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Stand der Technik
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DE 44 32 679 A1 bezieht
sich auf einen Antrieb für ein Nebenaggregat eines Kraftfahrzeugs.
Bei diesem Nebenaggregat handelt es sich insbesondere um einen Klimakompressor.
Der Antrieb umfasst zwei Elektromagnetkupplungen. Bei erregtem Elektromagneten
erfolgt ein direkter Antrieb einer Antriebswelle. Bei bestromter
Elektromagnetkupplung wird der Klimakompressor über ein
Planetengetriebe mit einer Übersetzung ins Schnelle angetrieben.
Das Gehäuse des Planetengetriebes ist zumindest teilweise
Bestandteil des Klimakompressors. Zwischen dem Kühl- und
dem Schmiermittel des Planetengetriebes und dem Kühlmittel
des Kompressors vollzieht sich ein Wärmeaustausch, sodass
eine gute Kühlung gewährleistet ist. Gemäß der
Lösung aus
DE
44 32 679 A1 wird das Hohlrad des Planetengetriebes über
einen Riemen mit zwischengeschalteten elektromagnetischen Kupplungen
angetrieben.
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Für
Anwendungen, zum Beispiel bei einer Brennstoffzelle, wird eine externe
Luftversorgung benötigt, die üblicherweise durch
Kompressoren, z. B. Verdrängermaschinen mit oder ohne interne
Verdichtung, oder über Verdichter (Strömungsmaschinen) dargestellt
werden kann. Eine kompakte und effiziente Möglichkeit besteht
in der Verwendung eines Radialverdichters, der für hohen
Wirkungsgrad mit einer hohen Drehzahl angetrieben werden sollte.
Da sich die Brennstoffzelle wie eine Blende verhält, ergibt sich
für einen bestimmten Eintrittsdruck ein Massenstrom, der
nur noch vom Gegendruck und der Eintrittstemperatur abhängt.
Damit lässt sich für den Radialverdichter eine
optimale Auslegung finden, bei der sich alle Betriebspunkte in der
Nähe der Linie idealer Wirkungsgradpunkte im Verdichterkennfeld
befinden.
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Aufgrund
der für die Brennstoffzelle typischen Werte für
den Druckverlust ist mit vergleichsweise hohen Druckverhältnissen
bei kleinen Volumenströmen zu rechnen. Dies steht zwar
dem Prinzip der Strömungsmaschine entgegen, es lassen sich
jedoch Konfigurationen finden, die eine passende Luftversorgung
ermöglichen. Im Wesentlichen lassen sich die Alternativen
aufteilen in ein Hochdruckdrehzahlkonzept mit kleinem Verdichterrad
und einem Niedrigdrehzahlkonzept mit großem Verdichterrad. Bei
dem großen Verdichterraddurchmesser muss eine untypische
Konturform mit kleinem Verhältnis von Eintritts- zu Raddurchmesser
(Trim) gewählt werden, um den Betriebsbereich den Anforderungen
anzupassen. Die Auswahl des Verdichters bei hoher Drehzahl gestaltet
sich als wesentlich einfacher, da hier übliche Geometrien
verwendet werden können.
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So
sind die kennzeichnenden Merkmale des Niedrigdrehzahlkonzepts einerseits
ein großer Raddurchmesser des Verdichterlaufrads, ein kleiner Trim,
ein schmales Kennfeld sowie Einbußen am Wirkungsgrad.
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Das
Hochdrehzahlkonzept zeichnet sich durch einen kleinen Raddurchmesser
aus, der demzufolge niedrige Trägheitsmomente mit sich
bringt. Durch Rückgriff auf das Hochdrehzahlkonzept kann auf
erprobte Gehäuse und Laufradgeometrien zurückgegriffen
werden.
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Die
Auswahl des Hochdrehzahlkonzepts wird erschwert durch einen passenden
Antrieb, da hier die Drehzahlbereiche bis über 200.000
min–1 gefordert werden, die mit
einem direkten Antrieb einer elektrischen Maschine aus dem Stand
der Technik nicht darstellbar sind. Ein solcher Radialverdichter wird
in der Regel daher über ein Übersetzungsgetriebe
angetrieben, sodass die elektrische Maschine innerhalb üblicher
Drehzahlbereiche betrieben werden kann. Dabei muss neben der passenden Übersetzung
eine geeignete Lagerung gefunden werden, die den auftretenden Kräften
bei den geforderten hohen Drehzahlen insbesondere der geforderten
hohen Drehzahl des Verdichterlaufrads über die Standzeit des
Verdichters gesehen standhält.
