DE19620368C1 - Vorrichtung zur Evakuierung eines Gehäuses für ein Schwungrad eines Kraftfahrzeuges - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Evakuierung eines Gehäuses für ein Schwungrad bei Kraftfahrzeugen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Aus der EP 0 473 556 A3 ist eine gattungsgemäße Vorrichtung zur Evakuierung eines Gehäuses für ein Schwungrad bekannt. Die Vor­ richtung umfaßt eine über einen Absaugkanal mit einer Vakuumpum­ pe verbundene Abströmöffnung, die an dem das Schwungrad umgeben­ den Gehäuse im Bereich einer Mantelfläche des Schwungrades ange­ ordnet ist. Die Abströmöffnung weist in Richtung eines Durchmes­ sers des Schwungrades.

Zum allgemeinen technischen Hintergrund wird noch auf die US-PS 214 981 verwiesen.

Schwungräder dienen zur Energiespeicherung insbesondere in Kraftfahrzeugen. Zur Vermeidung von Reibungsverlusten im Be­ triebszustand des Schwungrades ist es zweckdienlich, mittels einer Vakuumpumpe ein Hochvakuum im Schwungradgehäuse zu erzeugen. Zu­ gleich werden dadurch chemisch aktive Gaskomponenten, wie bei­ spielsweise Sauerstoff, aus dem Gehäuse abgesaugt. Somit wird eine durch die extrem hohe Umfangsgeschwindigkeit des Schwungra­ des verursachte Weiterleitung der Impulse an die Gasatome ver­ hindert, die aufgrund ihrer hohen äquivalenten Temperatur eine hohe chemische Aggressivität gegenüber den Materialien der Schwungradvorrichtung zeigen, insbesondere gegenüber Kunststof­ fen.

Ein Nachteil gattungsgemäßer Vorrichtungen liegt in den langen Zeiten, die benötigt werden um die Gehäuse der Schwungräder zu evakuieren.

Es ist die Aufgabe der Erfindung eine Vorrichtung der gattungs­ gemäßen Art derart auszubilden, daß die erforderlichen Evakuie­ rungsvorgänge des Schwungradgehäuses bei gleichzeitiger Reduzie­ rung der hierfür benötigten Energie beschleunigt werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 gegebenen Merkmale gelöst.

Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung liegt in der Lage der Abströmöffnung im Bereich des Außendurchmessers des Schwungrades, d. h. im Bereich der höchsten Gasgeschwindig­ keit, wodurch der Evakuierungsvorgang des Schwungradgehäuses be­ schleunigt wird. Die Abströmrichtung des Absaugkanals in einem Öffnungsbereich liegt in etwa tangential zu einer Umfangsrich­ tung des Schwungrades und dadurch genau in der Strömungsrichtung der Gase. Durch die vom Schwungrad vermittelte Fliehkraft wird das Gas im Bereich des Außendurchmessers verdichtet, was zu ei­ ner höheren Trefferquote der Gasmoleküle in die Abströmöffnung führt. Gleichzeitig werden die vom Schwungrad an die Gase wei­ tergegebenen Impulse als zusätzliche Förderenergie zum Absaugen der Gase genutzt.

Bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung nach Anspruch 2 ist von Vorteil, daß die Abströmöffnung in dem Bereich liegt, in den die im Gehäuse befindlichen Gase mittels der durch das rotierende Schwungrad erzeugten Fliehkräfte geschleudert werden.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung nach Anspruch 4 wird das Ausströmen der Gase durch die strömungsgünstige Ausströmöff­ nung erleichtert.

Gemäß Anspruch 6 ist eine gezielte Lenkung des abströmenden Ga­ ses dadurch möglich, daß an der Innenseite des Gehäusemantels und/oder am Schwungrad Strömungsleitelemente angeordnet sind, die die Förderbewegung des Gases in Richtung Abströmöffnung un­ terstützen.

In Ausgestaltung der Erfindung ist nach Anspruch 7 eine Leitwen­ del vorgesehen, die das abströmende Gas gezielt in die Abström­ öffnung leitet.

