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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Seitenkanalverdichter für ein Brennstoffzellensystem zur Förderung und/oder Verdichtung eines gasförmigen Mediums, insbesondere Wasserstoff, das insbesondere zur Anwendung in Fahrzeugen mit einem Brennstoffzellenantrieb vorgesehen ist. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Brennstoffzellensystem mit einem erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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Im Fahrzeugbereich spielen neben flüssigen Kraftstoffen in Zukunft auch gasförmige Kraftstoffe eine zunehmende Rolle. Insbesondere bei Fahrzeugen mit Brennstoffzellenantrieb müssen Wasserstoffgasströme gesteuert werden. Die Gasströme werden hierbei nicht mehr diskontinuierlich, wie bei der Einspritzung von flüssigem Kraftstoff gesteuert, sondern es wird das gasförmige Medium aus mindestens einem Hochdrucktank entnommen und über eine Zuströmleitung eines Mitteldruckleitungssystem an eine Ejektoreinheit geleitet. Diese Ejektoreinheit führt das gasförmige Medium über eine Verbindungsleitung eines Niederdruckleitungssystems zu einer Brennstoffzelle. Nachdem das gasförmige Medium durch die Brennstoffzelle geströmt ist wird es über eine Rückführleitung zurück zur Ejektoreinheit geführt. Dabei kann der Seitenkanalverdichter zwischengeschaltet werden, der die Gasrückführung strömungstechnisch und effizienztechnisch unterstützt. Zudem werden Seitenkanalverdichter zur Unterstützung des Strömungsaufbaus im Brennstoffzellenantrieb eingesetzt, insbesondere bei einem (Kalt)-Start des Fahrzeugs nach einer gewissen Standzeit. Das Antreiben dieser Seitenkanalverdichter erfolgt üblicherweise über Elektromotoren, die beim Betrieb in Fahrzeugen über die Fahrzeugbatterie mit Spannung versorgt werden.
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Aus der
DE 10 2018 222 102 A1 ist ein Seitenkanalverdichter für ein Brennstoffzellensystem bekannt, bei dem ein gasförmiges Medium, insbesondere Wasserstoff, gefördert und/oder verdichtet wird. Der Seitenkanalverdichter weist dabei ein Gehäuse und einen Antrieb auf, wobei das Gehäuse ein Gehäuse-Oberteil und ein Gehäuse-Unterteil aufweist, mit einem in dem Gehäuse umlaufend um eine Drehachse verlaufenden Verdichterraum, der mindestens einen umlaufenden Seitenkanal aufweist, mit einem in dem Gehäuse befindlichen Verdichterrad, das drehbar um die Drehachse angeordnet ist und durch den Antrieb angetrieben wird. Dabei weist das Verdichterrad an seinem Umfang im Bereich des Verdichterraums angeordnete Schaufelblätter auf und ist mit jeweils einer am Gehäuse ausgebildeten Gas-Einlassöffnung und einer Gas-Auslassöffnung, die über den Verdichterraum , insbesondere den mindestens einen Seitenkanal, fluidisch miteinander verbunden sind, mit dem Brennstoffzellensystem verbunden. Dabei weist der Seitenkanalverdichter mindestens ein Lager auf. In dieser beispielhaften Ausführungsform weist der Seitenkanalverdichter zwei Lager auf, die mittels eines Fixierelements axial zur Drehachse an einem Lagerzapfen des Gehäuse-Unterteils fixiert sind. Dabei wird eine Verdichterrad-Baugruppe ausgebildet, die die Bauteile Verdichterrad, Nabe, mindestens ein Lager, Distanzscheibe, mindestens eine Federscheibe und/oder mindestens eine Schraube aufweisen kann.
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Der aus der
DE 10 2018 222 102 A1 bekannte Seitenkanalverdichter kann gewisse Nachteile aufweisen. Bei der Verwendung des Fixierelements zur Befestigung und axialen Fixierung des mindestens einen Lagers in axial zur Drehachse verlaufenden Richtung am Lagerzapfen des Gehäuse-Unterteils kann es zu einer Aufweitung des Lagerzapfens kommen, insbesondere aufgrund der Vorspannkraft des Fixierelements, welches beispielsweise als eine Zentralschraube ausgeführt ist. Dies kann zu einer Beschädigung der Lager durch eine auf die Lager vom Lagerzapfen nach außen wirkenden Kraft kommen, wobei durch die Aufweitung des Lagerzapfens durch das Fixierelement eine Beschädigung zumindest eines Lagerinnenrings und/oder der Wälzkörperlaufbahnen und/oder des Wälzkörpers kommt, indem der Lagerzapfen den Lagerinnenring und die weiteren Lagerbauteile durch eine Presskraft und/oder Klemmkraft beschädigt. Somit kann die Lebensdauer der Lager und/oder des gesamten Seitenkanalverdichters erheblich reduziert werden, während sich die Ausfallwahrscheinlichkeit erhöht.
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Zudem kann der aus der
DE 10 2018 222 102 A1 bekannte Seitenkanalverdichter den Nachteil aufweisen, dass bei der Verwendung von unterschiedlichen Materialien für das Bauteil Gehäuse-Unterteil, insbesondere Lagerzapfen, wie beispielsweise Aluminium, und für das Bauteile Lager, insbesondere Lagerinnenring, wie beispielsweise Edelstall bei dem Durchlaufen von Temperaturbereichen, beispielsweise von kalten Temperaturen, insbesondere von -40°C, zu hohen Temperaturen, insbesondere von 160°C, und umgekehrt, die nachfolgenden zwei nachteiligen Effekte auftreten. Es kann zum einen eine starke Durchmesseraufweitung des Lagerzapfens erfolgen, wodurch der Lagerinnenring und der Wälzkörper beschädigt werden können. Zum anderen kann, insbesondere bei niedrigen Temperaturen, ein Verkippen der Verdichterrad- Baugruppe auf dem Lagerzapfen auftreten, indem sich ein Spalt zwischen einer Lagerinnenfläche des jeweiligen Lagerinnenrings und einer Mantelfläche des Lagerzapfens aufgrund unterschiedlicher Wärmeausdehnungskoeffizient ausbildet und entsprechend groß wird. Beim Verkippen kann zudem ein Kontakt der Stirnflächen des Verdichterrads und des Gehäuses auftreten, insbesondere im Bereich des Verdichterraums, wodurch das Verdichterrad derart verkantet, dass der gesamte Seitenkanalverdichter beschädigt wird und/oder ausfällt. Somit kann es zum Nachteil einer verringerten Lebensdauer des Seitenkanalverdichter aufgrund einer Beschädigung und somit höheren Ausfallwahrscheinlichkeit der Verdichterrad-Baugruppe und/oder der Lager kommt.
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Offenbarung der Erfindung
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Vorteile der Erfindung
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Erfindungsgemäß wird ein Seitenkanalverdichter für ein Brennstoffzellensystem zur Förderung und/oder Verdichtung von einem gasförmigen Medium, insbesondere Wasserstoff, mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche bereitgestellt.
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Bezugnehmend auf Anspruch 1 weist das mindestens eine Lager jeweils einen Lagerinnenring auf, wobei das mindestens eine Lager über ein zumindest mittelbar auf den Lagerinnenring wirkendes Fixierelement axial zu einer Drehachse an einem Lagerzapfen des Gehäuse-Unterteils fixiert wird. Dabei befindet sich mindestens ein Ausgleichselement zwischen einer Lagerinnenfläche des jeweiligen Lagers und einer Mantelfläche des Lagerzapfens. Auf diese Weise lässt sich der Vorteil erzielen, dass, insbesondere bei niedrigen Temperaturen von -40°C ein Verkippen einer Lagerbaugruppe auf dem Lagerzapfen verhindert wird, indem mittels des Ausgleichselements verhindert wird, dass sich ein Spalt zwischen der Lagerinnenfläche des jeweiligen Lagerinnenrings und der Mantelfläche des Lagerzapfens aufgrund unterschiedlicher Wärmeausdehnungskoeffizient der Bauteile ausbildet und insbesondere die Bauteile Lager und Lagerzapfen nicht mehr in Anlage stehen und das Lager somit nicht mehr geführt wird, insbesondere bei der Rotationsbewegung des Verdichterrads. Die Lagerbaugruppe kann dabei die Bauteile Verdichterrad, Nabe, mindestens ein Lager, Distanzscheibe, mindestens eine Federscheibe und/oder mindestens eine Schraube aufweisen. Auf diese Weise kann eine erhöhte Lebensdauer der mindestens einen Lagers erzielt werden, wobei somit die Ausfallwahrscheinlichkeit einer Verdichterrad-Baugruppe und/oder des gesamten Seitenkanalverdichters reduziert werden kann.
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Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen des im Anspruch 1 angegebenen Seitenkanalverdichters möglich. Die Unteransprüche betreffen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
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Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Seitenkanalverdichters verläuft der Lagerzapfen derart in Richtung der Drehachse, dass seine Mantelfläche umlaufend um die Drehachse verläuft. Dabei steht das mindestens eine Lager radial zur Drehachse über das jeweilige Ausgleichselement mit der Mantelfläche des Lagerzapfens in Kontakt. Auf diese Weise kann eine Aufnahme des jeweiligen Lagers mittels einer kompakten und kostengünstigen Bauform des Gehäuses und/oder des Seitenkanalverdichters realisiert werden. Zudem kann die Montage der Lager und/oder des Verdichterrads im Gehäuse vereinfacht werden, so dass weniger Montageschritte notwendig sind und somit Montagekosten eingespart werden können.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Seitenkanalverdichters ist der Lagerinnenring des jeweiligen Lagers als ein Loslager ausgeführt, so dass sich der jeweilige Lagerinnenring axial zur Drehachse auf dem Lagerzapfen bewegen lässt. Somit kann beispielsweise bei der Verwendung von zwei Lagern eine zumindest teilweise Bewegung des jeweiligen Lagerinnenrings axial zur Drehachse auf dem Lagerzapfen bewirken. Auf diese Weise lässt sich die Lebensdauer der Lager erhöhen und es kann eine Verschleißminierung des jeweiligen Wälzkörpers und/oder des jeweiligen Lagers erzielen.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des Seitenkanalverdichters verläuft das Ausgleichselement zumindest nahezu über die axial zur Drehachse verlaufende gesamte Breite B des Lagerinnenrings oder zumindest über einen Großteil der Lagerinnenfläche des jeweiligen Lagers, wobei das Ausgleichselement mit einer radial zur Drehachse verlaufenden Abstützkraft auf die Lagerinnenfläche wirkt. Auf diese Weise lässt sich der Vorteil erzielen, dass das Ausgleichselement eine größtmögliche Kontaktfläche zum Lagerinnenring ausbildet und somit eine verbesserte Führung des Lagers und des Lagerinnenrings bewirkt. Zudem bietet diese erfindungsgemäße Ausgestaltung des Seitenkanalverdichters den Vorteil, dass das Ausgleichselement mit einem größtmöglichen Hebelarm auf den Lagerinnenring und somit auf das Lager und/oder die Verdichterrad-Baugruppe wirken kann, so dass eine Verkippung des Lagers und/oder der Verdichterrad-Baugruppe auf dem Lagerzapfen verhindert werden kann. Zudem wird beim Einsatz des Ausgleichselements konstruktionsbedingt der ringförmig um die Drehachse umlaufender Spalt zwischen dem Lagerzapfen und dem Lager, insbesondere dem Lagerinnenring, vorgesehen, der vollständig durch das Ausgleichselement ausgefüllt wird, wobei das Ausgleichselement mit seinem Außendurchmesser permanent mit der Lagerinnenfläche in Anlage steht und wobei das Ausgleichselement permanent mit der Mantelfläche des Lagerzapfens in Kontakt steht. Auf diese Weise lässt sich somit der Vorteil erzielen, dass ein Verkippen der Verdichterrad-Baugruppe verhindern, wodurch die Ausfallwahrscheinlichkeit des Seitenkanalverdichters reduziert werden kann.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Seitenkanalverdichters ist das Ausgleichselement als ein ringförmig um die Drehachse verlaufendes Federelement ausgeführt, wobei das Federelement zumindest teilweise elastische verformbar ist. Auf diese Weise kann sich das Ausgleichselement im Bereich des Spalts zwischen dem Lagerinnenring und dem Lagerzapfen ausdehnen oder zusammenziehen, wobei der derartige Spalt bei einem Durchlaufen eines weiten Temperaturbereichs, insbesondere zwischen -40° C bis 160°C, durch das Ausgleichselement ausgefüllt bleibt und sich das Ausgleichselement permanent derart an der Lagerinnenfläche und der Mantelfläche abstützt, so dass ein Verkippen der Verdichterrad-Baugruppe verhindert wird. Zudem kann gleichzeitig der Vorteil erzielt werden, dass eine relative Änderung der Bauteilaußendurchmesser und -innendurchmesser des Lagerzapfens und des Lagerinnenrings ausgeglichen