DE102010064061A1 - Turbo compressor for fuel cell drive of internal combustion engine of hybrid drive for motor vehicle, has drive unit and two compressor wheels driven by drive unit - Google Patents

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Abstract

The turbo compressor has a drive unit and two compressor wheels driven by the drive unit, where the compressor wheels are respectively arranged in two compressor housings (12,22) in a rotatable manner. An intermediate cooler is arranged with a gas line, with which the flowing gas is compressed from the former compressor wheel and is cooled from another compressor wheel. Independent claims are also included for the following: (1) a method for compressing gas, particularly air by a turbo compressor; (2) a fuel cell drive with a fuel cell; and (3) an internal combustion engine formed as a component part of a hybrid drive.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Turboverdichter, der zwei Verdichterräder aufweist, die achssymmetrisch angeordnet sind und zwischen denen eine Gasleitung zur Ermöglichung eines Gasstroms angeordnet ist.The present invention relates to a turbocompressor having two compressor wheels, which are arranged axisymmetric and between which a gas line is arranged to allow a gas flow.

Außerdem betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Verdichtung von Gas, insbesondere von Luft, mittels dem erfindungsgemäßen Turboverdichter. Ergänzend betrifft die vorliegende Erfindung einen Brennstoffzellen-Antrieb sowie eine Verbrennungskraftmaschine und ein Kraftfahrzeug.Moreover, the present invention relates to a method for compressing gas, in particular of air, by means of the turbocompressor according to the invention. In addition, the present invention relates to a fuel cell drive and an internal combustion engine and a motor vehicle.

Gasverdichter dienen zur Komprimierung von Gas, welches unter Beimischung von Kraftstoff einer Verbrennungskraftmaschine zugeführt wird. Dadurch lässt sich der Wirkungsgrad der Verbrennungskraftmaschine erhöhen. Da insbesondere bei Verbrennungsmotoren in Kraftfahrzeugen die Forderung nach geringen Verbrauchsraten des Motors besteht, ist in diesen Kraftfahrzeugen ein Verdichter mitzuführen.Gas compressors are used to compress gas, which is supplied with the admixture of fuel to an internal combustion engine. As a result, the efficiency of the internal combustion engine can be increased. Since there is a demand for low consumption rates of the engine, especially in internal combustion engines in motor vehicles, a compressor is to be carried in these motor vehicles.

Eine weitere Anforderung, die zunehmend an Kraftfahrzeuge gestellt wird, ist die Gewichtsminimierung sowie Energieeffizienz. Da die meisten Verdichter durch einen elektromotorischen Antrieb betrieben werden, besteht somit eine wesentliche Anforderung an den Verdichter darin, dass er mit einer geringen elektrischen Leistungsaufnahme betreibbar ist, insbesondere wenn er zum Betrieb eines Verbrennungsaggregates eingesetzt wird, welches in einem Hybridfahrzeug den elektromotorischen Antrieb ergänzt beziehungsweise unterstützt. In derartigen Fahrzeugen ist ein Verdichter demzufolge mit geringem Gewicht, vorzugsweise auch geringem Volumen und mit geringer elektrischer Leistungsaufnahme auszugestalten.Another requirement that is increasingly being placed on motor vehicles is weight minimization and energy efficiency. Since most compressors are operated by an electric motor drive, there is thus an essential requirement on the compressor that it can be operated with a low electrical power consumption, in particular if it is used to operate a combustion unit, which complements the electric motor drive in a hybrid vehicle supported. In such vehicles, a compressor is therefore to be designed with low weight, preferably also low volume and with low electrical power consumption.

Herkömmliche Verdichter können meist nur eine oder wenige der oben genannten Forderungen erfüllen.Conventional compressors can usually only meet one or a few of the above requirements.

In der DE 694 25 891 T2 ist zum Beispiel ein Kompressor beschrieben, welcher derart eingerichtet ist, dass eine axiale Belastung der Lager ausgeglichen wird, so dass der Verschleiß der Lager gemindert ist.In the DE 694 25 891 T2 For example, a compressor is described which is arranged to balance an axial load on the bearings so that wear of the bearings is reduced.

Des Weiteren sind Verdichter bekannt, die wärmetechnische Prozesse ausnutzen.Furthermore, compressors are known which exploit thermal engineering processes.

In der DE 200 11 217 U1 ist ein Turboverdichter beschrieben, dessen Antriebseinheit mit dem Fluid gekühlt wird, welches durch den Turboverdichter gefördert wird. Das heißt, dass bei diesem Turboverdichter Wärme vom Motor auf das Fördermedium übertragen wird, so dass dieses erwärmt wird.In the DE 200 11 217 U1 a turbocompressor is described, the drive unit is cooled with the fluid, which is conveyed by the turbo compressor. This means that in this turbocompressor heat is transferred from the engine to the pumped medium, so that it is heated.

Die WO 2002/099286 A1 beschreibt eine Kompressoreinheit mit einer Kühlung für Motor und Lager, um bei hohen Drehzahlen einen vorzeitigen Verschleiß des Motors sowie der Lager zu vermeiden. Das zu komprimierende Gas wird keiner wärmetechnischen Behandlung unterzogen.The WO 2002/099286 A1 describes a compressor unit with cooling for engine and bearing to avoid premature wear of the engine and the bearings at high speeds. The gas to be compressed is not subjected to heat treatment.

Die EP 0355796 B1 beschreibt eine so genannte Zentrifugalpumpe, bei der ein Kühlmittelstrom erzeugt wird. Der Kühlmittelstrom hat jedoch keinen Einfluss auf das zu komprimierende Gas.The EP 0355796 B1 describes a so-called centrifugal pump, in which a coolant flow is generated. However, the coolant flow has no influence on the gas to be compressed.

Die DE 198 14 485 A1 offenbart ein Turbogebläse mit zwei Laufrädern, welches durch einen Motor angetrieben wird. Zwischen den beiden Laufrädern ist ein Zwischenkühler zur Kühlung des komprimierten Mediums angeordnet.The DE 198 14 485 A1 discloses a turbo fan with two impellers driven by a motor. Between the two wheels, an intercooler for cooling the compressed medium is arranged.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Verdichter sowie ein Verfahren zur Verdichtung von Gas zur Verfügung zu stellen, welche in einfacher, gewichtssparender, zuverlässiger und kostengünstiger Ausgestaltung eine energieeffiziente Verdichtung von Gas ermöglichen.The invention has for its object to provide a compressor and a method for compressing gas available, which allow energy-efficient compression of gas in a simple, weight-saving, reliable and cost-effective design.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Turboverdichter nach Anspruch 1 und das Verfahren zur Verdichtung von Gas nach Anspruch 12 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Turboverdichters sind in den Unteransprüchen 2–11 angegeben. Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens zur Verdichtung von Gas ist im Unteranspruch 13 angegeben. Ergänzend wird ein Brennstoffzellen-Antrieb nach Anspruch 14, eine Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 15 sowie ein Kraftfahrzeug nach Anspruch 16 vorgeschlagen, welches einen Brennstoffzellen-Antrieb oder eine Verbrennungskraftmaschine aufweist.This object is achieved by the turbocompressor according to claim 1 and the method for compressing gas according to claim 12. Advantageous embodiments of the turbocompressor are specified in the subclaims 2-11. An advantageous embodiment of the method for compressing gas is specified in the dependent claim 13. In addition, a fuel cell drive according to claim 14, an internal combustion engine according to claim 15 and a motor vehicle according to claim 16 are proposed, which has a fuel cell drive or an internal combustion engine.

Erfindungsgemäß wird ein Turboverdichter zur Verfügung gestellt, der wenigstens eine Antriebseinheit und mindestens ein erstes und ein zweites von der Antriebseinheit antreibbares, in jeweils einem ersten und einem zweiten Verdichtergehäuse rotierbar angeordnetes Verdichterrad umfasst, wobei das erste und das zweite Verdichterrad im Wesentlichen achssymmetrisch zueinander ausgerichtet auf einer gemeinsamen Welle angeordnet sind und das erste Verdichtergehäuse mit wenigstens einer Gasleitung strömungstechnisch mit dem zweiten Verdichtergehäuse zur Leitung von vom ersten Verdichterrad komprimierten Gas an das zweite Verdichterrad zwecks erneuter Verdichtung verbunden ist.According to the invention, a turbocompressor is provided which comprises at least one drive unit and at least one first and one second driven by the drive unit, rotatably disposed in each of a first and a second compressor housing compressor wheel, wherein the first and the second compressor substantially axially symmetrical aligned with each other a common shaft are arranged and the first compressor housing with at least one gas line fluidly connected to the second compressor housing for conducting gas compressed from the first compressor to the second compressor wheel for the purpose of recompression.

Erfindungsgemäß ist mit der Gasleitung wärmetechnisch gekoppelt wenigstens ein Zwischenkühler angeordnet, mit dem das vom ersten Verdichterrad verdichtete und zum zweiten Verdichterrad strömende Gas kühlbar ist.According to the invention, at least one intercooler, with which the gas compressed by the first compressor wheel and flowing to the second compressor wheel can be cooled, is arranged with the gas line in a heat-coupled manner.

Es handelt sich hierbei um einen Radial-Verdichter. Die Antriebseinheit ist bevorzugterweise ein Elektromotor, dessen Rotor die Welle ausbildet. Gegebenenfalls kann das Antriebsmoment mehrerer Antriebseinheiten auf die Welle übertragen werden. It is a radial compressor. The drive unit is preferably an electric motor whose rotor forms the shaft. Optionally, the drive torque of several drive units can be transmitted to the shaft.

Die Verdichterräder haben im Wesentlichen eine keglige Hüllform, das heißt, bei Ausbildung als Turbinenrad hat das Verdichterrad ein Turbinenblatt, welches am Schaft beziehungsweise an seiner zur Welle ausgerichteten Seite eine größere Breite aufweist als an seinem radialen Ende.The compressor wheels essentially have a conical shell shape, that is, when designed as a turbine wheel, the compressor wheel has a turbine blade, which on the shaft or on its side facing the shaft has a greater width than at its radial end.

Das Verdichtergehäuse kann ein integraler Bestandteil eines gesamten Gehäuses sein oder es kann einzeln ausgeführt sein.The compressor housing may be an integral part of an entire housing or it may be made individually.

Die Verdichterräder sind auf einer gemeinsamen Welle angeordnet, wobei vorzugsweise an je einem Ende der Welle ein Verdichterrad angeordnet ist. Der Eintrag eines Drehmomentes in die Welle zwecks Antrieb erfolgt zwischen den Verdichterrädern.The compressor wheels are arranged on a common shaft, wherein preferably at one end of the shaft, a compressor wheel is arranged. The entry of a torque in the shaft for the purpose of driving takes place between the compressor wheels.

Dabei sind die Verdichterräder bevorzugt achssymmetrisch angeordnet, das heißt, die Symmetrie-Achse verläuft senkrecht zur Wellenlängsachse. Die Seiten mit den geringeren Durchmessern der kegligen Hüllform der beiden Verdichterräder weisen in entgegengesetzte Richtungen. Bevorzugt weisen sie voneinander weg.The compressor wheels are preferably arranged axisymmetric, that is, the axis of symmetry is perpendicular to the shaft longitudinal axis. The sides with the smaller diameters of the conical shell shape of the two compressor wheels point in opposite directions. Preferably, they point away from each other.

Dadurch sind die durch beide Verdichterräder in die Welle eingetragenen Axial-Kräfte entgegengesetzt ausgerichtet, so dass es zumindest zu einer teilweisen Aufhebung der in die Welle eingetragenen Axial-Kräfte kommt.As a result, the axial forces introduced into the shaft by both compressor wheels are oppositely oriented so that at least partial cancellation of the axial forces introduced into the shaft occurs.

Die Gasleitung kann ein im Gehäuse integrierter Kanal und somit ein Gasreservoir sein oder eine extra Leitung, die zur Leitung des Gases, welches vom ersten Verdichterrad komprimiert wurde, zum zweiten Verdichterrad zwecks erneuter Komprimierung dient.The gas line can be a channel integrated in the housing and thus a gas reservoir or an extra line which serves to direct the gas which has been compressed by the first compressor wheel to the second compressor wheel for the purpose of recompression.

Die Gasleitung ist derart eingerichtet und angeordnet, dass Wärme aus dem vom ersten Verdichterrad komprimierten Gas in der Gasleitung in den Zwischenkühler übertragbar ist, um so die Temperatur des komprimierten Gases vor Eintritt in die zweite Verdichterstufe zu verringern und somit auch das Volumen des Gases zu verringern.The gas conduit is arranged and arranged such that heat from the gas compressed by the first compressor wheel in the gas conduit is transferable to the intercooler so as to reduce the temperature of the compressed gas prior to entering the second compressor stage and thus also reduce the volume of the gas ,

Dadurch wird erreicht, dass die zweite Verdichterstufe beziehungsweise das zweite Verdichterrad je Gasmenge weniger Leistung aufbringen muss und somit ein höherer Wirkungsgrad erreichbar ist.This ensures that the second compressor stage or the second compressor wheel per gas quantity must apply less power and thus a higher efficiency can be achieved.

Der Vorteil der Kombination der achssymmetrischen Anordnung der Verdichterräder und der Zwischenkühlung liegt darin, dass durch die achssymmetrische Anordnung zumindest teilweise die Axial-Kräfte aufgehoben werden. Dadurch sind kleinere Lager zur Lagerung der Welle einsetzbar, da diese keine großen Axial-Kräfte aufnehmen müssen. Somit ist auch eine entsprechend geringere Dimensionierung der Welle beziehungsweise der Wellenzapfen zur Aufnahme der Lager möglich. Dies wiederum erlaubt sehr hohe Drehzahlen. Sehr hohe Drehzahlen können aber nur dann realisiert werden, wenn eine hohe Antriebsleistung zu Verfügung gestellt wird oder das abnehmbare Drehmoment relativ gering sein darf.The advantage of combining the axisymmetric arrangement of the compressor wheels and the intermediate cooling is that at least partially the axial forces are canceled by the axisymmetric arrangement. As a result, smaller bearings for supporting the shaft are used, since they do not have to absorb large axial forces. Thus, a correspondingly smaller dimensioning of the shaft or the shaft journal for receiving the bearing is possible. This in turn allows very high speeds. But very high speeds can only be realized if a high drive power is provided or the removable torque may be relatively low.

Durch die Zwischenkühlung lässt sich der Gesamt-Wirkungsgrad erhöhen, somit ist nicht mehr ein sehr großes Drehmoment zur Komprimierung erforderlich. Das heißt, dass ohne die Zwischenkühlung zwar eine hohe Drehzahl erzeugbar wäre, jedoch müsste eine hohe Leistung zur Verfügung gestellt werden, um auch das für die zweite Verdichterstufe benötigte Drehmoment zur Verfügung zu stellen. Erst durch die Kombination der achssymmetrischen Anordnung mit der Zwischenkühlung kann mit geringer Antriebsleistung, zum Beispiel elektrischer Antriebsleistung, eine hohe Drehzahl und ein ausreichendes Verdichtungsverhältnis durch beide Verdichterstufen realisiert werden.Due to the intermediate cooling, the overall efficiency can be increased, thus no longer a very large torque is required for compression. This means that although a high speed would be generated without the intermediate cooling, however, a high power would have to be made available in order to provide the torque required for the second compressor stage. Only by combining the axisymmetric arrangement with the intermediate cooling can be realized by both compressor stages with low drive power, for example, electric drive power, a high speed and a sufficient compression ratio.

In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der Turboverdichter mit Zwischenkühler wenigstens eine Kühleinrichtung zur Kühlung der Antriebseinheit, wobei der Zwischenkühler wärmetechnisch mit der Kühleinrichtung gekoppelt ist.In a preferred embodiment, the turbocompressor with intercooler comprises at least one cooling device for cooling the drive unit, wherein the intercooler is thermally coupled to the cooling device.

Die Kühleinrichtung kann auch Motorkühlung genannt werden und ist bevorzugt als integraler Bestandteil ausgeführt. Es ist somit Wärmeübertragung zwischen dem Zwischenkühler und der Kühleinrichtung möglich.The cooling device can also be called engine cooling and is preferably designed as an integral part. It is thus possible heat transfer between the intercooler and the cooling device.

Es kann insbesondere vorgesehen sein, dass der Zwischenkühler zur Kühlung von Lagern zur Lagerung beweglicher Teile, insbesondere der Welle, des Turboverdichters ausgestaltet ist, wobei der Zwischenkühler derart wärmetechnisch mit der Gasleitung gekoppelt ist, dass Wärme des Gases in der Gasleitung in Kühlflüssigkeit im Zwischenkühler und gegebenenfalls in der Kühleinrichtung übertragbar ist.It can be provided in particular that the intercooler for cooling bearings for the storage of moving parts, in particular the shaft, the turbo compressor is configured, wherein the intercooler is thermally coupled with the gas line such that heat of the gas in the gas line in the cooling liquid in the intercooler and optionally transferable in the cooling device.

Damit wird der Effekt bewirkt, dass Kühlflüssigkeit, welche zur Kühlung der Wellenlager in deren Nähe geführt wird, gleichzeitig dafür genutzt wird, um Wärme aus dem in der ersten Stufe verdichteten Gas abzuführen.Thus, the effect is caused that cooling liquid, which is guided for cooling the shaft bearings in the vicinity, is also used to dissipate heat from the compressed in the first stage gas.

In einer bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Welle ein Bestandteil eines Rotors einer elektromotorischen Antriebseinheit ist. In alternativer Ausführungsform kann die Welle auch eine Abtriebswelle einer Turbine eines Turboladers sein.In a preferred embodiment it is provided that the shaft is a component of a rotor of an electric motor drive unit. In an alternative embodiment, the shaft may also be an output shaft of a turbine of a turbocharger.

Es ist weiterhin vorgesehen, dass auf der Welle wenigstens ein Magnet angeordnet ist und somit die Welle einen Rotor eines Elektromotors ausbildet, wobei der Magnet in Richtung der Längsachse der Welle beidseitig durch jeweils eine Bandage gesichert ist. It is further provided that on the shaft at least one magnet is arranged and thus the shaft forms a rotor of an electric motor, wherein the magnet is secured in the direction of the longitudinal axis of the shaft on both sides by a respective bandage.

Das heißt, dass der Rotor auf die Welle gepresste Magneten umfasst, die durch Bandagen gegen Verschieben gesichert sind. Es werden in axialer Richtung sowohl vor als auch hinter den Magneten diese Bandagen auf die Welle geschrumpft. In einer alternativen Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Magneten auf die Welle geklebt sind. Diese Ausgestaltung ist dadurch vorteilhaft ausgebildet, dass auf der Welle – den Magnet und die Bandagen zumindest teilweise überdeckend – ein Mantelelement angeordnet ist.That is, the rotor comprises magnets pressed against the shaft, which are secured against displacement by bandages. These bandages are shrunk onto the shaft both in front of and behind the magnets in the axial direction. In an alternative embodiment it is provided that the magnets are glued to the shaft. This embodiment is advantageously formed in that on the shaft - the magnet and the bandages at least partially overlapping - a jacket element is arranged.

Das Mantelelement wird als „Armierung” aufgeschrumpft, die gegebenenfalls mit den ringförmigen Bandagen verschweißt werden kann. Dies führt zu einer erheblichen Erhöhung der Steifigkeit des Wellenverbundes, der wiederum entscheidend für die Wellenauslegung ist. Ein Verschweißen oder auch Löten der Bandagen führt rechnerisch zu einem „Gesamtkörper” durch die stoffschlüssige Verbindung. Vorteilhafterweise ist die Armierung aus Edelstahl ausgeführt.The shell element is shrunk as a "reinforcement", which can optionally be welded to the annular bandages. This leads to a considerable increase in the stiffness of the composite shaft, which in turn is crucial for the shaft design. A welding or brazing of the bandages leads arithmetically to a "total body" by the cohesive connection. Advantageously, the reinforcement is made of stainless steel.

Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass die Welle zur Aufnahme von Lagern an beiden Enden jeweils einen Wellenzapfen aufweist, wobei zumindest in einem der Wellenzapfen eine Längsbohrung eingebracht ist, in welcher ein Temperatursensor positionierbar oder positioniert ist.It may further be provided that the shaft for receiving bearings at both ends in each case has a shaft journal, wherein at least in one of the shaft journal a longitudinal bore is introduced, in which a temperature sensor is positioned or positioned.

Das heißt, in der Weile befinden sich Bohrungen, die zur Temperaturmessung der Lagerinnenringe während des Betriebes dienen. Hierzu können Temperatursensoren eingeführt werden oder es wird eine berührungslose Messung in der Bohrung durchgeführt.That is, in the meantime there are holes that are used for temperature measurement of the bearing inner rings during operation. For this purpose, temperature sensors can be introduced or it is carried out a non-contact measurement in the bore.

In einer besonderen bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass das erste Verdichterrad einen Durchmesser aufweist, der wenigstens 1/10 größer ist als der Durchmesser des zweiten Verdichterrades.In a particular preferred embodiment, it is provided that the first compressor wheel has a diameter which is at least 1/10 larger than the diameter of the second compressor wheel.

Durch Vorkomprimierung des Gases in der ersten Verdichterstufe muss die zweite Verdichterstufe höhere Leistung bringen. Bei gleicher Dimensionierung der Verdichterräder würden unterschiedliche axiale Kräfte auf die Lager und die Welle wirken, so dass kein Ausgleich der axialen Kräfte auftreten würde und die Lager axiale Kräfte aufnehmen müssten. Um dies zu vermeiden ist das zweite Verdichterrad geringfügig kleiner als das erste Verdichterrad dimensioniert.By pre-compression of the gas in the first compressor stage, the second compressor stage must bring higher power. With the same dimensioning of the compressor wheels different axial forces would act on the bearings and the shaft, so that no compensation of the axial forces would occur and the bearing would have to absorb axial forces. To avoid this, the second compressor wheel is dimensioned slightly smaller than the first compressor wheel.

Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass die Kühleinrichtung wenigstens einen schraubengangförmigen Strömungskanal aufweist.Furthermore, it is preferably provided that the cooling device has at least one helical flow channel.

Das heißt, dass zum Beispiel die Wasserkühlung um einen Elektromotor herum in Form eines Schraubenganges erfolgt. Die Kühleinrichtung ist dabei vorzugsweise eine Flüssigkeitskühlung.That is, for example, the water cooling around an electric motor takes place in the form of a screw thread. The cooling device is preferably a liquid cooling system.

Dabei kann der Verdichter derart ausgestaltet sein, dass er wenigstens zwei Lager zur Lagerung der Welle aufweist und die Kühleinrichtung derart ausgestaltet ist, dass mit ihr in den Lagern generierte Wärme ableitbar ist.In this case, the compressor may be configured such that it has at least two bearings for supporting the shaft and the cooling device is configured such that with her in the camps generated heat can be derived.

Außerdem lassen sich dadurch die Rückwände der Lagergehäuse an den Verdichterrädern wasserkühlen, was eine Verbesserung des Wirkungsgrades bewirkt.In addition, this allows the rear walls of the bearing housing on the compressor wheels water cool, causing an improvement in efficiency.

Vorzugsweise ist der Zwischenkühler mit der Kühleinrichtung wärmetechnisch gekoppelt.Preferably, the intercooler is thermally coupled to the cooling device.

Die Lagerbuchsen zur Aufnahme der Lager sind vorteilhafterweise in das Gehäuse eingegossen und können zur Erreichung einer hohen Genauigkeit aus Stahl ausgeführt sein. In einer bevorzugten Ausführungsform ist außerdem vorgesehen, dass die Flüssigkeitskühlung zur Kühlung der Lager jedem Lager zugeordnet wenigstens einen Ringkanal aufweist, der einen Abstand zum jeweiligen Lager von weniger als 20 mm aufweist. Dieser Ringkanal kann Bestandteil des schraubengangförmigen Strömungskanals sein.The bushings for receiving the bearings are advantageously cast in the housing and can be designed to achieve a high accuracy of steel. In a preferred embodiment, it is also provided that the liquid cooling for cooling the bearings associated with each bearing has at least one annular channel which has a distance from the respective bearing of less than 20 mm. This annular channel may be part of the helical flow channel.

Der Ringkanal reicht auf mindestens 20 mm, bevorzugt auf weniger als 10 mm, insbesondere weniger als 5 mm und in einer besonders bevorzugten Ausführungsform weniger als 2–4 mm an die Lagerbuche heran.The annular channel extends to at least 20 mm, preferably less than 10 mm, in particular less than 5 mm and in a particularly preferred embodiment less than 2-4 mm zoom to the bearing bush.

Bei einer dichten Stahlbuchse beziehungsweise Keramikbuchse des Lagers kann die Kühlflüssigkeit auch direkt bis an die Buchse des Lagers geführt werden, wenn der Kühlkanal im Gehäuse lagerseitig offen ist.In a dense steel bushing or ceramic bushing of the bearing, the cooling liquid can also be performed directly to the bush of the bearing when the cooling channel in the housing is open on the storage side.

Erfindungsgemäß ist die Welle mit einem als Loslager ausgestaltetem Wälzlager und einem als Festlager ausgestaltetem Wälzlager gelagert, wobei das Loslager in axialer Richtung mittels wenigstens einer Tellerfeder eingespannt ist.According to the invention, the shaft is mounted with a rolling bearing designed as a floating bearing and a rolling bearing configured as a fixed bearing, wherein the floating bearing is clamped in the axial direction by means of at least one plate spring.

Vorteilhafterweise sind die Wälzlager in O-Anordnung angeordnet. Die Tellerfeder stützt sich an einem Sicherungsring, der in einer Lagerbuche sitzt, ab, so dass die von der Tellerfeder generierte Kraft gegen den Außenring des Wälzlagers gerichtet ist. Das Loslager wird durch die Tellerfeder axial vorgespannt. Das heißt, der Innenring des Lagers sitzt fest auf der Welle und der Federring der Tellerfeder drückt an den Außenring. Dadurch wird die hohe Hertzsche Pressung erreicht, auf Grund derer eine hohe kritische Drehzahl realisiert werden kann. Die Vorspannkraft beträgt bis zu 250 N, um die Wälzkörper optimal in den Kalottenbahnen zu führen.Advantageously, the rolling bearings are arranged in an O arrangement. The plate spring is supported on a retaining ring which is seated in a bearing bush, so that the force generated by the plate spring is directed against the outer ring of the rolling bearing. The floating bearing is biased axially by the plate spring. That is, the inner ring of the bearing is stuck on the shaft and the spring washer of the diaphragm spring presses on the outer ring. As a result, the high Hertzian pressure is reached, due to which a high critical speed can be realized. The preload force is up to 250 N, in order to guide the rolling elements optimally in the Kalottenbahnen.

Die Richtung der axialen Vorspannung entspricht dabei der Richtung der Wellenlängsachse.The direction of the axial bias corresponds to the direction of the shaft longitudinal axis.

