
160 4 Relevante Subsysteme und Prozesse
digkeitsänderungen beschreiben lässt, ergeben unterschiedlich große Laufräder
bzw. Verdichter bei identischen Ein- und Ausströmbedingungen theoretisch exakt
das gleiche Verdichterkennfeld, welches entsprechend der Baugröße im Luft-
durchsatz verschoben ist. In der Realität zeigt sich jedoch, dass das Leistungsver-
mögen des Verdichters aufgrund der nur bedingt gültigen bhnlichkeitsgesetze
beim Übergang zu kleineren Baugrößen sinkt.
Aufgrund der höheren Druckverhältnisse sind Radialverdichter für den Einsatz
in Hubkolbenmotoren besser geeignet als Axialverdichter. Aus dem Verlauf der
Linien konstanter Verdichterdrehzahl wird deutlich, dass eine Ladedruckerhöhung
nur durch eine Steigerung der Laderdrehzahl möglich ist. Die Breite des nutzbaren
Kennfeldes nimmt beim Strömungsverdichter mit zunehmendem Druckverhältnis
ab. Nach links wird das Kennfeld durch die sogenannte Pumpgrenze limitiert. Im
Bereich kleiner Luftdurchsätze und hoher Druckverhältnisse reißt die Schaufel-
strömung im Verdichterrad ab, sodass es zu Druckschwingungen im Lader und in
den nachfolgenden Ladeluftleitungen, dem sog. Pumpen, kommt. Das Verdichter-
pumpen muss unter allen Umständen vermieden werden, da beträchtliche Schäden
sowohl am Verdichter als auch am Aufladesystem entstehen können. Dabei ist die
Pumpgrenze keine fixe Linie eines Verdichters, sondern neben dem Strömungs-
feld innerhalb des Verdichters auch von den angeschlossenen Leitungen und Vo-
lumina abhängig. Erreicht die Strömung im engsten Querschnitt des Verdichters –
dies ist meist im Verdichtereintritt der Fall – Schallgeschwindigkeit, ist eine wei-
tere Durchsatzsteigerung auch durch Erhöhung der Verdichterdrehzahl nicht mehr
möglich. Daher laufen alle Linien konstanter Laderdrehzahl bei maximalem
Durchsatz auf den Punkt ʌ
V
= 1 zu. Diese Grenze des maximalen Volumenstroms
wird als Stopfgrenze bezeichnet.
Das maximale Druckverhältnis der Radialverdichter wird durch die größt mög-
liche Umfangsgeschwindigkeit am äußeren Rand der Schaufeln bestimmt und ist
damit vom Werkstoff des Verdichterrades abhängig. Bei Laufrädern aus Alumini-
um-Legierungen sind heute maximale Umfangsgeschwindigkeiten von etwa 550
m/s beherrschbar. Eine Steigerung ist nur durch Einsatz hochfester Werkstoffe,
beispielsweise Titan, zu realisieren, wobei diese nicht nur teuer sondern auch
schwerer sind und damit das Ansprechverhalten des Motors – bei gleichem Ver-
dichterraddurchmesser – negativ beeinflussen. Die höheren, realisierbaren Um-
fangsgeschwindigkeiten von Titan ermöglichen bei gleichem Ladedruck jedoch
eine Reduzierung des Verdichterraddurchmessers, sodass der durch die höhere
Werkstoffdichte verursachte Nachteil im Beschleunigungsverhalten nicht wirksam
wird.
Um die bei bestimmten Umgebungsbedingungen experimentell ermittelten
Verdichterkennfelder generell nutzen zu können, werden die Kennfeldgrößen von
den Zustandsgrößen des Fluids unabhängig gemacht, indem sie auf standardisierte
bzw. vom Hersteller angegebene Bezugsumgebungsbedingungen umgerechnet
werden. Diese Vorgehensweise gilt grundsätzlich für alle Strömungsmaschinen,
also auch für die Abgasturbine, und basiert auf strömungsmechanischen bhnlich-
keitsgesetzen und der Betrachtung der Strömungsmaschine als Drossel [SCH98].
Für die Verdichter-Kennfeldgrößen Drehzahl, Massenstrom und Volumenstrom
gilt dann: