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Querverweis auf verwandte Anmeldung
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Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der
koreanischen Patentanmeldung Nr. 10-2018-0128254 , eingereicht am 25. Oktober 2018 beim koreanischen Amt für geistiges Eigentum, deren gesamter Inhalt durch diese Bezugnahme für alle Zwecke hierin mitaufgenommen ist.
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Technisches Gebiet
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die vorliegende Offenbarung/Erfindung betrifft einen Verdichter.
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Hintergrund
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Ein Brennstoffzellensystem kann einen Verdichter zum Bereitstellen von verdichteter Luft für Brennstoffzellen aufweisen. Der Luftverdichter kann verwendet werden, um die Effizienz der Brennstoffzellen zu steigern durch Zuführen der verdichteten Luft in eine Kathode einer jeden Brennstoffzelle.
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Ein zweistufiger Verdichter kann im Brennstoffzellensystem verwendet werden. Beim zweistufigen Verdichter kann ein Niederdruckverdichterlaufrad (oder Schleuderrad) an einem Ende einer Welle befestigt sein. Ein Hochdruckverdichterlaufrad (oder Schleuderrad) kann an dem entgegengesetzten Ende der Welle befestigt sein.
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Die Welle wird durch einen Motor angetrieben. Die Verdichterräder (oder Laufräder) werden durch die Rotation der Welle rotiert. Auf diese Art wird Luft bei Raumtemperatur und unter atmosphärischen Druck zum Niederdruckverdichterlaufrad zugeführt und auf einen ersten Druck verdichtet, wobei nachfolgend die verdichtete Luft dem Hochdruckverdichterlaufrad zugeführt wird und weiter auf einen zweiten Druck verdichtet wird. Die verdichtete Luft wird der Brennstoffzelle zugeführt, um die Reaktion der Brennstoffzelle zu verbessern.
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Der zweistufige Verdichter in der bezogenen Technik erfordert eine Mehrzahl von Lagern und Läufern (oder Kragen oder Schubaufnahmen), um die Welle drehbar abzustützen, welche die Laufräder daran befestigt hat, und um die Welle daran zu hindern, sich in einer Axialrichtung oder einer Radialrichtung zu bewegen. Beispielsweise kann der zweistufige Verdichter ein Paar von Lagern, welche an entgegengesetzten Enden der Welle angeordnet sind, um die Welle in der Radialrichtung zu stützen, Läufer, welche sich von der Welle in der Radialrichtung erstrecken, und eines oder mehrere Lager aufweisen, welche auf die Läufer wirken, um die Welle in der Axialrichtung zu stützen.
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Gemäß der bezogenen Technik muss der zweistufige Verdichter die Läufer (oder Kragen oder Schubaufnahmen) aufweisen und erfordert eine Anzahl von Lagern. Als ein Ergebnis hat der zweistufige Verdichter dahingehend Probleme, dass er viele Komponenten hat und die Herstellung in einem komplexen Vorgang erfolgt.
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Kurzerläuterung
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Die vorliegende Offenbarung/Erfindung wurde getätigt, um die oben genannten Probleme zu lösen, welche in der bezogenen Technik auftreten, während die von der bezogenen Technik erzielten Vorteile beibehalten werden.
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Ein Aspekt der vorliegenden Offenbarung/Erfindung stellt einen Verdichter mit einer vereinfachten Struktur bereit, in welcher ein (einzelnes) Lager gleichzeitig die axialen und radialen Lasten der Welle aufnimmt.
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Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Offenbarung/Erfindung stellt einen Verdichter zum axialen Stützen einer Welle ohne einen Läufer, einen Kragen oder eine Schubaufnahme zum axialen Stützen einer Welle eines Verdichters in der bezogenen Technik bereit.
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Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Offenbarung/Erfindung stellt einen Verdichter zum Steigern einer kritischen Frequenz (z.B. Eigenfrequenz bzw. Resonanzfrequenz) der Welle bereit durch Reduzieren der Längsrichtungslänge der Welle und zum Verbessern der Sicherheit des Verdichters durch zusätzliches Sicherstellen eines Abstands zwischen der Betriebsfrequenz und der kritischen Frequenz der Welle.
