KOMPRESSORRAD ZUR KOMPRESSION EINES FLUIDEN MEDIUMS

Abstract

 Es werden ein Kompressorrad (112) zur Kompression eines fluiden Mediums, insbesondere für einen Verdichter (110), insbesondere für einen Abgasturbolader einer Brennkraftmaschine, sowie ein Verdichter (110) und ein Verfahren zur Herstellung eines Verdichters (110) vorgeschlagen. Das Kompressorrad (112) umfasst eine Mehrzahl von Schaufelelementen (128), insbesondere radial und/oder spiralförmig um eine Rotationsachse des Kompressorrads angeordnete Schaufelelemente (128), insbesondere Turbinenschaufeln. Das Kompressorrrad (112) umfasst weiterhin ein anströmseitig vor den Schaufelelementen (128) angeordnetes Anschlusselement (132), wobei das Anschlusselement (132) eine sich entlang der Rotationsachse (130) in Richtung der Schaufelelemente (128) zumindest abschnittsweise verjüngende Außenform (134) aufweist.

Beschreibung

Stand der Technik

[0001] Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Kompressorräder und Turbolader bekannt. So offenbart beispielsweise die DE 10 2016 222 789 A1 ein Laufrad für einen Abgasturbolader. Turbolader, insbesondere Abgasturbolader, werden insbesondere im Kraftfahrzeugbau dazu genutzt, die Luftfüllung in Zylindern einer Brennkraftmaschine zu erhöhen, um die Leistung der Brennkraftmaschine zu steigern. Häufig werden dazu Abgasturbolader eingesetzt, die vom Abgasstrom der Brennkraftmaschine angetrieben werden.

[0002] Darüber hinaus ist es bekannt, wie beispielsweise in DE 10 2016 222 928 A1 und DE 10 2017 207 532 A1 beschrieben, einen Turbolader elektromotorisch zu unterstützen. So kann unabhängig von einem Abgasstrom der Brennkraftmaschine angesaugte Frischluft verdichtet und der Brennkraftmaschine mit erhöhtem Ladedruck zugeführt werden. Hierdurch kann beispielsweise der ansonsten zeitlich verzögerte Ladedruckaufbau maßgeblich beschleunigt werden.

[0003] Trotz der Vorteile der aus dem Stand der Technik bekannten Kompressorräder bewirkten Vorteile beinhalten diese noch Verbesserungspotenzial. So ist eine Herausforderung, den Wirkungsgrad des Verdichters zu erhöhen, um die Effizienz des Turboladers zu steigern und eine Verbesserung des Wirkungsgrads des Gesamtsystems zu erzielen.

Offenbarung der Erfindung

[0004] Es wird daher ein Kompressorrad vorgeschlagen, das die Nachteile bekannter Kompressorräder zumindest weitgehend vermeidet und das insbesondere eingerichtet ist, den Wirkungsgrad des Verdichters zu erhöhen, um die Effizienz des Turboladers zu steigern und eine Verbesserung des Wirkungsgrads des Gesamtsystems zu erzielen.

[0005] Ein erfindungsgemäßes Kompressorrad zur Kompression eines fluiden Mediums, insbesondere für einen Verdichter, insbesondere für einen Abgasturbolader einer Brennkraftmaschine, umfasst eine Mehrzahl von Schaufelelementen. Beispielsweise umfasst das Kompressorrad mindestens zwei Schaufelelemente. Vorzugsweise umfasst das Kompressorrad sechs Schaufelelemente. Die Schaufelelemente, beispielsweise Turbinenschaufeln, sind insbesondere radial und/oder spiralförmig um eine Rotationsachse des Kompressorrads angeordnet.

[0006] Das Kompressorrad umfasst weiterhin ein anströmseitig vor den Schaufelelementen angeordnetes Anschlusselement, wobei das Anschlusselement eine sich entlang der Rotationsachse in Richtung der Schaufelelemente zumindest abschnittsweise verjüngende Außenform aufweist.

