EP3734081A1

EP3734081A1 - Strömungsmodifiziereinrichtung für verdichter

Info

Publication number: EP3734081A1
Application number: EP19171814.7A
Authority: EP
Inventors: Tom Heuer; Sascha KARSTADT; Thomas Lischer; Johannes Buehler; Sebastian LEICHTFUSS
Original assignee: BorgWarner Inc
Current assignee: BorgWarner Inc
Priority date: 2019-04-30
Filing date: 2019-04-30
Publication date: 2020-11-04
Also published as: US20200347850A1; CN210509688U; CN111852930A

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Strömungsmodifiziereinrichtung für einen Verdichter einer Aufladevorrichtung. Die Strömungsmodifziereinrichtung umfasst einen zylindrischen Gehäuseabschnitt, der eine Innenmantelfläche definiert und in axialer Richtung einen stromabwärtigen Endbereich sowie einen stromaufwärtigen Endbereich umfasst. Weiterhin umfasst die Strömungsmodifiziereinrichtung eine Mehrzahl an Taschen, die in Umfangsrichtung beabstandet an der Innenmantelfläche angeordnet sind. Jede Tasche wird dabei durch eine longitudinale Projektionslinie und eine Tiefenprojektionslinie definiert. In einer Orientierungsebene, die durch die longitudinale Projektionslinie und die Tiefenprojektionslinie gebildet wird, ist ein stromabwärtiger Eintrittswinkel a der Tasche relativ zur Mantelinnenfläche und ein stromaufwärtiger Eintrittswinkel β der Tasche relativ zur Mantelinnenfläche angeordnet. Der stromabwärtige Eintrittswinkel a definiert einen stromabwärtigen Öffnungsbereich der Tasche und der stromaufwärtige Eintrittswinkel β definiert einen stromaufwärtigen Öffnungsbereich der Tasche. Die Tasche ist dabei derart ausgebildet ist, dass gilt: β < 90° < α.

Description

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Strömungsmodifiziereinrichtung für einen Verdichter einer Aufladevorrichtung. Weiterhin betrifft die Erfindung einen Verdichter und eine Aufladevorrichtung mit einer derartigen Strömungsmodifiziereinrichtung.

Hintergrund

Immer mehr Fahrzeuge der neueren Generation werden mit Aufladevorrichtungen ausgestattet, um die Anforderungsziele und gesetzlichen Auflagen zu erreichen. Bei der Entwicklung von Aufladevorrichtung gilt es sowohl die einzelnen Komponenten als auch das System als Ganzes bezüglich ihrer Zuverlässigkeit und Effizienz zu optimieren.
Bekannte Aufladevorrichtungen weisen meist zumindest einen Verdichter mit einem Verdichterrad auf, das mit einer Antriebseinheit über eine gemeinsame Welle verbunden ist. Der Verdichter verdichtet die für den Verbrennungsmotor oder für die Brennstoffzelle angesaugte Frischluft. Dadurch wird die Luft- bzw. Sauerstoffmenge, die der Motor zur Verbrennung bzw. die Brennstoffzelle zur Reaktion zur Verfügung hat, erhöht. Dies führt wiederum zu einer Leistungssteigerung des Verbrennungsmotors bzw. der Brennstoffzelle. Aufladevorrichtungen können mit unterschiedlichen Antriebseinheiten ausgestattet sein. Im Stand der der Technik sind insbesondere E-Lader, bei denen der Verdichter über einen Elektromotor angetrieben wird und Abgasturbolader, bei denen der Verdichter über eine Abgasturbine angetrieben wird, bekannt. Auch Kombinationen beider Systeme werden im Stand der Technik beschrieben.
Jeder Verdichter weist ein verdichterspezifisches Verdichterkennfeld auf, wobei der Betrieb des Verdichters auf den Bereich des Verdichterkennfelds zwischen der Pumpgrenze und der Stopfgrenze beschränkt ist. Im Verdichterkennfeld wird der durchgesetzte Volumenstrom auf der Abszissenachse dem Druckverhältnis zwischen Verdichtereinlass und -auslass auf der Ordinatenachse gegenübergestellt. Weiterhin sind Kurvenzüge für verschiedene Drehzahlen bis zur maximal zulässigen Drehzahl zwischen der Pumpgrenze und der Stopfgrenze aufgetragen. Je nach Größe und Ausgestaltung des Verdichters kann der Betrieb bei geringen Volumenströmen durch den Verdichter ineffizient oder nicht mehr betriebssicher möglich sein, da die Pumpgrenze erreicht wird. Das heißt die Pumpgrenze begrenzt das Verdichterkennfeld nach links, die Stopfgrenze nach rechts
Im Stand der Technik sind verschiedene Maßnahmen bekannt, um das Verdichterkennfeld zu optimieren. Insbesondere sind dies Verstellmechanismen, die im Einlassbereich des Verdichters in Strömungsrichtung vor dem Verdichterrad angeordnet sind und Gehäusebearbeitungen in der Verdichtereinlasswand zur Strömungsmodifizierung. Durch die Verstellmechanismen kann der Strömungsquerschnitt im Verdichtereinlass variiert werden, wodurch beispielsweise die Anströmungsgeschwindigkeit und der Volumenstrom auf das Verdichterrad eingestellt werden können. Zu den Bearbeitungen in der Verdichtereinlasswand zählen insbesondere sogenannte "ported shrouds" (z.B. Rezirkulationskanäle). Beide Arten von Strömungsmodifiziereinrichtungen wirken sich als kennfelderweiternde bzw. kennfeldstabilisierende Maßnahme aus, wodurch wiederum ein Pumpen des Verdichters in motorrelevanten Betriebspunkten reduziert bzw. vermieden werden kann.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine verbesserte Strömungsmodifiziereinrichtung zur Kennfeldstabilisierung bzw. einen Verdichter mit einem verbesserten Verdichterkennfeld bereitzustellen.

