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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lageranordnung zur Lagerung einer ein Laufrad drehfest tragenden Laufrad-Welle in einem Gehäuse. Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Einrichtung mit einer derartigen Lageranordnung sowie ein Kraftfahrzeug mit einer derartigen Einrichtung.
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In einer Vielzahl von Anwendungen und Einrichtungen kommen Laufräder zum Einsatz, die in einem Gehäuse angeordnet sind. Hierzu zählen insbesondere Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtungen, die die Wärme im Abgas beispielsweise einer Brennkraftmaschine, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, nutzen. Im Betrieb derartiger Einrichtungen wird das Laufrad in Rotation versetzt, so dass es sich um eine Achse dreht, wobei diese Drehung bzw. Rotation vielfältig verwendet werden kann. Um die Rotation des Laufrads zu gewährleisten, ist in einer zugehörigen Anordnung gewöhnlich eine Laufrad-Welle vorgesehen, die das Laufrad drehfest trägt und im Gehäuse gelagert ist. Zur Lagerung der Laufrad-Welle kann eine Lagereinrichtung zum Einsatz kommen, die wenigstens ein Radiallager aufweist. Ein derartiges Radiallager ist gewöhnlich radial innenseitig an einer radial außenliegenden Außenseite der Welle radial abgestützt, um die Lagerung der Laufrad-Welle zu gewährleisten. Ein solches Radiallager kann zudem radial außenseitig am Gehäuse abgestützt sein.
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Nachteilig bei einer derartigen Lagerung der Laufrad-Welle ist, dass ein Durchmesser der Lagereinrichtung, insbesondere des Radiallagers, verhältnismäßig groß ist. In der Folge kommt es im Betrieb einer solchen Lageranordnung zu erhöhten Umfangsgeschwindigkeiten, insbesondere des Radiallagers. Hierdurch kommt es zu erhöhten Belastungen der Lageranordnung, was entsprechend hochwertige Materialien und somit erhöhte Herstellungskosten erfordert und/oder zu einer erhöhten Belastung der Lagereinrichtung und somit zu einer verkürzten Lebensdauer der Lagereinrichtung führt.
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Um die Lagerung möglichst effektiv auszugestalten ist es ferner möglich, die Lagereinrichtung möglichst stirnseitig der Laufrad-Welle anzuordnen. Hierdurch ist die Lagereinrichtung also dem Laufrad benachbart angeordnet. In der Folge ist eine Abdichtung der Lagereinrichtung gegenüber dem das Laufrad antreibenden Fluid notwendig, was sich insbesondere aufgrund der rotierenden Bestandteile als schwierig erweist. Gelangt das Fluid dennoch zur Lagereinrichtung, so können möglicherweise in der Lagereinrichtung vorgesehene Schmiermittel angegriffen und insbesondere aufgelöst werden. Hierdurch kommt es somit insbesondere zu einer sogenannten Mangelschmierung. Da das Laufrad und die Laufrad-Wellen, wie vorstehend erwähnt, hohe Rotationsgeschwindigkeiten erreichen können, kommen entsprechend hohe Umfangsgeschwindigkeiten zustande. In Kombination mit der Mangelschmierung kann es hierdurch zu massiven Beschädigungen der Anordnung kommen.
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Wird das Laufrad im Betrieb einem Fluid mit erhöhten Temperaturen und/oder aggressiven Bestandteilen ausgesetzt, insbesondere von einem solchen Fluid angetrieben, werden diese Nachteile verstärkt.
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Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, für eine Lageranordnung zur Lagerung einer Laufrad-Welle sowie für eine Einrichtung mit einer derartigen Anordnung und einem Kraftfahrzeug mit einer solchen Einrichtung verbesserte oder zumindest andere Ausführungsformen anzugeben, die sich insbesondere durch eine vereinfachte und/oder kostengünstige Herstellung und/oder durch eine verbesserte Lebensdauer auszeichnen.
