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Die Erfindung betrifft einen Verdichter zum Verdichten von Luft aufweisend einen Lufteinlass, einen Luftauslass, einen Elektromotor, wenigstens einen Luftfilter und zumindest einen Rotor und zumindest einen Stator zum Verdichten der Luft, die im Inneren des Verdichters angeordnet sind, wobei an dem Rotor oder den Rotoren radial angeordnete Verdichterflügel vorgesehen sind und der Elektromotor den Rotor oder die Rotoren antreibt.
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Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Verdichten von Luft oder einem Gas mit einem Verdichter. Schließlich betrifft die Erfindung auch eine Brennkraftmaschine mit einem solchen Verdichter und ein Fahrzeug mit einer solchen Brennkraftmaschine.
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Die
EP 2 173 461 B1 , die
DE 36 41 208 A1 , die
DE 10 2009 033 262 A1 und die
EP 1 911 960 B1 offenbaren verschiedene Luftfilter für Brennkraftmaschinen die unterschiedlich aufgebaut sind. Die
US 5 858 045 A schlägt einen Luftfilter vor, in dem ein mehrlagiger Filter mit einer Gitterlage verwendet wird. Die
DE 10 2009 033 262 A1 offenbart einen Verdichter mit einem Motor, der in einem Unterdruckbereich eines Ventilators angeordnet ist, so dass der Motor mit Luft aus einem gegenüberliegenden Lufteinlass umspült wird.
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In der
EP 0 726 389 A1 wird ein Gehäuse für einen Luftfilter vorgeschlagen, der aus einer Gehäuseschale und einem Deckel besteht. Gehäuseschale und Deckel sind im Spritzgießverfahren aus thermoplastischem Kunststoff hergestellt. Aus der
WO 2012/119 753 A ist ein gattungsgemäßer Verdichter bekannt, der einen Luftfilter aufweist, der stromabwärts von Verdichterflügeln zur Verdichtung der Ansaugluft einer Brennkraftmaschine angeordnet ist, wobei der Verdichter von einem Elektromotor angetrieben wird.
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Nachteilig ist hieran, dass der Verdichter auch durch den Bauraum für den Elektromotor und die notwendigen Ausmaße des Elektromotors selbst relativ groß ist. Eine geringe Baugröße und ein geringes Gewicht des Verdichters ist für Motorräume immer vorteilhaft und gewünscht. Ein weiterer Nachteil ist darin zu sehen, dass der Elektromotor sehr hohe Drehzahlen und Leistungen aushalten muss. Solche Elektromotoren sind schwer, voluminös, teuer und machen dadurch den gesamten Verdichter kostenaufwendiger, größer und schwerer. Bei der Verwendung von kostengünstigeren Elektromotoren besteht die Gefahr, dass diese im Betrieb defekt werden und schon frühzeitig ausgetauscht werden müssen. Dies ist bei der langen Laufzeit von Automobilen unerwünscht.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht also darin, die Nachteile des Stands der Technik zu überwinden. Insbesondere soll eine Bauraumoptimierung des gesamten Verdichters erreicht werden. Dabei soll der Verdichter möglichst kostengünstig im Aufbau sein. Gleichzeitig soll der Verdichter möglichst lange haltbar, möglichst leicht und möglichst unanfällig für Defekte sein.
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Die Aufgaben der Erfindung werden gelöst durch einen Verdichter zum Verdichten von Luft aufweisend einen Lufteinlass, einen Luftauslass, einen Elektromotor, wenigstens einen Luftfilter und zumindest einen Rotor und zumindest einen Stator zum Verdichten der Luft, die im Inneren des Verdichters angeordnet sind, wobei an dem Rotor oder den Rotoren radial angeordnete Verdichterflügel vorgesehen sind und der Elektromotor den Rotor oder die Rotoren antreibt, wobei der Elektromotor in einem Druckbereich des Verdichters angeordnet ist und zumindest eine Öffnung zwischen den Elektromotor und dem Luftauslass vorgesehen ist, so dass die verdichtete Luft den Elektromotor zumindest teilweise umspült bevor sie aus dem Luftauslass austritt, wobei der Luftfilter in einem Luftfiltergehäuse angeordnet ist, wobei das Luftfiltergehäuse eine axiale Aussparung für den Elektromotor und mehrere seitliche Aussparungen aufweist und wobei das Luftfiltergehäuse bis auf die Aussparungen dicht mit einem Verdichtergehäuse abschließt.
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Alle Richtungsangaben bezüglich des Verdichters beziehen sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung stets auf die vom Verdichter erzeugte Strömungsrichtung der Luft oder eines Gases durch den im Betrieb befindlichen Verdichter.
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Erfindungsgemäß bevorzugt sind auch an dem Stator radial angeordnete Verdichterflügel vorgesehen.