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Offenbarung der Erfindung
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Erfindungsgemäß wird
vorgeschlagen, ein Getriebe, insbesondere ein Planetengetriebe,
zum Antrieb eines Verdichterlaufrads in dessen Antrieb, vorzugsweise
einen elektrischen Antrieb zu integrieren. Dabei bildet das Hohlrad,
in dem mehrere Planetenräder, bevorzugt drei Planetenräder
jeweils ausgebildet als Doppelritzel, aufgenommen sind, den Läufer
des elektrischen Antriebs. Die Planetenräder können
entweder als Doppelritzel ausgebildet sein und eine Außenverzahnung
aufweisen oder aber als Reibräder ausgebildet werden, so
dass anstelle eines Verzahnungen aufweisenden Planetengetriebes auch
ein Planetenreibradgetriebe eingesetzt werden kann. In besonders
vorteilhafter Weise kann mit der erfindungsgemäß vorgeschlagenen
Lösung eine Lagerung eines Sonnenrades, welches gleichzeitig
die Welle, auf der das anzutreibende Verdichterlaufrad gelagert
ist, darstellt, an drei Punkten gelagert werden. Gleitlager sowie
Kugellager können entfallen, was einerseits den Aufbau
verändert und andererseits eine Schadensquelle im Hinblick
auf den geforderten Drehzahlbereich eliminiert.
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Die
erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung
zeichnet sich durch einen sehr kompakten Aufbau aus, da der Antrieb,
bei dem es sich in vorteilhafter Weise um einen elektrischen Antrieb
handelt, und das verwendete Planetenradgetriebe, sei es ein Verzahnungen
aufweisendes Planetenradgetriebe, sei es ein Reibräder
aufweisendes Planetenradgetriebe, eine Baueinheit bilden und keine
Hintereinanderschaltung eines Antriebs und eines Getriebes erforderlich
sind. Die Notwendigkeit des Vorhandenseins eines Getriebes leitet
sich schon allein daraus ab, dass der geforderte Drehzahlbereich
eines Verdichterlaufrads für Einsatz an Brennstoffzellen
in der Größenordnung von 200.000 min–1 liegt,
so dass zur Realisierung der geforderten Drehzahl ein Getriebe erforderlich
ist, damit die bisher eingesetzten bewährten und zuverlässigen
Antriebe, deren im Vergleich zu den geforderten Drehzahlen niedriger
Drehzahlbereich entsprechend übersetzt werden kann. Die elektrische
Maschine lässt sich bei Kopplung bzw. Integration mit dem
Planetenradgetriebe in einem normalen Drehzahlbereich betreiben
und weist dadurch einen hohen Wirkungsgrad auf. Durch das insbesondere
als Planetenradgetriebe ausgebildete Getriebe mit einer hohen Übersetzung
kann eine Strömungsmaschine wie z. B. ein Verdichter und
insbesondere dessen Verdichterlaufrad in optimaler Weise betrieben
werden. Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung
ermöglicht in vorteilhafter Weise den Verzicht auf eine
separate Lagerung der Verdichterradwelle, da diese das Sonnenrad
des Planetenradegetriebes darstellende Welle, durch die Planetenräder,
die als Doppelreibräder oder als Doppelritzel beschaffen sein
können, gelagert wird. Die erfindungsgemäß vorgeschlagene
Lösung erzeugt insbesondere keine resultierenden Radialkräfte,
die durch eine Lagerung abgefangen werden müssten, so dass
sich der Aufbau des in einen elektrischen Antrieb integrierten Planetengetriebes
nochmals vereinfacht.
