CN110959074B - 轴、径向压缩机和用于制造径向压缩机的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于向燃料电池供给空气的轴，具有至少区段地空心构造的管体(12)，所述管体具有第一构件(14)和第二构件(16)，它们在各自的彼此相邻布置的轴向端部区段(14a、16a)上相互连接，并且其中，所述管体(12)的空腔(12a)能够被空气流过，用于冷却与轴(10)相邻布置的部件。本发明还涉及一种径向压缩机(1)。本发明还涉及用于制造径向压缩机(1)的方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于向燃料电池供给空气的径向压缩机的轴。本发明还涉及一种用于向燃料电池供给空气的径向压缩机。本发明还涉及一种用于制造用于向燃料电池供给空气的径向压缩机的方法。
背景技术
已知用于向燃料电池供给空气的、电驱动的涡轮压缩机。通过来自箱的氢与来自周围空气的氧发生反应，在车辆中的燃料电池中产生电流。在此，产生电流并且作为反应产物仅形成水蒸气。空气和氢必须以适当比例被辅助装置供应给燃料电池。空气的压力升高导致在效率和功率密度方面的提高。为了降低成本，在当前方案中很大程度上省去蓄电池，使得燃料电池必须相应于行驶驱动的需求动态地提供其能量。这也引起空气供应的高瞬时运行。
DE 10 2013 221 119 Al公开了一种具有用于输送和压缩空气的空气叶轮的径向压缩机，其中，空气叶轮的空气叶片成型在径向端部上，以便与包括空气叶轮的壳体形成用于支承空气叶轮的径向空气轴承。
发明内容
本发明实现一种用于向燃料电池供给空气的径向压缩机的轴，该轴具有至少区段地空心构造的管体，该管体具有第一构件和第二构件，所述第一构件和第二构件在各自的彼此相邻布置的轴向端部区段上相互连接，并且其中，管体的空腔能够被空气流过，用于冷却与轴相邻布置的部件。
此外，本发明实现一种用于向燃料电池供给空气的径向压缩机，该径向压缩机具有工作轮和电动机，所述工作轮具有根据本发明的轴，在所述轴上用法兰连接有至少一个压缩机轮，所述电动机构造为用于驱动所述轴。
此外，本发明还实现一种用于制造用于向燃料电池供给空气的径向压缩机的方法。用于制造用于向燃料电池供给空气的径向压缩机的方法包括提供具有第一构件和第二构件的管体。所述方法还包括将至少区段式的阶梯孔加工到第一构件和第二构件中。所述方法还包括将第一构件和第二构件在第一构件和第二构件的各自的彼此相邻布置的轴向端部区段上连接，其中，至少区段地空心构造的管体的空腔能够被空气流过，用于冷却与轴相邻布置的部件。
本发明的构思是，通过设置具有第一构件和第二构件的装配的轴相应于在构造方面的预给定或者要求来构造管体的空腔，所述第一构件和所述第二构件在轴向端部区段上相互连接。此外，管体的空腔能够被空气流过，用于冷却与轴相邻布置的部件，由此，该管体一方面通过设置空腔可以被重量优化，而且也提供对相应部件的冷却空气供给。有利的实施方式和扩展方案由从属权利要求以及由参照附图的说明得出。
根据一个优选的扩展方案设置，第一构件和第二构件通过摩擦焊接相互连接。
由此可以确保轴的简单的可制造性。第一构件和第二构件的连接能够以有利的方式精确地进行，由此，所述轴的运转性能由于空心的构造形式而优于实心轴的运转性能。
根据另一优选的扩展方案设置，第一构件在相邻于第一构件与第二构件的连接部位布置的第一轴向端部区段上具有沿第一构件的轴向方向延伸的、具有第一直径的孔，在该孔上衔接有具有可变直径的区段，在该区段上衔接有沿第一构件的轴向方向延伸的、具有第二直径的孔。第一构件的空腔的这种构造能够以有利的方式仅通过将轴分为第一构件和第二构件两部分来实现。因此，空腔基本上可以遵循或者说模仿轴的外轮廓。