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Bei erfindungsgemäßen Verdichtern kann vorgesehen sein, dass der Druckbereich des Verdichters in Strömungsrichtung des Verdichters hinter dem zumindest einen Rotor und dem zumindest einen Stator angeordnet ist.
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Dies dient hauptsächlich der Klärung des Begriffs „Druckbereich“. Tatsächlich ist dort aber auch bevorzugt der Elektromotor angeordnet, da in diesem Bereich eine besonders geeignete Luft- oder Gasströmung zur Kühlung des Elektromotors erzeugt werden kann.
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Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass der Verdichter ein Verdichtergehäuse aufweist, das den Stator und den Rotor oder die Statoren und die Rotoren umschließt, die Lage der Öffnungen für den Lufteinlass und den Luftauslass bezogen auf die Position des zumindest einen Stators und des zumindest einen Rotors vorgibt und den Verdichter nach außen abschließt.
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Bevorzugt liegt das Verdichtergehäuse mit einem Spaltmaß von unter 0,5 mm, besonders bevorzugt von weniger als 0,2 mm an dem zumindest einen Rotor an und auch an dem zumindest einen Stator an. Ganz besonders bevorzugt an den Verdichterflügeln des zumindest einen Rotors. Dazu kann ein Metall-Rohr, insbesondere ein Aluminiumrohr vorgesehen sein, das innen am Verdichtergehäuse um den zumindest einen Rotor und den zumindest einen Stator herum angeordnet ist. Durch diesen Aufbau kann eine gute und dauerhafte Verdichtung mit dem Verdichter sichergestellt werden.
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Bei Verdichtern mit Verdichtergehäuse kann vorgesehen sein, dass der Luftfilter in einem Luftfiltergehäuse angeordnet ist, wobei das Luftfiltergehäuse eine axiale Aussparung für den Elektromotor und mehrere seitlichen Aussparungen aufweist, wobei die seitlichen Aussparungen durch den Luftfilter abgedeckt sind und das Luftfiltergehäuse bis auf die Aussparungen dicht mit dem Verdichtergehäuse abschließt, so dass eine Luftströmung, die durch den Verdichter zum Luftauslass führt, durch den Luftfilter und die axiale Aussparung erzwungen ist.
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Hierdurch wird auf einfache Weise erreicht, dass die gesamte verdichtete Luft gefiltert wird und so ohne Probleme einem Verbrennungsprozess einer Brennkraftmaschine zugeführt werden kann. Zudem ist der Luftfilter bei diesem Aufbau leicht und ohne großen Aufwand zu wechseln.
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Mit einer Weiterentwicklung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Öffnung zwischen dem Elektromotor und dem Luftauslass durch einen Teil des Luftfilters oder einen zusätzlicher Luftfilter abgedeckt ist.
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Die Abdeckung muss dabei nicht unmittelbar in der Öffnung erfolgen, sondern der Luftfilter kann auch vor oder hinter der Öffnung angeordnet sein. Wichtig ist nur, dass die, die gesamte die Oberfläche des Elektromotors passierende Luft durch den Filter gefiltert wird, bevor sie über den Luftauslass aus dem Verdichter austritt.
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Hierdurch wird sichergestellt, dass auch die Luft oder das Gas, das zur Kühlung des Elektromotors verwendet wird, gefiltert wird und so ausschließlich gefilterte Luft aus dem Verdichter austritt.
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Mit einer bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung kann auch vorgesehen sein, dass der Verdichter wenigstens ein elektrisches Anschlusskabel zur Stromversorgung des Elektromotors aufweist, wobei das Anschlusskabel durch den Stator geführt ist. Bevorzugt ist das Anschlusskabel durch eine Durchführung durch eine Wand des Verdichtergehäuses auf der Höhe des Stators oder eines Stators besonders bevorzugt des letzten Stators geführt.
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Durch diese Anordnung der Stromversorgung des Elektromotors wird erreicht, dass keine Kabel entfernt werden müssen, wenn der Luftfilter des Verdichters ausgetauscht werden soll. Zudem ist der Elektromotor bevorzugt an dem Stator beziehungsweise dem letzten Stator (das ist der Stator, der benachbart zum Druckbereich angeordnet ist) befestigt.
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Es kann auch vorgesehen sein, dass der Elektromotor in einem Behälter angeordnet ist, der in Richtung des zumindest einen Stators und des zumindest einen Rotors offen ist und der in Richtung des Luftauslasses die Öffnung zum Luftauslass begrenzt, wobei die seitlichen Begrenzungswände des Behälters vom Elektromotor beabstandet sind.
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Bevorzugt ist der Behälter ein bodenseitig durch die Öffnung geöffneter Becher. Hierdurch ist eine gewünschte Position des Elektromotors in dem Verdichter definiert und vorgegeben. Dies erleichtert den Zusammenbau des Verdichters und verhindert einen fehlerhaften Einbau des Elektromotors.