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Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, die Lagerung einer ein Laufrad drehfest tragenden Laufrad-Welle in einem Gehäuse dadurch zu realisieren, dass eine Lagereinrichtung zum Lagern der Laufrad-Welle zumindest teilweise innerhalb der Lagerwelle angeordnet ist. Hierdurch kommt es insbesondere zu verringerten Umfangsgeschwindigkeiten der lagernden Bestandteile der Lagereinrichtung, insbesondere eines Radiallagers. In der Folge ist eine entsprechende, durch die Umfangsgeschwindigkeit bedingte zusätzliche Belastung der Lagereinrichtung verringert. Somit kann die Lebensdauer der Lagereinrichtung erhöht werden. Alternativ oder zusätzlich können zur Herstellung der Lagereinrichtung kostengünstigere Materialien eingesetzt werden. Darüber hinaus wird die Lagereinrichtung durch die innenliegende Anordnung kleiner. In der Folge kommt es zu Materialersparnissen, wodurch insbesondere das Gewicht der Lageranordnung reduziert werden kann. Zudem können die Dimensionen der Anordnung reduziert werden, so dass ein benötigter Bauraum der Lageranordnung kleiner ausfallen kann. Auch ist es möglich, eine steifere Ausführung der Anordnung, insbesondere der Laufrad-Welle und/oder des Laufrads, zu realisieren, um beispielsweise eine verbesserte Beständigkeit und/oder einen stabileren Betrieb der Anordnung zu erreichen. Die innere Anordnung der Lagereinrichtung erlaubt ferner eine verbesserte und/oder leichtere Abdichtung der Lageranordnung gegenüber einem Fluid, mit dem das Laufrad im Betrieb beaufschlagt wird. Auch hierdurch lassen sich verringerte Herstellungskosten und/oder verlängerte Lebensdauer der Lageranordnung realisieren. Durch die innere Anordnung der Lagereinrichtung, insbesondere der rotierenden Bestandteile der Lagereinrichtung, können diese Bestandteile ferner beabstandet zum Gehäuse angeordnet sein, so dass es zu keinem oder zumindest einem verringerten Wärmeaustausch zwischen der Lagereinrichtung und dem Gehäuse kommt. Hierdurch weist die Lagereinrichtung im Betrieb eine verringerte örtliche Temperaturdifferenz auf, wodurch es zu einer verringerten thermischen Beanspruchung der Lagereinrichtung kommt. Hierdurch werden also insbesondere thermische Spannungen in der Lagereinrichtung vermieden.
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Dem Erfindungsgedanken entsprechend weist die Lageranordnung also das Laufrad, die das Laufrad drehfest tragende Laufrad-Welle sowie die Lagereinrichtung auf, die das Laufrad im Gehäuse lagert. Erfindungsgemäß weist die Lagereinrichtung eine Lagerwelle auf, die bezüglich des Gehäuses drehfest ist und über wenigstens ein Radiallager der Lagereinrichtung an einer radial inneren Innenseite der Laufrad-Welle radial abgestützt ist. Hierzu ist die Laufrad-Welle zumindest in einem Hohl-Abschnitt hohl ausgebildet. Somit ist die Laufrad-Welle über das Radiallager radial innenseitig gelagert, wobei das Radiallager von einer bezüglich des Gehäuses drehfesten Lagerwelle getragen ist.
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Das Radiallager kann beliebig ausgestaltet sein. Insbesondere kann das Radiallager als ein Festlager oder als ein Loslager ausgestaltet sein. Vorstellbar ist es auch, das Radiallager schwimmend oder vorgespannt auszugestalten.
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Bevorzugt sind die Laufrad-Welle und die Lagerwelle koaxial angeordnet. Hierdurch werden die Lagerung der Laufrad-Welle verbessert und/oder Unwuchten vermieden oder zumindest reduziert.
