EP3314129B1

EP3314129B1 - Verdichterrad und verwendung des verdichterrades

Info

Publication number: EP3314129B1
Application number: EP16732583.6A
Authority: EP
Inventors: Florian Hennenberger; Georg Graessel; Gerhard Bohrmann; Daniel Hofer
Original assignee: BASF SE
Current assignee: BASF SE
Priority date: 2015-06-24
Filing date: 2016-06-23
Publication date: 2023-10-18
Anticipated expiration: 2036-06-23
Also published as: EP3314129A1; WO2016207288A1; JP6955812B2; BR112017027509A2; US20180195524A1; KR102582856B1; KR20180019738A; JP2018518630A; BR112017027509B1

Description

Die Erfindung geht aus von einem Verdichterrad nach Anspruch 1.
Verdichterräder finden Einsatz zum Beispiel in elektrisch angetriebenen Verdichtern von Verbrennungsmotoren oder auch in Haushaltsgeräten, zum Beispiel beutellosen Staubsaugern. Insbesondere für Verdichter von Verbrennungsmotoren werden die Verdichterräder aufgrund der hohen auftretenden Temperaturen und der hohen Drehzahlen derzeit aus Metall gefertigt. Diese weisen jedoch im Vergleich zu Kunststoffen eine hohe Dichte und damit auch eine vergleichsweise hohe Masse auf. Diese führt jedoch zu hohen auf das Verdichterrad wirkenden Kräften und damit verbunden zu einem hohen notwendigen Antriebsmoment für das Verdichterrad.
Zur Reduktion der notwendigen Anfahrleistung des Motors wird daher gewünscht, die Massen der einzelnen Bauteile zu reduzieren. Hierzu bietet sich die Verwendung von Kunststoffen als Ersatz für metallische Werkstoffe an. Insbesondere bei den schnell drehenden Verdichterrädern können jedoch selbst mit Hochleistungskunststoffen nicht die Dauerfestigkeiten erzielt werden, die metallische Werkstoffe aufweisen. Ursache hierfür sind sehr hohe Biegebeanspruchungen im gesamten Bauteil aufgrund der bei den hohen Drehzahlen von bis zu 250 000 min^-1 auftretenden Fliehkräfte.
Der Bedarf an Verdichterrädern mit geringer Masse steigt, da zur Leistungssteigerung von Verbrennungsmotoren und zur Einsparung von Kraftstoff vermehrt zusätzlich elektrisch angetriebene Verdichter eingesetzt werden. Hierbei ist es aufgrund des nicht kontinuierlich mitlaufenden elektrisch angetriebenen Verdichters notwendig, ein Verdichterrad mit einer hohen Dauerfestigkeit einzusetzen.
Aus dem Bereich der beutellosen Staubsauger ist es bereits bekannt, Verdichterräder aus Polyetheretherketon (PEEK) einzusetzen. Ein solches Verdichterrad ist zum Beispiel in Konstruktion & Engineering, ke 04/2005, Seite 86 beschrieben. Weiterhin ist aus Motortechnische Zeitschrift, September 2009, Band 70, Ausgabe 9, Seiten 652 bis 656 bekannt, dass geplant ist, Verdichterräder aus PEEK zu fertigen. Jedoch wird hier auch dargelegt, dass im Bereich von höher verdichtenden Turboladern im Motorenbau der Einsatz aufgrund der auftretenden Temperaturen nicht möglich ist.
