WO2020104199A1 - Radial compressor and method for operating a radial compressor - Google Patents

Radial compressor and method for operating a radial compressor

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Publication number
WO2020104199A1
WO2020104199A1 PCT/EP2019/080488 EP2019080488W WO2020104199A1 WO 2020104199 A1 WO2020104199 A1 WO 2020104199A1 EP 2019080488 W EP2019080488 W EP 2019080488W WO 2020104199 A1 WO2020104199 A1 WO 2020104199A1
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WO
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piston
compressor
radial compressor
cross
sectional area
Prior art date
Application number
PCT/EP2019/080488
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German (de)
French (fr)
Inventor
Jochen Wessner
Martin Katz
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch Gmbh filed Critical Robert Bosch Gmbh
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/40—Casings; Connections of working fluid
    • F04D29/42—Casings; Connections of working fluid for radial or helico-centrifugal pumps
    • F04D29/44—Fluid-guiding means, e.g. diffusers
    • F04D29/46—Fluid-guiding means, e.g. diffusers adjustable
    • F04D29/462—Fluid-guiding means, e.g. diffusers adjustable especially adapted for elastic fluid pumps
    • F04D29/464—Fluid-guiding means, e.g. diffusers adjustable especially adapted for elastic fluid pumps adjusting flow cross-section, otherwise than by using adjustable stator blades
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D27/00—Control, e.g. regulation, of pumps, pumping installations or pumping systems specially adapted for elastic fluids
    • F04D27/02—Surge control
    • F04D27/0246—Surge control by varying geometry within the pumps, e.g. by adjusting vanes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
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    • F04D29/40—Casings; Connections of working fluid
    • F04D29/42—Casings; Connections of working fluid for radial or helico-centrifugal pumps
    • F04D29/4206—Casings; Connections of working fluid for radial or helico-centrifugal pumps especially adapted for elastic fluid pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2250/00—Geometry
    • F05D2250/50—Inlet or outlet
    • F05D2250/52—Outlet

Definitions

  • the invention is based on a radial compressor and on a method for operating a radial compressor according to the type of the independent claims.
  • a radial compressor, in particular for motor vehicles, is known from DE 10 2010 040 823 A1, one on a closed
  • Compressor wheel back arranged compressor blade ring comprising compressor wheel.
  • the radial compressor also has a spiral housing for collecting a medium conveyed by the compressor wheel.
  • Fuel cell systems operated with pure hydrogen are considered to be the drive of the future because they only emit pure water. Similar to
  • Combustion engines can also increase the power density here if the unit is charged, i.e. operated with compressed air. Another advantage of charging is that there is a significant improvement in heat management in the fuel cell. To provide the compressed air, it is known to use so-called turbochargers, such as those used for
  • turbocharger Internal combustion engines are used as exhaust gas turbochargers. In both cases, i.e. when used in the fuel cell system or in the internal combustion engine, the turbocharger generally comprises a radial compressor which interacts with a radial turbine.
  • Figure la shows the top half of a
  • Radial compressor 1 along its axis of rotation 105.
  • the air compressed in the compressor wheel 5 in turn flows out in the radial direction or centrifugally. This is shown by a second arrow 100 in FIG. 1b
  • Output pressure p2 is generated on the back of the compressor wheel 5, that is to say in the region of the compressor wheel back 10, an axial force which is significantly greater than the axial force which is induced on the front side of the compressor wheel 5 having the compressor blades 120.
  • the situation is similar with one
  • turbomachinery work at a high speed level, which means that the axial bearing
  • turbocharger proposed in DE 10 2010 040 823 A1 provides for the at least partial compensation of those occurring during operation
  • Axial forces of the outer diameter of the turbine wheel back is larger than that of the turbine blade ring.
  • the turbine wheel or its diameter is increased accordingly, the diameter of the
  • Turbine blade ring i.e. the radial arrangement and dimensioning of the turbine blades, remains the same.
  • the enlarged back of the turbine wheel increases the area of the back of the turbine wheel that can be pressurized, both on the back and on the front of the turbine wheel.
  • An increased pressure thus acts on the rear of the turbine wheel, which increases the axial force in the direction of the front of the turbine wheel.
  • the increased pressure acting on the rear side is partially compensated for on the front side of the turbine wheel, but nevertheless contributes to increasing the axial force in the direction of the front side of the turbine wheel.
  • the axial forces exerted on the shaft by the turbine wheel in the direction of the radial compressor are thus reduced.
  • the radial compressor according to the invention with the features of the main claim has the advantage that a compressor wheel and a closed compressor wheel back are provided, the compressor wheel being one
  • Compressor blade ring on the closed compressor wheel back and that a spiral housing is provided for collecting a medium conveyed by the compressor wheel and that means for changing one
  • Cross-sectional area of the volute include a piston. In this way, the cross-sectional area of the volute casing can be changed simply by moving the piston.
  • Spiral housing is at least partially annular.
  • Cross-sectional area of the volute along the extension of the piston in the flow direction of the medium can be changed by moving the piston, so that the effect of changing the cross-sectional area of the
  • Spiral casing is enlarged to the axial forces.
  • the piston extends over an entire spiral channel of the spiral housing. This produces the greatest possible effect of the change in the cross-sectional area of the volute casing on the axial forces.
  • a further advantage results if the piston separates a flow-guiding space of the volute casing from a piston space of the volute casing.
  • the cross-sectional area of the volute casing can be set up as the cross-sectional area of the flow-guiding space of the volute casing, and thus a changeable cross-sectional area can only be defined within the volute casing.
  • the piston chamber can advantageously be arranged on a side of the volute housing facing the compressor wheel back.
  • the piston seals the flow-conducting space against the piston space. This ensures that the
  • Cross-sectional area of the flow-guiding space can be formed.
  • a further advantage results if the piston leaves a, preferably annular, first opening for pressure equalization between the flow-guiding space and the piston space. In this way, the force required for the movement of the piston to reduce the cross-sectional area of the volute casing can be minimized.
  • the piston chamber comprises a, preferably annular, second opening to the ambient air.
  • a pressure equalization between the piston chamber and the ambient air is made possible, likewise with the result that the force required for the movement of the piston to reduce the cross-sectional area of the volute casing can be minimized.
  • the piston has a contour facing the flow-guiding space. In this way, the
  • the contour is shaped as a function of a predetermined streamline. In this way, the flow guidance of the medium in the flow-guiding space of the volute casing can be optimized.
  • the means for changing the cross-sectional area of the spiral housing comprise at least one cam or a piston shaft, via which the position of the piston in the spiral housing can be adjusted. In this way, the position of the piston in the volute can be targeted
  • the means for changing the cross-sectional area of the volute housing comprise at least one spring, which in the piston chamber of the Spiral housing is arranged and the position of the piston in the
  • Spiral casing is adjustable. In this case, a desired one
  • the at least one piston shaft is provided for receiving the at least one spring.
  • the piston is adjusted over the piston skirt by means of the spring to set a desired one
  • the spring constant of the at least one spring is selected as a function of the gradient of the compressor characteristic of the radial compressor. In this way, the cross-sectional area of the
  • Design operating point of the radial compressor is biased so that its spring force is the product of the pressure prevailing at the design operating point in the flow-carrying space of the volute casing and the difference between one of the flow-conducting space of the volute casing
  • the spring just balances the pressure prevailing at the design operating point in the flow-guiding space of the volute casing.
  • Spiral housing by means of changing the cross-sectional area of the spiral housing is dependent on an operating state of the radial compressor.
  • the pressure in the volute casing and the associated axial forces on the back of the compressor wheel can be adapted to the particular operating state of the radial compressor, in particular harmonize so that the pressure in the volute casing or in its volumetric casing is as large as possible
  • Cross-sectional area of the volute casing is changed by the means for changing the cross-sectional area of the volute casing. In this way, the axial forces on the back of the compressor wheel regardless of
  • Presence of a turbine can be affected.
  • the cross-sectional area of the volute casing is adjusted by the means for changing the cross-sectional area of the volute casing depending on an operating state of the radial compressor.
  • the pressure in the volute casing and the associated axial forces on the back of the compressor wheel can be adapted to the particular operating state of the radial compressor, in particular harmonized, so that the pressure in the radial compressor over the largest possible operating range
  • the operating state of the radial compressor can be determined in a simple manner as a function of a rotational speed and a target pressure or a target quantity or a target mass flow of the medium at the outlet of the radial compressor. These sizes are usually available anyway when operating the radial compressor.
  • the means for changing the cross-sectional area of the volute casing are advantageously dependent on the operating state of the
  • a maximum cross-sectional area of the volute casing is set by the means for changing the cross-sectional area of the volute casing. In this way, the pressure in the volute casing or in its flow-guiding space and thus the axial forces on the back of the compressor wheel can be limited or minimized.
  • a further advantage is obtained if, in a part-load operating state of the radial compressor, the cross-sectional area of the volute casing is set by the means for changing the cross-sectional area of the volute casing, which is smaller than the maximum cross-sectional area. In this way, the pressure in the volute or in its flow-carrying space in the
  • Partial load operating state to be adjusted to the corresponding pressure in full load operating state, so that the axial forces on the back of the
  • Compressor wheel in both operating states of the radial compressor differ as little as possible from one another and the axial bearings of the radial compressor are loaded as equally as possible.
  • FIG. 1b shows the upper half of a cross section through the radial compressor along its axis of rotation according to the prior art
  • Figure 2a shows the upper half of a cross section through the radial compressor along its axis of rotation according to a first embodiment of the invention
  • Figure 2b shows a cross-sectional area of a volute of the
  • Figure 2c shows a cross-sectional area of a volute of the
  • Figure 2d shows a cross-sectional area of a volute of the
  • Figure 3a shows the upper half of a cross section through the radial compressor along its axis of rotation according to a second and a third embodiment of the invention
  • Figure 3b shows a cross-sectional area of a volute of the
  • Figure 3c shows a cross-sectional area of a volute of the
  • Embodiment of the invention Figure 3d shows a cross-sectional area of a volute of the
  • Figure 3e is a cross-sectional area of a volute of
  • Figure 4 is a pressure-volume flow diagram of the radial compressor
  • Figure la shows the upper half of a longitudinal section through a conventional radial compressor 1.
  • An impeller 5 of the radial compressor 1 which also as
  • Compressor wheel is referred to, comprises on its front side a compressor blade ring 15 with compressor blades 120.
  • the compressor wheel 5 is driven via an axis of rotation 105 in a manner not shown, for example by means of a turbine or an electric motor.
  • the direction of rotation is identified in FIG. 1 by an arrow with the reference number 125.
  • the compressor wheel 5 is on the axis of rotation 105, for example by means of air or
  • the medium for example air
  • the volute 20 has a cross section which increases in the direction of rotation 125 of the axis of rotation 105.
  • the volute 20 forms in its interior a spiral channel 35, in which the medium received by the compressor wheel 5 flows in the direction of the increasing cross section of the volute 20.
  • FIG. 1b shows the upper half of a cross section through the conventional radial compressor 1 along its axis of rotation 105.
  • the same reference numerals in FIG. 1b denote the same elements as in FIG.
  • the compressor wheel 5 is axially flowed against by the air when rotating about the axis of rotation 105. This is shown by a first arrow 95 in FIG. 1b.
  • Compressor wheel 5 that is on one of the compressor blades 120 of the
  • Compressor blade ring 15 opposite side of the compressor wheel 5, in the region of a closed compressor wheel back 10.
  • This output pressure p2 generates an axial force on the back of the compressor wheel 5, that is to say in the region of the compressor wheel back 10, which is significantly greater than the axial force which is induced on the front side of the compressor wheel 5 having the compressor blades 120.
  • the radial compressor 1 is usually designed for a specific predetermined operating point.
  • the specified operating point is usually selected in the part-load operating range of the radial compressor.
  • the flow-carrying components of the radial compressor 1 are predefined on the latter
  • Compressor wheel 5 conveyed medium air in the present example, is designed such that the increase in the volume flow of the air conveyed per blade channel or compressor blade 120 into the volute 20 in the direction of rotation 125 at the predetermined working or operating point of the radial compressor 1 is as accurate as possible with the increase in cross section the volute 20 corresponds. However, if the radial compressor 1 is outside the specified one
  • Output pressure p2 in a compressor wheel side space 130 in the region of the compressor wheel back 10 of the radial compressor 1 no longer corresponds to the output pressure p2 at the predetermined operating point. This has to be done at
  • means are therefore provided for changing a cross-sectional area of the volute 20.
  • These means can be formed, for example, by a piston 25 according to a first exemplary embodiment according to FIG. 2a and also according to a second and a third exemplary embodiment according to FIG. 3a.
  • FIGS. 2a and 3a each show the upper half of a cross section through the radial compressor 1 according to the invention along its axis of rotation 105.
  • the same reference numerals designate the same elements as in FIGS. 1a and 1b.
  • the volute 20 is delimited on one side by the piston 25, the piston 25 via a piston to be explained in more detail
  • Mechanism in its position inside the volute 20 is changeable and can be fixed in different positions, so that depending on the position of the piston 25 there is a different cross-sectional area of the volute 20.
  • piston 25 should at least over part of volute 20 correspond to the radius of volute 20 along the Extend spiral channel 35 in the flow direction of the air and be at least partially annular.
  • the radial extension of the piston 25 should follow the height h of the volute 20, which increases in the radial direction of the air in the radial direction. The optimal effect can be achieved if the piston 25 extends along the entire spiral channel 35.
  • FIGS. 2a and 3a also show that the piston 25 separates a flow-guiding space 40 of the volute 20 from a piston space 45 of the volute 20.
  • the piston chamber 45 is arranged on a side of the volute 20 facing the compressor wheel back 10.
  • the piston chamber 45 could also be arranged on a side of the volute 20 facing away from the compressor wheel back 10.
  • the piston 25 seals the flow-guiding space 40 against the piston space 45.
  • the piston 25 can be circumferentially e.g. be provided with a rubber seal.
  • the piston 25 can otherwise be made, for example, of metal or plastic.
  • the cross-sectional area of the volute 20 which can be changed by the piston 25 is thus ultimately the cross-sectional area of the flow-guiding space 40. If the piston is moved to enlarge the cross-sectional area of the volute 20, then the volume of the flow-guiding space 40 increases and the volume of the piston space 45 decreases accordingly. If the piston is moved to reduce the cross-sectional area of the volute 20, the volume of the flow-guiding space 40 decreases and the volume of the piston space 45 increases accordingly the latter case, the pressure in the piston chamber 45 is reduced when the piston moves to enlarge the piston chamber 45, so that an increased effort is required for the movement of the piston 25. In order to counteract this, as in the first exemplary embodiment according to FIG. 2a, it can be provided that the piston chamber 45 comprises one or more openings 55 to the environment or to the ambient air. Pressure compensation takes place via these openings 55, so that the movement of the piston 25 is not made more difficult. As opening 55 can be provided that the piston chamber 45 comprises one or more openings 55 to the environment or to the ambient
  • Piston chamber 45 can be selected to the environment.
  • the piston 25 can also have one or more openings 50 for pressure equalization between the flow-conducting space 40 and the
  • An opening 50 of the piston 25, which is annular along the spiral channel 35 in accordance with the radius of the volute 20 in the flow direction of the air, can also be selected as the opening 50.
  • the opening 50 in the piston is also referred to as a first opening, whereas the opening 55 of the piston chamber is also referred to as a second opening.
  • a cross-sectional area of the volute 20 of the is for the first and the second or third embodiment
  • the piston 25 has a contour 60 on its side facing the flow-guiding space 40.
  • This contour 60 is preferably formed over the entire extent of the piston 25 in accordance with the radius of the volute 20 along the spiral channel 35 in the direction of flow of the air in the piston 25. This contour 60 influences the flow behavior of the air in the
  • Flow guidance can be used in the flow-conducting space 40.
  • the contour 60 is dependent on a predetermined one
  • the contour 60 is in accordance with the
  • Flow control if possible without turbulence, can be determined experimentally or by calculation. Since there are generally different flow profiles in the flow-guiding space 40 for different operating points of the radial compressor 1, it can be used as a predefined one
  • Streamline course is also determined or calculated experimentally and implemented as a contour 60, which enables a minimum of turbulence for the largest possible operating range of the radial compressor 1.