Die Tellerfeder des Turboverdichters ist bevorzugt derart eingerichtet, dass sie im montierten Zustand zwischen Lagerbuchse und Lageraußenring unabhängig von der Wärmeausdehnung der Welle im Wesentlichen die gleiche Kraft auf den Außenring des Loslagers aufbringt. Das heißt, dass die Tellerfeder derart vorgespannt angeordnet ist, dass bei wärmeänderungsbedingter Längenausdehnung der Welle mit einem bestimmten Weg die Federkennlinie im Wesentlichen keine Steigung aufweist, so dass die Federkraft unabhängig von dem Einfederungsweg gleich bleibt.The plate spring of the turbocompressor is preferably set up in such a way that it applies substantially the same force to the outer ring of the movable bearing in the installed state between the bearing bush and the bearing outer ring, independently of the thermal expansion of the shaft. That is, the plate spring is arranged biased so that when heat change caused linear expansion of the shaft with a certain way the spring characteristic has substantially no slope, so that the spring force remains the same regardless of the compression travel.

Die Federcharakteristik besitzt somit im Betriebspunkt beziehungsweise in der Betriebsstrecke eine waagerechte Asymptote. Dies führt dazu, dass sich auf Grund von Wärmedehnungen die axiale Vorspannung im Betrieb nicht ändert und somit auch der Winkel der Kugelanstellung unverändert bleibt, was entscheidend für die Lebensdauer der Lagerung ist. Die axiale Vorspannung der Lagerung kann bis zur Belastungsgrenze des Werkstoffes der Lagerinnenringe durchgeführt werden. Je höher die Vorspannung ist, umso steifer wird die Lagerung, was wiederum die biegekritische Drehzahl erhöht.The spring characteristic thus has a horizontal asymptote at the operating point or in the operating section. This means that due to thermal expansion, the axial bias does not change during operation and thus the angle of the ball adjustment remains unchanged, which is crucial for the life of the storage. The axial preload of the bearing can be performed up to the load limit of the material of the bearing inner rings. The higher the preload, the stiffer the storage, which in turn increases the critical bending speed.

Durch diese Maßnahme wird eine sehr steife Wellenlagerung realisiert, das heißt, es entsteht eine sehr hohe Hertzsche Pressung.By this measure, a very stiff shaft bearing is realized, that is, there is a very high Hertzian pressure.

In bevorzugter oder alternativer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Welle mit Wälzlagern gelagert ist, die als abgedichtete Hybridlager ausgestaltet sind.In a preferred or alternative embodiment, it is provided that the shaft is mounted with roller bearings, which are designed as sealed hybrid bearings.

Ein Hybridlager ist ein Kugellager mit herkömmlichen Lagerringen aus Wälzlagerstahl und Kugeln aus einer hochfesten Keramik, insbesondere einer Siliziumnitridkeramik.A hybrid bearing is a ball bearing with conventional bearing rings made of bearing steel and balls made of a high-strength ceramic, in particular a Siliziumnitridkeramik.

Der Vorteil von keramischen Kugeln besteht in der Unterbrechung des magnetischen Flusses. Außerdem treten bei Einsatz des Turboverdichters zur Brennstoffzellenluftversorgung keinerlei Kontaminationen wie mit einer herkömmlichen Ölschmierung beziehungsweise Ölnebelschmierung auf.The advantage of ceramic balls is the interruption of the magnetic flux. In addition, when using the turbocompressor for fuel cell air supply occur no contamination as with a conventional oil lubrication or oil mist lubrication.

Vorteilhafterweise sind die Wälzlager lebensdauerfettgeschmiert. Auf Grund der Kapselung der Wälzlager ist kein Austreten von Schmierstoff und demzufolge keine Kontamination des komprimierten Gases zu befürchten.Advantageously, the rolling bearings are lubricated for life grease. Due to the encapsulation of the rolling bearings no leakage of lubricant and consequently no contamination of the compressed gas is to be feared.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass jedes der Verdichtergehäuse einen Verdichtungsraum ausbildet und die Welle in einem Rotorraum, der von den Verdichtungsräumen abgegrenzt ist, angeordnet ist, wobei wenigstens einer der Verdichtungsräume mit dem Rotorraum mittels eines Bypasses zur Realisierung einer Gasströmung von diesem Verdichtungsraum in den Rotorraum verbunden ist.In a further advantageous embodiment, it is provided that each of the compressor housing forms a compression space and the shaft is arranged in a rotor space which is delimited by the compression spaces, wherein at least one of the compression chambers with the rotor space by means of a bypass for realizing a gas flow from this compression space is connected in the rotor space.

Der Bypass stellt somit einen parallelen Leitungsstrang zu einer die Verdichtergehäuse verbindenden Gasleitung dar.The bypass thus represents a parallel wiring harness to a gas line connecting the compressor housing.

Der Bypass kann in Form einer oder mehrerer Bohrungen zwischen dem Verdichtungsraum und dem Rotorraum ausgeführt sein. Er sorgt dafür, dass gegebenenfalls auftretende Drücke nicht durch die Lager geführt werden, da es ansonsten auf Dauer zu einem Ausspülen des Lagerfettes und damit zum Ausfall der Lager kommen könnte. Das heißt, dass ohne die Bohrung ein stetiger Druck auf die Lager ausgeübt werden würde, der bei längerem Betrieb zu einer Ausspülung der Lager und Kontamination des komprimierten Gases mit Schmierstoffpartikeln führen könnte. Durch die Bohrung lässt sich demzufolge jegliche Bildung von Ölnebeln verhindern.The bypass can be designed in the form of one or more holes between the compression space and the rotor space. It ensures that any occurring pressures are not passed through the bearings, otherwise it could lead to a rinsing out of the bearing grease and thus to the failure of the bearings in the long term. This means that without the bore a steady pressure would be exerted on the bearings, which could lead to a rinsing of the bearings and contamination of the compressed gas with lubricant particles during prolonged operation. Consequently, the formation of oil mist can be prevented by the drilling.

Die Wälzlager sind vorzugsweise wassergekühlt beziehungsweise wasserkühlbar.The rolling bearings are preferably water-cooled or water-cooled.

Zur Abdichtung des Verdichtungsraumes ist vorgesehen, dass die Verdichterräder und die ihnen zugeordneten Verdichtergehäuse mittels komplementär ausgestalteten Formelementen wenigstens eine Labyrinthdichtung ausbilden. Dabei kann das Verdichtergehäuse im Bereich der Labyrinthdichtung Bestandteil eines Motorgehäuses zur Aufnahme und Lagerung der als Rotor dienenden Welle sein. Die Labyrinthdichtung ist somit an der Rückseite eines Verdichterrades, das heißt, an der Seite seines größeren Umfanges, angeordnet.To seal the compression space, it is provided that the compressor wheels and the compressor housings assigned to them form at least one labyrinth seal by means of complementary shaped elements. In this case, the compressor housing in the region of the labyrinth seal may be part of a motor housing for receiving and supporting the shaft serving as a rotor. The labyrinth seal is thus arranged on the back of a compressor wheel, that is, on the side of its larger circumference.

Vorteilhafterweise ist der Turboverdichter derart eingerichtet, dass eine Nenndrehzahl der Welle von mindestens 60.000 min–1 realisierbar ist, wobei der Verdichter eine kritische Drehzahl aufweist, die größer ist als die Nenndrehzahl.Advantageously, the turbo-compressor is configured such that a nominal rotational speed of the shaft of at least 60,000 can be realized min -1, wherein the compressor has a critical rotational speed that is greater than the rated speed.

Der Turboverdichter ist insbesondere für Drehzahlen von über 80.000 min–1 und vorteilhaft über 100.000 min–1 ausgelegt. In einer besonderen Ausgestaltung ist der Turboverdichter für eine Drehzahl von bis zu 125.000 min–1 ausgelegt. Der Turboverdichter kann daher unterkritisch betrieben werden. Dies hat den entscheidenden Vorteil, dass kein Durchfahren von kritischen Drehzahlen notwendig ist. Der Verdichter kann seinen gesamten Arbeitsbereich zur Verdichtung der Luft nutzen.The turbocompressor is particularly adapted for rotational speeds in excess of 80,000 min -1 and advantageously about 100,000 min -1. In a particular embodiment, the turbo-compressor for a speed of up to 125,000 is designed min -1. The turbocompressor can therefore be operated subcritically. This has the distinct advantage of not having to drive through critical speeds is. The compressor can use its entire working area to compress the air.

In bevorzugter Ausführungsform weist die Welle ein Verhältnis von Gesamtlänge der Welle Lw zum maximalen Durchmesser Dw der Welle von Lw/Dw = 6 bis 8 auf. Das heißt, es wird eine sehr kurze und kompakte Welle verwendet, so dass die biegekritische Drehzahl sehr hoch ist.In a preferred embodiment, the shaft has a ratio of total length of the shaft Lw to the maximum diameter Dw of the shaft of Lw / Dw = 6 to 8. This means that a very short and compact shaft is used so that the critical speed is very high.

Vorzugsweise beträgt das Verhältnis von Gesamtlänge der Welle Lw zum maximalen Durchmesser Dw der Welle von Lw/Dw = 7,3, wobei in der Länge Lw die Länge der beidseitigen Wellenzapfen mit einbezogen sind.Preferably, the ratio of the total length of the shaft Lw to the maximum diameter Dw of the shaft is Lw / Dw = 7.3, the length of the bilateral shaft journals being included in the length Lw.

Außerdem kann vorgesehen sein, dass wenigstens einer der Wellenzapfen ein Verhältnis von Gesamtlänge des Wellenzapfens Lz zum maximalen Durchmesser Dz des Wellenzapfens von Lz/Dz = 3 bis 5 aufweist.In addition, it can be provided that at least one of the shaft journals has a ratio of overall length of the shaft journal Lz to the maximum diameter Dz of the shaft journal of Lz / Dz = 3 to 5.

Vorzugsweise beträgt das Verhältnis Lz/Dz = 4,3. Die bevorzugte Länge der Welle über alles beträgt 175 mm. Die bevorzugte Länge eines Wellenzapfens beträgt 39 mm. Der bevorzugte maximale Durchmesser der Welle beträgt 24 mm. Der bevorzugte durchschnittliche Durchmesser der Wellenzapfen beträgt 9 mm.Preferably, the ratio Lz / Dz = 4.3. The preferred length of the shaft is 175 mm. The preferred length of a shaft journal is 39 mm. The preferred maximum diameter of the shaft is 24 mm. The preferred average diameter of the shaft journals is 9 mm.

Zur effizienten Gaskühlung kann weiterhin vorgesehen sein, dass ein Gasreservoir in einem Gehäuse des Turboverdichters in unmittelbarer Nähe eines mit Kühlflüssigkeit zumindest teilweise befüllten oder befüllbaren Hohlraumes angeordnet ist.For efficient gas cooling, provision can furthermore be made for a gas reservoir to be arranged in a housing of the turbocompressor in the immediate vicinity of a cavity which is at least partially filled or filled with cooling liquid.

Das Gasreservoir kann durch die Gasleitung ausgebildet sein oder strömungstechnisch mit ihr verbunden sein und ist vorzugsweise derart dicht an dem mit Kühlflüssigkeit zumindest teilweise befüllten oder befüllbaren Hohlraum angeordnet, dass mindestens 50% der Wärme des Gases in die Kühlflüssigkeit übertragbar ist.The gas reservoir can be formed by the gas line or can be fluidically connected to it and is preferably arranged so close to the cavity at least partially filled or filled with cooling liquid, that at least 50% of the heat of the gas is transferable into the cooling liquid.

Vorteilhafterweise ist eine Wand der Gasleitung beziehungsweise des Gasreservoirs als eine Wand der Kühlflüssigkeitsleitung ausgebildet.Advantageously, a wall of the gas line or of the gas reservoir is designed as a wall of the coolant line.

Außerdem ist bevorzugt vorgesehen, dass die Kühleinrichtung wenigstens einen ersten Sammler zur Zwischenspeicherung von den Lagern und dem Gasreservoir zuzuführender Kühlflüssigkeit und wenigstens einen zweiten Sammler zur Sammlung der von den Lagern und dem Gasreservoir kommenden Kühlflüssigkeit aufweist. Das heißt, die Motorkühlung und Kühlung der beiden Lagerstellen erfolgt über einen im Motorgehäuse integrierten Sammler, von dem alle drei Kreise (Motorkühlung, Kühlung des ersten Lagers und Kühlung des zweiten Lagers) gespeist werden. Nach Durchfließen dieser drei Kreisläufe wird das Kühlwasser in einem ebenfalls integrierten Sammler gesammelt und danach an die Kühleinrichtung des Fahrzeuges übergeben.In addition, it is preferably provided that the cooling device has at least one first collector for temporarily storing cooling liquid to be supplied from the bearings and the gas reservoir and at least one second collector for collecting the cooling liquid coming from the bearings and the gas reservoir. This means that the engine cooling and cooling of the two bearing points takes place via a collector integrated in the motor housing, from which all three circuits (motor cooling, cooling of the first bearing and cooling of the second bearing) are fed. After flowing through these three circuits, the cooling water is collected in an integrated collector and then transferred to the cooling device of the vehicle.

Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zur Verdichtung von Gas, insbesondere von Luft, mittels eines Turboverdichters, welcher wenigstens eine Antriebseinheit und mindestens ein erstes und ein zweites von der Antriebseinheit antreibbares, in jeweils einem ersten und einem zweiten Verdichtergehäuse rotierbar angeordnetes Verdichterrad umfasst, wobei das erste und das zweite Verdichterrad im Wesentlichen achssymmetrisch zueinander ausgerichtet auf einer gemeinsamen Welle angeordnet sind und das erste Verdichtergehäuse mit wenigstens einer Gasleitung strömungstechnisch mit dem zweiten Verdichtergehäuse zur Leitung von vom ersten Verdichterrad komprimierten Gas an das zweite Verdichterrad zwecks erneuter Verdichtung verbunden ist. Erfindungsgemäß wird das vom ersten Verdichterrad in einer ersten Verdichtungsstufe komprimierte Gas durch die Gasleitung dem zweiten Verdichterrad zwecks Verdichtung in einer zweiten Verdichtungsstufe zugeleitet, wobei das Gas zwischen der ersten Verdichtungsstufe und der zweiten Verdichtungsstufe mittels wenigstens eines Zwischenkühlers gekühlt wird. Das heißt, dass das von der ersten Verdichterstufe verdichtete Gas vor der Komprimierung in der zweiten Verdichterstufe gekühlt wird. Somit ist das Verfahren insbesondere mit einem erfindungsgemäßen Turboverdichter ausführbar.The invention also relates to a method for compressing gas, in particular air, by means of a turbocompressor, which comprises at least one drive unit and at least a first and a second drivable by the drive unit drivable, in each case a first and a second compressor housing rotatably arranged compressor wheel, wherein the the first and the second compressor wheel are arranged substantially axially symmetrical aligned with each other on a common shaft and the first compressor housing with at least one gas line fluidly connected to the second compressor housing for directing compressed gas from the first compressor to the second compressor wheel for re-compression. According to the invention, the gas compressed by the first compressor wheel in a first compression stage is fed through the gas conduit to the second compressor wheel for compression in a second compression stage, the gas being cooled between the first compression stage and the second compression stage by means of at least one intercooler. That is, the gas compressed by the first compressor stage is cooled prior to compression in the second compressor stage. Thus, the method can be carried out in particular with a turbocompressor according to the invention.

Die Kühlflüssigkeit im Zwischenkühler ist dabei vorzugsweise Wasser oder ein Gemisch von Wasser und einem Kühlmittel.The cooling liquid in the intercooler is preferably water or a mixture of water and a coolant.

Zwecks Vermeidung des Durchfahrens eines kritischen Drehzahlbereiches ist vorgesehen, dass der Turboverdichter mit einer Drehzahl der Welle betrieben wird, die unter der kritischen Drehzahl des Turboverdichters liegt. Der Turboverdichter zur Durchführung des Verfahrens ist derart eingerichtet, dass eine Nenndrehzahl der Welle von mindestens 60.000 min–1 realisierbar ist, wobei der Verdichter eine kritische Drehzahl aufweist, die größer ist als die Nenndrehzahl.In order to avoid passing through a critical speed range, it is provided that the turbocompressor is operated at a rotational speed of the shaft which is below the critical rotational speed of the turbocompressor. The turbocompressor for performing the method is arranged such that a nominal rotational speed of the shaft of at least 60,000 can be realized min -1, wherein the compressor has a critical rotational speed that is greater than the rated speed.

Es ist bevorzugt vorgesehen, dass das von beiden Verdichtungsstufen insgesamt realisierte Verdichtungsverhältnis mindestens 1 bar beträgt. Vorteilhafterweise ist Verdichtungsverhältnis über 2 bar und in einer besonderen Ausgestaltung 2,6 bar.It is preferably provided that the overall compression ratio realized by the two compression stages is at least 1 bar. Advantageously, compression ratio is above 2 bar and in a particular embodiment 2.6 bar.

Es ist weiterhin zur Vermeidung von Überhitzung vorgesehen, dass beim Betrieb des Turboverdichters die Temperatur der Wellenlager gemessen wird. Die Temperaturbestimmung kann dabei insbesondere durch Infrarotmessung erfolgen. Die Drehzahl des Verdichters kann in Abhängigkeit der in den Lagern gemessenen Temperaturen geregelt werden.It is also provided to prevent overheating that the temperature of the shaft bearings is measured during operation of the turbocompressor. The temperature determination can be carried out in particular by infrared measurement. The speed of the compressor can be controlled as a function of the temperatures measured in the bearings.

Das Verfahren kann derart durchgeführt werden, dass das Verdichtungsverhältnis mindestens 1,5 bar bei einer Gasmenge von mindestens 50 g/s beträgt. Vorteilhafterweise ist der Turboverdichter derart eingerichtet, dass mit ihm bei der Verdichtung von Luft ein Verdichtungsverhältnis von bis zu 2,6 bar bei einer Luftmenge von 80 g/s realisierbar ist, wobei dabei die Realisierbarkeit anderer Verdichtungsverhältnisse nicht ausgeschlossen sein soll. The process can be carried out such that the compression ratio is at least 1.5 bar with a gas quantity of at least 50 g / s. Advantageously, the turbocompressor is set up such that a compression ratio of up to 2.6 bar with an air quantity of 80 g / s can be achieved with it during the compression of air, wherein the feasibility of other compression ratios should not be excluded.

Bevorzugt beträgt das Verdichtungsverhältnis 2,6 bar bei einer Gasmenge von 80 g/s. insbesondere wird das Verfahren zur Komprimierung eines Gases oder eines Gasgemisches mittels einer zweistufigen Verdichtung durchgeführt, wobei das Gas beim Eintritt in die erste Verdichtungsstufe eine Temperatur von 293 K und in der ersten Verdichtungsstufe eine Temperatur von 383 K erhält, durch die Flüssigkeitskühlung um mindestens 20 K abgekühlt wird, der zweiten Verdichtungsstufe zugeführt wird und in der zweiten Verdichtungsstufe auf 389 K erwärmt wird.The compression ratio is preferably 2.6 bar with a gas quantity of 80 g / s. In particular, the process for compressing a gas or a gas mixture is carried out by means of a two-stage compression, wherein the gas at the entrance to the first compression stage, a temperature of 293 K and in the first compression stage, a temperature of 383 K, by the liquid cooling by at least 20 K. is cooled, the second compression stage is supplied and is heated to 389 K in the second compression stage.

Beim Betrieb des Verdichters in einem Hybridfahrzeug erfolgt dann eine erneute Abkühlung in einem Kühler auf eine gewünschte Betriebstemperatur. Die Abkühlung in der Zwischenkühlung wie auch in der Endkühlung beim Hybrid sollte mindestens 20 K betragen, Insbesondere mehr als 30 K, vorzugsweise mindestens 40 K und bevorzugt 50 K.When the compressor is operated in a hybrid vehicle, a renewed cooling in a cooler then takes place to a desired operating temperature. The cooling in the intermediate cooling as well as in the final cooling in the hybrid should be at least 20 K, in particular more than 30 K, preferably at least 40 K and preferably 50 K.

Beim Einsatz in einem Brennstoffzellenfahrzeug erfolgt keine erneute Abkühlung, da im Brennstoffzellenfahrzeug warme Luft eingesetzt wird.When used in a fuel cell vehicle, no further cooling takes place, since warm air is used in the fuel cell vehicle.

Die Erfindung ergänzend wird außerdem ein Brennstoffzellen-Antrieb sowie eine Verbrennungskraftmaschine zur Verfügung gestellt, wobei der Brennstoffzellen-Antrieb wenigstens eine Brennstoffzelle zur Erzeugung elektrischer Energie und einen erfindungsgemäßen Verdichter zur Zuführung von komprimierter Luft zu wenigstens einer Brennstoffzelle aufweist.The invention additionally provides a fuel cell drive and an internal combustion engine, wherein the fuel cell drive has at least one fuel cell for generating electrical energy and a compressor according to the invention for supplying compressed air to at least one fuel cell.

Der erfindungsgemäße Verdichter lässt sich insbesondere für die Brennstoffzellenluftversorgung nutzen.The compressor according to the invention can be used in particular for the fuel cell air supply.

Die Verbrennungskraftmaschine ist insbesondere eine Verbrennungskraftmaschine als Bestandteil eines Hybrid-Antriebes eines Kraftfahrzeuges und umfasst neben einem Verbrennungsmotor einen erfindungsgemäßen Verdichter zur Zuführung von komprimierter Luft zum Verbrennungsmotor.The internal combustion engine is in particular an internal combustion engine as part of a hybrid drive of a motor vehicle and, in addition to an internal combustion engine, comprises a compressor according to the invention for supplying compressed air to the internal combustion engine.

Die Erfindung wird durch ein Kraftfahrzeug ergänzt, welches einen erfindungsgemäßen Brennstoffzellen-Antrieb oder eine erfindungsgemäße Verbrennungskraftmaschine aufweist.The invention is supplemented by a motor vehicle which has a fuel cell drive according to the invention or an internal combustion engine according to the invention.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand des in den beiliegenden Figuren dargestellten Beispieles eines zweistufigen Verdichters erläutert. Es zeigen:The invention is explained below with reference to the example of a two-stage compressor shown in the accompanying figures. Show it:

1 einen erfindungsgemäßen Verdichter in perspektivischer Ansicht, 1 a compressor according to the invention in perspective view,

2 eine Schnittdarstellung des erfindungsgemäßen Verdichters, 2 a sectional view of the compressor according to the invention,

3 eine weitere Schnittdarstellung des erfindungsgemäßen Verdichters entlang eines anderen Schnittverlaufes als in 2 dargestellt, 3 a further sectional view of the compressor according to the invention along a different cutting path than in 2 shown,

4 einen die Lagerung darstellenden Ausschnitt aus 3, 4 a storage representing the cutout 3 .

5 einen weiteren die Lagerung darstellenden Ausschnitt aus 3, 5 another storage representing the cutout 3 .

6 eine schematische Darstellung der Zwischenkühlung, 6 a schematic representation of the intermediate cooling,

7 eine weitere Schnittdarstellung des erfindungsgemäßen Verdichters, 7 a further sectional view of the compressor according to the invention,

8 eine Einzeldarstellung der Rotorwelle und 8th a single representation of the rotor shaft and

9.1 bis 9.4 Verfahrensstufen bei der Herstellung der Rotorwelle. 9.1 to 9.4 Process stages in the manufacture of the rotor shaft.

Der zweistufige Verdichter ist mit im Wesentlichen achssymmetrisch angeordneten Verdichterrädern ausgestattet, elektrisch angetrieben und radialer Bauart. Vorzugsweise ist der Verdichter zur Versorgung von Brennstoffzellen mit komprimierter Luft einzusetzen, jedoch ist seine Anwendung bei Verbrennungsmotoren, insbesondere bei Hybridfahrzeugen, zur Herstellung des Kraftstoff-Luft-Gemisches ebenso möglich. Das angestrebte Verdichtungsverhältnis kann bis zu 2,6 bar bei einer Luftmenge von 80 g/s betragen.The two-stage compressor is equipped with essentially axially symmetrical compressor wheels, electrically driven and radial design. Preferably, the compressor for supplying fuel cells with compressed air is to be used, but its application in internal combustion engines, especially in hybrid vehicles, for the preparation of the fuel-air mixture is also possible. The desired compression ratio can be up to 2.6 bar with an air volume of 80 g / s.

Wie aus 1 ersichtlich ist, ist am Motorgehäuse 1 ein Gehäusedeckel 2 sowie links und rechts vom Motorgehäuse 1 eine erste Verdichterstufe 10 und eine zweite Verdichterstufe 20 angeordnet. Jede der Verdichterstufen 10, 20 umfasst ein erstes Verdichtergehäuse 12 beziehungsweise 22, in welchem ein in 1 nicht dargestelltes erstes Verdichterrad 11 beziehungsweise zweites Verdichterrad 21 rotiert beziehungsweise rotierbar angeordnet ist. Jedes der Verdichtergehäuse 12, 22 umfasst einen ersten Ansaugstutzen 13 beziehungsweise 23, der im Wesentlichen axial zum Motorgehäuse 1 ausgerichtet ist, sowie einen ersten Auslass 14 beziehungsweise 24, der im Wesentlichen tangential an das jeweilige Verdichtergehäuse 12, 22 angeschlossen ist. In der ersten Verdichterstufe 10 wird Luft angesaugt und komprimiert und zur zweiten Verdichterstufe 20 transportiert, wie es insbesondere aus 6 ersichtlich ist. Die Transportleitung des Gases von der ersten Verdichterstufe 10 zur zweiten Verdichterstufe 20 ist in 1 nicht dargestellt.How out 1 is apparent, is on the motor housing 1 a housing cover 2 as well as left and right of the motor housing 1 a first compressor stage 10 and a second compressor stage 20 arranged. Each of the compressor stages 10 . 20 includes a first compressor housing 12 respectively 22 in which a in 1 not shown first compressor wheel 11 or second compressor wheel 21 is arranged rotated or rotatable. Each of the compressor housing 12 . 22 includes a first intake manifold 13 respectively 23 which is substantially axial to the motor housing 1 is aligned, and a first outlet 14 respectively 24 , which is substantially tangential to the respective compressor housing 12 . 22 connected. In the first compressor stage 10 Air is sucked in and out compressed and to the second compressor stage 20 transported, as it in particular 6 is apparent. The transport line of the gas from the first compressor stage 10 to the second compressor stage 20 is in 1 not shown.

Es lässt sich somit bei Betätigung des Motors die Verdichtung von Luft gleichzeitig in zwei Verdichterstufen 10, 20 realisieren, so dass das benötigte Bauvolumen für den erfindungsgemäßen Verdichter sehr gering ist.It is thus possible upon actuation of the engine, the compression of air simultaneously in two compressor stages 10 . 20 realize, so that the required construction volume for the compressor according to the invention is very low.

