DE102022202886A1

DE102022202886A1 - Gaszuführvorrichtung

Info

Publication number: DE102022202886A1
Application number: DE102022202886.4A
Authority: DE
Inventors: Steffen Derhardt
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2022-03-24
Filing date: 2022-03-24
Publication date: 2023-09-28
Also published as: WO2023179957A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Gaszuführvorrichtung (1) mit einer Welle (7), die um eine Drehachse (13) drehbar in einem Gehäuse (15) gelagert ist, und mit einer Temperiereinrichtung (11), die eine die Welle (7) umgebende Mediumtemperierung (12) umfasst, die mit einer Gastemperierung (20) kombiniert ist.Um die Gaszuführvorrichtung (1) funktionell und/oder herstellungstechnisch zu verbessern, umfasst die Temperiereinrichtung (11) eine Temperierhülse (14) mit einer zur Strömungsführung eines temperierten Temperiermediums gestalteten ersten radial nach außen offenen Temperierkanalgeometrie (18) und zum Temperieren von Gas einen mit einer zweiten radial nach außen offenen Temperierkanalgeometrie (21) versehenen Gastemperierring (24), der radial innen und/oder axial die erste Temperierkanalgeometrie (18) begrenzt und radial außen von einem Gehäusekörper (16) begrenzt wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Gaszuführvorrichtung mit einer Welle, die um eine Drehachse drehbar in einem Gehäuse gelagert ist, und mit einer Temperiereinrichtung, die eine die Welle umgebende Mediumtemperierung umfasst, die mit einer Gastemperierung kombiniert ist.
Stand der Technik
Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2018 201 162 A1 ist eine als Turbomaschine ausgeführte Luftzuführvorrichtung bekannt, insbesondere für ein Brennstoffzellensystem, mit einem Verdichter, einer Antriebsvorrichtung und einer Welle, wobei der Verdichter ein auf der Welle angeordnetes Laufrad, einen Verdichtereingang und einen Verdichterausgang aufweist, wobei ein Arbeitsfluid von dem Verdichtereingang zu dem Verdichterausgang förderbar ist, wobei an dem Verdichterausgang ein Antriebskühlpfad zur Kühlung der Antriebsvorrichtung abzweigt. Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2014 224 774 A ist eine Kühleinheit eines Luftkompressors bekannt, der ein Spiralgehäuse, ein Laufrad, das an dem Spiralgehäuse montiert ist, und einen Motor enthält, der das Laufrad antreibt, und den Motor und Lager, die eine Drehwelle des Motors lagern, unter Verwendung von Luft an einer Auslassseite des Laufrads kühlt, wobei die Kühleinheit folgendes aufweist: Eine Vielzahl von Kühlmittelkanälen, die entlang einer Radialrichtung in einem Motorgehäuse angeordnet sind, das mit dem Spiralgehäuse gekoppelt ist, und durch die Kühlmittel strömt; und einen Kanal für gekühlte Luft, der zwischen den Kühlmittelkanälen des Motorgehäuses ausgebildet ist und durch den die Luft strömt.
Offenbarung der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Gaszuführvorrichtung mit einer Welle, die um eine Drehachse drehbar in einem Gehäuse gelagert ist, und mit einer Temperiereinrichtung, die eine die Welle umgebende Mediumtemperierung umfasst, die mit einer Gastemperierung kombiniert ist, funktionell und/oder herstellungstechnisch zu verbessern.