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Das von der Laufrad-Welle getragene Laufrad kann prinzipiell beliebig ausgestaltet sein. Das Laufrad kommt im Betrieb gewöhnlich mit einem Fluid in Kontakt, welches das Laufrad antreiben kann bzw. welches durch das Laufrad angetrieben, insbesondere verdichtet, wird. Beim Laufrad kann es sich dabei um ein Turbinenrad bzw. ein Verdichterrad handeln.
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In vorteilhaften Ausführungsformen ist wenigstens ein solches Radiallager als ein Wälzlager ausgebildet. Hierdurch kann eine verbesserte Lagerung der Laufrad-Welle erzielt werden. Das Wälzlager weist hierbei einen radial innenliegenden Innenring und einen radial außenliegenden Außenring auf. Dabei ist der Außenring mit der Innenseite der Laufrad-Welle in Kontakt. Zudem kann der Innenring mit der Lagerwelle in Kontakt sein. Insbesondere kann der Innenring drehfest an der Lagerwelle angebracht sein. In diesem Fall sind der Innenring und der Außenring vorteilhaft relativ zueinander drehbar.
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Prinzipiell können das Laufrad und die Laufrad-Welle separate Bestandteile der Lageranordnung sein, die auf beliebige Weise miteinander verbunden sind. Das heißt, dass das Laufrad und die Laufrad-Welle miteinander gefügt, beispielsweise verschweißt und/oder verklebt sein können.
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Bevorzugt sind Varianten, bei denen das Laufrad und die Laufrad-Welle einstückig ausgebildet sind, wodurch das Laufrad integral an der Welle ausgebildet ist. Eine derartige Ausbildung wird beispielsweise durch eine materialeinheitliche Ausgestaltung der Laufrad-Welle und des Laufrads erreicht. Dadurch können entsprechende Verbindungen zwischen dem Laufrad und der Laufrad-Welle entfallen, wodurch entsprechende Verfahrensschritte entfallen können. Zudem können bedingt durch derartige Verbindungen auftretende Nachteile beim Betrieb der Anordnung vermieden oder zumindest reduziert werden.
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Wie vorstehend erwähnt, ist die Laufrad-Welle zumindest bereichsweise, das heißt wenigstens im Hohl-Abschnitt, hohl ausgebildet. Bevorzugt sind hierbei Varianten, bei denen die Laufrad-Welle als eine Hohlwelle ausgebildet ist. Das heißt, dass die Laufrad-Welle gänzlich oder zumindest überwiegend hohl ausgebildet ist. Durch eine solche Ausbildung der Lagerwelle kommt es insbesondere zu einem reduzierten Gewicht der Lagerwelle. Zudem kann die Lagerung der Lagerwelle vereinfacht realisiert werden.
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Bei bevorzugten Ausführungsformen ist ein Rad-Abschnitt der Laufrad-Welle, in dem das Laufrad angeordnet ist, innerhalb eines solchen Hohl-Abschnitts der Laufrad-Welle angeordnet. Das heißt, dass das Laufrad in einem solchen Hohl-Abschnitt der Laufrad-Welle angeordnet ist. Hierbei ist die Lagerwelle zumindest bereichsweise im Hohl-Abschnitt angeordnet, so dass die Lagerwelle das Laufrad stirnseitig durchragt. Das heißt, dass die Laufrad-Welle auf der entsprechenden Seite axial offen ist.
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Weitere Varianten sehen vor, dass zumindest ein solches Radiallager auf seiner axial von der Laufrad-Welle abgewandten Lagerstirnseite an einer der Welle zugewandten Gehäusestirnseite, insbesondere einem Gehäusevorsprung, des Gehäuses anliegt. Vorteilhaft liegt ein bezüglich des Gehäuses drehfester Bestandteil des Radiallagers an der Gehäusestirnseite an. Hierdurch kann insbesondere eine Abdichtung der Lagereinrichtung gegenüber dem Fluid erreicht werden. Im Falle eines solchen Wälzlagers ist es dabei bevorzugt, wenn der drehfest an der Lagerwelle gehaltene Innenring axial an der Gehäusestirnseite anliegt.