In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ge­ mäß Anspruch 8 ist zwischen Läufer und Stator ein Strahlungswär­ metauscher angeordnet, der auch bei schnell drehendem Läufer ein Abführen der Verlustwärme der Elektromaschine ermöglicht, wobei die Abführung durch zusätzliche kältetechnische Hilfsmaßnahmen an der Strahlungsabsorberoberfläche unterstützt werden kann.

Weitere Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung gehen aus den übrigen Unteransprüchen und der Beschreibung hervor.

In der einzigen Figur ist im folgenden ein Ausführungsbeispiel mit weiteren Einzelheiten näher erläutert. Sie zeigt einen Schnitt durch ein in einem Gehäuse 1 angeordnetes Schwungrad 2 mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 3 zur Evakuierung des Gehäuses 1.

Das Gehäuse 1 umfaßt einen Gehäusemantel 4, zwei Deckflächen 5a, 5b und einen an einer äußeren, dem Schwungrad 2 abgewandten Ge­ häusemantelfläche 4a angeordneten Berstpanzer 6. Im Gehäuse 1 ist eine mit dem Schwungrad 2 drehfest verbundene Welle 7 dreh­ bar gelagert. Das Schwungrad 2 ist über die Welle 7 mit einem nicht dargestellten Antriebsaggregat, durch das das Schwungrad 2 antreibbar ist, und einer ebenfalls nicht dargestellten Ab­ triebseinheit, durch die die vom Schwungrad 2 erzeugte Energie ableitbar ist, verbunden.

Das Schwungrad 2 rotiert in dem Gehäuse 1 und ist über die Welle 7 mit einem Läufer 8 einer elektrischen Maschine verbunden. Ein Stator 9 der Maschine ist in dem Gehäuse 1 angeordnet und umgibt den Läufer 8. Die mit dem Stator 9 verbundenen elektrischen Ver­ bindungskabel 10 werden auf der dem Läufer 8 und dem Stator 9 zugewandten unteren Deckfläche 5a des Gehäuses 1 aus dem Gehäuse 1 herausgeführt.

In dem Gehäuse 1 wird durch die erfindungsgemäße Vorrichtung 3 zur Evakuierung ein Vakuum erzeugt, wodurch der Wirkungsgrad des rotierenden Schwungrades 2 erhöht wird, da der Reibungswider­ stand des Schwungrades 2 vermindert ist. Die Vorrichtung 3 um­ faßt eine Vakuumpumpe 11 und einen Absaugkanal 12, der über eine Abströmöffnung 13 mit dem Inneren des Gehäuses 1 strömungsmäßig verbunden ist. Die Vakuumpumpe 11 steht über ein Rückschlagven­ til 21 mit einem Filter 22 in Verbindung. Das Rückschlagventil 21 kann fremdbetätigt und nur während des Betriebes der Vakuum­ pumpe 11 geöffnet sein. Die Abströmöffnung 13 ist in dem Gehäu­ semantel 4 in einem Übergangsbereich 14 zwischen Gehäusemantel 4 und Deckfläche 5a des Gehäuses 1 angeordnet. Eine Abströmrich­ tung des Absaugkanals 12 liegt in einem Öffnungsbereich 13a aus­ gehend von der Abströmöffnung 13 in etwa tangential zu einer Um­ fangsrichtung des Schwungrades 2.

Die vor dem Evakuierungsvorgang im Gehäuse 1 befindlichen Gase werden mittels durch das Schwungrad 2 erzeugter Fliehkräfte in einen Spalt 15 zwischen einer Mantelfläche 16 des Schwungrades 2 und dem Gehäuse 1 geschleudert. Somit liegt die Abströmöffnung 13 genau in der Strömungsrichtung der durch das Schwungrad 2 in Bewegung gesetzten Gase. Der Evakuierungsvorgang des Gehäuses 1 wird beschleunigt, da eine höhere Trefferquote der Gasmoleküle in die Abströmöffnung 13 ermöglicht ist. Die durch die vom Schwungrad 2 an die Gase weitergegebene Energie unterstützt die von der Vakuumpumpe zur Evakuierung des Gehäuses 1 benötigte Ab­ saugenergie, wodurch eine Verbesserung des Evakuierungsvorgangs erreichbar ist.