Zusammenfassung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Strömungsmodifiziereinrichtung für einen Verdichter einer Aufladevorrichtung nach Anspruch 1. Weiterhin betrifft die Erfindung einen Verdichter eine Aufladevorrichtung mit einer derartigen Strömungsmodifiziereinrichtung nach Anspruch 10 bzw. 15.
Die Strömungsmodifiziereinrichtung für einen Verdichter einer Aufladevorrichtung umfasst einen zylindrischen Gehäuseabschnitt und eine Mehrzahl an Taschen. Der zylindrische Gehäuseabschnitt definiert eine Innenmantelfläche. Weiterhin umfasst der zylindrische Gehäuseabschnitt einen in axialer Richtung stromabwärtigen Endbereich sowie einen in axialer Richtung stromaufwärtigen Endbereich. Der stromaufwärtige Endbereich ist dem stromabwärtigen Endbereich dabei in axialer Richtung gegenüberliegend angeordnet. Die Taschen sind in Umfangsrichtung beabstandet an der Innenmantelfläche angeordnet. Dabei wird jede Tasche durch eine longitudinale Projektionslinie und eine Tiefenprojektionslinie definiert. In einer Orientierungsebene, die durch die longitudinale Projektionslinie und die Tiefenprojektionslinie gebildet wird, wird ein stromabwärtiger Öffnungsbereich der Tasche durch einen stromabwärtigen Eintrittswinkel α der Tasche relativ zur Mantelinnenfläche definiert. Ebenfalls in der Orientierungsebene, die durch die longitudinale Projektionslinie und die Tiefenprojektionslinie gebildet wird, wird ein stromaufwärtiger Öffnungsbereich der Tasche durch einen stromaufwärtigen Eintrittswinkel β der Tasche relativ zur Mantelinnenfläche definiert. Die Taschen sind dabei derart ausgebildet, dass gilt: β < 90°< α. Durch diese spezielle Ausgestaltung der Tasche können Fluide über den stromabwärtigen Öffnungsbereich vereinfacht in die Tasche hin zum stromaufwärtigen Öffnungsbereich strömen, in dem die Fluide durch den stromaufwärtigen Eintrittswinkel β wieder in Richtung des stromabwärtigen Endbereichs geleitet werden können. Eine derartige Ausgestaltung der Strömungsmodifiziereinrichtung kann, wenn sie in einem Verdichter eingesetzt wird, eine maßgebliche Verbesserung der Kennfeldstabilität erzielt werden. Insbesondere kann sowohl der untere als auch der obere Kennfeldbereich stabilisiert werden. Gegenüber einer aus dem Stand der Technik bekannten "ported shroud" ist die Wirksamkeit schon niedrigeren Druckverhältnissen zu erkennen. Wenn die Strömungsmodifiziereinrichtung in einem Verdichter für einen Verbrennungsmotor eingesetzt wird, ermöglicht die spezielle Ausgestaltung der Strömungsmodifiziereinrichtung mit den Taschen eine merkliche Verschiebung der Betriebspunkte nahe der Pumpgrenze hin zu kleineren Durchsätzen (bzw. höherem Druck bei gleichem Durchsatz). Hierdurch kann am Verbrennungsmotor ein früheres und höheres Drehmoment bereitgestellt werden. Weiterhin ergeben sich fertigungstechnische Vorteile zum Beispiel im Vergleich zu einer "ported shroud", bei der zusätzliche Teile, beispielsweise ein Kern für die Rezirkulationskavität, notwendig sind, welche hingegen bei der vorliegenden Strömungsmodifiziereinrichtung eingespart werden können.
In Ausgestaltungen der Strömungsmodifiziereinrichtung kann die Tasche derart ausgebildet sein, dass gilt: β < 180°- α. Durch diese Ausgestaltung kann eine steilere Rückströmung von der Tasche in Richtung des stromabwärtigen Endbereichs bereitgestellt werden. In alternativen Ausführungen kann die Tasche auch derart ausgebildet sein, dass β = 180°- α oder β > 180°- α gilt. Insbesondere die letztere Ausgestaltung kann zu fertigungstechnischen Vereinfachungen führen.
In Ausgestaltungen der Strömungsmodifiziereinrichtung, die mit der vorangehenden Ausgestaltung kombinierbar sind, kann die Tasche ausgebildet sein, dass 10°< β < 30°, bevorzugt 15°< β < 20° und besonders bevorzugt 17°≤ β ≤ 19° gilt.
In Ausgestaltungen der Strömungsmodifiziereinrichtung, die mit irgendeiner der vorangehenden Ausgestaltungen kombinierbar sind, kann die Tasche ausgebildet sein, dass 120°< α < 165°, bevorzugt 130°< α < 150° und besonders bevorzugt 135°≤ α ≤ 145° gilt.
In Ausgestaltungen der Strömungsmodifiziereinrichtung, die mit irgendeiner der vorangehenden Ausgestaltungen kombinierbar sind, kann die die Tiefenprojektionslinie relativ zur radialen Richtung um einen Anstellwinkel γ geneigt sein. Zusätzlich kann die Tasche ausgebildet sein, dass 0°< γ <60°, bevorzugt 15°< γ <50° und besonders bevorzugt 35°≤ γ ≤ 45° gilt. Insbesondere kann der Anstellwinkel γ dabei in einer Rotationsrichtung eines Verdichterrads von der radialen Richtung abgeneigt sein. Diese vorteilhafte Ausgestaltung führt zu einer verbesserten Fluideinströmung in die Tasche. Hierdurch kann wiederum ein größerer Volumenstrom durch die Tasche zurück in Richtung des stromabwärtigen Endbereichs rezirkuliert werden. Beim Einsatz der Strömungsmodifiziereinrichtung in einem Verdichter, kann somit ein größerer Volumenstrom zurück auf das Verdichterrad geleitet werden, wodurch wieder die Effizienz gesteigert werden kann.
In Ausgestaltungen der Strömungsmodifiziereinrichtung, die mit irgendeiner der vorangehenden Ausgestaltungen kombinierbar sind, kann eine Breite der Tasche orthogonal zur Orientierungsebene 1mm x F_D bis 6mm x F_D, bevorzugt 2mm x F_D bis 5mm x F_D und besonders bevorzugt 3mm x F_D bis 4mm x F_D betragen. Dabei gilt F_D =D/D_Ref, wobei D_Ref bevorzugt 60mm beträgt und D einem Austrittsdurchmesser eines Verdichterrads des Verdichters entspricht, für den die Strömungsmodifiziereinrichtung ausgelegt ist. Mit anderen Worten ausgedrückt, bedeutet das, dass die Dimensionen der Tasche, insbesondere die Breite der Tasche abhängig von den Dimensionen des Verdichterrads für dessen Betrieb die Strömungsmodifiziereinrichtung ausgelegt ist bzw. mit dem sie zusammen eingesetzt wird, konfiguriert wird.
In Ausgestaltungen der Strömungsmodifiziereinrichtung, die mit irgendeiner der vorangehenden Ausgestaltungen kombinierbar sind, kann eine Länge der Tasche entlang der longitudinalen Projektionslinie 5mm x F_D bis 30mm x F_D, bevorzugt 10mm x F_D bis 25mm x F_D und besonders bevorzugt 15mm x F_D bis 20mm x F_D betragen. Dabei gilt F_D=D/D_Ref, wobei D_Ref bevorzugt 60mm beträgt und D einem Austrittsdurchmesser eines Verdichterrads des Verdichters entspricht, für den die Strömungsmodifiziereinrichtung ausgelegt ist. Mit anderen Worten ausgedrückt, bedeutet das, dass die Dimensionen der Tasche, insbesondere die Länge der Tasche abhängig von den Dimensionen des Verdichterrads für dessen Betrieb die Strömungsmodifiziereinrichtung ausgelegt ist bzw. mit dem sie zusammen eingesetzt wird, konfiguriert wird.
In Ausgestaltungen der Strömungsmodifiziereinrichtung, die mit irgendeiner der vorangehenden Ausgestaltungen kombinierbar sind, kann eine Tiefe der Tasche entlang der Tiefenprojektionslinie 5mm x F_D bis 30mm x F_D, bevorzugt 10mm x F_D bis 25mm x F_D und besonders bevorzugt 15mm x F_D bis 20mm x F_D betragen. Dabei gilt F_D =D/D_Ref, wobei D_Ref bevorzugt 60mm beträgt und D einem Austrittsdurchmesser eines Verdichterrads des Verdichters entspricht, für den die Strömungsmodifiziereinrichtung ausgelegt ist. Mit anderen Worten ausgedrückt, bedeutet das, dass die Dimensionen der Tasche, insbesondere die Tiefe der Tasche abhängig von den Dimensionen des Verdichterrads für dessen Betrieb die Strömungsmodifiziereinrichtung ausgelegt ist bzw. mit dem sie zusammen eingesetzt wird, konfiguriert wird.
In Ausgestaltungen der Strömungsmodifiziereinrichtung, die mit irgendeiner der vorangehenden Ausgestaltungen kombinierbar sind, kann die longitudinale Projektionslinie relativ zur axialen Richtung um einen Kippwinkel δ geneigt sein. Zusätzlich kann die Tasche ausgebildet sein, dass 0°< δ < 60°, bevorzugt 5°< δ < 45° und besonders bevorzugt 10°≤ δ ≤ 30° gilt.
In Ausgestaltungen der Strömungsmodifiziereinrichtung, die mit irgendeiner der vorangehenden Ausgestaltungen kombinierbar sind, kann die Tasche eine Öffnung mit einer Öffnungsfläche umfassen. Zusätzlich kann die Öffnung eine Öffnungslänge umfassen. Die Öffnungslänge kann sich entlang der longitudinalen Projektionslinie erstrecken und 2mm x F_D bis 25mm x F_D, bevorzugt 5mm x F_D bis 20mm x F_D und besonders bevorzugt 10mm x F_D bis 15mm x F_D betragen. Dabei gilt für der Faktor F_D=D/D_Ref, wobei D_Ref bevorzugt 60mm beträgt und D einem Austrittsdurchmesser eines Verdichterrads des Verdichters entspricht, für den die Strömungsmodifiziereinrichtung ausgelegt ist. Mit anderen Worten ausgedrückt, bedeutet das, dass die Dimensionen der Tasche, insbesondere die Öffnungslänge der Tasche abhängig von den Dimensionen des Verdichterrads für dessen Betrieb die Strömungsmodifiziereinrichtung ausgelegt ist bzw. mit dem sie zusammen eingesetzt wird, konfiguriert wird. Alternativ oder zusätzlich kann die longitudinale Projektionslinie in einer Ebene liegen, die durch die Öffnungsfläche definiert wird.
In Ausgestaltungen der Strömungsmodifiziereinrichtung, die mit irgendeiner der vorangehenden Ausgestaltungen kombinierbar sind, kann die longitudinale Projektionslinie mittig durch die Tasche in Umfangsrichtung gesehen, verlaufen. Optional kann die longitudinale Projektionslinie mittig durch die Tasche in Umfangsrichtung gesehen, zwischen dem stromabwärtigen Öffnungsbereich und dem stromaufwärtigen Öffnungsbereich verlaufen. Alternativ ausgedrückt bedeutet dies, dass die longitudinale Projektionslinie eine Art Mittellinie in longitudinaler Orientierung der Tasche ist. Mit dem Begriff "mittig" ist hier also eine Mitte in Umfangsrichtung gesehen zu verstehen. Der Verlauf der longitudinalen Projektionslinie ist dabei entlang der longitudinalen Ausdehnung der Tasche. Anders ausgedrückt verläuft die longitudinale Projektionslinie von dem stromabwärtigen Endbereich zu dem stromaufwärtigen Endbereich. Die longitudinale Projektionslinie verläuft auch zum Teil auf der Innenmantelfläche.
In Ausgestaltungen der Strömungsmodifiziereinrichtung, die mit irgendeiner der vorangehenden Ausgestaltungen kombinierbar sind, kann die Tiefenprojektionslinie mittig durch die Tasche in Umfangsrichtung gesehen, verlaufen. Alternativ ausgedrückt bedeutet dies, dass die Tiefenprojektionslinie eine Art Mittellinie in Tiefenorientierung der Tasche ist. Mit dem Begriff "mittig" ist hier also eine Mitte in Umfangsrichtung gesehen zu verstehen.
In Ausgestaltungen der Strömungsmodifiziereinrichtung, die mit irgendeiner der vorangehenden Ausgestaltungen kombinierbar sind, kann die Tasche eine Länge, eine Öffnung mit einer Öffnungslänge und eine Tiefe umfassen.
In Ausgestaltungen der Strömungsmodifiziereinrichtung, die mit der vorangehenden Ausgestaltung kombinierbar sind, kann eine Kontur der Tasche durch einen Eintrittspunkt an dem der strömabwärtige Eintrittswinkel α vorliegt, durch einen Austrittspunkt an dem der stromaufwärtige Eintrittswinkel β vorliegt und durch einen Wechselpunkt zwischen dem Eintrittspunkt und dem Austrittspunkt definiert werden. Zusätzlich kann die Kontur dabei in der Orientierungsebene liegen. Das heißt die Kontur ist eine Art Konturlinie der Tasche in einem Schnitt in der Orientierungsebene.
Alternativ oder zusätzlich zu der vorangehenden Ausgestaltung, kann der Eintrittspunkt durch einen stromabwärtigen Schnittpunkt zwischen der longitudinalen Projektionslinie und einer Öffnungskontur der Öffnung bestimmt sein. Der Austrittspunkt kann durch einen stromaufwärtigen Schnittpunkt zwischen der longitudinalen Projektionslinie und der Öffnungskontur bestimmt sein. Der Wechselpunkt kann den tiefsten Punkt der Kontur relativ zur longitudinalen Projektionslinie darstellen. Das heißt der Wechselpunkt kann als tiefster Punkt der Kontur angesehen werden. Das heißt ein Punkt in der Tiefe der Tasche am Schnittpunkt mit der Tiefenprojektionslinie.
Alternativ oder zusätzlich zu der vorangehenden Ausgestaltung, kann zwischen dem Eintrittspunkt und dem Wechselpunkt ein erster Konturabschnitt mit einem variablen Winkel α' ausgebildet sein. Zwischen dem Wechselpunkt und dem Austrittspunkt kann ein zweiter Konturabschnitt mit einem variablen Winkel β' ausgebildet sein. Die variablen Winkel α' und β' sind relativ zur Mantelinnenfläche zu sehen. Das heißt die variablen Winkel α' und β' sind analog zum stromabwärtigen Eintrittswinkel α und zum stromaufwärtigen Eintrittswinkel β zu sehen. Alternativ können die variablen Winkel α' und β' auch relativ zu einer Parallelen der longitudinalen Projektionslinie in der Tiefe der Tasche gemäß der Z-Winkel Analogie gesehen werden.
Zusätzlich zu der vorangehenden Ausgestaltung, kann sich der variable Winkel α' von α' = α am Eintrittspunkt zu α' = 180° am Wechselpunkt derart verändern, dass der Verlauf des ersten Konturabschnitts vom Eintrittspunkt zum Wechselpunkt keine Sprünge oder Knicke aufweist und der variable Winkel α' zumindest nicht kleiner wird. Mit anderen Worten ausgedrückt, kann der Verlauf des ersten Konturabschnitts als differenzierbar definiert werden, wobei alternativ oder zusätzlich, der variable Winkel α' im Verlauf vom Eintrittspunkt zum Wechselpunkt zumindest nicht kleiner wird.
Alternativ oder zusätzlich zu der vorangehenden Ausgestaltung, kann sich der variable Winkel β' von β' = 180° am Wechselpunkt zu β' = β am Austrittspunkt derart verändern, dass der Verlauf des zweiten Konturabschnitts vom Wechselpunkt zum Austrittspunkt keine Sprünge oder Knicke aufweist und der variable Winkel β' zumindest nicht größer wird. Mit anderen Worten ausgedrückt, kann der Verlauf des zweiten Konturabschnitts als differenzierbar definiert werden, wobei alternativ oder zusätzlich, der variable Winkel β' im Verlauf vom Wechselpunkt zum Austrittspunkt zumindest nicht größer wird.
Alternativ oder zusätzlich zu irgendeiner der beiden vorangehenden Ausgestaltungen, kann die Kontur zwischen dem Wechselpunkt und dem Austrittspunkt einen Umkehrpunkt aufweisen. Mit anderen Worten ausgedrückt, kann der zweite Konturabschnitt einen Umkehrpunkt aufweisen. Der Umkehrpunkt kann zwischen dem Wechselpunkt und dem Austrittspunkt angeordnet sein. Der Umkehrpunkt kann eine maximale Länge der Tasche definieren. Der Umkehrpunkt kann dadurch definiert werden, dass für den variablen Winkel β' gilt: β' = 90°. Mit anderen Worten kann der Umkehrpunkt dadurch definiert werden, dass der variable Winkel β' im Verlauf von dem Wechselpunkt zu dem Austrittspunkt erstmalig einen Wert von β' = 90° erreicht.
In Ausgestaltungen der Strömungsmodifiziereinrichtung, die mit der vorangehenden Ausgestaltung kombinierbar sind, können die Taschen äquidistant in Umfangsrichtung angeordnet sein. In alternativen Ausgestaltungen können die Taschen auch ungleichmäßig verteilt in Umfangsrichtung angeordnet sein. Weiterhin können eine oder mehrere der Taschen auch unterschiedlich zu den anderen Taschen ausgebildet sein. Insbesondere kann eine oder mehrere der Dimensionen einer oder mehrerer Taschen, also eine Breite und/oder eine Länge und/oder eine Tiefe und/oder eine Öffnung mit einer Öffnungslänge unterschiedlich zu einer oder mehrerer der Dimensionen der anderen Taschen ausgebildet sein. Auch kann die Strömungsmodifiziereinrichtung unterschiedliche Anzahlen an Taschen aufweisen.
Die Erfindung betrifft weiterhin einen Verdichter für eine Aufladevorrichtung. Der Verdichter umfasst ein Verdichtergehäuse, ein Verdichterrad und eine Strömungsmodifiziereinrichtung nach irgendeinem der vorangehenden Ausgestaltungen. Das Verdichtergehäuse definiert einen Verdichtereinlass mit einem Einlassquerschnitt und einen Verdichterauslass. Das Verdichterrad ist zwischen dem Verdichtereinlass und dem Verdichterauslass drehbar in dem Verdichtergehäuse angeordnet. Wie bereits weiter oben erwähnt, kann durch den Einsatz der Strömungsmodifiziereinrichtung in einem Verdichter eine maßgebliche Verbesserung der Kennfeldstabilität erzielt werden. Insbesondere kann sowohl der untere als auch der obere Kennfeldbereich stabilisiert werden. Gegenüber einer aus dem Stand der Technik bekannten "ported shroud" ist die Wirksamkeit schon bei niedrigeren Druckverhältnissen zu erkennen. Wenn der Verdichter für einen Verbrennungsmotor eingesetzt wird, ermöglicht die spezielle Ausgestaltung der Strömungsmodifiziereinrichtung mit den Taschen eine merkliche Verschiebung der Betriebspunkte nahe der Pumpgrenze hin zu kleineren Durchsätzen (bzw. höherem Druck bei gleichem Durchsatz). Hierdurch kann am Verbrennungsmotor ein früheres und höheres Drehmoment bereitgestellt werden. Die Strömungsmodifiziereinrichtung kann dabei als Nachrüstmaßnahme in bestehende Teile mittels Bearbeitung eingebracht werden. Hierdurch können unterschiedliche Kundenanwendungen mit identischen Rohteilen abgedeckt werden. Dadurch ergeben sich fertigungstechnische und finanzielle Vorteile durch eine hohe Teilegleichheit.
In Ausgestaltungen des Verdichters, kann der Verdichter weiterhin einen Verstellmechanismus mit mehreren Blendenelementen zum Verändern des Einlassquerschnitts umfassen. Durch den kombinierten Einsatz der Strömungsmodifiziereinrichtung mit dem Verstellmechanismus kann eine weitere Verbesserung der Kennfeldstabilität, sowohl im unteren, als auch im oberen Kennfeldbereich erzielt werden. Insbesondere kann der Verstellmechanismus dabei zwischen einer ersten, geöffneten Stellung und einer zweiten, geschlossenen Stellung betätigt werden. In der ersten Stellung ist der Einlassquerschnitt unverändert. In der zweiten Stellung ist der Einlassquerschnitt hingegen reduziert. Insbesondere bei niedrigen Volumenströmung und/oder niedrigen Druckverhältnissen kann das Verdichterkennfeld durch den Verstellmechanismus optimiert werden, indem der Verstellmechanismus in die zweite Stellung bewegt wird. Somit liegen bei den zwei verschiedenen Stellungen des Verstellmechanismus zwei verschiedene Kennfeldbereiche vor, die in einem Grenzbereich voneinander durch eine Lücke getrennt sind. Durch die Kombination mit der speziellen Ausgestaltung der Strömungsmodifiziereinrichtung kann diese Lücke zwischen den Kennfeldbereichen reduziert werden. Durch diesen überraschenden Effekt bei einer kombinierten Verwendung des Verstellmechanismus mit der Strömungsmodifiziereinrichtung kann ein erheblich verbesserter Verdichter mit einem in beiden Stellungen des Verstellmechanismus verbesserten Verdichterkennfeld bereitgestellt werden.
In Ausgestaltungen des Verdichters, die mit der vorangehenden Ausgestaltung kombinierbar sind, kann der zylindrische Gehäuseabschnitt stromabwärts der Blendenelemente angeordnet sein.
In Ausgestaltungen des Verdichters, die mit irgendeiner der beiden vorangehenden Ausgestaltungen kombinierbar sind, kann der zylindrische Gehäuseabschnitt als Lagerring für die Blendenelemente konfiguriert sein. Hierdurch kann ein separates vorfertigbares Modul zum Einsetzen in den Verdichter bereitgestellt werden. Weiterhin kann der Verdichter bzw. die Kombination aus Verstellmechanismus und Strömungsmodifiziereinrichtung dadurch kompakter ausgebildet werden.
In Ausgestaltungen des Verdichters, die mit irgendeiner der vorangehenden Ausgestaltungen kombinierbar sind, kann der zylindrische Gehäuseabschnitt integral mit dem Verdichtergehäuse gefertigt sein. Alternativ kann der zylindrische Gehäuseabschnitt als separates Bauteil gefertigt sein. Ist der zylindrische Gehäuseabschnitt als separates Bauteil gefertigt, kann der zylindrische Gehäuseabschnitt von dem Verdichtereinlass in axialer Richtung zu dem Verdichterauslass oder von dem Verdichterauslass in axialer Richtung zu dem Verdichtereinlass, also in entgegengesetzter Richtung, in das Verdichtergehäuse einsetzbar sein. Insbesondere, wenn der zylindrische Gehäuseabschnitt von dem Verdichterauslass in axialer Richtung zu dem Verdichtereinlass in das Verdichtergehäuse einsetzbar ist, kann eine Verdichterkontur durch den zylindrischen Gehäuseabschnitt gebildet werden. Dadurch, dass diese Verdichterkontur an dem separaten zylindrischen Gehäuseabschnitt ausgebildet ist, ist die Geometrie/Oberfläche der Verdichterkontur flexibler und einfacher zugänglich für eine exakte Bearbeitung. Durch eine integrale Fertigung des zylindrischen Gehäuseabschnitts mit dem Verdichtergehäuse, kann die Strömungsmodifiziereinrichtung in bestehende Verdichtergeometrien integriert werden. Ist der zylindrische Gehäuseabschnitt als separates Bauteil ausgebildet, können für verschiedene Verdichteranwendungen gegebenenfalls gleichartige Verdichtergehäuse verwendet werden, in die unterschiedlich ausgestaltete Strömungsmodifiziereinrichtungen einsetzbar sind. Weiterhin ergeben sich unter Umständen fertigungstechnische und/oder materialtechnische Vorteile, wenn der zylindrische Gehäuseabschnitt als separates Bauteil ausgebildet ist. In Summe können sich aus diesen Ausgestaltungen fertigungstechnische und finanzielle Vorteile durch eine hohe Teilegleichheit ergeben.
In Ausgestaltungen des Verdichters, die mit irgendeiner der vorangehenden Ausgestaltungen kombinierbar sind, kann der zylindrische Gehäuseabschnitt mehrteilig aufgebaut sein. Insbesondere kann der zylindrische Gehäuseabschnitt mehrere Unterteilungsabschnitte in Umfangsrichtung umfassen. Alternativ oder zusätzlich kann der zylindrische Gehäuseabschnitt mehrere Unterteilungsabschnitte in axialer Richtung umfassen.
In Ausgestaltungen des Verdichters, die mit der vorangehenden Ausgestaltung kombinierbar sind, kann der zylindrische Gehäuseabschnitt aus einem ersten Unterteilungsabschnitt in axialer Richtung und einem zweiten Unterteilungsabschnitte in axialer Richtung bestehen. Der erste und der zweite Unterteilungsabschnitt sind dabei insbesondere ringförmig ausgebildet. Dabei können der erste und der zweite Unterteilungsabschnitt die Taschen an ihrem tiefsten Punkt trennen. Mit anderen Worten ausgedrückt bedeutet dies, dass der erste und der zweite Unterteilungsabschnitt die Taschen am Wechselpunkt unterteilen. Dies hat insbesondere fertigungstechnische Vorteile. Zusätzlich kann einer von dem ersten oder dem zweiten Unterteilungsabschnitt integral mit dem Verdichtergehäuse gefertigt sein. Alternativ oder zusätzlich kann der andere von dem ersten oder dem zweiten Unterteilungsabschnitt von dem Verdichtereinlass in axialer Richtung zu dem Verdichterauslass oder von dem Verdichterauslass in axialer Richtung zu dem Verdichtereinlass in das Verdichtergehäuse einsetzbar sein. Insbesondere, wenn der zylindrische Gehäuseabschnitt von dem Verdichterauslass in axialer Richtung zu dem Verdichtereinlass in das Verdichtergehäuse einsetzbar ist, kann eine Verdichterkontur durch den zylindrischen Gehäuseabschnitt gebildet werden. Dadurch, dass diese Verdichterkontur an dem separaten zylindrischen Gehäuseabschnitt ausgebildet ist, ist die Geometrie/Oberfläche der Verdichterkontur flexibler und einfacher zugänglich für eine exakte Bearbeitung.
In Ausgestaltungen des Verdichters, die mit irgendeiner der vorangehenden Ausgestaltungen kombinierbar sind, kann der zylindrische Gehäuseabschnitt, wenn dieser als separates Teil ausgebildet ist, durch eine Presspassung, eine Schnapphakenverbindung, eine Verschraubung oder eine andere geeignete Kopplungstechnologie mit dem Verdichtergehäuse verbunden sein. Dies gilt analog auch für Ausgestaltungen, in denen einzelne oder alle Unterteilungsabschnitte (falls vorhanden) und nicht der gesamte Gehäuseabschnitt separat gefertigt sind.
In Ausgestaltungen des Verdichters, die mit irgendeiner der vorangehenden Ausgestaltungen kombinierbar sind, kann der zylindrische Gehäuseabschnitt, wenn dieser als separates Teil ausgebildet ist, aus Kunststoff hergestellt sein. Optional kann der zylindrische Gehäuseabschnitt ein Übermaß in Richtung des Verdichterrads aufweisen, das im Betrieb des Verdichters durch das Verdichterrad reduzierbar, insbesondere einschleifbar ist. Insbesondere kann dabei ein Konturbereich des Verdichters, also die bereits erwähnte Verdichterkontur bei Einführen des Gehäuseabschnitts von dem Verdichterauslass in axialer Richtung zu dem Verdichtereinlass ein Übermaß aufweisen und durch das Verdichterrad einschleifbar sein. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine verringerte notwendige Fertigungstoleranz. Dadurch wiederum können Fertigungskosten reduziert und der gesamte Fertigungsprozess vereinfacht werden.
In Ausgestaltungen des Verdichters, die mit irgendeiner der vorangehenden Ausgestaltungen kombinierbar sind, kann das Verdichterrad mehrere in Umfangsrichtung verteilte Schaufeln umfassen. Jede Schaufel weist dabei eine Anströmkante, eine Seitenkante, eine Abströmkante, eine Vorderseite und eine Rückseite auf. Zusätzlich können die Taschen derart in axialer Richtung angeordnet sein, dass sich die Öffnung einer jeweiligen Tasche sowohl stromaufwärts als auch stromabwärts einer Ecke, an der die Anströmkante und die Seitenkante zusammenlaufen, befindet. Zusätzlich können die Taschen derart in axialer Richtung angeordnet sein, dass sich eine Mitte der Öffnung, die an der halben Öffnungslänge liegt, ungefähr an der Ecke befindet. In alternativen Ausgestaltungen sind auch andere Anordnungen möglich. Beispielsweise kann ein Verhältnis zwischen einer stromabwärtigen Öffnungslänge, die stromabwärts der Ecke angeordnet ist, zu einer stromaufwärtigen Öffnungslänge, die stromaufwärts der Ecke angeordnet ist auch größer oder kleiner als 1 sein. In Ausgestaltungen des Verdichters, die mit irgendeiner der vorangehenden Ausgestaltungen kombinierbar sind, kann der Anstellwinkel γ in eine Rotationsrichtung ω des Verdichterrads von der radialen Richtung abgewinkelt sein. Diese vorteilhafte Ausgestaltung führt zu einer verbesserten Fluideinströmung in die Tasche. Hierdurch kann wiederum ein größerer Volumenstrom durch die Tasche zurück in Richtung des stromabwärtigen Endbereichs, also zurück auf das Verdichterrad geleitet bzw. rezirkuliert werden, wodurch wiederum die Effizienz gesteigert werden kann.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Aufladevorrichtung. Die Aufladevorrichtung umfasst eine und einen Verdichter nach irgendeiner der vorangehenden Ausgestaltungen. Die Aufladevorrichtung umfasst weiterhin eine Welle, über die der Verdichter und die Antriebseinheit drehfest miteinander gekoppelt sind. Die Antriebseinrichtung kann eine Turbine und/oder ein Elektromotor umfassen.
Weiterhin umfasst die Erfindung ein Herstellungsverfahren eines Verdichters nach irgendeiner der vorangehenden Ausgestaltungen. Die Taschen werden dabei durch einen Fräsvorgang, einen Erodiervorgang, einen Gießvorgang oder eine Kombination mehrerer Herstellungsvorgänge in dem Gehäuseabschnitt erzeugt. Besonders bevorzugt ist das Bereitstellen mehrerer Grundformen für die jeweiligen Taschen in dem zylindrischen Gehäuseabschnitt durch einen Gießvorgang und das darauffolgende Ausfräsen der Taschen.