  • Radial compressor 1 The aim is to ensure, over the largest possible operating range of the radial compressor 1, that the increase in the volume flow of the air conveyed per blade channel or compressor blade 120 into the flow-conducting space 40 in the direction of rotation 125 corresponds as exactly as possible with the increase in cross-section of the flow-bearing space 40. This ensures that the pressure in the flow-carrying space 40 and thus the axial forces on the rear side of the compressor wheel 5 remain largely the same over this operating range of the radial compressor 1.
  • the operating state of the radial compressor 1 can now take place in various ways. In this regard, three exemplary embodiments are described in this regard.
  • Map-controlled positioning of the piston 25 For this purpose, an experimentally determined map is used, the input variables of which are the actual speed of the compressor wheel 5 and optionally a set pressure, a set air quantity or a set air mass flow at the outlet of the radial compressor 1, that is to say on
  • the setpoint pressure is the setpoint for the outlet pressure p2.
  • Radial compressor 1 to be adjusted positioning of the piston 25. This leads to a predetermined cross-sectional area of the flow-conducting space 40, which increases due to the geometry of the volute 20 in the direction of flow of the air along the spiral channel 35.
  • the piston 25 is positioned, for example, by means of suitable actuators.
  • a cam drive of the piston 25 can be provided as shown in FIGS. 2a-d.
  • At least one cam 30 is provided, by means of which the position of the piston 25 in the volute 20 and thus the cross-sectional area of the flow-guiding space 40 can be variably adjusted.
  • the at least one cam 30 is arranged in the piston chamber 45. It extends from that facing away from the flow-guiding space 40
  • a plurality of cams 30 are preferably arranged and distributed in the piston space 45 in the piston space 45 over the spiral channel 35, preferably in an equidistant manner controlled synchronously via a drive mechanism, not shown in the figures.
  • FIGS. 2b and 2c a cross-sectional area of the volute 20 of the radial compressor 1 is shown enlarged for the first exemplary embodiment.
  • the same reference numerals designate the same elements as in the previously described figures.
  • Figures 2b and 2c show for the first
  • the piston 25 is positioned for a part-load operating point of the radial compressor 1.
  • the cam 30 assumes a position in which it has its greatest extent and thus its longitudinal extent between the surface 90 of the piston 25 facing away from the flow-guiding space 40 and the opposite boundary wall 140 of the piston space 45.
  • the piston 25 is thus maximally displaced by the cam 30 in the direction of the flow-guiding space 40 and locked in this position.
  • the cross-sectional area of the flow-guiding space is thus minimized.
  • the volume of the volume of the cam 30 assumes a position in which it has its greatest extent and thus its longitudinal extent between the surface 90 of the piston 25 facing away from the flow-guiding space 40 and the opposite boundary wall 140 of the piston space 45.
  • the piston 25 is thus maximally displaced by the cam 30 in the direction of the flow-guiding space 40 and locked in this position.
  • the cross-sectional area of the flow-guiding space is thus minimized.
  • the piston 25 is for a full load operating point of the
  • Centrifugal compressor 1 positioned.
  • the cam 30 assumes a position in which it has its smallest extent and thus its transverse extent between the surface 90 of the piston 25 facing away from the flow-guiding space 40 and the opposite boundary wall 140 of the piston space 45.
  • the piston 25 is thus unlocked by the cam 30 and maximally displaced in the direction of the piston chamber 45 by the outlet pressure p2 in the flow-guiding chamber 40.
  • the cross-sectional area of the flow-guiding space 40 is thus maximized.
  • the volume of the flow-guiding space 40 is accordingly maximal.
  • volume in the flow-carrying space 40 and the full-load operating state according to FIG. 2c are arbitrary further part-load operating states appropriate arrangement or angular position of the at least one cam 30 in the piston chamber 45 is possible.
  • the distance between the surface 90 of the piston 25 facing away from the flow-guiding space 40 and the opposite boundary wall 140 of the piston chamber 45 can be set to any desired value within the scope of the by the corresponding positioning or adjustment of the angular position of the at least one cam 30 in the piston chamber 45 Part load operating state according to Figure 2b and
  • Pressure distribution in the flow-conducting space 40 can be set independently of the operating point, so that the resulting axial forces can be kept essentially constant.
  • Operating point changes within the operating range of the radial compressor 1, which can be adapted by the at least one cam 30, can be significantly reduced.
  • the position of the piston 25 in the volute 20 and thus the cross-sectional area of the flow-conducting space 40 can be variably adjusted via at least one piston shaft 70 arranged in the piston chamber 45.
  • the piston skirt 70 is arranged displaceably in the piston chamber 45.
  • the piston 25 is held over the piston shaft 70 which is displaceably arranged in the piston chamber 45.
  • the piston 25 is thus moved over the piston shaft 70 to change the cross-sectional area of the flow-guiding space 40.
  • the boundary wall 140 of the piston chamber opposite the piston 25 can have an opening 150 through which the piston shaft 70 is guided. The opening 150 the boundary wall to be sealed to equalize the pressure
  • a seal can be dispensed with and a pressure equalization of the piston chamber 45 with the ambient air can be achieved.
  • the piston shaft 70 and thus the piston 25 can be brought into a desired position and thus a desired position by means of an electromotive map-controlled drive (not shown) or a map-controlled actuator (not shown)
  • Cross-sectional area of the flow-guiding space 40 can be set.
  • the piston 25 is positioned via the piston shaft 70 as in the first exemplary embodiment, depending on the map
  • a plurality of piston shafts 30 are preferably distributed in the manner described in the piston chamber 45 over the spiral channel 35, preferably equidistantly, and are controlled synchronously via a drive mechanism, not shown in the figures.
  • the at least one piston shaft 70 can each be provided for receiving a spring 65, as shown in FIGS. 3a and 3c-e.
  • the spring 65 abuts at one end against the surface 90 of the piston 25 facing away from the flow-guiding space 40 and at its other end against the boundary wall 140 of the piston chamber 45 opposite the piston 25.
  • the use of the spring 65 is not necessary for the implementation of the second exemplary embodiment. However, it can be advantageous for damping the movement of the piston 25 in order to avoid pressure fluctuations in the flow-conducting space 40. In the case of, for example, electromotive drive of the piston 25 via the piston shaft 70, a force increased by the spring force must then be applied by the drive for a movement of the piston 25 in the direction of the piston chamber 45.
  • the spring 65 supports a movement of the piston 25 in the direction of the flow-guiding space 40 until the spring 65 is relaxed.
  • the second embodiment the second
  • Embodiment of the piston 25 in the full-load operating state when no spring 65 is used, move as far as the stop against the boundary wall 140, so that the cross-sectional area of the flow-conducting space 40 assumes an absolute maximum and the piston space 45 disappears. This situation is shown in Figure 3b.
  • the full-load operating state according to FIG. 3e results from the fact that the piston 25 is displaced so far in the direction of the piston chamber 45 that the spring 65 is clamped completely compressed in the piston chamber 45 between the piston 25 and the boundary wall 140.
  • the cross-sectional area of the flow-guiding space 40 is of course smaller in the full-load operating state of the radial compressor than without the use of the spring 65.
  • 3c shows, analogously to FIG. 2b, the part-load operating point with a minimal cross-sectional area of the flow-conducting space 40.
  • this part-load operating point is defined, however, by the fact that a stop ring 160 strikes the end of the piston skirt 70 facing away from the piston 25 on the side of the boundary wall 140 facing away from the piston chamber 45 and thus prevents a further displacement of the piston 25 in the direction of the flow-carrying space 40 .
  • the stop ring 160 has, for example, a larger radial one
  • any further partial-load operating states are also possible in the second exemplary embodiment by corresponding immersion depth of the piston skirt 70 in the piston chamber 45.
  • the distance between the surface 90 of the piston 25 facing away from the flow-guiding space 40 and the opposite boundary wall 140 of the piston space 45 can be set to any value by appropriate immersion depth of the piston skirt 70 in the piston space 45 within the framework of the partial load operating state 3c and the full load operating state according to Figure 3b defined limits.
  • FIGS. 3a and 3c-e also show a third exemplary embodiment of the invention.
  • the position of the piston 25 in the volute 20 and thus the cross-sectional area of the flow-guiding space 40 can be variably adjusted via at least one spring 65 arranged in the piston space 45.
  • the at least one spring 65 thus represents the exclusive drive mechanism for the piston 25 with the piston shaft 70. In this way, a map-controlled drive of the piston 25 is not possible as in the first or second exemplary embodiment or necessary. Rather, the spring 65 depending on the output pressure p2
  • the at least one spring 65 is in one
  • the design operating point 80 of the radial compressor 1 is biased so that its spring force is the product of the output pressure p2 prevailing in the design operating point 80 in the flow-guiding space 40 of the volute 20 and the difference between a surface 85 of the piston facing the flow-guiding space 40 of the volute 20 and the flow-guiding space 40 facing surface 90 of the piston 25, ie the surface of the piston 25 facing the piston chamber 45 corresponds.
  • the surface 90 of the piston 25 facing the piston chamber is reduced by the radial cross-sectional area of the piston shaft 70 in comparison to the surface 85 of the piston facing the flow-guiding chamber 40. In this way, the spring 65 is equal to that prevailing at the design operating point 80
  • Centrifugal compressors are mainly to be operated, must remain the same Spring constant of spring 65 can be selected appropriately. This takes place in that the spring constant of the at least one spring 65 is selected as a function of the gradient of a compressor characteristic curve 75 of the radial compressor 1. The operating point of the radial compressor changes compared to
  • FIG. 4 shows a pressure-volume flow diagram of the radial compressor 1 for a predetermined speed of rotation of the compressor wheel 5.
  • the output pressure p2 in the flow-carrying space 40 is plotted against the volume flow V of the air in the flow-carrying space 40.
  • the output pressure p2 in the flow-guiding space 40 depends on the volume of the flow-guiding space 40 and the volume flow V of the air delivered in the flow-guiding space 40.
  • 170 characterizes, by way of example, a characteristic curve of the entire system operated by the compressor, for example a fuel cell, which is supplied with air via the radial compressor 1.
  • the system characteristic curve 170 thus represents the load acting on the radial compressor 1 at the respective operating point of the system.
  • the compressor characteristic curve 75 of the radial compressor 1 is also entered in the diagram.
  • the working point 180 of the radial compressor 1 is located at the intersection between the system characteristic 170 and the compressor characteristic 75.
  • the slope of the compressor characteristic 75 at the working point 180 is indicated in FIG. 4 by the reference number 190
  • the gradient of the compressor characteristic of the radial compressor 1 at the operating point can be set to a desired value 195, at which a similar pressure level when changing the delivery rate of the radial compressor 1, i.e. the volume flow V of the air in the flow-carrying space 40 for the outlet pressure p2 is reached.
  • a similar pressure level when changing the delivery rate of the radial compressor 1, i.e. the volume flow V of the air in the flow-carrying space 40 for the outlet pressure p2 is reached.
  • the gradient 190 of the compressor characteristic 75 at the working point 180 is set to a smaller value 195 with the aid of the spring constant.
  • spring constants can be set to an output pressure p2 that is as slightly as possible variable for the largest possible area of the conveyed volume flow V of the air in the flow-conducting space 40, so that the axial forces acting on the axis of rotation 105 change as little as possible in this area of the conveyed volume flow V.
  • Radial compressor 1 can be significantly reduced.
  • the cross-sectional area of the volute 20 or the flow-guiding space 40 is changed by the piston 25 in accordance with the respective one of the three exemplary embodiments described.
  • the cross-sectional area of the volute 20 or of the flow-guiding space 40 is preferably set by the piston depending on an operating state of the radial compressor 1.
  • the operating state of the radial compressor 1 is preferably determined as a function of the actual speed and a target pressure or a target air quantity or a target air mass flow at the outlet of the radial compressor 1, that is to say at the outlet of the spiral duct 35 in the region of the flow-guiding space 40.
  • the setpoint pressure is the setpoint for the outlet pressure p2.
  • the piston 25 is actuated, for example, via a characteristic map depending on the operating state of the radial compressor 1 or via the spring 65, preferably with a curve formed depending on the gradient of the compressor characteristic curve 75
  • the piston 25 sets a maximum cross-sectional area of the volute 20 or of the flow-guiding space 40. In a partial-load operating state of the radial compressor 1, the piston 25 sets a cross-sectional area of the volute 20 or the flow-guiding space 40 that is smaller than the maximum cross-sectional area.

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Abstract

The invention relates to a radial compressor (1), in particular for motor vehicles, and to a method for operating the radial compressor (1), which make it possible to keep the axial forces on the axis of rotation (105) of the radial compressor (1) constant over the largest possible operating range of the radial compressor (1). The radial compressor (1) comprises a compressor wheel (5) and a closed compressor wheel back (10). The compressor wheel (5) comprises a compressor blade ring (15) on the closed compressor wheel back (10). Furthermore, a spiral housing (20) for collecting a medium conveyed by the compressor wheel. Means (25, 30, 65, 70) for changing the cross-sectional area of the spiral housing (20) are provided. The cross-sectional area of the spiral housing (20) is changed by the means (25, 30, 65, 70) for changing the cross-sectional area of the spiral housing (20).

Description

Beschreibung  description
Titel title
Radialverdichter und Verfahren zum Betrieb eines Radialverdichters  Radial compressor and method for operating a radial compressor
Stand der Technik State of the art
Die Erfindung geht aus von einem Radialverdichter und von einem Verfahren zum Betrieb eines Radialverdichters nach der Gattung der unabhängigen Ansprüche. The invention is based on a radial compressor and on a method for operating a radial compressor according to the type of the independent claims.
Aus der DE 10 2010 040 823 Al ist bereits ein Radialverdichter, insbesondere für Kraftfahrzeuge, bekannt, der ein einen an einem geschlossenen A radial compressor, in particular for motor vehicles, is known from DE 10 2010 040 823 A1, one on a closed
Verdichterradrücken angeordneten Verdichterschaufelring aufweisendes Verdichterrad umfasst. Der Radialverdichter weist ferner ein Spiralgehäuse zum Sammeln eines vom Verdichterrad geförderten Mediums. Compressor wheel back arranged compressor blade ring comprising compressor wheel. The radial compressor also has a spiral housing for collecting a medium conveyed by the compressor wheel.