Die Aufgabe ist bei einer Gaszuführvorrichtung mit einer Welle, die um eine Drehachse drehbar in einem Gehäuse gelagert ist, und mit einer Temperiereinrichtung, die eine die Welle umgebende Mediumtemperierung umfasst, die mit einer Gastemperierung kombiniert ist, dadurch gelöst, dass die Temperiereinrichtung eine Temperierhülse mit einer zur Strömungsführung eines temperierten Temperiermediums gestalteten ersten radial nach außen offenen Temperierkanalgeometrie und zum Temperieren von Gas einen mit einer zweiten radial nach außen offenen Temperierkanalgeometrie versehenen Gastemperierring umfasst, der radial innen und/oder axial die erste Temperierkanalgeometrie begrenzt und radial außen von einem Gehäusekörper begrenzt wird. Die erste radial nach außen offene Temperierkanalgeometrie umfasst zum Beispiel Temperiermediumkanäle, die von einem vorzugsweise flüssigen Temperiermedium durchströmt werden. Die erste Temperierkanalgeometrie begrenzt die Temperiermediumkanäle an der Temperierhülse vorzugsweise radial innen und in axialer Richtung. Radial außen werden die Temperiermediumkanäle von der Temperierhülse nicht begrenzt. Die Begrenzung der Temperiermediumkanäle der ersten radial nach außen offenen Temperierkanalgeometrie erfolgt zumindest in einem axialen Abschnitt durch den Gastemperierring. Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird die erste radial nach außen offene Temperierkanalgeometrie in einem axialen Abschnitt an einem Ende der Temperierhülse von dem Gastemperierring begrenzt. Es ist aber auch möglich, dass die erste radial nach außen offene Temperierkanalgeometrie der Temperierhülse über ihre gesamte axiale Abmessung von dem Gastemperierring begrenzt wird. Der Begriff axial bezieht sich auf eine Drehachse der Welle. Axial bedeutet in Richtung oder parallel zu dieser Drehachse. Analog bedeutet radial quer zu dieser Drehachse. Bei der Luftzuführvorrichtung handelt es sich insbesondere um einen Verdichter, der in einem Brennstoffzellensystem zur Bereitstellung von verdichteter Luft dient. Der Verdichter kann ein Laufrad umfassen. Der Verdichter kann aber auch mehrere Laufräder umfassen. Alternativ oder zusätzlich kann der Verdichter mit mindestens einem Turbinenrad ausgestattet sein. Dann wird der Verdichter auch als Turboverdichter oder Turbomaschine bezeichnet. Der elektromotorische Antrieb der Luftzuführvorrichtung umfasst vorzugsweise einen Elektromotor mit einem feststehenden Stator, in dem ein Rotor drehbar angeordnet ist. Die mit der Temperierhülse dargestellte Temperierkanalgeometrie dient, insbesondere in Verbindung mit einem Gehäusekörper, der die Temperierhülse radial außen umgibt, zur Darstellung von Hohlräumen, die von dem Temperiermedium durchströmt werden. Die beanspruchte Kühleinrichtung stellt einen Wärmetauscher dar, der sich aus drei Bauteilen zusammensetzt. Die Temperierhülse stellt ein Innenteil dar. Der Gastemperierring stellt ein Mittelteil dar. Der Gehäusekörper stellt ein Außenteil dar. Die Kühleinrichtung mit dem Innenteil, dem Mittelteil und dem Außenteil ist in einem Ringraum angeordnet, der radial innen von dem elektromotorischen Antrieb, insbesondere einem Stator des elektromotorischen Antriebs, und radial außen offen ist beziehungsweise von einem Gehäuse oder einer angebauten Struktur begrenzt wird. Zwischen dem Innenteil und dem Mittelteil ist mindestens ein Kanal ausgebildet, durch den das temperierte Temperiermedium, zum Beispiel ein Wasser-Glykol-Gemisch, fließt. Zwischen dem Mittelteil und dem Außenteil ist mindestens ein Gaskanal ausgebildet, durch den zu kühlendes Gas strömt. Das Mittelteil weist mindestens eine Nut und mindestens zwei Lamellen auf. Vorteilhaft ist hierbei, eine Vielzahl von Nuten und Lamellen vorzusehen, um die Oberfläche zu vergrößern. Die Gaskanäle der zweiten Temperierkanalgeometrie im Gastemperierring sind ringförmig ausgebildet. Das Mittelteil selbst weist radial außen eine offene Struktur auf. Innen weist das Mittelteil selbst keine Kanäle, wie zum Beispiel Bohrungen, auf. Um die Kanäle der beiden Temperierkanalgeometrien abzudichten, sind vorteilhaft Dichtungen, wie O-Ringe, vorgesehen. Die dreiteilige Ausführung liefert unter anderem den Vorteil, dass für die Temperierhülse, den Gastemperierring und den Gehäusekörper unterschiedliche Materialien verwendet werden können. So können die Materialien hinsichtlich Wärmeleitung, Festigkeit, Fertigbarkeit und Kosten optimal ausgewählt werden. So wird bei geringem Gewicht ein kostengünstiger Gesamtaufbau der Gasbeziehungsweise Luftzuführvorrichtung ermöglicht.