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Die technischen Probleme, welche von der vorliegenden Offenbarung/Erfindung zu lösen sind, sind nicht auf die zuvor genannten Probleme beschränkt. Irgendwelche anderen technischen Probleme, welche hierin nicht genannt sind, werden von der folgenden Beschreibung durch den Fachmann klarwerden, den die vorliegende Offenbarung/Erfindung betrifft.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung/Erfindung weist ein Verdichter eine Welle, welche sich in einer Axialrichtung davon erstreckt, ein Laufrad (bspw. Verdichterlaufrad), welches an einem Ende der Welle befestigt ist, ein erstes Lagerwirkelement, welches an dem einen Ende der Welle bereitgestellt ist, ein zweites Lagerwirkelement, welches an dem entgegengesetzten Ende der Welle bereitgestellt ist, das zu dem einen Ende entgegengesetzt ist, ein erstes Lager, welches auf das erste Lagerwirkelement wirkt und das erste Lagerwirkelement in einer Axialrichtung der Axialrichtungen und in einer Radial-Einwärtsrichtung der Welle stützt, und ein zweites Lager auf, welches auf das zweite Lagerwirkelement wirkt und das zweite Lagerwirkelement in einer weiteren Axialrichtung, welche zu der einen Axialrichtung entgegengesetzt ist, und in der Radial-Einwärtsrichtung der Welle stützt.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung/Erfindung weist ein Verdichter eine Welle, die sich in einer Axialrichtung davon erstreckt, ein erstes Laufrad, welches an einem Ende der Welle befestigt ist, und an einer Seite davon erste Schaufeln zum Leiten (bspw. Verdichten) einer Fluidströmung aufweist und an einer entgegengesetzten Seite davon eine erste Wirkfläche mit einer sich verjüngenden Gestalt aufweist, welche in Richtung zu einem distalen Ende schmäler wird, ein zweites Laufrad, welches an einem entgegengesetzten Ende der Welle befestigt ist, das zu dem einen Ende der Welle, an dem das erste Laufrad befestigt ist, entgegengesetzt ist, wobei das zweite Laufrad an einer Seite davon zweite Schaufeln zum Leiten (bspw. Verdichten) der Fluidströmung aufweist und an einer entgegengesetzten Seite davon eine zweite Wirkfläche mit einer sich verjüngenden Gestalt aufweist, welche in Richtung zu einem distalen Ende schmäler wird, und ein erstes und ein zweites Lager aufweist, welche jeweilig auf die erste und die zweite Wirkfläche wirken.
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Die erste und die zweite Wirkfläche sind einander zugewandt.
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Das erste Lager wirkt auf die erste Wirkfläche und stützt das erste Laufrad in einer der Axialrichtungen und in einer Radial-Einwärtsrichtung der Welle ab.
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Das zweite Lager wirkt auf die zweite Wirkfläche und stützt das zweite Laufrad in der anderen Axialrichtung, welche zu der einen Axialrichtung entgegengesetzt ist, und in der Radial-Einwärtsrichtung der Welle ab.
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Figurenliste
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Die obigen und anderen Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung/Erfindung werden von der folgenden detaillierten Beschreibung zusammen mit den begleitenden Zeichnungen klarer werden, in welchen:
- 1 eine schematische Ansicht ist, welche einen Verdichter gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung/Erfindung zeigt,
- 2 eine Ansicht ist, welche einen Teil des Verdichters der 1 zeigt,
- 3 eine Ansicht ist, welche einen Teil eines Verdichters gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung/Erfindung zeigt, und
- 4 eine Ansicht ist, welche einen Teil eines Verdichters gemäß einer noch weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung/Erfindung zeigt.
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Detaillierte Beschreibung
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Nachfolgend sind Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung/Erfindung im Detail mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben. Es sollte klar sein, dass, sogar falls identische Komponenten in verschiedenen Zeichnungen dargestellt sind, diese mit den identischen Bezugszeichen bereitgestellt sind. Darüber hinaus werden beim Beschreiben der Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung/Erfindung detaillierte Beschreibungen, welche gut bekannte Funktionen oder Konfigurationen betreffen, ausgelassen, wenn diese den Gegenstand der vorliegenden Offenbarung/Erfindung verschleiern.
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Begriffe wie beispielsweise „erst...“, „zweit...“, „A“, „B“, „(a)“, „(b)“ und dergleichen können hierin verwendet werden, um Komponenten der vorliegenden Offenbarung/Erfindung zu beschreiben. Solche Begriffe werden nur verwendet, um eine Komponente von der anderen zu unterscheiden. Der Gehalt, die Reihenfolge, die Anordnung oder die Anzahl dieser Komponenten ist durch diese Begriffe nicht beschränkt. Falls eine Komponente als mit einer anderen Komponente „verbunden“, „gekuppelt“ oder „in Verbindung“ beschrieben ist, kann dies bedeuten, dass diese Komponenten nicht nur direkt „verbunden“, „gekuppelt“ oder „in Verbindung“ sind, sondern auch mittels einer dritten Komponente indirekt „verbunden“, „gekuppelt“ oder „in Verbindung“ sein können.
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Die 1 ist eine schematische Ansicht, welche einen Verdichter gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung/Erfindung zeigt, und die 2 ist eine Ansicht, welche einen Teil des Verdichters der 1 zeigt.
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Der Verdichter gemäß dieser Ausführungsform weist ein Gehäuse 1, eine Welle 10, ein erstes Laufrad 20 und ein zweites Laufrad 30 auf.
