment angle ⁇ is between 120 ° and 45 °, in particular between 100 ° and 60 °.
  • the arc shape has a steadily changing radius with respect to the midpoint M.
  • the arc shape On the middle straight, the arc shape has a first radius R1.
  • the radius increases towards the outer ends of the elevations 36 as far as a second radius R2.
  • the second radius R2 is at least 110% of the first radius R1.
  • FIG. 8 shows a sectional view (along the section line AA in FIG. 7 ) through one of the elevations 36.
  • a height H1 of the elevation 36, measured in the axial direction, is between 0.1 mm and 5 mm, in particular between 0.1 mm and 1 mm.
  • the edges of the elevation 36 can be seen.
  • the edges of the elevation 36 are rounded off with a defined radius R3.
  • the radius is preferably between 0.05mm and 0.1mm.
  • FIG. 9 shows an option of the embodiment for a device 40 to allow pressure equalization between the receiving space 14 and the environment.
  • the pressure compensation device 40 may be any type of connection, for example, one or more holes or bores that allow pressure equalization between the receiving space 14 and the environment.
  • the device 40 for pressure compensation may comprise a membrane, in particular a semipermeable membrane. This membrane can thus be liquid-impermeable and gas-permeable, so that the pressure equalization between the receiving space 14 and the environment is possible.
  • the membrane may, for example, be mounted in the region of the connection in the form of one or more holes or bores above / below or in these.
  • a connection, for example via a plug 39, of the receiving space 14 with respect to the environment may be provided.
  • the means 40 for pressure compensation in such a plug 39 may be integrated, as in FIG. 9 is shown.
  • the plug 39 may be suitable for the control of the power electronics circuit 15 and / or the power supply of the electric motor 5.
  • the device 40 may be integrated for pressure equalization in a collar 41 of the plug 39. This has the advantage that a single component can be used both for the electrical contacting of the power electronic circuit 15 and for enabling a pressure equalization.
  • the pressure compensation device 40 may also include a valve and / or a nozzle, for example in the form of a Venturi nozzle. This allows a controlled and regulated pressure equalization.

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Description

    Gebiet der Erfindung
  • Vorliegende Erfindung betrifft eine Aufladevorrichtung für eine Brennkraftmaschine, insbesondere in einem Fahrzeug, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Eine derartige Aufladevorrichtung ist aus der US 6 102 672 A oder US 5 904 471 A bekannt.
    • Hintergrund der Erfindung
  • Aus dem Stand der Technik sind Aufladevorrichtungen für Brennkraftmaschinen bekannt, die mittels eines Verdichters die Ladeluft der Brennkraftmaschine verdichten. Bei den hier betrachteten Aufladevorrichtungen wird das Verdichterrad im Verdichter mittels eines Elektromotors angetrieben.
    • Zusammenfassung der Erfindung
  • Es ist Aufgabe vorliegender Erfindung eine Aufladevorrichtung für eine Brennkraftmaschine bereit zu stellen, die bei kostengünstiger Herstellung und wartungsarmen Betrieb dauerfest betrieben werden kann. Gleichzeitig soll die Aufladevorrichtung sehr kleinbauend und leichtbauend sein.
  • Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des Anspruchs 1. Die Unteransprüche haben vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung zum Gegenstand.
  • Nach einem Aspekt werden die Aufladevorrichtung und die Brennkraftmaschine insbesondere in einem Fahrzeug eingesetzt. Die Aufladevorrichtung umfasst einen Verdichter mit einem Verdichtergehäuse und einem Verdichterraum. In dem Verdichterraum ist ein Verdichterrad angeordnet. Die Aufladevorrichtung umfasst des Weiteren einen Elektromotor mit einem Rotor und einem Stator. Ferner ist ein Motorgehäuse vorgesehen. In dem Motorgehäuse ist ein Motorraum ausgebildet. Dieser dient zur Aufnahme des Stators und des Rotors. Eine Verbindung von dem Verdichterraum in den Motorraum ermöglicht einen Druckausgleich zwischen dem Verdichterraum und dem Motorraum. Dies hat den Vorteil, dass hohe Druckdifferenzen zwischen dem Motorraum und dem Verdichterraum vermieden werden können. Dadurch können die Kräfte auf die Dichtungen und die Lager, zum Beispiel durch hohe Drücke ohne Druckausgleich, vermieden beziehungsweise reduziert werden. Dies verringert das Risiko, dass Schmiermittel oder dergleichen von den Lagern und/oder Dichtungen in den Verdichterraum beziehungsweise den Motorraum gepresst werden und dort Schäden anrichten.
  • Das Verdichtergehäuse ist auf der dem Motorgehäuse zugewandten Seite durch eine Rückwand verschlossen, wobei der Rückwand eine Wand des Motorgehäuses gegenüberliegt, und wobei eine Eintrittsöffnung der Verbindung in der Rückwand angeordnet ist.
  • Außerdem ist in einem Aufnahmeraum, der zwischen der Rückwand und der Wand des Motorgehäuses angeordnet ist, eine Leistungselektronikschaltung zur Ansteuerung des Elektromotors angeordnet. Der Aufnahmeraum ist hermetisch gegenüber dem Verdichterraum und dem Motorraum abgedichtet. Dies hat den Vorteil, dass keine Fluide und/oder Partikel von dem Verdichterraum beziehungsweise dem Motorraum in den Aufnahmeraum mit der Leistungselektronikschaltung gelangen können.
  • Das Verdichtergehäuse weist somit vor der Montage auf seiner dem Stator zugewandten Seite eine offene Seite auf. Diese offene Seite befindet sich zwischen dem Verdichterrad und dem Elektromotor. Die offene Seite kann mittels der Rückwand verschlossen werden. Zur Gewährleistung der Herstellbarkeit und Montierbarkeit der Aufladevorrichtung kann diese Rückwand ein eigenständiges, separat vom Verdichtergehäuse gefertigtes Bauteil sein. Die Leistungselektronikschaltung dient zur Ansteuerung des Elektromotors. Dieser Aufnahmeraum ist hermetisch gegenüber dem Verdichterraum und gegenüber dem Motorraum abgedichtet. Die hermetische Abdichtung bedeutet insbesondere eine Abdichtung sowohl gegenüber Gasen als auch gegenüber Flüssigkeiten. In vorteilhaften Ausgestaltungen kann die Rückwand gefertigt sein aus: Kunststoff oder Metall, insbesondere Duroplast, hochtemperaturfestem Polyamid, faserverstärktem Kunststoff oder Aluminium. Des Weiteren kann die Rückwand mehrere Verstärkungsrippen aufweisen. Die Verstärkungsrippen können sich dabei ausgehend von einer mittigen Aussparung der Rückwand sternförmig nach außen erstrecken. Insbesondere können die Verstärkungsrippen auf der dem Elektromotor zugewandten Seite der Rückwand ausgebildet sein.