wird, da das Ausgleichselement verformbar ist und eine gewisse Elastizität aufweist. Würden die Bauteile Lagerzapfen und Lagerinnenring in direkter Anlage stehen und sich kein Spalt und/oder Ausgleichselement zwischen diesen Bauteilen befinden, könnte es bei einem Durchlaufen von einem niedrigen zur einem hohen Temperaturbereich zu einer derartigen Durchmesseraufweitung des Lagerzapfens kommen, die zu einer Schädigung des Lagerinnenring und des Wälzkörper aufgrund von der Drehachse weg wirkenden Kräften führen können. Dabei wird zudem eine Klemmung zwischen Lagerzapfen und dem Lagerinnenring vermieden. Somit lässt sich der Vorteil erzielen, dass eine Schädigung und/oder ein Ausfall des jeweiligen Lagers verhindert wird, so dass sich die Lebensdauer des gesamten Seitenkanalverdichters erhöhen lässt-
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Gemäß einer vorteilhaften Ausbildung des Seitenkanalverdichters weist das jeweilige Element auf der dem Lagerzapfen zugewandten Seite eine ringförmig um die Drehachse verlaufende Öffnung aufweist und mit zwei Endbereichen, insbesondere elastischen Endbereich, mit dem Lagerzapfen in Anlage steht. Auf diese Weise kann das Element aufgrund seiner konstruktiven Ausgestaltung eine zumindest teilweise elastische Verformbarkeit im Bereich des Spalts ausbilden. Dabei kann das Element unter Beibehaltung des Verfügbaren Bauraums im Bezug zur Breite B, insbesondere axial zur Drehachse, eine gewisse Ausdehnung und Zusammenpressung radial zur Drehachse realisieren, so dass das Element permanent mit dem Lagerzapfen und dem Lagerinnenring in Anlage stehen kann, auch wenn sich das radial zur Drehachse verlaufende Spaltmaß verändert. Somit lässt sich eine konstante und zuverlässige Abstützung des Lagerinnenrings und somit der Verdichterrad-Baugruppe herbeiführen mittels des Elements auch beim Durchlaufen eines breiten Temperaturbereichs, so dass das Risiko der Verkippung des Verdichterrads zumindest nahezu vollständig verhindert werden kann. Somit lässt sich die Ausfallwahrscheinlichkeit des Seitenkanalverdichters reduzieren.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des Seitenkanalverdichters ist mindestens eine Wellfeder axial zur Drehachse neben dem jeweiligen Lagerinnenring angeordnet ist, insbesondere ringförmig umlaufend um den Lagerzapfen, wobei die Wellfeder zumindest nahezu axial zur Drehachse auf den Lagerinnenring wirkt und diesen mit einer Federkraft beaufschlagt. Auf diese Weise lässt sich der Vorteil erzielen, dass eine konstante Lagervorspannung und/oder Lagervorspannkraft mittels der Verwendung der Wellfeder auf das mindestens eine Lager und/oder den Lagerinnenring. Bei der beispielhaften Verwendung von zwei Lagern, bei denen die beiden Lagerinnenringe als Loslager ausgeführt sind, kann der Lagerinnenring eines ersten Lagers mittels des Fixierelements axial zur Drehachse zumindest mittelbar mit einer Kraft beaufschlagt werden und der Lagerinnenring eines zweiten Lagers axial zu Drehachse mit der Wellfeder in Anlage stehen und von diesem mit einer Federkraft beaufschlagt werden. Dabei kann eine zumindest nahezu gleichbleibende Lagervorspann gewährleistet werden, unabhängig von Abweichungen der Toleranzen der Bauteile und/oder aufgrund von Temperaturänderungen, die zu unterschiedlichen Bauteilbreiten axial zur Drehachse führen können. In einer vorteilhaften Weise können in dieser beispielhaften Ausführungsform die jeweiligen Lageraußenringe der Lager über eine zwischen diesen angeordnete Distanzscheibe in Anlage stehen. Zudem wirkt die Federkraft zumindest nahezu entgegengesetzt zur Kraft, insbesondere einer Vorspannkraft des Fixierelements. Ohne den Einsatz der Lagerinnenringe als Loslager und der ausgleichenden Wellfeder könnte es ansonsten zu einer sich vergrößernden oder verkleinernden Lagervorspannung führen, was zu einer Schädigung aufgrund von Pressung oder eines Verklemmens der Lager und/oder der Verdichterrad-Baugruppe führen kann. Somit kann auf diese Weise der Vorteil erzielt werden, dass die Ausfallwahrscheinlichkeit der Lager verringert werden kann, so dass sie die Lebensdauer des gesamten Seitenkanalverdichter erhöhen lässt.