Ein Verdichterrad für eine Verbrennungskraftmaschine, zum Beispiel in einem Kraftfahrzeug, ist in WO-A 2004/016952 beschrieben. Um das Verdichterrad aus Kunststoff fertigen zu können, weist dieses an der Unterseite Rippen auf. Bei der in der WO-A 2004/016952 dargestellten Form des Abgasturboladers ist es notwendig, dass das Verdichterrad an seiner Unterseite keine nach unten herausragenden Teile aufweist. Es hat sich jedoch gezeigt, dass eine solche Gestaltung insbesondere bei hohen Drehzahlen zu unerwünschten Verformungen im Betrieb führen kann, wodurch Kollisionen des Verdichterrades mit dem Gehäuse auftreten können. DE2519546 offenbart ein weiteres Verdichterrad aus Kunststoff.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verdichterrad bereitzustellen, das eine geringe Masse aufweist und insbesondere bei den in einem Turboverdichter auftretenden hohen Drehzahlen und Temperaturen mit einer hohen Dauerfestigkeit betrieben werden können. Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verdichterrad für einen schnelllaufenden Verdichter aus einem Polymermaterial mit einer Radvorderseite, einer Radrückseite und einer Radnabe, wobei die Radvorderseite eine Krümmung aufweist, durch die der Abstand zwischen einer radial durch den äußeren Umfang der Radvorderseite verlaufenden Ebene und der Oberfläche der Radvorderseite vom äußeren Umfang zur Radnabe hin zunimmt und auf der Radvorderseite Leitschaufeln angeordnet sind, wobei die Radnabe auf der Radrückseite in axialer Richtung herausragt und Verstärkungsrippen von der Radnabe zum äußeren Umfang hin verlaufen, wobei der Abstand zwischen einer radial durch den äußeren Umfang der Radrückseite verlaufenden Ebene und der Abschlusskante der Verstärkungsrippen vom äußeren Umfang der Radrückseite zur Radnabe hin zunimmt.
Die Verstärkungsrippen auf der Radrückseite haben den Vorteil, dass sämtliche Teile des Verdichterrades in im Wesentlichen gleicher Wanddicke ausgeführt werden können. Insbesondere kann hierdurch vermieden werden, das Verdichterrad in Richtung zur Nabe mit einer großen Wanddicke auszuführen, die insbesondere bei der Herstellung aus Kunststoffen zur Bildung von Lunkern und Maßungenauigkeiten aufgrund von Schrumpfung führen kann. Die Schrumpfung und die damit verbundenen Maßungenauigkeiten können zu einem ungleichmäßigen Lauf und damit zu Schäden beim Betrieb des Verdichterrades führen. Lunker im Polymer führen zu Instabilitäten, da das Polymer die Kraft nicht gleichmäßig aufnehmen kann.
"Auf der Radrückseite in axialer Richtung herausragen" bedeutet im Rahmen der vorliegenden Erfindung, dass der Abschluss der Radnabe in axialer Richtung auf der den Leitschaufeln abgewandten Seite sichtbar ist, wobei die Radrückseite die Seite des Verdichterrades ist, auf der keine Leitschaufeln angeordnet sind. Hierzu folgen in axialer Richtung nacheinander der untere Abschluss der Radnabe, der größte Umfang des Verdichterrades und der obere Abschluss der Radnabe.
Durch die Gestaltung derart, dass die Radnabe auf der Radrückseite in axialer Richtung herausragt und Verstärkungsrippen von der Radnabe zum äußeren Umfang hin verlaufen, wobei der Abstand zwischen einer radial durch den äußeren Umfang der Radrückseite verlaufenden Ebene und der Abschlusskante der Verstärkungsrippen vom äußeren Umfang der Radrückseite zur Radnabe hin zunimmt, wird überraschenderweise eine Stabilität erreicht, die einen stabilen und dauerhaften Betrieb des Verdichterrades auch bei hohen Temperaturen in Abhängigkeit vom ausgewählten Kunststoff von bis zu 200°C erlaubt. Insbesondere können die aufgrund der hohen Drehzahlen auftretenden Biegebeanspruchungen aufgenommen werden und das Verdichterrad wird nicht geschädigt. Die geringere Verformung bei hohen Drehzahlen hat den zusätzlichen positiven Effekt, dass nur geringe Spaltströme auftreten und so der Wirkungsgrad des Verdichters kaum reduziert wird.