  • In einer Ausgestaltung können an der Rückwand an einer dem Verdichter zugewandten Seite 0,1mm - 0,6 mm, insbesondere 0,2 bis 0,4 mm hohe Noppen vorgesehen sein, welche eine definierte axiale Positionierung der Rückwand relativ zum Verdichtergehäuse bereitstellen. Die Noppen können in einer weiteren Ausgestaltung konvex geformt sein, so dass sie leicht deformierbar sind.
  • In Ausgestaltungen kann vorgesehen sein, dass die direkte Verbindung von dem Verdichterraum in den Motorraum einen Rohrstutzen aufweist, um den Druckausgleich zwischen den beiden Räumen zu ermöglichen. Dieser Rohrstutzen erstreckt sich in Axialrichtung durch die Rückwand, den Aufnahmeraum und die Wand des Motorgehäuses in den Motorraum, um eine direkte fluidleitende Verbindung zwischen dem Motorraum und dem Verdichterraum auszubilden. Dabei ist der Rohrstutzen so ausgebildet, dass lediglich eine Verbindung zwischen Verdichterraum und Motorraum und keine Verbindung in den Aufnahmeraum erfolgen kann. Vorzugsweise kann vorgesehen sein, dass der Rohrstutzen integraler Bestandteil der einstückig gefertigten Rückwand ist. Des Weiteren befindet sich der Rohrstutzen vorteilhafterweise exzentrisch zur Welle der Aufladevorrichtung.
  • Die Verbindung zwischen dem Verdichterraum und dem Motorraum, um den Druckausgleich zu ermöglichen kann weitere Komponenten aufweisen. So kann zum Beispiel mindestens eine Membran vorgesehen sein, zum Beispiel eine semipermeable Membran, um gezielt Gase durchzulassen und feste oder flüssige Partikel zurückzuhalten. Die Membran kann in dem Rohrstutzen angebracht sein, an der Eintrittsöffnung an der Rückwand und/oder an einem Austritt des Rohrstutzens im Bereich des Motorraums. Zusätzlich oder alternativ kann auch eine Vorrichtung vorgesehen werden, die die Verbindung bzw. den Durchfluss durch die Verbindung zwischen den Räumen regelt oder kontrolliert. Eine solche Vorrichtung kann in Form eines Ventils und/oder einer Düse, zum Beispiel einer Venturidüse, integriert werden. Dies hat den Vorteil, dass über die Verbindung zwischen dem Verdichterraum und dem Motorraum nicht nur ein Druckausgleich ermöglicht wird, sondern gleichzeitig der Druckausgleich gesteuert bzw. geregelt werden kann und/oder Verunreinigungen durch Flüssigkeiten oder Partikel vermieden werden können.
  • In dem Verdichter sollte weitestgehend vermieden werden, dass Partikel über die Eintrittsöffnung der Verbindung beziehungsweise des Rohrstutzens in den Motorraum gelangen. Solche Partikel können insbesondere verbrannte Öltröpfchen oder Rußpartikel sein. Neben den schon beschriebenen Merkmalen sind folgende weitere unterschiedliche Maßnahmen vorgesehen um dies zu vermeiden, die einzeln oder in Kombination angewandt werden können.
  • Das Verdichterrad weist einen bestimmten Durchmesser D1 auf. Die Mitte einer Eintrittsöffnung der Verbindung beziehungsweise des Rohrstutzens in der Rückwand kann von einem Mittelpunkt M der Rückwand um einen Abstand A1 beabstandet sein. Bevorzugt liegt der Abstand A1 zwischen 0,2*(D1/2) und 0,9*(D1/2), insbesondere zwischen 0,4*(D1/2) und 0,8*(D1/2).
  • In Ausgestaltungen kann vorgesehen sein, dass an der dem Verdichter zugewandten Seite der Rückwand im Bereich der Eintrittsöffnung des Rohrstutzens zumindest eine Erhebung zum Ableiten der Partikel ausgebildet ist. Insbesondere erstreckt sich die zumindest eine Erhebung in Umfangsrichtung. Des Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass die zumindest eine Erhebung sich vollumfänglich um die Eintrittsöffnung des Rohrstutzens befindet. Insbesondere ist vorgesehen, dass eine oder mehrere Erhebungen in Umfangsrichtung sichelförmig um die Eintrittsöffnung angeordnet sind. Die zumindest eine Erhebung sorgt im Betrieb der Aufladevorrichtung dafür, dass Partikel aufgrund ihrer Trägheit zumindest mit hoher Wahrscheinlichkeit an der Eintrittsöffnung vorbeigeschleudert werden und, zum Beispiel, nicht mit dem Kondensat abgeführt werden, sondern mit der verdichteten Luft dem Verbrennungsprozess in der Brennkraftmaschine zugeführt werden.
  • Es können zumindest zwei Erhebungen angeordnet sein. Die Erhebungen sind vorzugweise durch eine Vertiefung voneinander getrennt. Es wird eine imaginäre Mittelgerade definiert, die durch die Mitte der Eintrittsöffnung und den Mittelpunkt M der Rückwand verläuft. Die Vertiefung erstreckt sich entlang einer imaginären Hilfsachse. Bevorzugt schneidet die Hilfsachse die Mittelgerade radial außerhalb der Eintrittsöffnung.
  • Bevorzugt kann es in Umfangsrichtung vor und hinter der Eintrittsöffnung je zumindest eine erste Vertiefung und eine entsprechende Mehrzahl an Erhebungen geben. Die Hilfsachsen der ersten Vertiefungen weisen dann zur Mittelgeraden je einen ersten Winkel α1, β1 auf und schneiden die Mittelgerade vorteilhafterweise radial außerhalb der Eintrittsöffnung.
  • Ferner können bevorzugt in Umfangsrichtung vor und hinter den ersten Vertiefungen zweite Vertiefungen und entsprechend weitere Erhebungen vorgesehen sein. Die Hilfsgeraden der zweiten Vertiefungen weisen zur Mittelgeraden je einen zweiten Winkel α2, β2 auf und schneiden die Mittelgerade radial außerhalb der Eintrittsöffnung.
