用于增压装置的压气机的插入件、压气机和增压装置的制作方法

本实用新型涉及一种用于增压装置的压气机的插入件、一种对应的压气机以及一种带有对应的压气机的增压装置。

背景技术：

越来越多的新生代交通工具配备有增压装置。为了达到要求目标和法定条件，在整个驱动系中在不断改进并且不仅优化单独部件，也优化整个系统的可靠性和效率。

例如已知了排气涡轮增压器，其中，带有涡轮的涡轮机被燃烧发动机的排气流驱动。带有与涡轮安装在同一轴上的压气机转子的压气机压缩为了发动机所吸入的新鲜空气。由此，赋予发动机以供燃烧的空气量或氧气量提高，这进而导致燃烧发动机功率提升。

压气机也可以在电力辅助的排气涡轮增压器中或与排气涡轮增压器解耦地例如被用在机械驱动的或电力驱动的压气机中或例如与用于燃料电池发动机的空气供应装置结合使用。

已知的压气机包括压气机壳体，其中设置有压气机转子。新鲜空气通过压气机入口被吸入，被压气机转子加速且以螺旋形式离开压气机。在已知的压气机中，对与压气机转子对置的压气机壳体内侧进行机加工，以使压气机转子与压气机壳体之间的间隙保持尽量小。这种加工一方面耗费时间和成本，并且另一方面由于必然的误差而并非总是产生让人满意的结果，这不利地影响到压气机的效率和运行性能。

因此，本实用新型的目的是提供用于获得更高效且容易制造的、具有改善的运行性能的压气机的手段。

技术实现要素：

本实用新型涉及一种根据本实用新型所述的用于压气机的插入件、一种根据本实用新型所述的压气机和一种根据本实用新型所述的增压装置。

一种用于增压装置的压气机的插入件，其中，该插入件被设计成用于在该压气机壳体内安装在压气机转子的区域中，以便在轴向上至少部分地且在径向外侧环绕地包围该压气机转子，该插入件具有多个材料层，并且在安装好的状态下包围该压气机转子的区域中，该插入件的形状匹配于由该压气机转子的叶片的外边缘描绘出的轮廓。

根据本实用新型的用于增压装置的压气机的插入件被设计成用于在压气机壳体中安装在压气机转子的区域中，以便在轴向上至少部分地且在径向外侧环绕地包围该压气机转子。该插入件具有多个材料层，并且在安装好的状态下包围该压气机转子的区域中，该插入件的形状匹配于由该压气机转子的叶片的外边缘描绘出的轮廓。在已知的压气机壳体中，包围压气机转子的壁的轮廓被机加工，以实现在压气机转子与压气机壳体之间的尽量小的间隙。这种加工是耗费时间和成本的。现在，该轮廓由该插入件来限定，该插入件可以比单独构件更成本有效地制造且随后可以被插入压气机壳体中。由于该插入件决定了在此区域中的轮廓，所以在压气机壳体内还可以提供凹槽，该凹槽可以直接地铸造到压气机壳体中。由此可以节省大量材料(压气机壳体的材料)，该材料通常存在于轮廓与涡壳(Volute)之间。通过提供这样的凹槽，得到了另一个优点：可以通过简单方式制造不同的插入件，这些插入件被设计成用于不同的压气机转子(例如关于压气机转子的尺寸和/或叶片的设计而言)并且由于在凹槽区域中有足够空间而能够与相同的压气机壳体组合。即，相同的压气机壳体可以被用于不同的压气机转子以及由于用于不同的应用。这种可能性带来了显著的制造成本优势。

