DE102017106360A1 - Verdichter für einen Turbolader - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Verdichter (1) für einen Turbolader, beinhaltend wenigstens Folgendes: Ein Verdichtergehäuse (10) mit einem Lufteinlass (11) zum Aufnehmen von in dem Verdichter (1) zu verdichtender Luft und mit einem Luftauslass (12) zum Auslassen von in dem Verdichter (1) verdichteter Luft, eine sich in axialer Richtung erstreckende Triebwelle (30), welche drehbar in dem Verdichtergehäuse (10) gelagert und über einen daran angreifenden Antrieb drehantreibbar ist, ein Verdichterlaufrad (40), das in dem Verdichtergehäuse (10) in Bezug auf einen Luftströmungspfad zwischen dem Lufteinlass (11) und dem Luftauslass (12) und auf der Triebwelle (30) angeordnet ist, eine sich radial erstreckende Diffusorpassage (14) in dem Verdichtergehäuse (10), welche eine erste radiale Wandung (22) und eine zweite radiale Wandung (24) aufweist, eine Verdichterspirale (15), welche sich als Luftpassage im Luftströmungspfad über die Diffusorpassage (14) an das Verdichterlaufrad (40) anschließt und in den Luftauslass (12) mündet, einen separaten schaufellosen Nachleitapparat, welcher in der radialen Diffusorpassage (14) angeordnet und an der ersten radialen Wandung (22) der Diffusorpassage (14) befestigt ist, wobei zwischen dem separaten schaufellosen Nachleitapparat und einer diesem axial gegenüberliegenden zweiten radialen Wandung (24) der Diffusorpassage (14) eine axiale lichte Weite (a) vorhanden ist. Der separate schaufellose Nachleitapparat ist als Ringscheibe (60) ausgebildet, welche im Bereich ihres radial inneren Durchmessers ein mit der Triebwelle (30) koaxiales und von der zweiten radialen Wandung (24) der Diffusorpassage (14) weg weisendes erstes Rohrstück (32) umfasst, welches eine bestimmte axiale Erstreckung (b) aufweist, eine radial innere Umfangsfläche des ersten Rohrstücks (32) liegt einem Abschnitt (13) des Verdichtergehäuses (10) radial gegenüber und die axiale lichte Weite (a) ist kleiner als die axiale Erstreckung (b) des ersten Rohrstücks (32).
Description
- Stand der Technik
- Die Erfindung geht aus von einem Verdichter für einen Turbolader gemäß Anspruch 1.
- Radialverdichter wie beispielsweise in
WO 2014/012725 A1 - Daneben sind aus dem Stand der Technik auch Verdichter mit sog. schaufellosen Nachleitapparaten bekannt, d.h. mit Nachleitapparaten ohne Nachleitschaufeln, bei denen in die Diffusorpassage hinter dem Verdichterlaufrad als separater Körper eingesetzt ist. Schaufellose Nachleitapparate haben den Nachteil, dass deren Verklemmen im Gehäuse über Nachleitschaufeln nicht möglich ist und deshalb Verbindungselemente wie z.B. Schrauben eingesetzt werden, um einen solchen schaufellosen Nachleitapparat am Gehäuse zu befestigen. Bei einem Versagen der Verbindungselemente ist es allerdings möglich, dass der schaufellose Nachleitapparat in Kontakt mit dem Verdichterlaufrad gerät und so einen schweren Schaden im Verdichter verursacht.
- Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Verdichter mit schaufellosem Nachleitapparat derart fortzubilden, dass er eine höhere Funktionssicherheit aufweist. Weiterhin soll auch ein Turbolader mit einem solchen Verdichter zur Verfügung gestellt werden.
- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale von Anspruch 1 und von Anspruch 9 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der beigefügten Unteransprüche.
- Offenbarung der Erfindung
- Die Erfindung betrifft einen Verdichter für einen Turbolader, beinhaltend wenigstens Folgendes: Ein Verdichtergehäuse mit einem Lufteinlass zum Aufnehmen von in dem Verdichter zu verdichtender Luft und mit einem Luftauslass zum Auslassen von in dem Verdichter verdichteter Luft, eine sich in axialer Richtung erstreckende Triebwelle, welche drehbar in dem Verdichtergehäuse gelagert und über einen daran angreifenden Antrieb drehantreibbar ist, ein Verdichterlaufrad, das in dem Verdichtergehäuse in Bezug auf einen Luftströmungspfad zwischen dem Lufteinlass und dem Luftauslass und auf der Triebwelle angeordnet ist, eine sich radial erstreckende Diffusorpassage in dem Verdichtergehäuse, welche eine erste radiale Wandung und eine zweite radiale Wandung aufweist, eine Verdichterspirale, welche sich als Luftpassage im Luftströmungspfad über die Diffusorpassage an das Verdichterlaufrad anschließt und in den Luftauslass mündet, einen separaten schaufellosen Nachleitapparat, welcher in der radialen Diffusorpassage angeordnet und an der ersten radialen Wandung der Diffusorpassage befestigt ist, wobei zwischen dem separaten schaufellosen Nachleitapparat und einer diesem axial gegenüberliegenden zweiten radialen Wandung der Diffusorpassage eine axiale lichte Weite vorhanden ist.
- Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass der separate schaufellose Nachleitapparat als Ringscheibe ausgebildet ist, welche im Bereich ihres radial inneren Durchmessers ein mit der Triebwelle koaxiales und von der zweiten radialen Wandung der Diffusorpassage weg weisendes erstes Rohrstück umfasst, welches eine bestimmte axiale Erstreckung aufweist, wobei eine radial innere Umfangsfläche des ersten Rohrstücks einem Abschnitt des Verdichtergehäuses radial gegenüberliegt und wobei die axiale lichte Weite kleiner als die axiale Erstreckung des ersten Rohrstücks ist. Das erste Rohrstück umschließt insbesondere die Triebwelle und das Verdichterlaufrad.
- Weil eine radial innere Umfangsfläche des ersten Rohrstücks einem Abschnitt des Verdichtergehäuses radial gegenüberliegt und zudem die axiale lichte Weite zwischen dem separaten schaufellosen Nachleitapparat und der diesem axial gegenüberliegenden zweiten radialen Wandung der Diffusorpassage kleiner als die axiale Erstreckung des ersten Rohrstücks ist, wird sichergestellt, dass im Falle eines unbeabsichtigten Lösens des separaten schaufellosen Nachleitapparats von der ersten radialen Wandung der Diffusorpassage der separate schaufellose Nachleitapparat nicht in Kontakt mit dem Verdichterrad kommen kann. Denn dann schlägt das erste Rohrstück des separaten schaufellosen Nachleitapparats an dem radial gegenüber liegenden Abschnitt des Verdichtergehäuses bzw. an der zweiten radialen Wandung der Diffusorpassage an, wobei aber verbleibende axiale lichte Weite in der Diffusorpassage zu schmal ist, um eine axiale und/oder radiale Bewegung des separaten schaufellosen Nachleitapparats zu erlauben, welche ihn in Kontakt mit in Richtung dem Verdichterrad bringen könnte.
- Daher wird gemäß der Erfindung durch die axialen Erstreckung des ersten Rohrstücks eine Geometrie des separaten schaufellosen Nachleitapparats geschaffen, welche in axialer Richtung gesehen in Bezug auf die lichte Weite der Diffusorpassage zu groß ist, um eine axiale und/oder radiale Bewegung des separaten schaufellosen Nachleitapparats zu erlauben, die ausreicht, um das Verdichterrad zu kontaktieren, wenn sich dessen Verbindung zu dem Verdichtergehäuse unbeabsichtigt gelöst hat. Damit löst die Erfindung das eingangs beschriebene Problem, dass es bei einem Versagen der Verbindung zwischen dem separaten schaufellosen Nachleitapparat und dem Verdichtergehäuse zu einer Beschädigung des Verdichters kommen kann. Insgesamt steigt dadurch die Funktionssicherheit des Verdichters.
- Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der in den unabhängigen Ansprüchen angegebenen Erfindung möglich.
- Besonders bevorzugt bildet die erste radiale Wandung der Diffusorpassage einen Teil der Verdichterspirale.
- Gemäß einer Weiterbildung weist die Ringscheibe ein zweites, von dem ersten Rohrstück abweichendes zweites Rohrstück auf, welches koaxial mit der Triebwelle ist, von der zweiten radialen Wandung der Diffusorpassage weg weist und welches die Ringscheibe an einer Stufe der Verdichterspirale zentriert. Dabei kann insbesondere das zweite Rohrstück an einer radial inneren Stufe der zweiten radialen Wandung der Diffusorpassage zentriert sein. Insbesondere kann das zweite Rohrstück einen größeren Innendurchmesser als das erste Rohrstück aufweisen.
- Wenigstens das erste Rohrstück kann einstückig mit der Ringscheibe ausgebildet sein, wobei auch das zweite Rohrstück beispielsweise einstückig mit der Rohrscheibe ausgebildet ist.