  • Die ersten und zweiten Winkel (α1, β1, α2, β2) liegen jeweils zwischen 70° und 20°, bevorzugt zwischen 60° und 25°. Vorteilhaft sind die ersten Winkel (α1, β1) kleiner als die zweiten Winkel (α2, β2). Insbesondere betragen die ersten Winkel (α1, β1) höchstens 95% der zweiten Winkel (α2, β2).
  • Das Verdichterrad weist den Durchmesser D1 (größter Durchmesser des Verdichterrades) auf. Die Gesamtheit der Erhebungen kann sich über eine Länge L erstrecken. Die Länge L wird senkrecht zur Mittelgeraden und parallel zu einer Ebene, die von der Rückwand aufgespannt wird, bemessen. Die Länge L verläuft senkrecht zur Achse der Welle. Vorzugsweise beträgt die Länge L zwischen 0,7*D1 und 0,2*D1, insbesondere zwischen 0,6*D1 und 0,3*D1.
  • Die Gesamtheit der Erhebungen kann sich über einen Segmentwinkel γ erstrecken, gemessen bezüglich des Mittepunkts M der Rückwand und in der Ebene der Rückwand. Der Segmentwinkel γ liegt vorzugsweise zwischen 120° und 45°, insbesondere zwischen 100° und 60°.
  • Die radiale Innenkante der Erhebungen kann einer Bogenform folgen. Die Bogenform hat vorzugsweise einen sich stetig verändernden Radius bezüglich des Mittelpunkts M. Insbesondere ist auf der Mittelgeraden ein erster Radius R1 definiert, der zu den äußeren Enden der Erhebungen hin bis auf einen zweiten Radius R2 ansteigt. Besonders bevorzugt beträgt der zweiten Radius R2 zumindest 110% des ersten Radius R1.
  • Eine Höhe H1 der zumindest einen Erhebung, gemessen in Axialrichtung, beträgt bevorzugt zwischen 0,1mm und 5mm, insbesondere zwischen 0,1mm und 1mm.
  • Die Kanten der zumindest einen Erhebung sind vorzugsweise mit einem definierten Radius R3 abgerundet. Der Radius liegt vorzugsweise zwischen 0,05mm und 0,1mm.
  • Bevorzugt ist die Anordnung der Erhebungen und Vertiefungen symmetrisch zur Mittelgeraden, die durch die Mitte der Eintrittsöffnung und die Mitte M der Rückwand verläuft.
  • Diese unterschiedlichen Merkmale zur Ausgestaltung und Positionierung der Eintrittsöffnung und der Erhebungen wurden anhand von Berechnungen, Simulationen und Versuchen ermittelt und können einzeln oder in synergetisch zusammenwirkender Kombination dazu eingesetzt werden, um zu vermeiden, dass Partikel über die Eintrittsöffnung und die Verbindung in den Motorraum gelangen. Entgegen der üblichen und logischen Lösung, nämlich den Motorraum abzudichten, wurde erkannt, dass das Vorsehen einer Verbindung zwischen dem Verdichterraum und dem Motorraum, zum Beispiel in Form eines Rohstutzens, und der oben beschriebenen Erhebungen wesentlich einfacher und kostengünstiger ist als die vollständige Abdichtung des Motorraums mit entsprechend nötigem Druckausgleich.
  • Wie oben bereits beschrieben ragt die Welle durch die Wand des Motorgehäuses hindurch in den Verdichter. An dieser Stelle kann bevorzugt eine Dichtstelle ausgebildet werden, um den Verdichterraum gegenüber dem Motorraum abzudichten. Die Dichtstelle ist entweder als berührungslose Dichtung oder als dynamische Dichtung, insbesondere mit zumindest einem Kolbenring, vorgesehen. In bevorzugter Variante, insbesondere bei einem Motorgehäuse aus Aluminium wird jedoch bewusst auf eine berührende Dichtung, insbesondere auf Kolbenringe, verzichtet, um ein "Fressen" (Einkerben) der Kolbenringe im Motorgehäuse zu vermeiden.
  • Zur hermetischen Abdichtung des Motorraums gegenüber dem Aufnahmeraum ist bevorzugt eine weitere Dichtung zwischen der Verbindung, insbesondere in Form eines Rohrstutzens, von dem Verdichterraum in den Motorraum und der Wand des Motorgehäuses vorgesehen.
  • In Ausgestaltungen kann eine Einrichtung vorgesehen sein, um einen Druckausgleich zwischen dem Aufnahmeraum und der Umgebung zu ermöglichen. Außerdem kann vorgesehen sein, dass sich von der Leistungselektronikschaltung durch das Motorgehäuse zumindest ein elektrischer Leiter erstreckt, um eine elektrisch leitende Verbindung zwischen der Leistungselektronikschaltung und dem Elektromotor zu ermöglichen. Die Aufladevorrichtung kann außerdem eine Lagervorrichtung zur Lagerung einer Welle aufweisen, die den Rotor mit dem Verdichterrad verbindet, wobei die Lagervorrichtung eine Einrichtung zur Schwingungsdämpfung aufweist. Durch die Schwingungsdämpfung kann zum Beispiel ein ruhigerer und gleichmäßiger sowie vibrationsärmerer Lauf der Welle ermöglicht werden.
  • Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung werden anhand der folgenden Figuren beschrieben.
    • Kurzbeschreibung der Figuren
    • Figur 1 eine Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Aufladevorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel,
    • Figur 2 ein Detail zur ersten Dichtung der erfindungsgemäßen Aufladevorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel,
    • Figur 3 ein Detail zur zweiten Dichtung der erfindungsgemäßen Aufladevorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel,
    • Figur 4 zwei Ansichten einer Rückwand der erfindungsgemäßen Aufladevorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel,
    • Figur 5 eine weitere Ansicht der Rückwand der erfindungsgemäßen Aufladevorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel,
    • Figur 6 ein Detail der erfindungsgemäßen Aufladevorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel mit demontiertem Deckel,
    • Figur 7 Details der Ausgestaltung der Erhebungen auf der Rückwand gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Aufladevorrichtung
    • Figur 8 Details der Ausgestaltung der Erhebungen auf der Rückwand gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Aufladevorrichtung im Schnitt
    • Figur 9 Ansicht eines Steckers mit integrierter Einrichtung für den Druckausgleich zwischen Aufnahmeraum und der Umgebung
    • Im Folgenden wird anhand der Figuren 1 bis 9 eine Aufladevorrichtung 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel im Detail beschrieben.
  • Figur 1 zeigt in Schnittansicht die Aufladevorrichtung 1 umfassend einen Verdichter 2. Der Verdichter 2 weist ein Verdichtergehäuse 3 auf. In dem Verdichtergehäuse 3 ist ein Verdichterrad 4 angeordnet. Dieses Verdichterrad 4 befindet sich im sogenannten Verdichterraum.