Kurzbeschreibung der Figuren

FIG. 1A: zeigt eine Schnittansicht der Strömungsmodifiziereinrichtung entlang des Schnitts A-A aus FIG. 1B;
FIG. 1B: zeigt eine Schnittansicht der Strömungsmodifiziereinrichtung entlang des Schnitts B-B aus FIG. 1A;
FIGS. 2A-2C: zeigen drei verschiedene Seitenansichten einer Dreitafelprojektion von der Geometrie der Tasche;
FIG. 3A: zeigt einen Teilausschnitt der FIG. 1A, dem der Anstellwinkel γ zu entnehmen ist;
FIG. 3B: zeigt die Anordnung des Kippwinkels δ einer Tasche relativ zur axialen Richtung;
FIG. 4: zeigt eine detaillierte Ansicht der Tasche aus FIG. 2A zur Verdeutlichung der Kontur der Tasche;
FIG. 5: zeigt den Verdichter mit Verdichterrad und der Strömungsmodifiziereinrichtung in einer Seitenschnittansicht entlang des Schnitts C-C aus FIG. 1A sowie einen Detailausschnitt Y der Tasche durch einen Schnitt entlang der Orientierungsebene der Tasche;
FIG. 6: zeigt den Verdichter mit Verdichterrad, der Strömungsmodifiziereinrichtung in einer zur FIG. 5 analogen Ansicht und zusätzlich umfassend einen Verstellmechanismus sowie einen Detailausschnitt Z der Tasche;
FIGS. 7A-7B: zeigen eine Gegenüberstellung von Verdichterkennfeldern eines Verdichters nur mit Verstellmechanismus und eines Verdichters mit Verstellmechanismus und der Strömungsmodifiziereinrichtung für jeweils die geöffnete und die geschlossene Stellung des Verstellmechanismus;
FIG. 8A: zeigen den zylindrischen Gehäuseabschnitt der Strömungsmodifiziereinrichtung in stark vereinfachter Form in integraler Bauweise mit dem Verdichtergehäuse;
FIGS. 8B-8C: zeigen den zylindrischen Gehäuseabschnitt der Strömungsmodifiziereinrichtung in stark vereinfachter Form als separates Bauteil in axialer Richtung stromabwärts eingesetzt und in axialer Richtung stromaufwärts eingesetzt;
FIGS. 9A-9D: zeigen verschiedene Ausgestaltungen eines in axialer Richtung mehrteilig aufgebauten zylindrischen Gehäuseabschnitt der Strömungsmodifiziereinrichtung in stark vereinfachter Form in einem Verdichter;
FIGS. 10A-10D: zeigen schematische Ansichten verschiedener Befestigungsvarianten des zylindrischen Gehäuseabschnitts der Strömungsmodifiziereinrichtung in stark vereinfachter Form als separates Bauteil;
FIGS. 11A-11B: zeigen einen in Umfangsrichtung einteilig und einen in Umfangsrichtung mehrteilig aufgebauten zylindrischen Gehäuseabschnitt der Strömungsmodifiziereinrichtung in stark vereinfachter Form in einem Verdichtergehäuse;
FIGS. 12A-12D: zeigen unterschiedliche Ausgestaltungen und Anordnungen der Taschen in dem zylindrischen Gehäuseabschnitt;
FIGS. 13A-13E: zeigen schematische Darstellungen zu unterschiedlichen Herstellungsverfahren der Taschen in dem zylindrischen Gehäuseabschnitt;
FIG. 14: zeigt eine schematische Darstellung einer Aufladevorrichtung mit vereinfacht dargestellter Strömungsmodifiziereinrichtung sowie vereinfacht dargestelltem Verstellmechanismus.