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Gaszuführvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die erste Temperierkanalgeometrie mindestens einen Temperiermediumkanal umfasst, der von einer Begrenzungsfläche des Gastemperierrings begrenzt wird und durch den das temperierte Temperiermedium in einer Umfangsrichtung an dem Gastemperierring entlang geführt ist. Der Temperiermediumkanal ist zum Beispiel als Nut ausgeführt, der von zwei lamellenartigen Rippen begrenzt wird. Die Nut kann auch als Ringnut bezeichnet werden. Die erste Temperierkanalgeometrie der Temperierhülse begrenzt den vorzugsweise einen Temperiermediumkanal radial innen und in axialer Richtung. Radial außen wird der Temperiermediumkanal von dem Gastemperierring begrenzt. So kann das Gas, insbesondere die Luft, in einem kleinen Bauraum effektiv gekühlt werden. Ein separater Wärmetauscher wird nicht benötigt.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Gaszuführvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Gastemperierring radial außen eine begrenzte Einströmausnehmung aufweist, die durch parallel verlaufende Gaskanäle der zweiten Temperierkanalgeometrie direkt mit einer begrenzten Ausströmausnehmung verbunden ist, wobei sowohl die parallel verlaufenden Gaskanäle als auch die Einströmausnehmung und die Ausströmausnehmung radial außen von dem Gehäusekörper begrenzt sind. Der Begriff parallel bedeutet im Hinblick auf die parallel verlaufenden Gaskanäle, dass diese im Sinne einer Parallelschaltung von Gas durchströmt werden. Direkt bedeutet im Hinblick auf die Verbindung der Einströmausnehmung mit der Ausströmausnehmung durch die Gaskanäle, dass sich diese geradlinig, das heißt insbesondere ohne Umlenkungen, zwischen der Einströmausnehmung und der Ausströmausnehmung erstrecken. Der Gehäusekörper hat zum Beispiel im Wesentlichen die Gestalt eines geraden Kreiszylindermantels, der den Gastemperierring und, je nach Ausführung gegebenenfalls auch einen Teil der Temperierhülse, insbesondere die radial außen offenen Bereiche des Gastemperierrings und gegebenenfalls der Temperierhülse, umgibt. Dadurch wird die Darstellung von komplexen Temperierkanalgeometrien sowohl an der ersten Temperierkanalgeometrie als auch an der zweiten Temperierkanalgeometrie fertigungstechnisch erheblich vereinfacht.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Gaszuführvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Einströmausnehmung durch einen Trennsteg von der Ausströmausnehmung getrennt ist. Durch eine angelegte Druckdifferenz kann auf einfache Art und Weise eine gewünschte Gasströmung von der Einströmausnehmung durch die Gaskanäle zur Ausströmausnehmung erzwungen werden. Bei einer Ausführung ohne Trennsteg sind die Einströmausnehmung und die Ausströmausnehmung vorteilhaft diametral an dem Gastemperierring angeordnet.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Gaszuführvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Gehäusekörper eine der Einströmausnehmung zugeordnete axiale Einlassöffnung und eine der Ausströmausnehmung zugeordnete axiale Auslassöffnung aufweist. Die Einströmöffnung und die Ausströmöffnung sind zum Beispiel Mündungen von Gaskanälen, die sich durch den Gehäusekörper erstrecken. Über diese Gaskanäle wird das zu temperierende Gas zugeführt und auch wieder abgeführt.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Gaszuführvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Gaskanäle als Nuten ausgeführt sind. Die Nuten können einen rechteckigen Nutausschnitt aufweisen. Je nach Ausführung können die Nuten aber auch einen trapezförmigen beziehungsweise konusförmigen Nutquerschnitt aufweisen. Die Nuten werden im Sinne einer Parallelschaltung gleichzeitig von der Einströmausnehmung zur Ausströmausnehmung durchströmt. Durch die parallelen Nuten ergeben sich ein sehr geringer Druckverlust und gleichzeitig eine sehr große Oberfläche, über welche Wärme abgeführt werden kann.