[0007] Unter einem "Kompressorrad" ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich ein beliebiges Element zu verstehen, welches eingerichtet ist, um durch eine Rotationsbewegung ein fluides Medium zu verdichten. So kann das Kompressorrad beispielsweise als Laufrad und/oder Verdichterrad ausgestaltet sein. Insbesondere kann das Kompressorrad als Radialverdichterrad ausgestaltet sein. Das Kompressorrad kann derart ausgestaltet sein, um eine Rotation um die Rotationsachse auszuführen und auf diese Weise das fluide Medium, beispielsweise Luft, zu verdichten, insbesondere zu komprimieren. Beispielsweise kann das Kompressorrad eine Form und/oder eine Geometrie aufweisen, durch welche bei einer Rotation des Kompressorrads, insbesondere um die Rotationsachse des Kompressorrads, eine Kompression des fluiden Mediums bedingt wird. Beispielsweise kann dem fluiden Medium, insbesondere einem strömenden Fluid, mittels des Kompressorrads Energie zugesetzt werden. Das Kompressorrad kann eingerichtet sein, um dem fluiden Medium durch die Rotation des Kompressorrads nach den Gesetzen der Strömungsmechanik Energie zuzusetzen.

[0008] Unter einer "Rotationsachse des Kompressorrads" ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich eine beliebige Achse, insbesondere Drehachse, zu verstehen, um die das Kompressorrad dreht. Die Rotationsachse des Kompressorrads kann insbesondere einer Geraden durch das Kompressorrad entsprechen. Die Rotationsachse des Kompressorrads kann beispielsweise eine Gerade durch einen Schwerpunkt, insbesondere durch einen Massenschwerpunkt, des Kompressorrads sein.

[0009] Unter einem "fluiden Medium" ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich eine beliebige Flüssigkeit und/oder ein beliebiges Gas zu verstehen. Das fluide Medium kann Luft sein, insbesondere das Gasgemisch der Erdatmosphäre, und kann beispielsweise Sauerstoff aufweisen. Insbesondere kann das fluide Medium durch eine Drehung des Kompressorrads angesaugt werden. Das fluide Medium kann beispielsweise mittels der Drehung des Kompressorrads in Strömung versetzt werden. Insbesondere kann das fluide Medium durch die Drehung des Kompressorrads in einer Strömungsrichtung strömen. Beispielsweise kann das fluide Medium in Strömungsrichtung dem Kompressorrad zugeführt werden. Die Strömungsrichtung des fluiden Mediums kann beispielsweise im Wesentlichen parallel zu der Rotationsachse verlaufen.

[0010] Unter dem Begriff "Schaufelelemente" sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich Schaufelblätter und/oder Splitblades eines Kompressorrads zu verstehen. Beispielsweise kann das Kompressorrad alternierend angeordnete Schaufelblätter und Splitblades aufweisen. So kann eine Anzahl von Schaufelblättern einer Anzahl von Splitblades entsprechen. Das Kompressorrad kann eine Mehrzahl von Schaufelelementen aufweisen, wobei unter einer "Mehrzahl von Schaufelementen" im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich mindestens zwei gleichmäßig über einen Umfang des Kompressorrads verteilte Schaufelelemente verstanden werden. So kann das Kompressorrad beispielsweise mindestens vier Schaufelelemente aufweisen. Das Kompressorrad kann zum Beispiel mindestens sechs Schaufelelemente umfassen. Insbesondere kann das Kompressorrad mindestens acht Schaufelelemente, insbesondere mindestens vier Schaufelblätter und mindestens vier Splitblades, aufweisen. Vorzugsweise kann das Kompressorrad mindestens zwölf Schaufelelemente, beispielsweise mindestens sechs Schaufelblätter und mindestens sechs Splitblades, aufweisen.

[0011] Unter einem "Anschlusselement" ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich ein beliebiges Element des Kompressorrads zu verstehen, welches anströmseitig vor den Schaufelelementen des Kompressorrads angeordnet ist. Das Anschlusselement kann beispielsweise entlang der Rotationsachse unmittelbar vor den Schaufelelementen des Kompressorrads angeordnet sein. Insbesondere kann das Anschlusselement die Strömung des fluiden Mediums hin zu den Schaufelelementen beeinflussen. So kann das Anschlusselement beispielsweise eine Außenform mit sich abschnittsweise verändernder Geometrie aufweisen. Der Begriff "anströmseitig" ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich als diejenige Seite eines beliebigen Elements zu verstehen, welche zuerst von dem fluiden Medium über- und/oder umströmt wird. So kann das fluide Medium beispielsweise das anströmseitig vor den Schaufelelementen angeordnete Anschlusselement zuerst umströmen, bevor das fluide Medium die Schaufelelemente umströmen kann.

