CN117043470A - 用于制造具有电无源部件的空心体积的侧通道压缩机的方法和燃料电池系统的用于输送和/或压缩气态介质、尤其氢气的侧通道压缩机 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于制造侧通道压缩机(1)的方法，所述侧通道压缩机具有电无源部件(12)的空心体积(9)。为了改进具有电无源部件(12)的空心体积(9)的侧通道压缩机(1)，所述空心体积(9)至少几乎完全充注以浇注材料(11)，其中，所述浇注材料(11)具有塑料。
Description
技术领域
本发明涉及一种方法和一种具有空心体积的侧通道压缩机和用于燃料电池系统的用于输送和/或压缩气体介质、尤其是氢气的侧通道压缩机。
背景技术
在车辆领域中，除液态燃料外，气态燃料未来也将发挥越来越大的作用。尤其在具有燃料电池驱动器的车辆中必须控制氢气流。在此，气体流不再如喷射液态燃料时那样被不连续地控制，而是气体从至少一个高压箱中被取出并且通过中压管路系统的流入管路引导到喷射器单元处。该喷射器单元将气体通过低压管路系统的连接管路引导到燃料电池。在气体流过燃料电池之后，通过回引管路引导返回至喷射器单元。在此，可以在中间接入侧通道压缩机，该侧通道压缩机在流体技术和效率技术方面辅助气体回引。此外，侧通道压缩机用于辅助燃料电池驱动器中的流动建立、尤其在车辆在一定停止时间之后的(冷)启动时。该侧通道压缩机的驱动通常通过电动机进行，所述电动机在车辆中运行时通过车辆电池供给以电压。
由DE 10 2018 204 713 A1已知一种用于燃料电池系统的侧通道压缩机，在所述侧通道压缩机中，气态介质、尤其是氢气被输送和/或压缩。由DE 10 2018 204 713 A1已知的侧通道压缩机可能具有一定缺点。
侧通道压缩机在此包括具有电气和/或电子构件、尤其是电无源部件(daselektrische Passivteil)和/或转子的驱动器。在此，电无源部件和/或转子例如可以至少几乎完全被间隙罐(Spalttopf)包围。由于侧通道压缩机的具有间隙罐的结构形式，电无源部件在此具有空心体积。由于从外部侵入的氢气可以在该空心体积中形成临界的气体量，氢气与在空心体积中已经存在的空气混合，其中形成可点燃的氢氧混合物。在此，氢气可以通过间隙罐和/或壳体的部分扩散到空心体积的区域中。该氢气-氧气由于由电气或电子构件引起的火花而点燃并且损坏侧通道压缩机。也可能发生与空心体积邻接的构件、例如与无源部件连接的电线缆的氢脆。这然后又可能导致驱动器故障和/或整个侧通道压缩机故障。
发明内容
本发明的任务在于，功能上和/或在其制造方面改进具有空心体积的侧通道压缩机。
参考权利要求1，所述任务在用于制造具有空心体积的侧通道压缩机的方法中通过以下方式来解决：所述空心体积至少几乎完全充注以浇注材料，其中，浇注材料具有塑料。以这种方式，一方面空心体积可以几乎完全填充以浇注材料，使得没有氧气和/或氢气可以聚积在空心体积的区域中。在此，例如通过使用浇注材料，在氢气通过间隙罐和/或壳体扩散时引起空心体积减少到非临界的气体量。另一方面，通过使用浇注材料可以实现对驱动器和/或无源部件的构件的封装。
所述方法的一个优选实施例的特点在于，在将后浇注材料浇注到空心体积中之前，对空心体积喷射以预浇注材料。以这种方式，浇注材料一方面可以尽可能良好地渗透到空心体积的内表面和/或驱动器壳体区域的所有区域中，所述驱动器壳体区域例如也可以复杂和/或成角度地构型。在预浇注材料硬化之后，可以将后浇注材料浇注到已经处于空心体积中的预浇注材料中。在此，在无源部件到驱动器壳体外的能量源的线缆安装之后，可以将预浇注材料和后浇注材料引入到空心体积中。因此可以实现对无源部件的电气构件的改进封装。此外，还可以降低装配成本。