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Das Gehäuse 1 kann die Außengestalt des Verdichters bilden und kann einen Innenraum haben, in welchem die Welle 10, das erste Laufrad 20 und das zweite Laufrad 30 aufgenommen sind.
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Das Gehäuse 1 kann einen ersten, laufradseitigen Einlass 2 aufweisen, um ein Fluid in Richtung zum ersten Laufrad 20 zu leiten.
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Das Gehäuse 1 kann einen zweiten, laufradseitigen Einlass 4 aufweisen, um das Fluid, welches durch das erste Laufrad 20 verdichtet worden ist, zum zweiten Laufrad 30 zu leiten. Das Gehäuse 1 kann einen Verbindungskanal 3 aufweisen, um das Fluid, welches vom ersten Laufrad 20 freigegeben worden ist, in Richtung zum zweiten, laufradseitigen Einlass 4 zu leiten.
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Das Gehäuse 1 kann einen Auslass 5 aufweisen, durch welchen das Fluid, das durch das zweite Laufrad 30 verdichtet worden ist, freigegeben wird.
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Die Welle 10 kann sich in einer Axialrichtung S1 (bspw. Längsrichtung davon) erstrecken und kann um ihre Achse herum rotierbar im Gehäuse 1 angebracht sein. Die Welle 10 kann durch eine Antriebskraft von einem Motor 7 rotiert werden.
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Der Motor 7 kann einen Rotor (nicht gezeigt), welcher an der Welle 10 angebracht ist und sich zusammen mit der Welle 10 dreht, und einen Stator (nicht gezeigt) aufweisen, welcher an einer Position angeordnet ist, die zum Rotor korrespondiert, um ein Magnetfeld zusammen mit dem Rotor zu erzeugen.
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Der Motor 7 kann von außen elektrische Energie empfangen und kann eine Antriebskraft bereitstellen, um die Welle 10 zu rotieren.
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Das erste Laufrad 20 kann an einem Ende (bspw. erstes Ende) der Welle 10 befestigt sein.
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Das erste Laufrad 20 kann einen ersten Beschaufelungsteil 21 zum Verdichten des Fluids an einer Seite davon (bspw. an der Seite des ersten Endes) mit Bezug auf die Axialrichtung S1 der Welle 10 aufweisen.
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Das erste Laufrad 20 kann mit Bezug auf die Axialrichtung S1 der Welle 10 ein erstes Lagerwirkelement 22 an einer entgegengesetzten Seite davon aufweisen, welche zu der einen Seite des ersten Laufrads 20 entgegengesetzt ist, an welcher der erste Beschaufelungsteil 21 angeordnet ist.
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Das erste Laufrad 20 kann das Fluid (z.B. Luft oder Wasserstoffgas) verdichten, welches durch den ersten, laufradseitigen Einlass 2 eingeleitet wird, und kann das verdichtete Fluid zum Verbindungskanal 3 ausgeben.
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Das zweite Laufrad 30 kann an einem entgegengesetzten Ende (bspw. zweites Ende) der Welle 10 befestigt sein, welches zu dem einen Ende der Welle 10 entgegengesetzt ist, an welchem das erste Laufrad 20 befestigt ist.
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Das zweite Laufrad 30 kann einen zweiten Beschaufelungsteil 31 zum Verdichten des Fluids an einer Seite davon (bspw. an der Seite des zweiten Endes) mit Bezug auf die Axialrichtung S1 der Welle 10 aufweisen.
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Das zweite Laufrad 30 kann mit Bezug auf die Axialrichtung S1 der Welle 10 ein zweiten Lagerwirkelement 32 an einer entgegengesetzten Seite davon aufweisen, welche zu der einen Seite des zweiten Laufrads 30 entgegengesetzt ist, an welcher der zweite Beschaufelungsteil 31 angeordnet ist.
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Das zweite Laufrad 30 kann das Fluid (z.B. Luft oder Wasserstoffgas) verdichten, welches durch den zweiten, laufradseitigen Einlass 4 eingeleitet wird, und kann das verdichtete Fluid zum Auslass 5 freigeben.
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Unter Bezugnahme auf die 1 ist eine Strömungsrichtung F1 des Fluids in dem wie oben konfigurierten Verdichter durch Pfeile angegeben.
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Unter Bezugnahme auf die 2 kann ein erstes Lager 40 auf eine erste Wirkfläche 22a wirken und kann das erste Lagerwirkelement 22 in einer Axialrichtung S1 und in einer Radial-Einwärtsrichtung der Welle 10 stützen (d.h., eine entgegengesetzte Richtung zu einer Radialrichtung S2).
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Ein zweites Lager 50 kann auf eine zweite Wirkfläche 32a wirken und kann das zweite Lagerwirkelement 32 in der anderen Axialrichtung S1 und in der Radial-Einwärtsrichtung der Welle 10 stützen (d.h., die entgegengesetzte Richtung zur Radialrichtung S2).
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Ein zweistufiger Verdichter der bezogenen Technik erfordert eine Mehrzahl von Lagern und Läufern (oder Kragen oder Schubaufnahmen), um eine Welle drehbar zu stützen, die Laufräder daran befestigt hat, und um die Welle daran zu hindern, sich in Axialrichtung oder Radialrichtung zu bewegen. Beispielsweise kann der zweistufige Verdichter ein Paar von Lagern, welche an entgegengesetzten Enden der Welle angebracht sind, um die Welle in der Radialrichtung zu stützen, Läufer, welche sich ausgehend von der Welle in der Radialrichtung erstrecken, und eines oder mehrere Lager aufweisen, welche auf die Läufer wirken, um die Welle in der Axialrichtung zu stützen.
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Gemäß der bezogenen Technik muss der zweistufige Verdichter die Läufer (oder Kragen oder Schubaufnahmen) aufweisen und erfordert eine Anzahl von Lagern. Als ein Ergebnis hat der zweistufige Verdichter dahingehend ein Problem, dass er viele Komponenten hat und in der Herstellung aufgrund eines komplexen Vorgangs schwierig ist.
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Die vorliegende Offenbarung/Erfindung betrifft einen Verdichter mit einer vereinfachten Struktur, bei welcher ein Lager gleichzeitig axiale und radiale Lasten der Welle aufnimmt. Insbesondere hat der Verdichter gemäß dieser Ausführungsform ein Merkmal, in welchem der Verdichter das erste und das zweite Lagerwirkelement 22 und 32 mit einer sich verjüngenden Wirkfläche und das erste und das zweite Lager 40 und 50 aufweist, welche jeweilig auf das erste und das zweite Lagerwirkelement 22 und 32 wirken (bspw. nehmen die Lager über die korrespondierenden Wirkflächen Kräfte vom jeweiligen Lagerwirkelement (Laufrad) auf), wodurch eine vereinfachte Struktur erzielt wird (d.h., z.B. haben die Laufräder sowohl die Funktion, das Fluid zu verdichten (Beschaufelungsteil des Laufrads), wie auch die Funktion, die Verdichterwelle und die Laufräder zu lagern (Lagerwirkelement des Laufrads)).
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Merkmale des Verdichters gemäß dieser Ausführungsform sind nachfolgend im Detail beschrieben.
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Unter Bezugnahme auf die 2 ist in dieser Ausführungsform die Welle 10 installiert, um um eine Drehachse O1 herum zu rotieren.
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Das erste Laufrad 20 kann den ersten Beschaufelungsteil 21 und das erste Lagerwirkelement 22 aufweisen. Der erste Beschaufelungsteil 21 und das erste Lagerwirkelement 22 können miteinander einstückig sein.
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Der Beschaufelungsteil 21 kann eine Mehrzahl von Schaufeln aufweisen und kann das Fluid verdichten, wenn das erste Laufrad 20, welches an der Welle 10 befestigt ist, rotiert wird.
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Das erste Lagerwirkelement 22 kann eine Rotationskörpergestalt mit einem graduell abnehmenden Durchmesser ausgehend von dem einen Ende der Welle 10 zu einer Mitte davon haben und kann die erste Wirkfläche 22a mit einer sich verjüngenden Gestalt haben, auf welche das erste Lager 40 wirkt.
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Das heißt, das erste Lagerwirkelement 22 kann eine Kegelstumpfgestalt haben, welche erhalten wird durch Schneiden eines Kegels mit einer Ebene parallel zur Basis des Kegels, und kann einen graduell abnehmenden Durchmesser von einem Ende des ersten Lagerwirkelements 22 zu einem entgegengesetzten Ende davon haben.
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Das erste Lager 40 kann mit einem angestellten Lager umgesetzt sein und kann im Gehäuse 1 angebracht sein, um auf die erste Wirkfläche 22a zu wirken. Zahlreiche Arten von Lagern, wie beispielsweise ein Kegelrollenlager, ein Luftspaltlager (bspw. ein Folie-Luftspaltlager; engl. „air foil bearing“) und dergleichen können als das erste Lager 40 verwendet werden.
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Eine Kraft Fb1, welche auf das erste Lager 40 durch das erste Lagerwirkelement 22 aufgebracht wird, ist in der 2 dargestellt. Die Kraft Fb1, welche auf das erste Lager 40 aufgebracht wird, kann in eine Kraftkomponente Fs1, welche in die andere Axialrichtung S1 der Welle 10 weist, und eine Kraftkomponente Fr1 aufgelöst sein, welche in die Radialrichtung S2 der Welle 10 weist.
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Das zweite Laufrad 30 weist den zweiten Beschaufelungsteil 31 und das zweite Lagerwirkelement 32 auf. Der zweite Beschaufelungsteil 31 und das zweite Lagerwirkelement 32 können miteinander einstückig sein.
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Der zweite Beschaufelungsteil 31 kann eine Mehrzahl von Schaufeln aufweisen und kann das Fluid verdichten, wenn das zweite Laufrad 30, welches an der Welle 10 befestigt ist, gedreht wird. Der zweite Beschaufelungsteil 31 kann das Fluid auf einen höheren Druck verdichten, welches dem zweiten Laufrad 30 eingeleitet wird, nachdem es einmal durch das erste Laufrad 20 verdichtet worden ist.
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Das zweite Lagerwirkelement 32 kann eine Rotationskörpergestalt mit einem graduell abnehmenden Durchmesser ausgehend von der entgegengesetzten Seite der Welle 10 zur Mitte davon haben und kann die zweite Wirkfläche 32a mit einer sich verjüngenden Gestalt haben, auf welche das zweite Lager 50 wirkt.
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Das heißt, das zweite Lagerwirkelement 32 kann eine Kegelstumpfgestalt haben, welche erhalten wird durch Schneiden eines Kegels mit einer Ebene parallel zur Basis des Kegels und kann einen graduell abnehmenden Durchmesser ausgehend von einem Ende des zweiten Lagerwirkelements 32 zu einem entgegengesetzten Ende davon haben.
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Das zweite Lager 50 kann mit einem angestellten Lager umgesetzt sein und kann im Gehäuse 10 angebracht sein, um auf die zweite Wirkfläche 32a zu wirken. Zahlreiche Arten von Lagern, wie beispielsweise ein Kegelrollenlager, ein Luftspaltlager (bspw. ein Folie-Luftspaltlager; engl. „air foil bearing“) und dergleichen können als das zweite Lager 50 verwendet werden.
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In Hinblick auf eine gleiche Verteilung der Lasten, welche auf die Welle 10 und die Laufräder 20 und 30 wirken, kann das zweite Lager 50 vorteilhaft mit einem Lager der gleichen Art wie das Lager umgesetzt sein, welches als erstes Lager 40 verwendet wird. Jedoch können das erste und das zweite Lager 40 und 50 mit unterschiedlichen Arten von Lagern umgesetzt sein, ohne darauf festgelegt zu sein.
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Eine Kraft Fb2, welche auf das zweite Lager 50 durch das zweite Lagerwirkelement 32 aufgebracht wird, ist in der 2 dargestellt. Die Kraft Fb2, welche auf das zweite Lager 50 aufgebracht wird, kann in eine Kraftkomponente Fs2, welche in die andere Axialrichtung S1 der Welle 10 weist, und eine Kraftkomponente Fr2 aufgelöst sein, welche in die Radialrichtung S2 der Welle 10 weist.
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Obwohl die 2 eine Seitenansicht darstellt, können das erste und das zweite Lager 40 und 50 die erste und die zweite Wirkfläche 22a und 32a in einer Rotationsrichtung der Welle 10 umgeben.
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Dementsprechend können die Komponenten der Radialkräfte Fr1 und Fr2 einander aufheben bzw. den gleichen Wert haben. Die Welle 10 kann daran gehindert werden, sich in der Radialrichtung S2 zu bewegen. Das heißt, die Welle 10 kann in der Radial-Einwärtsrichtung (d.h., die entgegengesetzte Richtung zur Radialrichtung S2) durch die Komponenten der Radialkräfte Fr1 und Fr2 gestützt sein.
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Darüber hinaus können sich die Komponente der Axialkraft Fs1, welche auf das erste Lager 40 wirkt, und die Komponente der Axialkraft Fs2 aufheben, welche auf das zweite Lager 50 wirkt. Deshalb kann die Welle 10 daran gehindert werden, sich in der Axialrichtung S1 zu bewegen. Das heißt, die Welle 10 kann in der Axialrichtung S1 durch die Komponenten der Axialkräfte Fs1 und Fs2 gestützt sein.
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In einer Ausführungsform sind das erste und das zweite Lagerwirkelement 22 und 32 geformt, sodass die Wirkflächen 22a und 32a den gleichen Neigungswinkel haben. Das heißt, die Variation im Durchmesser des ersten Lagerwirkelements 22 mit Bezug auf die Länge davon in der Axialrichtung der Welle 10 kann die gleiche sein wie die Variation im Durchmesser des zweiten Lagerwirkelements 32 mit Bezug auf die Länge davon in der Axialrichtung der Welle 10.
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Dementsprechend können Kräfte, welche auf das erste und das zweite Lagerwirkelement 22 und 32 durch das erste und das zweite Lager 40 und 50 aufgebracht werden, zueinander symmetrisch sein. Eine Vibration kann daran gehindert werden, aufgrund eines Unterschieds zwischen den Kräften, die auf das erste und das zweite Laufrad 20 und 30 wirken, gesteigert zu werden, wenn das erste und das zweite Laufrad 20 und 30, die an der Welle befestigt sind, rotiert werden.
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Da der wie oben konfigurierte Verdichter Läufer (oder Kragen oder Schubaufnahmen) weglässt, welche bei einem gewöhnlichen, mehrstufigen Verdichter erforderlich sind, und eingerichtet ist, sodass ein Lager gleichzeitig eine axiale und eine radiale Belastung der Welle aufnimmt, kann der Verdichter gemäß dieser Ausführungsform eine vereinfachte Struktur mit einer reduzierten Anzahl an Komponenten haben. Dementsprechend kann der Verdichter gemäß dieser Ausführungsform einfach hergestellt werden.
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Darüber hinaus kann der Verdichter gemäß dieser Ausführungsform ein geringeres Volumen als ein herkömmlicher Verdichter haben, welcher das gleiche Verdichtungsverhältnis hat, oder kann ein größeres Verdichtungsverhältnis als ein herkömmlicher Verdichter mit dem gleichen Volumen haben.
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Darüber hinaus kann die Länge der Welle verglichen mit der in der bezogenen Technik reduziert sein. Deshalb können ein Bedarf an Ausgangsmaterialien und Verarbeitungszeit reduziert sein. Darüber hinaus, da die Resonanzfrequenz (oder kritische Frequenz) der Welle mit der Reduktion der Länge der Welle größer wird, kann ein Abstand zwischen der Rotationsfrequenz (oder der Betriebsfrequenz) und der Resonanzfrequenz der Welle zusätzlich sichergestellt sein. Deshalb ist der Verdichter gemäß dieser Ausführungsform hinsichtlich der Sicherheit weiter vorteilhaft.
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Die 3 ist eine Ansicht, welche einen Teil eines Verdichters gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt.
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Die 3 zeigt den Verdichter, welcher das erste Laufrad 20 aber nicht das zweite Laufrad 30 aufweist.
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Der Verdichter gemäß dieser Ausführungsform unterscheidet sich von dem Verdichter in der Ausführungsform, welche mit Bezug auf die 1 und 2 beschrieben worden ist, dahingehend, dass der vorherige ein zweites Lagerwirkelement 60 anstatt des zweiten Laufrads 30 aufweist.
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Die Beschreibungen für die 1 und 2 können auf gleiche Weise für Komponenten in dieser Ausführungsform angewendet werden, welche die gleichen Bezugszeichen haben wie die, die mit Bezug auf die 1 und 2 beschrieben worden sind. Die Komponenten dieser Ausführungsform, welche die gleichen Bezugszeichen wie die in der 1 und 2 haben, können im Wesentlichen die gleichen sein wie die Komponenten, die mit Bezug auf die 1 und 2 beschrieben worden sind.
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Das zweite Lagerwirkelement 60 kann an der entgegengesetzten Seite der Welle 10 befestigt sein, welches zu dem einen Ende der Welle 10 entgegengesetzt ist, an dem das zweite Laufrad 20 befestigt ist.
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Alternativ kann das zweite Lagerwirkelement 60 mit der Welle 10 einstückig sein.
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Das zweite Lagerwirkelement 60 kann eine Rotationskörpergestalt mit einem graduell abnehmenden Durchmesser ausgehend von dem entgegengesetzten Ende der Welle 10 zur Mitte davon haben und kann eine zweite Wirkfläche 60a mit einer sich verjüngenden Gestalt haben, auf welche das zweite Lager 50 wirkt.
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Das heißt, das zweite Lagerwirkelement 60 kann eine Kegelstumpfform haben, welche erhaltbar ist durch Schneiden eines Kegels mit einer Ebene parallel zur Basis des Kegels, und kann einen graduell abnehmenden Durchmesser ausgehend von einem Ende des zweiten Lagerwirkelements 60 zu einem entgegengesetzten Ende davon haben.
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Das zweite Lagerwirkelement 60 kann die Funktion des zweiten Lagerwirkelements 32 des zweiten Laufrads 30 in der Ausführungsform einnehmen, welche mit Bezug auf die 1 und 2 beschrieben worden ist. Das zweite Lagerwirkelement 60 kann die gleiche Gestalt wie das zweite Lagerwirkelement 32 des zweiten Laufrads 30 in der Ausführungsform haben, welche mit Bezug auf die 1 und 2 beschrieben worden ist. Die Beschreibung des zweiten Lagerwirkelements 32 des zweiten Laufrads 30 in der Ausführungsform, welche in Bezug auf die 1 und 2 beschrieben worden ist, kann auf das zweite Lagerwirkelement 60 angewendet werden.
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In dem wie oben eingerichteten Verdichter gemäß dieser Ausführungsform können die Welle 10 und das erste Laufrad 20, welches an der Welle 10 befestigt ist, durch ein erstes und ein zweites Lager 40 und 50 in der Axialrichtung S1 und der Radialrichtung S2 der Welle 10 gestützt sein, wie es für die Ausführungsform der Fall ist, die in den 1 und 2 beschrieben ist.