Ausführliche Beschreibung

Im Kontext dieser Anmeldung beziehen sich die Ausdrücke axial und axiale Richtung auf eine Achse der Strömungsmodifiziereinrichtung, also auf eine Zylinderachse des zylindrischen Gehäuseabschnitts bzw. auf eine Rotationsachse des Verdichters bzw. des Verdichterrads. Mit Bezug zu den Figuren (siehe bspw. FIGS. 1A - 1B oder FIG. 5 ) wird die axiale Richtung der Strömungsmodifiziereinrichtung bzw. Verdichters mit dem Bezugszeichen 22 dargestellt. Eine radiale Richtung 24 bezieht sich dabei auf die Achse 22 der Strömungsmodifiziereinrichtung bzw. des Verdichters. Ebenso bezieht sich ein Umfang bzw. eine Umfangsrichtung 26 dabei auf die Achse 22 der Strömungsmodifiziereinrichtung bzw. des Verdichters. Weiterhin bezieht sich der Begriff stromabwärts auf eine im Wesentlichen axiale Richtung 22 von einem Endbereich der Strömungsmodifiziereinrichtung (genauer: stromaufwärtiger Endbereich) zu einem anderen Endbereich der Strömungsmodifiziereinrichtung (genauer: stromabwärtiger Endbereich). Der Begriff stromaufwärts bezieht sich auf eine der stromabwärtigen Richtung im Wesentlichen entgegengesetzte Richtung. In Bezug auf den Verdichter sind die Begriffe stromabwärts und stromaufwärts analog anzusehen, also als im Wesentlichen axiale Richtungen (22), die vom Verdichtereinlass ausgehend auf ein Verdichterrad des Verdichters hin bzw. von ihm weg gerichtet sind.
FIGS. 1A und 1B zeigen die erfindungsgemäßen Strömungsmodifiziereinrichtung 10 für einen Verdichter 100 einer Aufladevorrichtung 400. Die Strömungsmodifiziereinrichtung 10 umfasst einen zylindrischen Gehäuseabschnitt 150 und eine Mehrzahl an Taschen 200, die in der Schnittansicht der FIG. 1A gut zu erkennen ist. Der zylindrische Gehäuseabschnitt 150 definiert eine Innenmantelfläche 152 und eine Außenmantelfläche 158. Weiterhin umfasst der zylindrische Gehäuseabschnitt 150 einen in axialer Richtung 22 stromabwärtigen Endbereich 154 sowie einen in axialer Richtung 22 stromaufwärtigen Endbereich 156. Der stromaufwärtige Endbereich 156 ist dem stromabwärtigen Endbereich 154 dabei in axialer Richtung 22 gegenüberliegend angeordnet. Der stromabwärtige Endbereich 154 schließt in axialer Richtung 22 mit einer stromabwärtigen Endfläche 153 ab. Der stromaufwärtige Endbereich 156 schließt in axialer Richtung 22 mit einer stromaufwärtigen Endfläche 155 ab. Die Taschen 200 sind in Umfangsrichtung 26 beabstandet an der Innenmantelfläche 152 angeordnet. FIG. 1B zeigt dabei wie die Taschen 200 entlang des Schnitts B-B aus FIG. 1A an der Innenmantelfläche 152 angeordnet sind. Dabei ist eine jeweilige Öffnung 210 einer Tasche 200 und die entsprechende Öffnungskontur 210a zu erkennen. Strichliert dargestellt und an die Öffnungskontur 210a einer jeweiligen Tasche 200 anschließend ist der Verlauf der jeweiligen Tasche 200, der dadurch entsteht, dass die jeweilige Tasche 200 eine spezielle Geometrie aufweist und in einer speziellen Orientierung relativ zu dem zylindrischen Gehäuseabschnitt 150 bzw. dessen Innenmantelfläche 152 ausgerichtet ist (siehe beispielsweise FIG. 1A ).
Um die Geometrie einer Tasche 200 genauer zu definieren, kann eine jeweilige longitudinale Projektionslinie 202 und eine jeweilige Tiefenprojektionslinie 204 für eine Tasche 200 eingeführt werden (siehe FIGS. 2A-2C ). Beispielhaft wird die Taschengeometrie im Folgenden anhand einer Tasche 200 erläutert. Dies sollte jedoch analog für alle Taschen 200 verstanden werden. Diesbezüglich ist in FIG. 2A ein Schnitt durch die Tasche 200 in einer Orientierungsebene 203 dargestellt, die durch die longitudinale Projektionslinie 202 und die Tiefenprojektionslinie 204 gebildet wird. Zur Vereinfachung des Verständnisses sei angemerkt, dass die FIG. 2A dabei dem Ausschnitt X aus der FIG. 1A entspricht. Das heißt der Schnitt B-B verläuft genau entlang der Orientierungsebene 203 der Tasche 200 aus dem Ausschnitt X. Mit Bezug zu Fig. 2A ist zu erkennen, dass die Tasche 200 einen stromabwärtigen Öffnungsbereich 214 und einen stromaufwärtigen Öffnungsbereich 216 aufweist. Der stromabwärtige Öffnungsbereich 214 wird dabei durch einen stromabwärtigen Eintrittswinkel α der Tasche 200 relativ zur Mantelinnenfläche 152 definiert. Der stromaufwärtige Öffnungsbereich 216 wird dabei durch einen stromaufwärtigen Eintrittswinkel β der Tasche 200 relativ zur Mantelinnenfläche 152 definiert. Mit "relativ zur Mantelinnenfläche 152" ist dabei relativ zum Vollmaterial der Mantelinnenfläche 152 zu verstehen. Sowohl der stromabwärtige Eintrittswinkel α als auch der stromaufwärtige Eintrittswinkel β liegen dabei in der Orientierungsebene 203 (siehe FIG. 2A ). Die Tasche 200 ist dabei derart ausgebildet, dass gilt: β < 90°< α.
Durch diese spezielle Ausgestaltung der Tasche 200 können Fluide, insbesondere rückströmende Fluide, über den stromabwärtigen Öffnungsbereich 214 vereinfacht in die Tasche 200 hin zum stromaufwärtigen Öffnungsbereich 216 strömen, in dem die Fluide durch den stromaufwärtigen Eintrittswinkel β wieder in Richtung des stromabwärtigen Endbereichs 154 geleitet werden können. Das heißt rückströmende Fluide können effektiv wird in Richtung stromabwärts umgelenkt werden. Eine derartige Ausgestaltung der Strömungsmodifiziereinrichtung 10 kann, wenn sie in einem Verdichter 300 eingesetzt wird, eine maßgebliche Verbesserung der Kennfeldstabilität erzielt werden. Insbesondere kann sowohl der untere als auch der obere Kennfeldbereich stabilisiert werden. Gegenüber einer aus dem Stand der Technik bekannten "ported shroud" ist die Wirksamkeit schon niedrigeren Druckverhältnissen zu erkennen. Wenn die Strömungsmodifiziereinrichtung 10 in einem Verdichter 300 für einen Verbrennungsmotor eingesetzt wird, ermöglicht die spezielle Ausgestaltung der Strömungsmodifiziereinrichtung 10 mit den Taschen 200 eine merkliche Verschiebung der Betriebspunkte nahe der Pumpgrenze hin zu kleineren Durchsätzen (bzw. höherem Druck bei gleichem Durchsatz). Hierdurch kann am Verbrennungsmotor ein früheres und höheres Drehmoment bereitgestellt werden. Weiterhin ergeben sich fertigungstechnische Vorteile zum Beispiel im Vergleich zu einer "ported shroud", bei der zusätzliche Teile, beispielsweise ein Kern für die Rezirkulationskavität notwendig sind, welche hingegen bei der vorliegenden Strömungsmodifiziereinrichtung 10 durch die spezielle Ausgestaltung mit Taschen 200 eingespart werden können.
Wie in FIG. 2B zu erkennen ist, verläuft die longitudinale Projektionslinie 202 mittig durch die Tasche 200 in Umfangsrichtung 26 gesehen. Mit anderen Worten ausgedrückt bedeutet dies, dass die longitudinale Projektionslinie 202 mittig durch die Tasche 200 in Umfangsrichtung 26 gesehen, zwischen dem stromabwärtigen Öffnungsbereich 214 und dem stromaufwärtigen Öffnungsbereich 216 verläuft bzw. orientiert ist. Das bedeutet, dass die longitudinale Projektionslinie 202 als eine Art Mittellinie in longitudinaler Orientierung der Tasche 200 zu verstehen ist. Mit dem Begriff "mittig" ist hier also eine Mitte in Umfangsrichtung 26 gesehen zu verstehen. Diesbezüglich sind in den FIGS. 1A, 1B , 2B und 2C weiterhin eine erste Seitenwand 232 und eine zweite Seitenwand 234 zu erkennen, die jede Tasche 200 aufweist. Aus Übersichtlichkeitsgründen sind die Seitenwände 232, 234 von außen an die Taschen 200 angetragen, obwohl sie vom Inneren der Taschen 200 zum zylindrischen Gehäuseabschnitt 150 hin ausgebildet sind. Insbesondere der FIG. 2B ist gut zu entnehmen, dass sich die longitudinale Projektionslinie 202 mittig zwischen der ersten Seitenwand 232 und der zweiten Seitenwand 234 erstreckt Der Verlauf der longitudinalen Projektionslinie 202 ist hingegen entlang der longitudinalen Ausdehnung der Tasche 200. Alternativ ausgedrückt, ist die longitudinale Projektionslinie 202 von dem stromabwärtigen Endbereich 154 zu dem stromaufwärtigen Endbereich 156 orientiert. Dies gilt allerdings nur, wenn für den weiter unten erläuterten Kippwinkel δ gilt: δ = 0°. Die longitudinale Projektionslinie 202 verläuft in einer Ebene der Innenmantelfläche 152. Dies wird insbesondere in den FIGS. 2A und 2B deutlich, in denen zu erkennen ist, dass die longitudinale Projektionslinie 202 im rechten Teil der abgebildeten Tasche 200 auf einer Ebene der Innenmantelfläche 152 bzw. der Öffnung 210 der Tasche 200 verläuft. Die Öffnung 210 weist eine Öffnungsfläche 211 auf. Diese Öffnungsfläche 211 wird durch die Öffnungskontur 210a begrenzt. Die Öffnungsfläche 211 liegt dabei in einer gleichen Ebene, insbesondere in einer gewölbten Ebene, wie die Innenmantelfläche 152 (angedeutet in FIG. 2B ). Damit ist gemeint, dass die Öffnungsfläche 211 auf einer Mantelebene der inneren Mantelfläche liegt. Das heißt die Öffnungsfläche 211 weist eine Krümmung bzw. Wölbung auf. Für die longitudinale Projektionslinie 202 bedeutet das, dass sie im rechten Teil der abgebildeten Tasche 200 auf der Öffnungsfläche 211 liegt. Alternativ ausgedrückt liegt die longitudinale Projektionslinie 202 in einer Ebene, die durch die Öffnungsfläche 211 definiert wird. Im linken Teil der abgebildeten Tasche 200 verläuft die longitudinale Projektionslinie 202 zumindest zum Teil auch direkt auf der Mantelinnenfläche 152. Analog zu sehen ist die Tiefenprojektionslinie 204, die ebenfalls mittig durch die Tasche 200 in Umfangsrichtung 26 gesehen, verläuft. Das bedeutet, dass die Tiefenprojektionslinie 204 eine Art Mittellinie in Tiefenorientierung der Tasche 200 ist. Als Tiefenorientierung kann man hier eine Orientierung der Tasche 200 verstehen, die ausgehend von der Öffnung 210 mittig zwischen den Seitenwänden 232, 234, ausgehend von der Innenmantelfläche 152, in das Material des zylindrischen Gehäuseabschnitts 150 zum tiefsten Punkt der Tasche 200 verläuft (siehe FIGS. 2A und 2C ). Mit dem Begriff "mittig" ist hier also eine Mitte in Umfangsrichtung 26 gesehen zu verstehen. Grundsätzlich sind die longitudinale Projektionslinie 202 und die Tiefenprojektionslinie 204 dabei als relative Orientierungslinien der Tasche 200 zu verstehen, die jeweils mittig zwischen den Seitenwänden 232, 234 der Tasche 200 verlaufen. Aus diesem Grund sind die longitudinale Projektionslinie 202 und die Tiefenprojektionslinie 204 als strichpunkt-linierte Geraden in den jeweiligen Ansichten der Figuren dargestellt. Diesbezüglich sei auch auf die FIG. 1A und die FIG.1B verwiesen, in denen beispielhaft für eine Tasche 200, die Tiefenprojektionslinie 204 bzw. die longitudinale Projektionslinie 202 dargestellt sind (siehe Tasche 200 ganz rechts im Schnitt B-B).
Wie weiter der FIG. 2A zu entnehmen ist, ist die Tasche 200 derart ausgebildet, dass gilt: β < 180°- α. Durch diese Ausgestaltung kann eine steilere Rückströmung von der Tasche 200 in Richtung des stromabwärtigen Endbereichs 154 bereitgestellt werden. In alternativen Ausführungen kann die Tasche 200 allerdings auch derart ausgebildet sein, dass β = 180°- α oder β > 180°- α gilt. Insbesondere die letztere Ausgestaltung kann zu fertigungstechnischen Vereinfachungen führen, da der Hinterschnitt beim stromaufwärtigen Eintrittswinkel β, also beim stromaufwärtigen Öffnungsbereich 216 unter Umständen einfacher zu fertigen ist. Im Beispiel der FIG. 2A ist die Tasche 200 mit einem stromaufwärtigen Eintrittswinkel β von ungefähr 17°≤ β ≤ 19°, und mit einem stromabwärtigen Eintrittswinkel α von ungefähr 135°≤ α ≤ 145° ausgebildet. Das heißt der stromaufwärtige Eintrittswinkel β bzw. der stromabwärtige Eintrittswinkel α beträgt jeweils einen exakten Wert aus dem jeweiligen Intervall. Grundsätzlich können in alternativen Ausführungen aber auch andere Werte für die Eintrittswinkel α und β gewählt werden. Beispielsweise kann der stromaufwärtige Eintrittswinkel β auch einen Wert im Bereich von 10°< β < 30°, bevorzugt im Bereich von 15°< β < 20° annehmen. Der stromabwärtige Eintrittswinkel α kann auch einen Wert im Bereich von 120°< α < 165°, bevorzugt im Bereich von 130°< α < 150° annehmen.
Wie bereits in FIG. 1A zu erkennen ist und in FIG. 3A im Detail dargestellt ist, ist Tiefenprojektionslinie 204 relativ zur radialen Richtung 24 um einen Anstellwinkel γ geneigt. Für diesen Anstellwinkel γ gilt besonders bevorzugt ein Wert aus 35°<γ<45°. Alternativ kann die Tasche auch ausgebildet sein, dass für den Anstellwinkel γ 0°<γ<60° und bevorzugt 15°<γ<50° gilt. Wird die Strömungsmodifiziereinrichtung 10 in einem Verdichter 300 verwendet, kann der Anstellwinkel γ dabei insbesondere in einer Rotationsrichtung ω eines Verdichterrads 320 von der radialen Richtung 24 abgeneigt sein. Beispielhaft ist eine Rotationsrichtung ω in den FIGS. 1A und 3A dargestellt. Diese vorteilhafte Ausgestaltung führt zu einer verbesserten Fluideinströmung in die Tasche 200. Hierdurch kann wiederum ein größerer Volumenstrom durch die Tasche 200 zurück in Richtung des stromabwärtigen Endbereichs 154 rezirkuliert werden. Beim Einsatz der Strömungsmodifiziereinrichtung 10 in einem Verdichter 300, kann somit ein größerer Volumenstrom zurück auf das Verdichterrad 320 geleitet werden, wodurch wieder die Effizienz gesteigert werden kann.
Lediglich in der FIG. 3B ist eine weitere Ausgestaltungsmöglichkeit der Strömungsmodifiziereinrichtung 10 schematisch angedeutet, die zusätzlich oder alternative zu einer, mehrerer oder aller Ausgestaltungsmöglichkeiten umgesetzt werden kann. Hier ist eine beispielhafte Tasche 200 relativ zur axialen Richtung 22 dargestellt. Dabei ist zu erkennen, dass die longitudinale Projektionslinie 202 relativ zur axialen Richtung 22 um einen Kippwinkel δ geneigt sein kann. Dieser Kippwinkel δ kann einen Wert aus 0°< δ < 60°, bevorzugt 5°<δ<45° und besonders bevorzugt 10°≤δ≤30° annehmen. Insbesondere ist es hierbei vorteilhaft, wenn die longitudinale Projektionslinie 202 dabei derart um den Kippwinkel δ von der axialen Richtung 22 abgeneigt ist, dass der stromaufwärtige Öffnungsbereich 216 entgegen einer Rotationsrichtung ω eines Verdichterrads 320 von der axialen Richtung 22 abgeneigt ist. Dies hat insbesondere den Vorteil, dass die aus der Tasche 200 herausströmenden Fluide eine Bewegungskomponente in Umfangsrichtung 26 erfahren. Somit kann eine Anströmung auf ein Verdichterrad 320 verbessert werden.
Anhand der FIGS. 2A-2C werden weitere Dimensionen der Tasche 200 erläutert. Dazu gehören beispielsweise eine Breite 207 der Tasche 200, eine Länge 208 der Tasche 200, eine Tiefe 209 der Tasche 200 sowie eine Öffnungslänge 212 der bereits erwähnten Öffnung 210 der Tasche 200. Diese Dimension werden faktorisiert angegeben, um eine entsprechende Varianz für verschiedene Verdichteranwendungen mit unterschiedlichen Größen abzudecken. Dabei wird der Faktor F_D verwendet, der wie folgt definiert ist F_D = D/D_Ref. D_Ref entspricht dabei einem Referenz-Austrittsdurchmesser eines Verdichterrads 320 und beträgt bevorzugt 60mm. D entspricht dabei einem Austrittsdurchmesser eines Verdichterrads 320 des Verdichters 300 der vorliegenden Anwendung. Das heißt D entspricht dabei einem Austrittsdurchmesser eines Verdichterrads 320 des Verdichters 300, für den die Strömungsmodifiziereinrichtung 10 ausgelegt ist. Mit anderen Worten ausgedrückt, bedeutet das, dass die Dimensionen der Tasche 200, insbesondere die Breite 207, die Länge 208, die Tiefe 209 sowie die Öffnungslänge 212 abhängig von den Dimensionen des Verdichterrads 320 für dessen Betrieb die Strömungsmodifiziereinrichtung 10 ausgelegt ist bzw. mit dem sie zusammen eingesetzt wird, konfiguriert wird. Konkret nimmt die Breite 207 der Tasche 200 dabei einen Wert zwischen 1mm x F_D und 6mm x F_D, bevorzugt einen Wert zwischen 2mm x F_D und 5mm x F_D und besonders bevorzugt einen Wert zwischen 3mm x F_D und 4mm x F_D an. Die Breite 207 ist dabei orthogonal zur Orientierungsebene 203 zu sehen. Das heißt die Breite 207 ist dabei als Abstand zwischen den Seitenwänden 232, 234 zu sehen (siehe FIG. 2B und 2C ). Konkret nimmt die Länge 208 der Tasche 200 dabei einen Wert zwischen 5mm x F_D und 30mm x F_D, bevorzugt einen Wert zwischen 10mm x F_D und 25mm x F_D und besonders bevorzugt einen Wert zwischen 15mm x F_D und 20mm x F_D an. Die Länge 208 verläuft dabei entlang der longitudinalen Projektionslinie 202. Das heißt die Länge 208 verläuft in der Orientierungsebene 203. Mit anderen Worten ausgedrückt entspricht die Länge 208 dabei einer maximalen Ausdehnung der Tasche 200 in der Orientierungsebene 203 entlang der longitudinalen Projektionslinie 202 (siehe FIG. 2A und 2B ). Konkret nimmt die Tiefe 209 der Tasche 200 dabei einen Wert zwischen 5mm x F_D und 30mm x F_D, bevorzugt einen Wert zwischen 10mm x F_D und 25mm x F_D und besonders bevorzugt einen Wert zwischen 15mm x F_D und 20mm x F_D an. Die Tiefe 209 verläuft dabei entlang der Tiefenprojektionslinie 204. Das heißt die Tiefe 209 verläuft in der Orientierungsebene 203. Mit anderen Worten ausgedrückt, entspricht die Tiefe 209 dabei einer maximalen Ausdehnung der Tasche 200 ausgehend von der Innenmantelfläche 152 bzw. von der Öffnungsfläche 211 entlang der Tiefenprojektionslinien 204 in das Material des zylindrischen Gehäuseabschnitts 150 bis zum tiefsten Punkt der Tasche 200 (siehe FIG. 2A und 2C ). Konkret nimmt die Öffnungslänge 212 der Tasche 200 dabei einen Wert zwischen 2mm x F_D und 25mm x F_D, bevorzugt einen Wert zwischen 5mm x F_D und 20mm x F_D und besonders bevorzugt einen Wert zwischen 10mm x F_D und 15mm x F_D an. Die Öffnungslänge 212 verläuft dabei entlang der longitudinalen Projektionslinie 202. Das heißt die Öffnungslänge 212 verläuft in der Orientierungsebene 203. Begrenzt wird die Öffnungslänge 212 im stromabwärtigen Öffnungsbereich 214 und im stromaufwärtigen Öffnungsbereich 216 jeweils durch die Öffnungskontur 210a (siehe FIG. 2A und 2B ).
Im Folgenden werden weitere Eigenschaften der Tasche 200 anhand der FIG. 4 erläutert. Hier ist erkennbar, dass die Tasche 200 durch eine Kontur 220 genauer definiert werden kann, die in der Orientierungsebene 203 liegt. Das heißt die Kontur 220 ist eine Art Konturlinie der Tasche 200 in einem Schnitt in der Orientierungsebene 203. Die Kontur 220 weist einen Eintrittspunkt 222, an dem der strömabwärtige Eintrittswinkel α vorliegt, einen Austrittspunkt 228, an dem der stromaufwärtige Eintrittswinkel β vorliegt und einen Wechselpunkt 224 auf, der zwischen dem Eintrittspunkt 222 und dem Austrittspunkt 228 liegt. Der Eintrittspunkt 222 ist dabei durch einen stromabwärtigen Schnittpunkt zwischen der longitudinalen Projektionslinie 202 und der Öffnungskontur 210a bestimmt (siehe FIG. 2B ). Der Austrittspunkt 228 ist durch einen stromaufwärtigen Schnittpunkt zwischen der longitudinalen Projektionslinie 202 und der Öffnungskontur 210a bestimmt (siehe FIG. 2B ). Der Wechselpunkt 224 stellt den tiefsten Punkt der Kontur 220 relativ zur longitudinalen Projektionslinie 202 dar. Das heißt der Wechselpunkt 224 kann als tiefster Punkt der Kontur 220 angesehen werden. Anders ausgedrückt, kann der Wechselpunkt 224 als ein Schnittpunkt der Tiefenprojektionslinie 204 mit der Tasche 200 in der Tiefe 209. Zwischen dem Eintrittspunkt 222 und dem Wechselpunkt 224 ist ein erster Konturabschnitt 220a mit einem variablen Winkel α' ausgebildet. Zwischen dem Wechselpunkt 224 und dem Austrittspunkt 228 ist ein zweiter Konturabschnitt 220b mit einem variablen Winkel β' ausgebildet. Die variablen Winkel α' und β' sind relativ zur Mantelinnenfläche 152 zu sehen. Das heißt die variablen Winkel α' und β' sind analog zum stromabwärtigen Eintrittswinkel α und zum stromaufwärtigen Eintrittswinkel β zu sehen. Genauer gesagt können die variablen Winkel α' und β' auch gemäß der Z-Winkel-Analogie relativ zu einer Parallelen P der longitudinalen Projektionslinie 202 in der Tiefe 209 der Tasche 200 gesehen werden (siehe FIG. 4 ). Der erste Konturabschnitt 220a erstreckt sich dabei innerhalb eines stromabwärtigen Längenabschnitts 208a der Länge 208 der Tasche 200. Der zweite Konturabschnitt 220b erstreckt sich dabei innerhalb eines stromaufwärtigen Längenabschnitts 208b der Länge 208 der Tasche 200.
Die Kontur 220 weist dabei einen derartigen Verlauf auf, dass sich der variable Winkel α' von α' = α am Eintrittspunkt 222 zu α' = 180° am Wechselpunkt 224 verändert. Dabei verändert sich der variable Winkel α' vom Eintrittspunkt 222 zum Wechselpunkt 224 derart, dass der Verlauf des ersten Konturabschnitts 220a vom Eintrittspunkt 222 zum Wechselpunkt 224 keine Sprünge oder Knicke aufweist und der variable Winkel α' zumindest nicht kleiner wird. Mit anderen Worten ausgedrückt, kann der Verlauf des ersten Konturabschnitts 220a als differenzierbar definiert werden, wobei der variable Winkel α' im Verlauf vom Eintrittspunkt 222 zum Wechselpunkt 224 zumindest nicht kleiner wird. Die Kontur 220 weist dabei einen derartigen Verlauf auf, dass sich der variable Winkel β' von β' = 180° am Wechselpunkt 224 zu β' = β am Austrittspunkt 228 derart verändern, dass der Verlauf des zweiten Konturabschnitts 220b vom Wechselpunkt 224 zum Austrittspunkt 228 keine Sprünge oder Knicke aufweist und der variable Winkel β' zumindest nicht größer wird. Mit anderen Worten ausgedrückt, kann der Verlauf des zweiten Konturabschnitts 220b als differenzierbar definiert werden, wobei alternativ oder zusätzlich, der variable Winkel β' im Verlauf vom Wechselpunkt 224 zum Austrittspunkt 228 zumindest nicht größer wird. Diese besonders vorteilhaften Ausgestaltungen führen zu verbesserten und gleichmäßigeren Strömungsbedingungen innerhalb einer Tasche 200.
Weiterhin ist der FIG. 4 zu entnehmen, dass die Kontur 220 zwischen dem Wechselpunkt 224 und dem Austrittspunkt 228 einen Umkehrpunkt 226 aufweist. Genauer gesagt ist der Umkehrpunkt 226 im zweiten Konturabschnitt 220b angeordnet. Der Umkehrpunkt 226 ist zwischen dem Wechselpunkt 224 und dem Austrittspunkt 228 angeordnet. Der Umkehrpunkt 226 begrenzt dabei die maximale Länge 208 der Tasche 200, insbesondere die maximale Länge 208 der Tasche 200 in Richtung stromaufwärts. Der Umkehrpunkt 226 ist dadurch definiert, dass für den variablen Winkel β' gilt: β' = 90°. Mit anderen Worten kann der Umkehrpunkt dadurch definiert werden, dass der variable Winkel β' im Verlauf von dem Wechselpunkt 224 zu dem Austrittspunkt 228 erstmalig einen Wert von β' = 90° erreicht.
Die FIGS. 12A-12D zeigen verschiedene Strömungsmodifiziereinrichtungen 10 mit unterschiedlichen Ausgestaltungen und Anordnungen der Taschen 200 in dem zylindrischen Gehäuseabschnitt 150. Im Vergleich zur FIG. 1A , in der die Strömungsmodifiziereinrichtung 10 19 Taschen 200 umfasst, weisen die Strömungsmodifiziereinrichtungen 10 der FIGS. 12A und 12B jeweils nur 10 bzw. 5 Taschen 200 auf. Beispielsweise abhängig von den Betriebsanforderungen der Strömungsmodifiziereinrichtung 10 im Einsatz in einem Verdichter 300 und/oder unterschiedlicher Ausgestaltungen der Taschen 200 (bspw. unterschiedliche Ausgestaltung der Breite 207, der Länge 208, der Tiefe 209, der Winkel α, α', β, β' und/oder der Öffnungslänge 212 einer Tasche 200) kann die Strömungsmodifiziereinrichtung 10 unterschiedliche Anzahlen an Taschen 200 aufweisen, auch mehr als 19, weniger als 5 oder andere Anzahlen zwischen 5 und 19. Hier zeigt die FIG. 12D ein Beispiel einer Strömungsmodifiziereinrichtung 10 in der unterschiedlich ausgestaltete Taschen 200 vorhanden sind. Obwohl in der FIG. 12D nur zwei unterschiedliche Arten von Ausgestaltungen von Taschen 200 dargestellt sind, können auch mehrere der Taschen unterschiedlich zu anderen Taschen 200 ausgebildet sein (beispielsweise 3, 4, 5 usw. unterschiedliche Arten von Ausgestaltungen von Taschen 200). Insbesondere kann eine oder mehrere der Dimensionen einer oder mehrerer Taschen 200, also eine Breite 207 und/oder eine Länge 208 und/oder eine Tiefe 209 und/oder eine Öffnung 210 mit einer Öffnungslänge 212 und/oder einer oder mehrere der Winkel α, α', β, β' unterschiedlich zu einer oder mehrerer der Dimensionen der anderen Taschen 200 ausgebildet sein. In den Beispielen der FIGS. 1A , 12A, 12B und 12D sind die Taschen 200 äquidistant in Umfangsrichtung 26 angeordnet. In alternativen Ausgestaltungen können die Taschen 200 auch ungleichmäßig verteilt in Umfangsrichtung 26 angeordnet sein (siehe FIG. 12C ). Insbesondere auch Kombinationen von unterschiedlichen Anordnungen mit unterschiedlichen Ausgestaltungen von Taschen 200 sind möglich.