所述方法的一个优选实施例的特点在于，浇注材料和/或预浇注材料和/或后浇注材料由具有高导热性的材料构成。在该背景下，高导热性意味着，引入到对应的浇注材料中的热能被浇注材料快速吸收并且继续传递。在此，由于无源部件的电气和/或电子损耗和/或由于侧通道压缩机的可运动部件中的摩擦损耗而出现的热能尤其从无源部件和转子经由对应的浇注材料沿旋转轴线的方向从这些构件导出并且从对应的浇注材料传递到驱动器壳体上，然后从那里导出给周围环境。以这种方式可以预防驱动器、尤其无源部件和转子的过热，然而也可以预防整个侧通道压缩机的过热，并且因此提高侧通道压缩机的使用寿命。
所述方法的一个特别优选的实施例的特点在于，浇注材料和/或预浇注材料和/或后浇注材料由具有高电阻的材料构成。所述方法的另一优选实施例的特点在于，浇注材料和/或预浇注材料和/或后浇注材料由具有高电阻的材料构成。在此背景下，高电阻意味着由浇注材料和/或预浇注材料和/或后浇注材料构成的材料在侧通道压缩机运行时防止不希望的短路或电飞弧(elektrischen)。为此目的，对应的浇注材料例如由专门的环氧树脂、尤其填充的环氧树脂构成。借助防止短路或电飞弧可以以有利的方式防止侧通道压缩机和/或燃料电池的整个系统的故障。
所述方法的另一优选实施例的特点在于，浇注材料和/或预浇注材料和/或后浇注材料由具有高强度值和/或高刚度的材料构成。以这种方式可以实现侧通道压缩机、无源部件、驱动器壳体和对应浇注材料的较高的机械可负载性。此外，还可以实现无源部件、驱动器壳体和对应浇注材料的构件强度。因此可以改善、即提高侧通道压缩机的使用寿命。
所述方法的另一优选实施例的特点在于，浇注材料和/或预浇注材料和/或后浇注材料由吸音材料构成，其中，该材料提供较高的吸音性。以这种方式可以阻尼在驱动器壳体内和/或在壳体内的构件的振动，然而也可以阻尼对应壳体本身的振动。因此减少了由于振动给对应构件和对应壳体造成的损坏，由此可以减小侧通道压缩机的故障概率。此外，可以显著降低驱动器和/或侧通压缩机在运行中存在的声级，尤其在高速转时或在一些构件的固有频率范围内。这又由于噪声水平降低而导致在行驶时整个辆车的更好的噪声性能和更舒适的客户体验。
所述方法的一个特别优选的实施例的特点在于，浇注材料和/或预浇注材料和/或后浇注材料对于氢气是至少几乎不透过的。以这种方式可以通过对应的浇注材料实现驱动器的区域相对于侵入的氢气、尤其从外部侵入的氢气的改进封装。因此可以防止氢气渗透至驱动器、无源部件或转子的金属、电气和/或电子的构件并且损坏这些构件。此外，借助对应的浇注材料可以以紧凑的结构形式实施对驱动器和/或无源部件和/或转子的封装，使得不必或仅须对驱动器和/或侧通道压缩机进行最小化的结构设计改变。在此，可以以成本低的方式实施根据本发明的且有利的构型。
此外，本发明还涉及具有电无源部件的空心体积的侧通道压缩机，其中，空心体积至少几乎完全充注以浇注材料，其中，浇注材料具有塑料。借助该侧通道压缩机可以实现根据本发明的用于制造侧通道压缩机的方法的所有上述优点。
根据侧通道压缩机的一个有利扩展方案，电无源部件布置在具有冷却肋的驱动器壳体中。以这种方式能够实现由于驱动器壳体的增大的表面而将来自驱动器和/或侧通道压缩机的废热快速释放给周围环境并且因此能够提高驱动器壳体的表面的冷却性能。因此可以减小驱动器和/或侧通道压缩机的故障概率。
附图说明
由下面的说明得到本发明的另外的优点、特征和细节，在所述说明中参照附图详细说明了不同实施例。
根据附图在下面详细地描述本发明。
附图示出了：
图1：根据第一实施例的根据本发明的侧通道压缩机的示意性剖视图，
