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Die Erfindung betrifft eine Aufladeeinrichtung für eine Energieumwandlungseinrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art.
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Die
JP 2001/263291 A offenbart eine Stützstruktur für einen Hochgeschwindigkeitsverdichter mit einem elektrischen Motor, welcher eine Rotorwelle umfasst, welche mittels Magnetlager gelagert ist.
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Aus der
US 6 196 809 B1 ist ein zweistufiger Verdichter mit zwei Verdichterrädern als bekannt zu entnehmen, die auf gegenüberliegenden Endbereichen einer Welle angebracht sind. Zur axialen Lagerung sind magnetische Axiallager vorgesehen, welche Kräfte in axialer Richtung der Welle aufnehmen.
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Die
US 6 155 802 offenbart einen Turboverdichter mit einer ersten und einer zweiten Verdichtungskammer sowie mit einer Welle, welche mit zwei Verdichterrädern verbunden ist.
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Die
US 6 450 780 B1 offenbart ein Verfahren zum Erzeugen eines unter Druck stehenden Gases mit einem Verdichter, welcher mit einer elektrischen Maschine gekoppelt ist. Der Verdichter umfasst einen Rotor mit einer Welle, die mittels Magnetlagern gelagert ist. Ferner umfasst der Rotor zwei Verdichterräder, welche mit der Welle drehfest verbunden sind.
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Aus der
WO 03/040567 A1 ist ein zweistufiger Verdichter als bekannt zu entnehmen, welcher eine Welle umfasst. Der Verdichter umfasst ferner zwei Verdichterräder, mittels welchen ein Fluid zu verdichten ist. Die Verdichterräder sind mit der Welle drehfest verbunden.
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Die bekannten Verdichter weisen weiteres Potential auf, ihren Betrieb effizienter zu gestalten.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Aufladeeinrichtung für einen Energieumwandlungseinrichtung bereitzustellen, welche einen besonders effizienten Betrieb aufweist.
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Diese Aufgabe wird durch eine Aufladeeinrichtung für eine Energieumwandlungseinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Eine solche Aufladeeinrichtung für eine Energieumwandlungseinrichtung, insbesondere für eine Brennstoffzelle, eines Kraftwagens, umfasst einen an einem Gehäuse der Aufladeeinrichtung drehbar gelagerten Rotor, welcher eine Welle und zumindest zwei mit der Welle drehfest verbundene und jeweilige, jeweiligen Verdichterradeingängen abgewandte Radrückenteile aufweisende Verdichterräder umfasst, mittels welchen ein der Energieumwandlungseinrichtung zuzuführendes Medium, insbesondere Luft, verdichtbar ist.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Radrückenteile der Verdichterräder aneinander angepasst sind, wodurch jeweilige, entgegengesetzte und aus jeweiligen, den Radrücken aufgeprägten Verdichterradaustrittsdrücken resultierende Kräfte gegenseitig zumindest im Wesentlichen ausgeglichen sind. Durch diesen Ausgleich der insbesondere und zumindest im Wesentlichen in axialer Richtung der Welle wirkenden Kräfte müssen keine oder nur sehr geringe Kräfte in dieser Richtung aufgenommen und abgestützt werden. Dadurch entstehen keine oder nur sehr geringe Reibungsverluste, welche infolge von abzustützenden Kräfte auftreten würden, was zu einem sehr effizienten Betrieb der Aufladeeinrichtung führt. Dies kommt auch einem sehr effizienten Betrieb der der Aufladeeinrichtung zugeordneten Energieumwandlungseinrichtung zugute, die somit besonders energieeffizient betrieben werden kann, so dass die Energie, welche mittels der Energieumwandlungseinrichtung umgewandelt wird, zu einem sehr großen Teil, zum Beispiel zum Antrieb des Kraftwagens, genutzt werden kann, und nicht etwa infolge von durch die geschilderten Kräfte entstehende Reibungsverluste ungenutzt bleibt.
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Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn die Welle bzw. der Rotor mittels wenigstens eines Luftlagers, insbesondere eines dynamischen Luftlagers, welches zur Lagerung wenigstens eine Folie aufweist, gelagert ist. Derartige Luftlager erzeugen prinzipbedingt höhere Reibungsverluste als anderweitige Lager wie beispielsweise Kugellager, wobei der überwiegende Teil der Reibungsverluste, so zum Beispiel zwei Drittel der gesamten Reibungsverluste, bei der Aufnahme von Lagerkräften insbesondere in axialer Richtung der Welle entsteht.