在构型中，该插入件的径向靠内的外表面由一个材料层限定，该材料层的材料比该压气机转子的这些叶片的材料更软。由于该径向靠内的外表面由比叶片材料更软的材料构成，所以压气机转子损伤的危险被消除或减小，在常见的压气机中这些损伤可能在压气机运行中因压气机转子叶片接触压气机壳体的对置的壁而产生。如果在压气机转子与插入件之间产生接触，则可以从压气机转子去除该插入件的与压气机转子叶片相比更软的靠内的外表面的最少部分。由此可以延长整个压气机的使用寿命。此外，插入件的准确匹配可能性以及接触时的较低损伤风险容许几乎完全消除压气机转子(或压气机转子叶片)与插入件之间的间隙并且理论上减小至零。所减小或消除的间隙进而提升了压气机的运行性能(更均匀的功率和更少的泵)和效率。可以提供至少一个非金属材料层。尤其，该插入件的该径向靠内的外表面由非金属材料层限定。该插入件包括至少一个非金属材料层。尤其，这些非金属材料层可以包括不同的非金属材料。

在可以与所有迄今为止所述的构型组合的构型中，该插入件包括至少一个金属材料层。尤其，该插入件的径向靠外的外表面由金属材料层限定。金属材料层给插入件提供所需的刚性和形状稳定性。由此可以防止插入件的振动和振荡。此外，提高的刚性简化了插入件在压气机壳体中的安装。替代性地，针对这个层也可以采用对应稳定的、具有所需刚性的其他材料(例如塑料)。

在可以与所有迄今为止所述的构型组合的构型中，该插入件具有柱形区域，该柱形区域在安装好的状态下邻接该压气机壳体的柱形内壁。沿径向向外的方向延伸的区域邻接该柱形区域，沿径向向外的方向延伸的该区域匹配于由压气机转子的这些叶片的外边缘描绘出的轮廓。在该柱形区域的轴向端提供至少一个径向向外延伸的凸起，该轴向端在安装好的状态下邻接该压气机壳体的柱形内壁。该至少一个径向向外延伸的凸起可以被设计成作为用于与压气机壳体卡锁连接的联接元件而起作用。在该径向向外延伸的区域的该径向外端上提供至少一个轴向延伸的凸起，该凸起被设计成接合到该压气机壳体内的槽中。

在可以与所有迄今为止所述的构型组合的构型中，在该径向向外延伸的区域中提供至少一个通过开口，该通过开口用作用于新鲜空气再循环的开口。沿该插入件的圆周提供在4个与20个之间的通过开口。这些通过开口可以均匀地或不均匀地分布在该插入件的圆周上。

本实用新型还包括一种用于增压装置的压气机，该压气机具有压气机壳体和带有多个叶片的压气机转子，其中，该压气机转子设置在压气机壳体内。此外，该压气机包括根据前述构型中的任一构型所述的插入件，其中，该插入件在压气机壳体中设置在压气机转子区域中且在轴向上至少部分地且在径向外侧环绕地包围该压气机转子。

按照本实用新型，提供一种用于增压装置的压气机，该压气机具有：压气机壳体；具有多个叶片的压气机转子，其中，该压气机转子设置在该压气机壳体内；根据本实用新型的插入件，其中，该插入件在该压气机壳体内设置在该压气机转子的区域中并且在轴向上至少部分地且在径向外侧环绕地包围该压气机转子。

在压气机的构型中，在径向上在该插入件与该压气机壳体之间提供凹槽。凹槽可以直接地共同铸造到压气机壳体中。凹槽可以在径向外侧沿着插入件的整个圆周延伸。

在可以与所有迄今为止所述的压气机构型组合的构型中，在该压气机壳体内提供通道，该通道从该凹槽延伸到该压气机壳体的在压气机转子上游的入口区域中，并且其中，该凹槽和该通道是再循环装置的一部分。该再循环装置是特征图稳定措施(KSM)，用于将压气机叶片的向上游移动的分离气流送回至在压气机转子上游的入口区域中。

在可以与所有迄今为止所述的压气机构型组合的构型中，在该压气机壳体内在该凹槽的边缘区域中设置有倒棱，该倒棱带有至少一个与之相邻的槽，该槽用于容纳该插入件的至少一个径向凸起。

在可以与所有迄今为止所述的压气机构型组合的构型中，在该压气机壳体中在径向外侧邻接该凹槽的径向侧壁内设置有至少一个槽，该槽用于容纳该插入件的至少一个轴向凸起。

本实用新型还包括一种具有根据前述构型中的任一构型所述的压气机的增压装置。

在构型中，增压装置可以是排气涡轮增压器且还包括涡轮机。排气涡轮增压器可以是电力辅助的排气涡轮增压器且包括电动机。尤其，该排气涡轮增压器还可以包括支承壳体，其中，该电动机可以设置在该支承壳体的在涡轮机与压气机之间的区域中。替代性地，该增压装置可以包括电动机且该压气机是纯电力驱动的。

以下，结合附图来描述本实用新型的其他细节和特征。

附图说明

图1示出从现有技术中已知的压气机的截面；

图2示出本实用新型的压气机的第一实施例的截面；

图3示出本实用新型的压气机的第二实施例的截面；

图4示出本实用新型的插入件的第一实施例的透视图；

图5示出本实用新型的插入件的第二实施例的透视图。

具体实施方式

以下，结合附图来描述针对本实用新型的插入件300以及带有这样的插入件300的本实用新型的压气机10的实施例。以下描述的所有细节和优点不仅适用于压气机10，也适用于带有堆应的压气机10的增压装置。在本申请范围内，径向的面/平面涉及基本垂直于压气机10 的转动轴线400设置的面/平面。

图1示出了从现有技术中已知的压气机10，其具有压气机壳体100 和压气机转子200，该压气机转子在运行中绕转动轴线400转动。压气机转子200包括多个压气机叶片210，它们在压气机10的运行中将空气从压气机入口160输送至压气机壳体100内的涡壳190。如图1 所示，在已知的压气机壳体100中加工出压气机壳体100的包围压气机转子200的壁的轮廓，以便对应于压气机转子200的外轮廓。由此应该实现压气机转子200与压气机壳体100之间的尽量小的间隙。这种加工是耗费时间和成本的并且结果并非总是令人满意的。压气机转子200的(外)轮廓是指从叶片的径向外侧的点沿着叶片边缘描绘而成的形状。当压气机转子200转动时，该轮廓产生绕转动轴线400旋转对称的主体。

依据图2至5，以下共同描述本实用新型的插入件300的以及本实用新型的压气机10的构型。在所有图中保留对应的部件的附图标记。

图2示出了带有本实用新型的插入件300的本实用新型的压气机 10。图2的插入件300在图4中被单独示出并且形成旋转对称的主体。插入件300设计成在压气机壳体100内安装在压气机转子200的区域中。如可以在图2中看出的，插入件如此设计和安装，使得该插入件在轴向上至少部分地且在径向外侧环绕地包围压气机转子200。换言之，插入件300(至少部分地)包围压气机转子200的叶片210的径向外边缘。在径向上在插入件300与压气机壳体100之间提供凹槽 110。凹槽110例如可以直接地共同铸造到压气机壳体100中并且在径向外侧沿着插入件300的整个圆周延伸。

在安装好的状态下包围压气机转子200的区域中，插入件300的形状匹配于压气机转子200的叶片210的外边缘(见图2)。因为该轮廓现在由插入件300限定而不是像迄今为止的那样由压气机壳体 100的内侧限定(见图1)，相比于已知的压气机得到优点。插入件 300例如可以比单独构件更成本有效地制造且随后被插入压气机壳体 100中，由此可以省掉压气机壳体100的耗费时间和成本的加工步骤。由于插入件300决定了在压气机壳体100的该区域中的轮廓，所以还可以在压气机壳体100中提供已提及的凹槽110。由此，可以节约大量材料(压气机壳体100的材料)，该材料通常存在于压气机壳体100 的内壁与涡壳190之间。通过提供这样的凹槽110，得到了另一个优点：可以通过简单方式制造不同的插入件，这些插入件被设计成用于不同的压气机转子200(例如关于压气机转子200的尺寸和/或叶片210 的设计而言)并且由于在凹槽110的区域中有足够空间而能够与相同的压气机壳体100组合。即，相同的压气机壳体100可以被用于不同的压气机转子200以及由此用于不同的。这种可能性带来了显著的制造成本优势。