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Die
erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung
ermöglicht darüber hinaus in einfacher Weise den
Abtrieb an beiden Enden des Gehäuses der Einheit aus Antrieb
und Getriebe vorzusehen. Es besteht einerseits die Möglichkeit,
das erfindungsgemäß vorgeschlagene Getriebe, bei
dem es sich insbesondere um ein ein hohes Übersetzungsverhältnis
aufweisendes Planetengetriebe handelt, was bevorzugt als Reibradgetriebe
ausgeführt ist. Alternativ könnte das Planetengetriebe über
Schrägverzahnungen verfügen, wobei jedoch das
Geräuschniveau während des Betriebs eines als
Reibradgetriebe ausgeführten Planetenradgetriebes günstiger
ist. In diesem Fall wird einerseits ein hohes Übersetzungsverhältnis
und eine einfache Lagerung des das Verdichterlaufrad antreibenden
Sonnenrades realisiert, andererseits ist das Geräuschniveau
bei einem als Reibrad ausgebildeten Planetengetriebe wesentlich
geringer als das Geräuschniveau, welches bei einem Verzahnungen aufweisenden
Planetenradgetriebe auftritt. Wird das Planetenradgetriebe als Reibradgetriebe
ausgebildet, kann auf den Einsatz eines Schmiermittels, was bei
einem verzahnten Planetenradgetriebe erforderlich wäre,
verzichtet werden. Dies wiederum, der Verzicht auf ein Schmiermittel,
ermöglicht den Einsatz des erfindungsgemäß vorgeschlagenen
Antriebskonzepts insbesondere für die Anwendung mit Brennstoffzellen,
da bei diesen absolut unzulässig ist, dass Kohlenwasserstoffe
in die Frischluftzuleitung der Brennstoffzelle gelangen.
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Das
erfindungsgemäß vorgeschlagene Antriebskonzept
lässt sich besonders gut an einer elektrischen Maschine
verwirklichen, da in diesem Fall das Hohlrad des Planetenradgetriebes
gleichzeitig den Läufer der elektrischen Maschine bildet.
In diesem Fall treiben die Magnetspulen bzw. die Statorspulen direkt
das Hohlrad an, dem zu diesem Zwecke beispielsweise permanent Magnete
angeordnet werden können.
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Kurze Beschreibung der Zeichnung
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Anhand
der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend eingehender beschrieben.
Es zeigen
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1 einen
Schnitt durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene
Kombination aus Antrieb, insbesondere E-Antrieb und Planetenradgetriebe
und
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2 einen
Längsschnitt durch die in 1 dargestellte
Kombination aus Antrieb, insbesondere E-Antrieb integriert in ein
Planetengetriebe.
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Ausführungsformen
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Der
Darstellung gemäß 1 ist ein
Querschnitt durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Antriebseinheit
zu entnehmen.
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Die
Darstellung gemäß 1 zeigt
einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäß vorgeschlagene
Antriebseinheit 10, bei der in der dargestellten Ausführungsform
ein elektrischer Antrieb 12 mit einem Getriebe 23,
was insbesondere als Planetenradgetriebe ausgebildet ist, kombiniert
wird. In der Schnittdarstellung gemäß 1 ist
in schematischer Weise ein Stator 14 angedeutet, der eine
Anzahl bestrombarer stationärer Wicklungen aufweist. Der
Stator 14 umschließt unter Ausbildung eines Spaltes 40 ein
Hohlrad 16 des Getriebes 23, welches gleichzeitig
den Läufer des elektrischen Antriebs 12 der Antriebseinheit 10 darstellt.
Auf diese Weise kann eine äußerst kompakt bauende
Antriebseinheit 10 realisiert werden, mit welcher höchste
Drehzahlen in der Größenordnung von 180.000 min–1 bis 220.000 min–1 erreicht
werden können, da das eingesetzte Getriebe 23 ein
sehr hohes Übersetzungsverhältnis realisiert.
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Wie
aus der Schnittdarstellung gemäß 1 des
Weiteren hervorgeht, umschließt das Hohlrad 16 des
Getriebes 23, welches den Läufer des elektrischen
Antriebs 12 darstellt, eine Anzahl von Doppelplanetenrädern,
die durch Bezugszeichen 24 bezeichnet sind. Die in der
Ausführungsform gemäß 1 als
Doppelplanetenräder gestalteten Planetenräder 24 sind
jeweils an Achsen 26 gelagert, die sich in die Zeichenebene
gemäß der 1 erstrecken. Darüber
hinaus befinden sich in Umfangsrichtung gesehen zwischen den in
einem Winkel von 120° zueinander orientierten Achsen jeweils
Distanzhülsen 34, welche ebenfalls vom Hohlrad 16,
welches gleichzeitig den Läufer des elektrischen Antriebs 12 der
Antriebseinheit 10 bildet, umschlossen sind.
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Der
Darstellung gemäß 1 ist zu
entnehmen, dass eine ein in 1 nicht
dargestelltes Verdichterlaufrad 36 aufnehmende Verdichterradwelle 32 – ohne
dass eine separate Lagerung erforderlich wäre – zwischen
den drei Planetenrädern 24, die in der Ausführungsform
gemäß 1 als Doppelplanetenräder
ausgebildet sind, gelagert ist. Es ergibt sich eine Dreipunktlagerung
für die Verdichterradwelle 32, an der an einer
Seite oder an beiden Seiten bzw. an den Enden jeweils ein Verdichterlaufrad
(vgl. Position 36 in 2) befestigt
werden kann.
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Somit
können mit der erfindungsgemäß vorgeschlagenen
Antriebseinheit 10 zwei Abtriebe realisiert werden.
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Das
in 1 im Querschnitt dargestellte Getriebe 23,
bei dem es sich insbesondere um ein Planetenradgetriebe handelt,
kann als Verzahnungen aufweisendes Planetenradgetriebe ausgeführt
sein. In diesem Fall findet sich an einer an einem Innenumfang 44 des
als Läufer des elektrischen Antriebs 12 dienenden
Hohlrads 16 eine umlaufende Verzahnung, die aus Gründen
der Geräuschemission als Schrägverzahnung ausgebildet
ist. Korrespondierend zu dieser Schrägverzahnung werden
an den Umfängen der eingesetzten Planetenräder,
hier als Doppelplanetenräder 24 beschaffen, Verzahnungen ausgebildet,
die wiederum mit der zwischen den drei in 120°-Anordnung
zueinander angeordneten Achsen 26 in diesen gelagerten
Verdichterradwelle 32 kämmen. Diese wiederum treibt
an einem Ende oder an ihren beiden Enden aufgenommene Laufräder
für Strömungsmaschinen an. Alternativ zur Ausbildung des
Getriebes 23 als verzahntes Planetenradgetriebe, ist es
auch denkbar, das Getriebe 23 als Planetenreibradgetriebe
auszubilden. In diesem Falle kann die Ausbildung einer Verzahnung
am Innenumfang 44 des Hohlrades 16, welches gleichzeitig
als Läufer des elektrischen Antriebs 12 dient,
entfallen, ebenso die Verzahnung der als Doppelplanetenräder 24 ausgebildeten
Planetenräder und demzufolge kann auch eine Verzahnung
der Verdichterradwelle 32 entfallen, die dann in den als
Reibrädern ausgebildeten Doppelplanetenrädern 24 gelagert
wäre.
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Die
Vorteile eines als Reibradgetriebes ausgebildeten Planetenradgetriebes
sind darin zu erblicken, dass dieses fertigungstechnisch einfacher
hergestellt werden kann, da auf die Fertigung von Verzahnungen am
Innenumfang 44 des Hohlrads 16, am Außenumfang
der als Doppelplanetenräder ausgebildeten Planetenräder
sowie am Mantel der Verdichterradwelle 32 verzichtet werden
kann. Des Weiteren zeichnet sich ein als Reibradgetriebe ausgebildetes Getriebe 23 durch
eine höhere Laufruhe aus. Wird das Getriebe 23 insbesondere
als ein Planetengetriebe mit Doppelreibrädern als Doppelplanetenrädern ausgebildet,
so ist eine Selbstzentrierung der angetriebenen Verdichterradwelle 32 möglich,
da diese von drei Seiten gleichmäßig beaufschlagt
ist und demzufolge äußerst einfach ohne separate
Lagerung gelagert werden kann. Darüber hinaus bietet ein
als Reibradgetriebe ausgebildetes Planetenradgetriebe eine höhere
Laufruhe, im Gegensatz zu einem Planetenradgetriebe mit Schrägverzahnungen.