2 zeigt einen Querschnitt durch den erfindungsgemäßen Verdichter. Ersichtlich ist das zentral angeordnete Motorgehäuse 1 und der daran links angeordnete Gehäusedeckel 2. An diesen Gehäusedeckel 2 schließt sich das erste Verdichtergehäuse 12 an. In diesem Verdichtergehäuse 12 befindet sich das erste Verdichterrad 11. Das erste Verdichterrad 11 sitzt auf dem Wellenzapfen 31 einer durchgängigen Rotorwelle 30. Diese Rotorwelle 30 ist in Bezug zur ersten Verdichterstufe 10 mit einem Wälzlager 50 gelagert, welches in einer Lagerbuchse 54 angeordnet ist, wobei sich diese Lagerbuchse 54 in dem Gehäusedeckel 2 abstützt. Im Wesentlichen achssymmetrisch angeordnet ist auf der rechten Seite des Motorgehäuses 1 das zweite Verdichtergehäuse 22 vorgesehen, in dem sich wiederum das zweite Verdichterrad 21 befindet, welches ebenfalls auf einen Wellenzapfen 31 der Rotorwelle 30 angeordnet ist. Auch dieses zweite Verdichterrad 21 ist mittels eines Wälzlagers 51 gelagert. Dieses Wälzlager 50 auf der zweiten Verdichterstufe 20 ist in einer Lagerbuchse 54 aufgenommen, welche sich im Motorgehäuse 1 abstützt. 2 shows a cross section through the compressor according to the invention. Visible is the centrally arranged motor housing 1 and the housing cover arranged on the left 2 , To this housing cover 2 closes the first compressor housing 12 at. In this compressor housing 12 is the first compressor wheel 11 , The first compressor wheel 11 sits on the shaft journal 31 a continuous rotor shaft 30 , This rotor shaft 30 is in relation to the first compressor stage 10 with a rolling bearing 50 stored, which in a bearing bush 54 is arranged, with this bearing bush 54 in the housing cover 2 supported. Essentially arranged axially symmetrically on the right side of the motor housing 1 the second compressor housing 22 provided, which in turn is the second compressor wheel 21 which is also on a shaft journal 31 the rotor shaft 30 is arranged. Also this second compressor wheel 21 is by means of a rolling bearing 51 stored. This rolling bearing 50 on the second compressor stage 20 is in a bearing bush 54 taken, which are in the motor housing 1 supported.

Das Wälzlager 50 der ersten Verdichterstufe 10 ist dabei als Festlager angeordnet und das Wälzlager 50 der zweiten Verdichterstufe 20 als Loslager. Zur axialen Einstellung des Wälzlagers 50 der zweiten Verdichterstufe 20 ist eine Tellerfeder 60 angeordnet, deren Kraft auf das Wälzlager 50 gerichtet ist, und welches sich über einen Sicherungsring 62 an der Lagerbuchse 54 axial abstützt.The rolling bearing 50 the first compressor stage 10 is arranged as a fixed bearing and the rolling bearing 50 the second compressor stage 20 as a floating warehouse. For axial adjustment of the rolling bearing 50 the second compressor stage 20 is a plate spring 60 arranged, whose force is on the rolling bearing 50 is directed, and which is about a circlip 62 at the bearing bush 54 axially supported.

Es ist ersichtlich, dass die Rotorwelle 30 zur Aufnahme sowie zum Antrieb beider Verdichterräder 11, 21 dient. Sie ist als Rotor eines Elektromotors aufgebaut, wobei der Stator des Elektromotors durch das Motorgehäuse 1 beziehungsweise durch darin angeordnete Wicklungen und/oder Magnete realisiert ist.It can be seen that the rotor shaft 30 for receiving and for driving both compressor wheels 11 . 21 serves. It is constructed as a rotor of an electric motor, wherein the stator of the electric motor through the motor housing 1 or is realized by therein windings and / or magnets.

Die Rotorwelle 30 ist relativ kompakt gebaut, wie es insbesondere aus 8 ersichtlich ist. Das heißt, dass ihr Verhältnis von maximaler Länge zum maximalen Durchmesser lediglich 6 bis 8 und vorzugsweise 7,3 beträgt. Die Länge ist dabei inklusive der Wellenzapfenlängen definiert.The rotor shaft 30 is built relatively compact, as it especially made 8th is apparent. That is, their ratio of maximum length to maximum diameter is only 6 to 8, and preferably 7.3. The length is defined including the shaft journal lengths.

Ein jeweiliger Wellenzapfen hat ein Verhältnis von Länge Lz zum maximalen Durchmesser Dz des Wellenzapfens von Lz/Dz = 3 bis 5, vorzugsweise 4,3.A respective shaft journal has a ratio of length Lz to the maximum diameter Dz of the shaft journal of Lz / Dz = 3 to 5, preferably 4.3.

Bevorzugt beträgt die Länge der Rotorwelle über alles 160 mm bis 195 mm, vorzugsweise 175 mm. Die bevorzugte Länge eines Wellenzapfens beträgt zwischen 30 mm und 50 mm, vorzugsweise 39 mm. Der bevorzugte maximale Durchmesser der Welle beträgt zwischen 20 mm und 30 mm, vorzugsweise 24 mm. Ein bevorzugter Wellenzapfendurchmesser beträgt zwischen 7 mm und 11 mm, vorzugsweise 9 mm.Preferably, the length of the rotor shaft is more than 160 mm to 195 mm, preferably 175 mm. The preferred length of a shaft journal is between 30 mm and 50 mm, preferably 39 mm. The preferred maximum diameter of the shaft is between 20 mm and 30 mm, preferably 24 mm. A preferred shaft journal diameter is between 7 mm and 11 mm, preferably 9 mm.

Auf der Rotorwelle 30 sind Magnete 33 befestigt, die im Wesentlichen eine Hohlzylinderform aufweisen. Diese Magnete 33 können auf die Rotorwelle 30 gepresst sein. Seitlich sind der oder die Magnete 33 mittels Bandagen 34 gegen Verschiebungen gesichert. Diese Bandagen 34 sind vorteilhafterweise aus einem Eisenwerkstoff hergestellt und werden auf die Welle geschrumpft. Den Magneten 33 sowie die Bandagen 34 zumindest teilweise überdeckend ist wiederum eine so genannte Armierung 35 aufgeschrumpft, die gegebenenfalls mit den Bandagen 34, sofern mechanisch benötigt, verschweißt sein kann. Dies führt zu einer erheblichen Erhöhung der Steifigkeit des gesamten Wellenverbundes, so dass insgesamt die Rotorwelle 30 beziehungsweise der gesamte Wellenverbund mit geringeren Durchmessern und somit geringeren Trägheitsmomenten ausführbar ist. Die Armierung 35 kann aus Edelstahl bestehen.On the rotor shaft 30 are magnets 33 fastened, which have a substantially hollow cylindrical shape. These magnets 33 can on the rotor shaft 30 be pressed. The side or the magnets are 33 by means of bandages 34 secured against displacement. These bandages 34 are advantageously made of a ferrous material and are shrunk onto the shaft. The magnet 33 as well as the bandages 34 At least partially overlapping again is a so-called reinforcement 35 Shrunk, if necessary, with the bandages 34 , if mechanically required, can be welded. This leads to a considerable increase in the rigidity of the entire composite shaft, so that in total the rotor shaft 30 or the entire wave composite with smaller diameters and thus lower moments of inertia is executable. The reinforcement 35 can be made of stainless steel.

In einer alternativen Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Magnet 33 beziehungsweise die Magneten 33 auf die Rotorwelle 30 geklebt sind.In an alternative embodiment it is provided that the magnet 33 or the magnets 33 on the rotor shaft 30 are glued.

Ebenfalls in 8 ist gezeigt, dass in der Welle beidendig axiale Bohrungen 32 angeordnet sind, die zur Aufnahme von Temperatursensoren 40 dienen. Die Bohrungen 32 reichen dabei derart tief axial in die Rotorwelle 30, dass sie im Wesentlichen dasselbe Abstandsmaß zu den Wellenzapfenenden aufweisen wie die Absätze zur Aufnahme der Wälzlager 50. Demzufolge können Temperatursensoren 40 derart tief in die Bohrungen 32 eingebracht werden, dass mittels der Temperatursensoren 40 im Wesentlichen die Temperatur des Wellenzapfens 31 an diesem Ort und somit auch die Temperatur der Wälzlager 40 sowie gegebenenfalls der Lagerbuchsen 54 während des Betriebes des Verdichters bestimmbar ist. Die Temperatur kann insbesondere durch Infrarot-Messung festgestellt werden.Also in 8th It is shown that in the shaft at both axial bores 32 arranged to receive temperature sensors 40 serve. The holes 32 extend so deep axially into the rotor shaft 30 in that they have substantially the same distance to the shaft journal ends as the shoulders for receiving the roller bearings 50 , As a result, temperature sensors can 40 so deep into the holes 32 be introduced that by means of the temperature sensors 40 essentially the temperature of the shaft journal 31 in this place and thus also the temperature of the rolling bearings 40 and optionally the bearing bushes 54 can be determined during operation of the compressor. The temperature can be determined in particular by infrared measurement.

Die Wälzlager 50 zur Lagerung der Rotorwelle 30 sind auf jeweils einem Absatz auf den Wellenzapfen 31 angeordnet, die den jeweiligen Verdichterstufen 10, 20 zugeordnet sind, wie es in den 1 bis 5 und 7 dargestellt ist. Zur Lagerung der Rotorwelle 30 sind lediglich zwei Lager, wie in den genannten Figuren dargestellt, vorgesehen. Die Lager sind als Wälzlager 50 ausgeführt, wobei vorzugsweise Kugellager anzuwenden sind. Insbesondere eine O-Anordnung der Kugellager ist für die Ausbildung des erfindungsgemäßen Verdichters vorteilhaft, da mit dieser O-Anordnung von den Verdichterrädern 11, 21 eingetragene Kräfte sowie die axiale Belastung durch die insbesondere in 5 ersichtlichen Tellerfeder 60 gut aufgenommen werden können.The rolling bearings 50 for supporting the rotor shaft 30 are on each a paragraph on the shaft journal 31 arranged, which the respective compressor stages 10 . 20 are assigned as it is in the 1 to 5 and 7 is shown. For storage the rotor shaft 30 only two bearings, as shown in the figures mentioned, provided. The bearings are called rolling bearings 50 executed, preferably ball bearings are applied. In particular, an O-arrangement of the ball bearings is advantageous for the formation of the compressor according to the invention, as with this O-arrangement of the compressor wheels 11 . 21 registered forces and the axial load by the particular in 5 apparent plate spring 60 can be well received.

Die von der Tellerfeder bewirkte Vorspannkraft beträgt bis zu 250 N, um die Wälzkörper 51 beziehungsweise Kugeln optimal in ihren Kalottenbahnen zu führen. Dadurch wird die gesamte Lagerung der Rotorwelle 30 sehr steif und es wird eine sehr hohe Hertzsche Pressung erzielt. Die Wälzlager 50 sind vorteilhafterweise lebensdauer-fettgeschmiert und bilden somit so genannte abgedichtete Hybridlager aus. Die Lebensdauer-Fettschmierung ist insbesondere bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verdichters zur Brennstoffzellen-Luftversorgung notwendig, da keinerlei Kontamination der Brennstoffzelle mit Schmierstoffpartikeln zulässig ist. Eine Ölschmierung beziehungsweise Öl-Nebel-Schmierung, die üblicherweise zur Realisierung von sehr hohen Drehzahlen eingesetzt wird, ist somit beim Einsatz zur Brennstoffzellen-Luftversorgung nicht möglich. Ist jedoch der Einsatz des erfindungsgemäßen Verdichters an einem Verbrennungsmotor, wie zum Beispiel in einem Hybrid-Kraftfahrzeug, vorgesehen, so ist die Lagerung auch mit Öl- beziehungsweise Öl-Nebel-Schmierung realisierbar.The biasing force caused by the diaphragm spring is up to 250 N, around the rolling elements 51 or balls optimally lead in their Kalottenbahnen. This will cause the entire bearing of the rotor shaft 30 very stiff and a very high Hertzian pressure is achieved. The rolling bearings 50 are advantageously grease lubricated for life and thus form so-called sealed hybrid bearings. The lifetime grease lubrication is particularly necessary when using the compressor according to the invention for fuel cell air supply, since no contamination of the fuel cell with lubricant particles is allowed. An oil lubrication or oil mist lubrication, which is usually used to realize very high speeds, is thus not possible when used for fuel cell air supply. However, if the use of the compressor according to the invention on an internal combustion engine, such as in a hybrid motor vehicle, provided, the storage can also be realized with oil or oil mist lubrication.

Die Wellenlagerung des erfindungsgemäßen Verdichters ist derart ausgelegt, dass der Verdichter eine Drehzahl von 60.000 min–1, insbesondere 80.000 min–1 und in besonders vorteilhafter Ausgestaltung über 100.000 mm–1 erreichen kann. Beste Ergebnisse hinsichtlich des Energiebedarfs und der Leistung sind bei einer Drehzahl von 125.000 mm–1 erreichbar. Dabei sind die Rotorwelle 30 sowie der gesamte Verdichter derart ausgelegt, dass er selbst bei einer Drehzahl von 125.000 mm–1 unterkritisch betrieben wird. Das heißt, dass erst eine Drehzahl oberhalb von 125.000 mm–1 die kritische Drehzahl darstellt, bei der es zu einem schädlichen Resonanzverhalten kommt. Der erfindungsgemäße Verdichter hat somit den Vorteil, dass kein Durchfahren von kritischen Drehzahlen zum Erreichen der Betriebsdrehzahlen notwendig ist. Der Verdichter kann somit seinen gesamten Arbeitsbereich zur Verdichtung von Luft nutzen. Die hohen Drehzahlen werden insbesondere aufgrund der Kompaktheit der Welle und der kompakten Ausführung der Wellenzapfen 31 ermöglicht.The shaft bearing of the compressor according to the invention is designed such that the compressor can achieve a speed of 60,000 min -1, in particular 80,000 min -1 and in a particularly advantageous embodiment, more than 100,000 mm -1. Best results in terms of energy requirements and performance are achievable at a speed of 125,000 mm -1 . Here are the rotor shaft 30 and the entire compressor is designed so that it is operated subcritical even at a speed of 125,000 mm -1 . This means that only a speed above 125,000 mm -1 represents the critical speed at which it comes to a harmful resonance behavior. The compressor according to the invention thus has the advantage that no driving through of critical speeds to reach the operating speeds is necessary. The compressor can thus use its entire working area for the compression of air. The high speeds are particularly due to the compactness of the shaft and the compact design of the shaft journal 31 allows.