图2：根据第二实施例的根据本发明的侧通道压缩机的示意性剖视图，
图3：具有处于空心体积中的压缩机质量的驱动器壳体的在图1中用IV标记的局部，
图4：用于直观说明所要求保护的方法的流程图的简化示图。
具体实施方式
在图1中示出根据第一实施例的本发明侧通道压缩机1的示意性剖视图。侧通道压缩机1在此具有压缩机轮2，该压缩机轮尤其构造为闭合的盘状压缩机轮2并且绕着水平延伸的旋转轴线4可旋转地支承在壳体3中。在此，驱动器6、尤其是电驱动器6用作压缩机轮2的旋转驱动器6。在此，驱动器6具有在该第一实施例中彼此同轴地环绕着旋转轴线4延伸的电无源部件12和转子10。在此，电无源部件12可以构造为具有定子线圈的定子12。在此，驱动器6可以构造为径向的内转子电动机6，其中，驱动器6、尤其是转子10通过驱动轴21与压缩机轮2连接，其中，驱动轴21、压缩机轮2和转子10绕着旋转轴线4可旋转地支承，并且其中，转子10和压缩机轮2分别与驱动轴21形状锁合、材料锁合或力锁合地连接。
此外，驱动器6可以具有驱动器壳体24，其中，转子10和电无源部件12处于驱动器壳体24中。在此，驱动器壳体24具有多个冷却肋33，尤其在该驱动器壳体的外表面上。壳体3包括相互连接的壳体上部7和壳体下部8。在此，压缩机轮2抗扭地布置在驱动轴21上并且被壳体上部7和壳体下部8包围。
压缩机轮2具有缺口，驱动轴21穿过该缺口插入，并且其中，压缩机轮2例如借助压配合与驱动轴21连接。此外，压缩机轮2形成在外侧连接到毂盘13上的至少一个输送单元28。压缩机轮2的所述至少一个输送单元28环绕着旋转轴线4在壳体3的环绕的压缩机室30中延伸。此外，在图1中能够在输送单元28的区域中看到叶片5的截面轮廓。该叶片5可以具有V形轮廓。此外，对应的输送单元28沿压缩机轮2的旋转方向被两个叶片5限界，其中，多个叶片5环绕着旋转轴线4相对于旋转轴线4径向地布置压缩机轮2上。
壳体3、尤其是壳体上部7和/或壳体下部8在压缩机室30的区域中具有至少一个环绕的侧通道19。在此，侧通道19在壳体3中沿旋转轴线4的方向延伸，使得该侧通道相对于输送单元28轴向地在一侧或两侧上延伸。在此，侧通道19可以至少在壳体3的部分区域中环绕着旋转轴线4延伸，其中，在壳体3中未形成侧通道19的部分区域中形成壳体3中的中断区域。
此外，驱动轴21借助至少一个轴承27支承在壳体3中，所述轴承分别可以是滚动轴承27、尤其是滚珠轴承27。在此，驱动器6与壳体3、尤其是壳体上部7连接。在此，驱动器6被驱动器壳体24包围，其中，驱动器6借助驱动器壳体24与壳体3、尤其与壳体上部7连接，其方式是：驱动器6以至少一个端面相对于旋转轴线4轴向地贴靠在壳体3的端面上。
此外，壳体3、尤其是下部壳体8形成气体入口14和气体出口16。在此，气体入口14和气体出口16尤其通过至少一个侧通道19相互流体连接。在此，随着从气体入口14沿压缩机轮2的旋转方向至气体出口16的连续循环，在输送单元28中、尤其在压缩机轮2的输送单元28和侧通道19中的气态介质的压缩和/或压力和/或流速提高。在此，气态介质在完成通流之后通过侧通道压缩机1的气体出口16导出并且沿流出方向、尤其朝燃料电池系统的射流泵的方向流出。通过中断区域引起压力侧和抽吸侧的分离，其中，抽吸侧位于气体入口14的区域中，而压力侧位于气体出口16的区域中。