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Zum Abdichten zumindest eines solchen Hohl-Abschnitts und/oder der Lagereinrichtung gegenüber dem Fluid kann alternativ oder zusätzlich eine Dichtung vorgesehen sein, die zwischen der Laufrad-Welle und dem Gehäuse angeordnet ist. Dabei ist es insbesondere vorstellbar, eine solche Dichtung axial zwischen einem solchen Radiallager und dem Gehäuse anzuordnen.
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Die Rotation des Laufrads bzw. der Laufrad-Welle kann prinzipiell zum Antreiben anderer Komponenten und/oder zur Erzeugung von Energie eingesetzt werden. Hierzu können entsprechende Mittel vorgesehen sein, die zumindest teilweise Bestandteil der Lageranordnung sein können.
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Insbesondere ist es vorstellbar, die Rotation des Laufrads zum Antreiben eines zugehörigen Kraftfahrzeugs einzusetzen. Dabei ist es vorstellbar, die Rotation des Laufrads bzw. die entsprechende Leistung auf einen Antriebsstrang des Fahrzeugs zu übertragen.
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Die Laufrad-Welle kann in einem Kupplungs-Abschnitt zumindest eine radial nach außen offene Aufnahme aufweisen, die der Aufnahme wenigstens eines Magneten dient. Ein solcher Magnet ist beispielsweise Bestandteil einer Magnetkupplung und wird nachfolgend als Laufrad-Magnet bezeichnet. Vorteilhaft ist der Kupplungs-Abschnitt radial von der Lagereinrichtung, insbesondere von dem zumindest einen Radiallager, beabstandet angeordnet.
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Die Magnetkupplung kann weitere, von dem zumindest einen an der Laufrad-Welle vorgesehenen Laufrad-Magneten beabstandete Magnete aufweisen, die mit den Laufrad-Magneten zusammenwirken und nachfolgend als Kupplungs-Magnete bezeichnet werden. Durch dieses Zusammenwirken kann insbesondere die Rotation des Laufrads bzw. der Laufrad-Welle genutzt werden, beispielsweise derart, dass das Laufrad bzw. die Laufrad-Welle Arbeit verrichten. Die Kupplungs-Magnete können ihrerseits mit einer anderen Welle drehfest verbunden sein, so dass die andere Welle, die nachfolgend als Kupplungswelle bezeichnet wird, von der Laufrad-Welle angetrieben wird. Die Kupplungswelle kann dabei beispielsweise genutzt werden, um zum Antrieb eines zugehörigen Kraftfahrzeugs beizutragen. Hierzu kann die Kupplungswelle mit einem Antriebsstrang des Kraftfahrzeugs antriebsverbunden sein.
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Vorstellbar ist es auch, den zumindest einen Laufrad-Magneten, beispielsweise zusammen mit zumindest einer Spule, zur Erzeugung von Elektrizität einzusetzen. Hierbei erfolgt im Betrieb bevorzugt eine relative Bewegung zwischen zumindest einem solchen Laufrad-Magneten und wenigstens einer solchen Spule, um beispielsweise einen elektrischen Strom zu induzieren.
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Vorstellbar ist es, den zumindest einen an der Laufrad-Welle angebrachten Laufrad-Magneten mit einer Haube zu umgeben. Dabei dient die Haube insbesondere dem Zweck einer fluidischen Trennung des fluid beaufschlagten Teils der Anordnung von der Umgebung und/oder unbeaufschlagten Teilen der Anordnung. Die Haube kann insbesondere eine fluidische Trennung zwischen dem Laufrad, der Laufrad-Welle und dem zumindest einen Laufrad-Magneten einerseits und den vom Laufrad abgewandten Bereich der Haube andererseits schaffen. Dadurch wird insbesondere verhindert, dass das Fluid in den von dem Laufrad abgewandten Bereich der Haube strömt oder diese Strömung zumindest reduziert. Die Haube kann ferner dem Schutz des zumindest einen Laufrad-Magneten dienen. Die Haube ist hierbei vorzugsweise mechanisch von der Laufrad-Welle entkoppelt und insbesondere drehfest im Gehäuse angeordnet.