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Gaszuführvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass zwischen freien Enden der lamellenartigen Rippen und dem Gehäusekörper Druckausgleichsspalte vorgesehen sind. Über die Druckausgleichsspalte kann auf einfache Art und Weise ein gewünschter Druckausgleich zwischen den einzelnen Nuten an dem Gastemperierring realisiert werden.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Gaszuführvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Gaskanäle in Umfangsrichtung verlaufen. So kann das Gas auf einfache Art und Weise effektiv temperiert werden.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Gaszuführvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Gaskanäle axial von lamellenartigen Rippen begrenzt werden, die von einem kreiszylindermantelartigen Grundkörper des Gastemperierrings abgewinkelt sind. Die lamellenartigen Rippen sind vorzugsweise in rechten Winkeln von dem kreiszylindermantelförmigen Grundkörper abgewinkelt. Die Rippen sind einstückig mit dem Grundkörper des Gastemperierrings verbunden.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Gaszuführvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Gastemperierring radial innen und/oder an einem axialen Ende lamellenartige Rippen aufweist, an denen das temperierte Temperiermedium entlang geführt ist. Dadurch wird die mit dem Temperiermedium in Kontakt kommende Fläche an dem Gastemperierring deutlich vergrößert. Die lamellenartigen Rippen können auch als Lamellen bezeichnet werden.
Die Erfindung betrifft des Weiteren einen Gastemperierring, eine Temperierhülse und/oder einen Gehäusekörper für eine vorab beschriebene Gaszuführvorrichtung. Die genannten Teile sind separat handelbar.
Die Erfindung betrifft gegebenenfalls auch ein Brennstoffzellensystem mit einer vorab beschriebenen Gaszuführvorrichtung. Die vorzugsweise als Luftzuführvorrichtung ausgeführte Gaszuführvorrichtung dient in dem Brennstoffzellensystem zum Verdichten von Luft, die einem Brennstoffzellenstack in dem Brennstoffzellensystem zugeführt wird.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung einer als Verdichter ausgeführten Luftzuführvorrichtung mit einer Kühleinrichtung, die eine Kühlmediumkühlung umfasst, die mit einer Luftkühlung kombiniert ist, gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel im Längsschnitt;
2 einen Ausschnitt aus 1 gemäß einer geringfügig modifizierten Variante des in 1 dargestellten Ausführungsbeispiels;
3 eine perspektivische Darstellung eines Gastemperierrings mit einer Kühlkanalgeometrie, die sich zwischen einer Einströmausnehmung und einer Ausströmausnehmung erstreckt;
4 die Kühlkanalgeometrie des Gastemperierrings aus 1 in einem Querschnitt:
5 eine ähnliche Darstellung wie in 2 mit einer Einströmöffnung für Luft;
6 einen Bereich des in 3 dargestellten Gastemperierrings in einer Draufsicht auf die Einströmausnehmung und die Ausströmausnehmung;
7 den Gastemperierring aus 3 mit Pfeilen zum Veranschaulichen einer Luftströmung;
8 eine ähnliche Darstellung wie in 5 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel;
9 eine Schnittdarstellung zur Veranschaulichung der Montage des in 8 im Einbauzustand dargestellten Gastemperierrings:
10 eine Schnittansicht zur Veranschaulichung eines ähnlichen Gastemperierrings, wie er in 5 im eingebauten Zustand gezeigt ist;
11 eine Ausführung eines Trennstegs als separates Bauteil;
12 einen Gastemperierring mit einer von Lamellen begrenzten Nut zur Aufnahme des Trennstegs aus 11;
13 den Gastemperierring aus 12 mit dem eingebauten Trennsteg;
14 eine ähnliche Ausführung eines Gastemperierrings wie in 12 gemäß einem Ausführungsbeispiel ohne Nut zur Aufnahme des separaten Trennstegs;
15 eine Schnittdarstellung durch den mit Hilfe von Verbindungselementen an dem Gastemperierring befestigten Trennsteg;
16 den Gastemperierring aus 14 mit angebautem Trennsteg;
17 eine Ausführung des Gastemperierrings ohne Trennsteg;
18 den Gastemperierring aus 17 mit Pfeilen zur Veranschaulichung einer Luftströmung; und
19 eine ähnliche Darstellung wie in 1 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In 1 ist eine Luftzuführvorrichtung 1 schematisch im Längsschnitt dargestellt. Die Luftzuführvorrichtung 1 ist als Verdichter mit zwei Laufrädern 3, 4 ausgeführt.