插入件300本身具有多个材料层。插入件300的径向靠内的外表面330(见图2或图4)例如可以由材料层限定，其材料比压气机转子 200的(至少叶片210的)材料更软。在此，径向靠内的外表面330 涉及插入件300的在插入件300已安装在压气机10中的状态下直接与压气机转子200的叶片210对置的表面。由于该径向靠内的外表面330 由比叶片210的材料更软的材料构成，所以压气机转子200损伤的危险被消除或减小，在常见的压气机中这些损伤可能在压气机10的运行中因压气机转子200的叶片210接触压气机壳体100的对置的(相对较硬的)壁而产生。如果在压气机转子200与插入件300之间产生接触，则可以从压气机转子200去除插入件300的与压气机转子200的叶片210相比更软的靠内的外表面330的最少部分。由此，可以延长整个压气机10的使用寿命。此外，插入件300的准确匹配可能性以及接触时的较低损伤风险容许几乎完全消除压气机转子200(或压气机转子200的叶片210)与插入件300之间的间隙并且理论上减小至零。所减小或消除的间隙进而提升了压气机10的运行性能(更均匀的功率和更少的泵)和效率。

插入件300的多个层可以包括至少一个非金属材料层。尤其，插入件300的径向靠内的外表面330可以由这样的非金属材料层限定。该非金属材料层例如可以是塑料层。但一般可以采用所有类型的材料，只要限定径向靠内的外表面330的该材料层的材料比压气机转子200 的叶片210的材料更软。插入件300也可以包括多个非金属材料层。尤其，这些非金属材料层可以包括不同的非金属材料。

该插入件也可以包括至少一个金属材料层。尤其，该插入件300 的径向靠外的外表面340可以由一个金属材料层限定。金属材料层给插入件300提供所需的刚性和形状稳定性。由此可以防止插入件300 的振动和振荡。此外，提高的刚性简化了插入件300在压气机壳体100 中的安装。替代性地，也可以针对这个层采用对应稳定的其他材料(例如塑料)，只要该材料具有所需的刚性。

参照图2和图4，插入件300具有柱形区域310，该柱形区域在安装好的状态下邻接压气机壳体100的柱形内壁180(见图2)。沿径向向外的方向延伸的区域320邻接插入件300的柱形区域310，沿径向向外的方向延伸的该区域匹配于由压气机转子200的这些叶片210的外边缘描绘出的轮廓。

在柱形区域310的轴向端提供至少一个径向向外延伸的凸起312 (见图2和图4)，该轴向端在安装好的状态下邻接该压气机壳体的柱形内壁180(见图2)。该至少一个径向向外延伸的凸起312被设计成作为用于与该压气机壳体100卡锁连接的联接元件而起作用。径向向外延伸的凸起312延伸过插入件300的整个圆周并且在压气机壳体 100内于对应的槽140共同作用以建立卡锁连接。替代性地，可以以沿圆周分布的方式设置一个或多个凸起，该一个或多个凸起随后与沿压气机壳体100的内圆周的槽140或对应的子槽共同作用。通过多个凸起和对应定位的子槽，插入件300可以定位在压气机壳体100内且就转动而言被固定。压气机壳体100还在凹槽110的边缘区域内具有倒棱130，该倒棱延伸直至用于容纳插入件300的径向凸起312的槽 140。在安装插入件300时，倒棱130用作用于插入件300的该或这些凸起312的引导部，使得当该或这些凸起312卡锁到该(这些)槽140 中时插入件300和压气机壳体100通过锁定连接而相互联接。