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Bevorzugt sind dabei Varianten, bei denen die Haube magnetisch durchlässig ist, so dass der zumindest eine Laufrad-Magnet magnetisch mit anderen, außerhalb der Haube liegenden Bestandteilen, beispielsweise anderen Magneten, insbesondere zumindest einem solchen Kupplungs-Magneten, und/oder Spulen, zusammenwirken kann. Die erfindungsgemäße Lageranordnung kann in einer beliebigen Einrichtung zum Einsatz kommen. Vorstellbar ist insbesondere, die Anordnung in einem Kraftfahrzeug einzusetzen.
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Die Lageranordnung bzw. die Einrichtung können beispielsweise Bestandteil einer Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung sein. In einer solchen Vorrichtung kann das Laufrad in einem Rankine-Kreisprozess, insbesondere einem Organic-Rankine-Kreisprozess, eingebunden sein. Dabei wird das Laufrad bevorzugt vom Fluid des Kreisprozesses, angetrieben. Das Fluid ist beispielsweise ein Kältemittel, Ethanol, Wasser-Ammoniak und dergleichen. Das Fluid wird hierbei beispielsweise von der Abgaswärme, insbesondere einer Brennkraftmaschine, beispielsweise eines Kraftfahrzeugs, erwärmt und wird durch die Einrichtung expandiert. Hierbei kann die entsprechende Drehung des Laufrads anderweitig eingesetzt bzw. verwendet werden, das Laufrad insbesondere Arbeit verrichten. In diesem Fall ist die Lageranordnung also insbesondere Bestandteil einer Expansionseinrichtung.
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Eine solcher Einsatz bzw. eine solche Verwendung kann zur Erzeugung von Elektrizität erfolgen. Dabei können entsprechende Mittel zur Umwandlung der Rotation der Laufrad-Welle bzw. des Laufrads in Elektrizität vorgesehen sein.
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Auch ist es vorstellbar die Rotation des Laufrads zum Antreiben eines zugehörigen Kraftfahrzeugs einzusetzen. Insbesondere ist es vorstellbar, die durch die Expansionseinrichtung bereitgestellte Energie bzw. Leistung zum Antreiben des zugehörigen Kraftfahrzeugs einzusetzen. Hierzu kann die Leistung über entsprechende Mittel auf einen Antriebsstrang des Kraftfahrzeugs übertragen werden.
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Eine solcher Einsatz bzw. eine solche Verwendung kann insbesondere durch den zumindest einen Laufrad-magneten erfolgen. Vorstellbar ist es, dass der zumindest eine Laufrad-Magnet, beispielsweise zusammen mit wenigstens einer Spule, zur Erzeugung von Elektrizität eingesetzt wird. Die Laufrad-Magnete können ferner zusammen mit den Kupplungs-Magneten zum Antreiben des Kraftfahrzeugs eingesetzt werden. Hierbei kann die zugehörige Kupplungswelle mit einem Antriebsstrang des Kraftfahrzeugs antriebsverbunden sein, so dass die von der Laufrad-Welle bzw. dem Laufrad angetriebene Kupplungswelle zum Antrieb des Kraftfahrzeugs beiträgt.
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Die jeweilige Einrichtung kann derart ausgestaltet sein, dass ein Fluid zum Antreiben des Laufrads zum Laufrad geführt wird. Hierzu kann die Einrichtung beispielsweise einen entsprechenden Kanal aufweisen.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.
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Es zeigen, jeweils schematisch
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1 eine räumliche Ansicht einer Einrichtung mit einer Lageranordnung, teilweise im Schnitt,
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2 einen vergrößerten Abschnitt aus 1,
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3 eine stark vereinfachte, schaltplanartige Darstellung eines Kraftfahrzeugs mit der Anordnung.