  • Des Weiteren umfasst die Aufladevorrichtung 1 einen Elektromotor 5. Der Elektromotor 5 setzt sich zusammen aus einem Rotor 6 und einem Stator 7.
  • Über eine Welle 8 ist der Rotor 6 drehfest mit dem Verdichterrad 4 verbunden. Durch Rotation des Elektromotors 5 wird somit auch das Verdichterrad 4 in Rotation versetzt.
  • Das Verdichterrad 4 und der Rotor 6 sind koaxial angeordnet, sodass die Welle 8 gleichzeitig auch die Rotorwelle ist.
  • Figur 1 zeigt entsprechend der Welle 8 eine Axialrichtung 18. Senkrecht auf der Axialrichtung 18 steht eine Radialrichtung 19. Um die Axialrichtung 18 herum ist eine Umfangsrichtung 20 definiert.
  • Bei Rotation des Elektromotors 5 und somit bei Rotation des Verdichterrades 4 wird Luft in Axialrichtung 18 angesaugt. Über den Verdichter 2 wird die Luft in Radialrichtung 19 verdichtet und einer Brennkraftmaschine zugeführt.
  • Die Aufladevorrichtung 1 umfasst ferner ein Motorgehäuse 9. In diesem Motorgehäuse 9 ist ein Motorraum 10 ausgebildet. Der Motorraum 10 ist auf der dem Verdichter 2 abgewandten Seite mittels eines Deckels 12 verschlossen. Zum Verdichter 2 hin ist der Motorraum 10 durch eine Wand 11 des Motorgehäuses 9 begrenzt. Das Verdichtergehäuse 3 ist auf seiner dem Motorgehäuse 9 zugewandten Seite offen. Diese offene Seite ist mittels einer Rückwand 13 verschlossen. Insbesondere wird die Rückwand 13 aus Kunststoff, insbesondere Duroplast, oder aus Metall, insbesondere Aluminium, gefertigt. Bei der Fertigung aus Kunststoff kommt insbesondere hochtemperaturfestes Polyamid zum Einsatz. Des Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass die Rückwand 13 aus faserverstärktem Kunststoff gefertigt wird.
  • An der Rückwand 13 können an einer dem Verdichter 2 zugewandten Seite 0,1mm - 0,6 mm, insbesondere 0,2 bis 0,4 mm hohe Noppen (in den Figuren nicht gezeigt) vorgesehen sein, welche eine definierte axiale Positionierung der Rückwand 13 relativ zum Verdichtergehäuse bereitstellen. Die Noppen können konvex geformt sein, so dass sie leicht deformierbar sind.
  • Das Motorgehäuse 9 ist mit seiner Wand 11 fest mit dem Verdichtergehäuse 3 verbunden, insbesondere verschraubt. Dabei ist zwischen der Rückwand 13 und der Wand 11 ein Aufnahmeraum 14 ausgebildet. In diesem Aufnahmeraum 14 befindet sich eine Leistungselektronikschaltung 15 zur Stromversorgung und Ansteuerung des Elektromotors 5. Der Aufnahmeraum 14 ist gegenüber dem Verdichterraum und gegenüber dem Motorraum 10 hermetisch abgedichtet. Es kann eine Einrichtung 40 vorgesehen sein, die einen Druckausgleich zwischen dem Aufnahmeraum 14 und der Umgebung ermöglicht. Weitere Details zur Einrichtung 40 für den Druckausgleich werden weiter unten in Verbindung mit Figur 9 beschrieben.
  • Die Welle 8 ist gegenüber der Wand 11 des Motorgehäuses 9 mit einem ersten Lager 16 gelagert. Zwischen der Welle 8 und dem Deckel 12 befindet sich ein zweites Lager 17. Figur 3 zeigt zwischen dem Außenring des ersten Lagers 16 und dem angrenzenden Motorgehäuse 9 zwei O-Ringe 38. Diese O-Ringe 38 dienen unter anderem als Einrichtung zur Schwingungsdämpfung. Die O-Ringe 38 können wie gezeigt in einer Nut im Außenring der Lager 16 und 17 (siehe Figuren 1 und 3) sitzen. Zusätzlich oder alternativ kann auch eine Nut in dem Motorgehäuse 9 bzw. dem Deckel 12 vorgesehen sein. Die O-Ringe 38 sind bevorzugt aus HNBR, Kautschuk oder Gummi. Das Motorgehäuse 9 und/oder der Deckel 12 können zum Beispiel aus Aluminium gefertigt sein. Der Außenring der Lager 16, 17 ist üblicherweise aus Stahl. Die O-Ringe 38 können einerseits eine ungünstige, chemisch aktive Materialpaarung vermeiden. Andererseits dämpften die O-Ringe 38 mechanische Schwingungen. Die O-Ringe 38 sorgen somit für eine chemische und mechanische Entkopplung. Zusätzlich oder alternativ kann die Einrichtung zur Schwingungsdämpfung zumindest ein Federelement aufweisen (nicht gezeigt). Das Federelement kann zum Beispiel in Axialrichtung 18 zwischen dem Lager 16 und dem Motorgehäuse 9 und/oder dem Lager 17 und dem Deckel 12 angeordnet sein (zum Beispiel in dem Freiraum zwischen Lager 17 und Deckel 12 zu sehen in Figur 1).
  • Die Wand 11 des Motorgehäuses 9 weist einen sich axial erstreckenden Abschnitt 37 auf. Radial innerhalb dieses Abschnittes 37 befindet sich die Leistungselektronikschaltung 15 und entsprechend der Aufnahmeraum 14.
  • Zur hermetischen Abdichtung des Aufnahmeraums 14 sind zumindest eine erste Dichtung 21 und eine zweite Dichtung 22 vorgesehen. Diese Dichtungen 21, 22 werden anhand der Detaildarstellungen in den Figuren 2 und 3 erläutert. Figur 2 zeigt im Detail die erste Dichtung 21. Das Verdichtergehäuse 3 weist eine erste Innenumfangsfläche 24 auf. Die Wand 11 weist eine erste Radialfläche 25 auf. An der Rückwand 13 ist eine erste Außenumfangsfläche 23 definiert. Die erste Dichtung 21 ist zwischen der ersten Radialfläche 25 der Wand 11 und einer zweiten Radialfläche 26 des Verdichtergehäuses 3 angeordnet. Somit ist die erste Dichtung 21 nur in axialer Richtung 18 kraftbeaufschlagt. Das Verdichtergehäuse 3 weist eine zweite Radialfläche 26 auf. Die erste Dichtung 21 ist vollumfänglich zwischen der ersten Außenumfangsfläche 23, der ersten Innenumfangsfläche 24, der ersten Radialfläche 25 und der zweiten Radialfläche 26 angeordnet und zwischen der ersten Radialfläche 25 und der zweiten Radialfläche 26 in axialer Richtung 18 verspannt, wodurch die Dichtwirkung generiert wird. Die Abdichtung zwischen der ersten Radialfläche 25 und der ersten Dichtung 21 ist nicht so stark ausgeprägt wie zwischen der zweiten Radialfläche 26 und der ersten Dichtung 21, um bei der Verpressung die Rückwand 13 am Motorgehäuse 9 zu positionieren.