Die Schrägverzahnungen tragen darüber hinaus auch abzustützende
Axialkräfte in das Getriebe ein, die bei einem als Reibradgetriebe
ausgebildeten Planetenradgetriebe entfallen. Bei dieser Ausführungsvariante,
d. h. bei dem als Reibradgetriebe ausgebildeten Planetenradgetriebe
können die Kosten insbesondere dadurch günstig
beeinflusst werden, da bei diesem die Schmierung entfällt
und aufgrund der fehlenden Axialkräfte diese nicht abstützen
sind, was wiederum den Aufbau erheblich vereinfacht.
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Der
Darstellung gemäß 2 ist ein
Längsschnitt durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Antriebseinheit 10 gemäß 1 zu
entnehmen.
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Aus
der Darstellung gemäß 2 geht hervor,
dass die Antriebseinheit 10 symmetrisch zur Verdichterradwelle 32,
welche das Sonnenrad 32 des insbesondere als Planetengetriebe
ausgebildeten Getriebes 23 darstellt, aufgebaut ist. Der
Schnittdarstellung gemäß 2 ist zu
entnehmen, dass der Stator 14 mit den daran aufgenommenen
Wicklungen das Hohlrad 16 des insbesondere als Planetengetriebe
ausgebildeten Getriebes 23 unter Ausbildung des Spaltes 40 umschließt.
Das Hohlrad 16, das den Läufer des elektrischen
Antriebs 12 der Antriebseinheit 10 darstellt,
ist durch die gemäß der Darstellung in 1 in
einem Winkel von 120° auf Achsen 26 angeordneten
Doppelplanetenräder 24 angetrieben. Aus der Schnittdarstellung
gemäß 2 geht hervor, dass am Innenumfang 44 des
den Läufer des elektrischen Antriebs 12 darstellenden Hohlrades 16 eine
Führungsnut 18 ausgebildet ist. Komplementär
zu dieser Führungsnut 18 am Innenumfang 44 des
Hohlrads 16 weisen die Doppelplanetenräder 24,
jeweils ein erstes Planetenradteil 24.1 und ein zweites
Planetenradteil 24.2 aufweisend, eine komplementär
verlaufende Umlaufnut 30 auf. Die Planetenradteile 24.1 bzw. 24.2 der
als Doppelplanetenräder 24 ausgebildeten Planetenräder
des Getriebes 23 liegen miteinander zuweisenden Stirnseiten
entlang eine Stoßfuge 28 aneinander an. Im Bereich
der Stoßfuge 28 ist an einer jeden der einander
zuweisenden Stirnseiten der Planetenradteile 24.1 und 24.2 ein
Teil der Umlaufnut 30 ausgebildet, so dass die Montage
vereinfacht ist. Das Hohlrad 16, das als Läufer
des elektrischen Antriebs 12 dient, wird durch die Doppelplanetenräder 24,
jeweils ein erstes Planetenradteil 24.1 sowie ein zweites
Planetenradteil 24.2 aufweisend, in axiale Richtung fixiert. Dies
gilt unabhängig davon, ob die Doppelplanetenräder 24 mit
einer Außenverzahnung, insbesondere einer Schrägverzahnung
versehen sind oder ob die Doppelplanetenräder 24 gemäß der
Schnittdarstellung in 2 als Reibräder ausgebildet
sind. In diesem Falle werden die Doppelplanetenräder 24,
jeweils ein erstes Planetenradteil 24.1 und ein zweites Planetenradteil 24.2 aufweisend,
als Reibräder ausgeführt, so kann am Innenumfang 44 des
Hohlrads 16, welches den Läufer des elektrischen
Antriebs 12 der Antriebseinheit 10 darstellt,
auf die Ausbildung einer Verzahnung, insbesondere einer Innenschrägverzahnung,
verzichtet werden.
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Aus
der Darstellung gemäß 2 ergibt sich,
dass die erfindungsgemäß vorgeschlagene Antriebseinheit
des Weiteren ein erstes Deckelteil 20 sowie ein zweites
Deckelteil 22 aufweist.