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Gemäß einer besonders vorteilhaften Weiterbildung des Seitenkanalverdichters ist die Wellfeder auf der dem Fixierelement abgewandten Seite des jeweiligen Lagers angeordnet, insbesondere zwischen dem jeweiligen Lager und dem Gehäuse-Unterteil. Auf diese Weise lässt sich der Vorteil erzielen, dass eine kompakte und kostengünstige Bauform der Verdichterrad-Baugruppe und/oder des Seitenkanalverdichters realisiert werden kann. Zudem kann die Montage der Lager und/oder der Wellfeder und/oder des Verdichterrads auf dem Lagerzapfen und im Gehäuse vereinfacht werden, so dass weniger Montageschritte notwendig sind und somit Montagekosten eingespart werden können. Zudem können die Wartungseigenschaften des Seitenkanalverdichters verbessert werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Seitenkanalverdichters ist das mindestens eine Lager mit seinem jeweiligen Lagerinnenring zumindest mittelbar über eine Lager-Anschlagscheibe mittels des Fixierelement am Lagerzapfen axial zur Drehachse fixiert ist, wobei die Lager-Anschlagscheibe einen derart großen Durchmesser aufweist, so dass diese den Lagerinnenring überdeckt, insbesondere orthogonal zur Drehachse, und somit eine Kraft axial zur Drehachse auf den Lagerinnenring übertragen kann. Auf diese Weise lässt sich der Vorteil erzielen, dass für das Fixierelement ein Standardbauteil in Form eines Schraubelements verwendet werden kann, während die Fertigungstoleranzen zur Gewährleistung der Einhaltung der Vorspannkraft, wie beispielsweise axial zur Drehachse verlaufende Breite der Lager-Anschlagscheibe, aber auch Durchmesser der Lager-Anschlagscheibe zur Gewährleistung einer ausreichenden Überdeckung des Lagerinnenrings, in das Bauteil Lager-Anschlagscheibe verlegt werden können. Dies führt zu einer Kostenersparnis beim Zukauf des Fixierelements, da gegebenenfalls notwendige Materialabtragungsarbeiten aufgrund einer Toleranzvermessung der Bauteile und der entsprechenden Toleranzkette ausschließlich am Bauteil Lager-Anschlagscheibe vorgenommen werden müssen. Somit kann der Vorteil erzielt werden, dass die Gesamtkosten des Seitenkanalverdichter reduziert werden können.
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Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele und die darin hervorgehobenen Aspekte beschränkt. Vielmehr ist innerhalb des durch die Ansprüche angegebenen Bereichs eine Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachmännischen Handelns liegen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnung
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Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend eingehender beschrieben.
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Es zeigt:
- 1 eine schematische Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Seitenkanalverdichters,
- 2 eine schematische Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Verdichterrad-Baugruppe in einem Gehäuse,
- 3 einen in Figur mit II bezeichneten Ausschnitt der Verdichterrad-Baugruppe in vergrößerter Darstellung mit mindestens einem in einem Spalt befindlichen Ausgleichselement.
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Beschreibung des Ausführungsbeispiels
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Der Darstellung gemäß 1 ist eine schematische Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Seitenkanalverdichters 1 zu entnehmen.