  • In Figur 3 sind Aussparungen in der Rückwand 13 und der Wand 11 zu sehen, die zur Durchführung der Welle 8 von dem Motorraum 10 in den Verdichterraum dienen. Weiterhin zeigt Figur 3 im Detail die Anordnung der zweiten Dichtung 22. Die zweite Dichtung 22 ist vollumfänglich an einer zweiten Außenumfangsfläche 28 der Wand 11 angeordnet. Des Weiteren liegt an dieser zweiten Dichtung 22 eine zweite Innenumfangsfläche 27 der Rückwand 13 an.
  • Figur 1 zeigt einen elektrischen Leiter 29 in Form eines Bolzens. Der elektrische Leiter 29 kontaktiert elektrisch leitend die Leistungselektronikschaltung 15 mit den Spulen des Stators 7. Hierzu ragt der elektrische Leiter 29 durch die Wand 11 hindurch. An dieser Stelle ist im Bereich der Wand 11 eine dritte Dichtung 30 vorgesehen. Die dritte Dichtung 30 ist eine schlauchförmig auf den elektrischen Leiter 29 aufgebrachte Dichtung. Um etwaige Kurzschlüsse im Bereich der elektrischen Leiter zu vermeiden, ist kann vorgesehen werden, dass sich die dritte Dichtung über zumindest die halbe Länge des Stators, vorzugsweise über zumindest zwei Drittel der Länge des Stators, in Axialrichtung erstreckt. Bevorzugt hat die dritte Dichtung umlaufende Erhebungen, insbesondere im Bereich des Durchgangslochs durch die Wand 11, um örtlich einen größeren Anpressdruck gegenüber dem Durchgangsloch in der Wand 11 zu erzeugen. So dient die dritte Dichtung 30 nicht nur der Abdichtung des Durchgangsloches in der Wand 11, sondern auch der elektrischen Isolierung des elektrischen Leiters 29 gegenüber dem Stator 7.
  • Insbesondere werden drei solcher elektrischen Leiter 29, verteilt entlang des Umfangs, verwendet. Die elektrischen Leiter 29 erstrecken sich über die gesamte axiale Länge des Stators 7, sodass die elektrischen Leiter 29 im Bereich des Deckels 12 mit dem Stator 7 kontaktierbar sind. Das heißt, die elektrischen Leiter 29 erstrecken sich vorteilhafterweise über die gesamte Länge des Stators in Axialrichtung 18. Die Kontaktierung zwischen Stator 7 und elektrischem Leiter 29 kann somit, aufgrund von Montagegründen, auf der dem Verdichter 2 abgewandten Seite des Stators 7 erfolgen. Insbesondere können die elektrischen Leiter 29 und der Stator 7 zum Beispiel über eine Crimpverbindung miteinander elektrisch verbunden werden. Durch die Länge der elektrischen Leitung 29 und das Vercrimpen auf der von der Leistungselektronikschaltung 15 abgewandten Seite können Montageschäden durch den Vercrimpvorgang auf der Leistungselektronikschaltung 15 vermieden werden. Auf der dem Verdichter 2 abgewandten Seite des Stators 7 weist das Motorgehäuse einen Deckel 12 auf. Vor der Montage dieses Deckels 12 können an dieser Seite die elektrischen Leiter 29 mit den Wicklungen am Stator 7 elektrisch leitend verbunden werden, wie beschrieben zum Beispiel durch Vercrimpen. Erst dann wird der Deckel 12 entsprechend montiert. Diese Anordnung ermöglicht eine einfache Montage der sehr kompakt aufgebauten Aufladevorrichtung 1. Insgesamt hat die Ausgestaltung und Anordnung der elektrischen Leiter 29 somit die Vorteile einer schnellen und einfachen Montage mit geringem Risiko für Montageschäden und ohne große Leistungseinbußen für die elektrische Verbindung in Kauf nehmen zu müssen.
  • Figur 6 zeigt eine vom Verdichter 2 abgewandte Seite des Motorgehäuses 9 mit demontiertem Deckel 12. Anhand dieser Darstellung ist gut zu sehen, dass bei demontiertem Deckel 12 die Enden der elektrischen Leiter 29 sowie der Stator 7 zugänglich sind. Vor Montage des Deckels 12 können somit die Enden der elektrischen Leiter 29 wie oben beschrieben elektrisch leitend mit dem Stator 7 verbunden werden.
  • Wie Figuren 1 und 3 im Detail zeigen, befindet sich eine berührungslose vierte Dichtstelle 31 zwischen der Wand 11 und der Welle 8. Diese vierte Dichtstelle 31 befindet sich insbesondere radial innerhalb der zweiten Dichtung 22.
  • Figur 4 zeigt in einer isometrischen Ansicht und in einer Schnittansicht die genaue Ausgestaltung der Rückwand 13. Die Rückwand 13 ist ein einstückig gefertigtes Bauteil.
  • Figur 4 zeigt insbesondere die genaue Anordnung der ersten und zweiten Dichtung 21, 22 an der Rückwand 13. Die beiden Dichtungen 21, 22 sind insbesondere aufgeklebte oder aufvulkanisierte Dichtungen, die vollumfänglich angeordnet sind. Alternativ oder zusätzlich können die erste Dichtung 21 und/oder die zweite Dichtung 22 in einer Nut in der Rückwand 13 angeordnet sein oder es kann ein entsprechender Fortsatz an der Rückwand 13 ausgebildet sein, der in eine entsprechende Nut in der ersten Dichtung 21 beziehungsweise zweiten Dichtung 22 ragt.
  • Ferner zeigen die Darstellungen in Figur 4 mehrere Verstärkungsrippen 32, die integraler Bestandteil der Rückwand 13 sind. Die Verstärkungsrippen 32 sind sternförmig in Radialrichtung 19 angeordnet und befinden sich auf der dem Aufnahmeraum 14 zugewandten Seite.