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Durch den Einsatz der Verdichterräder mit den aneinander angepassten Radrückenteile ist es möglich, die entgegengesetzten Kräfte, insbesondere die axialen Kräfte, zumindest weitestgehend aufzuheben, indem sich die Kräfte gegenseitig ausgleichen. Daraus resultiert, dass eine entsprechende Lagerung, insbesondere Axiallagerung, zur Aufnahme dieser Kräfte entsprechend kleiner in ihren Dimensionen und damit weniger verlustbehaftet ausgelegt werden oder gar entfallen kann. Dies führt auch zu einem sehr geringen Gewicht sowie gegebenenfalls zu einer sehr geringen Teileanzahl der erfindungsgemäßen Aufladeeinrichtung, was einerseits dem effizienten Betrieb der Aufladeeinrichtung zugute kommt und andererseits die Kosten der Aufladeeinrichtung und damit des gesamten Kraftwagens gering hält.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind die Radrückenteile bzgl. ihrer jeweiligen Durchmessers aneinander angepasst. Dadurch ist der Ausgleich der entgegengesetzt wirkenden Kräfte auf besonders unkomplexe und kostengünstige Art und Weise realisiert, was die Komplexität der Aufladeeinrichtung sowie deren Teileanzahl und auch die Kosten der Aufladeeinrichtung gering hält. Wirken auf die Radrückenteile voneinander unterschiedliche Drücke, so sind dementsprechend die jeweiligen Flächen der Radrückenteile, auf welche die Drücke wirken, aneinander hinsichtlich ihres Flächeninhalts anzupassen, so dass aus dieser Anpassung aneinander entgegengesetzte Kräfte resultieren, die sich gegenseitig ausgleichen. Ein zur Anpassung der Flächeninhalte geeigneter Gestaltungsparameter ist dabei der Durchmesser der Radrückenteile, wobei beispielsweise ein größerer Durchmesser zu einer größeren Fläche und ein demgegenüber kleinerer Durchmesser zu einer kleineren Fläche führt. Wirkt beispielsweise auf eines der Radrückenteile ein erster Druck, welcher größer ist als ein zweiter Druck, welcher auf das anderer Radrückenteil wirkt, so ist entsprechend die Fläche, auf die der erste Druck wirkt, kleiner in deren Flächeninhalt zu gestalten als die Fläche des Radrückenteils, auf welche der zweite Druck wirkt, so dass daraus betragsmäßig gleiche, entgegengesetzte und sich dadurch gegenseitig ausgleichende Kräfte, insbesondere in axialer Richtung der Welle, ergeben.
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Während des Betriebs der Aufladeeinrichtung zum Verdichten der Luft entstehen insbesondere Axialkräfte, welche in Richtung der jeweiligen Verdichterradeingänge in axialer Richtung der Welle wirken. Diese Axialkräfte gleichen sich bei der erfindungsgemäßen Aufladeeinrichtung zumindest im Wesentlichen aus, so dass eine entsprechende Axiallagerung entfallen kann oder zumindest geringer dimensioniert werden kann.
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Wird die erfindungsgemäße Aufladeeinrichtung bei einem Kraftwagen eingesetzt, bei dessen Betrieb es zu instationären Betriebszuständen der Energieumwandlungseinrichtung und damit der Aufladeeinrichtung kommen kann, wobei es insbesondere zu Beschleunigungen der Aufladeeinrichtung kommt bzw. kommen kann, so kann gegebenenfalls eine entsprechende Axiallagerung des Rotors unabdingbar sein, um eine Berührung zwischen dem Rotor und insbesondere den Verdichterrädern und dem Gehäuse der Aufladeeinrichtung zu vermeiden und somit einen sicheren und langlebigen Betrieb der Aufladeeinrichtung zu gewährleisten.
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Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass der Rotor mittels eines Magnetlagers in radialer Richtung der Welle gelagert ist, was mit den im Zusammenhang einem solchen Magnetlager bereits geschilderten Vorteilen einhergeht.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der Rotor mittels wenigstens eines Luftlagers, insbesondere in axialer Richtung, gelagert. Ein solches Luftlager, welches beispielsweise ein Folie zur Lagerung des Rotors aufweist, ermöglicht eine effiziente und sichere Lagerung des Rotors auch und insbesondere bei sehr hohen Drehzahlen des Rotors, welche zum effizienten Verdichten der Luft auftreten.