Die Erfindung betrifft weiterhin einen Verdichter 300 für eine Aufladevorrichtung 400, der in einer Seitenschnittansicht schematisch in der FIG. 5 und dem dazugehörige Detailausschnitt Y abgebildet ist. Der Detailausschnitt Y ist dabei im Bereich Y der FIG. 5 zu verorten, verläuft aber im Bereich der Tasche 200 durch einen Schnitt entlang der Orientierungsebene 203 der Tasche 200. Das heißt die FIG. 5 und der dazugehörige Detailausschnitt Y sind grundsätzlich im Schnitt C-C der FIG. 1 dargestellt, aber die obere Tasche 200, die im Detailausschnitt Y genauer erläutert wird ist in einem Schnitt entlang der Orientierungsebene 203 der Tasche 200 dargestellt, um die Öffnungslänge 212 entsprechend beschreiben zu können. Im Vergleich hierzu sind die FIG. 6 und der dazugehörige Detailausschnitt Z vollständig im Schnitt C-C der FIG. 1 dargestellt. Der Verdichter 300 umfasst ein Verdichtergehäuse 310, ein Verdichterrad 320 und die Strömungsmodifiziereinrichtung 10. Das Verdichtergehäuse 310 definiert einen Verdichtereinlass 312 mit einem Einlassquerschnitt 312a und einen Verdichterauslass 314. Das Verdichterrad 320 ist zwischen dem Verdichtereinlass 312 und dem Verdichterauslass 314 drehbar in dem Verdichtergehäuse 310 angeordnet. Wie bereits weiter oben erwähnt, kann durch den Einsatz der Strömungsmodifiziereinrichtung 10 in einem Verdichter 300 eine maßgebliche Verbesserung der Kennfeldstabilität erzielt werden. Insbesondere kann sowohl der untere als auch der obere Kennfeldbereich stabilisiert werden. Gegenüber einer aus dem Stand der Technik bekannten "ported shroud" ist die Wirksamkeit schon bei niedrigeren Druckverhältnissen zu erkennen. Wenn der Verdichter 300 für einen Verbrennungsmotor eingesetzt wird, ermöglicht die spezielle Ausgestaltung der Strömungsmodifiziereinrichtung 10 mit den Taschen 200 eine merkliche Verschiebung der Betriebspunkte nahe der Pumpgrenze hin zu kleineren Durchsätzen (bzw. höherem Druck bei gleichem Durchsatz). Hierdurch kann am Verbrennungsmotor ein früheres und höheres Drehmoment bereitgestellt werden. Die Strömungsmodifiziereinrichtung 10 kann dabei als Nachrüstmaßnahme in bestehende Teile mittels Bearbeitung eingebracht werden. Hierdurch können unterschiedliche Kundenanwendungen mit identischen Rohteilen abgedeckt werden. Dadurch ergeben sich fertigungstechnische und finanzielle Vorteile durch eine hohe Teilegleichheit.
Im Beispiel der FIG. 5 ist der zylindrische Gehäuseabschnitt 150 der Strömungsmodifiziereinrichtung 10 integral mit dem Verdichtergehäuse 310 gefertigt. Alternativ kann der zylindrische Gehäuseabschnitt 150 aber auch als separates Bauteil gefertigt sein. Diesbezüglich zeigen die FIGS. 8A-8C vereinfachte Verdichtergehäuse 310 mit einer stark vereinfacht dargestellten Strömungsmodifiziereinrichtung 10 und ohne Turbinenrad 320. Hierbei ist in FIG. 8A ein integral mit dem Verdichtergehäuse 310 gefertigter zylindrischer Gehäuseabschnitt 150, einem zylindrischen Gehäuseabschnitt 150, der als separates Bauteil gefertigt ist aus den FIGS. 8B und 8C gegenübergestellt. Dabei kann die Strömungsmodifiziereinrichtung 10 bzw. der zylindrischen Gehäuseabschnitt 150 ausgelegt sein von dem Verdichtereinlass 312 in axialer Richtung 22 zu dem Verdichterauslass 314 (siehe FIG. 8B ) oder von dem Verdichterauslass 314 in axialer Richtung zu dem Verdichtereinlass 312, also in entgegengesetzter Richtung, in das Verdichtergehäuse 310 einsetzbar zu sein (siehe FIG. 8C ). Insbesondere, wenn der zylindrische Gehäuseabschnitt 150 von dem Verdichterauslass 314 in axialer Richtung 22 zu dem Verdichtereinlass 312 in das Verdichtergehäuse 310 einsetzbar ist, kann eine Verdichterkontur 316 durch den zylindrischen Gehäuseabschnitt 150 gebildet werden. Dadurch, dass diese Verdichterkontur 316 an dem separaten zylindrischen Gehäuseabschnitt 150 ausgebildet ist, ist die Geometrie/Oberfläche der Verdichterkontur 316 flexibler und einfacher zugänglich für eine exakte Bearbeitung. Durch eine integrale Fertigung des zylindrischen Gehäuseabschnitts 150 mit dem Verdichtergehäuse 310, kann die Strömungsmodifiziereinrichtung 10 in bestehende Verdichtergeometrien integriert werden. Ist der zylindrische Gehäuseabschnitt 150 als separates Bauteil ausgebildet, können für verschiedene Verdichteranwendungen gegebenenfalls gleichartige Verdichtergehäuse 310 verwendet werden, in die unterschiedlich ausgestaltete Strömungsmodifiziereinrichtungen 10 einsetzbar sind. Weiterhin ergeben sich unter Umständen fertigungstechnische und/oder materialtechnische Vorteile, wenn der zylindrische Gehäuseabschnitt 150 als separates Bauteil ausgebildet ist. In Summe können sich aus diesen Ausgestaltungen fertigungstechnische und finanzielle Vorteile durch eine hohe Teilegleichheit ergeben.
FIG. 6 und der dazugehörige Detailausschnitt Z zeigen eine weitere Ausgestaltung des Verdichters 300, in der der Verdichter 300 einen Verstellmechanismus 100 mit mehreren Blendenelementen 110 zum Verändern des Einlassquerschnitts 312a umfasst. Auch für diese Ausgestaltung des Verdichters 300 gelten alle vorherig erläuterten Variationsmöglichkeiten des Verdichters 300 und/oder der Strömungsmodifiziereinrichtung 10. Die Strömungsmodifiziereinrichtung 10 ist dabei stromabwärts des Verstellmechanismus 100 bzw. stromabwärts der Blendenelemente 110 angeordnet. Genauer gesagt ist der der zylindrische Gehäuseabschnitt 150 stromabwärts des Verstellmechanismus 100 bzw. stromabwärts der Blendenelemente 110 angeordnet. Unabhängig davon, ob der zylindrische Gehäuseabschnitt 150 integral mit dem Lagergehäuse 310 oder als separates Bauteil gefertigt ist, kann der zylindrische Gehäuseabschnitt 150 als Lagerring 130 für die Blendenelemente 110 konfiguriert sein (siehe FIG. 6 ). Hierdurch kann ein separates vorfertigbares Modul zum Einsetzen in den Verdichter 300 bereitgestellt werden. Weiterhin kann der Verdichter 300 bzw. die Kombination aus Verstellmechanismus 100 und Strömungsmodifiziereinrichtung 10 dadurch kompakter ausgebildet werden. Der Vollständigkeit wegen sei erwähnt, dass der Verstellmechanismus 100 einen Verstellring 120 zum Verstellen der Blendenelemente 110 umfasst (siehe Detailausschnitt Z der FIG. 6 ).
Durch den kombinierten Einsatz der Strömungsmodifiziereinrichtung 10 mit dem Verstellmechanismus 100 kann eine weitere Verbesserung der Kennfeldstabilität, sowohl im unteren, als auch im oberen Kennfeldbereich erzielt werden. Der Verstellmechanismus 100 kann dabei zwischen einer ersten, geöffneten Stellung und einer zweiten, geschlossenen Stellung betätigt werden. In der ersten Stellung ist der Einlassquerschnitt 312a unverändert. In der zweiten Stellung ist der Einlassquerschnitt 312a hingegen reduziert (siehe FIG. 6 ). Insbesondere in bei niedrigen Volumenströmen und/oder niedrigen Druckverhältnissen kann das Verdichterkennfeld durch den Verstellmechanismus 100 optimiert werden, indem der Verstellmechanismus 100 in die zweite Stellung bewegt wird. Somit liegen bei den zwei verschiedenen Stellungen des Verstellmechanismuses 100 zwei verschiedene Kennfeldbereiche K₁ (geschlossen) und K₂ (offen) vor, die in einem Grenzbereich durch einen Lückenbereich L voneinander getrennt sind. Dieser Zusammenhang ist in der FIG. 7A dargestellt, die ein Verdichterkennfeld, in dem über das Druckverhältnis p₁/p₂ über den Volumenstrom V̇ für einen Verdichter aufgetragen ist, der nur einen Verstellmechanismus 100 und keine Strömungsmodifiziereinrichtung 10 umfasst. In dem Verdichterkennfeld der FIG. 7A sind die zwei Kennfeldbereichen K₁ (geschlossen) und K₂ (offen) und der Lückenbereich L aufgetragen. Durch den Verstellmechanismus 100 lässt sich somit eine wesentliche Erweiterung des Kennfeldbereichs K₁ zum Kennfeldbereich K2 hin zu niedrigen Volumenströmen V̇ und niedrigen Druckverhältnissen p₁/p₂ erzielen. Jedoch kann für Betriebspunkte im Lückenbereich L ein Pumpen bzw. Stopfen (je nachdem in welcher Stellung sich der Verstellmechanismus 100 befindet) des Verdichters auftreten. Demgegenüber zeigt die FIG. 7B das Verdichterkennfeld eines erfindungsgemäßen Verdichters 300, sowohl den Verstellmechanismus 100 als auch die Strömungsmodifiziereinrichtung 10 umfasst. Es ist zu erkennen, dass insbesondere der Kennfeldbereich K₁ (geöffnete Stellung) wesentlich in Richtung niedrigerer Volumenströme V und niedriger Druckverhältnisse p₁/p₂ um den Kennfeldbereich K_Δ (strichliert dargestellt) erweitert werden kann im Verhältnis zum Kennfeldbereich K₁ der FIG. 7A . Dies kann durch die Kombination des Verstellmechanismus 100 mit der speziellen Ausgestaltung der Strömungsmodifiziereinrichtung 10 erzielt werden, wodurch der Lückbereich L aus FIG. 7A wesentlich reduziert werden kann. Durch diesen überraschenden Effekt bei einer kombinierten Verwendung des Verstellmechanismus 100 mit der Strömungsmodifiziereinrichtung 10 kann ein erheblich verbesserter Verdichter 300 mit einem in beiden Stellungen des Verstellmechanismus 100 verbesserten Verdichterkennfeld bzw. Kennfeldbereichen bereitgestellt werden.
Die FIGS. 9A-9D und 11B zeigen beispielhafte Ausgestaltungen, in denen der zylindrische Gehäuseabschnitt 150 mehrteilig aufgebaut ist. Wie in FIG. 11B dargestellt ist, kann der zylindrische Gehäuseabschnitt 150 mehrere Unterteilungsabschnitte 157 in Umfangsrichtung 26 umfassen. Diese Unterteilungsabschnitte 157 in Umfangsrichtung 26 können auch als umfängliche Unterteilungsabschnitte 157 bezeichnet werden. Beispielsweise kann dabei für je eine Tasche 200 ein eigener umfänglicher Unterteilungsabschnitt 157 vorgesehen sein (siehe FIG. 11B ). Alternativ kann ein umfänglicher Unterteilungsabschnitt 157 auch mehrere Taschen 200 beherbergen. Auch wenn im Beispiel der FIG. 11B 8 umfängliche Unterteilungsabschnitte 157 gezeigt sind, kann der zylindrische Gehäuseabschnitt 150 auch mehr oder weniger umfängliche Unterteilungsabschnitte 157 umfassen. kann ein umfänglicher Unterteilungsabschnitt 157 im Querschnitt im Wesentlichen T-förmig ausgebildet sein, um gegen Herausrutschen in radialer Richtung 24 gesichert zu sein (siehe ebenfalls FIG. 11B ). Demgegenüber kann der zylindrische Gehäuseabschnitt 150 auch wie in FIG. 11A dargestellt, aus einem einzigen Bauteil in Umfangsrichtung 26 bestehen. Es sei angemerkt, dass die FIGS. 9A-9D , 11A und 11B stark vereinfachte Verdichtergehäuse 310 mit ebenfalls stark vereinfachten Strömungsmodifiziereinrichtungen 10 zeigen.
Die FIGS. 9A-9D zeigen hingegen, wie der der zylindrische Gehäuseabschnitt 150 mehrere Unterteilungsabschnitte 159 in axialer Richtung 22 umfassen kann. Diese Unterteilungsabschnitte 159 in axialer Richtung 22 können auch als axiale Unterteilungsabschnitte 159 bezeichnet werden. Insbesondere kann der zylindrische Gehäuseabschnitt 150 aus einem ersten Unterteilungsabschnitt 159a in axialer Richtung 22 und einem zweiten Unterteilungsabschnitte 159a in axialer Richtung 22 bestehen (siehe FIGS. 9C und 9D ). Der erste axiale Unterteilungsabschnitt 159a und der zweite axiale Unterteilungsabschnitt 159b sind dabei insbesondere ringförmig ausgebildet. Dabei sind erste axiale Unterteilungsabschnitt 159a und der zweite axiale Unterteilungsabschnitt 159b derart ausgebildet, dass sie die Taschen 200 an ihrem tiefsten Punkttrennen. Mit anderen Worten ausgedrückt bedeutet dies, dass erste axiale Unterteilungsabschnitt 159a und der zweite axiale Unterteilungsabschnitt 159b die Taschen 200 am Wechselpunkt 224 unterteilen. Dies hat insbesondere fertigungstechnische Vorteile, wie eine vereinfachte Zugänglichkeit zur Tasche 200.
Wie in den FIGS. 9A und 9B zu erkennen ist, kann einer von dem ersten axialen Unterteilungsabschnitt 159a und dem zweiten axialen Unterteilungsabschnitt 159b integral mit dem Verdichtergehäuse 310 gefertigt sein. In derartigen Ausführungen, kann der andere dem ersten axialen Unterteilungsabschnitt 159a und dem zweiten axialen Unterteilungsabschnitt 159b von dem Verdichtereinlass 312 in axialer Richtung 22 zu dem Verdichterauslass 314 oder von dem Verdichterauslass 314 in axialer Richtung 22 zu dem Verdichtereinlass 312 in das Verdichtergehäuse 310 einsetzbar sein. Dies gilt in analoger Weise auch für einen zylindrischen Gehäuseabschnitt 150 mit einem ersten axialen Unterteilungsabschnitt 159a und einem zweiten axialen Unterteilungsabschnitt 159b, wovon keiner integral mit dem Verdichtergehäuse 310 gefertigt ist. Hier können beispielsweise sowohl der erste axiale Unterteilungsabschnitt 159a als auch der zweite axiale Unterteilungsabschnitt 159b von dem Verdichtereinlass 312 in axialer Richtung 22 zu dem Verdichterauslass 314 in das Verdichtergehäuse 310 einsetzbar sein (siehe FIG. 9C ). Alternativ, der erste axiale Unterteilungsabschnitt 159a als auch der zweite axiale Unterteilungsabschnitt 159b von dem Verdichterauslass 314 in axialer Richtung 22 zu dem Verdichtereinlass 312 in das Verdichtergehäuse 310 einsetzbar sein. Eine entsprechende Anpassung des Verdichtergehäuses 310 entsprechend der jeweiligen Einsetzrichtung des zylindrischen Gehäuseabschnitts 150 ist selbstverständlich und beispielsweise aus den FIGS. 9A-9D ersichtlich. Insbesondere, wenn der zylindrische Gehäuseabschnitt 150 von dem Verdichterauslass 314 in axialer Richtung 22 zu dem Verdichtereinlass 312 in das Verdichtergehäuse 310 einsetzbar ist, kann Verdichterkontur 316 durch den zylindrischen Gehäuseabschnitt 150 gebildet werden. Dadurch, dass diese Verdichterkontur 316 an dem separaten zylindrischen Gehäuseabschnitt 150 ausgebildet ist, ist die Geometrie/Oberfläche der Verdichterkontur 316 flexibler und einfacher zugänglich für eine exakte Bearbeitung.
Grundsätzlich ist anzumerken, dass auch Kombinationen verschiedener umfänglicher Unterteilungsabschnitte 157 und axialer Unterteilungsabschnitte 159 möglich sind. Beispielsweise der erste axiale Unterteilungsabschnitt 159a und/oder der zweite axiale Unterteilungsabschnitt 159b auch zwei oder mehrere umfängliche Unterteilungsabschnitte 157 aufweisen.
Die FIGS. 10A-10D zeigen beispielhaft in schematischer Weise verschiedene Befestigungseinrichtungen 330 des zylindrischen Gehäuseabschnitts 150 der Strömungsmodifiziereinrichtung 10 in stark vereinfachter Form. Im Detail kann die Strömungsmodifiziereinrichtung 10 über ihren zylindrischen Gehäuseabschnitt 150, wenn dieser als separates Teil ausgebildet ist, in dem Verdichtergehäuse 310 befestigt werden. Als Befestigungseinrichtung 330 kommen verschiedene Kopplungstechnologien, wie eine Presspassung, eine Schnapphakenverbindung, eine Verschraubung oder andere geeignete Technologien in Frage. Dabei zeigen die FIGS. 10A und 10B zwei verschiedene Ausgestaltungen von Befestigungseinrichtungen 330 in Form von Schnapphakenverbindungen zwischen dem zylindrischen Gehäuseabschnitt 150 und dem Verdichtergehäuse 310. Die Schnapphakenverbindung ist dabei an der Außenmantelfläche 158 angeordnet. In axialer Richtung 22 kann die Schnapphakenverbindung an verschiedenen Positionen des zylindrischen Gehäuseabschnitts 150 angeordnet sein. Beispielsweise kann die Schnapphakenverbindung im stromaufwärtigen Endbereich 156 (nicht gezeigt), im stromabwärtigen Endbereich 154 (siehe FIG. 10B ) oder axial zwischen dem stromaufwärtigen Endbereich 156 und dem stromabwärtigen Endbereich 154 angeordnet sein (siehe FIG. 10A). FIG. 10C zeigt eine Ausgestaltung der Befestigungseinrichtungen 330 als Schraubverbindung, bei der der zylindrische Gehäuseabschnitt 150 über ein Gewinde an seiner Außenmantelfläche 158 mit einem Gewinde an einer Innenmantelfläche des Verdichtergehäuses 310 verschraubt ist. FIG. 10D zeigt eine Ausgestaltung der Befestigungseinrichtungen 330 als Pressverbindung, bei der der zylindrische Gehäuseabschnitt 150 über eine Presspassung zwischen seiner Außenmantelfläche 158 und einer Innenmantelfläche des Verdichtergehäuses 310 reibschlüssig im Verdichtergehäuse 310 gehalten wird. Die eben erläuterten Ausgestaltungen gelten analog auch für Ausführungen der Strömungsmodifiziereinrichtung 10, in denen einzelne oder alle Unterteilungsabschnitte 157, 159 (falls vorhanden) und nicht der gesamte zylindrische Gehäuseabschnitt 150 separat gefertigt sind.
Wenn der zylindrische Gehäuseabschnitt 150 als separates Bauteil gefertigt ist, kann es vorteilhaft sein, den zylindrischen Gehäuseabschnitt 150 aus Kunststoff herzustellen. Optional kann der zylindrische Gehäuseabschnitt 150 dabei ein Übermaß 160 in Richtung des Verdichterrads 320 aufweisen (siehe FIGS. 13D und 13E ). Zur besseren Veranschaulichung sind in den FIGS. 13D und 13E lediglich die äußeren Konturen des Verdichterrad 320 strichliniert dargestellt. Der zylindrische Gehäuseabschnitt 150 weist im Zustand unmittelbar nach dem Einsetzen in den Verdichter ein Übermaß 160 auf. In der FIG. 13D ist die Strömungsmodifiziereinrichtung 10 bzw. der zylindrische Gehäuseabschnitt 150 ausgelegt von dem Verdichtereinlass 312 in axialer Richtung 22 zu dem Verdichterauslass 314 in das Verdichtergehäuse 310 eingesetzt zu werden. Hier ist das Übermaß 160 in radialer Richtung 24 nach innen ausgebildet. Dabei nimmt ist das Übermaß 160 nur in einem Teilbereich der Verdichterkontur 316 vorhanden. In der FIG. 13E ist die Strömungsmodifiziereinrichtung 10 bzw. der zylindrische Gehäuseabschnitt 150 ausgelegt von dem Verdichterauslass 314 in axialer Richtung 22 zu dem Verdichtereinlass 312 in das Verdichtergehäuse 310 eingesetzt zu werden. Hier ist das Übermaß 160 im Bereich der Verdichterkontur 316 ausgebildet. Mit anderen Worten ausgedrückt, heißt das, dass das Übermaß 160 in axialer Richtung 22 stromabwärts und in radialer Richtung 24 nach innen ausgebildet. Im Betrieb des Verdichters 300 kann das Übermaß 160 durch das Verdichterrad 320 reduzierbar, insbesondere einschleifbar bzw. abschleifbar sein. Dies bedeutet, dass das Verdichterrad 320, welches aus einem metallischen Material ist, das weichere und nicht notwendige Kunststoffinaterial des zylindrischen Gehäuseabschnitts 150 im Bereich des Übermaßes 160 abtragen bzw. abschleifen kann. Somit kann genau eine passgenaue Verdichterkontur 316 erzeugt werden, die komplementär zur Kontur des Verdichterrads 320 geformt ist. Dadurch wird eine kollisionsfreie (nach dem Abschleifen durch das Verdichterrad) Rotation des Verdichterrads 320 ermöglicht. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine verringerte notwendige Fertigungstoleranz. Dies wiederum kann zu reduzierten Fertigungskosten führen, sowie zu einer Vereinfachung des gesamten Fertigungsprozesses.
Weiterhin umfasst die Erfindung ein Herstellungsverfahren des Verdichters 300 bzw. der Strömungsmodifziereinrichtung 10. Wie bereits erwähnt kann der zylindrische Gehäuseabschnitt 150 dabei integral mit dem Verdichtergehäuse 310 oder als separates Bauteil bereitgestellt werden. Auch können lediglich einzelne, mehrere oder alle Unterteilungsabschnitte 157, 159 (wenn vorhanden) integral mit dem Verdichtergehäuse 310 oder als separate Bauteile bereitgestellt werden. Werden der zylindrische Gehäuseabschnitt 150 bzw. die Unterteilungsabschnitte 157, 159 als separate Bauteile bereitgestellt können die Taschen 200 direkt mit dem zylindrische Gehäuseabschnitt 150 bzw. den Unterteilungsabschnitte 157, 159 hergestellt werden, beispielsweise in einem Spritzgussvorgang. Alternativ können die Taschen 200 nachträglich durch abtragende Verfahren in den zylindrischen Gehäuseabschnitt 150 bzw. in die Unterteilungsabschnitte 157, 159 eingebracht werden. Insbesondere, wenn der zylindrische Gehäuseabschnitt 150 bzw. die Unterteilungsabschnitte 157, 159 (wenn vorhanden) integral mit dem Verdichtergehäuse 310 bereitgestellt sind, können die Taschen 200 durch verschiedene Herstellungsverfahren in den zylindrischen Gehäuseabschnitt 150 bzw. in die Unterteilungsabschnitte 157, 159 bzw. in das Verdichtergehäuse 310 eingebracht sein. Diesbezüglich zeigt die FIG. 13A beispielhaft Taschen 200, die in einem Erodierverfahren in das Verdichtergehäuse 310 eingebracht wurden. Die FIGS. 13B und 13C zeigen eine Kombination aus einem Gussverfahren, in dem bereits eine Grundform der Taschen 200 in dem Verdichtergehäuse 310 bereitgestellt wird (siehe FIG. 13B ), gefolgt von einem abtragenden Verfahren, insbesondere Fräsverfahren, durch das die endgültige Geometrie der Tasche 200 (wie weiter oben beschrieben) erzeugt wird (siehe FIG. 13C ). Das heißt die Taschen 200 können durch ein Erodierverfahren, ein Gussverfahren, ein abtragendes Verfahren oder eine beliebige Kombination von zwei oder mehreren der eben genannten und/oder weiterer geeigneter Verfahren erzeugt werden.
Die relative Lage der Taschen 200 zu dem Verdichterrad 320 wird anhand der FIG. 5 und dem Detailausschnitt Y beschrieben. Das Verdichterrad 320 umfasst mehrere in Umfangsrichtung 26 verteilte Schaufeln 322, wie dies auch aus dem Stand der Technik bekannt ist. In der FIG. 5 sind diesbezüglich zwei Schaufeln 322 dargestellt. Jede Schaufel 322 weist dabei eine Anströmkante 324, eine Seitenkante 325, eine Abströmkante 326, eine Vorderseite 327 und eine Rückseite 328 auf. Dies ist im Detailausschnitt Y zu erkennen, in dem das Verdichtergehäuse 310 bzw. die Tasche 200 jedoch nicht entlang des Schnitts C-C dargestellt ist, sondern entlang eines Schnitts durch die Orientierungsebene der Tasche 20. Aus perspektivischen Gründen ist für die eine Schaufel 322 nur die Rückseite 328 und für die andere Schaufel nur die Vorderseite 327 zu erkennen. Die Vorderseite 327 und die Rückseite 328 sind dabei relativ zur Rotationsrichtung ω des Verdichterrads 320 zu sehen. Die Taschen 200 sind dabei derart in axialer Richtung 22 bzw. an einer axialen Position angeordnet, dass sich die Öffnung 210 einer jeweiligen Tasche 200 sowohl stromaufwärts als auch stromabwärts einer Ecke 329, an der die Anströmkante 324 und die Seitenkante 325 zusammenlaufen, befindet. In der beispielhaften Ausführung der FIG. 5 bzw. des Detailausschnitts Y sind die Taschen 200 derart in axialer Richtung 22 bzw. an einer axialen Position angeordnet, dass sich eine Mitte der Öffnung 210, die an der halben Öffnungslänge 212 liegt, ungefähr an der Ecke 329 befindet. In alternativen Ausgestaltungen sind auch andere Anordnungen möglich. Beispielsweise kann ein Verhältnis zwischen einer stromabwärtigen Öffnungslänge 212a, die stromabwärts der Ecke 329 angeordnet ist, zu einer stromaufwärtigen Öffnungslänge 212b, die stromaufwärts der Ecke 329 angeordnet ist auch größer oder kleiner als 1 sein.
Wie bereits erwähnt ist der Anstellwinkel γ in eine Rotationsrichtung ω des Verdichterrads 320 von der radialen Richtung 24 abgewinkelt. Diese vorteilhafte Ausgestaltung führt zu einer verbesserten Fluideinströmung in die Tasche 200. Hierdurch kann wiederum ein größerer Volumenstrom durch die Tasche 200 zurück in Richtung des stromabwärtigen Endbereichs 154, also zurück auf das Verdichterrad 320 geleitet bzw. rezirkuliert werden, wodurch wiederum die Effizienz gesteigert werden kann.