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1 zeigt eine räumliche Ansicht einer Einrichtung 1 mit einer Lageranordnung 2, wobei die Einrichtung 1 teilweise im Schnitt dargestellt ist. 2 zeigt eine vergrößerte Darstellung des mit II bezeichneten Abschnitts in 1. Die Einrichtung 1 ist im gezeigten Beispiel als eine Expansionseinrichtung 3 einer Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung 31 ausgestaltet und kommt in einem Kraftfahrzeug 0 zum Einsatz. Innerhalb eines Gehäuses 4 ist ein Laufrad 5 mittels einer Laufrad-Welle 6 rotierbar bzw. drehbar gelagert. Hierbei sind die Laufrad-Welle 6 und das Laufrad 5 einstückig bzw. materialeinheitlich ausgebildet ist, derart dass das Laufrad 5 integral an der Laufrad-Welle 6 ausgebildet ist. Somit trägt die Laufrad-Welle 6 das Laufrad 5 drehfest. Dabei sind die Laufrad-Welle 6 und das Laufrad 5 bezüglich einer gemeinsamen Achse 8 koaxial angeordnet, um die sie rotierbar sind. Das Laufrad 5 ist im gezeigten Beispiel als ein Turbinenrad 7 ausgebildet und in einem Rankine-Kreisprozess 48, insbesondere einem Organic-Rankine-Kreisprozess, 48', der Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung 31 eingebunden, in dem ein Fluid zirkuliert. Das Fluid, das beispielsweise ein Kältemittel, Ethanol, Wasser-Ammoniak und dergleichen ist, wird vom Abgas einer Brennkraftmaschine 33 des Kraftfahrzeugs 0 erwärmt (siehe 3). Die Laufrad-Welle 6 ist als eine Hohlwelle 9 ausgebildet. Hierbei weist die Laufrad-Welle 6 in einem axial endseitigen ersten Hohl-Abschnitt 10 und einen axial an den ersten Hohl-Abschnitt 10 anschließenden zweiten Hohl-Abschnitt 11 auf. Axial stirnseitig des ersten Hohl-Abschnitts 10 ist ein Rad-Abschnitt 12 der Laufrad-Welle 6 angeordnet, in dem das Laufrad 5 angeordnet ist. Durch die hohle Ausbildung weist die Laufrad-Welle 6 einen Innendurchmesser 13 auf, wobei der Innendurchmesser 13’ im ersten Hohl-Abschnitt 10 größer ist als der Innendurchmesser 13’’ im zweiten Hohl-Abschnitt 11.
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Zur Lagerung der Laufrad-Welle 6 und des Laufrads 5 kommt eine Lagereinrichtung 14 zum Einsatz. Die Lagereinrichtung 14 weist eine drehfest bezüglich des Gehäuses 4 am Gehäuse befestigte Lagerwelle 15 auf, die koaxial zur Laufrad-Welle 6 angeordnet ist. Die Lagerwelle 15 erstreckt sich in den ersten Hohl-Abschnitt 10 der Laufrad-Welle 6, so dass die Lagerwelle 15 das Laufrad 5 stirnseitig durchragt. Die Lagerwelle 15 weist eine radial nach außen abstehende Erhebung 16 auf. An axial gegenüberliegenden Seiten der Erhebung 16 sind zwei Radiallager 17 der Lagereinrichtung 14 angeordnet, die an der Erhebung 16 axial anliegen. Dabei ist die Lagerwelle 15 mittels der Radiallager 17 an einer radial inneren Innenseite 18 der Laufrad-Welle 6 radial abgestützt. Eines der Radiallager 17 ist in einem axial endseitigen Bereich der Laufrad-Welle 6 bzw. des ersten Hohl-Abschnitts 10 angeordnet.