在插入件300的径向向外延伸的区域320的径向外端，提供轴向延伸的凸起322，该凸起被设计成接合到压气机壳体100内的槽150 中(见图2和图4)。轴向延伸的凸起322在安装好的状态下指向压气机10的入口区域160的方向，由此产生一种突出部凸起322延伸过插入件300的整个圆周并且接合到在压气机壳体100 的径向侧壁170内的对应的槽150中。槽150设置在凹槽110的径向外侧。就像针对径向向外延伸的凸起312那样，替代性地也可以针对轴向延伸的凸起322提出：将多个凸起设置成沿着插入件300的圆周分布，这些凸起随后接合到该压气机壳体100内的槽150或对应的子槽中。通过多个凸起和对应定位的子槽，插入件300进而可以定位在压气机壳体100内且就转动而言被固定。在安装插入件300时，例如该或这些凸起322可以被压入槽150中，使得在该或这些凸起322与该或这些槽150之间存在压配合，这种压配合也抵制插入件300在压气机壳体100中转动。

参照图3和图5，描述本实用新型的插入件300或本实用新型的压气机10的另一个构型。该另一个构型的插入件300或压气机10具有与图2和4的插入件300或压气机10相同的特征，例外的是：在径向向外延伸的区域320内设置有至少一个通过开口324，该通过开口用作用于新鲜空气再循环的开口。例如可以沿插入件300的圆周提供在4个与20个之间的通过开口324。通过开口的数量和尺寸在此可以匹配于相应的压气机的尺寸和使用条件。通过开口324可以不均匀地分布在插入件300的圆周上，或者均匀地分布，就像图5所示的那样。

图3的压气机10的压气机壳体100还包括通道120，该通道从凹槽110延伸到压气机壳体100的在压气机转子200上游的入口区域160 中。凹槽110和通道120因此与插入件300内的通过开口324一起形成再循环装置。该再循环装置用于使新鲜空气可以从压气机转子200 经通过开口324、凹槽110和通道120循环回到入口区域160中。该再循环装置是用于压气机的特征图稳定措施(KSM)，用于将压气机叶片210的向上游移动的分离气流送回至在压气机转子200上游的入口区域160中。

本实用新型还包括一种增压装置，其具有根据前述实施方式中任一项所述的压气机。该增压装置例如可以是排气涡轮增压器并且还包括涡轮机。排气涡轮增压器可以是电力辅助的排气涡轮增压器且包括电动机。尤其，该排气涡轮增压器还可以包括支承壳体，其中，该电动机可以设置在该支承壳体的在涡轮机与压气机之间的区域中。替代性地，该增压装置可以只包括电动机且该压气机10是纯电力驱动的。

应该理解的是本实用新型也可以替代性地根据以下实施方式来限定：

1.一种用于增压装置的压气机(10)的插入件(300)，其中，该插入件(300)被设计成用于在该压气机壳体(100)内安装在压气机转子(200)的区域中，以便在轴向上至少部分地且在径向外侧环绕地包围该压气机转子，

其特征在于，该插入件(300)具有多个材料层，并且在安装好的状态下包围该压气机转子(200)的区域中，该插入件(300)的形状匹配于由该压气机转子(200)的叶片(210)的外边缘描绘出的轮廓。

2.根据实施方式1所述的插入件，其特征在于，该插入件(300) 的径向靠内的外表面(330)由一个材料层限定，该材料层的材料比该压气机转子(200)的这些叶片(210)的材料更软。

3.根据实施方式2所述的插入件，其特征在于，提供至少一个非金属材料层，尤其其中，该插入件(300)的该径向靠内的外表面(330) 由非金属材料层限定。

4.根据实施方式3所述的插入件，其特征在于，该插入件(300) 包括多个非金属材料层，尤其其中，这些非金属材料层包括不同的非金属材料。

5.根据前述实施方式中任一项所述的插入件，其特征在于，该插入件包括至少一个金属材料层，尤其其中，该插入件(300)的径向靠外的外表面(340)由金属材料层限定。

6.根据前述实施方式中任一项所述的插入件，其特征在于，该插入件具有柱形区域(310)，该柱形区域在安装好的状态下邻接该压气机壳体(100)的柱形内壁(180)。

7.根据实施方式6所述的插入件，其特征在于，沿径向向外的方向延伸的区域(320)邻接该柱形区域(310)，沿径向向外的方向延伸的该区域匹配于由该压气机转子(200)的这些叶片(210)的外边缘描绘出的轮廓。