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In
den Deckelteilen 20 bzw. 22 sind die Achsen 26 gelagert,
auf denen die Doppelplanetenräder 24, jeweils
das erste Planetenradteil 24.1 und das zweite Planetenradteil 24.2 aufweisend,
gelagert sind. Die Achsen 26 sind (vgl. Schnittdarstellung
gemäß 1) in einem Winkel von 120° in
Bezug aufeinander in den in 1 nicht
dargestellten Deckelteilen 20 bzw. 22 gelagert.
Aus der Schnittdarstellung gemäß 2 ergibt
sich überdies, dass die beiden Deckelteile 20 bzw. 22 durch
Distanzhülsen 24, von denen drei Stück
vorgesehen sind, miteinander verbunden sind. Über die Distanzhülsen 24 wird das
Axialspiel bzw. der Abstand zwischen den Deckelteilen 20 bzw. 22 justiert,
wohingegen die Deckelteile 20 bis 22 über
in 2 nicht dargestellte Zuganker verbunden sind.
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2 zeigt
des Weiteren, dass ein Außenumfang 42 des Hohlrades 16,
welches als Läufer des elektrischen Antriebs 12 dient,
vom Stator 14 des elektrischen Antriebs 12 unter
Ausbildung des Spalts 40 umschlossen ist.
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In
der Schnittdarstellung gemäß 2 ist
lediglich eine Achse 26, nämlich die in der Schnittebene
liegende Achse 26, dargestellt. Die Verdichterradwelle 32,
an der in der Schnittdarstellung gemäß 1 das
Verdichterlaufrad 36 aufgenommen ist, wird ohne Einsatz
separater Lager zwischen einander zuweisenden Außenumfängen
der Doppelplanetenräder 24 gelagert. Da diese
als Doppelplanetenräder, ein erstes Planetenradteil 24.1 und
ein zweites Planetenradteil 24.2 aufweisend, ausgebildet
sind, ergibt sich eine relativ lange entsprechend der Axiallänge
der Distanzhülsen 34 laufende Bohrungslänge der
Verdichterradwelle 32. Die Länge des Bereichs, innerhalb
dessen die Verdichterradwelle 32 ohne separate Lager zwischen
den Doppelplanetenrädern 24 gelagert ist, ist
unabhängig davon, ob die Doppelplanetenräder 24,
jeweils ein erstes Planetenradteil 24.1 und ein zweites
Planetenradteil 24.2 umfassend, als verzahnte Doppelplanetenräder 24 oder
als Reibrad-Planetenräder 24 ausgebildet werden.
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Aus
der Schnittdarstellung gemäß 2 ergibt
sich, dass an einer ersten Seite 46 der Antriebseinheit 10 – hier
in eine Vertiefung an der Außenseite des zweiten Deckelteils 22 eingelassen – auf
einem Ende der Verdichterradwelle 32 das Laufrad, hier
ein Verdichterlaufrad 36, für eine Strömungsmaschine angeordnet
ist. Dieses ist mittels einer Sicherungsmutter 38 auf der
Verdichterradwelle 32 befestigt.
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Wenngleich
in der Schnittdarstellung gemäß 2 nicht
dargestellt, so besteht durchaus die Möglichkeit, das dem
Verdichterlaufrad 36 gegenüberliegende Ende der
Verdichterradwelle 32 an einer zweiten Seite 48 des
erfindungsgemäß vorgeschlagenen Antriebseinheit 10 herauszuführen,
im ersten Deckelteil 20 ebenfalls eine Vertiefung auszubilden,
in der ein weiteres Verdichterlaufrad auf der zweiten Seite 48 der
Antriebseinheit 10 vorgesehen werden könnte. Die
erfindungsgemäß vorgeschlagene Antriebseinheit 10 ermöglicht
demnach einen Abtrieb sowohl auf der Seite 46 als auch
auf der zweiten Seite (vgl. Position 48 gemäß der
Darstellung in 2).
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Da
das Hohlrad 16, des insbesondere als Planetenradgetriebe
ausgebildeten Getriebes 23 den Läufer des elektrischen
Antriebs 12 der erfindungsgemäß vorgeschlagenen
Antriebseinheit 10 bildet, stellt die Verdichterradwelle 32 in
Bezug auf das Planetengetriebe 23 dessen Sonnenrad dar.