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Um die Luft besonders effizient und bedarfsgerecht verdichten zu können, umfasst die Aufladeeinrichtung beispielsweise einen Motor, insbesondere einen elektrischen Motor, mittels welchem der Rotor antreibbar ist. Dies ermöglicht eine bedarfsgerechten und effizienten Betrieb der Aufladeeinrichtung zur bedarfsgerechten Versorgung der Energieumwandlungseinrichtung mit verdichteter Luft, woraus auch ein effizienter Betrieb der Energieumwandlungseinrichtung und damit des gesamten Kraftwagens resultiert.
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In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind die Verdichterräder zum Verdichten des Mediums seriell zueinander geschaltet, wodurch eine zweitstufige und besonders effiziente Verdichtung des Mediums, insbesondere der Luft, resultiert. Hierbei fungiert eines der Verdichterräder als erste Verdichterstufe und das andere Verdichterrad als zweite Verdichterstufe, wobei beispielsweise die Durchmesser der Radrückenteile bzw. die Durchmesser der Verdichterräder entsprechend aneinander angepasst sind, so dass sich bei der Verdichtung entstehende Kräfte, insbesondere Axialkräfte, gegenseitig zumindest nahezu und vorteilhafterweise komplett gegenseitig aufheben.
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Ebenso möglich ist, dass die Verdichterräder zum Verdichten des Mediums, insbesondere der Luft, parallel zueinander geschaltet sind. Auch dies ermöglicht eine besonders vorteilhafte und effiziente Verdichtung der Luft, wobei Verdichterräder als die Verdichterräder eingesetzt werden können, die sich hinsichtlich ihres Durchmessers bzw. hinsichtlich der Durchmesser der Radrückenteile zumindest im Wesentlichen gleichen und sich lediglich in ihrer Drehrichtung unterscheiden. Diese beiden Verdichterräder werden dann gleichzeitig und parallel mit einem zu komprimierenden Strom des Mediums, insbesondere der Luft, beaufschlagt. Bei dieser Ausführungsform ist eine komplette Kompensation der aus der Verdichtung resultierenden Kräfte, insbesondere der Axialkräfte, möglich.
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Umfasst der Rotor ein mit der Welle drehfest verbundenes Turbinenrad, mittels welchem der Rotor antreibbar ist, so kann dadurch der Betrieb der Aufladeeinrichtung und insbesondere der Energieumwandlungseinrichtung besonders effizient gestaltet werden. Dabei ist beispielsweise das Abgas der Energieumwandlungseinrichtung, insbesondere der Brennstoffzelle, nutzbar, um die Turbine und darüber die Verdichterräder anzutreiben.
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Bei der erfindungsgemäßen Aufladeeinrichtung kann vorgesehen sein, dass die Verdichterräder in jeweiligen gegenüberliegenden Endbereichen der Welle angeordnet sind. Ist das Turbinenrad vorgesehen, so ist es möglich, dass in axialer Richtung der Welle das Turbinenrad zwischen den Verdichterrädern angeordnet ist. Ebenso kann vorgesehen sein, dass in axialer Richtung der Welle zunächst das erste Verdichterrad auf der Welle angeordnet und mit dieser drehfest verbunden ist, woran sich das zweite auf der Welle angeordnete und mit dieser drehfest verbundene Verdichterrad anschließt, wobei in axialer Richtung erst dann das Turbinenrad auf der Welle angeordnet und mit dieser drehfest verbunden ist. Diese Ausführungsformen sind dabei je nach Bauraumgegebenheiten, Anforderungen, Randbedingungen und/oder dergleichen vorteilhaft und entsprechend auszuwählen.