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Es kann erfindungsgemäß bevorzugt vorgesehen sein, dass das Luftfiltergehäuse mit einem Spritzgussverfahren aus Kunststoff hergestellt ist. Der Behälter ist bevorzugt einteilig mit dem Luftfiltergehäuse ausgebildet. Ebenso kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass das Verdichtergehäuse mit einem Spritzgussverfahren aus Kunststoff hergestellt ist.
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Mit einer Weiterentwicklung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass der Verdichter mehrere hintereinander angeordnete Verdichterstufen aufweist, wobei jeder Verdichterstufe einen Rotor und einen hinter dem Rotor angeordneten Stator aufweist.
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Durch die höhere Anzahl von Verdichterstufen kann hinter den Verdichterstufen eine größere Verdichtung der Luft beziehungsweise des Gases in dem Verdichter beziehungsweise im Druckbereich des Verdichters erreicht werden.
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Des Weiteren kann bevorzugt vorgesehen sein, dass der Elektromotor ein gut wärmeleitendes Elektromotorgehäuse aufweist, wobei das Elektromotorgehäuse Kühlrippen aufweist.
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Bevorzugt ist das Elektromotorengehäuse metallisch. Ebenfalls bevorzugt kann vorgesehen sein, dass die Kühlrippen den Elektromotor von den ihn umgebenden Wandungen beabstanden.
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Hierdurch wird die Kühlwirkung des Luftstroms verstärkt, so dass ein leistungsstärkerer Elektromotor eingebaut und verwendet werden kann.
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Ferner kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass zumindest ein Rotor ein Axiallüfter ist, bevorzugt alle Rotoren Axiallüfter sind.
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Diese Axiallüfter sind zum Einsatz in erfindungsgemäßen Verdichtern besonders geeignet, da sie platzsparend und mit hohem Wirkungsgrad eingesetzt werden können.
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Mit einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung kann auch vorgesehen sein, dass der freie Querschnitt zum Luftdurchlass an dem zumindest einen Stator vorbei und an dem zumindest einen Rotor vorbei in Strömungsrichtung abnimmt.
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Der Rotor ist oder die Rotoren sind dabei bezogen auf die Strömungsrichtung immer vor einem Stator angeordnet.
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Hierdurch wird eine hohe Verdichtungswirkung erzielt.
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Dabei kann vorgesehen sein, dass die Nabe des Stators und die Nabe des Rotors oder die Naben der Statoren und die Naben der Rotoren bezogen auf die Drehachse eine rotationssymmetrische zusammenlaufende Form bilden, deren Radius in Strömungsrichtung zunimmt, wobei der Radius der umgebenden rotationssymmetrischen Innenwand des Verdichtergehäuses in Strömungsrichtung zumindest weniger stark abnimmt als der Radius der Naben.
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Bevorzugt bilden die Nabe des Stators und die Nabe des Rotors oder die Naben der Statoren und die Naben der Rotoren bezogen auf die Drehachse eine rotationssymmetrische zusammenlaufende konische Form. Ebenfalls bevorzugt kann vorgesehen sein, dass die Innenwand des Verdichtergehäuses in dem Bereich des zumindest einen Rotors und des zumindest einen Stators zylindrisch ist. Dieser Aufbau führt zu einer weiteren Verbesserung der Verdichtungswirkung des erfindungsgemäßen Verdichters.
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Es kann erfindungsgemäß auch vorgesehen sein, dass der Elektromotor über eine Antriebswelle mit dem Rotor verbunden ist oder mit den Rotoren verbunden ist und der Elektromotor bezogen auf die Drehachse zumindest eines Rotors axial zwischen dem Rotor und dem Luftauslass angeordnet ist.
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Ferner kann auch vorgesehen sein, dass der Luftfilter mehrlagig aufgebaut ist und zumindest zwei Filterlagen über ein Gitter oder ein Gewebe mit offenen Maschen miteinander verbunden sind.
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Das hat den Vorteil, dass die offenen Poren an den Oberflächen der Filterlagen nicht durch die geschlossenen Bereiche der benachbarten Filterlage oder durch eine flächige Verklebung mit der benachbarten Filterlage verschlossen sind.
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Erfindungsgemäß bevorzugt kann dabei vorgesehen sein, dass die zumindest zwei Filterlagen über ein Gitter miteinander verklebt, versintert oder verschweißt sind. Auch dies dient dazu, die Poren der Filterlagen offen zu halten.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Elektromotor an dem Stator fixiert ist oder der Elektromotor bezogen auf die Strömungsrichtung am letzten Stator fixiert ist.
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Bevorzugt kann dabei vorgesehen sein, dass der Elektromotor ausschließlich an dem Stator fixiert ist oder der Elektromotor bezogen auf die Strömungsrichtung ausschließlich am letzten Stator fixiert ist.