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Dabei ist in 1 gezeigt, dass der Seitenkanalverdichter 1 für ein Brennstoffzellensystem 31 zur Förderung und/oder Verdichtung eines gasförmigen Mediums, insbesondere Wasserstoff, mit einem Gehäuse 3 und einem Antrieb 6, wobei das Gehäuse 3 ein Gehäuse-Oberteil 7 und ein Gehäuse-Unterteil 8 aufweist. Zudem weist das Gehäuse 3 einen umlaufend um eine Drehachse 4 verlaufenden Verdichterraum 30 auf, der mindestens einen umlaufenden Seitenkanal 19, 21 aufweist, mit einem in dem Gehäuse 3 befindlichen Verdichterrad 2, das drehbar um die Drehachse 4 angeordnet ist und durch den Antrieb 6 angetrieben wird, wobei das Verdichterrad 2 an seinem Umfang im Bereich des Verdichterraums 30 angeordnete Schaufelblätter 5 aufweist und mit jeweils einer am Gehäuse 3 ausgebildeten Gas-Einlassöffnung 14 und einer Gas-Auslassöffnung 16, die über den Verdichterraum 30, insbesondere den mindestens einen Seitenkanal 19, 21, fluidisch miteinander verbunden sind, wobei der Seitenkanalverdichter 1 mindestens ein Lager 27, 47 aufweist. Der jeweilige Seitenkanal 19, 21 kann zudem mittels eines Unterbrecher-Bereichs 15 fluidisch unterbrochen sein, wobei sich der Unterbrecher-Bereich 15 beispielsweise zwischen der Gas-Einlassöffnung 14 und der Gas-Auslassöffnung 16.
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Zudem ist in 1 gezeigt, dass der Antrieb 6 als ein Axialfeld-Elektromotor 6 ausgeführt ist, der einen Stator 11 und einen Rotor 17 aufweist, wobei der Stator 11 und der Rotor 17 scheibenförmig umlaufend um die Drehachse 4 ausgebildet sind und wobei der Stator 11 in Richtung der Drehachse 4 neben dem Rotor 17 angeordnet ist. Dabei kann sich der Rotor 17 zumindest mittelbar an einer Nabenscheibe 23 des Verdichterrads 2 befinden. Zudem ist in 1 gezeigt, dass der Seitenkanalverdichter 1 einen Stator-Raum 42 und einem Rotor-Raum 44 aufweist, wobei in diesen Räumen 42, 44 zumindest teilweise Bauteile des Antriebs 6 angeordnet sind. Dabei weist das Gehäuse-Oberteil 7 eine durchgehende Wandung 29 auf, die sich zwischen dem Stator-Raum 42 und dem Rotor-Raum 44 befindet und eine fluidische Trennung dieser bewirkt. Der Stator-Raum 42 ist zudem von einem Statorgehäuse 39 zumindest teilweise umgeben und/oder gekapselt. Dabei weist das Gehäuse-Unterteil 8 einen zylindrischen Lagerzapfen 12 auf, wobei der Lagerzapfen 12 auf seiner der Drehachse 4 abgewandten Seite eine Mantelfläche 36 aufweist. Dabei verläuft der Lagerzapfen 12 derart in Richtung der Drehachse 4, dass seine Mantelfläche 36 umlaufend um die Drehachse 4 verläuft und wobei ein erstes Lager 27 und/oder ein zweites Lager 47 radial zur Drehachse 4 mit der Mantelfläche des Lagerzapfens 12 in Kontakt stehen. Zudem kann das Verdichterrad 2 über die Nabenscheibe 23 und eine Nabe 9 mit dem jeweiligen Lager 27, 47 verbunden.
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2 zeigt eine schematische Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Verdichterrad-Baugruppe 13 im Gehäuse 3. Dabei ist gezeigt, dass das mindestens eine Lager 27, 47 mittels eines Fixierelement 25 zumindest mittelbar, insbesondere formschlüssig, am Lagerzapfen 12 fixiert ist. Dabei kann eine Lager-Anschlagscheibe 26 verwendet werden, die sich axial zur Drehachse 4 zwischen dem vergrößerten Kopf des Fixierelements 25 und dem jeweiligen Lager 27, 47 und/oder dem Lagerzapfen 12 befindet. Dabei kann das Fixierelement 25, als ein Verschraubungselement 25 ausgeführt sein, dass zumindest teilweise über seine Länge einen Außendurchmesser aufweist und in Richtung der Drehachse 4 in eine Bohrung 43 des Lagerzapfens 12 eingeführt und/oder eingeschraubt ist, wobei der Lagerzapfen 12 im Bereich seiner Bohrung 43 ein Innengewinde aufweist, in das das Verschraubungselement 25 eingeschraubt ist.