Die Laufräder 3, 4 sind als Verdichterräder ausgeführt und jeweils in einem Spiralgehäuse 5, 6 drehbar angeordnet. Die Laufräder 3, 4 sind durch einen elektromotorischen Antrieb 2 drehbar angetrieben. Der elektromotorische Antrieb 2 umfasst einen Stator, in welchem ein Rotor mit einer Welle 7 drehbar angetrieben ist.
Die Welle 7 ist mit Hilfe zweier Radiallager 8, 9 und eines Axiallagers 10 drehbar in einem Gehäuse 15 gelagert. Das Gehäuse 15 umfasst einen Gehäusekörper 16, der im Wesentlichen topfartig ausgeführt ist. Der topfartige Gehäusekörper 16 ist durch einen Gehäusedeckel 17 verschlossen. Das Gehäuse 15 mit dem Gehäusekörper 16 und dem Gehäusedeckel 17 ist in axialer Richtung zwischen den beiden Spitalgehäusen 5, 6 angeordnet, die ebenfalls Teile des Gehäuses 15 darstellen.
Der Begriff axial bezieht sich auf eine Drehachse 13, um welche die Welle 7 mit den beiden Laufrädern 3, 4 drehbar in dem Gehäuse 15 gelagert ist. Axial bedeutet in Richtung oder parallel zur Drehachse 13. Analog bedeutet radial quer zur Drehachse 13.
Der elektromotorische Antrieb 2, insbesondere der Stator des elektromotorischen Antriebs 2, ist in dem Gehäuse 15 von einer Kühleinrichtung 11 umgeben. Die Kühleinrichtung 11 ist in einem Ringraum angeordnet, der radial innen von dem elektromotorischen Antrieb 2, insbesondere von dem Stator des elektromotorischen Antriebs 2, begrenzt wird.
Radial außen wird der Ringraum, in welchem die Kühleinrichtung 11 angeordnet ist, von dem Gehäusekörper 16 begrenzt. In axialer Richtung wird der Ringraum, in welchem die Kühleinrichtung 11 angeordnet ist, von dem Gehäusekörper 16 und dem Gehäusedeckel 17 begrenzt.
Die Kühleinrichtung 11 umfasst eine Kühlmediumkühlung 12 und eine Luftkühlung 20. Die Kühlmediumkühlung 12 wird mit einem vorzugsweise flüssigen Kühlmedium betrieben, zum Beispiel einem Wasser-Glykol-Gemisch. Im Betrieb der Kühlmediumkühlung 12 strömt das temperierte, vorzugsweise gekühlte, Kühlmedium durch eine radial nach außen offene Kühlkanalgeometrie 18.
Die radial nach außen offene Kühlkanalgeometrie 18 umfasst eine Vielzahl von Kühlmediumkanälen 19, die an einer Motorkühlhülse 14 ausgebildet sind. Die radial nach außen offene Kühlkanalgeometrie 18 der Kühlmediumkühlung 12 wird größtenteils durch den Gehäusekörper 16 und zu einem kleinen Teil durch die Luftkühlung 20 begrenzt.
Die Luftkühlung 20 umfasst eine ebenfalls radial nach außen offene Kühlkanalgeometrie 21 mit einer Vielzahl von Luftkanälen 22. Die radial nach außen offene Kühlkanalgeometrie 21 der Luftkühlung 20 wird radial außen durch den Gehäusekörper 16 begrenzt.
In 2 sieht man, dass die Kühlkanalgeometrie 18 der Kühlmediumkühlung 12 radial innen von einem Grundkörper 23 der Motorkühlhülse 14 begrenzt wird. Analog wird die Kühlkanalgeometrie 21 der Luftkühlung 20 radial innen von einem Grundkörper 29 eines Gastemperierrings 24 begrenzt. Die Grundkörper 23, 29 haben jeweils vorzugsweise im Wesentlichen die Gestalt von geraden Kreiszylindermänteln.