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Da der wie oben eingerichtete Verdichter gemäß dieser Ausführungsform Läufer (oder Kragen oder Schubaufnahmen) weglässt, welche bei einem herkömmlichen Verdichter erforderlich sind, und eingerichtet ist, sodass ein Lager gleichzeitig axiale und radiale Lasten der Welle aufnimmt, kann der Verdichter gemäß dieser Ausführungsform eine vereinfachte Struktur und eine reduzierte Anzahl von Komponenten haben. Dementsprechend kann der Verdichter gemäß dieser Ausführungsform einfach hergestellt werden.
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Darüber hinaus kann der Verdichter gemäß dieser Ausführungsform ein geringeres Volumen als ein herkömmlicher Verdichter haben, der das gleiche Verdichtungsverhältnis hat, oder kann ein höheres Verdichtungsverhältnis als ein herkömmlicher Verdichter mit dem gleichen Volumen haben.
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Darüber hinaus kann die Längsrichtungslänge der Welle verglichen mit der in der bezogenen Technik verkürzt sein. Deshalb können der Bedarf an Ausgangsmaterialien und Verarbeitungszeit reduziert sein. Darüber hinaus, da die Resonanzfrequenz (oder kritische Frequenz) der Welle mit der Reduktion in der Längsrichtungslänge der Welle größer wird, kann ein Abstand zwischen der Rotationsfrequenz (oder Betriebsfrequenz) und die Resonanzfrequenz der Welle zusätzlich sichergestellt sein. Deshalb kann der Verdichter gemäß dieser Ausführungsform im Hinblick auf die Sicherheit vorteilhafter sein.
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Die 4 ist eine Ansicht, welche einen Teil eines Verdichters gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung/Erfindung zeigt.
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Der Verdichter gemäß dieser Ausführungsform ist durch die Verwendung einer hinteren Fläche der Laufräder 120 und 130 als Lagerwirkflächen gekennzeichnet.
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Der Verdichter gemäß dieser Ausführungsform weist eine Welle 110, das erste Laufrad 120, das zweite Laufrad 130, ein erstes Axiallager 140, ein erstes Radiallager 150, ein zweites Axiallager 160 und ein zweites Radiallager 170 auf (bspw. können das erste Axiallager 140 und das erste Radiallager 150 ein erstes Lager ausbilden und können das zweite Axiallager 160 und das zweite Radiallager 170 ein zweites Lager ausbilden).
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Das erste Laufrad 120 kann an einem Ende der Welle 110 befestigt sein. Das zweite Laufrad 130 kann an einem entgegengesetzten Ende der Welle 110 befestigt sein, welches zu dem einen Ende der Welle 110 entgegengesetzt ist, an welchen das erste Laufrad 120 befestigt ist.
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Das erste Laufrad 120 kann einen ersten Beschaufelungsteil 121 zum Verdichten eines Fluids aufweisen. Das erste Laufrad 120 kann eine erste Wirkfläche 122 aufweisen. Die erste Wirkfläche 122 kann als eine Wirkfläche dienen, auf welche das erste Axiallager 140 wirkt, und die erste Wirkfläche 122 kann an einer hinteren Seite (z.B. zur Wellenmitte gewandten Seite) des ersten Beschaufelungsteils 121 geformt sein.
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Das zweite Laufrad 130 kann einen zweiten Beschaufelungsteil 131 zum Verdichten des Fluids aufweisen. Das zweite Laufrad 130 kann eine zweite Wirkfläche 132 aufweisen. Die zweite Wirkfläche 132 kann als eine Wirkfläche dienen, auf welche das zweite Axiallager 160 wirkt, und die zweite Wirkfläche 132 kann an einer hinteren Seite (z.B. zur Wellenmitte gewandten Seite) des zweiten Beschaufelungsteils 131 geformt sein.
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Das erste Axiallager 140 kann auf die erste Wirkfläche 122 wirken und kann das erste Laufrad 120 in einer Axialrichtung S1 der Welle 110 stützen.
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Das zweite Axiallager 160 kann auf die zweite Wirkfläche 132 wirken und kann das zweite Laufrad 130 in einer entgegengesetzten Richtung zur Richtung stützen, in welcher das erste Laufrad 120 durch das erste Axiallager 140 gestützt ist. Das heißt, das zweite Axiallager 160 wirkt auf die zweite Wirkfläche 132, um das zweite Laufrad 130 in der anderen Axialrichtung S1 der Welle 110 zu stützen.
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Das erste Radiallager 150 und das zweite Radiallager 170 können an dem einen Ende und an dem entgegengesetzten Ende der Welle 110 angebracht sein und können die Welle 110 in einer Radial-Einwärtsrichtung stützen (d.h., eine entgegengesetzte Richtung zur Radialrichtung S2).
