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Die Erfindung betrifft ein Luftlager, insbesondere für eine Lagereinheit eines Kompressors, das einen Außenring, welcher eine zentrale Öffnung zur Aufnahme einer Welle umgibt, eine in der Öffnung angeordnete Federfolie, welche elastisch verformbar ist, und eine in der Öffnung angeordnete Oberfolie umfasst, wobei die Federfolie zwischen dem Außenring und der Oberfolie angeordnet ist. Die Erfindung betrifft auch eine Lagereinheit, welche ein erfindungsgemäßes Luftlager sowie eine Welle, welche in der Öffnung des Luftlagers drehbar gelagert ist, umfasst, sowie einen Kompressor, insbesondere für ein Brennstoffzellensystem, welcher eine erfindungsgemäße Lagereinheit umfasst.
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Stand der Technik
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Eine Brennstoffzelle ist eine galvanische Zelle, welche die chemische Reaktionsenergie eines kontinuierlich zugeführten Brennstoffes und eines Oxidationsmittels in elektrische Energie wandelt und dabei eine Spannung bereitstellt. Eine Brennstoffzelle ist also ein elektrochemischer Energiewandler. Bei bekannten Brennstoffzellen werden insbesondere Wasserstoff (H2) und Sauerstoff (O2) in Wasser (H2O), elektrische Energie und Wärme gewandelt. Zur Erhöhung der Spannung können mehrere Brennstoffzellen zu einer Brennstoffzelleneinheit zusammengefasst und elektrisch in Reihe geschaltet werden.
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Ein Brennstoffzellensystem umfasst eine Brennstoffzelleneinheit, welche mehrere Brennstoffzellen aufweist, mit einer Anode und einer Kathode. Wasserstoff als Brennstoff wird in einem Druckgasspeicher gespeichert und der Anode zugeführt. Luft, welche Sauerstoff als Oxidationsmittel enthält, wird der Kathode vorzugsweise durch einen elektrisch angetriebenen Kompressor oder Verdichter zugeführt.
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Ein gattungsgemäßer Kompressor umfasst dabei eine Lagereinheit, welche insbesondere ein Luftlager sowie eine in dem Luftlager drehbar gelagerte Welle aufweist. Die Welle rotiert im Betrieb des Kompressors mit einer verhältnismäßig hohen Drehzahl von beispielsweise 20.000 Umdrehungen pro Minute.
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Aus der
EP 2 600 007 A2 ist eine Kraftfahrzeugsystemeinrichtung bekannt, welche ein Brennstoffzellenaggregat und einen Verdichter aufweist. Der Verdichter, welcher Luft zu dem Brennstoffzellenaggregat fördert, umfasst ein Luftlager, welches bei geringen Drehzahlen als aerostatisches Lager und bei hohen Drehzahlen als aerodynamisches Lager betrieben wird.
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In der
US 5,915,841 A ist ein Fluidfilm-Radiallager offenbart. Das Fluidfilm-Radiallager umfasst eine Hülse mit einer inneren Bohrung, in welcher eine Welle rotiert. Das Lager umfasst ferner mehrere nachgiebige Folien und Folienstützfedern, welche in der inneren Bohrung angeordnet sind und die rotierende Welle umgeben.
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Aus der
US 5,427,455 A ist ein Radiallager bekannt, welches eine Einsatzbuchse mit einer Öffnung umfasst, in welcher ein Rotor rotiert. Das Radiallager weist ein Federfolienglied und eine Fluidfolienglied auf, welche innerhalb der Öffnung angeordnet sind. Die Öffnung in der Einsatzbuchse besitzt dabei eine nicht kreisförmige innere Kontur.
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Offenbarung der Erfindung
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Es wird ein Luftlager, insbesondere für eine Lagereinheit eines Kompressors, vorgeschlagen. Das Luftlager umfasst einen Außenring, welcher eine zentrale Öffnung zur Aufnahme einer Welle umgibt. Im Betrieb des Kompressors rotiert die Welle in der Öffnung des Luftlagers relativ zu dem Außenring mit einer verhältnismäßig hohen Drehzahl von beispielsweise zwischen 20.000 und 120.000 Umdrehungen pro Minute.