Vorteilhafterweise ist jeweils wenigstens ein Teil des Wälzlagers 50, nämlich der Wälzkörper 51 und/oder der Lagerinnenring 52 und/oder der Lageraußenring 53 aus Keramik ausgebildet, um einen magnetischen Fluss, ausgehend vom Rotor 30, zu unterbrechen. Bei Ausführung des Wälzlagers 50 als Kugellager ist vorteilhafterweise die Kugel aus Keramik ausgestaltet. Die Lagerbuchsen 54 zur Aufnahme der Wälzlager 50 sind im Motorgehäuse 1 beziehungsweise im Gehäusedeckel 2 eingegossen und aus Stahl ausgeführt, um eine hohe Passgenauigkeit realisieren zu können.Advantageously, in each case at least a part of the rolling bearing 50 namely, the rolling element 51 and / or the bearing inner ring 52 and / or the bearing outer ring 53 Made of ceramic, a magnetic flux, starting from the rotor 30 , to interrupt. When executing the rolling bearing 50 as a ball bearing is advantageously designed the ball of ceramic. The bearing bushes 54 for receiving the rolling bearings 50 are in the motor housing 1 or in the housing cover 2 Cast in and made of steel, in order to realize a high accuracy of fit.

Vorzugsweise sind beide Wälzlager 50 wassergekühlt. Dies wird durch dichte Positionierung von Strängen einer die Kühleinrichtung darstellenden Motorkühlung 90 in der Nähe der Lageraußenringe 53 der Wälzlager 50 realisiert, so dass in den Wälzlagern 50 generierte Wärme an das Kühlwasser abgegeben werden kann, was zu einer Verbesserung des gesamten Wirkungsgrades des Verdichters führt, siehe insbesondere 5 und 7.Preferably, both are rolling bearings 50 water-cooled. This is achieved by tightly positioning strands of engine cooling that represents the cooling device 90 near the bearing outer rings 53 the rolling bearing 50 realized, so that in the rolling bearings 50 generated heat can be delivered to the cooling water, resulting in an improvement in the overall efficiency of the compressor, see in particular 5 and 7 ,

In einer alternativen Ausführungsform können die Wälzlager 50 auch mittels Luft gekühlt werden, wobei ein Teil des Luftstromes der verdichteten Luft abgezweigt und um die Lagerstellen unter Wärmeaufnahme herumgeleitet wird und anschließend wieder dem Verdichtungsprozess zugeführt wird. Wichtig dabei ist, dass der Luftstrom nicht durch die Wälzlager 50 zwischen Lagerinnenring 52 und Lageraußenring 53 geleitet werden darf, sondern lediglich um die Wälzlager 50 herum, um ein so genanntes Umspülen der Lager statt ein Ausspülen zu realisieren. Bei ausreichenden Platzverhältnissen lässt sich die Luftkühlung mit der Wasserkühlung im Verdichter kombinieren.In an alternative embodiment, the rolling bearings 50 be cooled by means of air, wherein a part of the air flow of the compressed air is branched off and passed around the bearings under heat absorption and then fed back to the compression process. It is important that the air flow is not through the bearings 50 between bearing inner ring 52 and bearing outer ring 53 may be directed, but only to the rolling bearings 50 around to realize a so-called rinsing of the bearings instead of a rinse. If sufficient space is available, the air cooling can be combined with the water cooling in the compressor.

Wie bereits erwähnt, ist das zweite Verdichterrad 21 der zweiten Verdichterstufe 20 im Wesentlichen achssymmetrisch zum ersten Verdichterrad 11 der ersten Verdichterstufe 10 angeordnet, wie es aus den 2, 3, 6 und 7 ersichtlich ist. Das heißt, dass beide Turbinenräder beziehungsweise Verdichterräder 11, 21 gegensinnig angeordnet sind. Beim Betrieb des Verdichters führt diese Bauweise im Wesentlichen zu einer Aufhebung der von den Verdichterrädern 11, 21 bewirkten Axialkräfte. Dies hat den Vorteil, dass die gesamte Rotorwelle 30 demzufolge geringer dimensionierbar ist und/oder höhere Drehzahlen erreichbar sind.As already mentioned, the second compressor wheel 21 the second compressor stage 20 essentially axisymmetric to the first compressor wheel 11 the first compressor stage 10 arranged as it is from the 2 . 3 . 6 and 7 is apparent. This means that both turbine wheels or compressor wheels 11 . 21 are arranged in opposite directions. During operation of the compressor, this construction essentially leads to a lifting of the compressor wheels 11 . 21 caused axial forces. This has the advantage that the entire rotor shaft 30 Consequently, it is less dimensioned and / or higher speeds can be achieved.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass das erste Verdichterrad 11 der ersten Verdichterstufe 10 einen etwas größeren Durchmesser aufweist, um die Verdichtung von Luft in der ersten Verdichterstufe 10 effizienter ausführen zu können. Dadurch, dass die von der ersten Verdichterstufe 10 komprimierte Luft der zweiten Verdichterstufe 20 zugeführt wird und diese ebenfalls die bereits verdichtete Luft noch einmal verdichtet, existieren somit in beiden Verdichterstufen 10, 20 unterschiedliche Druckverhältnisse, so dass deren Wirkung in Kombination mit den unterschiedlichen Durchmessern der Verdichterräder 11, 21 dazu führt, dass sich die genannten Axialkräfte nahezu oder vollständig ausgleichen.In a preferred embodiment it is provided that the first compressor wheel 11 the first compressor stage 10 a slightly larger diameter to the compression of air in the first stage compressor 10 to perform more efficiently. Because of that from the first compressor stage 10 compressed air of the second compressor stage 20 is supplied and these also compressed the already compressed air again, thus exist in both compressor stages 10 . 20 different pressure conditions, so that their effect in combination with the different diameters of the compressor wheels 11 . 21 As a result, the said axial forces almost or completely compensate.

Das Motorgehäuse 1 ist vorzugsweise aus Aluminium ausgeführt, in welchem die Lagerbuchsen 54 aus Stahl eingegossen sind. Das Motorgehäuse 1 weist an seiner der zweiten Verdichterstufe 20 zugewandten Seite Formelemente auf, die zusammen mit komplementär ausgeführten Formelementen am zweiten Verdichterrad 21 eine Labyrinthdichtung 70 ausbilden, wie sie insbesondere in den 4 und 5 ersichtlich ist. Diese Labyrinthdichtung 70 verhindert eine Strömung von komprimierter Luft vom Verdichtungsraum 81 zu den Wälzlagern 50. Eine gleiche oder ähnliche Labyrinthdichtung 70 ist auch zwischen dem ersten Verdichterrad 11 sowie dem Gehäusedeckel 2 angeordnet.The motor housing 1 is preferably made of aluminum, in which the bushings 54 are cast in steel. The motor housing 1 indicates at its the second compressor stage 20 facing side mold elements, which together with complementary executed form elements on the second compressor wheel 21 a labyrinth seal 70 train, as in particular in the 4 and 5 is apparent. This labyrinth seal 70 prevents a flow of compressed air from the compression space 81 to the rolling bearings 50 , An identical or similar labyrinth seal 70 is also between the first compressor wheel 11 as well as the housing cover 2 arranged.

Die Gehäusedeckel 2 weisen im Wesentlichen eine Spiralform auf, so dass die von den jeweiligen Verdichterstufen 10, 20 angesaugte komprimierte Luft auf einer Spiralbahn beschleunigt wird.The housing cover 2 have a substantially spiral shape, so that of the respective compressor stages 10 . 20 sucked compressed air is accelerated on a spiral path.

Zur Vorspannung der Wälzlager 50 ist, wie bereits erwähnt und in 5 dargestellt, am Wälzlager 50 der zweiten Verdichterstufe 20 eine Tellerfeder 60 angeordnet. Diese Tellerfeder 60 ist so eingestellt, dass sie bei Betrieb des Verdichters eine im Wesentlichen waagerechte Asymptote aufweist. Dies hat den Vorteil, dass aufgrund von betriebsbedingter Wärmeausdehnung der Rotorwelle 30 die axiale Vorspannung nicht geändert wird und somit auch der Winkel der Kugelanstellung bei O-Anordnung unverändert bleibt, was insbesondere für die Lebensdauer der Lagerung vorteilhaft ist. Die axiale Vorspannung der Lagerung kann bis zu einer Belastungsgrenze der Werkstoffe der belasteten Bauteile, insbesondere der Lagerinnenringe 52, durchgeführt werden. Je höher die Vorspannung realisiert wird, umso steifer wird die Lagerung und umso höher ist die biegekritische Drehzahl und demzufolge die realisierbare Betriebsdrehzahl, ohne einen kritischen Bereich durchfahren zu müssen. Der Lagerinnenring 52 ist dabei fest auf einem Lagerabsatz 36 angeordnet. Der Federring 61 der Tellerfeder 60 drückt gegen den Lageraußenring 53, wodurch die hohe Hertzsche Pressung erreicht wird, aufgrund derer sich erst bei derart hohen Drehzahlen ein kritisches Verhalten einstellt, dass der erfindungsgemäße Verdichter auch noch mit einer Drehzahl von 100.000 min–1 bis zu 125.000 mm–1 betrieben werden kann. Die Tellerfeder 60 selbst stützt sich an einem Sicherungsring 62 ab, der radial in der Lagerbuchse 54 aufgenommen ist. Die Tellerfeder 60 kann durch ein oder mehrere Federringe 61 ausgebildet sein.For preloading the bearings 50 is, as already mentioned and in 5 shown on the rolling bearing 50 the second compressor stage 20 a plate spring 60 arranged. This plate spring 60 is set to have a substantially horizontal asymptote when operating the compressor. This has the advantage that due to operational thermal expansion of the rotor shaft 30 the axial bias is not changed and thus the angle of the ball position remains unchanged in O-arrangement, which is particularly advantageous for the life of the storage. The axial preload of the storage can up to a load limit of the materials of the loaded components, in particular the bearing inner rings 52 , be performed. The higher the bias is realized, the stiffer the storage and the higher the critical speed and consequently the realizable operating speed without having to go through a critical area. The bearing inner ring 52 is firmly on a stock sales 36 arranged. The spring ring 61 the plate spring 60 presses against the bearing outer ring 53 , whereby the high Hertzian pressure is reached, due to which sets a critical behavior only at such high speeds that the compressor according to the invention can also be operated at a speed of 100,000 min -1 up to 125,000 mm -1 . The plate spring 60 itself relies on a circlip 62 off, which is radial in the bearing bush 54 is included. The plate spring 60 Can through one or more spring washers 61 be educated.

Das der ersten Verdichterstufe 10 zugeordnete Wälzlager 50 ist, wie in 4 dargestellt, als Festlager ausgeführt.That of the first compressor stage 10 associated rolling bearings 50 is how in 4 shown, designed as a fixed bearing.

Insbesondere bei der Anwendung des Verdichters zur Luftzufuhr an Brennstoffzellen, bei der jegliche Bildung von Öl-Nebel zu verhindern ist, sollte der Verdichter derart ausgeführt sein, dass ein Strömungskanal in Form eines Bypasses 80, der aus den 2, 3 und 7 ersichtlich ist, ausgebildet ist. Dieser Bypass 80 ermöglicht einen Luftstrom vom Verdichterraum 81 in den Rotorraum 82 unter Umgehung des Wälzlagers 50. Ohne die Anordnung dieses Bypasses 80 könnte eine Luftdruckerhöhung im Verdichterraum 81 zu einer unzulässigen Erhöhung des Druckes auf die Wälzlager 50 führen. Dieser von komprimierter Luft ausgeübte Druck könnte nach einer bestimmten Betriebsdauer die Wälzlager 50 regelrecht ausspülen und den von den Verdichterstufen 10, 20 erzeugten Luftstrom mit Öl kontaminieren. Dies würde neben einer unzulässigen Belastung der komprimierten Luft mit Schmierölanteilen außerdem zu einer Verminderung der Schmierstoffe in den Wälzlagern 50 und somit zu einer außerordentlichen Verringerung der Lebensdauer der Wälzlager 50 führen.In particular, in the application of the compressor for supplying air to fuel cells, in which any formation of oil mist is to be prevented, the compressor should be designed such that a flow channel in the form of a bypass 80 who from the 2 . 3 and 7 is apparent, is formed. This bypass 80 allows airflow from the compressor room 81 in the rotor space 82 bypassing the rolling bearing 50 , Without the arrangement of this bypass 80 could be an air pressure increase in the compressor room 81 to an impermissible increase in the pressure on the bearings 50 to lead. This pressure exerted by compressed air could cause rolling bearings after a certain period of operation 50 flush out and the from the compressor stages 10 . 20 Contaminate generated airflow with oil. This would in addition to an impermissible load on the compressed air with lubricating oil shares also to a reduction of the lubricants in the rolling bearings 50 and thus to an extraordinary reduction in the life of the bearings 50 to lead.