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Zudem ist in 2 gezeigt, dass das jeweilige Lager 27, 47 jeweils einen Lageraußenring 20 und/oder einen Lagerinnenring 22 aufweist. Dabei ist mindestens eine Wellfeder 41 axial zur Drehachse 4 neben dem jeweiligen Lagerinnenring 22 angeordnet, insbesondere ringförmig umlaufend um den Lagerzapfen 12, wobei die Wellfeder 41 zumindest nahezu axial zur Drehachse 4 auf den Lagerinnenring 22 wirkt und diesen mit einer Federkraft beaufschlagt. Die Federkraft wirkt dabei auch zumindest nahezu parallel zur Drehachse 4. In einer beispielhaften Ausführungsform ist die Wellfeder 41 auf der dem Fixierelement 25 abgewandten Seite des jeweiligen Lagers 27, 47 angeordnet, insbesondere zwischen dem jeweiligen Lager 27, 47 und der Stirnfläche des Gehäuse-Unterteils 8. Dabei ist das mindestens eine Lager 27, 47 mit seinem jeweiligen Lagerinnenring 22 zumindest mittelbar über die Lager-Anschlagscheibe 26 mittels des Fixierelement 25 am Lagerzapfen 12 axial zur Drehachse fixiert., Dabei weist die Lager-Anschlagscheibe 26 einen derart großen Durchmesser auf, so dass diese den Lagerinnenring 22 überdeckt, insbesondere orthogonal zur Drehachse 4, und somit eine Kraft axial zur Drehachse 4 auf den Lagerinnenring 22 übertragen kann. Des Weiteren steht die Lager-Anschlagscheibe 26 zumindest mittelbar über eine Abstandshülse 33 mit einer Stirnfläche des Lagerzapfens 12 in Richtung der Drehachse 4 in Anlage. Mittels einer Bearbeitung der Abstandshülse 33 vor dem Erfolgen der Montage lässt sich nun eine Lagervorspannung des jeweiligen Lagers 27, 47 erzielen, insbesondere mittels einer Lagervorspannkraft.
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Wie in 2 gezeigt, kann in einer beispielhaften Ausführungsform des Seitenkanalverdichters 1 die Wellfeder 41 eine derartige axial zur Drehachse 4 wirkende Kraft auf die Verdichterrad-Baugruppe 13, insbesondere den Lagerinnenring 22, und drückt dabei die gesamte Verdichterrad-Baugruppe 13 gegen die Lager-Anschlagscheibe 26. Dies setzt ein Loslager, insbesondere ein Lager-Spiel, für die Lagerinnenringe 22 voraus. Um ein Verkippen der Verdichterrad-Baugruppe 13 zu minimieren, sollte das Spiel zwischen Lagerinnenring 22 und Lagerzapfen 12 so klein wie möglich sein. Das jeweilige Lager 27, 47 befindet sich dabei in einer Aussparung der Nabe 9 und kann in die Aussparung der Nabe 9 eingepresst sein. Wie in 2 gezeigt, ist die Nabe 9 mittels mindestens einer Federscheibe 40 und mindestens einer Schraube 35 mit dem Verdichterrad 2 verbunden. In dieser gezeigten beispielhaften Ausführungsform des Seitenkanalverdichters 1 mit dem ersten Lager 27 und dem zweiten Lager 47 kann sich in Richtung der Drehachse 4 eine Distanzscheibe 37 zwischen den Lagern 27, 47 befinden, wobei sich mittels der Distanzscheibe 37 ein Abstand zwischen den Lagern 27, 47 einstellen lässt.
