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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 Federsteifigkeit aufweist, 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 bereit stellt. 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. Die Öffnung ist vorzugsweise kreiszylindrisch ausgestaltet. 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 und eine Federsteifigkeit aufweist. 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 Grundkörper auf. Der Grundkörper der Federfolie ist dabei vorzugsweise hohlzylindrisch ausgebildet. Insbesondere ist der Grundkörper der Federfolie annähernd, 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 Federsteifigkeit der Federfolie in einer radialen Richtung steigt dabei in Abhängigkeit von einem Abstand des Grundkörpers der Federfolie zu einer Mittelachse der Öffnung an. In einem Bereich in Umfangsrichtung der Öffnung, in welchem der Abstand des Grundkörpers der Federfolie zu der Mittelachse der Öffnung gering ist, ist die Federsteifigkeit der Federfolie somit geringer, als in einem Bereich, in welchem der Abstand des Grundkörpers der Federfolie zu der Mittelachse größer ist. Die Federsteifigkeit der Federfolie wird dabei durch das Material ebenso wie durch die geometrische Ausgestaltung der Federfolie bestimmt. Die Federfolie kann neben dem Grundkörper weitere Elemente umfassen, auf welche noch eingegangen wird, und welche die Federsteifigkeit der Federfolie mit bestimmen.
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Die Federsteifigkeit der Federfolie ist in diesem Zusammenhang ein 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. Die Federsteifigkeit der Federfolie, also das besagte Verhältnis von Federkraft zu Auslenkung, ist dabei insbesondere nicht konstant, wie bei einer linearen Feder. Die Federkraft ist also vorliegend nicht proportional zu der Auslenkung.
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Wenn der Grundkörper der Federfolie in einem Bereich in Umfangsrichtung der Öffnung, beispielsweise von der rotierenden Welle, in radialer Richtung auf den Außenring zu, also von der Mittelachse weg, ausgelenkt wird, so steigt die Federsteifigkeit der Federfolie in diesem Bereich an. Wo der Grundkörper der Federfolie einen kleineren Abstand zu der Mittelachse aufweist, ist die Federsteifigkeit der Federfolie geringer.
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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 unterschiedliche Abstände von der Mittelachse der Öffnung aufweisen. In diesem Fall weist die Federfolie in den besagten Bereichen auch unterschiedliche Federsteifigkeiten auf.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Grundkörper der Federfolie in Umfangsrichtung der Öffnung umlaufend einstückig ausgebildet. Insbesondere 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 hohlzylindrische Teilstücke aufweisen, welche in axialer Richtung zueinander versetzt in der Öffnung angeordnet sind.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist die Federfolie mindestens einen in radialer Richtung wirkenden Anschlag auf, welcher an dem Grundkörper der Federfolie angebracht ist, und welcher auf den Außenring zu ragt. Wenn der Anschlag an dem Außenring anliegt, so begrenzt der Anschlag eine Auslenkung des Grundkörpers der Federfolie in radialer Richtung. Wenn der Anschlag an dem Außenring anliegt, so wird die Federsteifigkeit der Federfolie annähernd unendlich groß.
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Vorzugsweise ist der besagte Anschlag der Federfolie einstückig mit dem Grundkörper der Federfolie ausgebildet. Der Anschlag kann beispielsweise durch Umbiegen von Material des Grundkörpers der Federfolie, vorzugsweise um 180°, erzeugt werden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die Federfolie mindestens ein elastisch verformbares Federelement auf, welches an dem Grundkörper der Federfolie angebracht ist. Das elastisch verformbare Federelement ragt dabei von dem Grundkörper der Federfolie weg und liegt an dem Außenring an. Die Federsteifigkeit der Federfolie wird insbesondere durch das Material ebenso wie durch die geometrische Ausgestaltung des elastisch verformbaren Federelements maßgeblich bestimmt.
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Vorzugsweise ist das besagte Federelement einstückig mit dem Grundkörper ausgebildet. Das Federelement kann beispielsweise durch Umbiegen von Material des Grundkörpers der Federfolie, beispielsweise um 45° bis 75°, erzeugt werden.
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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.
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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.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind, wie bereits erwähnt, in Umfangsrichtung der Öffnung Lagerbereiche und Belüftungsbereiche vorgesehen Dabei ist ein Abstand der Oberfolie zu der Mittelachse der Öffnung in den Lagerbereichen geringer ist als in den Belüftungsbereichen.
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Es wird auch eine Lagereinheit, insbesondere für einen Kompressor, vorgeschlagen. Die Lagereinheit umfasst dabei ein erfindungsgemäßes Luftlager 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, bei unterschiedlichen Betriebsbedingungen, insbesondere bei unterschiedlichen Drehzahlen der Welle. Dadurch kann die Welle 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 Herstellung der Federfolie mittels Stanzbiegens. Durch das Vorsehen von Anschlägen, welche in radiale Richtung nach außen wirken, wird ein Federweg der Federfolie begrenzt und die Federfolie dadurch geschützt. Die Erfindung ermöglicht auch vorteilhaft die Herstellung eine Lagereinheit, welche ein erfindungsgemäßes Luftlager sowie eine darin rotierende Welle umfasst, sowie die Herstellung eines Kompressor, 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,
- 2 eine vergrößerte Darstellung eines Teilbereichs aus 1,
- 3 eine graphische Darstellung der Federsteifigkeit einer Federfolie und
- 4 eine schematische Darstellung eines Brennstoffzellensystems.
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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 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. 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 ist als in den Lagerbereichen 15.
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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.