Die Gestaltung mit den Rippen hat den zusätzlichen Vorteil, dass die Wanddicken der einzelnen Abschnitte des Verdichterrades nicht mehr als 100% voneinander abweichen. Hierdurch ist es möglich, das Verdichterrad aus einem Material auf Polymerbasis herzustellen ohne dass es zu starker Schrumpfung des Materials und damit zu unerwünschten Verformungen des Verdichterrades kommt. Auch entstehen beim Abkühlen des Polymermaterials aufgrund der möglichen dünnen Wanddicken keine Lunker. Es wird somit ein stabiles Verdichterrad ohne fertigungsbedingte Schwachstellen und mit nur geringen Toleranzen bei den Maßen des Verdichterrades erhalten.
Die Verstärkungsrippen können eine gerade oder eine gekrümmt verlaufende Abschlusskante aufweisen. Wenn die Abschlusskante gekrümmt ist, verläuft die Abschlusskante konkav von außen zur Nabe hin. Hierbei ist es insbesondere bevorzugt, wenn die Krümmung so verläuft, dass die Abschlusskante die radial durch den äußeren Umfang verlaufende Ebene nicht schneidet. Alternativ ist es auch möglich, die Abschlusskante linear, das heißt ohne Krümmung, vom äußeren Umfang zur Nabe hin zu gestalten. Bevorzugt ist es jedoch, die Abschlusskante mit einer Krümmung zu gestalten. die Krümmung kann dabei in Form eines Kreisbogens, elliptisch, parabolisch oder hyperbolisch sein.
Gemäß der Erfindung ist die Radnabe an der Radrückseite von einem konzentrischen Ring umschlossen ist und zwischen der Radnabe und dem konzentrischen Ring und vom konzentrischen Ring zum äußeren Umfang hin verlaufen Verstärkungsrippen. Der um die Radnabe verlaufende zur Radnabe konzentrische Ring ermöglicht eine zusätzliche Verstärkung des Verdichterrades. Der konzentrische Ring ragt dabei in axialer Richtung maximal so weit auf der Radrückseite hinaus wie die Radnabe. Besonders bevorzugt ist es, wenn der konzentrische Ring auf der Radrückseite so weit hinausragt, dass dieser bündig mit den Verstärkungsrippen, die vom äußeren Umfang zum konzentrischen Ring und vom konzentrischen Ring zur Radnabe verlaufen, abschließt. Dabei ist es bevorzugt, wenn die Verstärkungsrippen zwischen dem konzentrischen Ring und der Radnabe eine radial senkrecht zur Achse des Verdichterrades verlaufende Abschlusskante aufweisen.
Gemäß der Erfindung ist die Anzahl der Verstärkungsrippen zwischen der Radnabe und dem konzentrischen Ring kleiner als die Anzahl der Verstärkungsrippen, die sich vom konzentrischen Ring zum äußeren Umfang hin erstrecken. Die geringere Anzahl an Verstärkungsrippen ist dabei insbesondere für eine einfachere Fertigung gewünscht, da der Abstand zwischen den Rippen so größer gestaltet werden kann, als wenn sich alle Rippen vom äußeren Umfang bis zur Radnabe erstrecken.
Zudem erlaubt es der konzentrische Ring, die Gesamtanzahl der Rippen im Vergleich zu einer Gestaltung ohne zusätzlichen konzentrischen Ring zu erhöhen und so die Stabilität weiter zu verbessern. Dies ist insbesondere bei schnelllaufenden Verdichterrädern, das heißt bei Verdichterrädern, die mit einer Drehzahl von mehr als 50.000 min^-1 betrieben werden, erforderlich, um auftretende Schwingungen an den Rändern des Verdichterrades zu reduzieren und so der Gefahr vorzubeugen, dass das Verdichterrad mit einem das Verdichterrad umgebenden Gehäuse im Betrieb kollidiert.