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Das Luftlager umfasst ferner eine in der Öffnung angeordnete Federfolie, welche elastisch verformbar ist. Auch umfasst das Luftlager eine in der Öffnung angeordnete Oberfolie. Dabei ist die Federfolie zwischen dem Außenring und der Oberfolie angeordnet. Im Betrieb des Kompressors befindet sich ein Tragluftspalt zwischen der Oberfolie und der in der Öffnung rotierenden Welle. Der Außenring, die Federfolie und die Oberfolie sind also koaxial zueinander angeordnet.
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Erfindungsgemäß weist die Federfolie einen einstückig ausgebildeten Grundkörper auf. Der Grundkörper der Federfolie ist dabei annähernd hohlzylindrisch, aber nicht zwingend rotationssymmetrisch ausgebildet. Eine Wandstärke des Grundkörpers der Federfolie ist dabei verhältnismäßig klein im Vergleich zu einem Durchmesser der Öffnung.
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Die Federfolie weist erste Materialbereiche mit einer ersten Federsteifigkeit auf. Die Federfolie weist auch zweite Materialbereiche mit einer zweiten Federsteifigkeit auf. Dabei ist jeder der ersten Materialbereiche in Umfangsrichtung der Öffnung versetzt zu jedem der zweiten Materialbereiche angeordnet.
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Die erste Federsteifigkeit der ersten Materialbereiche ist höher als die zweite Federsteifigkeit der zweiten Materialbereiche. Die Federsteifigkeit ist in diesem Zusammenhang ein Verhältnis von einer Federkraft, mit welcher der Grundkörper der Federfolie insbesondere auf den Außenring zu bewegt wird, zu einer Auslenkung, welche der Grundkörper der Federfolie dabei erfährt.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Öffnung in dem Außenring kreiszylindrisch und rotationssymmetrisch zu einer Mittelachse ausgestaltet. Die Federsteifigkeit ist dann insbesondere das Verhältnis von einer Federkraft, mit welcher der Grundkörper der Federfolie in radialer Richtung von der Mittelachse weg bewegt wird, zu einer Auslenkung in radialer Richtung, welche der Grundkörper der Federfolie dabei erfährt.
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Der Grundkörper der Federfolie ist, wie bereits erwähnt, nicht zwingend rotationssymmetrisch. Insbesondere kann der Grundkörper der Federfolie in Umfangsrichtung der Öffnung Bereiche aufweisen, welche vorteilhafterweise unterschiedliche Abstände von der Mittelachse der Öffnung aufweisen. Auch umfasst der Grundkörper der Federfolie nicht mehrere Teilstücke, welche sich jeweils nur über einen Winkelbereich des Umfangs der Öffnung erstrecken. Der Grundkörper der Federfolie kann aber mehrere annähernd hohlzylindrische Teilstücke aufweisen, welche in Axialrichtung zueinander versetzt in der Öffnung angeordnet sind.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind in Umfangsrichtung der Öffnung Lagerbereiche und Belüftungsbereiche vorgesehen. Dabei ist ein Abstand des Grundkörpers der Federfolie zu der Mittelachse der Öffnung in den Lagerbereichen geringer ist als in den Belüftungsbereichen. Die Belüftungsbereiche dienen insbesondere dazu, das Luftlager im Betrieb mit erforderlicher Luft zu versorgen. Besonders bevorzugt weist das Luftlager je drei Lagerbereiche und Belüftungsbereiche auf.
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Die besagten ersten Materialbereiche mit der höheren ersten Federsteifigkeit sind dabei vorteilhafterweise in den Lagerbereichen angeordnet. Die besagten zweiten Materialbereiche mit der geringeren zweiten Federsteifigkeit sind in den Belüftungsbereichen angeordnet.
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Gemäß einer möglichen Ausgestaltung der Erfindung ist in den ersten Materialbereichen jeweils eine Materialschicht an dem Grundkörper angebracht. Die Materialschicht kann dabei aus dem gleichen oder einem anderen Material als der Grundkörper sein. Bevorzugt wird die Materialschicht durch Plattieren auf dem Grundkörper angebracht. Durch die Materialschicht ist die Federfolie in den ersten Materialbereichen steifer, insbesondere biegesteifer, ausgeführt als in den zweiten Materialbereichen. Bei der Montage der Federfolie in dem Außenring stellt sich dadurch eine beabsichtigte leicht unrunde Kontur der Federfolie ein, so dass über den Umfang eben die Lagerbereiche und die Belüftungsbereiche ausgebildet werden. Je nach Steifigkeit der Materialschichten können die Lagerbereiche und die Belüftungsbereiche weniger oder stärker ausgeprägt sein.