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Im gezeigten Beispiel ist das jeweilige Radiallager 17 als ein Wälzlager 19 ausgebildet, das einen radial inneren Innenring 20 sowie einen radial äußeren Außenring 21 aufweist. Dabei ist der jeweilige Innenring 20 drehfest an der Lagerwelle 15 angebracht, während der jeweilige Außenring 21 drehfest an der Innenseite 18 der Laufrad-Welle 6 angebracht ist. Der Innenring 20 und der Außenring 21 des jeweiligen Wälzlagers 19 sind relativ zueinander dreh- bzw. rotierbar. Hierzu ist zwischen dem jeweiligen Innenring 20 und dem zugehörigen Außenring 21 zumindest ein Rollkörper 22 angeordnet.
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Das radial stirnseitig in der Laufrad-Welle 6 angeordnete Wälzlager 19 liegt über eine von der Laufrad-Welle 6 abgewandte Lagerstirnseite 23 des Innenrings 20 an einer der Laufrad-Welle 6 zugewandten Gehäusestirnseite 24 eines Gehäusevorsprungs 35 des Gehäuses 4 an. Zudem ist eine Dichtung 25 zwischen dem Laufrad 5 und dem Gehäuse 4 angeordnet, um die Lagereinrichtung 14 fluidisch gegen das das Laufrad 5 antreibende Fluid abzudichten. Die Dichtung 25 ist in einer an der Stirnseite der Laufrad-Welle 6 angeordneten und radial nach innen offenen Nut 26 aufgenommen.
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Axial von der Lagereinrichtung 14 bzw. dem ersten Hohl-Abschnitt 10 beabstandet weist die Laufrad-Welle 6 einen Kupplungs-Abschnitt 27 auf, der im gezeigten Beispiel mit dem zweiten Hohl-Abschnitt 11 übereinstimmt. Im Kupplungs-Abschnitt 27 weist die Laufrad-Welle 6 mehrere radial nach außen offene Aufnahmen 28 auf, in denen jeweils ein Magnet 29, der nachfolgend als Laufrad-Magnet 29 bezeichnet wird, aufgenommen ist. Die Laufrad-Magnete 29 sind Bestandteil einer ansonsten nicht gezeigten Magnetkupplung 30. Die Magnetkupplung 30 ermöglicht es, die Drehung des Laufrads 5 anderweitig zu nutzen. Hierzu können die Laufrad-Magnete 29 beispielsweise mit wenigstens einer nicht gezeigten Spule der Magnetkupplung zusammenwirken, um Elektrizität zu erzeugen bzw. einen elektrischen Strom zu induzieren. Alternativ oder zusätzlich kann die Laufrad-Welle 6 mittels der Magnetkupplung 30 eine andere, hier nicht gezeigte Welle bzw. ein Kupplungswelle der Magnetkupplung 30 antreiben.
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Entsprechend den 1 und 2 werden die Laufrad-Magnete 29 der Magnetkupplung 30 von einer Haube 32 in der Umfangsrichtung umgeben, wobei die Haube 32 die Laufrad-Welle 6 auf der vom Laufrad 5 abgewandten Seite zusätzlich abdeckt. Die Haube 32 ist magnetisch durchlässig und weist eine hohe magnetische Permeabilität auf. Die Haube 32 dient insbesondere der fluidischen Trennung des Einrichtung 1 von anderen Bestandteilen, insbesondere von der Umgebung. Das heißt, dass die Haube 32 eine Strömung des Fluids außerhalb der Haube 32 verhindert oder zumindest reduziert.