Der Grundkörper 23 der Motorkühlhülse 14 kann verschiedene axiale Abschnitte aufweisen, in denen der Grundkörper 23 unterschiedliche Innendurchmesser aufweist. Durch die unterschiedlichen Innendurchmesser werden Absätze dargestellt, die zum Beispiel zum Positionieren der Motorkühlhülse 14 relativ zu dem elektromotorischen Antrieb 2 dienen. Die Außendurchmesser des Grundkörpers 23 der Motorkühlhülse 1 4 sind in diesen axialen Abschnitten vorteilhaft ebenfalls unterschiedlich groß gestaltet.
Die Motorkühlhülse 14 umfasst zur Darstellung der radial nach außen offenen Kühlkanalgeometrie 18 eine Vielzahl von lamellenartigen Rippen 26. Die lamellenartigen Rippen 26 haben im Wesentlichen die Gestalt von Kreisringscheiben, die Nuten der Kühlkanalgeometrie 18 begrenzen. Bei den Nuten handelt es sich um Radialnuten, die radial innen von dem Grundkörper 23 begrenzt werden. Radial außen sind die Nuten offen.
Eine beispielhaft angedeutete Dichteinrichtung 28 ist als O-Ring ausgeführt und dient zur Abdichtung zwischen der Motorkühlhülse 14 und dem Gehäusekörper 16. Analog dient eine vorzugsweise ebenfalls als O-Ring ausgeführte Dichteinrichtung 25 zur Abdichtung zwischen dem Gastemperierring 24 und dem Gehäusekörper 16.
Die Kühleinrichtung 11 stellt einen Wärmetauscher dar, der sich aus drei Bauteilen zusammensetzt, einem Innenteil, einem Mittelteil und einem Außenteil. Bei dem Innenteil handelt es sich um die Motorkühlhülse 14. Bei dem Mittelteil handelt es sich um den Gastemperierring 24. Bei dem Außenteil handelt es sich um das Gehäuse 15 mit dem Gehäusekörper 16.
Zwischen dem Innenteil 14 und dem Mittelteil 24 ist ein Kühlmediumkanal 33 ausgebildet, durch den ein temperiertes Kühlmedium fließt, zum Beispiel ein Wasser-Glykol-Gemisch. Zwischen dem Mittelteil 14 und dem Außenteil 16 ist mindestens ein Luftkanal 35 ausgebildet, durch den das zu kühlende Medium, zum Beispiel Luft, strömt.
Der Gastemperierring 24 umfasst vorteilhaft mehrere Luftkanäle 35, die als Nuten ausgeführt sind. Die Luftkanäle 35 werden von lamellenartigen Rippen 36 begrenzt.
Zwischen den lamellenartigen Rippen 36 und dem Gehäusekörper 16 sind vorteilhaft Druckausgleichsspalte 31 vorgesehen, die einen Druckausgleich zwischen den einzelnen Luftkanälen 35 ermöglichen. Dadurch kann eine gleichmäßigere Durchströmung der Luftkanäle 35 realisiert werden. Zudem wird die Kühlfläche um die Fläche der Lamellenaußenseiten vergrößert. Zur Abdichtung ist zwischen dem Innenteil 14 und dem Mittelteil 24 eine als O-Ring ausgeführte Dichteinrichtung 30 vorgesehen.
In 3 sieht man, dass der Grundkörper 29 des Gastemperierrings 24 als geschlossener Ring ausgeführt ist. An einem Ende des Grundkörpers 29 ist ein radial nach außen abstehender Bund 40 ausgebildet. Der Grundkörper 29 und der Bund 40 begrenzen an dem Gastemperierring 24 eine Einströmausnehmung 41 und eine Ausströmausnehmung 42. Die Einströmausnehmung 41 ist durch einen Trennsteg 45 von der Ausströmausnehmung 42 getrennt.
In 6 sieht man, dass der Einströmausnehmung 41 eine Einströmöffnung 43 in dem Gehäuse 15 zugeordnet ist. Der Ausströmausnehmung 42 ist eine Ausströmöffnung 44 im Gehäuse 15 zugeordnet. In 6 ist durch Pfeile 47, 48, 49 und 50 veranschaulicht, wie die Luft dem Gastemperierring 24 zugeführt und abgeführt wird.