[0012] Unter einer "Außenform des Anschlusselements" ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich eine Geometrie oder Form einer Haut oder Oberfläche des Anschlusselements zu verstehen. Insbesondere kann die Außenform sich entlang der Rotationsache in Richtung der Schaufelelemente zumindest abschnittsweise verjüngen. So kann die Außenform beispielsweise an mindestens einer Stelle oder an mindestens einem Abschnitt entlang der Rotationsachse in Richtung der Schaufelelemente eine kontinuierliche Verjüngung aufweisen. Beispielsweise kann sich die Außenform entlang der Rotationsachse stetig verengen oder sich zur Rotationsachse hin zusammenziehen.

[0013] Die Außenform kann beispielsweise in Richtung der Schaufelelemente entlang der Rotationsachse tailliert geformt sein, insbesondere eine Verengung aufweisen. So kann sich die Außenform beispielsweise hin zu einer Taillenlinie verjüngen oder verengen. Insbesondere kann sich die Außenform beispielsweise bis hin zu einer Taillenlinie verjüngen und sich nach Überschreiten der Taillenlinie weiten oder vergrößern. Insbesondere kann die Außenform beispielsweise mindestens zwei durch die Taillenlinie getrennte Abschnitte aufweisen. Die Außenform des Anschlusselements kann mindestens zwei Abschnitte aufweisen, wobei insbesondere ein sich verjüngender Abschnitt der Außenform beispielsweise in einen sich weitenden oder vergrößernden Abschnitt übergehen kann. Beispielsweise kann sich der sich weitende Abschnitt der Außenform an den sich verjüngenden Abschnitt der Außenform anschließen, beispielsweise ähnlich einer Sanduhr.

[0014] Das Anschlusselement kann rotationssymmetrisch ausgestaltet sein. Insbesondere kann das Anschlusselement rotationssymmetrisch bezüglich der Rotationsachse des Kompressorrads ausgestaltet sein.

[0015] Das Anschlusselement kann beispielsweise auch eine zumindest teilweise nicht rotationssymmetrische Form oder Geometrie aufweisen, insbesondere zumindest teilweise nicht rotationssymmetrisch ausgestaltet sein. Beispielsweise kann mindestens ein Teil der Schaufelelemente des Kompressorrads, insbesondere Ausläufe der Schaufelelemente, beispielsweise der Geometrie der Schaufelelemente, beispielsweise Ausläufe einer Schaufelelementgeometrie, in einen Anschlusselementbereich hineinragen. So kann eine Geometrie der Schaufelelemente beispielsweise teilweise in der Geometrie des Anschlusselements fortgeführt werden.

[0016] Die Schaufelelemente können beispielsweise radial bezüglich der Rotationsachse des Kompressorrads um ein Funktionselement angeordnet sein. Die Schaufelelemente und das Funktionselement können beispielsweise auch einstückig ausgeführt sein.

[0017] Das Funktionselement kann beispielsweise einen Radrücken umfassen. So kann das Funktionselement insbesondere einen das Kompressorrad in axiale Richtung abschließenden tellerförmigen Bereich aufweisen. Beispielsweise kann das Funktionselement derart ausgestaltet sein, um das fluide Medium, insbesondere das dem Kompressorrad zuströmende Fluid, radial nach außen abzulenken.

[0018] Das Kompressorrad kann mindestens eine Bohrung entlang der Rotationsachse des Kompressorrads aufweisen. Insbesondere kann die Bohrung das Anschlusselement und das Funktionselement durchdringen.

[0019] Ein Durchmesser der Bohrung entlang der Rotationsache kann beispielsweise variieren. Insbesondere kann der Durchmesser der Bohrung in Richtung der Rotationsachse mindestens zwei unterschiedliche Durchmesser aufweisen. So kann die Bohrung beispielsweise mindestens zwei Abschnitte aufweisen, wobei die Abschnitte voneinander verschiedene Durchmesser aufweisen können. Beispielsweise kann die Bohrung innerhalb des Anschlusselements ganz oder teilweise einen größeren Durchmesser aufweisen, als die Bohrung innerhalb des Funktionselements.

[0020] Die Außenform des Anschlusselements kann derart ausgestaltet sein, dass ein Übergang von dem Anschlusselement zu dem Funktionselement stetig ist. Insbesondere kann die Außenform des Anschlusselements stetig oder kontinuierlich in eine Außenform des Funktionselements überführen oder übergehen. Beispielsweise kann der Übergang von dem Anschlusselement zu dem Funktionselement glatt, insbesondere ohne Knick, ausgeführt sein.

[0021] Das Anschlusselement und das Funktionselement können beispielsweise einstückig ausgeführt sein. So können das Anschlusselement und das Funktionselement beispielsweise aus demselben Rohling oder Halbzeug gefertigt sein. Beispielsweise können das Anschlusselement und das Funktionselement gemeinsam aus einem Rohling gefertigt, z.B. gefräst, sein. Insbesondere können das Anschlusselement und das Funktionselement beispielsweise 3D gefräst sein, z.B. durch eine 3D-Fräsbearbeitung gefertigt werden.

[0022] Beispielsweise kann die Außenform des Funktionselements in die Außenform des Anschlusselements übergehen. Insbesondere kann die Außenform des Funktionselements, beispielsweise eine Grundkontur ohne Schaufelbereich, in der Außenform des Anschlusselements weitergeführt sein. So kann beispielsweise an dem Kompressorrad bis über einen Bereich der axialen Befestigung hinaus ein steter Verlauf einer Außenform, beispielsweise einer inneren Luftführenden Geometrie, erreicht werden.

[0023] Das Anschlusselement kann einen anströmseitig angeordneten Kragen umfassen. Insbesondere kann das Anschlusselement anströmseitig eine Form oder Geometrie umfassen, welche eine Kragenform aufweist, beispielsweise eine kragenförmige Öffnung.

[0024] Der Kragen kann beispielsweise eine kreisringförmige Stirnseite aufweisen. Die Stirnseite des Kragens kann beispielsweise eine der Strömungsrichtung des fluiden Mediums entgegen gerichtete kreisringförmige Stirnfläche, beispielsweise eine im Wesentlichen orthogonal zur Strömungsrichtung ausgerichtete Stirnfläche, sein. Die Stirnseite des Kragens kann beispielsweise spitz zulaufen, so dass die kreisringförmige Stirnseite des Kragens einen der Strömungsrichtung des fluiden Mediums entgegen gerichteten kreisringförmigen Rand aufweist.

[0025] In einem weiteren Aspekt wird ein Verdichter, insbesondere für einen Abgasturbolader, vorgeschlagen. Der Verdichter umfasst ein Gehäuse und eine in dem Gehäuse drehbar gelagerte Welle, auf welcher zumindest ein Kompressorrad drehfest angeordnet ist. Das Gehäuse kann insbesondere ein Strömungsgehäuse umfassen, welches das fluide Medium leitet oder führt, insbesondere eine Strömungsrichtung des fluiden Mediums vorgibt. Bei dem Kompressorrad handelt es sich insbesondere um ein Kompressorrad wie bereits oben beschrieben oder wie unten noch näher erläutert, so dass bezüglich der Definitionen auf die Offenbarung des Kompressorrads verwiesen wird.

[0026] Unter einem "Verdichter" ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich eine beliebige Vorrichtung zu verstehen, welche eingerichtet ist, um dem fluiden Medium mechanische Arbeit zuzuführen, insbesondere um durch mechanische Arbeit eine Dichte des fluiden Mediums zu erhöhen. Der Verdichter kann insbesondere eingerichtet sein, um dem Kompressorrad das fluide Medium zuzuführen. So kann der Verdichter derart ausgebildet sein, dass das fluide Medium im Wesentlichen axial, insbesondere in Richtung der Rotationsachse des Kompressorrads, zu dem Kompressorrad strömt. Das Kompressorrad kann derart ausgebildet sein, dass das im Wesentlichen axial zu dem Kompressorrad strömende Fluid durch das Kompressorrad zunächst in Richtung der Rotationsachse, insbesondere nach innen, und anschließend radial, d.h. nach außen, abgelenkt wird. Insbesondere kann das Fluid beispielsweise durch die nach außen abgelenkte Strömungsrichtung verdichtet oder komprimiert werden.

[0027] Unter "drehfest verbunden" ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich eine beliebige Verbindung mindestens zweier Elemente zu verstehen, die dazu führt, dass beide Elemente um mindestens eine Achse ausschließlich gemeinsame Drehungen ausführen können. So ist das drehfest auf der Welle angeordnete Kompressorrad beispielsweise derart mit der Welle verbunden, dass eine Rotation der Welle eine Rotation des Kompressorrads bewirkt und umgekehrt. Insbesondere können das auf der Welle drehfest angeordnete Kompressorrad und die Welle beispielsweise nur eine gemeinsame Drehung ausführen.