8.根据实施方式6或实施方式7所述的插入件，其特征在于，在该柱形区域(310)的轴向端提供至少一个径向向外延伸的凸起 (312)，该轴向端在安装好的状态下邻接该压气机壳体的该柱形内壁 (180)。

9.根据实施方式8所述的插入件，其特征在于，该至少一个径向向外延伸的凸起(312)被设计成作为用于与该压气机壳体(100) 卡锁连接的联接元件而起作用。

10.根据实施方式7至9中任一项所述的插入件，其特征在于，在该径向向外延伸的区域(320)的该径向外端提供至少一个轴向延伸的凸起(322)，该凸起被设计成接合到该压气机壳体(100)内的槽 (150)中。

11.根据实施方式7至10中任一项所述的插入件，其特征在于，在该径向向外延伸的区域(320)中提供至少一个通过开口(324)，该通过开口用作用于新鲜空气再循环的开口。

12.根据实施方式11所述的插入件，其特征在于，沿该插入件 (300)的圆周提供在4个与20个之间的通过开口(324)。

13.根据实施方式11或实施方式12所述的插入件，其特征在于，这些通过开口(324)非均匀地分布于该插入件(300)的圆周上。

14.一种用于增压装置的压气机(10)，该压气机具有：

压气机壳体(100)；

具有多个叶片(210)的压气机转子(200)，其中，该压气机转子(200)设置在该压气机壳体(100)内；

其特征在于一种根据实施方式1至13中任一项所述的插入件 (300)，其中，该插入件(300)在该压气机壳体(100)内设置在该压气机转子(200)的区域中并且在轴向上至少部分地且在径向外侧环绕地包围该压气机转子。

15.根据实施方式14所述的压气机，其特征在于，在径向上在该插入件(300)与该压气机壳体(100)之间提供凹槽(110)。

16.根据实施方式15所述的压气机，其特征在于，该凹槽(110) 直接地共同铸造到该压气机壳体(100)中。

17.根据实施方式15或实施方式16所述的压气机，其特征在于，该凹槽(110)在径向外侧沿该插入件(300)的整个圆周延伸。

18.根据实施方式15至17中任一项所述的压气机，其特征在于，在该压气机壳体(100)内提供通道(120)，该通道从该凹槽(110) 延伸到该压气机壳体(100)的在该压气机转子(200)上游的入口区域(160)中，并且其中，该凹槽(110)和该通道(120)是再循环装置的一部分。

19.根据实施方式15至18中任一项所述的压气机，其特征在于，在该压气机壳体(100)内在该凹槽(110)的边缘区域中设置有倒棱 (130)，该倒棱带有至少一个与之相邻的槽(140)，该槽用于容纳该插入件(300)的至少一个径向凸起(312)。

20.根据实施方式15至19中任一项所述的压气机，其特征在于，在该压气机壳体(100)中在径向外侧邻接该凹槽(110)的径向侧壁 (170)内设置有至少一个槽(150)，该槽用于容纳该插入件(300) 的至少一个轴向凸起(322)。

21.一种具有根据实施方式14至20中任一项所述的压气机的增压装置。

22.根据实施方式21所述的增压装置，其特征在于，该增压装置是排气涡轮增压器且还包括涡轮机。

23.根据实施方式22所述的增压装置，其特征在于，该排气涡轮增压器是电力辅助的排气涡轮增压器并且包括电动机，尤其其中，该排气涡轮增压器还包括支承壳体，其中，该电动机安排在该支承壳体的在该涡轮机与该压气机之间的区域内。

24.根据实施方式21所述的增压装置，其特征在于，该增压装置包括电动机且该压气机(10)是纯电力驱动的。