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3 zeigt einen in 2 mit II bezeichneten Ausschnitt der Verdichterrad-Baugruppe 13 in vergrößerter Darstellung mit mindestens einem in einem Spalt 45 befindlichen Ausgleichselement 32, 34. Dabei ist in dieser beispielhaften Ausführungsform des Seitenkanalverdichter 1 gezeigt, dass die Verdichterrad-Baugruppe das erste Lager 27 und das zweite Lager 47 aufweisen kann, wobei jedes Lager 27, 47 jeweils einen eigenen Lagerinnenring 22 aufweist. Dabei befindet sich mindestens ein Ausgleichselement 32, 34 zwischen einer Lagerinnenfläche 38 des jeweiligen Lagers 27, 47 und einer Mantelfläche 36 des Lagerzapfens 12 befindet. Zudem verläuft der Lagerzapfen 12 derart in Richtung der Drehachse 4, dass seine Mantelfläche 36 umlaufend um die Drehachse 4 verläuft und wobei das erste Lager 27 und/oder das zweite Lager 47 radial zur Drehachse 4 über das jeweilige Ausgleichselement 32, 34 mit der Mantelfläche 36 des Lagerzapfens 12 in Kontakt stehen. Der Lagerinnenring 22 des jeweiligen Lagers 27, 47 ist als ein Loslager ausgeführt ist, so dass sich der jeweilige Lagerinnenring 22 axial zur Drehachse 4 auf dem Lagerzapfen 12 bewegen lässt. In einer beispielhaften Ausführungsform des Seitenkanalverdichters 2 kann sich ein erstes Ausgleichselements 32 zwischen dem Lagerinnenring 22a des ersten Lagers 27 und dem Lagerzapfen 12 und/oder es kann sich ein zweites Ausgleichselements 34 zwischen dem Lagerinnenring 22b des zweiten Lagers 27 und dem Lagerzapfen 12 befinden.
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In 3 ist zudem gezeigt, dass das Ausgleichselement 32, 34 zumindest nahezu über die axial zur Drehachse 4 verlaufende gesamte Breite B des Lagerinnenrings 22 verläuft und/oder zumindest über einen Großteil der Lagerinnenfläche 38 des jeweiligen Lagers 27, 47 auf das mit einer radial zur Drehachse 4 verlaufenden Abstützkraft auf die Lagerinnenfläche 38 wirkt. Das jeweilige Ausgleichselement 32, 34 kann dabei nahezu über die gesamte Breite B mit der Abstützkraft auf den jeweiligen Lagerinnenring 22 und somit auf das jeweilige Lager 27, 47 und/oder die Verdichterrad-Baugruppe 13 wirken. Dabei kann das Ausgleichselement 32, 34 als ein ringförmig um die Drehachse 4 verlaufendes Federelement 32, 34 ausgeführt sein, wobei das Federelement 32, 34 zumindest teilweise elastische verformbar ist. Ein weiterer Vorteil der Verwendung des mindestens einen Ausgleichselements 32 , 34 ist, dass bei einem Aufweiten des Lagerzapfens 12 radial zur Drehachse 4, verursacht durch das Einschrauben des Fixierelements 25, insbesondere eines Einschraubens mit einem Überschreiten des vorgehsehenen zulässigen Drehmoments, sowie durch unterschiedliche Wärmedehnungskoeffizienten der eingesetzten Bauteile 12, 27, 47 der jeweilige Lagerinnenring 22 nicht beschädigt wird und/oder keine Klemmkräfte zwischen dem Lagerzapfen 12 und der Verdichterrad-Baugruppe 13 entstehen. In einer beispielhaften Ausführungsform kann der Lagerzapfen 12 Aluminium aufweisen und der Lagerinnenring 22 Edelstahl aufweisen. Durch den Einsatz des mindestens einen Ausgleichselements 32, 34 kann zudem bei niedriger Temperatur, insbesondere unter -0°C bis -40°C, ein Verkippen der Verdichterrad-Baugruppe 13 verhindert werden. Bei hohen Temperaturen, insbesondere von bis zu 160°C, wird ein Klemmen von Lagerzapfen 12 und Lagerinnenring 22 vermieden.
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Zudem wird in 3 gezeigt, dass der Lageraußenring 20 zumindest mittelbar an dem Verdichterrad 2 und/oder unmittelbar an der Nabe 9 fixiert ist und mit diesem im Betrieb des Seitenkanalverdichters 1 mit dreht. Dabei steht die der Drehachse 4 abgewandte Oberfläche des jeweiligen Lageraußenrings 20 mit einer Innenbohrung 24 der Nabe 9 zumindest in Anlage oder bildet mit diesem einen Pressverband aus. Zudem ist gezeigt, dass das jeweilige Element 32, 34 auf der dem Lagerzapfen 12 zugewandten Seite eine ringförmig um die Drehachse 4 verlaufende Öffnung 28 aufweist und mit zwei Endbereichen 46, insbesondere elastischen Endbereich 46, mit dem Lagerzapfen 12 in Anlage steht.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102018222102 A1 [0003, 0004, 0005]