Mit reinem Wasserstoff betriebene Brennstoffzellensysteme gelten heute als Antrieb der Zukunft, da sie nur reines Wasser emittieren. Ähnlich zu Fuel cell systems operated with pure hydrogen are considered to be the drive of the future because they only emit pure water. Similar to
Verbrennungsmotoren lässt sich auch hier die Leistungsdichte steigern, wenn das Aggregat aufgeladen, also mit Druckluft betrieben wird. Als weiterer Vorteil der Aufladung stellt sich bei der Brennstoffzelle unter anderem eine signifikante Verbesserung im Wärmemanagement ein. Zur Bereitstellung der Druckluft ist es bekannt, sogenannte Turbolader zu verwenden, wie sie auch bei Combustion engines can also increase the power density here if the unit is charged, i.e. operated with compressed air. Another advantage of charging is that there is a significant improvement in heat management in the fuel cell. To provide the compressed air, it is known to use so-called turbochargers, such as those used for
Verbrennungsmotoren als Abgasturbolader eingesetzt werden. In beiden Fällen, also beim Einsatz im Brennstoffzellensystem oder im Verbrennungsmotor, umfasst der Turbolader in der Regel einen Radialverdichter, der mit einer Radialturbine zusammenwirkt. Figur la zeigt die obere Hälfte eines Internal combustion engines are used as exhaust gas turbochargers. In both cases, i.e. when used in the fuel cell system or in the internal combustion engine, the turbocharger generally comprises a radial compressor which interacts with a radial turbine. Figure la shows the top half of a
Längsschnitts durch einen herkömmlichen Radialverdichter 1. Ein Laufrad 5 des Radialverdichters 1 beziehungsweise das Verdichterrad wird dabei axial angeströmt. Dies ist durch einen ersten Pfeil 95 in Figur lb gezeigt. Figur lb zeigt die obere Hälfte eines Querschnitts durch den herkömmlichen Longitudinal section through a conventional radial compressor 1. An impeller 5 of the radial compressor 1 or the compressor wheel becomes axial flowed towards. This is shown by a first arrow 95 in FIG. 1b. Figure lb shows the upper half of a cross section through the conventional
Radialverdichter 1 entlang seiner Drehachse 105. Die im Verdichterrad 5 verdichtete Luft strömt wiederum in radialer Richtung beziehungsweise zentrifugal ab. Dies wird durch einen zweiten Pfeil 100 in Figur lb Radial compressor 1 along its axis of rotation 105. The air compressed in the compressor wheel 5 in turn flows out in the radial direction or centrifugally. This is shown by a second arrow 100 in FIG. 1b
gekennzeichnet. Konstruktiv bedingt stellt sich ein im Vergleich zu einem featured. Due to the design, it is compared to one
Eingangsdruck pl am Eingang 110 des Verdichterrades 5 erhöhter Inlet pressure pl at the inlet 110 of the compressor wheel 5 increased
Ausgangsdruck p2 stromabwärts des Verdichterrads 5 also an einem Ausgang 115 des Verdichterrades 5 und auch hinter dem Verdichterrad 5, also auf der den Verdichterschaufeln 120 eines Verdichterschaufelrings 15 gegenüberliegenden Seite eines geschlossenen Verdichterradrückens 10 ein. Durch diesen Output pressure p2 downstream of the compressor wheel 5, ie at an outlet 115 of the compressor wheel 5 and also behind the compressor wheel 5, that is to say on the side of a closed compressor wheel back 10 opposite the compressor blades 120 of a compressor blade ring 15. Through this
Ausgangsdruck p2 wird auf der Rückseite des Verdichterrads 5, also im Bereich des Verdichterradrückens 10, eine Axialkraft erzeugt, die deutlich größer ist als die Axialkraft, die auf der die Verdichterschaufeln 120 aufweisenden Vorderseite des Verdichterrads 5 induziert wird. Ähnlich verhält es sich bei einer Output pressure p2 is generated on the back of the compressor wheel 5, that is to say in the region of the compressor wheel back 10, an axial force which is significantly greater than the axial force which is induced on the front side of the compressor wheel 5 having the compressor blades 120. The situation is similar with one
Radialturbine, die wie üblich zentripetal beziehungsweise radial angeströmt wird. Auch hier wird durch den Druck, der sich auf der Rückseite des Radial turbine, which is flowed as usual centripetal or radial. Again, the pressure on the back of the
Turbinenschaufeln aufweisenden Turbinenrads einstellt, eine Axialkraft erzeugt. Analog zum Radialverdichter kann die an der die Turbinenschaufeln aufweisende Vorderseite des Turbinenrads wirkende Axialkraft die an der Rückseite wirkende Axialkraft nicht kompensieren. Werden Radialverdichter und Radialturbine durch eine gemeinsame Welle miteinander wirkverbunden, auf der das Verdichterrad und das Turbinenrad drehfest angeordnet sind, so werden die im Betrieb auftretenden Axialkräfte zu einem kleinen Teil kompensiert. Insbesondere, weil in der Regel das Turbinenrad aus thermodynamischen Gründen einen sehr viel kleineren Durchmesser als das Verdichterrad aufweist, verbleibt ein nicht unerheblicher Axialschub hin zur Verdichterseite des Turboladers. Dieser Axialschub beziehungsweise diese Axialkraft muss dann von einem Sets turbine blades having turbine blades, generates an axial force. Analogous to the radial compressor, the axial force acting on the front side of the turbine wheel having the turbine blades cannot compensate the axial force acting on the rear side. If the radial compressor and radial turbine are operatively connected to one another by a common shaft on which the compressor wheel and the turbine wheel are arranged in a rotationally fixed manner, the axial forces that occur during operation are compensated to a small extent. In particular, because the turbine wheel generally has a much smaller diameter than the compressor wheel for thermodynamic reasons, there remains a not inconsiderable axial thrust towards the compressor side of the turbocharger. This axial thrust or this axial force must then come from one
entsprechend dimensionierten Axiallager aufgenommen werden. appropriately dimensioned axial bearings.
Turbomaschinen arbeiten insbesondere im Gegensatz zu Verdrängermaschinen auf einem hohen Drehzahlniveau, sodass die Axiallagerung  In contrast to displacement machines, turbomachinery work at a high speed level, which means that the axial bearing
hochdrehzahltauglich sein muss. So werden beispielsweise Luftlager must be capable of high speeds. For example, air bearings
vorgesehen, um die hohen Axialkräfte bei hohen Drehzahlen aufnehmen zu können. Diese müssen jedoch entweder sehr groß dimensioniert sein oder mit Druckluft versorgt werden, um den Axialkräften zu genügen, was zu hohen Kosten und Bauraumnachteilen führt. Hochdrehzahltaugliche Wälzlager hingegen stoßen bei hohen Axialkräften an ihre physikalischen Grenzen. provided to be able to absorb the high axial forces at high speeds. However, these must either be very large or with Compressed air are supplied to meet the axial forces, which leads to high costs and space disadvantages. Rolling bearings that are suitable for high speeds, however, reach their physical limits under high axial forces.
Der in der DE 10 2010 040 823 Al vorgeschlagene Turbolader sieht vor, dass zum zumindest teilweisen Kompensieren von im Betrieb auftretenden The turbocharger proposed in DE 10 2010 040 823 A1 provides for the at least partial compensation of those occurring during operation
Axialkräften der Außendurchmesser des Turbinenradrückens größer als der des Turbinenschaufelrings ausgebildet ist. Das Turbinenrad beziehungsweise dessen Durchmesser wird demgemäß vergrößert, wobei der Durchmesser des Axial forces of the outer diameter of the turbine wheel back is larger than that of the turbine blade ring. The turbine wheel or its diameter is increased accordingly, the diameter of the
Turbinenschaufelrings, also die radiale Anordnung und Dimensionierung der Turbinenschaufeln, gleichbleibt. Durch den vergrößerten Turbinenradrücken wird die mit Druck beaufschlagbare Fläche des Turbinenradrückens sowohl auf der Rückseite als auch auf der Vorderseite des Turbinenrads vergrößert. Auf die Rückseite des Turbinenrads wirkt somit ein erhöhter Druck, der die Axialkraft in Richtung der Vorderseite des Turbinenrads erhöht. Der auf die Rückseite wirkende vergrößerte Druck wird zwar auf der Vorderseite des Turbinenrads teilweise kompensiert, trägt jedoch trotzdem zur Erhöhung der Axialkraft in Richtung der Vorderseite des Turbinenrads bei. Die von dem Turbinenrad auf die Welle ausgeübten Axialkräfte in Richtung des Radialverdichters werden somit verringert. Turbine blade ring, i.e. the radial arrangement and dimensioning of the turbine blades, remains the same. The enlarged back of the turbine wheel increases the area of the back of the turbine wheel that can be pressurized, both on the back and on the front of the turbine wheel. An increased pressure thus acts on the rear of the turbine wheel, which increases the axial force in the direction of the front of the turbine wheel. The increased pressure acting on the rear side is partially compensated for on the front side of the turbine wheel, but nevertheless contributes to increasing the axial force in the direction of the front side of the turbine wheel. The axial forces exerted on the shaft by the turbine wheel in the direction of the radial compressor are thus reduced.
Offenbarung der Erfindung Disclosure of the invention
Der erfindungsgemäße Radialverdichter mit den Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, dass ein Verdichterrad und ein geschlossener Verdichterradrücken vorgesehen sind, wobei das Verdichterrad einen The radial compressor according to the invention with the features of the main claim has the advantage that a compressor wheel and a closed compressor wheel back are provided, the compressor wheel being one
Verdichterschaufelring am geschlossenen Verdichterradrücken umfasst, und dass ein Spiralgehäuse zum Sammeln eines vom Verdichterrad geförderten Mediums vorgesehen ist und dass Mittel zur Veränderung einer Compressor blade ring on the closed compressor wheel back, and that a spiral housing is provided for collecting a medium conveyed by the compressor wheel and that means for changing one
Querschnittsfläche des Spiralgehäuses vorgesehen sind. Auf diese Weise können die Axialkräfte auf der Rückseite des Verdichterrades unabhängig vom Vorhandensein einer Turbine beeinflusst werden. Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Merkmale sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Radialverdichters möglich. Cross-sectional area of the volute casing are provided. In this way, the axial forces on the back of the compressor wheel can be influenced regardless of the presence of a turbine. Advantageous further developments and improvements of the radial compressor specified in the main claim are possible due to the features listed in the subclaims.
Besonders vorteilhaft ist es, dass die Mittel zur Veränderung der It is particularly advantageous that the means for changing the
Querschnittsfläche des Spiralgehäuses einen Kolben umfassen. Auf diese Weise lässt sich die Querschnittsfläche des Spiralgehäuses einfach durch Verschieben des Kolbens verändern. Cross-sectional area of the volute include a piston. In this way, the cross-sectional area of the volute casing can be changed simply by moving the piston.
Vorteilhaft ist weiterhin, dass der Kolben entsprechend dem Radius des It is also advantageous that the piston corresponds to the radius of the
Spiralgehäuses zumindest teilringförmig ausgebildet ist. Somit kann die Spiral housing is at least partially annular. Thus, the
Querschnittsfläche des Spiralgehäuses längs der Ausdehnung des Kolbens in Strömungsrichtung des Mediums durch Verschieben des Kolbens verändert werden, so dass die Wirkung der Änderung der Querschnittsfläche des Cross-sectional area of the volute along the extension of the piston in the flow direction of the medium can be changed by moving the piston, so that the effect of changing the cross-sectional area of the
Spiralgehäuses auf die Axialkräfte vergrößert wird. Spiral casing is enlarged to the axial forces.
Vorteilhaft ist auch, dass der Kolben sich über einen gesamten Spiralkanal des Spiralgehäuses erstreckt. Dadurch wird die größtmögliche Wirkung der Änderung der Querschnittsfläche des Spiralgehäuses auf die Axialkräfte erzeugt. It is also advantageous that the piston extends over an entire spiral channel of the spiral housing. This produces the greatest possible effect of the change in the cross-sectional area of the volute casing on the axial forces.
Ein weiterer Vorteil ergibt sich, wenn der Kolben einen strömungsführenden Raum des Spiralgehäuses von einem Kolbenraum des Spiralgehäuses abtrennt. Auf diese Weise lässt sich die Querschnittsfläche des Spiralgehäuses als Querschnittsfläche des strömungsführenden Raums des Spiralgehäuses einrichten und somit überhaupt erst innerhalb des Spiralgehäuses eine veränderbare Querschnittsfläche definieren. A further advantage results if the piston separates a flow-guiding space of the volute casing from a piston space of the volute casing. In this way, the cross-sectional area of the volute casing can be set up as the cross-sectional area of the flow-guiding space of the volute casing, and thus a changeable cross-sectional area can only be defined within the volute casing.
Dabei kann der Kolbenraum vorteilhaft auf einer dem Verdichterradrücken zugewandten oder abgewandten Seite des Spiralgehäuses angeordnet sein. The piston chamber can advantageously be arranged on a side of the volute housing facing the compressor wheel back.
Vorteilhaft ist weiterhin, dass der Kolben den strömungsführenden Raum gegen den Kolbenraum abdichtet. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass die It is also advantageous that the piston seals the flow-conducting space against the piston space. This ensures that the
Strömung des Mediums nur im strömungsführenden Raum des Spiralgehäuses erfolgt und damit die Querschnittsfläche des Spiralgehäuses durch die Flow of the medium only in the flow-carrying space of the volute takes place and thus the cross-sectional area of the volute through
Querschnittsfläche des strömungsführenden Raumes gebildet werden kann. Cross-sectional area of the flow-guiding space can be formed.
Ein weiterer Vorteil ergibt sich, wenn der Kolben eine, vorzugsweise ringförmige, erste Öffnung zum Druckausgleich zwischen dem strömungsführenden Raum und dem Kolbenraum freilässt. Auf diese Weise lässt sich die für die Bewegung des Kolbens zu einer Verringerung der Querschnittsfläche des Spiralgehäuses erforderliche Kraft minimieren. A further advantage results if the piston leaves a, preferably annular, first opening for pressure equalization between the flow-guiding space and the piston space. In this way, the force required for the movement of the piston to reduce the cross-sectional area of the volute casing can be minimized.
Vorteilhaft ist auch, dass der Kolbenraum eine, vorzugsweise ringförmige, zweite Öffnung zur Umgebungsluft umfasst. Auf diese Weise wird ein Druckausgleich zwischen dem Kolbenraum und der Umgebungsluft ermöglicht, ebenfalls mit der Folge, dass sich die für die Bewegung des Kolbens zu einer Verringerung der Querschnittsfläche des Spiralgehäuses erforderliche Kraft minimieren lässt. It is also advantageous that the piston chamber comprises a, preferably annular, second opening to the ambient air. In this way, a pressure equalization between the piston chamber and the ambient air is made possible, likewise with the result that the force required for the movement of the piston to reduce the cross-sectional area of the volute casing can be minimized.
Vorteilhaft ist weiterhin, dass der Kolben dem strömungsführenden Raum zugewandt eine Kontur umfasst. Auf diese Weise lässt sich die It is also advantageous that the piston has a contour facing the flow-guiding space. In this way, the
Strömungsführung im strömungsführenden Raum des Spiralgehäuses beeinflussen. Influence flow guidance in the flow-guiding space of the volute casing.
Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Kontur abhängig von einem vorgegebenen Stromlinienverlauf geformt ist. Auf diese Weise kann die Strömungsführung des Mediums im strömungsführenden Raum des Spiralgehäuses optimiert werden. It is advantageous if the contour is shaped as a function of a predetermined streamline. In this way, the flow guidance of the medium in the flow-guiding space of the volute casing can be optimized.
Vorteilhaft ist auch, dass die Mittel zur Veränderung der Querschnittsfläche des Spiralgehäuses mindestens einen Nocken oder einen Kolbenschaft umfassen, über den die Position des Kolbens im Spiralgehäuse einstellbar ist. Auf diese Weise lässt sich die Position des Kolbens im Spiralgehäuse gezielt zur It is also advantageous that the means for changing the cross-sectional area of the spiral housing comprise at least one cam or a piston shaft, via which the position of the piston in the spiral housing can be adjusted. In this way, the position of the piston in the volute can be targeted
Einstellung einer vorgegebenen Querschnittsfläche des Spiralgehäuse bzw. dessen strömungsführenden Raums einstellen beispielsweise mit Hilfe einer Steuerung oder Regelung über eine geeignete Aktorik. Set a predetermined cross-sectional area of the volute casing or its flow-guiding space, for example with the aid of a control or regulation via a suitable actuator.
Vorteilhaft ist weiterhin, wenn die Mittel zur Veränderung der Querschnittsfläche des Spiralgehäuses mindestens eine Feder umfassen, die im Kolbenraum des Spiralgehäuses angeordnet ist und über die die Position des Kolbens im It is also advantageous if the means for changing the cross-sectional area of the volute housing comprise at least one spring, which in the piston chamber of the Spiral housing is arranged and the position of the piston in the
Spiralgehäuse einstellbar ist. In diesem Fall lässt sich eine gewünschte Spiral casing is adjustable. In this case, a desired one
Querschnittsfläche des Spiralgehäuses bzw. dessen strömungsführenden Raums mit vergleichsweise geringem Aufwand einstellen, wobei es keiner separaten Steuerung, Regelung, Aktorik oder Sensorik bedarf. Set the cross-sectional area of the volute casing or its flow-guiding space with comparatively little effort, no separate control, regulation, actuator or sensor system being required.
Vorteilhaft ist dabei, dass der mindestens eine Kolbenschaft zur Aufnahme der mindestens einen Feder vorgesehen ist. Auf diese Weise wird der Kolben über den Kolbenschaft mittels der Feder zur Einstellung einer gewünschten It is advantageous that the at least one piston shaft is provided for receiving the at least one spring. In this way, the piston is adjusted over the piston skirt by means of the spring to set a desired one
Querschnittsfläche des Spiralgehäuses bzw. dessen strömungsführenden Raumes gehalten. Cross-sectional area of the volute casing or its flow-guiding space is kept.
Vorteilhaft ist auch, wenn die Federkonstante der mindestens einen Feder abhängig von der Steigung der Verdichterkennlinie des Radialverdichters gewählt ist. Auf diese Weise lässt sich die Querschnittsfläche des It is also advantageous if the spring constant of the at least one spring is selected as a function of the gradient of the compressor characteristic of the radial compressor. In this way, the cross-sectional area of the
Spiralgehäuses bzw. dessen strömungsführenden Raumes an mindestens einen Betriebszustand des Radialverdichters anpassen. Adapt the volute casing or its flow-guiding space to at least one operating state of the radial compressor.
Vorteilhaft ist dabei, dass die mindestens eine Feder in einem It is advantageous that the at least one spring in one
Auslegungsbetriebspunkt des Radialverdichters so vorgespannt ist, dass ihre Federkraft dem Produkt aus dem im Auslegungsbetriebspunkt herrschenden Druck im strömungsführenden Raum des Spiralgehäuses und der Differenz zwischen einer dem strömungsführenden Raum des Spiralgehäuses Design operating point of the radial compressor is biased so that its spring force is the product of the pressure prevailing at the design operating point in the flow-carrying space of the volute casing and the difference between one of the flow-conducting space of the volute casing
zugewandten ersten Oberfläche und der dem Kolbenraum zugewandten zweiten Oberfläche des Kolbens entspricht. Auf diese Weise gleicht die Feder den im Auslegungsbetriebspunkt herrschenden Druck im strömungsführenden Raum des Spiralgehäuses gerade aus. facing the first surface and the piston surface facing the second surface of the piston. In this way, the spring just balances the pressure prevailing at the design operating point in the flow-guiding space of the volute casing.
Vorteilhaft ist weiterhin, dass die Einstellung der Querschnittsfläche des It is also advantageous that the adjustment of the cross-sectional area of the
Spiralgehäuses durch die Mittel zur Veränderung der Querschnittsfläche des Spiralgehäuses abhängig von einem Betriebszustand des Radialverdichters ist. Auf diese Weise lassen sich der Druck im Spiralgehäuse und die damit verbundenen Axialkräfte auf der Rückseite des Verdichterrades an den jeweiligen Betriebszustand des Radialverdichters anpassen, insbesondere harmonisieren, so dass über einen möglichst großen Betriebsbereich des Radialverdichters der Druck im Spiralgehäuse bzw. in dessen Spiral housing by means of changing the cross-sectional area of the spiral housing is dependent on an operating state of the radial compressor. In this way, the pressure in the volute casing and the associated axial forces on the back of the compressor wheel can be adapted to the particular operating state of the radial compressor, in particular harmonize so that the pressure in the volute casing or in its volumetric casing is as large as possible
strömungsführendem Teil und damit die Axialkräfte auf der Rückseite des Verdichterrades weitestgehend gleichbleiben. flow-carrying part and thus the axial forces on the back of the compressor wheel remain largely the same.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betrieb eines Radialverdichters gemäß dem nebengeordneten Anspruch weist den Vorteil auf, dass die The method according to the invention for operating a radial compressor according to the independent claim has the advantage that the
Querschnittsfläche des Spiralgehäuses durch die Mittel zur Veränderung der Querschnittsfläche des Spiralgehäuses verändert wird. Auf diese Weise können die Axialkräfte auf der Rückseite des Verdichterrades unabhängig vom Cross-sectional area of the volute casing is changed by the means for changing the cross-sectional area of the volute casing. In this way, the axial forces on the back of the compressor wheel regardless of
Vorhandensein einer Turbine beeinflusst werden. Presence of a turbine can be affected.
Durch die in den abhängigen Verfahrensansprüchen aufgeführten Merkmale sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im nebengeordneten Verfahrensanspruch angegebenen Verfahrens zum Betrieb eines The features listed in the dependent method claims make advantageous developments and improvements of the method specified in the subordinate method claim for the operation of a
Radialverdichters möglich. Radial compressor possible.
Vorteilhaft ist es, wenn die Querschnittsfläche des Spiralgehäuses durch die Mittel zur Veränderung der Querschnittsfläche des Spiralgehäuses abhängig von einem Betriebszustand des Radialverdichters eingestellt wird. Auf diese Weise lassen sich der Druck im Spiralgehäuse und die damit verbundenen Axialkräfte auf der Rückseite des Verdichterrades an den jeweiligen Betriebszustand des Radialverdichters anpassen, insbesondere harmonisieren, so dass über einen möglichst großen Betriebsbereich des Radialverdichters der Druck im It is advantageous if the cross-sectional area of the volute casing is adjusted by the means for changing the cross-sectional area of the volute casing depending on an operating state of the radial compressor. In this way, the pressure in the volute casing and the associated axial forces on the back of the compressor wheel can be adapted to the particular operating state of the radial compressor, in particular harmonized, so that the pressure in the radial compressor over the largest possible operating range
Spiralgehäuse bzw. in dessen strömungsführendem Teil und damit die Spiral housing or in its flow-carrying part and thus the
Axialkräfte auf der Rückseite des Verdichterrades weitestgehend gleichbleiben. Axial forces on the back of the compressor wheel remain largely the same.
In einfacher Weise kann der Betriebszustand des Radialverdichters abhängig von einer Drehzahl und einem Solldruck oder einer Sollmenge oder einem Sollmassenstrom des Mediums am Ausgang des Radialverdichters ermittelt werden. Diese Größen stehen üblicherweise beim Betrieb des Radialverdichters sowieso zur Verfügung. Vorteilhafterweise werden die Mittel zur Veränderung der Querschnittsfläche des Spiralgehäuses über ein Kennfeld abhängig vom Betriebszustand des The operating state of the radial compressor can be determined in a simple manner as a function of a rotational speed and a target pressure or a target quantity or a target mass flow of the medium at the outlet of the radial compressor. These sizes are usually available anyway when operating the radial compressor. The means for changing the cross-sectional area of the volute casing are advantageously dependent on the operating state of the
Radialverdichters angesteuert. Radial compressor controlled.
Vorteilhaft ist auch, wenn in einem Volllastbetriebszustand des Radialverdichters durch die Mittel zur Veränderung der Querschnittsfläche des Spiralgehäuses eine maximale Querschnittsfläche des Spiralgehäuses eingestellt wird. Auf diese Weise können der Druck im Spiralgehäuse bzw. in dessen strömungsführendem Raum und damit die Axialkräfte auf der Rückseite des Verdichterrades begrenzt bzw. minimiert werden. It is also advantageous if, in a full-load operating state of the radial compressor, a maximum cross-sectional area of the volute casing is set by the means for changing the cross-sectional area of the volute casing. In this way, the pressure in the volute casing or in its flow-guiding space and thus the axial forces on the back of the compressor wheel can be limited or minimized.
Ein weiterer Vorteil ergibt sich, wenn in einem Teillastbetriebszustand des Radialverdichters durch die Mittel zur Veränderung der Querschnittsfläche des Spiralgehäuses eine Querschnittsfläche des Spiralgehäuses eingestellt wird, die kleiner als die maximale Querschnittsfläche ist. Auf diese Weise kann der Druck im Spiralgehäuse bzw. in dessen strömungsführendem Raum im A further advantage is obtained if, in a part-load operating state of the radial compressor, the cross-sectional area of the volute casing is set by the means for changing the cross-sectional area of the volute casing, which is smaller than the maximum cross-sectional area. In this way, the pressure in the volute or in its flow-carrying space in the
Teillastbetriebszustand an den entsprechenden Druck im Volllastbetriebszustand angeglichen werden, so dass die Axialkräfte auf der Rückseite des Partial load operating state to be adjusted to the corresponding pressure in full load operating state, so that the axial forces on the back of the
Verdichterrades in beiden Betriebszuständen des Radialverdichters möglichst wenig voneinander abweichen und die Axiallager des Radialverdichters möglichst gleich belastet werden. Compressor wheel in both operating states of the radial compressor differ as little as possible from one another and the axial bearings of the radial compressor are loaded as equally as possible.
Zeichnung drawing
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Embodiments of the invention are shown in the drawing and explained in more detail in the following description. Show it
Figur la die obere Hälfte eines Längsschnitts durch einen Figure la the upper half of a longitudinal section through a
Radialverdichter gemäß dem Stand der Technik,  Radial compressor according to the prior art,
Figur lb die obere Hälfte eines Querschnitts durch den Radialverdichter entlang seiner Drehachse gemäß dem Stand der Technik, Figur 2a die obere Hälfte eines Querschnitts durch den Radialverdichter entlang seiner Drehachse gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung FIG. 1b shows the upper half of a cross section through the radial compressor along its axis of rotation according to the prior art, Figure 2a shows the upper half of a cross section through the radial compressor along its axis of rotation according to a first embodiment of the invention
Figur 2b eine Querschnittsfläche eines Spiralgehäuses des Figure 2b shows a cross-sectional area of a volute of the
Radialverdichters in einem Teillastbetriebszustand des  Radial compressor in a partial load operating state of the
Radialverdichters gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung  Radial compressor according to the first embodiment of the invention
Figur 2c eine Querschnittsfläche eines Spiralgehäuses des Figure 2c shows a cross-sectional area of a volute of the
Radialverdichters in einem Volllastbetriebszustand des  Radial compressor in a full load operating state of the
Radialverdichters gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung  Radial compressor according to the first embodiment of the invention
Figur 2d eine Querschnittsfläche eines Spiralgehäuses des Figure 2d shows a cross-sectional area of a volute of the
Radialverdichters in einem Teillastbetriebszustand des  Radial compressor in a partial load operating state of the
Radialverdichters mit einem konturierten Kolben gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung  Radial compressor with a contoured piston according to the first embodiment of the invention
Figur 3a die obere Hälfte eines Querschnitts durch den Radialverdichter entlang seiner Drehachse gemäß einem zweiten und einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung Figure 3a shows the upper half of a cross section through the radial compressor along its axis of rotation according to a second and a third embodiment of the invention
Figur 3b eine Querschnittsfläche eines Spiralgehäuses des Figure 3b shows a cross-sectional area of a volute of the
Radialverdichters in einem Volllastbetriebszustand des  Radial compressor in a full load operating state of the
Radialverdichters gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung  Radial compressor according to the second embodiment of the invention
Figur 3c eine Querschnittsfläche eines Spiralgehäuses des Figure 3c shows a cross-sectional area of a volute of the
Radialverdichters in einem Teillastbetriebszustand des  Radial compressor in a partial load operating state of the
Radialverdichters gemäß dem zweiten und dem dritten  Radial compressor according to the second and third
Ausführungsbeispiel der Erfindung Figur 3d eine Querschnitsfläche eines Spiralgehäuses des Embodiment of the invention Figure 3d shows a cross-sectional area of a volute of the
Radialverdichters in einem Teillastbetriebszustand des  Radial compressor in a partial load operating state of the
Radialverdichters mit einem konturierten Kolben gemäß dem zweiten und dem driten Ausführungsbeispiel der Erfindung  Radial compressor with a contoured piston according to the second and third embodiments of the invention
Figur 3e eine Querschnitsfläche eines Spiralgehäuses des Figure 3e is a cross-sectional area of a volute of
Radialverdichters in einem Volllastbetriebszustand des  Radial compressor in a full load operating state of the
Radialverdichters gemäß dem zweiten und dem driten  Centrifugal compressor according to the second and third
Ausführungsbeispiel der Erfindung und  Embodiment of the invention and
Figur 4 ein Druck-Volumenstrom Diagramm des Radialverdichters Figure 4 is a pressure-volume flow diagram of the radial compressor
gemäß dem driten Ausführungsbeispiel der Erfindung.  according to the third embodiment of the invention.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele Description of the embodiments
Figur la zeigt die obere Hälfte eines Längsschnits durch einen herkömmlichen Radialverdichter 1. Ein Laufrad 5 des Radialverdichters 1, das auch als Figure la shows the upper half of a longitudinal section through a conventional radial compressor 1. An impeller 5 of the radial compressor 1, which also as
Verdichterrad bezeichnet wird, umfasst dabei an seiner Vorderseite einen Verdichterschaufelring 15 mit Verdichterschaufeln 120. Das Verdichterrad 5 wird über eine Drehachse 105 in nicht dargestellter Weise beispielsweise mitels einer Turbine oder eines Elektromotors angetrieben. Die Drehrichtung ist in Figur 1 durch einen Pfeil mit dem Bezugszeichen 125 gekennzeichnet. Dabei ist das Verdichterrad 5 auf der Drehachse 105 beispielsweise mitels Luft- oder Compressor wheel is referred to, comprises on its front side a compressor blade ring 15 with compressor blades 120. The compressor wheel 5 is driven via an axis of rotation 105 in a manner not shown, for example by means of a turbine or an electric motor. The direction of rotation is identified in FIG. 1 by an arrow with the reference number 125. The compressor wheel 5 is on the axis of rotation 105, for example by means of air or
Folienlager in nicht dargestellter Form gelagert. Das vom Verdichterrad 5 durch Drehen mitels der Drehachse 105 axial angesaugte Medium, beispielsweise Luft, verlässt das Verdichterrad 5 in radialer oder zentrifugaler Richtung in ein sich über den Umfang des Verdichterrades 5 erstreckendes Spiralgehäuse 20, auch als Volute bezeichnet. Die Volute 20 weist dabei einen in Drehrichtung 125 der Drehachse 105 sich vergrößernden Querschnit auf. Die Volute 20 bildet dabei in ihrem Innern einen Spiralkanal 35, in dem das vom Verdichterrad 5 aufgenommene Medium in Richtung des sich vergrößernden Querschnits der Volute 20 strömt. Die Vergrößerung des Querschnits bzw. der Foil storage stored in a form not shown. The medium, for example air, which is sucked in axially by the compressor wheel 5 by turning by means of the axis of rotation 105, leaves the compressor wheel 5 in the radial or centrifugal direction into a spiral housing 20 extending over the circumference of the compressor wheel 5, also referred to as volute. The volute 20 has a cross section which increases in the direction of rotation 125 of the axis of rotation 105. The volute 20 forms in its interior a spiral channel 35, in which the medium received by the compressor wheel 5 flows in the direction of the increasing cross section of the volute 20. The enlargement of the cross-section or
Querschnitsfläche der Volute 20 ist durch eine sich in Strömungsrichtung des Mediums zunehmende radiale Höhe h in Figur la angedeutet. Figur lb zeigt die obere Hälfte eines Querschnitts durch den herkömmlichen Radialverdichter 1 entlang seiner Drehachse 105. Dabei kennzeichnen in Figur lb gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente wie in Figur la. Wie zu Figur la beschrieben wird das Verdichterrad 5 beim Drehen um die Drehachse 105 axial von der Luft angeströmt. Dies ist durch einen ersten Pfeil 95 in Figur lb gezeigt. Durch Drehen des Verdichterrades 5 mittels der Drehachse 105 wird die angesaugte Luft verdichtet und strömt wiederum in radialer Richtung Cross-sectional area of volute 20 is indicated by an increasing radial height h in FIG. 1 a in the direction of flow of the medium. FIG. 1b shows the upper half of a cross section through the conventional radial compressor 1 along its axis of rotation 105. The same reference numerals in FIG. 1b denote the same elements as in FIG. As described for FIG. 1 a, the compressor wheel 5 is axially flowed against by the air when rotating about the axis of rotation 105. This is shown by a first arrow 95 in FIG. 1b. By turning the compressor wheel 5 by means of the axis of rotation 105, the intake air is compressed and in turn flows in the radial direction
beziehungsweise zentrifugal mit im Vergleich zum Eintritt in das Verdichterrad 5 erhöhtem Druck ab. Dies wird durch einen zweiten Pfeil 100 in Figur lb gekennzeichnet. Konstruktiv bedingt stellt sich somit ein im Vergleich zu einem Eingangsdruck pl an einem Eingang 110 des Verdichterrades 5 erhöhter Ausgangsdruck p2 stromabwärts des Verdichterrads 5, also an einem Ausgang 115 des Verdichterrades 5 und somit auch an einer Rückseite des or centrifugally with increased pressure compared to the entry into the compressor wheel 5. This is indicated by a second arrow 100 in FIG. 1b. Due to the design, there is an increased output pressure p2 downstream of the compressor wheel 5 compared to an inlet pressure pl at an inlet 110 of the compressor wheel 5, that is to say at an outlet 115 of the compressor wheel 5 and thus also on a rear side of the compressor wheel 5
Verdichterrades 5, also auf einer den Verdichterschaufeln 120 des Compressor wheel 5, that is on one of the compressor blades 120 of the
Verdichterschaufelrings 15 gegenüberliegenden Seite des Verdichterrades 5, im Bereich eines geschlossenen Verdichterradrückens 10, ein. Durch diesen Ausgangsdruck p2 wird auf der Rückseite des Verdichterrads 5, also im Bereich des Verdichterradrückens 10, eine Axialkraft erzeugt, die deutlich größer ist als die Axialkraft, die auf der die Verdichterschaufeln 120 aufweisenden Vorderseite des Verdichterrads 5 induziert wird. Compressor blade ring 15 opposite side of the compressor wheel 5, in the region of a closed compressor wheel back 10. This output pressure p2 generates an axial force on the back of the compressor wheel 5, that is to say in the region of the compressor wheel back 10, which is significantly greater than the axial force which is induced on the front side of the compressor wheel 5 having the compressor blades 120.