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Erfindungsgemäß bevorzugt sind das Gehäuse des Verdichters, der oder die Luftfilter, das Gehäuse des Luftfilters, das Gehäuse des Elektromotors und/oder der Elektromotor symmetrisch zur Drehachse des Rotors oder der Rotoren angeordnet und/oder symmetrisch zur Drehachse des Rotors oder der Rotoren geformt.
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Die Aufgaben der Erfindung werden auch gelöst durch ein Verfahren zum Verdichten von Luft oder einem Gas mit einem Verdichter, insbesondere einem erfindungsgemäßen Verdichter, bei dem
die Luft oder das Gas mit Hilfe zumindest eines Rotors durch einen Lufteinlass angesaugt wird,
anschließend die Luft oder das Gas mit dem zumindest einen Rotor und zumindest einem Stator verdichtet wird,
die verdichtete Luft oder das verdichtete Gas gefiltert wird,
die verdichtete Luft oder das verdichtete Gas vollständig oder teilweise über die Oberfläche eines im Verdichter angeordneten Elektromotors geleitet wird und dadurch der Elektromotor durch die Luft oder das Gas gekühlt wird und
die Luft oder das Gas anschließend durch einen Luftauslass aus dem Verdichter strömt.
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Es ist erfindungsgemäß bevorzugt, dass die verdichtete Luft oder das verdichtete Gas nur teilweise über die Oberfläche des im Verdichter angeordneten Elektromotors geleitet wird. Dies reicht bereits zur Kühlung des Elektromotors aus.
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Bei erfindungsgemäßen Verfahren kann bevorzugt vorgesehen sein, dass zumindest ein Rotor von dem Elektromotor angetrieben wird oder alle Rotoren von dem Elektromotor angetrieben werden.
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Die Aufgaben der Erfindung werden auch gelöst durch eine Brennkraftmaschine mit einem solchen erfindungsgemäßen Verdichter, wobei der Luftauslass des Verdichters an eine Luftzufuhr des Verbrennungsmotors angeschlossen ist.
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Bevorzugt handelt es sich bei der Brennkraftmaschine um einen Verbrennungsmotor für ein Fahrzeug.
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Schließlich werden die Aufgaben der Erfindung auch gelöst durch ein Fahrzeug mit einer solchen Brennkraftmaschine.
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Über die Oberfläche des Elektromotors geleitete Luft oder geleitetes Gas bedeutet dabei nicht, dass die verdichtete Luft oder das verdichtete Gas direkt über die Spulenwindungen des Elektromotors geleitet werden muss, sondern dass der Elektromotor selbst ein Gehäuse aufweisen kann, über dessen Oberfläche die Luft oder das Gas geleitet werden kann. Das Gehäuse des Elektromotors besteht vorzugsweise aus Metall.
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Die verdichtete Luft kann vor dem Überstreichen der Oberfläche des Elektromotors oder nach dem Überstreichen des Elektromotors gefiltert werden. Ebenso kann die verdichtete Luft oder das verdichtete Gas, wenn es nur teilweise über die Oberfläche des Elektromotors geleitet wird, parallel (bezogen auf den Strömungsweg) durch einen parallel angeordneten Luftfilter gefiltert werden.
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Die Filtereinrichtung dient zur Filtration der Ansaugluft von Brennkraftmaschinen und wird insbesondere als Luftfilter für die in Brennkraftmaschinen zuzuführende Verbrennungsluft eingesetzt.
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Der Erfindung liegt die überraschende Erkenntnis zugrunde, dass der durch den Verdichter erzeugte Luftstrom dazu genutzt werden kann, um den Elektromotor, der den Rotor oder die Rotoren des Verdichters antreibt, zu kühlen. Hierzu reicht es bereits aus, wenn ein geringer Teil des Luftstroms genutzt wird. Der Elektromotor ist zweckmäßigerweise auf der Achse des Rotors oder der Rotoren angeordnet und damit zentral in dem Verdichter. Da der höchste Druck bei den bevorzugten Radiallüftern als Rotoren außen entsteht, entsteht nur eine im Verhältnis zur Gesamtströmung geringe Luftströmung über die Oberfläche des Elektromotors. Dies hat den Vorteil, dass der Strömungswiderstand durch den Elektromotor nur unwesentlich erhöht wird und damit der Volumenstrom beziehungsweise Massestrom der durch den Luftauslass geförderten Luft oder des durch den Luftauslass geförderten Gases nur unwesentlich reduziert wird.
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Die Kühlleistung durch den über die Oberfläche des Elektromotors geführten Luftstroms reicht aber aus, um eine merkliche Kühlleistung des Elektromotors zu erreichen. Damit kann je nach Bedarf ein leistungsstärkerer Elektromotor und/oder ein wärmeempfindlicherer Elektromotor verbaut werden. Da der Elektromotor das mit Abstand kostenintensivste Bauteil des Verdichters ist, kann durch einen Elektromotor, der weniger hohe Arbeitstemperaturen aushalten kann, ein deutlicher Kostenvorteil genutzt werden.