[0028] Das Kompressorrad kann beispielsweise mittels einer Welle-Nabe-Verbindung drehfest auf der Welle angebracht, insbesondere montiert, sein. Insbesondere kann das Kompressorrad beispielsweise als Nabe ausgeführt sein.

[0029] Das Kompressorrad und die Welle können beispielsweise einstückig ausgeführt sein. Insbesondere kann das Kompressorrad auch derart drehfest auf der Welle angeordnet sein, indem das Kompressorrad und die Welle einstückig ausgebildet sind.

[0030] Der Verdichter kann beispielsweise weiterhin eine elektrische Antriebsmaschine aufweisen, wobei die elektrische Antriebsmaschine mindestens einen Rotor und einen Stator umfassen kann, wobei der Rotor drehfest mit der Welle verbunden sein kann. Beispielsweise können der Rotor, die Welle und das Kompressorrad gemeinsam um die Rotationsachse des Kompressorrads drehbar sein.

[0031] Insbesondere kann die elektrische Antriebsmaschine anströmseitig vor dem Kompressorrad angeordnet sein.

[0032] Der Stator, insbesondere der Stator der Antriebsmaschine, kann ein Statorgehäuse umfassen. Beispielsweise kann der Rotor innerhalb des Statorgehäuse angeordnet sein. So kann das Statorgehäuse den Rotor beispielsweise kreisringförmig umschließen.

[0033] Das Statorgehäuse kann abströmseitig, insbesondere in Richtung des Kompressorrads, eine Öffnung aufweisen, wobei ein Durchmesser der Öffnung mindestens einem Außendurchmesser des Rotors entsprechen kann.

[0034] Insbesondere kann das Statorgehäuse einen kreisringförmigen Rand aufweisen. Beispielsweise kann die abströmseitig angeordnete Öffnung des Statorgehäuses derart ausgeformt sein, dass das Statorgehäuse den kreisringförmigen Rand bildet.

[0035] Das Statorgehäuse kann zylindrisch ausgestaltet sein. So kann beispielsweise eine Außenform des Stators zylindrisch ausgestaltet sein, insbesondere einen konstanten Radius aufweisen.

[0036] Ein Durchmesser eines Kragens des Kompressorrads, insbesondere ein Anbindungsdurchmesser, kann beispielsweise einem Durchmesser des Statorgehäuses, insbesondere einem Durchmesser des kreisringförmigen Randes, entsprechen. Dabei können beispielsweise Toleranzen und/oder ein Positionierungsspiel in der Wahl der Durchmesser berücksichtigt werden.

[0037] In einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zur Herstellung eines Verdichters vorgeschlagen. Bei dem Verdichter handelt es sich insbesondere um einen Verdichter wie bereits oben beschrieben oder wie unten noch näher erläutert, so dass bezüglich der Definitionen auf die Offenbarung des Verdichters verwiesen wird. Das Verfahren zur Herstellung eines Verdichters umfasst die folgenden Schritte:

a) Bereitstellen eines Rotors, einer Welle, eines Kompressorrads, eines Strömungsgehäuses und eines Stators, wobei der Stator ein Statorgehäuse umfasst;

b) Montieren des Kompressorrads und des Rotors auf der Welle; und

c) Einführen des Rotors in das Statorgehäuse.

[0038] Bei dem in Schritt a) bereitgestellten Strömungsgehäuse handelt es sich beispielsweise um eine beliebige Fluidführung, insbesondere Luftführung, welche dazu eingerichtet ist das fluide Medium zu dem Kompressorrad zu führen. Das Strömungsgehäuse, z.B. die Luftführung, kann beispielsweise rohrförmig ausgestaltet sein.

[0039] Beispielsweise können die Schritte des Verfahrens zur Herstellung eines Verdichters in der angegebenen Reihenfolge ausgeführt werden. So kann beispielsweise das Einführen des Rotors in das Statorgehäuse in Schritt c) in einem Zustand erfolgen in dem der Rotor bereits auf der Welle montiert ist.