Nach der Erfindung ist es besonders bevorzugt, wenn die Anzahl der Verstärkungsrippen zwischen der Radnabe und dem konzentrischen Ring halb so groß ist wie die Anzahl der Verstärkungsrippen zwischen dem konzentrischen Ring und dem äußeren Umfang des Verdichterrades. In diesem Fall bilden dabei die Verstärkungsrippen zwischen der Radnabe und dem konzentrischen Ring eine Verlängerung jeder zweiten Verstärkungsrippe, die sich vom äußeren Umfang zum konzentrischen Ring erstreckt.
Nach einer vom Wortlaut der Ansprüche nicht erfassten Ausführungsform können die Verstärkungsrippen gerade oder gebogen gestaltet sein und mit einem Winkel im Bereich von 0 bis 45° zur radialen Richtung ausgerichtet sein. Bevorzugt sind die Rippen in einem Winkel im Bereich von 0 bis 30°, besonders bevorzugt im Bereich von 0 bis 15° ausgerichtet. Insbesondere bevorzugt ist es, wenn die Rippen radial ausgerichtet sind, das heißt in einem Winkel von 0° zur radial Richtung.
Wenn ein konzentrischer Ring vorgesehen ist, wie bei der erfindungsgemäßen Anordnung, ist es bevorzugt, wenn die Verstärkungsrippen zwischen der Radnabe und dem konzentrischen Ring in radialer Richtung ausgerichtet sind. In diesem Fall können die Verstärkungsrippen zwischen dem konzentrischen Ring und dem äußeren Umfang in einem von 0° verschiedenen Winkel verlaufen. Nach einer anderen, vom Wortlaut der Ansprüche nicht erfassten Ausführungsform, können die Verstärkungsrippen gerade oder gekrümmt verlaufen.
Nach einer anderen, vom Wortlaut der Ansprüche nicht erfassten Ausführungsform, verlaufen alle Verstärkungsrippen in radialer Richtung, wobei auch in diesem Fall die Verstärkungsrippen gerade oder gekrümmt verlaufen können.
Nach der Erfindung verlaufen die zum äußeren Umfang hin verlaufenden Verstärkungsrippen s-förmig.
Aus fertigungstechnischer Sicht ist jedoch ein gerader Verlauf der Verstärkungsrippen bevorzugt.
Erfindungsgemäß ist das Laufrad aus einem Polymer hergestellt. Nach einer vom Wortlaut der Ansprüche nicht erfassten Ausführungsform, können als Material für das Verdichterrad Metalle oder Keramiken eingesetzt werden. Nach der Erfindung und aufgrund des geringen Gewichts ist es bevorzugt als Material Kunststoffe einzusetzen. Insbesondere, wenn das Verdichterrad in einem Turboverdichter in einem Motor für ein Kraftfahrzeug eingesetzt wird, ist es erforderlich, dass das Material ausreichend temperaturbeständig, bevorzugt bis zu einer Temperatur von 200°C ist. Bevorzugt werden dennoch unabhängig vom Einsatz die gleichen Polymere als Material für das Verdichterrad eingesetzt. Hierbei können sowohl temperaturbeständige Thermoplaste als auch temperaturbeständige Duroplaste eingesetzt werden.
Geeignete Polymermaterialien, die zur Herstellung des Verdichterrades eingesetzt werden, sind vorzugsweise ausgewählt aus Polyaryletherketonen (PAEK), Polysulfonen (PSU), Polyphenylensulfon (PPSU), Polyetherimiden (PEI), Polyamiden (PA), Polyethersulfonen (PESU), Polyphenylensulfiden (PPS), Polyvinylidenfluorid (PVDF), Epoxidharzen (EP) und Polyestern.
Geeignete Polyaryletherketone sind zum Beispiel Polyetheretherketon (PEEK), Polyacryletherketonetherketonketon (PEKEKK), Polyetherketon (PEK), Polyetherketonketon (PEKK) oder Polyetheretherketonketon (PEEKK).
Wenn als Polymer ein Polyamid eingesetzt wird, wird das Polyamid vorzugsweise ausgewählt aus PA 46, PA 6, PA 66, PA 6/6T, PA 610, PA 11 und PA 12.