Der Radialverdichter 1 wird üblicherweise auf einen bestimmten vorgegebenen Arbeitspunkt ausgelegt. Der vorgegebene Arbeitspunkt wird üblicherweise im Teillastbetriebsbereich des Radialverdichters gewählt. Die strömungsführenden Bauteile des Radialverdichters 1 sind dabei auf diesen vorgegebenen The radial compressor 1 is usually designed for a specific predetermined operating point. The specified operating point is usually selected in the part-load operating range of the radial compressor. The flow-carrying components of the radial compressor 1 are predefined on the latter
Arbeitspunkt ausgelegt. Die Volute 20 zum Sammeln des durch das Working point designed. The volute 20 for collecting the through the
Verdichterrad 5 geförderten Mediums, im vorliegenden Beispiel Luft, ist dabei so ausgestaltet, dass die Erhöhung des Volumenstroms der pro Schaufelkanal bzw. Verdichterschaufel 120 in die Volute 20 in Drehrichtung 125 geförderten Luft am vorgegebenen Arbeits- oder Betriebspunkt des Radialverdichters 1 möglichst genau mit der Querschnittszunahme der Volute 20 korrespondiert. Wird der Radialverdichter 1 jedoch außerhalb des vorgegebenen Compressor wheel 5 conveyed medium, air in the present example, is designed such that the increase in the volume flow of the air conveyed per blade channel or compressor blade 120 into the volute 20 in the direction of rotation 125 at the predetermined working or operating point of the radial compressor 1 is as accurate as possible with the increase in cross section the volute 20 corresponds. However, if the radial compressor 1 is outside the specified one
Betriebspunktes betrieben, so korrespondiert die Erhöhung des Volumenstroms nicht mehr mit der Querschnittszunahme der Volute 20. Bei einem Betriebspunkt mit im Vergleich zum vorgegebenen Betriebspunkt geringerer Last des Operating point operated, the increase in volume flow no longer corresponds to the increase in cross section of volute 20. At an operating point with a lower load of the in comparison to the predetermined operating point
Radialverdichters 1 ist die Querschnittszunahme der Volute 20 im Verhältnis zur Erhöhung des Volumenstroms zu groß und es kommt zu Ablösungen. Das bedeutet, dass die Strömung in der Volute 20 der Drehung des Verdichterrades 5 nicht mehr folgen kann und damit zu langsam für einen gewünschten Radial compressor 1, the cross-sectional increase in volute 20 is too great in relation to the increase in volume flow and detachments occur. This means that the flow in volute 20 can no longer follow the rotation of compressor wheel 5 and is therefore too slow for a desired one
Druckaufbau wird. Bei einem Betriebspunkt mit im Vergleich zum vorgegebenen Betriebspunkt höherer Last des Radialverdichters 1, insbesondere im Pressure buildup. At an operating point with a higher load of the radial compressor 1 compared to the predetermined operating point, in particular in
Volllastbetriebszustand des Radialverdichters 5, ist die Querschnittszunahme der Volute 20 im Verhältnis zur Erhöhung des Volumenstroms zu klein und es kommt zu erhöhtem Druckverlust durch Überlast. Full load operating state of the radial compressor 5, the increase in cross section of the volute 20 is too small in relation to the increase in the volume flow and there is an increased pressure loss due to overload.
Beide geschildert Betriebszustände außerhalb des vorgegebenen Both described operating states outside the specified
Betriebspunktes haben außerdem einen großen Einfluss auf die resultierenden Axialkräfte, die auf die Drehachse 105 wirken. Der sich ergebende Operating point also have a great influence on the resulting axial forces that act on the axis of rotation 105. The resulting one
Ausgangsdruck p2 in einem Verdichterradseitenraum 130 im Bereich des Verdichterradrückens 10 des Radialverdichters 1 entspricht nicht mehr dem Ausgangsdruck p2 im vorgegebenen Betriebspunkt. Dies muss bei Output pressure p2 in a compressor wheel side space 130 in the region of the compressor wheel back 10 of the radial compressor 1 no longer corresponds to the output pressure p2 at the predetermined operating point. This has to be done at
herkömmlichen Radialverdichtern 1 bei der Auslegung der Axiallager und -spalte berücksichtigt werden im Einklang mit dem zur Verfügung stehenden Bauraum und der zu erzielenden Laufzeit oder Lebensdauer des Radialverdichters 1. conventional radial compressors 1 are taken into account in the design of the axial bearings and gaps in accordance with the available space and the runtime or service life of the radial compressor 1 to be achieved.
Erfindungsgemäß sind daher Mittel zur Veränderung einer Querschnittsfläche der Volute 20 vorgesehen. Diese Mittel können beispielsweise durch einen Kolben 25 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel nach Figur 2a und auch gemäß einem zweiten und einem dritten Ausführungsbeispiel nach Figur 3a gebildet sein. According to the invention, means are therefore provided for changing a cross-sectional area of the volute 20. These means can be formed, for example, by a piston 25 according to a first exemplary embodiment according to FIG. 2a and also according to a second and a third exemplary embodiment according to FIG. 3a.
Dabei zeigen die Figuren 2a und 3a jeweils die obere Hälfte eines Querschnitts durch den erfindungsgemäßen Radialverdichter 1 entlang seiner Drehachse 105. In den Figuren 2a und 3a kennzeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente wie in den Figuren la und lb. Dabei wird die Volute 20 auf einer Seite in ihrem Innern durch den Kolben 25 begrenzt, wobei der Kolben 25 über einen noch näher zu erläuternden FIGS. 2a and 3a each show the upper half of a cross section through the radial compressor 1 according to the invention along its axis of rotation 105. In FIGS. 2a and 3a, the same reference numerals designate the same elements as in FIGS. 1a and 1b. Here, the volute 20 is delimited on one side by the piston 25, the piston 25 via a piston to be explained in more detail
Mechanismus in seiner Position im Innern der Volute 20 veränderbar ist und in verschiedenen Positionen fixiert werden kann, so dass sich je nach Position des Kolbens 25 eine unterschiedliche Querschnittsfläche der Volute 20 ergibt. Mechanism in its position inside the volute 20 is changeable and can be fixed in different positions, so that depending on the position of the piston 25 there is a different cross-sectional area of the volute 20.
Damit die Strömung der Luft in der Volute 20 möglichst wirkungsvoll durch die beschriebene Veränderung der Querschnittsfläche der Volute 20 durch entsprechende Positionierung des Kolbens 25 beeinflusst werden kann, sollte sich der Kolben 25 zumindest über einen Teil der Volute 20 entsprechend dem Radius der Volute 20 entlang des Spiralkanals 35 in Strömungsrichtung der Luft erstrecken und dabei zumindest teilringförmig ausgebildet sein. Dabei sollte die radiale Ausdehnung des Kolbens 25 der in Strömungsrichtung der Luft in radialer Richtung zunehmenden Höhe h der Volute 20 folgen. Die optimale Wirkung kann erzielt werden, wenn sich der Kolben 25 längs des gesamten Spiralkanals 35 erstreckt. So that the flow of air in volute 20 can be influenced as effectively as possible by the described change in the cross-sectional area of volute 20 by appropriate positioning of piston 25, piston 25 should at least over part of volute 20 correspond to the radius of volute 20 along the Extend spiral channel 35 in the flow direction of the air and be at least partially annular. The radial extension of the piston 25 should follow the height h of the volute 20, which increases in the radial direction of the air in the radial direction. The optimal effect can be achieved if the piston 25 extends along the entire spiral channel 35.
Den Figuren 2a und 3a ist ferner zu entnehmen, dass der Kolben 25 einen strömungsführenden Raum 40 der Volute 20 von einem Kolbenraum 45 der Volute 20 abtrennt. Dabei nimmt lediglich der strömungsführende Raum 40 die vom Verdichterrad 5 geförderte Luft auf wie auch durch den zweiten Pfeil 100 veranschaulicht. Gemäß den Figuren 2a und 3a ist dabei der Kolbenraum 45 auf einer dem Verdichterradrücken 10 zugewandten Seite der Volute 20 angeordnet. Alternativ könnte der Kolbenraum 45 auch auf einer dem Verdichterradrücken 10 abgewandten Seite der Volute 20 angeordnet sein. Um die Strömungsführung der aufgenommenen Luft in der Volute 20 auf den strömungsführenden Raum 40 zu beschränken, ist es vorgesehen, dass der Kolben 25 den strömungsführenden Raum 40 gegen den Kolbenraum 45 abdichtet. Zu dem Zweck kann der Kolben 25 umfangsseitig z.B. mit einer Gummidichtung versehen sein. Der Kolben 25 kann ansonsten beispielsweise metallisch oder aus Kunststoff ausgebildet sein. FIGS. 2a and 3a also show that the piston 25 separates a flow-guiding space 40 of the volute 20 from a piston space 45 of the volute 20. In this case, only the flow-guiding space 40 receives the air conveyed by the compressor wheel 5, as also illustrated by the second arrow 100. According to FIGS. 2a and 3a, the piston chamber 45 is arranged on a side of the volute 20 facing the compressor wheel back 10. Alternatively, the piston chamber 45 could also be arranged on a side of the volute 20 facing away from the compressor wheel back 10. In order to restrict the flow guidance of the received air in the volute 20 to the flow-guiding space 40, it is provided that the piston 25 seals the flow-guiding space 40 against the piston space 45. For this purpose, the piston 25 can be circumferentially e.g. be provided with a rubber seal. The piston 25 can otherwise be made, for example, of metal or plastic.
Die durch den Kolben 25 veränderbare Querschnittsfläche der Volute 20 ist somit letztlich die Querschnittsfläche des strömungsführenden Raumes 40. Wird der Kolben zur Vergrößerung der Querschnittsfläche der Volute 20 bewegt, so vergrößert sich das Volumen des strömungsführenden Raumes 40 und verringert sich entsprechend das Volumen des Kolbenraumes 45. Wird der Kolben zur Verringerung der Querschnittsfläche der Volute 20 bewegt, so verringert sich das Volumen des strömungsführenden Raumes 40 und vergrößert sich entsprechend das Volumen des Kolbenraumes 45. Im letzteren Fall verringert sich bei der Bewegung des Kolbens zur Vergrößerung des Kolbenraums 45 der Druck im Kolbenraum 45, so dass ein erhöhter Kraftaufwand für die Bewegung des Kolbens 25 die Folge ist. Um dem entgegenzuwirken kann es wie beim ersten Ausführungsbeispiel nach Figur 2a vorgesehen sein, dass der Kolbenraum 45 eine oder mehrere Öffnungen 55 zur Umgebung bzw. zur Umgebungsluft umfasst. Über diese Öffnungen 55 erfolgt ein Druckausgleich, so dass die Bewegung des Kolbens 25 nicht erschwert wird. Als Öffnung 55 kann The cross-sectional area of the volute 20 which can be changed by the piston 25 is thus ultimately the cross-sectional area of the flow-guiding space 40. If the piston is moved to enlarge the cross-sectional area of the volute 20, then the volume of the flow-guiding space 40 increases and the volume of the piston space 45 decreases accordingly. If the piston is moved to reduce the cross-sectional area of the volute 20, the volume of the flow-guiding space 40 decreases and the volume of the piston space 45 increases accordingly the latter case, the pressure in the piston chamber 45 is reduced when the piston moves to enlarge the piston chamber 45, so that an increased effort is required for the movement of the piston 25. In order to counteract this, as in the first exemplary embodiment according to FIG. 2a, it can be provided that the piston chamber 45 comprises one or more openings 55 to the environment or to the ambient air. Pressure compensation takes place via these openings 55, so that the movement of the piston 25 is not made more difficult. As opening 55 can
beispielsweise auch eine längs des Spiralkanals 35 entsprechend dem Radius der Volute 20 in Strömungsrichtung der Luft ringförmige, Öffnung des for example, an opening of the annular along the spiral channel 35 corresponding to the radius of the volute 20 in the flow direction of the air
Kolbenraum 45 zur Umgebung gewählt werden. Piston chamber 45 can be selected to the environment.
Zusätzlich oder alternativ kann der Kolben 25 auch gemäß dem zweiten und dritten Ausführungsbeispiel nach Figur 3a eine oder mehrere Öffnungen 50 zum Druckausgleich zwischen dem strömungsführenden Raum 40 und dem Additionally or alternatively, according to the second and third exemplary embodiment according to FIG. 3a, the piston 25 can also have one or more openings 50 for pressure equalization between the flow-conducting space 40 and the
Kolbenraum 45 freilassen. Diese Öffnungen 50 müssen hinreichend klein sein, damit verhindert wird, dass die Strömung der vom Verdichterrad 5 Leave piston chamber 45 free. These openings 50 must be sufficiently small so that the flow of the compressor wheel 5 is prevented from flowing
aufgenommenen Luft auch im Kolbenraum 45 erfolgt. Als Öffnung 50 kann beispielsweise auch eine längs des Spiralkanals 35 entsprechend dem Radius der Volute 20 in Strömungsrichtung der Luft ringförmige, Öffnung des Kolbens 25 gewählt werden. recorded air also takes place in the piston chamber 45. An opening 50 of the piston 25, which is annular along the spiral channel 35 in accordance with the radius of the volute 20 in the flow direction of the air, can also be selected as the opening 50.
Die Öffnung 50 im Kolben wird auch als eine erste Öffnung bezeichnet, wohingegen die Öffnung 55 des Kolbenraums auch als eine zweite Öffnung bezeichnet wird. The opening 50 in the piston is also referred to as a first opening, whereas the opening 55 of the piston chamber is also referred to as a second opening.
Gemäß den Figuren 2d und 3d ist für das erste und das zweite bzw. dritte Ausführungsbeispiel jeweils eine Querschnittsfläche der Volute 20 des According to FIGS. 2d and 3d, a cross-sectional area of the volute 20 of the is for the first and the second or third embodiment
Radialverdichters 1 vergrößert dargestellt. Dabei kennzeichnen gleiche Radial compressor 1 shown enlarged. Identify same
Bezugszeichen gleiche Elemente wie in den zuvor beschriebenen Figuren. Dabei weist der Kolben 25 an seiner dem strömungsführenden Raum 40 zugewandten Seite eine Kontur 60 auf. Diese Kontur 60 ist vorzugweise über die gesamte Ausdehnung des Kolbens 25 entsprechend dem Radius der Volute 20 entlang des Spiralkanals 35 in Strömungsrichtung der Luft im Kolben 25 ausgebildet. Diese Kontur 60 beeinflusst das Strömungsverhalten der Luft im Reference numerals same elements as in the previously described figures. Here the piston 25 has a contour 60 on its side facing the flow-guiding space 40. This contour 60 is preferably formed over the entire extent of the piston 25 in accordance with the radius of the volute 20 along the spiral channel 35 in the direction of flow of the air in the piston 25. This contour 60 influences the flow behavior of the air in the
strömungsführenden Raum 60 und kann daher zur Optimierung der flow-conducting space 60 and can therefore be used to optimize the
Strömungsführung im strömungsführenden Raum 40 eingesetzt werden. Zu diesem Zweck ist die Kontur 60 abhängig von einem vorgegebenen Flow guidance can be used in the flow-conducting space 40. For this purpose, the contour 60 is dependent on a predetermined one
Stromlinienverlauf geformt. Die Kontur 60 ist dabei entsprechend der Streamlined shape. The contour 60 is in accordance with the
vorgegebenen Stromlinie geformt, folgt mit anderen Worten deren Verlauf. Der zu diesem Zweck vorgegebene Stromlinienverlauf für eine optimale In other words, the shape of the predetermined streamline follows its course. The streamline curve specified for this purpose for an optimal
Strömungsführung möglichst ohne Verwirbelung kann experimentell oder durch Berechnung ermittelt werden. Da sich für unterschiedliche Betriebspunkte des Radialverdichters 1 in der Regel unterschiedliche Strömungsverläufe im strömungsführenden Raum 40 ergeben, kann als vorgegebener Flow control, if possible without turbulence, can be determined experimentally or by calculation. Since there are generally different flow profiles in the flow-guiding space 40 for different operating points of the radial compressor 1, it can be used as a predefined one
Stromlinienverlauf auch ein Verlauf experimentell bestimmt oder berechnet und als Kontur 60 realisiert werden, der für einen möglichst großen Betriebsbereich des Radialverdichters 1 ein Minimum an Verwirbelungen ermöglicht. Streamline course is also determined or calculated experimentally and implemented as a contour 60, which enables a minimum of turbulence for the largest possible operating range of the radial compressor 1.
