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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektrischen Verdichter zum Verdichten eines Gases, insbesondere für ein Kraftfahrzeug und ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Verdichters.
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Stand der Technik
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Im Allgemeinen sind Verdichter im Automobilbereich insbesondere im Zusammenhang mit dem Wunsch einer Leistungs- und Effizienzsteigerung einer Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs zu nennen.
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Eine der wohl bekanntesten Ausführungsformen eines Verdichters stellt der Abgasturbolader dar. Der Abgasturbolader dient dazu in den Zylindern der Verbrennungskraftmaschine eine ausreichende Menge an Verbrennungsluft zu gewährleisten, indem er Umgebungsluft oder ein Umgebungsluft/Abgasgemisch verdichtet und die Zylinder somit mit Überdruck mit dieser Verbrennungsluft versorgt.
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In der Regel besteht der Abgasturbolader aus einer Abgasturbine und einem Verdichterrad, wobei die Abgasturbine und das Verdichterrad auf einer gemeinsamen Welle angeordnet sind. Die Abgasturbine wandelt die Wärme und die kinetische Energie des Abgases der Verbrennungskraftmaschine in Rotationsenergie um. Diese Rotationsenergie wird über die gemeinsame Welle auf das Verdichterrad übertragen. Über das Verdichterrad wird Umgebungsluft oder ein Gemisch aus Umgebungsluft und Abgas angesaugt und verdichtet. Daraus kann ein höherer Arbeitsdruck bei gleicher Temperatur im Zylinder der Verbrennungskraftmaschine erreicht werden.
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Solange seitens der Verbrennungskraftmaschine genügend Abgas anströmt und die Abgasturbine antreibt, reicht die Drehzahl aus um auf der Ansaugseite einen Überdruck zu bewirken. Beispielsweise beim Beschleunigen des Kraftfahrzeugs kann der Turbo jedoch (auch) bei höheren Drehzahlen verzögert reagieren – dieser Zustand ist gemeinhin als „Turboloch” bekannt.
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Es gibt vielerlei Ansätze um dem „Entstehen” eines Turbolochs entgegen zu wirken. Beispielsweise kann die Trägheit der Abgasturbine reduziert werden indem diese kleiner dimensioniert wird. Dadurch wird zwar der Wirkungsgrad des Turbos geringer, doch dafür kann die Abgasturbine bereits durch einen schwachen Abgasstrom angetrieben werden.
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Ein weiterer Ansatz stellt in diesem Zusammenhang beispielsweise der Einsatz eines (zusätzlichen) elektrisch angetriebenen Verdichters (elektrischer Verdichter) dar, der unabhängig vom Abgasstrom der Verbrennungskraftmaschine arbeitet.
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Im Vordergrund steht dabei stets den elektrischen Verdichter möglichst kompakt und kleinbauend elektrischen auszuführen.
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Die Veröffentlichung
WO 99/10654 beschreibt beispielsweise einen elektrisch angetriebenen Verdichter, wobei der Verdichter und der elektrische Antriebsmotor koaxial zueinander auf einer Welle angeordnet sind und in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht sind. Insbesondere steht dabei die Aufgabe im Vordergrund einen möglichst kleinbauenden Verdichter anzugeben.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Es ist zum einen Aufgabe der Erfindung einen alternativen elektrischen Verdichter der genannten Art anzugeben, der durch seine konstruktive Ausgestaltung platzsparend aufgebaut ist und zum anderen ein Verfahren zu Herstellung eines solchen elektrischen Verdichters anzugeben, das auf einfache Art und Weise und kostengünstig durchführbar ist.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt zum einen durch einen elektrischen Verdichter zum Verdichten eines Gases, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, umfassend ein Verdichterrad, einen Elektromotor, wobei vermittels des Elektromotors das Verdichterrad antreibbar ist, und eine Steuereinheit, wobei vermittels der Steuereinheit der Elektromotor steuerbar ist, wobei die Steuereinheit zumindest ein erstes Steckverbinderelement umfasst, wobei das erste Steckverbinderelement einteilig mit einem Verdichtergehäuse des elektrischen Verdichters ausbildet ist.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt zum anderen durch ein Verfahren zur Herstellung eines solchen elektrischen Verdichters, wobei das Steckverbinderelement und das Verdichtergehäuse vermittels eines Vergussverfahrens einteilig hergestellt werden.
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Der erfindungsgemäße elektrische Verdichter weist ein Verdichterrad, einen Elektromotor, eine Steuereinheit und ein Verdichtergehäuse auf.
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Das Verdichtergehäuse dient zumindest der Aufnahme des Verdichterrads, des Elektromotors und der Steuereinheit des erfindungsgemäßen elektrischen Verdichters.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung treibt der Elektromotor das Verdichterrad an.