- Gemäß einer besonders zu bevorzugenden Ausführungsform liegt ein radial innerer Durchmesser des ersten Rohrstücks einem Einsatzstück radial gegenüberliegt, welches lufteinlassseitig in das Verdichtergehäuse eingesetzt ist und das Verdichterlaufrad radial umschließt. Dieses Einsatzstück bildet dann beispielsweise einen Teil des Verdichtergehäuses aus.
- Insbesondere können Verbindungselemente wie z.B. Schrauben vorgesehen sein, durch welche der schaufellose Nachleitapparat bzw. die Ringscheibe an der ersten radialen Wandung der Diffusorpassage lösbar befestigt ist.
- Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung kann die axiale lichte Weite zwischen dem separaten schaufellosen Nachleitapparat bzw. der Ringscheibe und der diesem axial gegenüberliegenden zweiten radialen Wandung der Diffusorpassage bezogen auf die radiale Ersteckung wenigstens größtenteils konstant sein.
- Die Erfindung betrifft auch einen Turbolader, insbesondere einen Abgasturbolader mit einem Verdichter wie oben beschrieben.
- Bevorzugt ist der Turbolader gekennzeichnet durch eine Turbine, die ein Turbinengehäuse und ein den Antrieb für die Triebwelle bildendes Turbinenlaufrad aufweist, das in dem Turbinengehäuse auf der Triebwelle angeordnet ist. Dabei ist bevorzugt das Turbinengehäuse mit dem Verdichtergehäuse verbunden.
- Figurenliste
- Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:
-
1 eine Schnittansicht eines Turboladers mit einem Verdichter gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung; -
2 einen vergrößerten Ausschnitt aus dem Verdichter von1 . - Beschreibung des Ausführungsbeispiels
- Wie in
1 gezeigt, weist ein Turbolader eine hier beispielsweise per Abgas einer Brennkraftmaschine angetriebene Turbine2 und einen von der Turbine2 angetriebenen Verdichter1 auf. Mit anderen Worten handelt es sich bei dem in1 dargestellten Turbolader um einen Abgasturbolader. - Der Verdichter
1 weist ein Verdichtergehäuse10 mit einem Lufteinlass11 zum Aufnehmen von in dem Verdichter1 zu verdichtender Luft und einem Luftauslass12 zum Auslassen von in dem Verdichter1 verdichteter Luft, eine Triebwelle30 , die drehbar in dem Verdichtergehäuse10 gelagert ist, so dass die Triebwelle30 über einen daran angreifenden Antrieb der Turbine2 drehantreibbar ist, und ein Verdichterlaufrad 40 mit einer Beschaufelung41 auf, wobei das Verdichterlaufrad40 in dem Verdichtergehäuse10 in Bezug auf einen Luftströmungspfad zwischen Lufteinlass 11 und Luftauslass12 und auf der Triebwelle30 angeordnet ist. - Die Turbine
2 ist in üblicher Weise ausgebildet und weist ein Turbinengehäuse20 und ein den Antrieb für die Triebwelle30 bildendes Turbinenlaufrad21 auf, das in dem Turbinengehäuse20 und auf der Triebwelle30 angeordnet ist. - In dem Verdichtergehäuse
10 des Verdichters1 sind eine Diffusorpassage bzw. Zwischenpassage 14 und eine Verdichterspirale15 in Form eines Spiralgehäuses ausgebildet. Die Verdichterspirale15 schließt sich als Luftpassage im Luftströmungspfad über die sich radial erstreckende Zwischenpassage14 an das Verdichterlaufrad 40 an und mündet in den Luftauslass12 . - Wie aus
1 und2 ersichtlich, weist das Verdichtergehäuse10 ferner ein Einsatzstück 13 auf, das lufteinlassseitig in das Verdichtergehäuse10 eingesetzt ist, so dass das Einsatzstück13 das Verdichterlaufrad40 radial umschließt. Der Verdichter 1 weist ferner einen Nachleitapparat60 auf, der in der Diffusorpassage14 des Verdichtergehäuses10 angeordnet ist. - Bei der bevorzugten Ausführungsform des Verdichters
1 weist die sich radial erstreckende Diffusorpassage14 in dem Verdichtergehäuse10 eine erste radiale Wandung 22 und eine zweite radiale Wandung24 auf. Die erste radiale Wandung22 der Diffusorpassage14 bildet bevorzugt einen Teil der Verdichterspirale15 . - Bei dem Nachleitapparat
60 handelt es sich um einen separaten schaufellosen Nachleitapparat, welcher in der radialen Diffusorpassage14 angeordnet und an der ersten radialen Wandung15 der Diffusorpassage14 befestigt ist. Insbesondere sind in den Figuren nicht gezeigte Verbindungselemente wie z.B. Schrauben vorgesehen sind, durch welche der separate schaufellose Nachleitapparat60 an der ersten radialen Wandung22 der Diffusorpassage14 lösbar befestigt ist. - Wie insbesondere