Vorteile der Erfindung

[0040] Das erfindungsgemäße Kompressorrad und der vorgeschlagene Verdichter sowie das Verfahren zur Herstellung eines Verdichters weisen im Vergleich zu aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen und Verfahren zahlreiche Vorteile auf. Beispielsweise kann ein Wirkungsgrad der vorgeschlagenen Vorrichtungen höher sein im Vergleich zu herkömmlichen Vorrichtungen. Insbesondere kann durch die sich verjüngende Außenform, z.B. die sich verjüngende Geometrie, hilfreich sein, um einen Luftmassenstrom mit niedrigeren, insbesondere möglichst wenigen, Verlusten in dem Kompressorrad zu leiten, insbesondere hinzuleiten. So kann durch die sich verjüngende Außenform des Anschlusselements beispielsweise eine Integration eines Anschmiegebereichs in die Gestalt des Kompressorrads ermöglicht werden, wodurch insbesondere ein strömungsgünstiger Gesamtverlauf realisiert werden kann. Dies kann insbesondere zu einem verbesserten Wirkungsgrad im Vergleich zu aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen und Verfahren führen.

[0041] Insbesondere können beispielsweise Verwirbelungen und Totbereiche in dem Strömungsgehäuse, z.B. in der Luftführung, reduziert werden und die Aerodynamik über den elektrischen Antrieb zum Abgasturbolader positiv beeinflusst werden. So kann durch einen sanften Übergang, z.B. von dem Stator zu dem Kompressorrad, im Vergleich zu bekannten Vorrichtungen eine Verbesserung der Aerodynamik und eine Reduzierung von Verwirbelungen und Totbereichen in der Strömung des Fluids bewirkt werden.

[0042] Beispielsweise kann die Außenform des Funktionselements in die Außenform des Anschlusselements übergehen. Insbesondere kann die Außenform des Funktionselements, beispielsweise eine Grundkontur ohne Schaufelbereich, in der Außenform des Anschlusselements weitergeführt sein. So kann beispielsweise an dem Kompressorrad bis über einen Bereich der axialen Befestigung hinaus ein steter Verlauf der Außenform, beispielsweise einer inneren Luftführenden Geometrie, erreicht werden. Dies kann insbesondere zu einer Verringerung potentieller Verwirbelungen und damit zu einem im Vergleich zu bekannten Vorrichtungen verbesserten aerodynamischen Verhalten, insbesondere einem verbesserten Wirkungsgrad, des Verdichters und somit beispielsweise auch des Turboladers mit elektrischer Unterstützung führen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

[0043] Weitere optionale Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele, welche in den Figuren schematisch dargestellt sind.

[0044] Es zeigen

Figur 1

eine Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels eines Verdichters mit einem Kompressorrad;

Figur 2

eine Schnittansicht eines Ausschnitts aus einem Ausführungsbeispiel eines Verdichters mit einem Kompressorrad;

Figur 3

eine Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels eines Kompressorrads;

Figur 4

eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines Kompressorrads; und

Figur 5

ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zur Herstellung eines Verdichters.

Ausführungsformen der Erfindung

[0045] Figur 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Verdichters 110, insbesondere eines Abgasturboladers einer Brennkraftmaschine, mit einem Kompressorrad 112 in einer Seitenansicht. Der Verdichter 110 umfasst ein Gehäuse 114, beispielsweise ein Strömungsgehäuse, und eine in dem Gehäuse 114 drehbar gelagerte Welle 116, wobei die drehbare Lagerung in Figur 1 nicht dargestellt ist. Auf der Welle 116 ist zumindest das Kompressorrad 112 drehfest angeordnet.

[0046] In Figur 2 ist eine Schnittansicht eines Ausschnitts aus einem Ausführungsbeispiel eines Verdichters 110 mit einem Kompressorrad 112 dargestellt. Eine beispielhafte Strömungsrichtung eines fluiden Mediums ist in Figur 2 durch Pfeile gekennzeichnet. Der Verdichter 110 kann eine anströmseitig vor dem Kompressorrad 112 angeordnete elektrische Antriebsmaschine 118 mit einem Rotor 120 und einem Stator 122 aufweisen. Der Rotor 120 kann drehfest mit der Welle 116 verbunden sein. Der Stator 122 kann ein Statorgehäuse 124 aufweisen, wobei der Rotor 120 innerhalb des Statorgehäuses 124 angeordnet sein kann. Das Statorgehäuse 124 kann abströmseitig eine Öffnung 126 aufweisen, wobei ein Durchmesser der Öffnung 126 mindestens einem Außendurchmesser des Rotors 120 entsprechen kann. Insbesondere kann das Statorgehäuse 124 abströmseitig zylindrisch ausgestaltet sein.