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Der Elektromotor ist der Erfindung entsprechend der vorliegenden Erfindung über die Steuereinheit steuerbar.
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Die Steuereinheit umfasst erfindungsgemäß zumindest ein erstes Steckverbinderelement.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung ist das erste Steckverbinderelement einteilig mit dem Verdichtergehäuse des elektrischen Verdichters ausbildet.
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Durch die erfindungsgemäße Ausbildung des elektrischen Verdichters wird eine äußerst platzsparende und einfache Bauweise erreicht.
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Aufgrund der einteiligen Ausführung des ersten Steckverbinderelements und des Verdichtergehäuses müssen in dem Verdichtergehäuse keine zusätzlichen Bohrungen und/oder Durchführungen vorgesehen werden.
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Somit wird durch die einteilige Ausbildung des Steckverbinderelements und des Verdichtergehäuses eine bauteiloptimierte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen elektrischen Verdichters bewirkt.
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Erfindungsgemäß wird das Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Verdichters derart ausgeführt, dass das Steckverbinderelement und das erste Gehäuseteil vermittels eines Vergussverfahrens einteilig hergestellt werden.
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Die Herstellung des elektrischen Verdichters vermittels einem Vergussverfahren kann auf einfache Art und Weise und zudem kostengünstig realisiert werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst das Steckverbinderelement zumindest ein Kontaktteil und eine Einfassung.
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Unter dem Kontaktteil ist bevorzugt ein elektrisch leitendes, vorzugsweise metallisches, Kontaktteil zu verstehen.
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Das Kontaktteil kann jede Form aufweisen, ist jedoch in der Regel stiftförmig ausgeführt.
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Die Einfassung bildet im Wesentlichen eine Verkleidung für das Kontaktteil aus und umschließt das Kontaktteil teilweise, so dass das Kontaktteil zumindest teilweise nach außen weist, d. h. nicht vollständig von dem Verdichtergehäuse und/oder der Einfassung umgeben ist.
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Das Kontaktteil ist im Wesentlichen zentral innerhalb der Einfassung angeordnet ist.
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Zudem ist die Einfassung derart ausgebildet, dass sie eine erste Steckerkontur eines Steckers ausbildet.
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Das Steckverbinderelement ist somit als Teil eines elektrischen Steckers zu sehen.
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Das Verdichtergehäuse und die Einfassung bestehen bevorzugt aus einem elektrisch nicht leitenden Werkstoff.
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Bevorzugt sind das Verdichtergehäuse und die Einfassung aus einem Kunststoff hergestellt. Ein Vorteil liegt dabei im niedrigen spezifischen Gewicht des Kunststoffs.
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Des Weiteren vorteilhaft ist die Herstellung des Verdichtergehäuses und der Einfassung aus einem Verbundwerkstoff – einem Kunststoff mit in der Regel anorganischen Füllstoffen vermittels derer die Eigenschaften des (Grund-)Kunststoffs in eine gewünschte Richtung beeinflusst werden. Zum Beispiel kann die thermische Leitfähigkeit des (Grund-)Kunststoffs positiv beeinflusst werden.
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Die Verwendung eines keramischen Werkstoffs ist ebenso denkbar.
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Die Ausführung der Einfassung des ersten Steckverbinderelements und des Verdichtergehäuses aus einem elektrisch nicht leitenden Material bewirkt eine Isolation zwischen elektrisch leitenden Bauteilen und führt somit zu einem sicheren und robusten Aufbau des erfindungsgemäßen elektrischen Verdichters.
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In einer vorteilhaften Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung umfasst das Verdichtergehäuse zumindest einen erstes Gehäuseteil und ein zweites Gehäuseteil.
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Das erste Gehäuseteil besteht vorzugsweise aus einem elektrisch nicht leitenden Werkstoff, wie beispielsweise einem Kunststoff, einem geeigneten Verbundwerkstoff oder einem keramischen Werkstoff.
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Das zweite Gehäuseteil besteht vorzugsweise aus einem elektrisch nicht leitenden Werkstoff, wie beispielsweise einem Kunststoff, einem geeigneten Verbundwerkstoff oder einem keramischen Werkstoff oder aus einem elektrisch leitenden Werkstoff, zum Beispiel einem metallischen Werkstoff, wie beispielsweise Aluminium.
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Vermittels der mehrteiligen Ausbildung des Verdichtergehäuses ist es möglich je nach Bedarf und mechanischer Belastung, das erste Gehäuseteil und das zweite Gehäuseteil aus unterschiedlichen oder auch gleichen Werkstoffen herzustellen.