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Das Laufrad 5 bzw. das Turbinenrad 7 wird im gezeigten Prozess wie folgt angeströmt: Das Fluid tritt unter hohem Druck und mit hoher Temperatur durch Außenbohrungen 50 des Gehäuses 4 ins Gehäuse 4 der Einrichtung 1 ein, wobei die Außenbohrungen 50 teil eines Kanals 34 zum Zuführen des Fluids zum Laufrad 5 sind. Die Außenbohrungen 50 sind in Umfangsrichtung verteilt angeordnet, wobei in den 1 und 2 lediglich eine solche Außenbohrung 50 sichtbar ist. Axial zwischen den Außenbohrungen 50 und dem Laufrad 5 ist eine Zwischenplatte 49 angeordnet, in der in Umfangsrichtung verteilt mehrere, hier nicht sichtbare Expansionsdüsen ausgebildet bzw. angeordnet sind. Das Fluid strömt durch die Expansionsdüsen in Richtung des Laufrads 5, wobei die Expansionsdüsen den hohen Druck im Fluid in eine hohe Strömungsgeschwindigkeit umwandeln und das Fluid somit zumindest teilweise expandieren. Anschließend gelangt das Fluid zum Laufrad 5 und treibt das Laufrad 5 somit an. Durch die Übertragung des Impulses des über das Laufrad 5 strömenden Fluides auf die Laufrad-Welle 6 wird die Laufrad-Welle 6 in Rotation versetzt und an der Laufrad-Welle 6 ein nutzbares Drehmoment erzeugt. Nach dem Passierendes Laufrades 5 strömt das Fluid in einen radial außenliegenden, in Umfangsrichtung verlaufenden Austrittskanal 36, die in einen Austrittsflansch 37 mündet, durch den das Fluid aus der Einrichtung 1 strömt, wobei sich der Austrittkanal 36 im Bereich des Austrittflanschs 37 im Querschnitt aufweitet.
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3 zeigt eine schaltplanartige Darstellung des Kraftfahrzeugs 0. Das Kraftfahrzeug 0 weist eine Frischluftanlage 38 zum Zuführen von Frischluft zur Brennkraftmaschine 33 sowie eine Abgasanlage 39 zum Abführen von Abgas von der Brennkraftmaschine 33 auf. Ein Abgasturbolader 40 ist mit einer Turbine 41 in der Abgasanlage 39 und mit einem Verdichter 42 in der Frischluftanlage 38 eingebunden, um die der Brennkraftmaschine 33 zuzuführende Frischluft aufzuladen.
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Das Kraftfahrzeug 0 weist ferner die Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung 31 auf, die nach dem Rankine-Kreisprozess 48, insbesondere nach dem Organic-Rankine-Prozess 48', arbeitet, durch den das Fluid zirkuliert. Dabei ist ein Verdampfer 43 des Rankine-Kreisprozesses 48 wärmeübertagend und fluidisch getrennt in der Abgasanlage 39 eingebunden. Dadurch wird das Fluid durch das heiße Abgas erwärmt und insbesondere verdampft. Stromauf des Verdampfers 43 weist der Rankine-Kreisprozess 48 eine Fördereinrichtung 44 zum Fördern des Fluid, insbesondere eine Pumpe 44', auf. Somit gelangt das Fluid stromab des Verdampfers 43 zur Einrichtung 1 bzw. Expansionseinrichtung 3. Durch die Expansionseinrichtung 3 erfolgt, wie vorstehend beschrieben, eine Expansion des Fluids, wobei ein nutzbares Drehmoment bzw. eine nutzbare Leistung der Laufrad-Welle 5 zur Verfügung steht. Das Fluid strömt anschließend zu einem Kondensator 45 des Rankine-Kreisprozesses 48, wo es gekühlt, insbesondere kondensiert, wird. Hierzu kann der Kondensator 45 von einem entsprechenden Kühlmittel durchströmt werden. Anschließend gelangt das Fluid zur Fördereinrichtung 44, die das Fluid durch den Rankine-Kreisprozess 48 zirkuliert.
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Das nutzbare Drehmoment bzw. die nutzbare Leistung der Laufrad-Welle 5 wird vorliegend auf einen Antriebsstrang 46 des Kraftfahrzugs 0 übertragen, der dem Antrieb des Kraftfahrzeugs 0 dient. Somit trägt die Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung 31 zum Antrieb des Kraftfahrzeugs 0 bei. Die Übertragung des Drehmoments bzw. der Leistung auf den Antriebsstrang 46 erfolgt über eine Übertragungseinrichtung 47, welche die Magnetkupplung 30 aufweisen oder als die Magnetkupplung 30 ausgebildet sein kann.