Besonders bevorzugt als Polymere sind dabei Polyaryletherketone oder Polyethersulfone.
Um eine ausreichende Stabilität des Verdichterrades aus Polymermaterial zu erhalten, ist es bevorzugt, wenn das Polymermaterial verstärkt ist. Hierbei können sowohl pulverförmige als auch faserförmige Füllstoffe eingesetzt werden. Bei faserförmigen Füllstoffen werden insbesondere Langfasern oder Kurzfasern eingesetzt. Als Langfasern werden dabei Fasern mit einer Länge im Bereich von 1,7 bis 10 mm bezeichnet und als Kurzfasern Fasern mit einer Länge im Bereich von 0,01 bis 1,7 mm. Unabhängig davon ob Kurzfasern oder Langfasern eingesetzt werden, ist der Faserdurchmesser vorzugsweise im Bereich von 5 bis 20 µm. Wenn Glasfasern eingesetzt werden, liegt der Faserdurchmesser vorzugsweise im Bereich von 10 bis 20 µm, bei Kohlenstofffasern vorzugsweise im Bereich von 5 bis 10 µm.
Pulverförmige Füllstoffe weisen vorzugsweise einen mittleren Durchmesser im Bereich von 0,5 bis 50 µm auf. Geeignete pulverförmige Füllstoffe sind zum Beispiel Talkum, Graphit, Calciumcarbonat, Calciumfluorid, Zinkoxid, Wollastonit, Magnesiumoxid oder Kaolin.
Geeignete faserförmige Füllstoffe sind Glasfasern, Kohlenstofffasern, Mineralfasern oder Aramidfasern. Besonders bevorzugt sind dabei Kohlenstofffasern oder Glasfasern. Die Kohlenstofffasern weisen dabei vorzugsweise einen Durchmesser im Bereich von 5 bis 10 µm und eine Länge im Bereich von 50 bis 500 µm bei Einsatz von gemahlenen Kohlenstofffasern und einer Länge im Bereich von 1 bis 5 mm bei Einsatz von geschnittenen Kohlenstofffasern auf. Hierbei können auch Mischungen unterschiedlicher Faserlängen in jedem beliebigen Mischungsverhältnis eingesetzt werden beispielsweise einem Teil mit einer Länge im Bereich von 50 bis 250 µm und einem Teil mit einer Länge im Bereich von 3 bis 5 mm.
Wenn Glasfasern eingesetzt werden, so weisen diese vorzugsweise einen Durchmesser im Bereich 10 bis 14 µm und eine Länge im Bereich von 50 bis 250 µm bei Einsatz von gemahlenen Glasfasern und eine Länge im Bereich von 3 bis 5 mm bei Einsatz von geschnittenen Glasfasern auf. Auch hier ist der Einsatz von Mischungen mit unterschiedlichen Faserlängen in jedem beliebigen Mischungsverhältnis möglich, beispielsweise einem Teil mit einer Länge im Bereich von 50 bis 250 µm und einem Teil mit einer Länge im Bereich von 3 bis 5 mm.
Um die Eigenschaften des Polymeren einzustellen, können zusätzlich zu den faserförmigen oder pulverförmigen Füllstoffen weitere Additive zugegeben werden. Üblicherweise eingesetzte Additive sind zum Beispiel Härter, Vernetzer, Weichmacher, Katalysatoren, Zähmodifikatoren, Haftvermittler, Füller, Entformungshilfsmittel, Blends mit anderen Polymeren, Stabilisatoren oder Mischungen zweier oder mehrerer dieser Komponenten. Additive oder gegebenenfalls auch Comonomere, die zur Einstellung der Eigenschaften des Polymeren eingesetzt werden können, sind dem Fachmann bekannt.