2 zeigt, ist zwischen dem separaten schaufellosen Nachleitapparat 60 und der diesem axial gegenüberliegenden zweiten radialen Wandung24 der Diffusorpassage14 eine axiale lichte Weitea vorhanden. Dabei ist bevorzugt die axiale lichte Weitea zwischen dem separaten schaufellosen Nachleitapparat 60 und der diesem axial gegenüberliegenden zweiten radialen Wandung24 der Diffusorpassage14 bezogen auf die radiale Ersteckung der der Diffusorpassage 14 größtenteils konstant. Lediglich im Bereich des radial inneren Durchmessers des separaten schaufellosen Nachleitapparats60 divergiert dieser etwas von der axial gegenüberliegenden zweiten radialen Wandung24 der Diffusorpassage14 im Wesentlichen konisch weg. - Der separate schaufellose Nachleitapparat
60 ist als Ringscheibe ausgebildet, welche im Bereich ihres radial inneren Durchmessers ein mit der Triebwelle30 koaxiales und von der zweiten radialen Wandung24 der Diffusorpassage14 weg weisendes erstes Rohrstück32 umfasst, welches eine bestimmte axiale Erstreckung b aufweist. - Weiterhin liegt eine radial innere Umfangsfläche des ersten Rohrstücks
32 einem Abschnitt des Verdichtergehäuses10 radial gegenüber, wobei dieser Abschnitt insbesondere durch einen Abschnitt des Einsatzstücks13 gebildet wird und wobei insbesondere ein schmaler radialer, in2 nicht sichtbarer Spalt zwischen der radial inneren Umfangsfläche des ersten Rohrstücks32 und diesem Abschnitt des Einsatzstücks 13 vorhanden ist, welcher aber so schmal ist, dass er die Luftströmung durch die Diffusorpassage14 nicht beeinflusst. - Bevorzugt weist die Ringscheibe
60 ein zweites, von dem ersten Rohrstück32 abweichendes zweites Rohrstück34 auf, welches koaxial mit der Triebwelle30 ist, von der zweiten radialen Wandung24 der Diffusorpassage14 weg weist und welches die Ringscheibe60 an einer radial inneren Stufe36 der Verdichterspirale15 zentriert. Dabei weist insbesondere das zweite Rohrstück34 einen größeren Innendurchmesser als das erste Rohrstück32 auf. Das erste Rohrstück32 und das zweite Rohrstück34 sind beispielsweise einstückig mit der Ringscheibe60 ausgebildet. Weiterhin umschließen das erste Rohrstück32 und das zweite Rohrstück34 insbesondere die Triebwelle30 und das Verdichterlaufrad40 . - Weiterhin ist die axiale lichte Weite
a zwischen dem separaten schaufellosen Nachleitapparat in Form der Ringscheibe60 und der dieser axial gegenüberliegenden zweiten radialen Wandung24 der Diffusorpassage14 kleiner als die axiale Erstreckungb des ersten Rohrstücks34 . Dadurch wird verhindert, dass bei einem unbeabsichtigtem Lösen des separaten schaufellosen Nachleitapparats in Form der Ringscheibe60 von der ersten radialen Wandung32 beispielsweise infolge eines Bruchs der Schrauben(n) dieser mit dem Verdichterlaufrad40 in Kontakt treten kann und dadurch der Verdichter1 schwer beschädigt wird. - Die Erfindung kann in jeglicher Art von Verdichter
1 verwirklicht sein, ohne dass hierfür eine Kombination des Verdichters1 mit einer Turbine2 notwendig ist. - Bezugszeichenliste
-
- 1
- Verdichter
- 2
- Turbine
- 10
- Verdichtergehäuse
- 11
- Lufteinlass
- 12
- Luftauslass
- 13
- Einsatzstück
- 14
- Diffusorpassage
- 15
- Verdichterspirale
- 20
- Turbinengehäuse
- 21
- Turbinenlaufrad
- 22
- erste radiale Wandung
- 24
- zweite radiale Wandung
- 30
- Triebwelle
- 32
- erstes Rohrstück
- 34
- zweites Rohrstück
- 36
- radial innere Stufe
- 40
- Verdichterlaufrad
- 41
- Beschaufelung
- 60
- Nachleitapparat
- a
- axiale lichte Weite
- b
- axiale Erstreckung
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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- Zitierte Patentliteratur
-
- WO 2014/012725 A1 [0002]
Claims (11)