Die Luftkanäle 35 verlaufen in Umfangsrichtung außen an dem Grundkörper 29 entlang zwischen der Einströmausnehmung 41 und der Ausströmausnehmung 42. In axialer Richtung werden die Luftkanäle 35 von den lamellenartigen Rippen 36 begrenzt.
In 4 sieht man, dass radial außen an dem Bund 40 eine Aufnahmenut 46 für die in 2 mit 25 bezeichnete Dichteinrichtung ausgebildet ist. In 4 sieht man auch, dass der Gastemperierring 24 insgesamt zehn Luftkanäle 35 aufweist.
In 5 ist durch einen Pfeil 47 angedeutet, wie Luft durch die Einströmöffnung 43, die auch als Einlassöffnung bezeichnet wird, von außen axial zugeführt wird. Aus einer Zusammenschau mit 6 ergibt sich, dass die Luft in ähnlicher Art und Weise axial abgeführt wird.
In 7 ist durch Pfeile 52, 53, 54, 55, 56 veranschaulicht, wie der Gastemperierring 24 im eingebauten Zustand mit Luft umströmt wird. Damit die Luft einen möglichst langen Weg an oder in dem Gastemperierring 24 zurücklegt, liegen die Einströmausnehmung 41 und die Ausströmausnehmung 42 nahe beieinander.
So kann mit dem Gastemperierring 24 eine fast vollständige Umschlingung von dreihundertsechzig Grad realisiert werden. Es ist auch möglich, dass die Einströmausnehmung 41 und die Ausströmausnehmung 42 auf dem Umfang des Gastemperierrings 24 größere Abstände aufweisen. Dann verkleinert sich die Umschlingung entsprechend. Die Umschlingung kann je nach Ausführung auch zweihundertsiebzig Grad, einhundertachtzig Grad oder auch nur neunzig Grad aufweisen.
In 8 ist gezeigt, dass der Gastemperierring 24 zusätzlich radial innen und an einem axialen Ende, in 8 rechts, lamellenartige Rippen 58, 59 aufweisen kann. Diese zusätzlichen lamellenartigen Rippen 58, 59 werden vorteilhaft von dem vorzugsweise flüssigen Kühlmedium umströmt, das über den Kühlmediumkanal 33 zugeführt wird. Dadurch kann die Wärme noch besser von dem Gastemperierring 24 abgeführt werden.
In 9 ist durch einen Pfeil 61 angedeutet, wie der Gastemperierring 24 auf die Motorkühlhülse 14 montiert wird. Um beim Fügen des Gastemperierrings 24 das Dichtelement 30 nicht zu beschädigen, ist es vorteilhaft, zwischen den Lamellen 58 und dem Dichtelement 30 einen radialen Abstand vorzusehen.
In 10 ist dargestellt, dass der in 2 gezeigte Gastemperierring 24 vorteilhaft ebenfalls mit einem radialen Abstand gegenüber der Dichteinrichtung 30 zu versehen ist. Dadurch werden Beschädigungen an der Dichteinrichtung 30 bei der Montage des Gastemperierrings 24 auf die Motorkühlhülse 14 vermieden. Die Montagerichtung ist durch einen Pfeil 62 veranschaulicht.
In den 11 bis 16 sind zwei Ausführungsbeispiele des Gastemperierrings 24 mit einem separaten Trennkörper 64 zur Darstellung des Trennstegs 45 dargestellt. Bei dem in den 11 bis 13 dargestellten Ausführungsbeispiel wird der quaderförmige Trennkörper 64 in einer Nut 65 fixiert, die von nicht näher bezeichneten Lamellen begrenzt wird.
Bei dem in den 14 bis 16 gezeigten Ausführungsbeispiel wird der separate Trennkörper 64 mit Hilfe von zwei Verbindungselementen 67 an dem Grundkörper 29 des Gastemperierrings 24 fixiert.
Bei dem in den 17 und 18 gezeigten Ausführungsbeispiel des Gastemperierrings 24 ist eine Einströmausnehmung 71 um hundertachtzig Grad versetzt zu einer Ausströmausnehmung 72 angeordnet. Hierdurch teilt sich die Luftströmung im Einlassbereich 71 auf und fließt von dort, wie in 18 durch Pfeile 74, 75 angedeutet ist, zweigeteilt zum Auslassbereich. Die zugeführte Luft ist durch einen Pfeil 73 angedeutet. Die abgeführte Luft ist durch einen Pfeil 76 angedeutet.