根据另一优选的扩展方案设置，第二构件在相邻于第二构件与第一构件的连接部位布置的第一轴向端部区段上具有沿第二构件的轴向方向延伸的、具有第一直径的孔，在该孔上衔接有具有可变直径的区段，在该区段上衔接有沿第二构件的轴向方向延伸的、具有第二直径的孔。
第二构件的空腔的这种构造能够以有利的方式仅通过将轴分为第一构件和第二构件两部分来实现。因此，空腔基本上可以遵循或者说模仿轴的外轮廓。
根据另一优选的扩展方案设置，第一构件和第二构件的具有第一直径的孔具有比第一构件和第二构件的具有第二直径的孔更小的直径，其中，加工到第一构件和第二构件中的具有可变直径的区段这样地构造，使得直径从第一孔到第二孔基本上线性地增大。因此，能够有利的方式引导层状的空气流通过管体，而在直径改变的位置处不出现涡流。
根据另一优选的扩展方案设置，第一构件在与压缩机轮相邻布置的第二轴向端部区段上具有布置在第一构件的中心纵轴线的区域中的中心孔，该中心孔沿第一构件的轴向方向延伸并且与加工到第一构件中的具有第二直径的孔流体连通。通过设置横向孔，可以将流入到管体中的空气排出到周围环境中。
根据另一优选的扩展方案设置，通过中心开口流入到管体的空腔中的空气能够被引导通过管体的空腔，其中，空气能够通过布置在第二构件的具有第二直径的孔的区域中的横向孔从管体的空腔流出。横向孔以有利的方式这样地布置，使得从该横向孔流出的空气流动对与所述轴相邻布置的部件加载以空气流，以便因此引起部件的冷却。
根据另一优选的扩展方案设置，管体的空腔具有空气引导元件，所述空气引导元件构造为用于将空气流从轴向流动偏转为径向流动并且供应给横向孔。因此，通过管体引导的空气流可以有效地被供应给横向孔。
根据另一优选的扩展方案设置，所述轴的旋转产生泵送作用，用于通过布置在管体空腔中的至少一个横向孔排出空气，所述横向孔与轴的周围环境连通。因此，所述轴的旋转以有利的方式引起空气流的加速，使得能够对与所述轴相邻布置的部件有效地加载空气流。
所说明的构型和扩展方案能够任意地相互组合。
本发明的其它可能的构型、扩展方案和实施方式也包括本发明的前面或者下面关于实施例所说明的特征的未明确提及的组合。
附图说明
附图应有助于对本发明的实施方式的进一步理解。附图阐明了实施方式并且与说明书结合用于解释本发明的原理和方案。
其它实施方式和许多提及的优点参照附图得出。附图所示的元件不一定彼此按比例地示出。
附图示出了：
图1用于根据本发明的优选实施方式的径向压缩机的轴的纵截面图；和
图2用于制造根据本发明的优选实施方式的径向压缩机的方法的流程图。
在附图的示图中，除另有说明外，相同的附图标记标明相同的或者功能相同的元件、构件或者部件。
具体实施方式
图1示出用于根据本发明的优选实施方式的径向压缩机的轴的纵截面图。
用于向燃料电池供给空气的径向压缩机1的轴10具有至少区段地空心构造的管体12。管体12具有第一构件14和第二构件16，所述第一构件和第二构件在各自的彼此相邻布置的轴向端部区段14a、16a上相互连接。管体12的空腔12a能够被空气流过，用于冷却与轴10相邻布置的部件。这些部件例如由电动机32和/或轴的轴承构成。
第一构件14和第二构件16优选通过摩擦焊接相互连接。替代地，第一构件14和第二构件16可以通过传统的焊接连接或其它接合连接而相互连接。摩擦焊缝17基本上沿轴10的径向方向R并且在沿轴10的轴向方向A基本上居中的区域18中构造。