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Zudem ist durch den mehrteiligen Aufbau des Verdichtergehäuses auf einfache Art und Weise ein modulartiger Aufbau des erfindungsgemäßen elektrischen Verdichters realisierbar, wodurch sich oftmals Vorteile in der Herstellung ergeben. Das Vergussverfahren wird bevorzugt als Spritzgussverfahren, Druckgussverfahren oder Feingussverfahren von Metallen ausgeführt.
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In einer vorteilhaften Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung ist das Steckverbinderelement einteilig mit dem ersten Gehäuseteil des Verdichtergehäuses ausgebildet.
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In dem ersten Gehäuseteil des Verdichtergehäuses ist bevorzugt zumindest teilweise der Elektromotor angeordnet.
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Besonders bevorzugt werden das Steckverbinderelement, und das Verdichtergehäuse vermittels eines Spritzgussverfahrens oder eines Druckgussverfahrens einteilig hergestellt.
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Eine derartige einteilige Herstellung des Steckverbinderelements und des Verdichtergehäuses ist einfach realisierbar und in Bezug auf anfallende Produktionskosten optimiert durchführbar.
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In einer vorteilhaften Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines erfindungsgemäßen elektrischen Verdichters wird das Kontaktteil des Steckverbinderelements in eine Vergussform eingelegt und daraufhin das das Verdichtergehäuse ausbildende Material, sprich die Vergussmasse, in die Vergussform eingebracht, wobei das Kontaktteil teilweise von der Vergussmasse umschlossen wird und aufgrund der Ausformung der Vergussform bei Aushärtung der Vergussmasse die Einfassung ausgebildet wird.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft unter Bezugnahme auf das in den Zeichnungen beschriebene Ausführungsbeispiel erläutert.
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1 zeigt einen Längsschnitt eines beispielhaften elektrischen Verdichters.
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2 zeigt eine perspektivische Teilansicht eines beispielhaften elektrischen Verdichters.
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3 zeigt eine perspektivische Ansicht eines beispielhaften elektrischen Verdichters.
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Detaillierte Beschreibung der Erfindung
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1 zeigt eine Darstellung eines beispielhaften erfindungsgemäßen elektrischen Verdichters 1 in einem Längsschnitt.
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Der beispielhafte elektrische Verdichter 1 weist ein Verdichterrad 2, einen Elektromotor 3, eine Steuereinheit 4 und ein Verdichtergehäuse 6 auf.
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Das Verdichtergehäuse 6 umfasst ein erstes Gehäuseteil 7, und zwei zweite Gehäuseteile 8, wobei die beiden zweiten Gehäuseteile 8 ein Verdichterradgehäuse 9 ausbilden.
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In 1 ist das erste Gehäuseteil 7 des Verdichtergehäuses 6 nicht dargestellt, jedoch wird in 2 und 3 das erste Gehäuseteil 7 des Verdichtergehäuses 6 gezeigt.
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Das erste Gehäuseteil 7 des Verdichtergehäuses umschließt die Steuereinheit 4 und den Elektromotor 3 des elektrischen Verdichters 1 (2).
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Das Verdichterradgehäuse 9, bestehend aus zwei zweiten Gehäuseteilen 8 des Verdichtergehäuses 6, umschließt das Verdichterrad 2 des elektrischen Verdichters gasdicht.
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Das Verdichterrad 2 und der Elektromotor 3 sind koaxial auf einer gemeinsamen Welle 12 angeordnet.
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Die Welle 12 erstreckt sich entlang einer zentralen Drehachse 13 des Elektromotors 3.
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Um einen gasdichten Verschluss des Verdichterradgehäuses 9 zu gewährleisten ist das Verdichterradgehäuse 9 auf der dem Elektromotor 3 zugewandten Seite vermittels einer gasgeschmierten Gleitringdichtung 20 abgedichtet.
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Der Elektromotor 3 dient dem Antrieb des Verdichterrads 2.
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Der Elektromotor 3 weist einen Rotor 14 mit Permanentmagneten 17 und einen Stator 15 mit zumindest einer Statorwicklung 16 auf und ist als Innenläufer-Elektromotor konzipiert, sprich der Stator 15 und der Rotor 14 sind im Wesentlichen ringförmig ausgebildet und koaxial angeordnet, wobei der Stator 15 den Rotor 14 umgibt.
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Der Rotor 14 des Elektromotors 3 ist einteilig mit der Welle 12 ausgebildet.
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Das Verdichterrad 2 ist drehfest auf der Welle 12 angeordnet.
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Über die gemeinsame Welle 12 wird die vom Elektromotor 3 generierte Rotationsenergie auf das Verdichterrad 2 übertragen.
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Der Elektromotor 3 ist über die Steuereinheit 4 steuerbar.
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Die Steuereinheit 4 ist in Bezug auf die zentrale Drehachse 13 koaxial zu dem Elektromotor 3 angeordnet.