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Gleichzeitig kann die axiale Länge des Verdichters durch die zumindest teilweise Aufnahme des Elektromotors in einen Behälter im Luftfiltergehäuse reduziert werden. Die reduzierte Baugröße hat den Vorteil, dass der Verdichter leichter in einem Motorraum verbaut werden kann. Die gleichen Vorteile ergeben sich also für eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine und für ein erfindungsgemäßes Fahrzeug.
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Die Erfindung basiert also vor allem auf der Erkenntnis, dass ein Teil der durch den Verdichter erzeugten Luftströmung zur Kühlung des Elektromotors genutzt werden kann und der Elektromotor dabei in einem Bereich des Druckraums angeordnet werden kann, der bislang ungenutzt war.
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Der Erfindung löst somit auch die Aufgabe, eine Filtereinrichtung zur Filtration der Ansaugluft einer Brennkraftmaschine bereitzustellen, die mit einer Einrichtung zur Verdichtung der Ansaugluft vor den Luftfilter einer Brennkraftmaschine versehen ist, und die Filtereinrichtung mit einfachen konstruktiven Maßnahmen so auszubilden, dass eine ausreichende Kühlung und Bauraumoptimierung für den Elektromotor des Verdichters gewährleistet wird.
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Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von fünf schematisch dargestellten Figuren erläutert, ohne jedoch dabei die Erfindung zu beschränken. Dabei zeigt:
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1: eine perspektivische Explosionsdarstellung eines erfindungsgemäßen Verdichters;
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2: eine perspektivische Ansicht eines Luftfilters mit einem Behälter für einen Elektromotor für einen erfindungsgemäßen Verdichter;
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3: eine perspektivische Explosionsdarstellung der Teile nach 2;
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4: eine perspektivische Darstellung eines Behälters für einen Elektromotor für einen erfindungsgemäßen Verdichter; und
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5: eine perspektivische Rückansicht auf den Behälter nach 4 in einem Luftfilter.
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In den Figuren werden teilweise für gleiche oder gleichartige Bauteile die gleichen Bezugszeichen verwendet.
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1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Verdichters in Explosionsdarstellung. Der Verdichter weist in seinem Inneren einen Elektromotor 1 auf, mit dem ein Rotor 2 mit konischer Nabe und geneigten Verdichterflügeln 4 angetrieben werden kann. Der gesamte Verdichter richtet sich nach der axialen Symmetrie der Drehachse des Rotors 2 aus.
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Ein Stator 6, der ebenfalls Verdichterflügel 4 aufweist, ist in Strömungsrichtung der Luft durch den Verdichter hinter dem Rotor 2 angeordnet, die Nabe des Stators 6, genauer der innere Konus des Stators 6, da sich der Stator 6 ja nicht dreht, schließt an die Nabe des Rotors 2, so dass beide einen Konus bilden, dessen Radius sich in Strömungsrichtung vergrößert. Hierdurch wird bei sich drehendem Rotor 2 eine Verdichtung der eingesaugten Luft erreicht.
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Damit dies erreicht wird, ist der Stator 6 und der Rotor 2 allseitig von einem in guter Näherung zylindrisch geformten Verdichtergehäuse 8 umgeben, dessen Boden und Deckfläche offen sind und dadurch auf der Vorderseite einen Lufteinlass 10 vorgibt und auf der Rückseite eine Ausnehmung für einen Abschluss 12 vorgibt, mit dem das Gehäuse am Ende abgeschlossen wird. Vorliegend ist das Verdichtergehäuse 8 zweiteilig aufgebaut, um eine leichte Montage des Verdichters zu ermöglichen. Die beiden Teile des Verdichtergehäuses 8 können miteinander über eine beidseitige Leiste und Schraubenlöcher verschraubt werden. Alternativ oder zusätzlich kann auch ein Verkleben der Leisten erfolgen. Da das Verdichtergehäuse 8 dann nicht mehr demontiert werden kann, ist eine nicht geklebte Verbindung der beiden Teile des Verdichtergehäuses 8 jedoch bevorzugt.
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In Strömungsrichtung hinter dem Stator 6 ist ein Filtereinsatz 14 angeordnet, in dem ein Behälter 16 für den Elektromotor 1 angeordnet ist. Der Elektromotor 1 wird beim Zusammenbau des Verdichters durch eine Öffnung 18 in den Behälter 16 eingeführt. Der Filtereinsatz 14 weist ein Luftfiltergehäuse 20 auf, das außen Rippen 22 hat, die den eigentlichen Luftfilter 24 halten und in Form halten und die Aussparungen begrenzen durch die die Luft, die durch den Verdichter strömt, zum Luftfilter 24 gelangen kann. Die Aussparungen machen mehr als die Hälfte der äußeren Oberfläche des Filtereinsatzes 14 aus, um einen möglichst großen Luftdurchsatz und eine möglichst hohe Filterwirkung zu erzielen.