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In vorteilhaften Weiterbildungen sind die Materialschichten in einer radialen Richtung nach außen weisend an dem Grundkörper angebracht. Die Materialschichten sind in dieser Ausführung zwischen Grundkörper und Außenring angeordnet, so dass sie das Zusammenwirken von Federfolie und Oberfolie nicht negativ beeinflussen.
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In alternativen Ausführungen sind die Materialschichten in radialer Richtung beidseitig des Grundkörpers angeordnet. Dadurch kann die Federfolie in den ersten Materialbereichen besonders steif ausgelegt werden.
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Vorzugsweise ist die Oberfolie innerhalb der Öffnung in radialer Richtung verschiebbar. Bei einer Auslenkung der in der Öffnung rotierenden Welle wird somit die Oberfolie nur unwesentlich verformt, aber in radiale Richtung verschoben. Daraufhin wird die Federfolie elastisch verformt. Wie bereits erwähnt, sind vorteilhaft in Umfangsrichtung der Öffnung Lagerbereiche und Belüftungsbereiche vorgesehen. Dabei ist ein Abstand der Oberfolie zu der Mittelachse der Öffnung in den Lagerbereichen geringer als in den Belüftungsbereichen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind an dem Grundkörper der Federfolie elastisch verformbare Federelemente angebracht. Die elastisch verformbaren Federelemente ragen dabei von dem Grundkörper der Federfolie weg und liegen an dem Außenring an. Die Federelemente sind dabei vorzugsweise so gewählt, dass die Steifigkeit des Luftlagers im Betrieb geringer ist als die Steifigkeit des Tragluftspalts zwischen Welle und Oberfolie.
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Vorzugsweise sind die besagten Federelemente einstückig mit dem Grundkörper ausgebildet. Die Federelemente können beispielsweise durch Umbiegen und/oder Ausstanzen von Material des Grundkörpers der Federfolie, beispielsweise um 45° bis 75°, erzeugt werden. Die Federelemente können aber auch tangential von dem Grundkörper der Federfolie abstehen.
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In vorteilhaften Weiterbildungen weisen die ersten Materialbereiche erste Federelemente und die zweiten Materialbereiche zweite Federelemente auf. Die ersten Federelemente weisen eine höhere Steifigkeit auf als die zweiten Federelemente. Die eingesetzten Federelemente sind also nicht mehr wirkungsgleich, sondern haben unterschiedliche Steifigkeiten. Die ersten Materialbereiche sind aufgrund der unterschiedlichen Federelemente steifer ausgeführt als die zweiten Materialbereiche. Dieser Effekt verstärkt also in kombinierten Ausführungen noch die durch die Materialschichten hervorgerufene inhomogene Steifigkeitsverteilung über den Umfang der Federfolie. Idealerweise ist es dabei so, dass die Materialschichten mehr für die unrunde Kontur der Federfolie verantwortlich zeichnen und die unterschiedlichen Federelemente für die inhomogene Steifigkeit der Federfolie im Betrieb des Luftlagers.
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Es wird auch eine Lagereinheit, insbesondere für einen Kompressor, vorgeschlagen. Die Lagereinheit umfasst dabei ein erfindungsgemäßes Luftlager wie vorangehend beschrieben sowie eine Welle, welche in der Öffnung des Luftlagers drehbar gelagert ist.
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Es wird auch ein Kompressor, insbesondere für ein Brennstoffzellensystem, vorgeschlagen. Der Kompressor umfasst dabei eine erfindungsgemäße Lagereinheit.