Es ist nun vorgesehen, die Einstellung der gewünschten Querschnittsfläche der Volute 20 bzw. des strömungsführenden Raumes 40 durch entsprechende Positionierung des Kolbens 25 abhängig von einem Betriebszustand des It is now provided that the setting of the desired cross-sectional area of the volute 20 or of the flow-guiding space 40 by appropriate positioning of the piston 25 depending on an operating state of the
Radialverdichters 1 vorzunehmen. Ziel ist dabei, über einen möglichst großen Betriebsbereich des Radialverdichters 1 sicherzustellen, dass die Erhöhung des Volumenstroms der pro Schaufelkanal bzw. Verdichterschaufel 120 in den strömungsführenden Raum 40 in Drehrichtung 125 geförderten Luft möglichst genau mit der Querschnittszunahme des strömungsführenden Raumes 40 korrespondiert. Damit wird erreicht, dass der Druck im strömungsführenden Raum 40 und damit die Axialkräfte auf der Rückseite des Verdichterrades 5 über diesen Betriebsbereich des Radialverdichters 1 weitestgehend gleichbleiben.Radial compressor 1. The aim is to ensure, over the largest possible operating range of the radial compressor 1, that the increase in the volume flow of the air conveyed per blade channel or compressor blade 120 into the flow-conducting space 40 in the direction of rotation 125 corresponds as exactly as possible with the increase in cross-section of the flow-bearing space 40. This ensures that the pressure in the flow-carrying space 40 and thus the axial forces on the rear side of the compressor wheel 5 remain largely the same over this operating range of the radial compressor 1.
Eine ungleichmäßige Belastung der Axiallager wird somit in diesem An uneven load on the thrust bearing is thus in this
Betriebsbereich vermieden und die Axiallager können weniger aufwändig ausgelegt werden. Die Positionierung des Kolbens 25 zur Einstellung der gewünschten Operating area avoided and the axial bearings can be designed less expensive. The positioning of the piston 25 to set the desired one
Querschnittsfläche des strömungsführenden Raumes 40 abhängig vom Cross-sectional area of the flow-guiding space 40 depending on
Betriebszustand des Radialverdichters 1 kann nun in verschiedener Weise erfolgen. Nachfolgend sind diesbezüglich drei Ausführungsbeispiele beschrieben. The operating state of the radial compressor 1 can now take place in various ways. In this regard, three exemplary embodiments are described in this regard.
Gemäß dem ersten und dem zweiten Ausführungsbeispiel erfolgt eine According to the first and the second exemplary embodiment, a
kennfeldgesteuerte Positionierung des Kolbens 25. Dazu wird ein experimentell ermitteltes Kennfeld verwendet, dessen Eingangsgrößen die Istdrehzahl des Verdichterrades 5 sowie wahlweise ein Solldruck, eine Sollluftmenge oder ein Sollluftmassenstrom am Ausgang des Radialverdichters 1, das heißt am Map-controlled positioning of the piston 25. For this purpose, an experimentally determined map is used, the input variables of which are the actual speed of the compressor wheel 5 and optionally a set pressure, a set air quantity or a set air mass flow at the outlet of the radial compressor 1, that is to say on
Ausgang des Spiralkanals 35 im Bereich des strömungsführenden Raumes 40 sind. Der Solldruck ist dabei der Sollwert für den Ausgangsdruck p2. Are the exit of the spiral channel 35 in the region of the flow-carrying space 40. The setpoint pressure is the setpoint for the outlet pressure p2.
Ausgangsgröße des Kennfeldes ist die für den jeweiligen durch die genannten Eingangsgrößen des Kennfeldes gebildeten Sollbetriebspunkt des The output variable of the characteristic diagram is the target operating point of the respective operating point formed by the input variables of the characteristic diagram
Radialverdichters 1 einzustellende Positionierung des Kolbens 25. Diese führt zu einer vorgegebenen Querschnittsfläche des strömungsführenden Raumes 40, die aufgrund der Geometrie der Volute 20 in Strömungsrichtung der Luft entlang des Spiralkanals 35 zunimmt. Radial compressor 1 to be adjusted positioning of the piston 25. This leads to a predetermined cross-sectional area of the flow-conducting space 40, which increases due to the geometry of the volute 20 in the direction of flow of the air along the spiral channel 35.
Die Positionierung des Kolbens 25 erfolgt beispielsweise mittels einer geeigneten Aktorik. Dazu kann beispielsweise ein Nockenantrieb des Kolbens 25 wie in den Figuren 2a - d dargestellt vorgesehen sein. Dabei ist mindestens ein Nocken 30 vorgesehen, über den die Position des Kolbens 25 in der Volute 20 und damit die Querschnittsfläche des strömungsführenden Raumes 40 veränderlich einstellbar ist. Der mindestens eine Nocken 30 ist dabei im Kolbenraum 45 angeordnet. Er erstreckt sich von der dem strömungsführenden Raum 40 abgewandten The piston 25 is positioned, for example, by means of suitable actuators. For this purpose, for example, a cam drive of the piston 25 can be provided as shown in FIGS. 2a-d. At least one cam 30 is provided, by means of which the position of the piston 25 in the volute 20 and thus the cross-sectional area of the flow-guiding space 40 can be variably adjusted. The at least one cam 30 is arranged in the piston chamber 45. It extends from that facing away from the flow-guiding space 40
Oberfläche 90 des Kolbens 25 bis zu einer gegenüberliegenden Surface 90 of the piston 25 to an opposite
Begrenzungswand 140 des Kolbenraums 45. Durch den Ausgangsdruck p2 im strömungsführenden Raum 40 wird der Kolben 25 gegen den Nocken in Richtung des Kolbenraums 45 gedrückt. Um eine möglichst genaue Positionierung des Kolbens 25 über seine Erstreckung im Spiralkanal 35 zu bewirken, werden vorzugsweise mehrere Nocken 30 in der beschriebenen Weise im Kolbenraum 45 über den Spiralkanal 35, vorzugsweise äquidistant, verteilt angeordnet und synchron über einen in den Figuren nicht dargestellten Antriebsmechanismus angesteuert. Boundary wall 140 of the piston chamber 45. The outlet pressure p2 in the flow-guiding chamber 40 pushes the piston 25 against the cam in the direction of the piston chamber 45. In order to achieve the most accurate possible positioning of the piston 25 over its extension in the spiral channel 35, a plurality of cams 30 are preferably arranged and distributed in the piston space 45 in the piston space 45 over the spiral channel 35, preferably in an equidistant manner controlled synchronously via a drive mechanism, not shown in the figures.
Gemäß den Figuren 2b und 2c ist für das erste Ausführungsbeispiel jeweils eine Querschnittsfläche der Volute 20 des Radialverdichters 1 vergrößert dargestellt. Dabei kennzeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente wie in den zuvor beschriebenen Figuren. Die Figuren 2b und 2c zeigen für das erste According to FIGS. 2b and 2c, a cross-sectional area of the volute 20 of the radial compressor 1 is shown enlarged for the first exemplary embodiment. The same reference numerals designate the same elements as in the previously described figures. Figures 2b and 2c show for the first
Ausführungsbeispiel die Positionierung des Kolbens 25 mittels Nocken 30 in zwei verschiedenen Betriebszuständen des Radialverdichters 1. Gemäß Figur 2b ist der Kolben 25 für einen Teillastbetriebspunkt des Radialverdichters 1 positioniert. Der Nocken 30 nimmt dabei eine Stellung ein, in der er seine größte Erstreckung und damit seine Längserstreckung zwischen der dem strömungsführenden Raum 40 abgewandten Oberfläche 90 des Kolbens 25 und der gegenüberliegenden Begrenzungswand 140 des Kolbenraums 45 aufweist. Somit ist der Kolben 25 durch den Nocken 30 maximal in Richtung des strömungsführenden Raumes 40 verschoben und in dieser Position verriegelt. Die Querschnittsfläche des strömungsführenden Raumes ist somit minimiert. Das Volumen des Exemplary embodiment, the positioning of the piston 25 by means of cams 30 in two different operating states of the radial compressor 1. According to FIG. 2b, the piston 25 is positioned for a part-load operating point of the radial compressor 1. The cam 30 assumes a position in which it has its greatest extent and thus its longitudinal extent between the surface 90 of the piston 25 facing away from the flow-guiding space 40 and the opposite boundary wall 140 of the piston space 45. The piston 25 is thus maximally displaced by the cam 30 in the direction of the flow-guiding space 40 and locked in this position. The cross-sectional area of the flow-guiding space is thus minimized. The volume of the
strömungsführenden Raumes 40 ist somit entsprechend reduziert und flow-carrying space 40 is accordingly reduced and
unerwünschte Ablösungen werden dadurch vermieden. unwanted detachments are avoided.
Gemäß Figur 2c ist der Kolben 25 für einen Volllastbetriebspunkt des According to Figure 2c, the piston 25 is for a full load operating point of the
Radialverdichters 1 positioniert. Der Nocken 30 nimmt dabei eine Stellung ein, in der er seine kleinste Erstreckung und damit seine Quererstreckung zwischen der dem strömungsführenden Raum 40 abgewandten Oberfläche 90 des Kolbens 25 und der gegenüberliegenden Begrenzungswand 140 des Kolbenraums 45 aufweist. Somit ist der Kolben 25 durch den Nocken 30 entriegelt und durch den Ausgangsdruck p2 im strömungsführenden Raum 40 maximal in Richtung des Kolbenraumes 45 verschoben. Die Querschnittsfläche des strömungsführenden Raumes 40 ist somit maximiert. Das Volumen des strömungsführenden Raumes 40 ist somit entsprechend maximal. Centrifugal compressor 1 positioned. The cam 30 assumes a position in which it has its smallest extent and thus its transverse extent between the surface 90 of the piston 25 facing away from the flow-guiding space 40 and the opposite boundary wall 140 of the piston space 45. The piston 25 is thus unlocked by the cam 30 and maximally displaced in the direction of the piston chamber 45 by the outlet pressure p2 in the flow-guiding chamber 40. The cross-sectional area of the flow-guiding space 40 is thus maximized. The volume of the flow-guiding space 40 is accordingly maximal.
Zwischen dem in Figur 2b gezeigten Teillastbetriebszustand geringsten Lowest between the partial load operating state shown in FIG. 2b
Volumens im strömungsführenden Raum 40 und dem Volllastbetriebszustand gemäß Figur 2c sind beliebige weitere Teillastbetriebszustände durch entsprechende Anordnung bzw. Winkellage des mindestens einen Nockens 30 im Kolbenraum 45 möglich. Dabei lässt sich der Abstand zwischen der dem strömungsführenden Raum 40 abgewandten Oberfläche 90 des Kolbens 25 und der gegenüberliegenden Begrenzungswand 140 des Kolbenraums 45 durch entsprechende Positionierung bzw. Einstellung der Winkellage des mindestens einen Nockens 30 im Kolbenraum 45 auf beliebige Werte einstellen im Rahmen der durch den Teillastbetriebszustand nach Figur 2b und dem Volume in the flow-carrying space 40 and the full-load operating state according to FIG. 2c are arbitrary further part-load operating states appropriate arrangement or angular position of the at least one cam 30 in the piston chamber 45 is possible. The distance between the surface 90 of the piston 25 facing away from the flow-guiding space 40 and the opposite boundary wall 140 of the piston chamber 45 can be set to any desired value within the scope of the by the corresponding positioning or adjustment of the angular position of the at least one cam 30 in the piston chamber 45 Part load operating state according to Figure 2b and
Volllastbetriebszustand gemäß Figur 2c definierten Grenzen. Full load operating state according to the limits defined in FIG. 2c.
Auf diese Weise wird erreicht, dass innerhalb des durch den mindestens einen Nocken 30 adaptierbaren Betriebsbereichs des Radialverdichters 1 die In this way it is achieved that within the operating range of the radial compressor 1 which can be adapted by the at least one cam 30
Druckverteilung im strömungsführenden Raum 40 betriebspunktunabhängig eingestellt werden kann, so dass die resultierenden Axialkräfte im Wesentlichen konstant gehalten werden können. Außerdem können druckinduzierte Pressure distribution in the flow-conducting space 40 can be set independently of the operating point, so that the resulting axial forces can be kept essentially constant. In addition, pressure-induced
Schwingungen im Verdichterradseitenraum 130, insbesondere bei Vibrations in the compressor wheel side space 130, in particular at
Betriebspunktwechseln innerhalb des durch den mindestens einen Nocken 30 adaptierbaren Betriebsbereichs des Radialverdichters 1, deutlich reduziert werden. Operating point changes within the operating range of the radial compressor 1, which can be adapted by the at least one cam 30, can be significantly reduced.
Eine vergleichbare Wirkung stellt sich gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel nach den Figuren 3a - e ein. Gemäß den Figuren 3b, 3c und 3e ist für das zweite Ausführungsbeispiel jeweils die Querschnittsfläche der Volute 20 des A comparable effect occurs in the second exemplary embodiment according to FIGS. 3a-e. According to FIGS. 3b, 3c and 3e, the cross-sectional area of the volute 20 of the
Radialverdichters 1 vergrößert dargestellt. Dabei kennzeichnen gleiche Radial compressor 1 shown enlarged. Identify same
Bezugszeichen gleiche Elemente wie in den zuvor beschriebenen Figuren. Reference numerals same elements as in the previously described figures.
Gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel ist die Position des Kolbens 25 in der Volute 20 und damit die Querschnittsfläche des strömungsführenden Raumes 40 über mindestens einen im Kolbenraum 45 angeordneten Kolbenschaft 70 veränderlich einstellbar. In diesem Fall ist der Kolbenschaft 70 im Kolbenraum 45 verschiebbar angeordnet. Der Kolben 25 wird über den im Kolbenraum 45 verschiebbar angeordneten Kolbenschaft 70 gehalten. Der Kolben 25 wird somit über den Kolbenschaft 70 zur Veränderung der Querschnittsfläche des strömungsführenden Raumes 40 verschoben. Dazu kann die dem Kolben 25 gegenüberliegende Begrenzungswand 140 des Kolbenraums eine Öffnung 150 aufweisen, durch die der Kolbenschaft 70 geführt ist. Dabei kann die Öffnung 150 der Begrenzungswand abgedichtet sein, um einen Druckausgleich des According to the second exemplary embodiment, the position of the piston 25 in the volute 20 and thus the cross-sectional area of the flow-conducting space 40 can be variably adjusted via at least one piston shaft 70 arranged in the piston chamber 45. In this case, the piston skirt 70 is arranged displaceably in the piston chamber 45. The piston 25 is held over the piston shaft 70 which is displaceably arranged in the piston chamber 45. The piston 25 is thus moved over the piston shaft 70 to change the cross-sectional area of the flow-guiding space 40. For this purpose, the boundary wall 140 of the piston chamber opposite the piston 25 can have an opening 150 through which the piston shaft 70 is guided. The opening 150 the boundary wall to be sealed to equalize the pressure
Kolbenraums 45 mit der Umgebungsluft zu verhindern. Alternativ kann auf eine Abdichtung verzichtet und so ein Druckausgleich des Kolbenraums 45 mit der Umgebungsluft realisiert werden. Über einen nicht dargestellten beispielsweise elektromotorischen kennfeldgesteuerten Antrieb bzw. eine nicht dargestellte kennfeldgesteuerte Aktorik kann der Kolbenschaft 70 und damit der Kolben 25 in eine gewünschte Position verbracht und damit eine gewünschte To prevent piston chamber 45 with the ambient air. Alternatively, a seal can be dispensed with and a pressure equalization of the piston chamber 45 with the ambient air can be achieved. The piston shaft 70 and thus the piston 25 can be brought into a desired position and thus a desired position by means of an electromotive map-controlled drive (not shown) or a map-controlled actuator (not shown)
Querschnittsfläche des strömungsführenden Raums 40 eingestellt werden. Dabei erfolgt die Positionierung des Kolbens 25 über den Kolbenschaft 70 wie auch beim ersten Ausführungsbeispiel kennfeldgesteuert abhängig vom Cross-sectional area of the flow-guiding space 40 can be set. Here, the piston 25 is positioned via the piston shaft 70 as in the first exemplary embodiment, depending on the map
Sollbetriebspunkt des Radialverdichters 1. Nominal operating point of the radial compressor 1.