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Der Behälter 16 weist neben der vorderen Öffnung 18 zum Zuströmen des Luftstroms auch eine hintere Öffnung (in 1 nicht zu sehen) auf, durch die der Luftstrom wieder aus dem Behälter 16 austreten kann. Die Außenwand des Elektromotors 1 ist bei dem im Behälter 16 eingesetzten, also zusammengebauten Zustand von der Innenwand des Behälters 16 beabstandet, damit die Oberfläche des Elektromotors 1 von der strömenden Luft überstrichen werden kann, um den Elektromotor 1 zu kühlen.
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Die Strömung wird dadurch verursacht, dass der sich drehende Rotor 2 und der Stator 6 eine Verdichtung der Luft und damit eine Druckerhöhung hinter dem Stator 6 erzeugen. Aufgrund des Filtereinsatzes 14 entsteht ein Staudruck vor der vorderen Öffnung 18 des Behälters 16. Da der Behälter 16 durch die hintere Öffnung geöffnet ist, die dahinter in einen Luftauslass 26 mündet, strömt die Luft durch den Behälter 16 an dem Elektromotor 1 vorbei und kühlt diesen.
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Um keine ungefilterte Luft durch den Luftauslass 26 herauszudrücken, ist in beziehungsweise vor der hinteren Öffnung ein zusätzlicher zweiter Luftfilter (in 1 nicht zu sehen) angeordnet, der vorzugsweise den gleichen oder einen ähnlichen Aufbau hat, wie der Luftfilter 24 des Filtereinsatzes 14.
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Abstromseitig ist der Verdichter mit dem Abschluss 12 abgeschlossen, der den Luftauslass 26 umfasst und der einen Durchgang aufweist, so dass der Luftauslass 26 durchlässig mit der Rückseite des Luftfilters 24 und der hinteren Öffnung des Behälters 16 verbunden ist. Der Verdichter weist somit einen im vorderen Bereich teilweise koaxialen und durch den Behälter 16 verzweigten Kanal auf, der sich von dem Lufteinlass 10 auf der Vorderseite bis zum Luftauslass 26 auf der Rückseite erstreckt. Über die gesamte Querschnittsfläche dieses Kanals erstrecken sich der Luftfilter 24 und der zusätzliche Luftfilter in dem Behälter 16, so dass keine ungefilterte Luft den Kanal passieren kann.
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Um die ein definiertes Spaltmaß zwischen den radial angeordneten Verdichterflügeln 4 des Rotors 2 und dem Verdichtergehäuse 8 und auch zwischen den Verdichterflügeln des Stators 6 und dem Verdichtergehäuse 8 sicherzustellen, ist ein zylindrisches Rohr 28 aus Aluminium oder einem andere Metall vorgesehen, dass den Rotor 2 und den Stator 6 vollständig umschließt. Das Rohr 28 ist in 1 transparent dargestellt, so dass nur zwei Ringe des Rohrs 28 in 1 zu erkennen sind. Das Rohr 28 ist auf der Innenseite an dem Verdichtergehäuse 8 befestigt. Das Rohr 28 dient dazu, ein definiertes Spaltmaß bereitzustellen. Da das Rohr 28 aus Aluminium besteht, kann es nicht so leicht verformen, wie das Verdichtergehäuse 8 aus Kunststoff. Dadurch kann sichergestellt werden, dass die Leistung des Verdichters beziehungsweise der Strömungsdurchsatz durch den Verdichter und die Verdichtung der Luft oder des Gases erhalten bleibt und nicht durch Verformung nachlässt.
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Die 2 und 3 zeigen perspektivische Darstellungen eines Filtereinsatzes 14 für einen erfindungsgemäßen Verdichter, wie er beispielsweise in 1 gezeigt ist. Der Filtereinsatz 14 weist einen Luftfilter 24 auf, der aus drei Schichten besteht. Auf der Anströmseite ist eine offen poröse erste Schaumstoffmatte 30 mit großen Poren, beispielsweise zwischen 200 µm und 800 µm durchschnittlicher Porendurchmesser, mit einem Metalldrahtgewebe 32 verbunden, beispielsweise durch Verkleben. Eine zweite offenporige zweite Schaumstoffmatte 34 mit feinerer Porosität, beispielsweise zwischen 50 µm und 300 µm durchschnittlichem Porendurchmesser, ist auf der Abströmseite mit dem Metalldrahtgewebe 32 verbunden. Die beiden Schaumstoffmatten 30, 34, die unterschiedliche Porosität aufweisen, sind nicht unmittelbar miteinander verklebt, sondern nur über das Metalldrahtgewebe 32 verbunden. Dadurch kann gewährleistet werden, dass die Poren an der Oberfläche des Schaumstoffs nicht verstopft werden.