- Verdichter (1) für einen Turbolader, beinhaltend wenigstens Folgendes: a) Ein Verdichtergehäuse (10) mit einem Lufteinlass (11) zum Aufnehmen von in dem Verdichter (1) zu verdichtender Luft und mit einem Luftauslass (12) zum Auslassen von in dem Verdichter (1) verdichteter Luft, b) eine sich in axialer Richtung erstreckende Triebwelle (30), welche drehbar in dem Verdichtergehäuse (10) gelagert und über einen daran angreifenden Antrieb drehantreibbar ist, c) ein Verdichterlaufrad (40), das in dem Verdichtergehäuse (10) in Bezug auf einen Luftströmungspfad zwischen dem Lufteinlass (11) und dem Luftauslass (12) und auf der Triebwelle (30) angeordnet ist, d) eine sich radial erstreckende Diffusorpassage (14) in dem Verdichtergehäuse (10), welche eine erste radiale Wandung (22) und eine zweite radiale Wandung (24) aufweist, e) eine Verdichterspirale (15), welche sich als Luftpassage im Luftströmungspfad über die Diffusorpassage (14) an das Verdichterlaufrad (40) anschließt und in den Luftauslass (12) mündet, f) einen separaten schaufellosen Nachleitapparat, welcher in der radialen Diffusorpassage (14) angeordnet und an der ersten radialen Wandung (22) der Diffusorpassage (14) befestigt ist, wobei g) zwischen dem separaten schaufellosen Nachleitapparat und einer diesem axial gegenüberliegenden zweiten radialen Wandung (24) der Diffusorpassage (14) eine axiale lichte Weite (a) vorhanden ist, wobei h) der separate schaufellose Nachleitapparat als Ringscheibe (60) ausgebildet ist, welche im Bereich ihres radial inneren Durchmessers ein mit der Triebwelle (30) koaxiales und von der zweiten radialen Wandung (24) der Diffusorpassage (14) weg weisendes erstes Rohrstück (32) umfasst, welches eine bestimmte axiale Erstreckung (b) aufweist, i) eine radial innere Umfangsfläche des ersten Rohrstücks (32) einem Abschnitt (13) des Verdichtergehäuses (10) radial gegenüberliegt, wobei j) die axiale lichte Weite (a) kleiner als die axiale Erstreckung (b) des ersten Rohrstücks (32) ist.
- Verdichter nach
Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die erste radiale Wandung (22) der Diffusorpassage (14) einen Teil der Verdichterspirale (15) bildet. - Verdichter nach
Anspruch 2 , dadurch gekennzeichnet, dass die Ringscheibe (60) ein zweites, von dem ersten Rohrstück (32) abweichendes zweites Rohrstück (34) aufweist, welches koaxial mit der Triebwelle (30) ist, von der zweiten radialen Wandung (24) der Diffusorpassage (14) weg weist und welches die Ringscheibe (60) an einer Stufe (36) der Verdichterspirale (15) zentriert. - Verdichter nach
Anspruch 3 , dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Rohrstück (34) einen größeren Innendurchmesser als das erste Rohrstück (32) aufweist. - Verdichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens das erste Rohrstück (32) einstückig mit der Ringscheibe (60) ausgebildet ist.
- Verdichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein radial innerer Durchmesser des ersten Rohrstücks (32) einem Einsatzstück (13) radial gegenüberliegt, welches lufteinlassseitig in das Verdichtergehäuse (10) eingesetzt ist und das Verdichterlaufrad (40) wenigstens teilweise radial umschließt.
- Verdichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Verbindungselemente vorgesehen sind, durch welche die Ringscheibe (60) an der ersten radialen Wandung (22) der Diffusorpassage (14) lösbar befestigt ist.
- Verdichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale lichte Weite (a) zwischen der Ringscheibe (60) und der dieser axial gegenüberliegenden zweiten radialen Wandung (24) der Diffusorpassage (14) bezogen auf die radiale Ersteckung wenigstens größtenteils konstant ist.
- Turbolader mit einem Verdichter (1) gemäß einem der
Ansprüche 1 bis8 . - Turbolader nach
Anspruch 9 , gekennzeichnet durch eine Turbine (2), die ein Turbinengehäuse (20) und ein den Antrieb für die Triebwelle (30) bildendes Turbinenlaufrad (21) aufweist, das in dem Turbinengehäuse (20) auf der Triebwelle (30) angeordnet ist. - Turbolader nach
Anspruch 10 , dadurch gekennzeichnet, dass das Turbinengehäuse (20) mit dem Verdichtergehäuse (10) verbunden ist.
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