Aufgrund der gewählten Anordnung wird eine äußerst
kompakt bauende Antriebseinheit 10 erreicht, wobei sich
das Hohlrad 16 des insbesondere als Planetengetriebe beschaffenen
Getriebes 23 sowie die als Sonnenrad dienende Verdichterradwelle 32 in
geradezu idealer Weise gegenseitig ergänzen.
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Das
als Planetenradgetriebe ausgebildete Getriebe 23 weist
eine sehr hohe Übersetzung auf, sodass der elektrische
Antrieb 12 in seinen normalen Drehzahlbereichen betrieben
werden kann und demzufolge die erfindungsgemäß vorgeschlagene
Antriebseinheit 10 einen sehr guten Wirkungsgrad aufweist.
Der elektrische Antrieb 12 wird in Drehzahlbereichen betrieben,
die zwischen 15.000 min–1 und 30.000
min–1 liegen.
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Aufgrund
des hohen Übersetzungsverhältnisses, welches durch
das Planetenradgetriebe realisiert wird, das bevorzugt als Getriebe 23 innerhalb der
erfindungsgemäß vorgeschlagenen Antriebseinheit 10 eingesetzt
ist, kann in Kombination mit dem elektrischen Antrieb 12 ein optimaler
Antrieb für eine an einer Brennstoffzelle eingesetzte Verdichtereinheit
bzw. deren Verdichterlaufrad 36 geschaffen werden. Aufgrund
des Umstandes, dass durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene
Antriebseinheit auf das eingangs erwähnte Hochdrehzahlkonzept
zurückgegriffen werden kann, welches ein kleiner Verdichterraddurchmesser
realisiert, jedoch hohe Drehzahlen benötigt, kann ein Antrieb
eines Radialverdichters für eine Brennstoffzelle bereitgestellt
werden, die den speziellen Erfordernissen einer Brennstoffzelle
hinsichtlich des Druckverlustbeiwertes und den vergleichsweise hohen
Druckverhältnissen bei kleinen Volumenströmen
in vollem Maße Rechnung trägt. Die erfindungsgemäß vorgeschlagene
Antriebseinheit 10 stellt eine Lösung eines Antriebskonzepts
bereit, bei dem einerseits hohe Drehzahlen im Bereich hoher und
höchster Drehzahlen im Bereich von 180.000 min–1 bis
220.000 min–1 erreicht werden müssen,
jedoch angestrebt wird, den eingesetzten Antrieb, bevorzugt als
elektrischer Antrieb 12 ausgebildet, in seinen technisch
machbaren Drehzahlbereichen zu betreiben.
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Die
erfindungsgemäß vorgeschlagene Antriebseinheit 10 ermöglicht
in vorteilhafter Weise eine einfache Lagerung der Verdichterradwelle 32,
ohne dass auf separate Wälz- oder Gleitlager zurückgegriffen
werden müsste. Des Weiteren kann auf den Einsatz eines
Schmiermittels verzichtet werden, was die erfindungsgemäß vorgeschlagene
Antriebseinheit zum Einsatz an Brennstoffzellen prädestiniert.
Es entstehen aufgrund der gewählten Antriebsanordnung keine
resultierenden Radialkräfte, die durch die Lagerung abgefangen
werden müssen. Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene
Lösung und die Konfiguration der Deckelteile 20 bzw. 22 können
Turbinenlaufräder oder Verdichterlaufräder 36 an
beiden Seiten der hier das Sonnenrad darstellenden Verdichterradwelle 32 aufgenommen
werden.
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Wie
der Darstellung gemäß 2 des Weiteren
zu entnehmen ist, wird der axiale Abstand der Deckelteile 20 bzw. 22 durch
die Distanzhülsen 34 eingestellt. Mit den Distanzhülsen 34 kann
das Axialspiel, welches die Planetenräder, die bevorzugt
als Doppelplanetenräder 24 ausgeführt
sind, aufweisen, an deren thermisches Dehnungsverhalten angepasst werden.
Damit wird den im Betrieb der erfindungsgemäß vorgeschlagenen
Antriebseinheit 10 auftretenden Temperaturen, Rechnung
getragen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 4432679
A1 [0001, 0001]