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Der Kleber wird nur auf dem Metalldrahtgewebe 32 aufgetragen. Dadurch wird ein optimaler Luftfluss durch den Luftfilter 24 gewährleistet. Das Metalldrahtgewebe 32 hat zudem eine stützende und formgebende Funktion. Es kann eine beliebige Anpassung der Form des Luftfilters 24 an die vorgegebenen Bauraumverhältnisse in der gewünschten Einbaulage ermöglichen. Die erste Schaumstoffmatte 30 auf der Anströmseite weist große Poren auf. Die dadurch resultierenden größeren Querschnitte der durch die miteinander verbundenen Poren gebildeten Kanäle begünstigt die Luftaufnahme auf der Anströmseite beziehungsweise den Volumenstrom beziehungsweise Massestrom der Luft durch die erste Schaumstoffmatte 30. Die zweite Schaumstoffmatte 34 auf der Abströmseite weist eine feine Poren auf. Die beiden Schaumstoffmatten 30, 34 weisen unterschiedliche Porengrößen auf, um Partikel von unterschiedlicher Größe aus der durch die Schaumstoffmatten 30, 34 strömenden Luft herauszufiltern, ohne dass deren Poren zu schnell durch die gefilterten Partikel verschließen. Das Metalldrahtgewebe 32 hat ebenfalls eine Filterfunktion für Partikel mit extrem hoher Masse, die bei hohen Ansauggeschwindigkeiten die Schaumstoffmatten 30, 34 eventuell durchdringen beziehungsweise durchschlagen können.
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Eine Verbesserung der Filterwirkung und der Lebensdauer des Filters und damit eine erfindungsgemäße Verbesserung der vorliegenden Erfindung lässt sich dadurch erreichen, dass eine größere Anzahl von Filterelementen (wie beispielsweise Schaumstoffmatten) über Metalldrahtgewebe in Lagen miteinander verbunden sind, wobei die Porengröße der Filterelemente in Strömungsrichtung abnimmt. Ebenso oder zudem kann vorgesehen sein, dass die Filterelemente über zueinander passende profilierte Oberflächen (wie beispielsweise gewellte Oberflächen) miteinander verbunden sind, um die Oberflächen der Filterelemente zu vergrößern. Eine Vergrößerung der Oberflächen ist vorteilhaft, da die gefilterten Partikel zunächst die Poren an der Oberfläche zusetzen und daher eine Vergrößerung der Oberfläche zu einer längeren Funktionstüchtigkeit des Filterelements führen kann.
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Der Luftfiltereinsatz 14 für erfindungsgemäße Verdichter ermöglicht eine beliebige Anpassung der Form des Luftfilters 24 und ist vorliegend als konisch runder Luftfiltereinsatz 14 aufgebaut. Der Luftfilter 24, der vorliegend aus drei Schichten 30, 32, 34 besteht, wird zwischen dem Luftfiltergehäuse 20 mit den acht Rippen 22 und dem Behälter 16 fixiert. Dazu sind an der Außenwand des Behälters 16 vier Leisten 38 angeordnet, die den Luftfilter 24 abstromseitig von innen halten, ohne ihn abzudecken. Zudem ragen die Leisten 38 in Strömungsrichtung über den eigentlichen becherförmigen Behälter 16 hinaus und dienen so nicht nur als Positionierhilfen für den Luftfilter 24 sondern auch als Positionierhilfen für den becherförmigen Behälter 16 zum Luftauslass 26 in dem Verdichter, beziehungsweise in dem Filtereinsatz 14.
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Das Verdichtergehäuse 8, das Luftfiltergehäuse 20, der Behälter 16 und der Abschluss 12 sind im Spritzgießverfahren aus thermoplastischem Kunststoff (beispielsweise ein anderes Polymer) hergestellt. Wenn ein geeigneter Kunststoff, wie beispielsweise Duroplast verwendet wird, können auch der Rotor 2 und der Stator 6 im Spritzgießverfahren aus dem thermoplastischen Kunststoff hergestellt werden. Das Luftfiltergehäuse 20 besteht aus zwei Kreisprofilen, die mit den Rippen 22 miteinander verbunden sind. Die Rippen 22 fixieren den Luftfilter 24 auf der Anströmseite. Der Abstand der Rippen 22 zueinander beträgt etwa ein Viertel der Breite der Rippen 22. Zusätzlich verjüngt sich das Profil der Rippen 22 zum Luftfilter 24 hin. Dadurch wird eine ausreichend Oberfläche auf der Anströmseite des Luftfilters 24 gewährleistet. Die Länge der Rippen 22 kann an die jeweiligen Bauraumverhältnisse angepasst werden.