Die Erfindung betrifft weiterhin eine Aufladevorrichtung 400 (siehe FIG. 14 ). Die Aufladevorrichtung 400 umfasst eine und den Verdichter 300. Der in der FIG. 14 dargestellte Verdichter 300 umfasst eine Strömungsmodifiziereinrichtung 10 und einen Verstellmechanismus 100. Der zylindrische Gehäuseabschnitt 150 ist dabei integral mit dem Verdichtergehäuse 310 ausgebildet. Alternativ kann der zylindrische Gehäuseabschnitt 150 aber auch als separates Bauteil ausgebildet sein. Grundsätzlich sind alle weiter oben genannten Ausgestaltungsvarianten auf die Aufladevorrichtung 400 übertragbar. Beispielsweise kann der Verdichter 300 auch lediglich eine Strömungsmodifiziereinrichtung 10 und keinen Verstellmechanismus 100 umfassen. In der beispielhaften Darstellung der FIG. 14 umfasst der Verdichter 300 weiterhin einen Verdichtereinlassstutzen 340, der in axialer Richtung 220 stromaufwärts des Verdichtergehäuses 310 angeordnet und an diesem befestigt ist. Axial zwischen Verdichtereinlassstutzen 340 und dem Verdichtergehäuse 310 ist dabei der Verstellmechanismus 100 angeordnet. Die Aufladevorrichtung 400 umfasst weiterhin eine Welle 420, über die der Verdichter 300 und die Antriebseinheit 410 drehfest miteinander gekoppelt sind. Die Antriebseinrichtung 410 ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel eine Turbine. Alternativ oder zusätzlich kann die Antriebseinheit 410 aber auch einen Elektromotor umfassen.