转矩从驱动器6传递到压缩机轮2上。在此，压缩机轮2被置于旋转运动中，并且输送单元28以环绕着旋转轴线4的旋转运动穿过壳体3中的压缩机室30在旋转方向的方向上运动。在此，已经处于压缩机室30中的气态介质被输送单元28携动并且在此被输送和/或压缩。此外，气体介质的运动、尤其是流体交换在输送单元28和至少一个侧通道19之间发生。此外，侧通道压缩机1通过气体入口14和气体出口16与燃料电池系统连接，其中，气态介质、尤其是来自燃料电池的未消耗的再循环介质通过气体入口14被导入到侧通道压缩机1的压缩机室30中和/或被供应给侧通道压缩机1和/或从位于气体入口14上游的区域被吸入。在此，气体介质在完成通流之后通过侧通道压缩机1的气体出口16导出。
在图1中进一步示出，无源部件12包围转子10，其中，至少几乎完全相对于定子12和转子10同轴并且绕着旋转轴线4旋转对称地延伸的封装元件18位于定子12和转子10之间。尤其实施为间隙罐18的封装元件18在此套筒形地环绕着旋转轴线4延伸并且至少几乎完全包围转子10。在此，间隙罐18位于驱动器6的在定子12和转子10之间延伸的电磁气隙中，其中，间隙罐18在其面向压缩机轮2的端部上打开，而在其背离压缩机轮2的端部上关闭。在此，转子10相对于间隙罐18绕着旋转轴线4可旋转地布置在间隙罐18中，其中，转子10尤其与间隙罐18不接触、尤其不机械接触。此外，间隙罐18在旋转轴线4的方向上与壳体上部7的端面贴靠，其中，壳体上部7形成绕着旋转轴线4旋转对称地延伸的轴颈形元件，间隙罐18沿旋转轴线4的方向插装到该轴颈形元件上，其中，尤其间隙罐18的内直径相对于轴颈形元件的外直径形成过盈配合。
此外，在图1中还示出，由于侧通道压缩机1的具有间隙罐18的结构形式，电无源部件12和/或驱动器6具有空心体积9，尤其在驱动器壳体24中。在此，以根据本发明的方式，在将后浇注材料17浇注到空心体积9中之前，对空心体积9喷射以预浇注材料13。在此，浇注材料11和/或预浇注材料13和/或后浇注材料17可以由具有高导热性的材料构成。浇注材料11和/或预浇注材料13和/或后浇注材料17可以由具有高电阻的材料构成。此外，浇注材料11和/或预浇注材料13和/或后浇注材料17可以由具有高强度值和/或高刚度的材料构成。在此，浇注材料11和/或预浇注材料13和/或后浇注材料17可以由吸音材料构成，其中，该材料提供较高的吸音性。在此，浇注材料11和/或预浇注材料13和/或后浇注材料17对于氢气是至少几乎不透过的。
图2示出根据第二实施例的本发明侧通道压缩机1的示意性剖视图。在此，驱动器6实施为具有无源部件12和转子10的轴向场电动机6，其中，无源部件12和转子10环绕着旋转轴线4盘形地构造，并且其中，无源部件12沿旋转轴线4的方向布置在转子10旁。此外，转子10可以至少具有永磁体。封装元件18几乎完全包围无源部件12并且因此相对于外部区域封装。在此，封装元件18具有至少两层结构，其中，第一层由弹性可变形的材料、尤其是弹性体实施，而第二层由不锈钢实施。在一个示例性的实施方式中，封装元件18可以由至少一个具有压紧的不锈钢帽的弹性体密封元件构成，由此能够实现简化的装配。
如在图2中所示的那样，驱动器壳体24可以两件式地构造，具有套筒形地绕着旋转轴线4延伸的元件，该元件可以旋拧到侧通道压缩机1的壳体3上，所述侧通道压缩机可以沿旋转轴线4的方向用盖元件封闭。在此，在盖元件和无源部件12之间存在空心体积9，该空心体积以浇注材料11和/或预浇注材料13和/或后浇注材料17填充。在此，电线路也可以用对应的浇注材料11、13、17至少部分地包围。在此，驱动器壳体24可以具有冷却肋33。