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Der Elektromotor 3 ist im Wesentlichen im Bereich zwischen dem Verdichterrad 2 und der Steuereinheit 4 angeordnet.
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Die Steuereinheit 4 stellt die Leistungs- und Signalelektronik für den Elektromotor 3 dar und umfasst bevorzugt eine Leiterplatte 26 auf der unterschiedliche elektronische Baueinheiten, wie beispielsweise Kondensatoren, Halbleiterchips etc., anordenbar sind.
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In 2 ist ersichtlich, dass die Steuereinheit 4 zwei Steckverbinderelemente 5 – ein erstes Steckverbinderelement 18 und ein zweites Steckverbinderelement 19 – aufweist.
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Ebenso ist in 2 das erste Gehäuseteil 7 des Verdichtergehäuses 6 sowie die einteilige Ausführung des ersten Steckverbinderelements 18 und des zweiten Steckverbinderelements 19 mit dem ersten Gehäuseteil 7 des Verdichtergehäuses 6 ersichtlich.
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Das erste Steckverbinderelement 18 weist zwei Kontaktteile 10 auf; das zweite Steckverbinderelement 19 weist vier Kontaktteile 10 auf.
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Die Kontaktteile 10 sind über beispielsweise eine Lötverbindung mit der Leiterplatte 26 der Steuereinheit 4 elektrisch verbunden.
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Die Einfassung 11 und das erste Gehäuseteil 7 des Verdichtergehäuses 6 sind aus einem elektrisch nicht leitenden Werkstoff, beispielsweise Kunststoff, einteilig hergestellt.
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Vermittels der elektrisch nicht leitend ausgeführten Einfassung 11, die die Kontaktteile 10 umgibt, werden die elektrisch leitenden Kontaktteile gegeneinander und gegenüber anderen elektrisch leitenden Bauteilen elektrisch isoliert.
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Die jeweilige Einfassung 11 des ersten Steckverbinderelements 18 und des zweiten Steckverbinderelements 19 stellt jeweils eine erste Steckerkontur eines elektrischen Steckers 21 dar und umschließt die jeweiligen Kontaktteile 10 des ersten Steckverbinderelements 18 und des zweiten Steckverbinderelements 19 teilweise.
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Das erste Gehäuseteil 7 des Verdichtergehäuses weist, wie in 2 dargestellt, mehrere Kühlkanäle 22 und eine zentrale Lagerstelle 23 für die Welle 12 auf, die einteilig mit dem ersten Gehäuseteil 7 des Verdichtergehäuses 6 ausgebildet sind.
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In 3 ist eine perspektivische Ansicht eines beispielhaften erfindungsgemäßen elektrischen Verdichters 1 dargestellt.
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Das Verdichterradgehäuse 9 weist einen Gas-Eingang 23 und einen Gas-Ausgangs 24 auf.
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In einem Betrieb des elektrischen Verdichters 1 wird vermittels des Verdichterrads 2 über den Gas-Eingang 23 Gas in das Verdichterradgehäuse 9 gesaugt.
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Das Gas ist in diesem Zusammenhang bevorzugt als Umgebungsluft oder ein Umgebungsluft/Abgasgemisch zu sehen.
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Innerhalb des Verdichterradgehäuses 9 wird das Gas vermittels des Verdichterrads 2 verdichtet und über den Gas-Ausgang 24 wiederum aus dem Verdichterradgehäuse 9 abgeführt.
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Das erste Steckverbinderelement 18 und das zweite Steckverbinderelement 19 sind in 3 nur bedingt ersichtlich, da sowohl auf dem ersten Steckverbinderelement 18, wie auf dem zweiten Steckverbinderelement 19 jeweils ein mit der jeweiligen Steckerkontur korrespondierendes Gegenstück aufgesteckt ist und so jeweils ein elektrischer Stecker 21 ausgebildet ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Elektrischer Verdichter
- 2
- Verdichterrad
- 3
- Elektromotor
- 4
- Steuereinheit
- 5
- Steckverbinderelement
- 6
- Verdichtergehäuse
- 7
- Erstes Gehäuseteil
- 8
- Zweites Gehäuseteil
- 9
- Verdichterradgehäuse
- 10
- Kontaktteil
- 11
- Einfassung
- 12
- Welle
- 13
- Drehachse
- 14
- Rotor
- 15
- Stator
- 16
- Statorwicklung
- 17
- Permanentmagnet
- 18
- Erstes Steckverbinderelement
- 19
- Zweites Steckverbinderelement
- 20
- Gleitringdichtung
- 21
- Stecker
- 22
- Kühlkanal
- 23
- Lagerstelle
- 24
- Gas-Eingang
- 25
- Gas-Ausgang
- 26
- Leiterplatte
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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