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An dem hinteren, abstromseitigen Ende des Behälters 16 ist der Abschluss 12 über die Leisten 38 mit dem Behälter 16 verbunden. Zur Befestigung des Luftfiltergehäuses 20 sind Befestigungselemente 44 an dem Abschluss 12 vorgesehen, die als Formstücke zu entsprechenden Ausnehmungen in dem Luftfiltergehäuse 20 passen. Abstromseitig (bodenseitig) ist am Behälter 16 die hintere Öffnung 40 zu erkennen, durch die die Luft aus dem Behälter 16 in Richtung des Luftauslasses 26 austreten kann.
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4 zeigt eine perspektivische Ansicht der Rückseite des Abschlusses 12 und des Behälters 16. Der Abschluss 12 weist ein Rohrstück auf, das den Luftauslass 26 begrenzt. Über die Leisten 38 ist der Behälter 16 in Form eines Bechers mit dem Abschluss 12 verbunden. Der Behälter 16 hat an seinem Boden eine kreisrunde hintere Öffnung 40 in der ein zweiter Luftfilter 42 fixiert ist. Der zweite Luftfilter 42 ist ebenfalls in drei Schichten Aufgebaut. Eine poröse Schaumstoffplatte auf der Anströmseite, die mit einem Metalldrahtgewebe verbunden ist. Auf der Abströmseite ist eine feinporige Schaumstoffplatte mit dem Metalldrahtgewebe verbunden.
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Der zweite Luftfilter 42 vergrößert zusätzlich die Oberfläche auf der Anströmseite des gesamten Filtereinsatzes 14. Der Behälter 16 hat die Funktion eines Gehäuses für den Elektromotor 1. Der Elektromotor 1 und Behälter 16 sind nicht fest miteinander verbunden. Der zweite Luftfilter 42 hat die Aufgabe, zusätzliche Ansaugluft zu filtern, die durch den Behälter 16 in den Luftauslass 26 strömt. Die Ansaugluft wird zur Kühlung des Elektromotors 1 genutzt, der sich stromaufwärts befindet und dessen zylindrisches Metallgehäuse ins Innere des Behälters 16 hinein ragt. Der Abschluss 12 und der Filtereinsatz können über einen Formschluss 44 beziehungsweise ein Befestigungselement 44 miteinander verbunden sein und können zusätzlich miteinander verklebt werden.
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5 zeigt eine perspektivische Rückansicht der Anordnung des dreischichtigen Luftfilters 24 und des zweiten Luftfilter 42, der in der hinteren Öffnung 40 (erkennbar in 4) angeordnet ist. Der zweite Luftfilter 42 ist bezüglich der Schichtung der eigentlichen Filtermatten genauso aufgebaut, wie der Luftfilter 24.
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Auf der Anströmseite ist eine offen poröse erste Schaumstoffmatte 50 mit großen Poren, beispielsweise zwischen 200 µm und 800 µm durchschnittlicher Porendurchmesser, mit einem Metalldrahtgewebe 52 verbunden, beispielsweise durch Verkleben. Eine zweite offenporige zweite Schaumstoffmatte 54 mit kleinerer Porosität, beispielsweise zwischen 50 µm und 300 µm durchschnittlichem Porendurchmesser, ist auf der Abströmseite mit dem Metalldrahtgewebe 52 verbunden. Die beiden Schaumstoffmatten 50, 54, die unterschiedliche Porosität aufweisen, sind nicht unmittelbar miteinander verklebt, sondern nur über das Metalldrahtgewebe 52 verbunden. Dadurch kann gewährleistet werden, dass die Poren an der Oberfläche der Schaumstoffmatten 50, 54 nicht verstopfen.
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Die in der voranstehenden Beschreibung, sowie den Ansprüchen, Figuren und Ausführungsbeispielen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln, als auch in jeder beliebigen Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein. Bezugszeichenliste
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Elektromotor
- 2
- Rotor
- 4
- Verdichterflügel
- 6
- Stator
- 8
- Verdichtergehäuse
- 10
- Lufteinlass
- 12
- Abschluss
- 14
- Filtereinsatz
- 16
- Behälter/Becher
- 18
- Vordere Öffnung
- 20
- Luftfiltergehäuse
- 22
- Rippe
- 24
- Luftfilter
- 26
- Luftauslass
- 28
- Rohr
- 30
- Schaumstoffmatte mit großer Porenweite
- 32
- Metalldrahtgewebe
- 34
- Schaumstoffmatte mit kleiner Porenweite
- 38
- Leiste
- 40
- Hintere Öffnung
- 42
- Zweiter Luftfilter
- 44
- Formschluss/Befestigungselement
- 50
- Schaumstoffmatte mit großer Porenweite
- 52
- Metalldrahtgewebe
- 54
- Schaumstoffmatte mit kleiner Porenweite