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Vorteile der Erfindung
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Die Erfindung ermöglicht bei einem Luftlager eine optimale Verteilung der Steifigkeit der Federfolie entlang des Umfangs der Öffnung, in welcher die Welle rotiert. Dadurch kann die Welle, selbst bei Drehzahlen von über 100.000 pro Minute, vorteilhaft stabil und robust geführt sowie gelagert werden. Die besagte optimale Verteilung der Steifigkeit der Federfolie kann mittels der Erfindung verhältnismäßig einfach und kostengünstig erreicht werden, beispielsweise durch Plattieren der entsprechenden Materialbereiche mit den Materialschichten. Dadurch kann die Steifigkeit der Federfolie in jedem Materialbereich gezielt beeinflusst werden. Zusätzlich kann dieser Effekt durch den Einsatz unterschiedlich steifer Federelemente verstärkt werden. Die Erfindung ermöglicht auch vorteilhaft die Herstellung eine Lagereinheit, welche ein erfindungsgemäßes Luftlager sowie eine darin rotierende Welle umfasst, sowie die Herstellung eines Kompressors, insbesondere für ein Brennstoffzellensystem, welcher eine erfindungsgemäße Lagereinheit umfasst. Die Welle kann dabei mit verhältnismäßig hoher Drehzahl zumindest annähernd verschleißfrei in dem erfindungsgemäßen Luftlager rotieren.
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Figurenliste
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Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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Es zeigen:
- 1 eine Schnittdarstellung einer Lagereinheit, wobei nur die wesentlichen Bereiche dargestellt sind;
- 2 einen Ausschnitt einer abgewickelten Federfolie, wobei nur die wesentlichen Bereiche dargestellt sind;
- 3 einen Ausschnitt einer abgewickelten Federfolie in einer Seitenansicht, wobei nur die wesentlichen Bereiche dargestellt sind;
- 4 eine schematische Darstellung eines Brennstoffzellensystems, wobei nur die wesentlichen Bereiche dargestellt sind.
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Ausführungsformen der Erfindung
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In der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsformen der Erfindung werden gleiche oder ähnliche Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente in Einzelfällen verzichtet wird. Die Figuren stellen den Gegenstand der Erfindung nur schematisch dar.
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1 zeigt eine Schnittdarstellung einer Lagereinheit 30, welche ein Luftlager 32 und eine relativ zu dem Luftlager 32 drehbare Welle 13 umfasst. Die Welle 13 ist dabei vorliegend kreiszylindrisch ausgestaltet. Die Lagereinheit 30 dient beispielsweise zum Einsatz in einem Kompressor 28 für ein Brennstoffzellensystem 70.
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Das Luftlager 32 umfasst einen Außenring 10, welcher eine zentrale Öffnung 22 umgibt. Die Öffnung 22 dient zur Aufnahme der Welle 13. Die Öffnung 22 ist vorliegend kreiszylindrisch ausgestaltet und rotationssymmetrisch zu einer Mittelachse M. Die Öffnung 22 kann auch einen Querschnitt aufweisen, welcher von einer Kreisform abweicht. In der hier gezeigten Darstellung verläuft die Schnittebene rechtwinklig zu der Mittelachse M.
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Eine Richtung entlang der Mittelachse M wird als Axialrichtung bezeichnet. Eine Richtung, welche rechtwinklig auf der Mittelachse M steht und von der Mittelachse M auf den Außenring 10 zuläuft, wird als radiale Richtung R bezeichnet. Eine Richtung, welche um die Mittelachse M der Öffnung 22 umläuft, wird als Umfangsrichtung U bezeichnet. Die Axialrichtung, die radiale Richtung R und die Umfangsrichtung U bilden ein Zylinderkoordinatensystem.
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In Umfangsrichtung U der Öffnung 22 sind abwechselnd Lagerbereiche 15 und Belüftungsbereiche 16 vorgesehen. Die Belüftungsbereiche 16 dienen dazu, das Luftlager 32 im Betrieb mit erforderlicher Luft zu versorgen. Vorliegend sind drei Lagerbereiche 15 vorgesehen, welche um 120° versetzt zueinander angeordnet sind. Vorliegend sind auch drei Belüftungsbereiche 16 vorgesehen, welche um 120° versetzt zueinander angeordnet sind. Die Lagerbereiche 15 sind zu den jeweils benachbarten Belüftungsbereichen 16 jeweils um etwa 60° versetzt angeordnet.
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Das Luftlager 32 der Lagereinheit 30 umfasst eine Federfolie 11, welche elastisch verformbar ist, und eine Oberfolie 12, welche innerhalb der Öffnung 22 in radialer Richtung R verschiebbar ist. Die Federfolie 11 und die Oberfolie 12 sind dabei innerhalb der Öffnung 22 zwischen der Welle 13 und dem Außenring 10 angeordnet. Die Federfolie 11 ist zwischen dem Außenring 10 und der Oberfolie 12 angeordnet. Die Welle 13 ist also koaxial von der Oberfolie 12, der Federfolie 11 und dem Außenring 10 umgeben.