第一构件14在相邻于第一构件14与第二构件16的连接部位19布置的第一轴向端部区段14a上具有沿第一构件14的轴向方向A延伸的、具有第一直径的孔20a。在第一直径的孔20a上衔接有具有可变直径的区段20b。在具有可变直径的区段20b上又衔接有沿第一构件14的轴向方向A延伸的、具有第二直径的孔20c。
第一构件14的第一直径的孔20a具有比第一构件14的具有第二直径的孔20c更小的直径。加工到第一构件14中的具有可变直径的区段20b这样地构造，使得直径从第一孔20a至第二孔20c基本上线性地增大。
第二构件16在相邻于第二构件16与第一构件14的连接部位19布置的第一轴向端部区段16a上具有沿第二构件16的轴向方向A延伸的、具有第一直径的孔22a。在第一直径的孔22a上衔接有具有可变直径的区段22b。在具有可变直径的区段22b上又衔接有沿第二构件16的轴向方向A延伸的、具有第二直径的孔22c。
第二构件16的具有第一直径的孔22a具有比第二构件16的具有第二直径的孔22c更小的直径。加工到第二构件16中的具有可变直径的区段22b这样地构造，使得直径从第一孔22a至第二孔22c基本上线性地增大。第一构件14在与压缩机轮24相邻布置的第二轴向端部区段14b上具有布置在第一构件14的中心纵轴线M的区域中的中心孔26。该中心孔26沿第一构件14的轴向方向A延伸并且与加工到第一构件14中的具有第二直径的孔20c流体连通。
管体12具有优选绕着管体12环绕地布置的横向孔28。横向孔28布置在第二构件16的具有第二直径的孔22c的区域中并且与第二构件16的具有第二直径的孔22c流体连通。
通过中心开口26流入到管体12的空腔12a中的空气能够被引导通过管体12的空腔12a。在此，空气可以通过布置在第二构件16的具有第二直径的孔22c的区域中的横向孔28从管体12的空腔12a流出。
管体12的空腔12a具有空气引导元件30。该空气引导元件30构造为用于将空气流L从轴向流动偏转为径向流动并且因此供应给横向孔。
压缩机轮24在轴10上布置在第一构件14的中心开口26或者说第二轴向端部区段14b的区域中。此外，在压缩机轮24和管体12之间布置有轴向轴承25。此外，在第二构件16的第二轴向端部区段16b上用法兰连接有涡轮机轮34。涡轮机轮34是可选的。此外，在中间区域18中布置有用于驱动轴10的电动机32的永磁体36。永磁体36被例如由钢或碳制成的箍38位置固定地固定。
图2示出用于制造根据本发明的优选实施方式的径向压缩机的方法的流程图。用于制造用于向燃料电池供给空气的径向压缩机的方法包括提供S1管体，该管体具有第一构件和第二构件。
此外，所述方法包括将至少区段式的阶梯孔加工S2到第一构件和第二构件中。所述方法还包括将第一构件和第二构件连接S3在第一构件和第二构件的各自的彼此相邻布置的轴向端部区段上，其中，至少区段地空心构造的管体的空腔能够被空气流过，用于冷却与轴10相邻布置的部件。
虽然之前根据优选的实施例说明了本发明，但本发明不局限于此，而是能够以多种方式被修改。尤其，本发明能够以各种方式被改变或修改，而不偏离本发明的核心。
例如可以相应于各个结构上或者设计上的要求来改变轴的部件的形状、尺寸和/或特性。
Claims (8)
1.一种用于向燃料电池供给空气的径向压缩机（1）的轴（10），所述轴具有至少区段地空心构造的管体（12），所述管体具有第一构件（14）和第二构件（16），所述第一构件和第二构件在各自的彼此相邻布置的轴向端部区段（14a、16a）上相互连接，并且其中，所述管体（12）的空腔（12a）能够被空气流过，用于冷却与所述轴（10）相邻布置的部件，其中，所述第一构件（14）在相邻于所述第一构件（14）与所述第二构件（16）的连接部位（19）布置的第一轴向端部区段（14a）上具有沿所述第一构件（14）的轴向方向（A