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Da der wie oben eingerichtete Verdichter gemäß dieser Ausführungsform Läufer (oder Kragen oder Schubaufnahmen) weglässt, welche bei einem gewöhnlichen, mehrstufigen Verdichter erforderlich sind, kann der Verdichter gemäß dieser Ausführungsform eine vereinfachte Struktur und eine Reduktion der Anzahl der Komponenten erzielen. Dementsprechend kann der Verdichter gemäß dieser Ausführungsform einfach hergestellt werden.
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Darüber hinaus kann der Verdichter gemäß dieser Ausführungsform ein kleineres Volumen als ein herkömmlicher Verdichter haben, welcher das gleiche Verdichtungsverhältnis hat, oder kann ein höheres Verdichtungsverhältnis als ein herkömmlicher Verdichter mit gleichem Volumen haben.
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Darüber hinaus kann die Längsrichtungslänge der Welle verglichen mit der in der bezogenen Technik reduziert sein. Deshalb sind ein Bedarf an Ausgangsmaterialien und eine Verarbeitungsdauer reduziert. Darüber hinaus, da die Resonanzfrequenz (oder die kritische Frequenz) der Welle mit der Reduktion der Längsrichtungslänge der Welle geringer wird, kann ein Abstand zwischen der Rotationsfrequenz (oder der Betriebsfrequenz) und der Resonanzfrequenz der Welle zusätzlich sichergestellt sein. Deshalb kann der Verdichter gemäß dieser Ausführungsform in Hinblick auf die Sicherheit vorteilhafter sein.
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Gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung/Erfindung sind zumindest die folgenden Effekte erzielbar.
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Erstens sind die Verdichter gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung/Erfindung derart eingerichtet, dass ein Lager gleichzeitig die axialen und die radialen Lasten der Welle trägt, wobei die Strukturen des Verdichters vereinfacht sein können und die Anzahl der Komponenten reduziert sein kann. Beispielsweise tragen in der bezogenen Technik zwei Lager die axialen und die radialen Belastungen der Welle wohingegen gemäß der bezogenen Offenbarung/Erfindung ein Lager gleichzeitig die axialen und die radialen Lasten der Welle tragen kann.
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Zweitens kann die Längsrichtungslänge der Welle reduziert sein, da die Verdichter gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung/Erfindung keine Komponenten wie beispielsweise einen Läufer, einen Kragen oder eine Schubaufnahme zum axialen Stützen einer Welle eines Verdichters in der bezogenen Technik aufweist. Dementsprechend kann die kritische Frequenz (z.B. Eigenfrequenz) der Welle gesteigert sein. Ein Abstand zwischen der Betriebsfrequenz in der kritischen Frequenz der Welle kann zusätzlich sichergestellt sein, wodurch die Sicherheit des Verdichters weiter verbessert wird.
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Effekte der vorliegenden Offenbarung sind nicht auf die zuvor genannten Effekte beschränkt. Irgendwelche Effekte, die hierin nicht genannt sind, werden von den begleitenden Zeichnungen durch den Fachmann, den die vorliegende Offenbarung/Erfindung betrifft, klar verstanden werden.
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Obwohl die vorliegende Offenbarung hier mit Bezug auf die Ausführungsformen und die begleitenden Zeichnungen beschrieben worden ist, ist die vorliegende Offenbarung/Erfindung hierauf nicht beschränkt, sondern kann durch den Fachmann, welchen die vorliegende Offenbarung/Erfindung betrifft, mannigfaltig modifiziert und abgewandelt werden, ohne vom Umfang der vorliegenden Offenbarung/Erfindung abzuweichen, sowie sie in den folgenden Ansprüchen definiert ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1 :
- Gehäuse
- 2 :
- erster laufradseitiger Einlass
- 3 :
- Verbindungskanal
- 4 :
- zweiter laufradseitiger Einlass
- 5 :
- Auslass
- 7 :
- Motor
- 10, 110 :
- Welle
- 20, 120 :
- erstes Laufrad
- 21, 121 :
- erster Beschaufelungsteil
- 22 :
- erstes Lagerwirkelement
- 22a :
- erste Wirkfläche
- 30, 130 :
- zweites Laufrad
- 31, 131 :
- zweiter Beschaufelungsteil
- 32 :
- zweites Lagerwirkelement
- 32a :
- zweite Wirkfläche
- 40 :
- erstes Lager
- 50 :
- zweites Lager
- 60 :
- zweites Lagerwirkelement
- 60a :
- zweite Wirkfläche
- 122 :
- erste Wirkfläche
- 132 :
- zweite Wirkfläche
- 140 :
- erstes Axiallager
- 150 :
- erstes Radiallager
- 160 :
- zweites Axiallager
- 170 :
- zweites Radiallager
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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