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In den Belüftungsbereichen 16 sind die Federfolie 11 und die Oberfolie 12 dabei weiter von der Mittelachse M beabstandet als in den Lagerbereichen 15. Im Betrieb der Lagereinheit 30 ist die rotierende Welle 13 von einem Tragluftspalt 18 umgeben. In den Belüftungsbereichen 16 ist der Tragluftspalt 18 breiter als in den Lagerbereichen 15. Der Tragluftspalt 18 befindet sich zwischen der rotierenden Welle 13 und der ruhenden Oberfolie 12. Ein Abstand der Oberfolie 12 zu der Mittelachse M der Öffnung 22 ist in den Lagerbereichen 15 geringer als in den Belüftungsbereichen 16.
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Die Federfolie 11 weist einen hohlzylindrischen Grundkörper 34 auf, welcher vorliegend nicht rotationssymmetrisch ausgebildet ist bzw. sich durch die Montage in der Öffnung 22 des Außenrings 10 aufgrund der über den Umfang U ungleichmäßigen Steifigkeit, welche sich durch an dem Grundkörper 34 aufgebrachte Materialschichten 40 ergibt, nicht rotationssymmetrisch einstellt; dieser erfindungsgemäße Effekt wird später noch genauer beschrieben. Der Grundkörper 34 der Federfolie 11 ist in Umfangsrichtung U der Öffnung 22 umlaufend einstückig ausgebildet. Ein Abstand des Grundkörpers 34 zu der Mittelachse M ist in den Lagerbereichen 15 geringer als in den Belüftungsbereichen 16.
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Die Federfolie 11 weist erste Materialbereiche 81 mit einer ersten Federsteifigkeit und zweite Materialbereiche 82 mit einer zweiten Federsteifigkeit auf. Die ersten Materialbereiche 81 sind dabei in den Lagerbereichen 15 angeordnet, und die zweiten Materialbereiche 82 sind in den Belüftungsbereichen 16 angeordnet. Vorliegend sind somit drei erste Materialbereiche 81 vorgesehen, welche in Umfangsrichtung U der Öffnung 22 um 120° versetzt zueinander angeordnet sind. Auch sind drei zweite Materialbereiche 82 vorgesehen, welche ebenfalls in Umfangsrichtung U der Öffnung 22 um 120° versetzt zueinander angeordnet sind. Die ersten Materialbereiche 81 sind zu den jeweils benachbarten zweiten Materialbereiche 82 jeweils um etwa 60° versetzt angeordnet.
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Die ersten Materialbereiche 81 weisen zusätzlich jeweils eine Materialschicht 40 auf, welche dafür sorgt, dass die erste Federsteifigkeit höher als die zweite Federsteifigkeit ist, oder diesen Effekt noch verstärkt. Dazu werden bei Bedarf noch weitere Merkmale hinzugefügt, wie im Folgenden noch beschrieben wird.
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Durch die Materialschichten 40 wird die unrunde Kontur der Federfolie 11 bei der Montage erzeugt bzw. ein entsprechender Effekt unterstützt; so werden also die Lagerbereiche 15 und die Belüftungsbereiche 16 ausgebildet.
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Die erste Federsteifigkeit der ersten Materialbereiche 81 ist höher ist als die zweite Federsteifigkeit der zweiten Materialbereiche 82, zum einen durch die Materialschichten 40, zum anderen optional ergänzend noch durch Ausführungen wie später anhand der 2 erklärt wird. Im Betrieb der Lagereinheit 30 weist der Tragluftspalt 18, der die rotierende Welle 13 umgibt, eine Luftsteifigkeit auf. Die Luftsteifigkeit des Tragluftspalts 18 ist von einer Drehzahl der Welle 13 abhängig. Bei einer Nenndrehzahl der Welle 13, welche beispielsweise in einem Bereich zwischen 20.000 U/min und 120.000 U/min liegt, ist die Luftsteifigkeit des Tragluftspalts 18 größer als die erste Federsteifigkeit der ersten Materialbereiche 81 und größer als die zweite Federsteifigkeit der zweiten Materialbereiche 82.