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An dieser Stelle sei angemerkt, dass die Verdichterräder und das gegebenenfalls vorgesehene Turbinenrad als Radialverdichterräder bzw. Radialturbinenrad ausgebildet sind, so dass das Medium besonders effizient zu verdichten ist und die Aufladeeinrichtung nur einen sehr geringen Bauraumbedarf aufweist. Dies führt zur Lösung oder zur Vermeidung von Package-Problemen, insbesondere in platzkritischen Bereichen des Kraftwagens, in welchen die Aufladeeinrichtung angeordnet ist.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Die Zeichnung zeigt in:
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1 eine schematische Längsschnittansicht einer Aufladeeinrichtung, welche einen ersten Verdichter sowie einen zweiten Verdichter umfasst, mittels welchen einer Brennstoffzelle zuzuführende Luft zweistufig verdichtbar ist, wobei die Verdichter jeweilige Verdichterräder mit Radrücken aufweisen, welche aneinander angepasst sind, wodurch jeweilige, entgegengesetzte und aus jeweiligen, den Radrücken aufgeprägten Verdichteraustrittdrücken resultierende Axialkräfte gegenseitig zumindest im Wesentlichen ausgeglichen sind;
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2 eine schematisch Längsschnittansicht einer weiteren Ausführungsform einer Aufladeeinrichtung gemäß 1, deren Verdichter parallel zueinander geschaltet sind, wobei die Luft mittels den Verdichtern einstufig verdichtbar ist; und
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3 eine schematische Längsschnittansicht einer weiteren Ausführungsform der Aufladeeinrichtung gemäß 2, wobei die Aufladeeinrichtung eine Turbine umfasst, mittels welcher die Verdichter zum Verdichten der Luft antreibbar sind.
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Die 1 zeigt eine Aufladeeinrichtung 10, welche einer Brennstoffzelle zugeordnet ist und mittels welcher der Brennstoffzelle zuzuführende Luft verdichtbar ist. Die Brennstoffzelle nutzt diese verdichtete und ihr zugeführte Luft, um den Sauerstoff der Luft sowie ihr zugeführten Wasserstoff in elektrische Energie umzuwandeln.
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Die Aufladeeinrichtung 10 umfasst einen ersten als Radialverdichter ausgebildeten Verdichter 12 mit einem Gehäuse 14, in welchem ein erstes einen ersten Radrücken 16 aufweisendes Verdichterrad 18 aufgenommen ist. Ferner umfasst die Aufnahmeeinrichtung 10 einen zweiten als Radialverdichter ausgebildeten Verdichter 20 mit einem Gehäuse 22, in welchem ein zweites einen zweiten Radrücken 24 aufweisendes Verdichterrad 26 aufgenommen ist.
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Die Verdichterräder 18 und 26 sind in jeweiligen Endbereichen 28 und 30 einer Welle 32 auf dieser angeordnet und mit dieser drehfest verbunden, wobei die Aufladeeinrichtung 10 einen Rotor 34 umfasst, welchem die Verdichterräder 16 und 26 sowie die Welle 32 zugeordnet ist.
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Ferner umfasst die Aufladeeinrichtung 10 einen Elektromotor 36, mittels welchem über die Welle 32 die Verdichterräder 18 und 26 zum Verdichten der Luft antreibbar ist. Dazu dreht sich die Welle 32 sowie die Verdichterräder 18 und 26 um eine Drehachse 51 mit sehr hohen Drehzahlen.
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Dem als erste Verdichterstufe fungierenden Verdichter 12 wird die zu verdichtende Luft gemäß einem Richtungspfeil 40 zugeführt, wobei die Luft das entsprechende Verdichterrad 18 über einen Verdichterradeingang 42 anströmt, von dem Verdichterrad 18 verdichtet wird und das Verdichterrad 18 über einen Verdichterradaustritt 44 ab- und in eine Flut 46 einströmt. Über die Flut 46 wird die mittels des Verdichterrads 18 vorverdichtete Luft gemäß einem Richtungspfeil 48 zu dem als zweite Verdichterstufe fungierenden Verdichter 20 geführt. Die vorverdichtete Luft strömt das Verdichterrad 26 über einen entsprechenden Verdichterradeingang 50 an, wird von dem Verdichterrad 26 verdichtet und strömt das Verdichterrad 26 über einen entsprechenden Verdichterradaustritt 52 ab und in eine entsprechende Flut 54 ein, über welche die weiter verdichtete Luft gemäß einem Richtungspfeil 56 der Brennstoffzelle schließlich zugeführt wird.
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Um nun Reibverluste der Aufladeeinrichtung 10 gering zu halten und damit einen besonders effizienten Betrieb derselbigen zu realisieren, sind die Radrücken 16 und 24 und damit die Verdichterräder 18 und 26 hinsichtlich ihrer Durchmesser aneinander angepasst, wodurch jeweilige, entgegengesetzte und aus jeweiligen den Radrücken 16 und 26 aufgeprägten Verdichterradaustrittdrücken resultierende Kräfte gegenseitig zumindest im Wesentlichen ausgeglichen sind. Diese Kräfte sind Axialkräfte und wirken in axialer Richtung des Rotors 34 bzw. der Welle 32 gemäß einem Richtungspfeil 58 und sind in der 1 durch Richtungspfeile 60 bzw. 62 angedeutet. Diese Kräfte werden aufgrund ihrer Wirkrichtung in axialer Richtung gemäß dem Richtungspfeil 58 als Axialkräfte bezeichnet.