Der gesamte, durch Rotorwelle 30 und Motorgehäuse 1 beziehungsweise darin angeordneten Wicklungen und/oder Magneten realisierte Elektromotor wird mittels einer Motorkühlung 90 gekühlt. Die Motorkühlung 90 ist am besten in 3 ersichtlich. Sie umfasst einen oder mehrere Schraubengangkanäle 91, die in Form eines Schraubengewindes und mit ihren zentralen Längsachsen koaxial zur Rotorwelle 30 im Motorgehäuse 1 verlaufen. Ein solcher Schraubengangkanal 91 dient zum Transport von Kühlwasser. Somit lässt sich großflächig das Motorgehäuse 1 sowie der daran angeschlossene Gehäusedeckel 2 kühlen. Die Motorkühlung 90 reicht bis dicht an die Wälzlager 50 heran, so dass in den Wälzlagern 50 generierte Wärme über die Lagerbuchsen 54 und in die Lagerbuchen 54 kontaktierende Bereiche des Motorgehäuses 1 und somit in das Kühlwasser eingetragen werden kann. Die Lagerkühlung 92 ist dabei dicht an der Labyrinthdichtung 70 angeordnet, wodurch sie eine Kühlung der Wand des Motorgehäuses 1 beziehungsweise des Gehäusedeckels 2 bewirkt, die dem jeweiligen Verdichterrad 11, 21 gegenüberliegt. Mittels dieser Kühlung lässt sich ebenfalls eine Wärmeabfuhr von den Verdichterrädern 11, 21 bewirken. Der Ringkanal 93 der Lagerkühlung 92 reicht bis auf mindestens 20 mm an die Lagerbuchse 54 heran. In bevorzugten Ausführungsformen beträgt der Abstand zwischen Lagerbuchse 54 und dem ihr zugewandten Ende des Ringkanals 93 weniger als 10 mm, bevorzugt weniger als 5 mm und insbesondere bevorzugt 4 mm bis 2 mm. Bei einer im Wesentlichen dicht ausgeführten Stahl- oder Keramik-Lagerbuchse 54 kann der Ringkanal 93 derart offen ausgeführt sein, dass er bis an die Lagerbuchse 54 heranreicht, so dass das Kühlwasser im direkten Kontakt mit der Lagerbuchse 54 steht.The whole, by rotor shaft 30 and motor housing 1 or arranged therein windings and / or magnets realized electric motor is by means of a motor cooling 90 cooled. The engine cooling 90 is best in 3 seen. It includes one or more screw channels 91 in the form of a screw thread and with their central longitudinal axes coaxial with the rotor shaft 30 in the motor housing 1 run. Such a spiral passage 91 serves to transport cooling water. Thus, the motor housing can be large area 1 as well as the housing cover connected to it 2 cool. The engine cooling 90 extends to close to the bearings 50 zoom in, so in the rolling bearings 50 generated heat through the bushings 54 and in the campbooks 54 contacting areas of the motor housing 1 and thus can be registered in the cooling water. The storage cooling 92 is close to the labyrinth seal 70 arranged, causing a cooling of the wall of the motor housing 1 or the housing cover 2 causes the respective compressor wheel 11 . 21 opposite. By means of this cooling can also be a heat dissipation from the compressor wheels 11 . 21 cause. The ring channel 93 the storage cooling 92 extends to at least 20 mm to the bearing bush 54 approach. In preferred embodiments, the distance between bearing bush 54 and the end of the ring channel facing it 93 less than 10 mm, preferably less than 5 mm and particularly preferably 4 mm to 2 mm. For a substantially tightly executed steel or ceramic bushing 54 can the ring channel 93 executed so open be that he reaches the bushing 54 reaches so that the cooling water in direct contact with the bearing bush 54 stands.

Durch diese Maßnahmen der Kühlung der Verdichterräder 11, 21 sowie der Wälzlager 50 mit tels der Kühleinrichtung lässt sich die von diesen Bauteilen generierte Wärme effizient abführen, so dass mit dem Verdichter sehr hohe Drehzahlen realisiert werden können, was insgesamt zu einer Erhöhung des Wirkungsgrades führt.By these measures the cooling of the compressor wheels 11 . 21 and the rolling bearing 50 By means of the cooling device, the heat generated by these components dissipate efficiently, so that very high speeds can be realized with the compressor, which leads to an overall increase in the efficiency.

Die Motorkühlung 90 und die Lagerkühlung 92 werden über einen ersten Sammler 94 gespeist, wie er zum Beispiel in 3 dargestellt ist. Aus diesem Sammler 94 wird das Kühlwasser dem Schraubengangkanal 91 sowie den jeweiligen, der ersten und zweiten Verdichterstufe 10, 20 zugeordneten Ringkanälen 93 zugeführt. Dabei strömt das Kühlmedium vom ersten Sammler 94 in die drei genannten Kühlstellen (Schraubengangkanal 91, erster Verdichterstufe 10 zugeordneter Ringkanal 93 sowie zweiter Verdichterstufe 20 zugeordneter Ringkanal 93) und von diesen drei Kühlstellen in einen zweiten Sammler 95, von dem das Kühlmedium in das Kühlungssystem einer Brennstoffzelle und/oder eines Verbrennungsmotors eingegeben werden kann. Das heißt, dass die erfindungsgemäße Motorkühlung 90 sowie die darin integrierte Lagerkühlung 92 als Bestandteil einer gesamten, zur Kühlung einer Antriebseinrichtung eingerichteten Kühlungseinrichtung ausgestaltet sein kann.The engine cooling 90 and the storage cooling 92 Be about a first collector 94 fed, as he for example in 3 is shown. From this collector 94 the cooling water becomes the screw passage 91 as well as the respective, the first and second compressor stage 10 . 20 associated ring channels 93 fed. The cooling medium flows from the first collector 94 in the three mentioned cooling points (screw duct 91 , first compressor stage 10 assigned ring channel 93 as well as second compressor stage 20 assigned ring channel 93 ) and from these three cold spots into a second collector 95 from which the cooling medium can be input to the cooling system of a fuel cell and / or an internal combustion engine. That is, the engine cooling according to the invention 90 as well as the integrated storage cooling 92 can be configured as part of an entire, designed for cooling a drive device cooling device.

Eine Besonderheit des erfindungsgemäßen Verdichters liegt insbesondere darin, dass von der ersten Verdichterstufe 10 komprimierte Luft über eine vorzugsweise im Motorgehäuse 1 integrierte Leitung der zweiten Verdichterstufe 20 zugeführt wird. Dabei erfolgt beim Transport der komprimierten Luft von der ersten Verdichterstufe 10 zur zweiten Verdichterstufe 20 eine Kühlung der Luft mittels des in 6 dargestellten Zwischenkühlers 100. Die Kühlung der komprimierten Luft bewirkt eine Volumenabnahme des von der ersten Verdichterstufe 10 komprimierten Gases vor Eintritt in die zweite Verdichterstufe 20, so dass bei gleicher Leistung des elektromotorischen Antriebes des Verdichters je Zeiteinheit mehr Gasvolumen mittels der zweiten Verdichterstufe 20 komprimiert werden kann. Dadurch steigt der Wirkungsgrad des erfindungsgemäßen Verdichters. Der Zwischenkühler 100 ist in vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung als ein integraler Bestandteil im Motorgehäuse 1 angeordnet und wärme- und in bevorzugter Ausgestaltung auch strömungstechnisch mit der Motorkühlung 90 gekoppelt, und kann somit Bestandteil der Kühleinrichtung sein.A special feature of the compressor according to the invention is in particular that of the first compressor stage 10 compressed air via a preferably in the motor housing 1 integrated line of the second compressor stage 20 is supplied. In this case, takes place during transport of the compressed air from the first compressor stage 10 to the second compressor stage 20 cooling the air by means of in 6 illustrated intercooler 100 , The cooling of the compressed air causes a decrease in volume of the first compressor stage 10 compressed gas before entering the second compressor stage 20 , so that with the same power of the electric motor drive of the compressor per unit time more gas volume by means of the second compressor stage 20 can be compressed. This increases the efficiency of the compressor according to the invention. The intercooler 100 is in an advantageous embodiment of the invention as an integral part in the motor housing 1 arranged and heat and in a preferred embodiment also fluidly with the engine cooling 90 coupled, and thus may be part of the cooling device.

Im Vergleich zu herkömmlichen Ausführungsformen ist somit keine externe und gesonderte Leitung zum Transport der in der ersten Verdichterstufe 10 komprimierten Luft zur zweiten Verdichterstufe 20 vorzusehen. Durch die Kopplung der Zwischenkühlung 100 mit der Motorkühlung 90 lässt sich Wärme im von der ersten Verdichterstufe 10 komprimierten Gas an das Kühlmedium der Motorkühlung 90 übertragen. Das heißt, dass die Motorkühlung 90 nicht nur zur Kühlung des Motors sowie der Wälzlager 50 eingerichtet ist, sondern außerdem direkt oder indirekt zur Kühlung des von der ersten Verdichterstufe 10 komprimierten Gases eingesetzt wird. Der erfindungsgemäße Verdichter kann somit außerordentlich bauraumsparend konzipiert werden und gleichzeitig mit einem hohen Wirkungsgrad betrieben werden.Compared to conventional embodiments, therefore, there is no external and separate line for transporting in the first compressor stage 10 compressed air to the second compressor stage 20 provided. By coupling the intermediate cooling 100 with the engine cooling 90 Heat can be absorbed by the first compressor stage 10 compressed gas to the cooling medium of the engine cooling 90 transfer. That is, the engine cooling 90 not only to cool the engine and the rolling bearings 50 is set up, but also directly or indirectly to the cooling of the first compressor stage 10 compressed gas is used. The compressor according to the invention can thus be designed extremely space-saving and operated at the same time with a high efficiency.

Das mit dem zweistufigen Verdichter erzielbare Verdichtungsverhältnis beträgt mindestens 1 bar, insbesondere 1,5 bar und vorteilhafterweise über 2 bar. Bei den genannten technischen Maßen beträgt das Verdichtungsverhältnis insbesondere 2,6 bar. Dabei sind die Betriebsbedingungen in etwa derart einzustellen, dass eine mit einer Temperatur von etwa 293 Kelvin eintretende Luft am Austritt der ersten Verdichtungsstufe 10 eine Temperatur von etwa 383 Kelvin hat. Über den Zwischenkühler 100 wird die von der ersten Verdichtungsstufe 10 komprimierte Luft auf etwa 333 Kelvin abgekühlt und erreicht am Ausgang der zweiten Verdichterstufe 20 nach Komprimierung in der zweiten Verdichterstufe 20 eine Temperatur von etwa 389 Kelvin.The achievable with the two-stage compressor compression ratio is at least 1 bar, in particular 1.5 bar and advantageously above 2 bar. In the above technical dimensions, the compression ratio is in particular 2.6 bar. In this case, the operating conditions are set approximately such that an air entering at a temperature of about 293 Kelvin at the outlet of the first compression stage 10 has a temperature of about 383 Kelvin. About the intercooler 100 will be the one from the first compaction level 10 cooled compressed air to about 333 Kelvin and reached at the output of the second compressor stage 20 after compression in the second compressor stage 20 a temperature of about 389 Kelvin.

Bei Einsatz des erfindungsgemäßen Verdichters zur Komprimierung von Luft zur Zuführung zu einem Verbrennungsmotor eines Hybridfahrzeuges erfolgt eine erneute Abkühlung in einem Kühler auf die gewünschte Betriebstemperatur.When using the compressor according to the invention for the compression of air for supplying to an internal combustion engine of a hybrid vehicle, a renewed cooling in a cooler to the desired operating temperature.

Bei Einsatz des erfindungsgemäßen Verdichters zur Zuführung von Luft zu Brennstoffzellen, insbesondere in einem Brennstoffzellenfahrzeug, erfolgt keine erneute Abkühlung, da die durch die Verdichtung erzielte Wärme im komprimierten Gas durch die Brennstoffzellen verwertbar ist.When using the compressor according to the invention for supplying air to fuel cells, in particular in a fuel cell vehicle, no renewed cooling takes place, since the heat generated by the compression in the compressed gas can be utilized by the fuel cells.

Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verdichters an einem Verbrennungsmotor, insbesondere in einem Hybridfahrzeug, sollte durch den Zwischenkühler 20 sowie auch durch die beschriebene Nachschaltung einer Kühlung eine Abkühlung von mindestens 20, insbesondere 30 und vorzugsweise 40 Kelvin realisiert werden.When using the compressor according to the invention in an internal combustion engine, in particular in a hybrid vehicle, should by the intercooler 20 as well as by the described downstream of a cooling cooling of at least 20, in particular 30 and preferably 40 Kelvin be realized.

In den 9.19.4 sind die unterschiedlichen Verfahrensschritte zur Herstellung der in 8 gezeigten Rotorwelle 30 dargestellt. 9.1 zeigt die Welle im Anlieferungszustand. Deutlich ersichtlich sind die an beiden Enden angeordneten Wellenzapfen 31 zur Aufnahme von Lager.In the 9.1 - 9.4 are the different process steps for the production of in 8th shown rotor shaft 30 shown. 9.1 shows the shaft in delivery condition. Clearly visible are arranged at both ends shaft journals 31 for holding bearings.

In 9.2 ist die Welle bereits mit einem Magnet 33, der koaxial zum Wellenkörper angeordnet ist, sowie mit Bandagen 34 versehen. Der Magnet 33 wird vorzugsweise auf den Wellenkörper aufgeklebt und die Bandagen 34 werden vorzugsweise aufgeschrumpft. In 9.2 the wave is already with a magnet 33 , which is arranged coaxially to the shaft body, as well as with bandages 34 Mistake. The magnet 33 is preferably glued to the shaft body and the bandages 34 are preferably shrunk.