Bezugszeichenliste

10	Strömungsmodifiziereinheit
22	axiale Richtung
24	radiale Richtung
26	Umfangsrichtung
100	Verstellmechanismus
110	Blendenelemente
120	Verstellring
130	Lagerring
150	zylindrischer Gehäuseabschnitt
152	Innenmantelfläche
153	stromabwärtige Endfläche
154	stromabwärtiger Endbereich
155	stromaufwärtige Endfläche
156	stromaufwärtiger Endbereich
157	umfängliche Unterteilungsabschnitte
158	Außenmantelfläche
159	axiale Unterteilungsabschnitte
160	Übermaß
200	Tasche
202	longitudinale Projektionslinie
203	Orientierungsebene
204	Tiefenproj ektionslinie
207	Breite der Tasche
208	Länge der Tasche
208a	Stromabwärtiger Längenabschnitt
208b	Strömaufwärtiger Längenabschnitt
209	Tiefe der Tasche
210	Öffnung
210a	Öffnungskontur
211	Öffnungsfläche
212	Öffnungslänge
212a	Stromabwärtige Öffnungslänge
212b	Stromaufwärtige Öffnungslänge
214	stromabwärtiger Öffnungsbereich
216	stromaufwärtiger Öffnungsbereich
220	Kontur
222	Eintrittspunkt
224	Wechselpunkt
226	Umkehrpunkt
228	Austrittspunkt
232	Erste Seitenwand
234	Zweite Seitenwand
300	Verdichter
310	Verdichtergehäuse
312	Verdichtereinlass
312a	Einlassquerschnitt
314	Verdichterauslass
316	Verdichterkontur
320	Verdichterrad
322	Schaufeln
324	Anströmkante
325	Seitenkante
326	Abströmkante
327	Vorderseite
328	Rückseite
329	Ecke
330	Befestigungseinrichtung
340	Verdichtereinlassstutzen
400	Aufladevorrichtung
410	Antriebseinheit
420	Welle
P	Parallele zur longitudinalen Projektionslinie
X	Ausschnitt
α	stromabwärtigen Eintrittswinkel
α'	Variabler stromabwärtiger Winkel
β	stromaufwärtige Eintrittswinkel
β'	Variabler stromaufwärtiger Winkel
γ	Anstellwinkel
δ	Kippwinkel
ω	Rotationsrichtung

Obwohl die vorliegende Erfindung oben beschrieben wurde und in den beigefügten Ansprüchen definiert ist, sollte verstanden werden, dass die Erfindung alternativ auch entsprechend der folgenden Ausführungsformen definiert werden kann:

1. Strömungsmodifiziereinrichtung (10) für einen Verdichter (300) einer Aufladevorrichtung (400) umfassend:
- einen zylindrischen Gehäuseabschnitt (150), der eine Innenmantelfläche (152) definiert und in axialer Richtung (22) einen stromabwärtigen Endbereich (154) sowie einen stromaufwärtigen Endbereich (156) umfasst; und
- eine Mehrzahl an Taschen (200), die in Umfangsrichtung (26) beabstandet an der Innenmantelfläche (152) angeordnet sind;
  - wobei jede Tasche (200) durch eine longitudinale Projektionslinie (202) und eine Tiefenprojektionslinie (204) definiert wird,
  - wobei in einer Orientierungsebene (203), die durch die longitudinale Projektionslinie (202) und die Tiefenprojektionslinie (204) gebildet wird, ein stromabwärtiger Eintrittswinkel (α) der Tasche (200) relativ zur Mantelinnenfläche (152) einen stromabwärtigen Öffnungsbereich (214) der Tasche (200) definiert und ein stromaufwärtiger Eintrittswinkel (β) der Tasche (200) relativ zur Mantelinnenfläche (152) einen stromaufwärtigen Öffnungsbereich (216) der Tasche (200) definiert, und
  - wobei die Tasche (200) derart ausgebildet ist, dass gilt: (β)<90°<(α).
2. Strömungsmodifiziereinrichtung (10) nach Ausführungsform 1, wobei die Tasche (200) derart ausgebildet ist, dass gilt: (β)<180°-(α).
3. Strömungsmodifiziereinrichtung (10) nach irgendeiner der vorangehenden Ausführungsformen, wobei 10°<(β)<30°, bevorzugt 15°<(β)<20° und besonders bevorzugt 17°≤(β)≤19° gilt.
4. Strömungsmodifiziereinrichtung (10) nach irgendeiner der vorangehenden Ausführungsformen, wobei 120°<(α)<165°, bevorzugt 130°<(α)<150° und besonders bevorzugt 135°≤(α)≤145° gilt.
5. Strömungsmodifiziereinrichtung (10) nach irgendeiner der vorangehenden Ausführungsformen, wobei die Tiefenprojektionslinie (204) relativ zur radialen Richtung (24) um einen Anstellwinkel (γ) geneigt ist.
6. Strömungsmodifiziereinrichtung (10) nach Ausführungsform 5, wobei 0°<(γ)<60°, bevorzugt 15°<(γ)<50° und besonders bevorzugt 35°≤(γ)≤45° gilt.
7. Strömungsmodifiziereinrichtung (10) nach irgendeiner der vorangehenden Ausführungsformen, wobei eine Breite (207) der Tasche (200) orthogonal zur Orientierungsebene (203) 1mm x F_D bis 6mm x F_D, bevorzugt 2mm x F_D bis 5mm x F_D und besonders bevorzugt 3mm x F_D bis 4mm x F_D beträgt, wobei F_D=D/D_Ref, wobei D_Ref bevorzugt 60mm beträgt und D einem Austrittsdurchmesser eines Verdichterrads des Verdichters (300) entspricht, für den die Strömungsmodifiziereinrichtung (10) ausgelegt ist.
8. Strömungsmodifiziereinrichtung (10) nach irgendeiner der vorangehenden Ausführungsformen, wobei eine Länge (208) der Tasche (200) entlang der longitudinalen Projektionslinie (202) 5mm x F_D bis 30mm x F_D, bevorzugt 10mm x F_D bis 25mm x F_D und besonders bevorzugt 15mm x F_D bis 20mm x F_D beträgt, wobei F_D=D/D_Ref, wobei D_Ref bevorzugt 60mm beträgt und D einem Austrittsdurchmesser eines Verdichterrads des Verdichters (300) entspricht, für den die Strömungsmodifiziereinrichtung (10) ausgelegt ist.
9. Strömungsmodifiziereinrichtung (10) nach irgendeiner der vorangehenden Ausführungsformen, wobei eine Tiefe (209) der Tasche (200) entlang der Tiefenprojektionslinie (204) 5mm x F_D bis 30mm x F_D, bevorzugt 10mm x F_D bis 25mm x F_D und besonders bevorzugt 15mm x F_D bis 20mm x F_D beträgt, wobei F_D=D/D_Ref, wobei D_Ref bevorzugt 60mm beträgt und D einem Austrittsdurchmesser eines Verdichterrads des Verdichters (300) entspricht, für den die Strömungsmodifiziereinrichtung (10) ausgelegt ist.
10. Strömungsmodifiziereinrichtung (10) nach irgendeiner der vorangehenden Ausführungsformen, wobei die longitudinale Projektionslinie (202) relativ zur axialen Richtung (22) um einen Kippwinkel (δ) geneigt ist.
11. Strömungsmodifiziereinrichtung (10) nach Ausführungsform 10, wobei 0°<(δ)<60°, bevorzugt 5°<(δ)<45° und besonders bevorzugt 10°≤(δ)≤30° gilt.
12. Strömungsmodifiziereinrichtung (10) nach irgendeiner der vorangehenden Ausführungsformen, wobei die Tasche (200) eine Öffnung (210) mit einer Öffnungsfläche (211) umfasst.
13. Strömungsmodifiziereinrichtung (10) nach Ausführungsform 12, wobei die Öffnung (210) eine Öffnungslänge (212) umfasst, wobei sich die Öffnungslänge (212) entlang der longitudinalen Projektionslinie (202) erstreckt und 2mm x F_D bis 25mm x F_D, bevorzugt 5mm x F_D bis 20mm x F_D und besonders bevorzugt 10mm x F_D bis 15mm x F_D beträgt, wobei der Faktor F_D=D/D_Ref, wobei D_Ref bevorzugt 60mm beträgt und D einem Austrittsdurchmesser eines Verdichterrads des Verdichters (300) entspricht, für den die Strömungsmodifiziereinrichtung (10) ausgelegt ist.
14. Strömungsmodifiziereinrichtung (10) nach irgendeiner der Ausführungsformen 12 oder 13, wobei die longitudinale Projektionslinie (202) in einer Ebene liegt, die durch die Öffnungsfläche (211) definiert wird.
15. Strömungsmodifiziereinrichtung (10) nach irgendeiner der vorangehenden Ausführungsformen, wobei die longitudinale Projektionslinie (202) mittig durch die Tasche (200) in Umfangsrichtung (26) gesehen, verläuft, und optional wobei die longitudinale Projektionslinie (202) mittig durch die Tasche (200) in Umfangsrichtung (26) gesehen, zwischen dem stromabwärtigen Öffnungsbereich (214) und dem stromaufwärtigen Öffnungsbereich (216) verläuft.
16. Strömungsmodifiziereinrichtung (10) nach irgendeiner der vorangehenden Ausführungsformen, wobei die Tiefenprojektionslinie (204) mittig durch die Tasche (200) in Umfangsrichtung (26) gesehen, verläuft.
17. Strömungsmodifiziereinrichtung (10) nach irgendeiner der vorangehenden Ausführungsformen, wobei die Tasche (200) eine Länge (208), eine Öffnung (210) mit einer Öffnungslänge (212) und eine Tiefe (209) umfasst.
18. Strömungsmodifiziereinrichtung (10) nach Ausführungsform 17, wobei eine Kontur (220) der Tasche (200) durch einen Eintrittspunkt (222) an dem der strömabwärtige Eintrittswinkel (α) vorliegt, durch einen Austrittspunkt (228) an dem der stromaufwärtiger Eintrittswinkel (β) vorliegt und durch einen Wechselpunkt (224) zwischen dem Eintrittspunkt (222) und dem Austrittspunkt (228) bestimmt ist.
19. Strömungsmodifiziereinrichtung (10) nach Ausführungsform 18, wobei die Kontur (220) in der Orientierungsebene (203) liegt.
20. Strömungsmodifiziereinrichtung (10) nach irgendeiner der Ausführungsformen 18 oder 19, wobei der Eintrittspunkt (222) durch einen stromabwärtigen Schnittpunkt zwischen der longitudinalen Projektionslinie (202) und einer Öffnungskontur (210a) der Öffnung (210) bestimmt ist, wobei der Austrittspunkt (228) durch einen stromaufwärtigen Schnittpunkt zwischen der longitudinalen Projektionslinie (202) und der Öffnungskontur (210a) bestimmt ist, und wobei der Wechselpunkt (224) den tiefsten Punkt der Kontur (220) relativ zur longitudinalen Projektionslinie (202) darstellt.
21. Strömungsmodifiziereinrichtung (10) nach irgendeiner der Ausführungsformen 18 bis 20, wobei zwischen dem Eintrittspunkt (222) und dem Wechselpunkt (224) ein erster Konturabschnitt (220a) mit einem variablen Winkel (α') und zwischen dem Wechselpunkt (224) und dem Austrittspunkt (228) ein zweiter Konturabschnitt (220b) mit einem variablen Winkel (β') ausgebildet ist.
22. Strömungsmodifiziereinrichtung (10) nach Ausführungsform 21, wobei sich (α') von (α')=(α) am Eintrittspunkt (222) zu (α')=180° am Wechselpunkt (224) derart verändert, dass der Verlauf des ersten Konturabschnitts (220a) vom Eintrittspunkt (222) zum Wechselpunkt (224) keine Sprünge oder Knicke aufweist und (α') zumindest nicht kleiner wird.
23. Strömungsmodifiziereinrichtung (10) nach irgendeiner der Ausführungsformen 21 oder 22, wobei sich (β)' von (β)'=180° am Wechselpunkt (224) zu (β)'=(β) am Austrittspunkt (228) derart verändert, dass der Verlauf des zweiten Konturabschnitts (220b) vom Wechselpunkt (224) zum Austrittspunkt (228) keine Sprünge oder Knicke aufweist und (β)' zumindest nicht größer wird.
24. Strömungsmodifiziereinrichtung (10) nach irgendeiner der vorangehenden Ausführungsformen, wobei die Taschen (200) äquidistant in Umfangsrichtung (26) angeordnet sind.
25. Verdichter (300) für eine Aufladevorrichtung (400) umfassend:
- ein Verdichtergehäuse (310), das einen Verdichtereinlass (312) mit einem Einlassquerschnitt (312a) und einen Verdichterauslass (314) definiert;
- ein Verdichterrad (320), das zwischen dem Verdichtereinlass (312) und dem Verdichterauslass (314) drehbar in dem Verdichtergehäuse (310) angeordnet ist; und
- eine Strömungsmodifiziereinrichtung (10) nach irgendeiner der vorangehenden Ausführungsformen.
26. Verdichter (300) nach Ausführungsform 25, weiterhin umfassend einen Verstellmechanismus (100) mit mehreren Blendenelementen (110) zum Verändern des Einlassquerschnitts (312a).
27. Verdichter (300) nach Ausführungsform 26, wobei der zylindrische Gehäuseabschnitt (150) stromabwärts der Blendenelemente (110) angeordnet ist.
28. Verdichter (300) nach irgendeiner der Ausführungsformen 26 oder 27, wobei der zylindrische Gehäuseabschnitt (150) als Lagerring (130) für die Blendenelemente (110) konfiguriert ist.
29. Verdichter (300) nach irgendeiner der Ausführungsformen 25 bis 28, wobei der zylindrische Gehäuseabschnitt (150) integral mit dem Verdichtergehäuse (310) gefertigt ist oder als separates Bauteil gefertigt ist.
30. Verdichter (300) nach irgendeiner der Ausführungsformen 25 bis 29, wobei der zylindrische Gehäuseabschnitt (150) mehrteilig aufgebaut ist und mehrere Unterteilungsabschnitte (157) in Umfangsrichtung (26) und/oder mehrere Unterteilungsabschnitte (159) in axialer Richtung (22) umfasst.
31. Verdichter (300) nach Ausführungsform 30, wobei der zylindrische Gehäuseabschnitt (150) aus einem ersten Unterteilungsabschnitt (159a) in axialer Richtung (22) und einem zweiten Unterteilungsabschnitte (159b) in axialer Richtung (22) besteht.
32. Verdichter (300) nach Ausführungsform 31, wobei einer von dem ersten oder dem zweiten Unterteilungsabschnitt (159a, 159b) integral mit dem Verdichtergehäuse (310) gefertigt ist und optional, wobei der andere von dem ersten oder dem zweiten Unterteilungsabschnitt (159a, 159b) von dem Verdichtereinlass (312) in axialer Richtung (22) zu dem Verdichterauslass (314) oder von dem Verdichterauslass (314) in axialer Richtung (22) zu dem Verdichtereinlass (312) in das Verdichtergehäuse (310) einsetzbar ist.
33. Verdichter (300) nach irgendeiner der Ausführungsformen 25 bis 32, wobei der zylindrische Gehäuseabschnitt (150), wenn dieser als separates Teil ausgebildet ist, durch eine Presspassung, eine Schnapphakenverbindung, eine Verschraubung oder eine andere geeignete Befestigungseinrichtung (330) mit dem Verdichtergehäuse (310) verbunden ist.
34. Verdichter (300) nach irgendeiner der Ausführungsformen 25 bis 33, wobei der zylindrische Gehäuseabschnitt (150), wenn dieser als separates Teil ausgebildet ist, von dem Verdichtereinlass (312) in axialer Richtung (22) zu dem Verdichterauslass (314) oder in entgegengesetzter axialer Richtung (22) in das Verdichtergehäuse (310) einsetzbar ist.
35. Verdichter (300) nach irgendeiner der Ausführungsformen 25 bis 34, wobei der zylindrische Gehäuseabschnitt (150), wenn dieser als separates Teil ausgebildet ist, aus Kunststoff hergestellt ist, und optional, wobei der zylindrische Gehäuseabschnitt (150) ein Übermaß (160) in Richtung des Verdichterrads (320) aufweist, das im Betrieb des Verdichters (300) durch das Verdichterrad (320) reduzierbar, insbesondere einschleifbar ist.
36. Verdichter (300) nach irgendeiner der Ausführungsformen 25 bis 35, wobei das Verdichterrad (320) mehrere in Umfangsrichtung (26) verteilte Schaufeln (322) umfasst, wobei jede Schaufel (322) eine Anströmkante (324), eine Seitenkante (325), eine Abströmkante (326), eine Vorderseite (327) und eine Rückseite (328) aufweist.
37. Verdichter (300) nach Ausführungsform 36, wobei die Taschen (200) derart in axialer Richtung (22) angeordnet sind, dass sich die Öffnung (210) einer jeweiligen Tasche (200) sowohl stromaufwärts als auch stromabwärts einer Ecke (329), an der die Anströmkante (324) und die Seitenkante (325) zusammenlaufen, befindet.
38. Verdichter (300) nach Ausführungsform 37, wobei die Taschen (200) derart in axialer Richtung (22) angeordnet sind, dass sich eine Mitte der Öffnung (210), die an der halben Öffnungslänge (212) liegt, ungefähr an der Ecke (329) befindet.
39. Verdichter (300) nach irgendeiner der Ausführungsformen 25 bis 38, wobei der Anstellwinkel (γ) in eine Rotationsrichtung (ω) des Verdichterrads (320) von der radialen Richtung (24) abgewinkelt ist.
40. Aufladevorrichtung (400) umfassend:
eine Antriebseinheit (410) und einen Verdichter (300) nach irgendeiner der vorangehenden Ausführungsformen, wobei die Aufladevorrichtung (400) eine Welle (420) umfasst, über die der Verdichter (300) und die Antriebseinheit (410) drehfest miteinander gekoppelt sind.
41. Aufladevorrichtung (400) nach Ausführungsform 40, wobei die Antriebseinheit (410) eine Turbine und/oder einen Elektromotor umfasst.

Claims

Strömungsmodifiziereinrichtung (10) für einen Verdichter (300) einer Aufladevorrichtung (400) umfassend:
einen zylindrischen Gehäuseabschnitt (150), der eine Innenmantelfläche (152) definiert und in axialer Richtung (22) einen stromabwärtigen Endbereich (154) sowie einen stromaufwärtigen Endbereich (156) umfasst; und

eine Mehrzahl an Taschen (200), die in Umfangsrichtung (26) beabstandet an der Innenmantelfläche (152) angeordnet sind;
- wobei jede Tasche (200) durch eine longitudinale Projektionslinie (202) und eine Tiefenprojektionslinie (204) definiert wird,

- wobei in einer Orientierungsebene (203), die durch die longitudinale Projektionslinie (202) und die Tiefenprojektionslinie (204) gebildet wird, ein stromabwärtiger Eintrittswinkel (α) der Tasche (200) relativ zur Mantelinnenfläche (152) einen stromabwärtigen Öffnungsbereich (214) der Tasche (200) definiert und ein stromaufwärtiger Eintrittswinkel (β) der Tasche (200) relativ zur Mantelinnenfläche (152) einen stromaufwärtigen Öffnungsbereich (216) der Tasche (200) definiert, und

- wobei die Tasche (200) derart ausgebildet ist, dass gilt: (β)<90°<(α).
Strömungsmodifiziereinrichtung (10) nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, wobei 10°<(β)<30°, bevorzugt 15°<(β)<20° und besonders bevorzugt 17°≤(β)≤19° gilt.
Strömungsmodifiziereinrichtung (10) nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, wobei 120°<(α)<165°, bevorzugt 130°<(α)<150° und besonders bevorzugt 135°≤(α)≤145° gilt.
Strömungsmodifiziereinrichtung (10) nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Tiefenprojektionslinie (204) relativ zur radialen Richtung (24) um einen Anstellwinkel (γ) geneigt ist, und optional, wobei 0°<(γ)<60°, bevorzugt 15°<(γ)<50° und besonders bevorzugt 35°≤(γ)≤45° gilt.
Strömungsmodifiziereinrichtung (10) nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Tasche (200) eine Öffnung (210) mit einer Öffnungsfläche (211) umfasst.
Strömungsmodifiziereinrichtung (10) nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Tasche (200) eine Länge (208), eine Öffnung (210) mit einer Öffnungslänge (212) und eine Tiefe (209) umfasst, und, wobei eine Kontur (220) der Tasche (200) durch einen Eintrittspunkt (222) an dem der strömabwärtige Eintrittswinkel (α) vorliegt, durch einen Austrittspunkt (228) an dem der stromaufwärtiger Eintrittswinkel (β) vorliegt und durch einen Wechselpunkt (224) zwischen dem Eintrittspunkt (222) und dem Austrittspunkt (228) bestimmt ist, und optional, wobei die Kontur (220) in der Orientierungsebene (203) liegt.
Strömungsmodifiziereinrichtung (10) nach Anspruch 6, wobei der Eintrittspunkt (222) durch einen stromabwärtigen Schnittpunkt zwischen der longitudinalen Projektionslinie (202) und einer Öffnungskontur (210a) der Öffnung (210) bestimmt ist, wobei der Austrittspunkt (228) durch einen stromaufwärtigen Schnittpunkt zwischen der longitudinalen Projektionslinie (202) und der Öffnungskontur (210a) bestimmt ist, und wobei der Wechselpunkt (224) den tiefsten Punkt der Kontur (220) relativ zur longitudinalen Projektionslinie (202) darstellt.
Strömungsmodifiziereinrichtung (10) nach irgendeinem der Ansprüche 6 oder 7, wobei zwischen dem Eintrittspunkt (222) und dem Wechselpunkt (224) ein erster Konturabschnitt (220a) mit einem variablen Winkel (α') und zwischen dem Wechselpunkt (224) und dem Austrittspunkt (228) ein zweiter Konturabschnitt (220b) mit einem variablen Winkel (β') ausgebildet ist und optional, wobei sich (α') von (α')=(α) am Eintrittspunkt (222) zu (α')=180° am Wechselpunkt (224) derart verändert, dass der Verlauf des ersten Konturabschnitts (220a) vom Eintrittspunkt (222) zum Wechselpunkt (224) keine Sprünge oder Knicke aufweist und (α') zumindest nicht kleiner wird.
Strömungsmodifiziereinrichtung (10) nach Anspruch 8, wobei sich (β)' von (β)'=180° am Wechselpunkt (224) zu (β)'=(β) am Austrittspunkt (228) derart verändert, dass der Verlauf des zweiten Konturabschnitts (220b) vom Wechselpunkt (224) zum Austrittspunkt (228) keine Sprünge oder Knicke aufweist und (β)' zumindest nicht größer wird.
Verdichter (300) für eine Aufladevorrichtung (400) umfassend:
ein Verdichtergehäuse (310), das einen Verdichtereinlass (312) mit einem Einlassquerschnitt (312a) und einen Verdichterauslass (314) definiert;

ein Verdichterrad (320), das zwischen dem Verdichtereinlass (312) und dem Verdichterauslass (314) drehbar in dem Verdichtergehäuse (310) angeordnet ist; und

eine Strömungsmodifiziereinrichtung (10) nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche.
Verdichter (300) nach Anspruch 10, weiterhin umfassend einen Verstellmechanismus (100) mit mehreren Blendenelementen (110) zum Verändern des Einlassquerschnitts (312a) und optional,
wobei der zylindrische Gehäuseabschnitt (150) stromabwärts der Blendenelemente (110) angeordnet ist.
Verdichter (300) nach irgendeinem der Ansprüche 10 oder 11, wobei der zylindrische Gehäuseabschnitt (150) integral mit dem Verdichtergehäuse (310) gefertigt ist oder als separates Bauteil gefertigt ist.
Verdichter (300) nach irgendeinem der Ansprüche 10 bis 12, wobei der zylindrische Gehäuseabschnitt (150) mehrteilig aufgebaut ist und mehrere Unterteilungsabschnitte (157) in Umfangsrichtung (26) und/oder mehrere Unterteilungsabschnitte (159) in axialer Richtung (22) umfasst.
Verdichter (300) nach irgendeinem der Ansprüche 10 bis 13, wobei der zylindrische Gehäuseabschnitt (150), wenn dieser als separates Teil ausgebildet ist, von dem Verdichtereinlass (312) in axialer Richtung (22) zu dem Verdichterauslass (314) oder in entgegengesetzter axialer Richtung (22) in das Verdichtergehäuse (310) einsetzbar ist.
Aufladevorrichtung (400) umfassend:
eine Antriebseinheit (410) und einen Verdichter (300) nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Aufladevorrichtung (400) eine Welle (420) umfasst, über die der Verdichter (300) und die Antriebseinheit (410) drehfest miteinander gekoppelt sind.