Um eine möglichst genaue Positionierung des Kolbens 25 über seine In order to position the piston 25 as precisely as possible over its
Erstreckung im Spiralkanal 35 zu bewirken, werden vorzugsweise mehrere Kolbenschäfte 30 in der beschriebenen Weise im Kolbenraum 45 über den Spiralkanal 35, vorzugsweise äquidistant, verteilt angeordnet und synchron über einen in den Figuren nicht dargestellten Antriebsmechanismus angesteuert. To effect extension in the spiral channel 35, a plurality of piston shafts 30 are preferably distributed in the manner described in the piston chamber 45 over the spiral channel 35, preferably equidistantly, and are controlled synchronously via a drive mechanism, not shown in the figures.
Der mindestens eine Kolbenschaft 70 kann zur Aufnahme jeweils einer Feder 65 vorgesehen sein, wie in den Figuren 3a und 3c - e dargestellt. Die Feder 65 liegt mit ihrem einen Ende an der dem strömungsführenden Raum 40 abgewandten Oberfläche 90 des Kolbens 25 und an ihrem anderen Ende an der dem Kolben 25 gegenüberliegenden Begrenzungswand 140 des Kolbenraums 45 an. Für die Umsetzung des zweiten Ausführungsbeispiels ist die Verwendung der Feder 65 nicht erforderlich. Sie kann aber zur Dämpfung der Bewegung des Kolbens 25 vorteilhaft sein um Druckschwingungen im strömungsführenden Raum 40 zu vermeiden. Beim beispielsweise elektromotorischen Antrieb des Kolbens 25 über den Kolbenschaft 70 muss dann allerdings für eine Bewegung des Kolbens 25 in Richtung zum Kolbenraum 45 eine um die Federkraft erhöhte Kraft durch den Antrieb aufgebracht werden. Hingegen unterstützt die Feder 65 eine Bewegung des Kolbens 25 in Richtung des strömungsführenden Raums 40 solange bis die Feder 65 entspannt ist. Im Vergleich zum ersten Ausführungsbeispiel lässt sich beim zweiten The at least one piston shaft 70 can each be provided for receiving a spring 65, as shown in FIGS. 3a and 3c-e. The spring 65 abuts at one end against the surface 90 of the piston 25 facing away from the flow-guiding space 40 and at its other end against the boundary wall 140 of the piston chamber 45 opposite the piston 25. The use of the spring 65 is not necessary for the implementation of the second exemplary embodiment. However, it can be advantageous for damping the movement of the piston 25 in order to avoid pressure fluctuations in the flow-conducting space 40. In the case of, for example, electromotive drive of the piston 25 via the piston shaft 70, a force increased by the spring force must then be applied by the drive for a movement of the piston 25 in the direction of the piston chamber 45. In contrast, the spring 65 supports a movement of the piston 25 in the direction of the flow-guiding space 40 until the spring 65 is relaxed. In comparison to the first embodiment, the second
Ausführungsbeispiel der Kolben 25 im Volllastbetriebszustand, wenn keine Feder 65 verwendet wird, bis zum Anschlag an die Begrenzungswand 140 verfahren, so dass die Querschnittsfläche des strömungsführenden Raumes 40 ein absolutes Maximum einnimmt und der Kolbenraum 45 verschwindet. Diese Situation ist in Figur 3b dargestellt. Embodiment of the piston 25 in the full-load operating state, when no spring 65 is used, move as far as the stop against the boundary wall 140, so that the cross-sectional area of the flow-conducting space 40 assumes an absolute maximum and the piston space 45 disappears. This situation is shown in Figure 3b.
Bei Verwendung der Feder 65 ergibt sich der Volllastbetriebszustand gemäß Figur 3e dadurch, dass der Kolben 25 so weit in Richtung des Kolbenraums 45 verschoben ist, dass die Feder 65 vollständig komprimiert im Kolbenraum 45 zwischen Kolben 25 und Begrenzungswand 140 eingespannt ist. Auf diese Weise ist natürlich die Querschnittsfläche des strömungsführenden Raumes 40 im Volllastbetriebszustand des Radialverdichters kleiner als ohne Verwendung der Feder 65. When using the spring 65, the full-load operating state according to FIG. 3e results from the fact that the piston 25 is displaced so far in the direction of the piston chamber 45 that the spring 65 is clamped completely compressed in the piston chamber 45 between the piston 25 and the boundary wall 140. In this way, the cross-sectional area of the flow-guiding space 40 is of course smaller in the full-load operating state of the radial compressor than without the use of the spring 65.
Figur 3c zeigt analog zu Figur 2b den Teillastbetriebspunkt mit minimaler Querschnittsfläche des strömungsführenden Raums 40. Beim zweiten 3c shows, analogously to FIG. 2b, the part-load operating point with a minimal cross-sectional area of the flow-conducting space 40. In the second
Ausführungsbeispiel nach Figur 3c ist dieser Teillastbetriebspunkt jedoch dadurch definiert, dass ein Anschlagsring 160 am dem Kolben 25 abgewandten Ende des Kolbenschaftes 70 an der dem Kolbenraum 45 abgewandten Seite der Begrenzungswand 140 anschlägt und damit eine weitere Verschiebung des Kolbens 25 in Richtung des strömungsführenden Raumes 40 verhindert. Der Anschlagsring 160 weist dazu beispielsweise einen größeren radialen 3c, this part-load operating point is defined, however, by the fact that a stop ring 160 strikes the end of the piston skirt 70 facing away from the piston 25 on the side of the boundary wall 140 facing away from the piston chamber 45 and thus prevents a further displacement of the piston 25 in the direction of the flow-carrying space 40 . For this purpose, the stop ring 160 has, for example, a larger radial one
Durchmesser auf als der Kolbenschaft 70. Diameter on than the piston skirt 70.
Zwischen dem in Figur 3c gezeigten Teillastbetriebszustand geringsten Lowest between the partial load operating state shown in FIG. 3c
Volumens im strömungsführenden Raum 40 und dem Volllastbetriebszustand gemäß Figur 3b sind auch beim zweiten Ausführungsbeispiel beliebige weitere Teillastbetriebszustände durch entsprechende Eintauchtiefe des Kolbenschafts 70 in den Kolbenraum 45 möglich. Dabei lässt sich der Abstand zwischen der dem strömungsführenden Raum 40 abgewandten Oberfläche 90 des Kolbens 25 und der gegenüberliegenden Begrenzungswand 140 des Kolbenraums 45 durch entsprechende Eintauchtiefe des Kolbenschaftes 70 in den Kolbenraum 45auf beliebige Werte einstellen im Rahmen der durch den Teillastbetriebszustand nach Figur 3c und dem Volllastbetriebszustand gemäß Figur 3b definierten Grenzen. Volume in the flow-carrying space 40 and the full-load operating state according to FIG. 3b, any further partial-load operating states are also possible in the second exemplary embodiment by corresponding immersion depth of the piston skirt 70 in the piston chamber 45. The distance between the surface 90 of the piston 25 facing away from the flow-guiding space 40 and the opposite boundary wall 140 of the piston space 45 can be set to any value by appropriate immersion depth of the piston skirt 70 in the piston space 45 within the framework of the partial load operating state 3c and the full load operating state according to Figure 3b defined limits.
Figuren 3a und 3c - e zeigen ein auch ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung. Gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel ist die Position des Kolbens 25 in der Volute 20 und damit die Querschnittsfläche des strömungsführenden Raumes 40 über mindestens eine im Kolbenraum 45 angeordnete Feder 65 veränderlich einstellbar. Ausgehend vom zweiten Ausführungsbeispiel nach den Figuren 3a - d stellt beim dritten Ausführungsbesipiel die mindestens eine Feder 65 somit den ausschließlichen Antriebsmechanismus für den Kolben 25 mit dem Kolbenschaft 70 dar. Auf diese Weise ist kein kennfeldgesteuerter Antrieb des Kolbens 25 wie beim ersten oder zweiten Ausführungsbeispiel möglich bzw. nötig. Vielmehr wird die Feder 65 je nach Ausgangsdruck p2 im FIGS. 3a and 3c-e also show a third exemplary embodiment of the invention. According to the third exemplary embodiment, the position of the piston 25 in the volute 20 and thus the cross-sectional area of the flow-guiding space 40 can be variably adjusted via at least one spring 65 arranged in the piston space 45. Starting from the second exemplary embodiment according to FIGS. 3a-d, in the third exemplary embodiment the at least one spring 65 thus represents the exclusive drive mechanism for the piston 25 with the piston shaft 70. In this way, a map-controlled drive of the piston 25 is not possible as in the first or second exemplary embodiment or necessary. Rather, the spring 65 depending on the output pressure p2
strömungsführenden Raum 40 auf den Kolben 25 zusammengedrückt und damit die Querschnittsfläche des strömungsführenden Raums 40 vergrößert oder entspannt und damit die Querschnittsfläche des strömungsführenden Raums 40 verkleinert. Dazu ist die mindestens eine Feder 65 in einem flow-guiding space 40 is compressed on the piston 25 and thus the cross-sectional area of the flow-guiding space 40 is increased or relaxed and thus the cross-sectional area of the flow-guiding space 40 is reduced. For this purpose, the at least one spring 65 is in one
Auslegungsbetriebspunkt 80 des Radialverdichters 1 so vorgespannt, dass ihre Federkraft dem Produkt aus dem im Auslegungsbetriebspunkt 80 herrschenden Ausgangsdruck p2 im strömungsführenden Raum 40 der Volute 20 und der Differenz zwischen einer dem strömungsführenden Raum 40 der Volute 20 zugewandten Oberfläche 85 des Kolbens und der dem strömungsführenden Raum 40 abgewandten Oberfläche 90 des Kolbens 25, also der dem Kolbenraum 45 zugewandten Oberfläche des Kolbens 25, entspricht. Die dem Kolbenraum zugewandte Oberfläche 90 des Kolbens 25 ist dabei im Vergleich zur dem strömungsführenden Raum 40 zugewandten Oberfläche 85 des Kolbens um die radiale Querschnittsfläche des Kolbenschafts 70 reduziert. Auf diese Weise gleicht die Feder 65 den im Auslegungsbetriebspunkt 80 herrschenden The design operating point 80 of the radial compressor 1 is biased so that its spring force is the product of the output pressure p2 prevailing in the design operating point 80 in the flow-guiding space 40 of the volute 20 and the difference between a surface 85 of the piston facing the flow-guiding space 40 of the volute 20 and the flow-guiding space 40 facing surface 90 of the piston 25, ie the surface of the piston 25 facing the piston chamber 45 corresponds. The surface 90 of the piston 25 facing the piston chamber is reduced by the radial cross-sectional area of the piston shaft 70 in comparison to the surface 85 of the piston facing the flow-guiding chamber 40. In this way, the spring 65 is equal to that prevailing at the design operating point 80
Ausgangsdruck p2 im strömungsführenden Raum 40 gerade aus. Die Federkraft der Feder 65 verhält sich dabei proportional zum Ausgangsdruck p2. Output pressure p2 straight out in the flow-conducting space 40. The spring force of the spring 65 is proportional to the output pressure p2.
Damit nun die Druckverhältnisse im strömungsführenden Raum 40 über einen möglichst großen Betriebsbereich des Radialverdichters 1, in dem der So that the pressure conditions in the flow-conducting space 40 over the largest possible operating range of the radial compressor 1, in which the
Radialverdichter hauptsächlich betrieben werden soll, gleichbleiben, muss die Federkonstante der Feder 65 geeignet gewählt werden. Dies erfolgt dadurch, dass die Federkonstante der mindestens einen Feder 65 abhängig von der Steigung einer Verdichterkennlinie 75 des Radialverdichters 1 gewählt wird. Ändert sich der Betriebspunkt des Radialverdichters im Vergleich zum Centrifugal compressors are mainly to be operated, must remain the same Spring constant of spring 65 can be selected appropriately. This takes place in that the spring constant of the at least one spring 65 is selected as a function of the gradient of a compressor characteristic curve 75 of the radial compressor 1. The operating point of the radial compressor changes compared to
Auslegungsbetriebspunkt 80 bzw. ändert sich der Ausgangsdruck p2, so verschiebt sich der Kolben 25 so lange, bis die Druckkräfte wieder im Design operating point 80 or if the output pressure p2 changes, the piston 25 moves until the pressure forces are in again
Gleichgewicht mit der Federkraft sind. Auf diese Weise lassen sich der Balance with the spring force. In this way, the
Ausgangsdruck p2 in der Volute 20 und die damit verbundenen Axialkräfte auf der Rückseite des Verdichterrades 1 an den jeweiligen Betriebszustand des Radialverdichters 1 anpassen, insbesondere harmonisieren, so dass über einen möglichst großen Betriebsbereich des Radialverdichters 1 der Ausgangsdruck p2 in der Volute 20 bzw. in dessen strömungsführendem Raum 40 und damit die Axialkräfte auf der Rückseite des Verdichterrades 5 weitestgehend gleichbleiben. Adjust the output pressure p2 in the volute 20 and the associated axial forces on the back of the compressor wheel 1 to the respective operating state of the radial compressor 1, in particular harmonize them, so that the output pressure p2 in the volute 20 or in its direction over the largest possible operating range of the radial compressor 1 flow-carrying space 40 and thus the axial forces on the back of the compressor wheel 5 remain largely the same.