9.3 soll versinnbildlichen, dass der Magnet 33 zusammen mit den Bandagen 34 außen geschliffen wird, um einen exakten Rundlauf der Rotorwelle 30 zu erreichen. 9.3 should symbolize that the magnet 33 along with the bandages 34 the outside is ground to an exact concentricity of the rotor shaft 30 to reach.

Anschließend wird, wie in 9.4 schematisch dargestellt ist, eine Armierung 35 über den Magnet 33 und teilweise auch über die Armierung 34 vorzugsweise mittels Aufschrumpfen angeordnet. Zwischen dem Wellenkörper der Rotorwelle 30 und der Bandage 34 sowie der Armierung 35 können Laserschweißungen vorgenommen werden, wie mit den in 9.4 dargestellten Schweißsymbolen verdeutlicht. Die Rotorwelle 30 kann, gegebenenfalls nach weiterer Schleifbearbeitung der äußeren Armierung 35, im gezeigten Zustand in das Motorgehäuse 1 eingebaut werden.Subsequently, as in 9.4 is shown schematically, a reinforcement 35 over the magnet 33 and partly also about the reinforcement 34 preferably arranged by means of shrinking. Between the shaft body of the rotor shaft 30 and the bandage 34 as well as the reinforcement 35 Laser welding can be done, as with the in 9.4 illustrated welding symbols illustrated. The rotor shaft 30 may, optionally after further grinding of the outer reinforcement 35 , in the state shown in the motor housing 1 to be built in.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Motorgehäusemotor housing
22
Gehäusedeckelhousing cover
1010
Erste VerdichterstufeFirst compressor stage
1111
Erstes VerdichterradFirst compressor wheel
1212
Erstes VerdichtergehäuseFirst compressor housing
1313
Erster AnsaugstutzenFirst intake manifold
1414
Erster AuslassFirst outlet
2020
Zweite VerdichterstufeSecond compressor stage
2121
Zweites VerdichterradSecond compressor wheel
2222
Zweites VerdichtergehäuseSecond compressor housing
2323
Zweiter AnsaugstutzenSecond intake manifold
2424
Zweiter AuslassSecond outlet
3030
Rotorwellerotor shaft
3131
Wellenzapfenshaft journal
3232
Bohrungendrilling
3333
Magnetmagnet
3434
Bandagebandage
3535
Armierungreinforcement
3636
Lagerabsatzstockists sales
4040
Temperatursensortemperature sensor
5050
Wälzlagerroller bearing
5151
Wälzkörperrolling elements
5252
LagerinnenringBearing inner ring
5353
LageraußenringBearing outer ring
5454
Lagerbuchsebearing bush
6060
TellerfederBelleville spring
6161
Federringspring washer
6262
Sicherungsringcirclip
7070
Labyrinthdichtunglabyrinth seal
8080
Bypassbypass
8181
Verdichtungsraumcompression chamber
8282
Rotorraumrotor chamber
9090
Motorkühlungengine cooling
9191
SchraubengangkanalHelical channel
9292
LagerkühlungStore cooling
9393
Ringkanalannular channel
9494
Erster SammlerFirst collector
9595
Zweiter SammlerSecond collector
100100
Zwischenkühlerintercooler

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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  • DE 19814485 A1 [0011] DE 19814485 A1 [0011]

Claims (16)

Turboverdichter, umfassend wenigstens eine Antriebseinheit und mindestens ein erstes und ein zweites von der Antriebseinheit antreibbares, in jeweils einem ersten und einem zweiten Verdichtergehäuse (12, 22) rotierbar angeordnetes Verdichterrad (11, 21), wobei das erste und das zweite Verdichterrad (11, 21) im Wesentlichen achssymmetrisch zueinander ausgerichtet auf einer gemeinsamen Welle angeordnet sind und das erste Verdichtergehäuse (12) mit wenigstens einer Gasleitung strömungstechnisch mit dem zweiten Verdichtergehäuse (22) zur Leitung von vom ersten Verdichterrad (11) komprimierten Gas an das zweite Verdichterrad (21) zwecks erneuter Verdichtung verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Gasleitung wärmetechnisch gekoppelt wenigstens ein Zwischenkühler (100) angeordnet ist, mit dem das vom ersten Verdichterrad (11) verdichtete und zum zweiten Verdichterrad (21) strömende Gas kühlbar ist.A turbocompressor comprising at least one drive unit and at least a first and a second drivable by the drive unit, in each of a first and a second compressor housing ( 12 . 22 ) rotatably arranged compressor wheel ( 11 . 21 ), wherein the first and the second compressor wheel ( 11 . 21 ) are arranged substantially axisymmetrically aligned with each other on a common shaft and the first compressor housing ( 12 ) with at least one gas line fluidly with the second compressor housing ( 22 ) for directing from the first compressor wheel ( 11 ) compressed gas to the second compressor wheel ( 21 ) is connected for recompression, characterized in that at least one intercooler ( 100 ) is arranged, with which the first compressor wheel ( 11 ) and to the second compressor wheel ( 21 ) flowing gas is coolable. Turboverdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er wenigstens eine Kühleinrichtung zur Kühlung der Antriebseinheit umfasst, wobei der Zwischenkühler (100) wärmetechnisch mit der Kühleinrichtung gekoppelt ist.Turbo compressor according to claim 1, characterized in that it comprises at least one cooling device for cooling the drive unit, wherein the intercooler ( 100 ) is thermally coupled to the cooling device. Turboverdichter nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenkühler (100) zur Kühlung von Lagern zur beweglichen Lagerung beweglicher Teile, insbesondere der Weile, des Turboverdichters ausgestaltet ist, wobei der Zwischenkühler (100) derart wärmetechnisch mit der Gasleitung gekoppelt ist, dass Wärme des Gases in der Gasleitung in Kühlflüssigkeit im Zwischenkühler (100) übertragbar ist.Turbo compressor according to at least one of the preceding claims, characterized in that the intercooler ( 100 ) is designed for cooling bearings for the movable storage of moving parts, in particular the while, the turbo-compressor, wherein the intercooler ( 100 ) is thermally coupled to the gas line such that heat of the gas in the gas line in the cooling liquid in the intercooler ( 100 ) is transferable. Turboverdichter nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Welle wenigstens ein Magnet (33) angeordnet ist und somit die Welle einen Rotor eines Elektromotors ausbildet, wobei der Magnet (33) in Richtung der Längsachse der Welle beidseitig durch jeweils eine Bandage (34) gesichert ist.Turbo compressor according to at least one of the preceding claims, characterized in that on the shaft at least one magnet ( 33 ) is arranged and thus the shaft forms a rotor of an electric motor, wherein the magnet ( 33 ) in the direction of the longitudinal axis of the shaft on both sides by a respective bandage ( 34 ) is secured. Turboverdichter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass den Magnet und die Bandagen (34) zumindest teilweise überdeckend auf der Welle ein Mantelelement angeordnet ist.Turbo compressor according to claim 4, characterized in that the magnet and the bandages ( 34 ) At least partially overlapping on the shaft, a jacket element is arranged. Turboverdichter nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle zur Aufnahme von Lagern beidendig jeweils einen Wellenzapfen (31) aufweist, wobei zumindest in einem der Wellenzapfen (31) eine Längsbohrung eingebracht ist, in welcher ein Temperatursensor (40) positionierbar oder positioniert ist.Turbo compressor according to at least one of the preceding claims, characterized in that the shaft for receiving bearings at both ends in each case a shaft journal ( 31 ), wherein at least in one of the shaft journal ( 31 ) a longitudinal bore is introduced, in which a temperature sensor ( 40 ) is positionable or positioned. Turboverdichter nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Verdichterrad (11) einen Durchmesser aufweist, der wenigstens 1/10 größer ist als der Durchmesser des zweiten Verdichterrades (21).Turbo compressor according to at least one of the preceding claims, characterized in that the first compressor wheel ( 11 ) has a diameter which is at least 1/10 larger than the diameter of the second compressor wheel ( 21 ). Turboverdichter nach wenigstens einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühleinrichtung wenigstens einen schraubengangförmigen Strömungskanal aufweist.Turbo compressor according to at least one of claims 2 to 7, characterized in that the cooling device has at least one helical flow channel. Turboverdichter nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdichter wenigstens zwei Lager zur Lagerung der Welle aufweist und die Kühleinrichtung derart ausgestaltet ist, dass mit ihr in den Lagern generierte Wärme ableitbar ist.Turbo compressor according to at least one of the preceding claims, characterized in that the compressor has at least two bearings for supporting the shaft and the cooling device is configured such that with her in the camps generated heat can be derived. Turboverdichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle mit einem als Loslager ausgestalteten Wälzlager und einem als Festlager ausgestalteten Wälzlager (50) gelagert ist, wobei das Loslager in axialer Richtung mittels wenigstens einer Tellerfeder (60) eingespannt ist.Turbo compressor according to one of the preceding claims, characterized in that the shaft with a configured as a floating bearing and a bearing designed as a bearing bearings ( 50 ) is mounted, wherein the movable bearing in the axial direction by means of at least one plate spring ( 60 ) is clamped. Turboverdichter nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Tellerfeder (60) derart eingerichtet ist, dass sie im montierten Zustand zwischen Lagerbuchse (54) und Lageraußenring (53) unabhängig von der Wärmeausdehnung der Welle im Wesentlichen die gleiche Kraft auf den Außenring des Loslagers aufbringt.Turbo compressor according to claim 10, characterized in that the disc spring ( 60 ) is arranged such that it in the assembled state between bearing bush ( 54 ) and bearing outer ring ( 53 ) applies substantially the same force on the outer ring of the floating bearing regardless of the thermal expansion of the shaft substantially. Verfahren zur Verdichtung von Gas, insbesondere von Luft, mittels eines Turboverdichters, umfassend wenigstens eine Antriebseinheit und mindestens ein erstes und ein zweites von der Antriebseinheit antreibbares, in jeweils einem ersten und einem zweiten Verdichtergehäuse (12, 22) rotierbar angeordnetes Verdichterrad (11, 21), wobei das erste und das zweite Verdichterrad (11, 21) im Wesentlichen achssymmetrisch zueinander ausgerichtet auf einer gemeinsamen Welle angeordnet sind und das erste Verdichtergehäuse (12) mit wenigstens einer Gasleitung strömungstechnisch mit dem zweiten Verdichtergehäuse (22) zur Leitung von vom ersten Verdichterrad (11) komprimierten Gas an das zweite Verdichterrad (21) zwecks erneuter Verdichtung verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass das vom ersten Verdichterrad (11) in einer ersten Verdichtungsstufe (10) komprimierte Gas durch die Gasleitung dem zweiten Verdichterrad (21) zwecks Verdichtung in einer zweiten Verdichtungsstufe (20) zugeleitet wird, wobei das Gas zwischen der ersten Verdichtungsstufe (10) und der zweiten Verdichtungsstufe (20) mittels wenigstens eines Zwischenkühlers (100) gekühlt wird.Method for compressing gas, in particular air, by means of a turbocompressor, comprising at least one drive unit and at least one first and one second drivable by the drive unit, in each of a first and a second compressor housing ( 12 . 22 ) rotatably arranged compressor wheel ( 11 . 21 ), wherein the first and the second compressor wheel ( 11 . 21 ) are arranged substantially axisymmetrically aligned with each other on a common shaft and the first compressor housing ( 12 ) with at least one gas line fluidly with the second compressor housing ( 22 ) for directing from the first compressor wheel ( 11 ) compressed gas to the second compressor wheel ( 21 ) is connected for recompression, characterized in that the first compressor wheel ( 11 ) in a first consolidation stage ( 10 ) compressed gas through the gas line the second compressor wheel ( 21 ) for the purpose of compaction in a second compaction stage ( 20 ), the gas between the first compression stage ( 10 ) and the second compression level ( 20 ) by means of at least one intermediate cooler ( 100 ) is cooled. Verfahren zur Verdichtung von Gas nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Turboverdichter mit einer Drehzahl der Welle betrieben wird, die unter der kritischen Drehzahl des Turboverdichters liegt. A method of compressing gas according to claim 12, characterized in that the turbocompressor is operated at a rotational speed of the shaft which is below the critical rotational speed of the turbocompressor. Brennstoffzellen-Antrieb, umfassend wenigstens eine Brennstoffzelle zur Erzeugung elektrischer Energie und einen Turboverdichter nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 11 zur Zuführung von komprimierter Luft zur Brennstoffzelle.A fuel cell drive comprising at least one fuel cell for generating electrical energy and a turbocompressor according to at least one of claims 1 to 11 for supplying compressed air to the fuel cell. Verbrennungskraftmaschine, insbesondere Verbrennungskraftmaschine als Bestandteil eines Hybrid-Antriebes eines Kraftfahrzeuges, umfassend neben einem Verbrennungsmotor einen Turboverdichter nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 11 zur Zuführung von komprimierter Luft zum Verbrennungsmotor.Internal combustion engine, in particular internal combustion engine as part of a hybrid drive of a motor vehicle, comprising in addition to an internal combustion engine, a turbocompressor according to at least one of claims 1 to 11 for supplying compressed air to the internal combustion engine. Kraftfahrzeug, umfassend einen Brennstoffzellen-Antrieb gemäß Anspruch 14 oder eine Verbrennungskraftmaschine gemäß Anspruch 15.Motor vehicle comprising a fuel cell drive according to claim 14 or an internal combustion engine according to claim 15.
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