  • Ein weiterer Bestandteil der Rückwand 13 ist ein Rohrstutzen 33, der als Verbindung zwischen dem Verdichterraum und dem Motorraum 10 dient. Dieser befindet sich an einer geodätisch unten liegenden Position, also unterhalb der Welle 8. Wie insbesondere Figur 1 zeigt, bildet die Verbindung bzw. der Rohrstutzen 33 eine fluidleitende Verbindung zwischen dem Verdichterraum und dem Motorraum 10. Über eine fünfte Dichtung 35 ist der Rohrstutzen 33 gegenüber der Wand 11 abgedichtet. Der Rohrstutzen 33 ermöglicht einen Druckausgleich zwischen dem Verdichterraum und dem Motorraum 10. Dabei ist der Rohrstutzen 33 so ausgebildet, dass lediglich eine Verbindung zwischen Verdichterraum und Motorraum 10 und keine Verbindung in den Aufnahmeraum 14 erfolgt. Es kann vorgesehen sein, dass der Rohrstutzen 33 integraler Bestandteil der einstückig gefertigten Rückwand 13 ist. Der Rohrstutzen 33 befindet sich exzentrisch zur Welle 8 der Aufladevorrichtung 1. Die direkte Verbindung von dem Verdichterraum in den Motorraum hat den Vorteil, dass hohe Druckdifferenzen zwischen dem Motorraum und dem Verdichterraum vermieden werden können. Dadurch können die Kräfte auf die Dichtungen und die Lager, zum Beispiel durch hohe Drücke ohne Druckausgleich, vermieden beziehungsweise reduziert werden. Dies verringert das Risiko, dass Schmiermittel oder dergleichen von den Lagern und/oder Dichtungen in den Verdichterraum beziehungsweise den Motorraum gepresst werden und dort Schäden anrichten.
  • Die Verbindung zwischen dem Verdichterraum und dem Motorraum 10, um den Druckausgleich zu ermöglichen kann weitere Komponenten aufweisen. So kann zum Beispiel eine Membran vorgesehen sein, insbesondere eine semipermeable Membran, um gezielt Gase durchzulassen und feste oder flüssige Partikel zurückzuhalten. Eine solche Membran kann in der in den Figuren gezeigten Ausführungsform in dem Rohrstutzen 33 angebracht sein, an der Eintrittsöffnung 34 an der Rückwand 13 und/oder an einem Austritt des Rohrstutzens 33 im Bereich des Motorraums 10. Zusätzlich oder alternativ kann auch eine Vorrichtung vorgesehen werden, die die Verbindung bzw. den Durchfluss durch die Verbindung zwischen den Räumen regelt oder kontrolliert. Eine solche Vorrichtung kann in Form eines Ventils und/oder einer Düse, zum Beispiel einer Venturidüse, integriert werden. Dies hat den Vorteil, dass über die Verbindung zwischen dem Verdichterraum und dem Motorraum nicht nur ein Druckausgleich ermöglicht wird, sondern gleichzeitig der Druckausgleich gesteuert bzw. geregelt werden kann und/oder Verunreinigungen durch Flüssigkeiten oder Partikel vermieden werden können.
  • Figur 5 zeigt eine Draufsicht auf die dem Verdichter 2 zugewandte Seite der Rückwand 13. Gut zu sehen ist, dass um die Eintrittsöffnung 34 des Rohrstutzens 33 mehrere Erhebungen 36 angeordnet sind. Diese Erhebungen 36 erstrecken sich in Umfangsrichtung 20 sichelförmig um die Eintrittsöffnung 34. Mittels dieser Erhebungen 36 werden Partikel abgeleitet, sodass sie mit großer Wahrscheinlichkeit nicht in die Eintrittsöffnung 34 und somit in den Rohrstutzen 33 eindringen. Es sollte weitestgehend vermieden werden, dass Partikel über die Eintrittsöffnung 34 des Rohrstutzens 33 in den Motorraum 10 gelangen. Solche Partikel können insbesondere verbrannte Öltröpfchen oder Rußpartikel sein. Eine Ausführungsform der Erhebungen 36 wird im Folgenden anhand der Figuren 1, 4, 5, 7 und 8 genauer beschrieben.
  • Das Verdichterrad weist einen bestimmten Durchmesser D1 auf (siehe Figur 1). Die Mitte einer Eintrittsöffnung 34 des Rohrstutzens 33 in der Rückwand 13 ist von einem Mittelpunkt M der Rückwand um einen Abstand A1 beabstandet. Bevorzugt liegt der Abstand A1 in einem Bereich von 0,2*(D1/2) und 0,9*(D1/2), insbesondere zwischen 0,4*(D1/2) und 0,8*(D1/2).
  • Wie in Figur 5 zu sehen, erstrecken sich eine Vielzahl der Erhebungen 36 in Umfangsrichtung auf der Rückwand 13. Dabei umschließt eine Erhebung 36 vollumfänglich die Eintrittsöffnung 34 des Rohrstutzens 33. Die Figuren 5 und 7 zeigen eine sichelförmige Anordnung der Erhebungen 36 in Umfangsrichtung um die Eintrittsöffnung 34. Die Erhebung bzw. die Erhebungen 36 sorgen im Betrieb der Aufladevorrichtung dafür, dass Partikel aufgrund ihrer Trägheit zumindest mit hoher Wahrscheinlichkeit an der Eintrittsöffnung 34 vorbeigeschleudert werden und nicht mit dem Kondensat abgeführt werden, sondern mit der verdichteten Luft dem Verbrennungsprozess in der Brennkraftmaschine zugeführt werden.
  • Wie in Figur 7 gezeigt sind die Erhebungen 36 durch eine Vertiefung voneinander getrennt. Des Weiteren ist in Figur 7 eine imaginäre Mittelgerade zu sehen, die durch die Mitte der Eintrittsöffnung 34 und den Mittelpunkt M der Rückwand 13 verläuft. Die Vertiefungen erstrecken sich entlang imaginärer Hilfsachsen die ebenfalls in Figur 7 dargestellt sind. Die Hilfsachsen der Vertiefungen schneiden die Mittelgerade radial außerhalb der Eintrittsöffnung 34.
  • Wie in Figur 7 zu erkennen gibt es in Umfangsrichtung vor und hinter der Eintrittsöffnung 34 je eine erste Vertiefung und eine entsprechende Mehrzahl an Erhebungen 36. Die Hilfsachsen der ersten Vertiefungen weisen dann zur Mittelgeraden je einen ersten Winkel α1, β1 auf. Ferner sind in Umfangsrichtung vor und hinter den ersten Vertiefungen zweite Vertiefungen und entsprechend weitere Erhebungen 36 vorgesehen. Die Hilfsgeraden der zweiten Vertiefungen weisen zur Mittelgeraden je einen zweiten Winkel α2, β2 auf. Die ersten und zweiten Winkel (α1, β1, α2, β2) liegen jeweils zwischen 70° und 20°, insbesondere zwischen 60° und 25°. Bevorzugt sind die ersten Winkel (α1, β1) kleiner als die zweiten Winkel (α2, β2). Insbesondere betragen die ersten Winkel (α1, β1) höchstens 95% der zweiten Winkel (α2, β2).
  • Wie oben beschrieben und in Figur 1 zu sehen weist das Verdichterrad 4 den Durchmesser D1 (größter Durchmesser des Verdichterrades 4) auf. Die Gesamtheit der Erhebungen 36 kann sich über eine Länge L erstrecken (siehe Figur 7). Die Länge L wird senkrecht zur Mittelgeraden und parallel zu einer Ebene, die von der Rückwand 13 aufgespannt wird, bemessen. Die Länge L liegt somit senkrecht zur Achse der Welle 8. Vorzugsweise beträgt die Länge L zwischen 0,7*D1 und 0,2*D1, insbesondere zwischen 0,6*D1 und 0,3*D1.
  • In Figur 7 ist gezeigt, dass sich die Gesamtheit der Erhebungen 36 über einen Segmentwinkel γ erstreckt, der bezüglich des Mittepunkts M der Rückwand 13 und in der Ebene der Rückwand 13 gemessen wird. Der Segmentwinkel γ liegt zwischen 120° und 45°, insbesondere zwischen 100° und 60°.
  • Wie in Figur 7 zu sehen folgt die radiale Innenkante der Erhebungen 36 einer Bogenform. Die Bogenform hat einen sich stetig verändernden Radius bezüglich des Mittelpunkts M. Auf der Mittelgeraden hat die Bogenform einen ersten Radius R1. Der Radius steigt zu den äußeren Enden der Erhebungen 36 hin bis auf einen zweiten Radius R2 an. Der zweite Radius R2 beträgt dabei zumindest 110% des ersten Radius R1.
  • Figur 8 zeigt eine Schnittansicht (entlang der Schnittlinie A-A in Figur 7) durch eine der Erhebungen 36. Eine Höhe H1 der Erhebung 36, gemessen in Axialrichtung, beträgt zwischen 0,1mm und 5mm, insbesondere zwischen 0,1mm und 1mm.
  • Ebenso in Figur 8 zu sehen sind die Kanten der Erhebung 36. Die Kanten der Erhebung 36 sind mit einem definierten Radius R3 abgerundet. Der Radius liegt vorzugsweise zwischen 0,05mm und 0,1mm.
  • Wie in Figur 7 zu erkennen ist die Anordnung der Erhebungen 36 und der entsprechenden Vertiefungen symmetrisch zur Mittelgeraden, die durch die Mitte der Eintrittsöffnung 34 und die Mitte M der Rückwand 13 verläuft.
  • Die im Detail beschriebenen unterschiedlichen Merkmale zur Ausgestaltung und Positionierung der Eintrittsöffnung 34 und der Erhebungen 36 wurden anhand von Berechnungen, Simulationen und Versuchen ermittelt und können einzeln oder in synergetisch zusammenwirkender Kombination dazu eingesetzt werden, um zu vermeiden, dass Partikel über die Eintrittsöffnung 34 und die Verbindung in den Motorraum 10 gelangen. Entgegen der üblichen und logischen Lösung, nämlich den Motorraum 10 abzudichten, wurde erkannt, dass das Vorsehen einer Verbindung für den Druckausgleich, zum Beispiel in Form eines Rohstutzens 33, und der Erhebungen 36 im Bereich der Eintrittsöffnung 34 wesentlich einfacher und kostengünstiger ist als die vollständige Abdichtung des Motorraums mit entsprechend nötigem Druckausgleich.
  • Figur 9 zeigt eine Option der Ausführung für eine Einrichtung 40, um einen Druckausgleich zwischen dem Aufnahmeraum 14 und der Umgebung zu ermöglichen. Im Allgemeinen kann die Einrichtung 40 für den Druckausgleich irgendeine Art von Verbindung, zum Beispiel ein oder mehrere Löcher oder Bohrungen, sein, die einen Druckausgleich zwischen dem Aufnahmeraum 14 und der Umgebung zulassen. Die Einrichtung 40 für den Druckausgleich kann eine Membran aufweisen, insbesondere eine semipermeable Membran. Diese Membran kann somit flüssigkeitsundurchlässig und gasdurchlässig sein, sodass der Druckausgleich zwischen dem Aufnahmeraum 14 und der Umgebung möglich ist. Die Membran kann zum Beispiel im Bereich der Verbindung in Form von einem oder mehreren Löchern oder Bohrungen über/unter oder in diesen angebracht sein. Zur elektrischen Kontaktierung der Leistungselektronikschaltung 15 im Aufnahmeraum 14 kann eine Verbindung, z.B. über einen Stecker 39, des Aufnahmeraums 14 gegenüber der Umgebung vorgesehen sein. Insbesondere kann die Einrichtung 40 für den Druckausgleich in einen solchen Stecker 39 integriert sein, wie dies in Figur 9 gezeigt ist. Der Stecker 39 kann für die Ansteuerung der Leistungselektronikschaltung 15 und/oder die Stromversorgung des Elektromotors 5 geeignet sein. Beispielsweise kann die Einrichtung 40 für den Druckausgleich in einem Kragen 41 des Steckers 39 integriert sein. Dies hat den Vorteil, dass eine einzige Komponente sowohl für die elektrische Kontaktierung der Leistungselektronikschaltung 15 als auch für das Ermöglichen eines Druckausgleichs verwendet werden kann. Zusätzlich kann die Einrichtung 40 für den Druckausgleich auch ein Ventil und/oder eine Düse, zum Beispiel in Form einer Venturidüse, umfassen. Dadurch wird ein kontrollierter und geregelter Druckausgleich ermöglicht.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Aufladevorrichtung
    2
    Verdichter
    3
    Verdichtergehäuse
    4
    Verdichterrad
    5
    Elektromotor
    6
    Rotor
    7
    Stator
    8
    Welle
    9
    Motorgehäuse
    10
    Motorraum
    11
    Wand
    12
    Deckel
    13
    Rückwand
    14
    Aufnahmeraum
    15
    Leistungselektronikschaltung
    16
    erstes Lager
    17
    zweites Lager
    18
    Axialrichtung
    19
    Radialrichtung
    20
    Umfangsrichtung
    21
    erste Dichtung
    22
    zweite Dichtung
    23
    erste Außenumfangsfläche (der Rückwand)
    24