In 19 ist veranschaulicht, dass der Gastemperierring 24 und die Motorkühlhülse 14 auch in axialer Richtung gleich bemessen sein können. Das ist insbesondere dann von Vorteil, wenn die Luftzuführvorrichtung 1 als Turbomaschine ausgeführt ist, die keinen elektromotorischen Antrieb enthält. Auch hier ist die Kombination aus Motorkühlhülse 14, die dann nur als Kühlhülse 14 bezeichnet wird, Gastemperierring 24 und Gehäuse 15 möglich.
Bei dieser Art von Turbomaschine erfolgt der Antrieb über ein als Turbinenrad ausgeführtes Laufrad 4. Die Verdichtung erfolgt wie bei dem elektromotorisch angetriebenen Ausführungsbeispiel über das als Verdichterrad ausgeführte Laufrad 3. Die gekühlte Luft kann bei der Turbomaschine beispielsweise zur Kühlung des Axiallagers 10, der Radiallager 8, 9 und/oder der Welle 7 verwendet werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102018201162 A1 [0002]
DE 102014224774 A [0002]

Claims

Gaszuführvorrichtung (1) mit einer Welle (7), die um eine Drehachse (13) drehbar in einem Gehäuse (15) gelagert ist, und mit einer Temperiereinrichtung (11), die eine die Welle (7) umgebende Mediumtemperierung (12) umfasst, die mit einer Gastemperierung (20) kombiniert ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperiereinrichtung (11) eine Temperierhülse (14) mit einer zur Strömungsführung eines temperierten Temperiermediums gestalteten ersten radial nach außen offenen Temperierkanalgeometrie (18) und zum Temperieren von Gas einen mit einer zweiten radial nach außen offenen Temperierkanalgeometrie (21) versehenen Gastemperierring (24) umfasst, der radial innen und/oder axial die erste Temperierkanalgeometrie (18) begrenzt und radial außen von einem Gehäusekörper (16) begrenzt wird.
Gaszuführvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Temperierkanalgeometrie (18) mindestens einen Temperiermediumkanal (33) umfasst, der von einer Begrenzungsfläche des Gastemperierrings (24) begrenzt wird und durch den das temperierte Temperiermedium in einer Umfangsrichtung an dem Gastemperierring (24) entlang geführt ist.
Gaszuführvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gastemperierring (24) radial außen eine begrenzte Einströmausnehmung (41;71) aufweist, die durch parallel verlaufende Luftkanäle (22) der zweiten Temperierkanalgeometrie (21) direkt mit einer begrenzten Ausströmausnehmung (42;72) verbunden ist, wobei sowohl die parallel verlaufenden Gaskanäle (22) als auch die Einströmausnehmung (41;71) und die Ausströmausnehmung (42;72) radial außen von dem Gehäusekörper (16) begrenzt sind.
Gaszuführvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Einströmausnehmung (41;71) durch einen Trennsteg (45) von der Ausströmausnehmung (42;72) getrennt ist.
Gaszuführvorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehäusekörper (16) eine der Einströmausnehmung (41) zugeordnete axiale Einlassöffnung (43) und eine der Ausströmausnehmung (42) zugeordnete axiale Auslassöffnung (44) aufweist.
Gaszuführvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Gaskanäle (22) als Nuten ausgeführt sind.
Gaszuführvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Gaskanäle (22) in Umfangsrichtung verlaufen.
Gaszuführvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Gaskanäle (22) axial von lamellenartigen Rippen (36) begrenzt werden, die von einem kreiszylindermantelartigen Grundkörper des Gastemperierrings (24) abgewinkelt sind.
Gaszuführvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gastemperierring (24) radial innen und/oder an einem axialen Ende lamellenartige Rippen (58,59) aufweist, an denen das temperierte Temperiermedium entlang geführt ist.
Gastemperierring (24), Temperierhülse (14) und/oder Gehäusekörper (16) für eine Gaszuführvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.