Das erfindungsgemäße Verdichterrad eignet sich zum Beispiel als Verdichterrad in einem Abgasturbolader, einem elektrisch angetriebenen Verdichter für Motoren, einem Staubsauger, einem Kompressor oder einer Dunstabzugshaube.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen:

Figur 1: ein erfindungsgemäßes Verdichterrad in Seitenansicht,
Figur 2: eine Schnittdarstellung durch ein erfindungsgemäßes Verdichterrad,
Figur 3: eine Darstellung der Radnabe und des Radkörpers,
Figuren 4 bis 7: verschiedene Gestaltungen der Verstärkungsrippen auf der Radrückseite.

In Figur 1 ist ein erfindungsgemäßes Verdichterrad in Seitenansicht dargestellt.
Ein Verdichterrad 1 umfasst eine Radnabe 3 und einen Radkörper 5. Auf dem Radkörper 5 sind auf der Radvorderseite 6 Leitschaufeln 7 angeordnet. Die Leitschaufeln 7 sind so geformt, dass bei einem Betrieb des Verdichterrades das zu verdichtende Gas von der Seite mit größtem Durchmesser in Richtung eines oberen Abschlusses 9 des Verdichterrades 1 transportiert wird. Hierzu dreht sich das Verdichterrad 1 üblicherweise mit einer Drehzahl von üblicherweise mehreren Tausend Umdrehungen pro Minute. So können zum Beispiel bei Einsatz in einem elektrisch angetriebenen Verdichter in einem Kraftfahrzeugmotor Drehzahlen von bis zu 100 000 min^-1 erreicht werden. Die Gestalt und die Form der Leitschaufeln 7 entspricht dabei der allgemein üblichen Form für entsprechende Verdichterräder und ist dem Fachmann bekannt. Wie Figur 1 entnommen werden kann, haben die Leitschaufeln 7 einen geschwungenen, s-förmigen Verlauf und weisen eine Richtungsänderung auf, wobei die Leitschaufeln 7 im Bereich größten Umfangs in axialer Richtung ausgerichtet sind und am anderen Ende im Bereich des oberen Abschlusses 9 in radialer Richtung.
Auf der den Leitschaufeln abgewandten Radrückseite 11 sind erfindungsgemäß Verstärkungsrippen 13 angeordnet. Die Verstärkungsrippen 13 verlaufen von einem äußeren Umfang 15 hin zur Radnabe 3. Die Radnabe 3 ragt dabei, wie aus Figur 1 ersichtlich ist, auf der Radrückseite 11 in axialer Richtung heraus und die Verstärkungsrippen 13 verlaufen zum unteren Abschluss 17 der Radnabe 3. In der hier dargestellten Ausführungsform haben die Verstärkungsrippen eine gekrümmt verlaufende Abschlusskante 19. Der Verlauf ist dabei konkav mit der geringsten Steigung im Bereich des äußeren Umfangs 15 und der größten Steigung im Bereich der Radnabe 3.
Neben dem hier dargestellten konkaven Verlauf der Abschlusskante 19 der Verstärkungsrippen 13 ist auch zum Beispiel ein linearer Verlauf möglich. Der gekrümmte Verlauf kann dabei in Form eines Kreisabschnitts, parabolisch, elliptisch oder hyperbolisch sein. Bevorzugt ist ein Verlauf in Form eines Kreisabschnitts, wie er in Figur 1 dargestellt ist.
In Figur 2 ist ein Schnitt durch das in Figur 1 dargestellte Verdichterrad dargestellt.
Hierbei ist zu erkennen, dass der Radkörper 5 gekrümmt in Richtung vom äußeren Umfang 15 zum oberen Abschluss 17 verläuft. Um große Wanddicken zu vermeiden, die bei der Herstellung des Verdichterrades 1 aus einem Polymermaterial zu Lunkern und Verzug durch Schrumpfung führen kann, ist der Radkörper in Form einer gebogenen Wandung gestaltet, die eine im Wesentlichen gleichbleibende Dicke aufweist. Um eine ausreichende Stabilität des Rades zu erhalten, sind die Verstärkungsrippen 13 vorgesehen.