Um das Absaugen der Gase zu erleichtern, weist die Abströmöff­ nung 13 eine strömungsgünstige Ausbildung in Form eines Trich­ ters 17 auf. Ferner kann die Abströmöffnung 13 auch die Form einer Schneide oder einer NACA-Düse haben.

Die Lage der Abströmöffnung 13 kann in einem Bereich 18 des Ge­ häusemantels 4 variieren und beispielsweise in einem der Mantel­ fläche 16 des Schwungrades 2 zugewandten Bereich 19 des Gehäuses 1 angeordnet sein. Denkbar wären auch weitere zusätzliche Ab­ strömöffnungen 13.

Um eine gezielte Lenkung der Strömungsrichtung der Gase zur Ab­ strömöffnung 13 zu erreichen, können an einer Innenseite 20 des Gehäusemantels 4 und/oder am Schwungrad 2 Strömungsleitelemente vorgesehen werden, die eine spiralförmige Strömung in Richtung der Abströmöffnung 13 erzeugen. Vorstellbar ist beispielsweise eine schraubenförmige Leitwendel zwischen der Mantelfläche 16 des Schwungrades 2 und dem Gehäuse 1, wobei ein erstes Ende der Leitwendel am Gehäuse 1 befestigt ist und und ein zweites Ende in die Abströmöffnung 13 mündet.

Bei Schwungradspeichern mit relativ niedriger Drehzahl wird eine Mindestrestgasmenge benötigt, um die Verlustwärme der Elektroma­ schine abzuführen. Bei schnell drehenden Läufern funktioniert diese Technik nicht zufriedenstellend, da die Mindestrestgasmen­ ge durch Reibung selbst zu heiß wird. Deshalb erfolgt in der er­ findungsgemäßen Vorrichtung die Abführung der Verlustwärme der Elektromaschine durch für diesen Zweck ausgestaltete, hier nicht dargestellte Strahlungswärmetauscher zwischen Läufer und Stator, wobei die Abführung der Verlustwärme durch zusätzliche kälte­ technische Hilfsmaßnahmen an der Strahlungsabsorberfläche unter­ stützt werden kann.

Claims (8)

1. Vorrichtung zur Evakuierung eines Gehäuses für ein Schwungrad eines Kraftfahrzeuges, wobei die Vorrichtung eine Vakuumpumpe und einen Absaugkanal umfaßt, der über eine Abströmöffnung mit dem Inneren des Gehäuses strömungsmäßig verbunden ist und wobei das mit einer Welle verbundene Schwungrad in dem Gehäuse gela­ gert ist, das einen Gehäusemantel und Deckflächen aufweist, und wobei die Abströmöffnung in einem Bereich des Gehäusemantels an­ geordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Abströmrichtung des Absaugkanals (12) in einem Öff­ nungsbereich (13a) in etwa tangential zu einer Umfangsrichtung des Schwungrades (2) liegt.

2. Vorrichtung zur Evakuierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abströmöffnung (13) in dem Gehäusemantel (4) des Ge­ häuses (1) angeordnet ist.

3. Vorrichtung zur Evakuierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abströmöffnung (13) in einem einer Mantelfläche (16) des Schwungrades (2) zugewandten Bereich (19) des Gehäuses (1) angeordnet ist.

4. Vorrichtung zur Evakuierung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abströmöffnung (13) eine strömungsgünstige Ausbil­ dung aufweist.

5. Vorrichtung zur Evakuierung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Abströmöffnung (13) die Form eines Trichters (17) oder einer Schneide aufweist.

6. Vorrichtung zur Evakuierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an einer Innenseite (20) des Gehäusemantels (4) und/oder am Schwungrad (2) Strömungsleitelemente angeordnet sind, die ei­ ne spiralförmige Strömung in Richtung der Abströmöffnung (13) erzeugen.

7. Vorrichtung zur Evakuierung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine schraubenförmige Leitwendel zwischen der Mantelflä­ che (16) des Schwungrades (2) und dem Gehäuse (1) angeordnet ist, wobei die Leitwendel am Gehäuse (1) befestigt ist und deren Ende in die Abströmöffnung (13) mündet.

8. Vorrichtung zur Evakuierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen drehenden und stehenden Elementen der Vorrich­ tung (3) ein Strahlungswärmetauscher angeordnet ist.