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Wie der 1 zu entnehmen ist, sind die durch die Richtungspfeile 60 und 62 angedeuteten Axialkräfte entgegengesetzt gerichtet und wirken in Richtung der jeweiligen Verdichterradeingänge 42 und 50, über welche die Verdichterräder 18 und 26 von der Luft angeströmt werden.
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Aufgrund des zumindest im Wesentlichen Ausgleichens der Axialkräfte kann eine Lagerung des Rotors 34 zu Aufnahme dieser Axialkräfte entfallen oder hinsichtlich ihrer Dimensionierung besonders klein ausgelegt werden, so dass keine oder nur sehr geringe Reibverluste infolge einer Aufnahme der Axialkräfte entstehen.
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Aufgrund der zweitstufigen Verdichtung der Aufladeeinrichtung 10 gemäß 1 unterscheiden sich die Verdichterradaustrittsdrücke, die an den entsprechenden Verdichterradaustritten 44 und 52 herrschen und den Radrücken 16 und 24 aufgeprägt sind, voneinander, so dass auch voneinander unterschiedliche Flächen, auf welche die Verdichterradaustrittsdrücke wirken, voneinander unterschiedlich ausgebildet sind infolge einer unterschiedlichen Ausbildung der entsprechenden Durchmesser.
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Im Gegensatz zur Aufladeeinrichtung 10 gemäß 1 ist durch die Aufladeeinrichtung gemäß 2 eine zweistufige Verdichtung der Brennstoffzelle zuzuführenden Luft realisiert. Die Verdichter 12 und 20 bzw. die Verdichterräder 18 und 26 sind nun nicht wie gemäß der 1 seriell zueinander sondern parallel zueinander geschaltet. Dies bedeutet, dass den Verdichtern 12 und 20 bzw. den Verdichterrädern 18 und 26 parallel zu verdichtende Luft gemäß einem Richtungspfeil 64 über die jeweiligen Verdichterradeingänge 42 und 50 zugeführt wird.
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Die Verdichter 12 und 20 verdichten somit die zugeführte Luft parallel. Dementsprechend wird auch die parallel verdichtete Luft über die Fluten 46 und 54 gemäß einem Richtungspfeil 66 ab- und der Brennstoffzelle zugeführt. Auch bei der einstufigen und parallelen Verdichtung der Luft mittels der Aufladeeinrichtung 10 gemäß 2 entstehen infolge der auf die Radrücken 16 und 24 aufgeprägten Verdichterradaustrittsdrücke Axialkräfte (Richtungspfeile 60 und 62), welche sich aufgrund der Anpassung der Radrücken 16 und 24 aneinander gegenseitig ausgleichen. Bei der einstufigen Verdichtung gemäß 2 ist es möglich, zumindest im Wesentlichen gleiche Verdichterräder 18 und 26 einzusetzen, die sich lediglich hinsichtlich ihrer Drehrichtung zum Verdichten der Luft voneinander unterscheiden. Die beiden Verdichterräder 18 und 26 der Aufladeeinrichtung 10 gemäß 2 teilen sich somit einen zu verdichtenden und gemäß dem Richtungspfeil 64 zuzuführenden Luftmassenstrom, wobei eine zumindest nahezu komplette Kompensation der Axialkräfte möglich ist.
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Die Verdichter 12 und 20 verdichten die Luft auf ein zumindest nahezu gleiches Druckniveau, so dass die auf die Radrücken 16 und 24 wirkenden Verdichterradausdrücke zumindest im Wesentlichen gleich sind. Dementsprechend reichen gleiche Flächeninhalte der Radrücken 16 und 24, auf welchen die Verdichteraustrittsdrücke wirken, aus, um sich die Axialkräfte gegenseitig zumindest im Wesentlichen ausgleichen zu lassen.