）延伸的、具有第一直径的孔（20a），在所述孔上衔接有具有可变直径的区段（20b），在所述区段上衔接有沿所述第一构件（14）的轴向方向（A）延伸的、具有第二直径的孔（20c），其中，所述第一构件（14）在与压缩机轮（24）相邻布置的第二轴向端部区段（14b）上具有布置在所述第一构件（14）的中心纵轴线（M）的区域中的中心孔（26），所述中心孔沿所述第一构件（14）的轴向方向（A）延伸并且与加工到所述第一构件（14）中的具有第二直径的孔（20c）流体连通，其特征在于，所述中心孔（26）具有不同于所述第二直径的直径，其中，所述第二直径的孔（20c）在轴向方向（A）上布置在所述中心孔（26）和所述可变直径的区段（20b）之间，并且其中，所述第一构件（14）和所述第二构件（16）的具有第一直径的孔（20a、22a）具有比所述第一构件（14）和所述第二构件（16）的具有第二直径的孔（20c、22c）更小的直径，其中，加工到所述第一构件（14）和所述第二构件（16）中的具有可变直径的区段（20b、22b）这样地构造，使得直径从所述第一直径的孔（20a、22a）到所述第二直径的孔（20c、22c）基本上线性地增大。
2.根据权利要求1所述的轴，其特征在于，所述第一构件（14）和所述第二构件（16）通过摩擦焊接相互连接。
3.根据权利要求1或2所述的轴，其特征在于，所述第二构件（16）在相邻于所述第二构件（16）与所述第一构件（14）的连接部位（19）布置的第一轴向端部区段（16a）上具有沿所述第二构件（16）的轴向方向（A）延伸的、具有第一直径的孔（22a），在所述孔上衔接有具有可变直径的区段（22b），在所述区段上衔接有沿所述第二构件（16）的轴向方向（A）延伸的、具有第二直径的孔（22c）。
4.根据权利要求1所述的轴，其特征在于，所述管体（12）具有优选绕着所述管体（12）环绕地布置的横向孔（28），所述横向孔布置在所述第二构件（16）的具有第二直径的孔（22c）的区域中并且与所述第二构件（16）的具有第二直径的孔（22c）流体连通。
5.根据权利要求4所述的轴，其特征在于，通过中心孔（26）流入到所述管体（12）的空腔（12a）中的空气能够被引导通过所述管体（12）的空腔（12a），其中，空气能够通过布置在所述第二构件（16）的具有第二直径的孔（22c）的区域中的横向孔（28）从所述管体（12）的空腔（12a）流出。
6.根据权利要求4或5所述的轴，其特征在于，所述管体（12）的空腔（12a）具有空气引导元件（30），所述空气引导元件构造为用于将空气流（L）从轴向流动偏转为径向流动并且供应给所述横向孔（28）。
7.一种用于向燃料电池供给空气的径向压缩机（1），所述径向压缩机具有工作轮和电动机（32），所述工作轮具有根据权利要求1至6中任一项所述轴（10），在所述轴上用法兰连接有至少一个压缩机轮（24），所述电动机构造为用于驱动所述轴（10）。
8.一种用于制造根据权利要求7所述的用于向燃料电池供给空气的径向压缩机（1）的方法，所述方法具有以下步骤：
- 提供（S1）管体（12），所述管体具有第一构件（14）和第二构件（16）；
- 将至少区段式的阶梯孔加工（S2）到所述第一构件（14）和所述第二构件（16）中；
- 将所述第一构件（14）和所述第二构件（16）在所述第一构件（14）和所述第二构件（16）的各自的彼此相邻布置的轴向端部区段上连接，其中，至少区段地空心构造的所述管体（12）的空腔（12a）能够被空气流过，用于冷却与所述轴（10）相邻布置的部件。
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