[0047] Figur 3 zeigt eine Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels eines Kompressorrads 112 zur Kompression eines fluiden Mediums. Das Kompressorrad 112 umfasst eine Mehrzahl von Schaufelelementen 128, insbesondere Turbinenschaufeln. Die Schaufelelemente 128 können beispielsweise, wie in Figur 4 gezeigt, radial und spiralförmig um eine Rotationsachse 130 des Kompressorrads 112 angeordnet sein.

[0048] Das Kompressorrad 112 umfasst weiterhin ein anströmseitig vor den Schaufelelementen 128 angeordnetes Anschlusselement 132. Das Anschlusselement 132 weist eine sich entlang der Rotationsachse 130 in Richtung der Schaufelelemente 128 zumindest abschnittsweise verjüngende Außenform 134 auf. Das Anschlusselement 132 kann insbesondere rotationssymmetrisch ausgestaltet sein.

[0049] Die Schaufelelemente 128 können radial bezüglich der Rotationsachse 130 des Kompressorrads 112 um ein Funktionselement 136 angeordnet sein. Das Funktionselement 136 kann beispielsweise einen Radrücken 138 umfassen.

[0050] Das Kompressorrad 112 kann mindestens eine Bohrung 140 entlang der Rotationsachse 130 aufweisen. Die Bohrung 140 kann, wie in Figur 3 gezeigt, das Anschlusselement 132 und das Funktionselement 136 durchdringen, wobei der Durchmesser der Bohrung 140 entlang der Rotationsachse 130 variieren kann. Beispielsweise kann der Durchmesser der Bohrung 140 innerhalb des Anschlusselements 132 größer sein als innerhalb des Funktionselements 136.

[0051] Die Außenform 134 des Anschlusselements 132 kann beispielsweise derart ausgestaltet sein, dass ein Übergang 142 von dem Anschlusselement 132 zu dem Funktionselement 136 stetig ist. Beispielsweise können das Anschlusselement 132 und das Funktionselement 136 einstückig ausgeführt sein, wie in der in Figur 4 illustrierten perspektivischen Ansicht eines Ausführungsbeispiels des Kompressorrads 112 dargestellt. Insbesondere kann das Anschlusselement 132 einen anströmseitig angeordneten Kragen 144 umfassen. Der Kragen 144 kann beispielsweise eine kreisförmige Stirnseite 146 aufweisen.

[0052] Insbesondere kann der Kragen 144, wie beispielsweise in Figur 2 dargestellt, derart dimensioniert sein, dass die kreisförmige Stirnseite 146 des Kragens 144 und das Statorgehäuse 124, insbesondere das abströmseitig zylindrisch ausgestaltete Statorgehäuse 124, aufeinander abgestimmt sind. Beispielsweise kann ein Außendurchmesser des Kragens 144 an der Stirnseite 146 einem Außendurchmesser des Statorgehäuses 124 entsprechen.

[0053] Die sich zumindest abschnittsweise verjüngende Außenform 134 des Anschlusselements 132 kann sich beispielsweise hin zu mindestens einer Taillenlinie 148 verjüngen. Insbesondere kann sich die Außenform zum Beispiel bis zu einem minimalen Durchmesser um die Rotationsachse 130 des Kompressorrads 112 verengen. Die Taillenlinie 148 kann dabei beispielsweise um die Rotationsachse 130 auf Höhe des Anschlusselements 132 angeordnet sein, wie beispielsweise in Figur 1 gezeigt. Alternativ oder zusätzlich kann die Taillenlinie 148 auch auf Höhe des Funktionselements 136 angeordnet sein, wie beispielsweise durch die gestrichelte Linie in Figur 2 illustriert.