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An dem Grundkörper 34 der Federfolie 11 sind vorliegend auch elastisch verformbare Federelemente 14 angebracht. Die Federelemente 14 ragen von dem Grundkörper 34 weg und liegen an dem Außenring 10 an. Die Federelemente 14 sind vorliegend einstückig mit dem Grundkörper 34 ausgebildet. Die besagten Federelemente 14 der Federfolie 11 sind vorliegend in den Belüftungsbereichen 16 sowie in den Lagerbereichen 15 angeordnet.
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Im Betrieb rotiert die Welle 13 um eine Drehachse D. In einer optimalen Konstellation fluchtet die Drehachse D mit der Mittelachse M der Öffnung 22. Im Betrieb der Lagereinheit 30, also wenn die Welle 13 in dem Luftlager 32 rotiert, kann die Welle 13 aber eine Exzentrizität E relativ zu der Mittelachse M der Öffnung 22 aufweisen. Diese Exzentrizität E bewirkt einen unrunden Lauf der Welle 13, welchen das Luftlager 32 jedoch idealerweise ausgleichen bzw. aufnehmen kann.
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2 zeigt einen Ausschnitt einer abgewickelten Federfolie 11 mit einer Lagerlänge L in der Draufsicht. Die Abwicklung ist folgerichtig in Umfangsrichtung U dargestellt. Die abgewickelte Federfolie 11 zeigt den Grundkörper 34, welcher viele U-förmige Ausnehmungen 811, 821 bzw. Ausstanzungen aufweist. Durch die Ausnehmungen 811, 821 entstehen die verformbaren Federelemente 14, 810, 820 in einer Art Laschenform.
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Vorzugsweise weisen die ersten Materialbereiche 81 und die zweiten Materialbereiche 82 unterschiedliche Ausnehmungen 811, 821 auf, so dass sich dadurch auch unterschiedlich steife Federelemente 14, 810, 820 ergeben. Der erste Materialbereich 81 weist somit kleine erste Ausnehmungen 811 auf, und der zweite Materialbereich 82 größere zweite Ausnehmungen 821, so dass der erste Materialbereich 81 größere erste Federelemente 810 umfasst, und der zweite Materialbereich kleinere zweite Federelemente 820, welche im montierten Zustand mit dem Außenring 10 des Luftlagers 32 zusammenwirken. Dadurch - und natürlich in Kombination mit den Materialschichten 40 - stellt sich für den ersten Materialbereich 81 die erste Federsteifigkeit ein, und für den zweiten Materialbereich 82 die zweite Federsteifigkeit, wobei die erste Federsteifigkeit größer ist als die zweite Federsteifigkeit.
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Erfindungsgemäß sind also die ersten Materialbereiche 81 und die zweiten Materialbereiche 82 mit unterschiedlichen Dicken aufgrund der aufgebrachten Materialschichten 40 versehen. Die Veränderung der Steifigkeit kann dabei über die Dicke der Materialschicht 40 oder über deren Stoffwerte eingestellt und angepasst werden. Die Materialschicht 40 kann somit aus dem gleichen oder einem anderen Material wie der Grundkörper 34 ausgeführt sein und beispielsweise durch Plattieren des Grundkörpers 34 gefertigt werden.
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3 zeigt einen Ausschnitt einer abgewickelten Federfolie 11 in Seitenansicht, wobei nur die wesentlichen Bereiche dargestellt sind. Der Grundkörper 34 der Federfolie 11 weist eine Dicke d auf. In den ersten Materialbereichen 81 sind auf den Grundkörper 34 zusätzlich die Materialschichten 40 der Höhe t aufgebracht. In der Ausführung der 3 sind die Materialschichten 40 zu beiden Seiten des Grundkörpers 34 aufgebracht, sie können alternativ jedoch auch nur einseitig aufgebracht sein, vorzugsweise auf der zu dem Außenring 10 weisenden äußeren Seite des Grundkörpers 34. Dadurch ist die Federfolie 11 in den ersten Materialbereichen 81 sehr biegesteif, und in den zweiten Materialbereichen 82 weniger biegesteif, so dass sich bei der Montage der Federfolie 11 in dem Außenring 10 die unrunde Kontur der Federfolie 11 zur Ausbildung der Lagerbereiche 15 und der Belüftungsbereiche 16 einstellt. In der abgewickelten Seitenansicht der 3 sind die Federelemente 14, 810, 820 nicht zu sehen.