In der in Figur 2 dargestellten Ausführungsform hat die Radnabe im Bereich der Radrückseite 11 einen geringeren Innendurchmesser 21 als im Bereich der Radvorderseite. Hierbei nimmt der Innendurchmesser der Radnabe mit einer plötzlichen Erweiterung zu.
Neben den Verstärkungsrippen 13 weist das Verdichterrad 1 einen konzentrischen Ring 23 auf, der die Radnabe 3 umschließt. Die Verstärkungsrippen 13 verlaufen dann zunächst vom äußeren Umfang 15 zum konzentrischen Ring 23 und von dort weiter zur Radnabe 3. Nach der Erfindung ist die Anzahl der Verstärkungsrippen 13 vom äußeren Umfang 15 zum konzentrischen Ring 23 größer als die Anzahl der Verstärkerrippen zwischen dem konzentrischen Ring 23 und der Radnabe 3.
Neben der Gestaltung der Radnabe 3 mit einer plötzlichen Erweiterung, wie dies in Figur 2 dargestellt ist, ist es auch möglich, die Radnabe 3 mit einem konstanten Durchmesser zu gestalten. Dies lässt sich beispielhaft Figur 3 entnehmen. Hierbei zeigt Figur 3 aus Gründen der Vereinfachung nur die Radnabe 3 und den Radkörper 5. Die Länge, mit der die Radnabe auf der Radrückseite hinausragt ist mit l_RR bezeichnet. Auch hier verläuft der Radkörper 5 mit einer konkaven Krümmung von dem äußeren Umfang15 zum oberen Abschluss 9 der Radnabe 3.
In den Figuren 4 bis 7 sind jeweils mögliche unterschiedliche Verläufe der Verstärkungsrippen 13 auf der Radrückseite 11 dargestellt. Diese Verläufe stellen Ausführungsformen dar, die vom Wortlaut der Ansprüche nicht erfasst sind.
Figur 4 zeigt dabei den Verlauf der Verstärkungsrippen 13, wie er auch in den Figuren 1 und 2 dargestellt ist. Die Verstärkungsrippen 13 verlaufen dabei linear in radialer Richtung. In der hier dargestellten Variante ist die Radnabe 3 von einem konzentrischen Ring 23 umschlossen. Die Verstärkungsrippen 13 verlaufen dabei vom äußeren Umfang 15 zum konzentrischen Ring 23. Jede zweite Verstärkungsrippe 13 verläuft weiter vom konzentrischen Ring 23 zur Radnabe 3. Durch die reduzierte Anzahl der Verstärkungsrippen 13 zwischen dem konzentrischen Ring 23 und der Radnabe 3 ist der Abstand zwischen den einzelnen Verstärkungsrippen 13 größer als wenn alle Verstärkungsrippen 13 zur Radnabe 3 verlaufen. Dies unterstützt insbesondere bei der Fertigung des Verdichterrades 1.
Figur 5 zeigt eine Anordnung der Verstärkungsrippen, bei der Verstärkungsrippen 25 zwischen dem konzentrischen Ring 23 und der Radnabe 3 linear in radialer Richtung verlaufen und die vom äußeren Umfang 15 zum konzentrischen Ring 23 verlaufenden Verstärkungsrippen gebogen sind. Die Verstärkungsrippen weisen dabei in der hier dargestellten Ausführungsform eine leichte S-Form auf.
Bei der in Figur 6 dargestellten Form verlaufen die Verstärkungsrippen 13 in Form eines Kreisabschnitts und bei der in Figur 7 dargestellten Ausführungsform ebenfalls s-förmig.
Bei den in den Figuren 6 und 7 dargestellten Formen der Verstärkungsrippen 13 ist es auch möglich, zusätzlich den konzentrischen Ring 23 vorzusehen.