Figur 4 zeigt für eine vorgegebene Drehzahl des Verdichterrades 5 ein Druck- Volumenstrom Diagramm des Radialverdichters 1. Dabei ist der Ausgangsdruck p2 im strömungsführenden Raum 40 über dem Volumenstrom V der Luft im strömungsführenden Raum 40 aufgetragen. Dabei hängt der Ausgangsdruck p2 im strömungsführenden Raum 40 vom Volumen des strömungsführenden Raums 40 und dem im strömungsführenden Raum 40 geförderten Volumenstrom V der Luft ab. Weiterhin kennzeichnet 170 exemplarisch eine Kennlinie der gesamten vom Verdichter betriebenen Anlage, beispielsweise einer Brennstoffzelle, der über den Radialverdichter 1 Luft zu geführt wird. Die Anlagenkennlinie 170 stellt somit die durch die betriebene Anlage im jeweiligen Betriebspunkt der Anlage auf den Radialverdichter 1 wirkende Last dar. Weiterhin ist in das Diagramm auch die Verdichterkennlinie 75 des Radialverdichters 1 eingetragen. Im Schnittpunkt zwischen Anlagenkennlinie 170 und Verdichterkennlinie 75 befindet sich der Arbeitspunkt 180 des Radialverdichters 1. Die Steigung der Verdichterkennlinie 75 im Arbeitspunkt 180 ist in Figur 4 durch das Bezugszeichen 190 FIG. 4 shows a pressure-volume flow diagram of the radial compressor 1 for a predetermined speed of rotation of the compressor wheel 5. The output pressure p2 in the flow-carrying space 40 is plotted against the volume flow V of the air in the flow-carrying space 40. The output pressure p2 in the flow-guiding space 40 depends on the volume of the flow-guiding space 40 and the volume flow V of the air delivered in the flow-guiding space 40. Furthermore, 170 characterizes, by way of example, a characteristic curve of the entire system operated by the compressor, for example a fuel cell, which is supplied with air via the radial compressor 1. The system characteristic curve 170 thus represents the load acting on the radial compressor 1 at the respective operating point of the system. Furthermore, the compressor characteristic curve 75 of the radial compressor 1 is also entered in the diagram. The working point 180 of the radial compressor 1 is located at the intersection between the system characteristic 170 and the compressor characteristic 75. The slope of the compressor characteristic 75 at the working point 180 is indicated in FIG. 4 by the reference number 190
gekennzeichnet. Mittels der Federkonstante der mindestens einen Feder 65 kann die Steigung der Verdichterkennlinie des Radialverdichters 1 im Arbeitspunkt auf einen gewünschten Wert 195 eingestellt werden, bei dem bei einer Änderung der Fördermenge des Radialverdichters 1, also dem Volumenstrom V der Luft im strömungsführenden Raum 40 ein ähnliches Druckniveau für den Ausgangsdruck p2 erreicht wird. Dies ist in Figur 4 dadurch veranschaulicht, dass die Steigung 190 der Verdichterkennlinie 75 im Arbeitspunkt 180 mit Hilfe der Federkonstante auf einen betragsmäßig kleineren Wert 195 eingestellt wird. Mittels der featured. By means of the spring constant of the at least one spring 65, the gradient of the compressor characteristic of the radial compressor 1 at the operating point can be set to a desired value 195, at which a similar pressure level when changing the delivery rate of the radial compressor 1, i.e. the volume flow V of the air in the flow-carrying space 40 for the outlet pressure p2 is reached. This is illustrated in FIG. 4 by the fact that the gradient 190 of the compressor characteristic 75 at the working point 180 is set to a smaller value 195 with the aid of the spring constant. By means of the
Federkonstanten lässt sich so ein für einen möglichst großen Bereich des geförderten Volumenstroms V der Luft im strömungsführenden Raum 40 möglichst geringfügig veränderlicher Ausgangsdruck p2 einstellen, so dass die auf die Drehachse 105 wirkenden Axialkräfte in diesem Bereich des geförderten Volumenstroms V sich möglichst wenig ändern. Außerdem können In this way, spring constants can be set to an output pressure p2 that is as slightly as possible variable for the largest possible area of the conveyed volume flow V of the air in the flow-conducting space 40, so that the axial forces acting on the axis of rotation 105 change as little as possible in this area of the conveyed volume flow V. You can also
druckinduzierte Schwingungen im Verdichterradseitenraum 130, insbesondere bei Betriebspunktwechseln innerhalb des durch die Federkonstante der Feder 65 in der beschriebenen Weise adaptierbaren Betriebsbereichs des Pressure-induced vibrations in the compressor wheel side space 130, in particular when the operating point changes within the operating range of the spring 65 which can be adapted in the manner described by the spring constant of the spring
Radialverdichters 1, deutlich reduziert werden. Radial compressor 1, can be significantly reduced.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betrieb des beschriebenen Radialverdichters 1 wird also die Querschnittsfläche der Volute 20 bzw. des strömungsführenden Raums 40 durch den Kolben 25 gemäß dem jeweiligen der beschriebenen drei Ausführungsbeispiele verändert. Dabei wird vorzugsweise die Querschnittsfläche der Volute 20 bzw. des strömungsführenden Raumes 40 durch den Kolben abhängig von einem Betriebszustand des Radialverdichters 1 eingestellt wird. Der Betriebszustand des Radialverdichters 1 wird vorzugsweise abhängig von der Istdrehzahl und einem Solldruck oder einer Sollluftmenge oder einem Sollluftmassenstrom am Ausgang des Radialverdichters 1, das heißt am Ausgang des Spiralkanals 35 im Bereich des strömungsführenden Raumes 40, ermittelt. Der Solldruck ist dabei der Sollwert für den Ausgangsdruck p2. Der Kolben 25 wird beispielsweise über ein Kennfeld abhängig vom Betriebszustand des Radialverdichters 1 angesteuert oder über die Feder 65, vorzugsweise mit einer abhängig von der Steigung der Verdichterkennlinie 75 gebildeten According to the method according to the invention for operating the radial compressor 1 described, the cross-sectional area of the volute 20 or the flow-guiding space 40 is changed by the piston 25 in accordance with the respective one of the three exemplary embodiments described. In this case, the cross-sectional area of the volute 20 or of the flow-guiding space 40 is preferably set by the piston depending on an operating state of the radial compressor 1. The operating state of the radial compressor 1 is preferably determined as a function of the actual speed and a target pressure or a target air quantity or a target air mass flow at the outlet of the radial compressor 1, that is to say at the outlet of the spiral duct 35 in the region of the flow-guiding space 40. The setpoint pressure is the setpoint for the outlet pressure p2. The piston 25 is actuated, for example, via a characteristic map depending on the operating state of the radial compressor 1 or via the spring 65, preferably with a curve formed depending on the gradient of the compressor characteristic curve 75
Federkonstante in Position gebracht. In einem Volllastbetriebszustand des Radialverdichters 1 wird durch den Kolben 25 eine maximale Querschnittsfläche der Volute 20 bzw. des strömungsführenden Raumes 40 eingestellt. In einem Teillastbetriebszustand des Radialverdichters 1 wird durch den Kolben 25 eine Querschnittsfläche der Volute 20 bzw. des strömungsführenden Raums 40 eingestellt, die kleiner als die maximale Querschnittsfläche ist. Spring constant positioned. In a full-load operating state of the radial compressor 1, the piston 25 sets a maximum cross-sectional area of the volute 20 or of the flow-guiding space 40. In a partial-load operating state of the radial compressor 1, the piston 25 sets a cross-sectional area of the volute 20 or the flow-guiding space 40 that is smaller than the maximum cross-sectional area.

Claims

Ansprüche Expectations
1. Radialverdichter (1), insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einem 1. Radial compressor (1), in particular for motor vehicles, with one
Verdichterrad (5) und einem geschlossenen Verdichterradrücken (10), wobei das Verdichterrad (5) einen Verdichterschaufelring (15) am geschlossenen Verdichterradrücken (10) umfasst, und mit einem Spiralgehäuse (20) zum Sammeln eines vom Verdichterrad (5) geförderten Mediums, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel (25, 30, 65, 70) zur Veränderung einer Querschnittsfläche des Spiralgehäuses (20) vorgesehen sind.  Compressor wheel (5) and a closed compressor wheel back (10), the compressor wheel (5) comprising a compressor blade ring (15) on the closed compressor wheel back (10), and with a spiral housing (20) for collecting a medium conveyed by the compressor wheel (5), thereby characterized in that means (25, 30, 65, 70) are provided for changing a cross-sectional area of the volute casing (20).
2. Radialverdichter (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Veränderung der Querschnittsfläche des Spiralgehäuses (20) einen Kolben (25) umfassen. 2. Radial compressor (1) according to claim 1, characterized in that the means for changing the cross-sectional area of the volute (20) comprise a piston (25).
3. Radialverdichter (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (25) entsprechend dem Radius des Spiralgehäuses (20) zumindest teilringförmig ausgebildet ist. 3. Radial compressor (1) according to claim 2, characterized in that the piston (25) is at least partially annular in accordance with the radius of the volute (20).
4. Radialverdichter (1) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (25) sich über einen gesamten Spiralkanal (35) des Spiralgehäuses (20) erstreckt. 4. Radial compressor (1) according to claim 2 or 3, characterized in that the piston (25) extends over an entire spiral channel (35) of the spiral housing (20).
5. Radialverdichter (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch 5. Radial compressor (1) according to one of claims 2 to 4, characterized
gekennzeichnet, dass der Kolben (25) einen strömungsführenden Raum (40) des Spiralgehäuses (20) von einem Kolbenraum (45) des  characterized in that the piston (25) a flow-conducting space (40) of the volute (20) from a piston space (45) of the
Spiralgehäuses (20) abtrennt.  Disconnects the volute casing (20).
6. Radialverdichter (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolbenraum (45) auf einer dem Verdichterradrücken (10) zugewandten Seite des Spiralgehäuses (20) angeordnet ist. 6. Radial compressor (1) according to claim 5, characterized in that the piston chamber (45) is arranged on a side of the volute casing (20) facing the compressor wheel back (10).
7. Radialverdichter (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolbenraum (45) auf einer dem Verdichterradrücken (10) abgewandten Seite des Spiralgehäuses (20) angeordnet ist. 7. A radial compressor (1) according to claim 5, characterized in that the piston chamber (45) is arranged on a side of the volute casing (20) facing away from the compressor wheel back (10).
8. Radialverdichter (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch 8. Radial compressor (1) according to one of claims 5 to 7, characterized
gekennzeichnet, dass der Kolben (25) den strömungsführenden Raum (40) gegen den Kolbenraum (45) abdichtet.  characterized in that the piston (25) seals the flow-conducting space (40) against the piston space (45).
9. Radialverdichter (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch 9. Radial compressor (1) according to one of claims 5 to 7, characterized
gekennzeichnet, dass der Kolben (25) eine, vorzugsweise ringförmige, erste Öffnung (50) zum Druckausgleich zwischen dem  characterized in that the piston (25) has a, preferably annular, first opening (50) for pressure equalization between the
strömungsführenden Raum (40) und dem Kolbenraum (45) freilässt.  flowing space (40) and the piston space (45) leaves.
10. Radialverdichter (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch 10. Radial compressor (1) according to one of claims 5 to 9, characterized
gekennzeichnet, dass der Kolbenraum (45) eine, vorzugsweise ringförmige, zweite Öffnung (55) zur Umgebungsluft umfasst.  characterized in that the piston chamber (45) comprises a, preferably annular, second opening (55) to the ambient air.
11. Radialverdichter (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (25) dem strömungsführenden Raum (40) zugewandt eine Kontur (60) umfasst. 11. Radial compressor (1) according to one of claims 2 to 10, characterized in that the piston (25) facing the flow-carrying space (40) comprises a contour (60).
12. Radialverdichter (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontur (60) abhängig von einem vorgegebenen Stromlinienverlauf geformt ist. 12. A radial compressor (1) according to claim 11, characterized in that the contour (60) is shaped as a function of a predetermined streamline.
13. Radialverdichter (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (25, 30, 65, 70) zur Veränderung der Querschnittsfläche des Spiralgehäuses (20) mindestens einen Nocken (30) oder einen Kolbenschaft (70) umfassen, über den die Position des Kolbens (25) im Spiralgehäuse (20) einstellbar ist. 13. Radial compressor (1) according to one of claims 2 to 12, characterized in that the means (25, 30, 65, 70) for changing the cross-sectional area of the volute casing (20) at least one cam (30) or a piston shaft (70) comprise, via which the position of the piston (25) in the spiral housing (20) is adjustable.
14. Radialverdichter (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (25, 30, 65, 70) zur Veränderung der Querschnittsfläche des Spiralgehäuses (20) mindestens eine Feder (65) umfassen, die im Kolbenraum (45) des Spiralgehäuses (20) angeordnet ist und über die die Position des Kolbens (25) im Spiralgehäuse (20) einstellbar ist. 14. Radial compressor (1) according to one of claims 2 to 12, characterized in that the means (25, 30, 65, 70) for changing the cross-sectional area of the volute casing (20) comprise at least one spring (65) which is in the piston chamber ( 45) of the volute casing (20) and via which the position of the piston (25) in the volute casing (20) can be adjusted.
15. Radialverdichter (1) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Kolbenschaft (70) zur Aufnahme der mindestens eine Feder (65) vorgesehen ist. 15. A radial compressor (1) according to claim 14, characterized in that the at least one piston shaft (70) is provided for receiving the at least one spring (65).
16. Radialverdichter (1) nach Anspruch 14 oder 15, dadurch 16. Radial compressor (1) according to claim 14 or 15, characterized
gekennzeichnet, dass die Federkonstante der mindestens einen Feder (65) abhängig von der Steigung der Verdichterkennlinie (75) des Radialverdichters (1) gewählt ist.  characterized in that the spring constant of the at least one spring (65) is selected as a function of the gradient of the compressor characteristic curve (75) of the radial compressor (1).
17. Radialverdichter (1) nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch 17. Radial compressor (1) according to one of claims 14 to 16, characterized
gekennzeichnet, dass die mindestens eine Feder (65) in einem  characterized in that the at least one spring (65) in one
Auslegungsbetriebspunkt (80) des Radialverdichters (1) so vorgespannt ist, dass ihre Federkraft dem Produkt aus dem im  Design operating point (80) of the radial compressor (1) is biased so that its spring force is the product of the
Auslegungsbetriebspunkt (80) herrschenden Druck (p2) im  Design operating point (80) prevailing pressure (p2) in
strömungsführenden Raum (40) des Spiralgehäuses (20) und der Differenz zwischen einer dem strömungsführenden Raum (40) des Spiralgehäuses (20) zugewandten ersten Oberfläche (85) und der dem Kolbenraum (45) zugewandten zweiten Oberfläche (90) des Kolbens (25) entspricht.  flow-guiding space (40) of the volute (20) and the difference between a first surface (85) facing the flow-guiding space (40) of the volute (20) and the second surface (90) of the piston (25) facing the plunger space (45) corresponds.
18. Radialverdichter (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstellung der Querschnittsfläche des Spiralgehäuses (20) durch die Mittel (25, 30, 65, 70) zur Veränderung der Querschnittsfläche des Spiralgehäuses (20) abhängig von einem Betriebszustand des Radialverdichters (1) ist. 18. Radial compressor (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the adjustment of the cross-sectional area of the volute casing (20) by means (25, 30, 65, 70) for changing the cross-sectional area of the volute casing (20) depending on an operating state of the radial compressor (1).
19. Verfahren zum Betrieb eines Radialverdichters (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die 19. Method for operating a radial compressor (1) according to one of the previous claims, characterized in that the
Querschnittsfläche des Spiralgehäuses (20) durch die Mittel (25, 30, 65, 70) zur Veränderung der Querschnittsfläche des Spiralgehäuses (20) verändert wird.  Cross-sectional area of the volute casing (20) is changed by the means (25, 30, 65, 70) for changing the cross-sectional area of the volute casing (20).
20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die 20. The method according to claim 19, characterized in that the
Querschnittsfläche des Spiralgehäuses (20) durch die Mittel (25, 30, 65, 70) zur Veränderung der Querschnittsfläche des Spiralgehäuses (20) abhängig von einem Betriebszustand des Radialverdichters (1) eingestellt wird.  Cross-sectional area of the volute casing (20) is set by means (25, 30, 65, 70) for changing the cross-sectional area of the volute casing (20) depending on an operating state of the radial compressor (1).
21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass der 21. The method according to claim 20, characterized in that the
Betriebszustand des Radialverdichters (1) abhängig von einer Drehzahl und einem Solldruck oder einer Sollmenge oder einem Sollmassenstrom des Mediums am Ausgang des Radialverdichters (1) ermittelt wird.  The operating state of the radial compressor (1) is determined as a function of a speed and a target pressure or a target quantity or a target mass flow of the medium at the outlet of the radial compressor (1).
22. Verfahren nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (25, 30, 65, 70) zur Veränderung der Querschnittsfläche des Spiralgehäuses (20) über ein Kennfeld abhängig vom Betriebszustand des Radialverdichters (1) angesteuert werden. 22. The method according to claim 20 or 21, characterized in that the means (25, 30, 65, 70) for changing the cross-sectional area of the volute casing (20) are controlled via a map depending on the operating state of the radial compressor (1).
23. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 22, dadurch 23. The method according to any one of claims 19 to 22, characterized
gekennzeichnet, dass in einem Volllastbetriebszustand des  characterized in that in a full load operating condition of the
Radialverdichters (1) durch die Mittel (25, 30, 65, 70) zur Veränderung der Querschnittsfläche des Spiralgehäuses (20) eine maximale  Radial compressor (1) through the means (25, 30, 65, 70) for changing the cross-sectional area of the volute (20) a maximum
Querschnittsfläche des Spiralgehäuses (20) eingestellt wird.  Cross-sectional area of the volute casing (20) is set.
24. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 23, dadurch 24. The method according to any one of claims 19 to 23, characterized
gekennzeichnet, dass in einem Teillastbetriebszustand des  characterized in that in a partial load operating state of the
Radialverdichters (1) durch die Mittel (25, 30, 65, 70) zur Veränderung der Querschnittsfläche des Spiralgehäuses (20) eine Querschnittsfläche des Spiralgehäuses (20) eingestellt wird, die kleiner als die maximale Querschnittsfläche ist.  Radial compressor (1) is set by the means (25, 30, 65, 70) for changing the cross-sectional area of the volute (20) a cross-sectional area of the volute (20) which is smaller than the maximum cross-sectional area.
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