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4 zeigt eine schematische Darstellung eines Brennstoffzellensystems 70. Das Brennstoffzellensystem 70 umfasst eine Brennstoffzelleneinheit 75, welche mehrere, hier nicht explizit dargestellte Brennstoffzellen aufweist. Die Brennstoffzelleneinheit 75 weist eine Anode 73 und eine Kathode 74 auf. Die einzelnen Brennstoffzellen weisen jeweils negative Elektroden auf, welche gemeinsam die Anode 73 der Brennstoffzelleneinheit 75 bilden. Die einzelnen Brennstoffzellen weisen jeweils positive Elektroden auf, welche gemeinsam die Kathode 74 der Brennstoffzelleneinheit 75 bilden.
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Die Brennstoffzelleneinheit 75 weist ein negatives Terminal 71 auf, welches elektrisch mit der Anode 73 verbunden ist. Ebenso weist die Brennstoffzelleneinheit 75 ein positives Terminal 72 auf, welches elektrisch mit der Kathode 74 verbunden ist. Zwischen dem negativen Terminal 71 und dem positiven Terminal 72 der Brennstoffzelleneinheit 75 liegt im Betrieb des Brennstoffzellensystems 70 eine elektrische Spannung an. Das negative Terminal 71 und das positive Terminal 72 der Brennstoffzelleneinheit 75 sind beispielsweise mit einem hier nicht dargestellten Bordnetz eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Elektrofahrzeugs, verbunden.
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Das Brennstoffzellensystem 70 umfasst eine erste Zufuhrleitung 56 zur Zuführung eines Brennstoffs, insbesondere Wasserstoff, zu der Anode 73. Dazu ist die erste Zufuhrleitung 56 mit einem Druckgasspeicher 36 verbunden, in welchem Wasserstoff bei einem Druck von beispielsweise 350 bar bis 700 bar gespeichert ist. Im Betrieb des Brennstoffzellensystems 70 fließt Wasserstoff in eine erste Strömungsrichtung 51 von dem Druckgasspeicher 36 zu der Anode 73 der Brennstoffzelleneinheit 75. Das Brennstoffzellensystem 70 umfasst auch eine erste Abfuhrleitung 57 zur Abführung von überschüssigem Brennstoff von der Anode 73 der Brennstoffzelleneinheit 75.
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Das Brennstoffzellensystem 70 umfasst ferner eine zweite Zufuhrleitung 66 zur Zuführung eines Oxidationsmittels, insbesondere Luft mit Sauerstoff, zu der Kathode 74. Dazu ist die zweite Zufuhrleitung 66 mit einem Kompressor 28 verbunden. Der Kompressor 28 saugt Luft über einen Luftfilter 29 an, komprimiert die angesaugte Luft und führt die komprimierte Luft in einer zweiten Strömungsrichtung 61 zu der Kathode 74 der Brennstoffzelleneinheit 75. Das Brennstoffzellensystem 70 umfasst auch eine zweite Abfuhrleitung 67 zur Abführung von überschüssigem Oxidationsmittel von der Kathode 74. Die zweite Abfuhrleitung 67 dient auch zur Abführung von Produktwasser, welches durch die elektrochemische Reaktion in den Brennstoffzellen der Brennstoffzelleneinheit 75 entsteht.
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Der Kompressor 28 umfasst eine Lagereinheit 30 mit einer zylindrische Welle 13, welche mittels eines Luftlagers 32 drehbar gelagert ist. Die Lagereinheit 30 ist dabei ausgebildet wie in 1 in Verbindung mit 2 und 3 dargestellt. Der Kompressor 28 ist derart ausgelegt, dass in einem Normalbetrieb, bei einer Drehzahl, beispielsweise zwischen 20.000 U/min und 120.000 U/min, ein aerodynamischer Betrieb der Lagereinheit 30 und des Luftlagers 32 des Kompressors 28 möglich ist.
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Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele und die darin hervorgehobenen Aspekte beschränkt. Vielmehr ist innerhalb des durch die Ansprüche angegebenen Bereichs eine Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachmännischen Handelns liegen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 2600007 A2 [0005]
- US 5915841 A [0006]
- US 5427455 A [0007]