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2 zeigt eine vergrößerte Darstellung eines Teilbereichs aus 1. Der dargestellte Teilbereich erstreckt sich im Umfangsrichtung U über etwa 120° und umfasst einen Lagerbereich 15 sowie einen Belüftungsbereich 16. 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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Im Betrieb der Lagereinheit 30 befindet sich der Tragluftspalt 18 zwischen der rotierenden Welle 13 und der ruhenden Oberfolie 12. Ein Abstand der Oberfolie 12 zu der Mittelachse M der Öffnung ist in den Lagerbereichen 15 geringer ist als in den Belüftungsbereichen 16.
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Die Federfolie 11 weist einen hohlzylindrischen Grundkörper 34 auf, welcher vorliegend nicht kreiszylindrisch ausgebildet ist. 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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An dem Grundkörper 34 der Federfolie 11 sind 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 angeordnet.
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An dem Grundkörper 34 der Federfolie 11 sind auch in radialer Richtung R wirkende Anschläge 25 angebracht. Die Anschläge 25 ragen in radialer Richtung R auf den Außenring 10 zu. Es sind verschiedene Ausgestaltungen der Anschläge 25 denkbar, wobei in der hier gezeigten Darstellung drei mögliche Ausgestaltungen gezeigt sind. Die Anschläge 25 können einstückig mit dem Grundkörper 34 der Federfolie 11 ausgebildet sein. Beispielsweise kann der Anschlag 25 durch Umbiegen von Material des Grundkörpers 34 um 180° erzeugt werden. Ebenso kann der Anschlag 25 durch eine Ausprägung aus dem Material des Grundkörpers 34 erzeugt werden. Alternativ kann der Anschlag 25 separat von dem Grundkörper 34 der Federfolie 11ausgebildet sein. Beispielsweise kann der Anschlag 25 auf den Grundkörper 34 aufgeklebt oder aufgewalzt sein.
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Die Federfolie 11 des Luftlagers 32 ist, wie bereits erwähnt, elastisch verformbar und weist eine Federsteifigkeit auf. Die Federsteifigkeit der Federfolie 11 in radialer Richtung R ist dabei nicht konstant sondern steigt in Abhängigkeit von einem Abstand des Grundkörpers 34 der Federfolie 11 zu der Mittelachse M der Öffnung 22 an.
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3 zeigt eine graphische Darstellung der Federsteifigkeit der Federfolie 11 in Form einer Kennlinie. Auf der X-Achse ist dabei der Abstand des Grundkörpers 34 der Federfolie 11 zu der Mittelachse M der Öffnung 22 in radialer Richtung R aufgetragen. Auf der Y-Achse ist eine Steifigkeit K aufgetragen.
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Wie aus der graphischen Darstellung anhand der Kennlinie ersichtlich ist, steigt die Federsteifigkeit der Federfolie 11 in der radialen Richtung R in Abhängigkeit von dem Abstand des Grundkörpers 34 der Federfolie 11 zu der Mittelachse M der Öffnung 22 an. Die Kennlinie der Federsteifigkeit der Federfolie 11 weist beispielsweise mehrere, vorliegend vier, Steifigkeitsbereiche S1, S2, S3, S4 auf, in welchen die Kennlinie unterschiedliche Steigungen besitzt.
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In einem ersten Steifigkeitsbereich S1, welcher einem geringen Abstand des Grundkörpers 34 zu der Mittelachse M zugeordnet ist, ist die Steigung der Kennlinie relativ gering, und zumindest annähernd linear. In einem zweiten Steifigkeitsbereich S2, welcher einem größeren Abstand des Grundkörpers 34 zu der Mittelachse M zugeordnet ist, ist die Steigung der Kennlinie größer, und zumindest annähernd linear. In einem dritten Steifigkeitsbereich S3, welcher einem noch größeren Abstand des Grundkörpers 34 zu der Mittelachse M zugeordnet ist, ist die Steigung der Kennlinie noch größer, und vorzugsweise progressiv.
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In einem vierten Steifigkeitsbereich S4, welcher einem maximalen Abstand des Grundkörpers 34 zu der Mittelachse M zugeordnet ist, ist die Steigung der Kennlinie unendlich groß. Die Kennlinie verläuft in dem vierten Steifigkeitsbereich S4 parallel zu der Y-Achse. Der vierte Steifigkeitsbereich S4 stellt die Federsteifigkeit der Federfolie 11 in einen Bereich dar, in welchem ein Anschlag 25 an dem Außenring 10 anliegt, wodurch eine weitere Verformung der Federfolie 11 nicht möglich ist.
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Zum Vergleich ist noch eine Luftsteifigkeit KL des Tragluftspalts 18 bei einer Nenndrehzahl der Welle 13 eingezeichnet. Die Nenndrehzahl der Welle 13 liegt beispielsweise in einem Bereich zwischen 20.000 U/min und 120.000 U/min. Aus dem Diagramm ist erkennbar, dass die Luftsteifigkeit KL des Tragluftspalts 18 bei der Nenndrehzahl der Welle 13 größer ist als die Federsteifigkeit der Federfolie 11 in dem ersten Steifigkeitsbereich S1 und in dem zweiten Steifigkeitsbereich S2.
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Die Luftsteifigkeit KL des Tragluftspalts 18 bei der Nenndrehzahl der Welle 13 schneidet die Kennlinie der Federsteifigkeit der Federfolie 11 in dem dritten Steifigkeitsbereich S3. In diesem besagten Schnittpunkt ist die Luftsteifigkeit KL des Tragluftspalts 18 dann genau so groß wie die Federsteifigkeit der Federfolie 11 in radialer Richtung.
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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 40 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 und 2 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]