    erste Innenumfangsfläche (des Verdichtergehäuses)
    25
    erste Radialfläche (der Wand)
    26
    zweite Radialfläche (des Verdichtergehäuses)
    27
    zweite Innenumfangsfläche (der Rückwand)
    28
    zweite Außenumfangsfläche (der Wand)
    29
    elektrischer Leiter
    30
    dritte Dichtung
    31
    vierte Dichtstelle
    32
    Verstärkungsrippen
    33
    Verbindung/Rohrstutzen
    34
    Eintrittsöffnung
    35
    fünfte Dichtung
    36
    Erhebungen
    37
    axial erstreckender Abschnitt
    38
    O-Ringe
    39
    Stecker
    40
    Einrichtung für Druckausgleich zwischen Aufnahmeraum und Umgebung
    41
    Kragen des Steckers

Claims (14)

  1. Aufladevorrichtung (1) für eine Brennkraftmaschine, insbesondere für ein Fahrzeug, wobei die Aufladevorrichtung aufweist:
    einen Verdichter (2) mit einem Verdichtergehäuse (3) und einem Verdichterraum, in dem ein Verdichterrad (4) angeordnet ist,
    einen Elektromotor (5) mit einem Motorgehäuse (9), das einen Motorraum (10) definiert, in dem ein Rotor (6) und ein Stator (7) angeordnet sind, und
    eine Verbindung (33) von dem Verdichterraum in den Motorraum (10), um einen Druckausgleich zwischen dem Verdichterraum und dem Motorraum (10) zu ermöglichen,
    wobei das Verdichtergehäuse (3) auf der dem Motorgehäuse (9) zugewandten Seite durch eine Rückwand (13) verschlossen ist, in der eine Eintrittsöffnung (34) der Verbindung (33) angeordnet ist,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Rückwand (13) eine Wand (11) des Motorgehäuses (9) gegenüberliegt,
    wobei die Rückwand (13) und die Wand (11) einen Aufnahmeraum (14) bilden,
    in dem eine Leistungselektronikschaltung (15) zur Ansteuerung des Elektromotors (5) angeordnet ist und wobei der Aufnahmeraum (14) hermetisch gegenüber dem Verdichterraum und dem Motorraum (10) abgedichtet ist.
  2. Aufladevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mitte der Eintrittsöffnung (34) der Verbindung in der Rückwand (13) von einem Mittelpunkt (M) der Rückwand um einen Abstand (A1) beabstandet ist.
  3. Aufladevorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verdichterrad einen Durchmesser D1 aufweist, und wobei der Abstand (A1) zwischen 0,4*(D1/2) und 0,8*(D1/2) ist.
  4. Aufladevorrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass an der dem Verdichter (2) zugewandten Seite der Rückwand (13) im Bereich der Eintrittsöffnung (34) der Verbindung (33) zumindest eine Erhebung (36) zum Ableiten von Partikeln ausgebildet ist.
  5. Aufladevorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich die zumindest eine Erhebung (36) in Umfangsrichtung erstreckt, insbesondere wobei die zumindest eine Erhebung (36) vollumfänglich um die Eintrittsöffnung (34) angeordnet ist.
  6. Aufladevorrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei Erhebungen angeordnet sind, wobei die Erhebungen durch eine Vertiefung voneinander getrennt sind.
  7. Aufladevorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mittelgerade die Mitte der Eintrittsöffnung und den Mittelpunkt (M) der Rückwand verbindet, und wobei sich die Vertiefung entlang einer Hilfsachse erstreckt, und wobei die Mittelgerade die Hilfsachse radial außerhalb der Eintrittsöffnung (34) schneidet.
  8. Aufladevorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass es in Umfangsrichtung vor und hinter der Eintrittsöffnung (34) je zumindest eine erste Vertiefung und eine entsprechende Mehrzahl an Erhebungen (36) gibt und wobei entsprechende Hilfsachsen entlang derer sich die ersten Vertiefungen erstrecken zu der Mittelgerade einen ersten Winkel (α1, β1) aufweisen und die Hilfsachsen die Mittelgerade radial außerhalb der Eintrittsöffnung (34) schneiden.
  9. Aufladevorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass es in Umfangsrichtung vor und hinter den ersten Vertiefungen je zumindest eine zweite Vertiefung und entsprechende weitere Erhebungen (36) gibt, und wobei entsprechende Hilfsachsen der zweiten Vertiefungen zu der Mittelgerade je einen zweiten Winkel (α2, β2) aufweisen.
  10. Aufladevorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und zweiten Winkel (α1, β1, α2, β2) jeweils zwischen 70° und 20°, bevorzugt zwischen 60° und 25° liegen.
  11. Aufladevorrichtung nach Anspruch 9 oder Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Winkel (α1, β1) kleiner als die zweiten Winkel (α2, β2) sind, insbesondere, wobei die ersten Winkel (α1, β1) höchstens 95% der zweiten Winkel (α2, β2) betragen.
  12. Aufladevorrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Gesamtheit der Erhebungen (36) über eine Länge (L) erstreckt, die senkrecht zur Mittelgeraden und parallel zu einer Ebene, die von der Rückwand (13) aufgespannt wird, bemessen wird, insbesondere wobei das Verdichterrad einen Durchmesser D1 aufweist, und wobei die Länge (L) zwischen 0,7*D1 und 0,2*D1 beträgt, besonders vorzugsweise zwischen 0,6*D1 und 0,3*D1.
  13. Aufladevorrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 4 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Gesamtheit der Erhebungen über einen Segmentwinkel (γ) erstreckt, der bezüglich des Mittelpunkts (M) gemessen wird, wobei der Segmentwinkel zwischen 120° und 45°, insbesondere zwischen 100° und 60° liegt.
  14. Aufladevorrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 4 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass radiale Innenkanten der Erhebungen sich entlang einer Bogenform erstrecken, wobei die Bogenform einen sich stetig verändernden Radius bezüglich des Mittelpunkts (M) der Rückwand (13) aufweist, und wobei die Bogenform auf der Mittelgeraden einen ersten Radius (R1) definiert, und wobei der Radius bis auf einen zweiten Radius (R2) an den äußeren Enden der Erhebungen entlang der Bogenform ansteigt, wobei der zweite Radius (R2) insbesondere zumindest 110% des ersten Radius (R1) beträgt.
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