图3示出驱动器壳体24的在图1中以IV标记的局部，所述驱动器壳体具有位于空心体积9中的压缩机材料11。在此，浇注材料11具有预浇注材料13和后浇注材料17。驱动器壳体24具有冷却肋33。在此，预浇注材料13可以通过应用根据本发明的用于制造侧通道压缩机1的方法在第一步骤中喷射到空心体积9中。在此，空心体积9例如被喷射以预浇注材料13，使得预浇注材料13沉积在驱动器壳体24的内表面上并且在此形成在内部具有空腔的气泡形容积。在此，预浇注材料13可以良好地渗透到驱动器壳体24内部的复杂空腔中，使得预浇注材料13至少近似地具有与空心体积9相同的体积。在根据本发明的方法的第二步骤中，将后浇注材料17浇注到预浇注材料13中，使得预浇注材料13的内部空间至少几乎完全被后浇注材料17充注。在此，预浇注材料13中的可能的开口随后例如在第三步骤中被封闭，所述开口例如通过用于将后浇注材料17引入到预浇注材料13的体积中的注入喷枪形成，使得后浇注材料17至少几乎完全被预浇注材料13包围。
在图4中通过矩形51至53和布置在它们之间的箭头极其简化地示出用于制造侧通道压缩机1的两阶段的方法如何进行。在第一方法步骤51中，对在驱动器壳体24内部的空心体积9喷射以预浇注材料13。在空心体积9的这种喷射时形成具有例如1毫米的层厚度的薄壁层，所述薄壁层至少几乎完全铺设和/或覆盖驱动器壳体24的部件的内表面，尤其在空心体积9的区域中。在第二方法步骤52中，驱动器壳体24的喷射以预浇注材料13的区域被填充以后浇注材料17和/或将后浇注材料17浇注到预浇注材料13中。在第三方法步骤53中，在将后浇注材料17浇注入预浇注材料13中完成之后，在预浇注材料13中可能存在的开口被封闭，使得预浇注材料13和后浇注材料17在空心体积9内形成一个稳定的单元。
Claims (9)
1.一种用于制造侧通道压缩机(1)的方法，所述侧通道压缩机具有电无源部件(12)的空心体积(9)，其特征在于，所述空心体积(9)至少几乎完全充注以浇注材料(11)，其中，所述浇注材料(11)具有塑料。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在将后浇注材料(17)浇注到所述空心体积(9)中之前，对所述空心体积(9)喷射以预浇注材料(13)。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述浇注材料(11)和/或所述预浇注材料(13)和/或所述后浇注材料(17)由具有高导热性的材料构成。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述浇注材料(11)和/或所述预浇注材料(13)和/或所述后浇注材料(17)由具有高电阻的材料构成。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述浇注材料(11)和/或所述预浇注材料(13)和/或所述后浇注材料(17)由具有高强度值和/或高刚度的材料构成。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述浇注材料(11)和/或所述预浇注材料(13)和/或所述后浇注材料(17)由吸音材料构成，其中，该材料提供较高的吸音性。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述浇注材料(11)和/或所述预浇注材料(13)和/或所述后浇注材料(17)对于氢气是至少几乎不透过的。
8.一种侧通道压缩机(1)，尤其根据权利要求1至7中任一项所述的方法制造，所述侧通道压缩机具有电无源部件(12)的空心体积(9)，其中，所述空心体积(9)至少几乎完全充注以浇注材料(11)，其中，所述浇注材料(11)具有塑料。
9.根据权利要求8所述的侧通道压缩机(1)，其特征在于，所述电无源部件(12)布置在具有冷却肋(33)的驱动器壳体(24)中。
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