Alternativ zu dem radialen Verlauf der Rippen in Figur 1 ist es auch möglich, die Verstärkungsrippen mit einem Winkel zur radialen Richtung auszuführen. Dies ist auch bei einem gekrümmten Verlauf möglich, wobei hier der Winkel bestimmt wird, indem eine Verbindungslinie zwischen den entgegengesetzten gezogen wird und der Winkel zwischen der Verbindungslinie und der radialen Richtung bestimmt wird.
Nach vom Wortlaut der Ansprüche nicht erfassten Ausführungsformen, können die Verstärkungsrippen auch weitere Verläufe annehmen, zum Beispiel wellenförmig oder zick-zack-förmig, wobei auch hier ein im wesentlichen radialer Verlauf oder ein Verlauf mit einem Winkel zur radialen Richtung möglich ist.

Bezugszeichenliste

1: Verdichterrad
3: Radnabe
5: Radkörper
6: Radvorderseite
7: Leitschaufel
9: oberer Abschluss
11: Radrückseite
13: Verstärkungsrippen
15: äußerer Umfang
17: unterer Abschluss
19: Abschlusskante
21: Innendurchmesser der Radnabe im Bereich der Radrückseite
23: konzentrischer Ring
25: Verstärkungsrippen zwischen konzentrischem Ring 23 und Radnabe 3

lRR: Länge, die die Radnabe 3 auf der Radrückseite 11 hinausragt

Claims

Verdichterrad für einen schnelllaufenden Verdichter aus einem Polymermaterial mit einer Radvorderseite (6), einer Radrückseite (11) und einer Radnabe (3), wobei die Radvorderseite (6) eine Krümmung aufweist, durch die der Abstand zwischen einer radial durch den äußeren Umfang (15) der Radvorderseite (6) verlaufenden Ebene und der Oberfläche der Radvorderseite (6) vom äußeren Umfang (15) zur Radnabe (3) hin zunimmt und auf der Radvorderseite (6) Leitschaufeln (7) angeordnet sind, wobei die Radnabe (3) auf der Radrückseite (11) in axialer Richtung herausragt und Verstärkungsrippen (13) von der Radnabe (3) zum äußeren Umfang (15) hin verlaufen, wobei der Abstand zwischen einer radial durch den äußeren Umfang (15) der Radrückseite (11) verlaufenden Ebene und der Abschlusskante (19) der Verstärkungsrippen (13) vom äußeren Umfang (15) der Radrückseite (11) zur Radnabe (3) hin zunimmt, dadurch gekennzeichnet, dass die Radnabe (3) an der Radrückseite (11) von einem konzentrischen Ring (23) umschlossen ist und zwischen der Radnabe (3) und dem konzentrischen Ring (23) und vom konzentrischen Ring (23) zum äußeren Umfang (15) hin Verstärkungsrippen (13) verlaufen, wobei die Anzahl der Verstärkungsrippen (25) zwischen der Radnabe (3) und dem konzentrischen Ring (23) kleiner ist als die Anzahl der Verstärkungsrippen (13), die sich vom konzentrischen Ring (23) zum äußeren Umfang (15) hin erstrecken und wobei die zum äußeren Umfang (15) hin verlaufenden Verstärkungsrippen (13) s-förmig verlaufen.
Verdichterrad gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungsrippen (13) eine gekrümmt verlaufende Abschlusskante (19) aufweisen.
Verdichterrad gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungsrippen (25) zwischen der Radnabe (3) und dem konzentrischen Ring (23) in radialer Richtung ausgerichtet sind.
Verdichterrad gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Polymermaterial ausgewählt ist aus Polyaryletherketonen, Polysulfonen, Polyphenylensulfon, Polyetherimiden, Polyamiden, Polyethersulfonen, Polyphenylensulfiden, Polyvinylidenfluorid, Epoxidharzen und Polyestern.
Verdichterrad gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Polymermaterial faserverstärkt ist.
Verwendung eines Verdichterrades gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5 als Verdichterrad in einem Abgasturbolader, einem elektrisch angetriebenen Verdichter für Motoren, einem Staubsauger, einem Kompressor oder einer Dunstabzugshaube.