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Werden die Aufladeeinrichtungen 10 gemäß den 1 und 2 beispielsweise bei einem Kraftwagen, insbesondere bei einem Personenkraftwagen, eingesetzt, so kann es während eines Betriebs des Kraftwagens zu einem instationären Betrieb der Aufladeeinrichtungen 10 kommen, bei welchem der Rotor 34 abwechselnd beschleunigt, abgebremst, wieder beschleunigt usw. werden muss. Infolge dieses instationären Betriebs können trotz der entsprechenden Anpassung der Radrücken 16 und 24 aneinander (zum Ausgleichen der Axialkräfte in einem zumindest näherungsweise stationären Betrieb) unter Umständen Axialkräfte auftreten, die sich gegenseitig nicht ausgleichen. Dies erfordert dann unter Umständen eine Axiallagerung des Rotors 34 zur gegebenenfalls nur zeitlich sehr kurzen Aufnahme und Abstützung von in axialer Richtung gemäß dem Richtungspfeil 58 wirkenden Kräften. Da diese Kräfte allerdings aufgrund der gegenseitigen Anpassung der Radrücken 16 und 24 gegebenenfalls zeitlich nur sehr kurz auftreten und in ihrem Betrag als gering einzustufen sind, kann eine solche Axiallagerung hinsichtlich ihrer Dimension und ihres Gewichts gering dimensioniert werden, sodass nur geringe Reibverluste infolge der Aufnahme dieser Kräfte entstehen und weiterhin ein besonders effizienter Betrieb der Aufladeeinrichtung 10 gewährleistet ist.
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Die 3 zeigt eine weitere Ausführungsform der Aufladeeinrichtung 10 gemäß 2, wobei der Rotor 34 der Aufladeeinrichtung 10 ein Turbinenrad 68 umfasst, welches mit der Welle 32 drehfest verbunden und in einem Gehäuse 70 einer Turbine 72 der Aufladeeinrichtung 10 aufgenommen ist.
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Die Turbine 72 mit dem Turbinenrad 68 dient dazu, Abgas der Brennstoffzelle 10 über eine durch das Gehäuse 70 bereitgestellte Flut 74 dem Verdichterrad 68 zuzuführen und die Verdichter 12 und 20 bzw. die entsprechenden Verdichterräder 18 und 26 zum Verdichten der Luft anzutreiben.
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Gemäß der Aufladeeinrichtung 10 gemäß 2 verdichten die Verdichter 12 und 20 die Luft parallel und einstufig, wobei die Luft den Verdichtern 12 und 20 gemäß Richtungspfeilen 76 über eine entsprechende Flut 78 zugeführt wird. Über die Flut 78 strömt die zu verdichtende Luft die Verdichterräder 12 und 20 über die entsprechenden Verdichterradeingänge 42 und 50 an.
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Ist die Luft verdichtet so strömt die Luft in die Verdichterräder 12 und 20, wie geschildert über die Verdichterradaustritte 44 und 52 ab und wird über die Fluten 46 und 54 gemäß einem Richtungspfeil 80 zu der Brennstoffzelle geführt.
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Wie der 3 zu entnehmen ist, ist das Verdichterrad 18 weiter in dem Endbereich 28 der Welle 32 angeordnet. In dem Endbereich 30 der Welle 32 ist nun allerdings nicht das Verdichterrad 26 sondern das Turbinenrad 68 angeordnet und mit der Welle 32 drehfest verbunden. Das Verdichterrad 26 ist in axialer Richtung des Rotors 34 bzw. der Welle 32 zwischen dem Verdichterrad 18 und dem Turbinenrad 68 in einem Zwischenbereich 83 der Welle 32 angeordnet und mit dieser drehfest verbunden.
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Um die geschilderten und insbesondere bei dem instationären Betrieb auftretenden, sich gegenseitig nicht ausgleichenden und kompensierenden Axialkräften aufzunehmen, ist in der 3 ein Axiallager 82 angedeutet, welches die Axialkräfte aufnehmen und abstützen kann und somit eine unerwünschte Berührung des Rotors 34 und insbesondere der Verdichterräder 18 und 26 sowie des Turbinenrads 68 mit den Gehäusen 14, 22 und 70 verhindert.
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Das in der 3 dargestellte Axiallager 82, welches sowohl Axialkräfte in Richtung gemäß dem Richtungspfeil 60 als auch in Richtung gemäß dem Richtungspfeil 62 aufnehmen kann, ist beispielsweise als Luftlager ausgebildet.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2001/263291 A [0002]
- US 6196809 B1 [0003]
- US 6155802 [0004]
- US 6450780 B1 [0005]
- WO 03/040567 A1 [0006]