[0054] Figur 5 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zur Herstellung eines Verdichters 110. Das Verfahren umfasst einen Schritt a) (gekennzeichnet durch Bezugszeichen 150) umfassend ein Bereitstellen eines Rotors 120, einer Welle116, eines Kompressorrads 112, ein Strömungsgehäuse 114 mit Stator 122 umfassend ein Statorgehäuse 124. Weiterhin umfasst das Verfahren einen Schritt b) (gekennzeichnet durch Bezugszeichen 152) umfassend ein Montieren des Kompressorrads 112 und des Rotors 120 auf der Welle 116. Zudem umfasst das Verfahren einen Schritt c) (gekennzeichnet durch Bezugszeichen 154) umfassend ein Einführen des Rotors 120 in das Statorgehäuse 124. Beispielsweise kann der Rotor 120 bei einem Durchführen von Schritt c) bereits auf der Welle 116 montiert sein.

Ansprüche

1. Kompressorrad (112) zur Kompression eines fluiden Mediums, umfassend eine Mehrzahl von Schaufelelementen (128),
dadurch gekennzeichnet, dass
das Kompressorrad (112) weiterhin ein anströmseitig vor den Schaufelelementen (128) angeordnetes Anschlusselement (132) umfasst, wobei das Anschlusselement (132) eine sich entlang der Rotationsachse (130) in Richtung der Schaufelelemente (128) zumindest abschnittsweise verjüngende Außenform (134) aufweist.

2. Kompressorrad (112) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei das Anschlusselement (132) rotationssymmetrisch ausgestaltet ist.

3. Kompressorrad (112) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schaufelelemente (128) radial bezüglich der Rotationsachse (130) des Kompressorrads (112) um ein Funktionselement (136) angeordnet sind.

4. Kompressorrad (112) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei das Kompressorrad (112) mindestens eine Bohrung (140) entlang der Rotationsachse (130) des Kompressorrads (112) aufweist, wobei die Bohrung (140) das Anschlusselement (132) und das Funktionselement (136) durchdringt.

5. Kompressorrad (112) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei ein Durchmesser der Bohrung (140) entlang der Rotationsachse (130) variiert, wobei der Durchmesser der Bohrung (140) innerhalb des Anschlusselements (132) größer ist als innerhalb des Funktionselements (136).

6. Kompressorrad (112) nach einem der drei vorhergehenden Ansprüche, wobei die Außenform (134) des Anschlusselements (132) derart ausgestaltet ist, dass ein Übergang (142) von dem Anschlusselement (132) zu dem Funktionselement (136) stetig ist.

7. Kompressorrad (112) nach einem der vier vorhergehenden Ansprüche, wobei das Anschlusselement (132) und das Funktionselement (136) einstückig ausgeführt sind.

8. Kompressorrad (112) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Anschlusselement (132) einen anströmseitig angeordneten Kragen (144) umfasst.

9. Kompressorrad (112) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der Kragen (144) eine kreisringförmige Stirnseite (146) aufweist.

10. Verdichter (110) umfassend ein Gehäuse (114) und eine in dem Gehäuse (114) drehbar gelagerte Welle (116), auf welcher zumindest ein Kompressorrad (112) nach einem der vorhergehenden Ansprüche drehfest angeordnet ist.

11. Verdichter (110) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der Verdichter (110) weiterhin eine anströmseitig vor dem Kompressorrad (112) angeordnete elektrische Antriebsmaschine (118) aufweist, wobei die elektrische Antriebsmaschine (118) mindestens einen Rotor (120) und einen Stator (122) aufweist, wobei der Rotor (120) drehfest mit der Welle (116) verbunden ist.

12. Verdichter (110) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der Stator (122) ein Statorgehäuse (124) umfasst, wobei der Rotor (120) innerhalb des Statorgehäuses (124) angeordnet ist.

13. Verdichter (110) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei das Statorgehäuse (124) abströmseitig eine Öffnung (126) aufweist, wobei ein Durchmesser der Öffnung (126) mindestens einem Außendurchmesser des Rotors (120) entspricht.

14. Verfahren zur Herstellung eines Verdichters (110) nach einem der vorhergehenden einen Verdichter (110) betreffenden Ansprüche, umfassend die folgenden Schritte:

a) Bereitstellen eines Rotors (120), einer Welle (116), eines Kompressorrads (112) nach einem der vorhergehenden ein Kompressorrad (112) betreffenden Ansprüche, ein Strömungsgehäuse (114) mit Stator (122) umfassend ein Statorgehäuse (124);

b) Montieren des Kompressorrads (112) und des Rotors (120) auf der Welle (116); und

c) Einführen des Rotors (120) in das Statorgehäuse (124).

Zeichnung