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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Seitenkanalverdichter für ein Brennstoffzellensystem zur Förderung und/oder Verdichtung eines gasförmigen Mediums, insbesondere Wasserstoff, das insbesondere zur Anwendung in Fahrzeugen mit einem Brennstoffzellenantrieb vorgesehen ist. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Brennstoffzellensystem mit einem erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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Im Fahrzeugbereich spielen neben flüssigen Kraftstoffen in Zukunft auch gasförmige Kraftstoffe eine zunehmende Rolle. Insbesondere bei Fahrzeugen mit Brennstoffzellenantrieb müssen Wasserstoffgasströme gesteuert werden. Die Gasströme werden hierbei nicht mehr diskontinuierlich, wie bei der Einspritzung von flüssigem Kraftstoff gesteuert, sondern es wird das gasförmige Medium aus mindestens einem Hochdrucktank entnommen und über eine Zuströmleitung eines Mitteldruckleitungssystem an eine Ejektoreinheit geleitet. Diese Ejektoreinheit führt das gasförmige Medium über eine Verbindungsleitung eines Niederdruckleitungssystems zu einer Brennstoffzelle. Nachdem das gasförmige Medium durch die Brennstoffzelle geströmt ist wird es über eine Rückführleitung zurück zur Ejektoreinheit geführt. Dabei kann der Seitenkanalverdichter zwischengeschaltet werden, der die Gasrückführung strömungstechnisch und effizienztechnisch unterstützt. Zudem werden Seitenkanalverdichter zur Unterstützung des Strömungsaufbaus im Brennstoffzellenantrieb eingesetzt, insbesondere bei einem (Kalt)-Start des Fahrzeugs nach einer gewissen Standzeit. Das Antreiben dieser Seitenkanalverdichter erfolgt üblicherweise über Elektromotoren, die beim Betrieb in Fahrzeugen über die Fahrzeugbatterie mit Spannung versorgt werden.
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Aus der
DE 10 2018 204 713 A1 ist ein Seitenkanalverdichter für ein Brennstoffzellensystem bekannt, bei dem ein gasförmiges Medium, insbesondere Wasserstoff, gefördert und/oder verdichtet wird. Der Seitenkanalverdichter weist dabei ein Gehäuse und einen Antrieb auf, wobei das Gehäuse ein Gehäuse-Oberteil und ein Gehäuse-Unterteil aufweist, mit einem in dem Gehäuse umlaufend um eine Drehachse verlaufenden Verdichterraum, der mindestens einen umlaufenden Seitenkanal aufweist, mit einem in dem Gehäuse befindlichen Verdichterrad, das drehbar um die Drehachse angeordnet ist und durch den Antrieb angetrieben wird. Dabei weist das Verdichterrad an seinem Umfang im Bereich des Verdichterraums angeordnete Schaufelblätter auf und ist mit jeweils einer am Gehäuse ausgebildeten Gas-Einlassöffnung und einer Gas-Auslassöffnung, die über den Verdichterraum , insbesondere den mindestens einen Seitenkanal, fluidisch miteinander verbunden sind, wobei der Seitenkanalverdichter mindestens ein Lager aufweist.
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Der aus der
DE 10 2018 204 713 A1 bekannte Seitenkanalverdichter kann gewisse Nachteile aufweisen. Bei der Verwendung des Seitenkanalverdichters kann Wasserstoff in das mindestens eine verwendete Lager eindringen und die metallischen Komponenten schädigen, insbesondere mittels Wasserstoffversprödung. Dabei können beispielsweise ein Lagerinnenring und/oder ein Lageraußenring und/oder die Wälzkörper geschädigt werden, wodurch sich die Ausfallwahrscheinlichkeit des jeweiligen Lagers und somit des gesamten Seitenkanalverdichters erhöht.
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Der aus der
DE 10 2018 204 713 A1 bekannte Seitenkanalverdichter kann dabei in einer beispielhaften Ausführungsform Dichtscheiben aufweisen, die sich zwischen dem Lagerinnenring und dem Lageraußenring befinden, um eine Kapselung des Lagerinnenraums zu bewirken. Dabei können die Dichtscheiben mittels einer Kunststoff-Dichtlippe zum Lagerinnenring oder zum Lageraußenring aufweisen, die mittels eines Schleifkontakts eine zumindest teilweise Kapselung des Lagerinnenraums bewirkt. Diese im Stand der Technik dargestellte beispielhafte Ausführungsform des Seitenkanalverdichters weist die Nachteile auf, dass es aufgrund des Reibkontaktes zu einer erhöhten Temperaturentwicklung im Bereich des Schleifkontakts kommt, wodurch das mindestens eine Lager und/oder weitere Bauteile des Seitenkanalverdichters beschädigt werden. Zudem kann es, insbesondere bei hohen Drehzahlen des Seitenkanalverdichters, zu Materialausbrüchen an der Dichtlippe und/oder dem jeweiligen Lagerring führen, wodurch der Seitenkanalverdichter und/oder andere Bauteile des Brennstoffzellensystems, wie beispielsweise ein Stack, beschädigt werden können. Des Weiteren weist diese im Stand der Technik dargestellte beispielhafte Ausführungsform des Seitenkanalverdichters den Nachteil auf, dass die kapselnde Wirkung mit der Zeit nachlässt und somit Wasserstoff in den Bereich des Lagerinnenraums gelangen kann, wodurch sich die die Ausfallwahrscheinlichkeit des jeweiligen Lagers und somit des gesamten Seitenkanalverdichters erhöht. Zudem kann ein erhöhter Energieaufwand des Antriebs notwendig sein, insbesondere in Form von elektrischer Energie, aufgrund der Reibungsverluste des Schleifkontakts, was wiederum zu erhöhten Betriebskosten des Seitenkanalverdichters führt.
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Offenbarung der Erfindung
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Vorteile der Erfindung
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Erfindungsgemäß wird ein Seitenkanalverdichter für ein Brennstoffzellensystem zur Förderung und/oder Verdichtung von einem gasförmigen Medium, insbesondere Wasserstoff, mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche bereitgestellt.
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Bezugnehmend auf Anspruch 1 weist der Seitenkanalverdichter mindestens ein Lager mit jeweils mindestens einer Dichtscheibe auf, die auf Ihrer, insbesondere einem Lagerrinnenraum abgewandten, Stirnseite mehrere zumindest annähernd orthogonal zu einer Drehachse verlaufende Strömungskeile aufweist, wobei sich zwischen jeweils zwei Strömungskeilen eine Strömungsöffnung ausbildet, die zumindest annähernd orthogonal zur Drehachse verläuft. Auf diese Weise lässt sich der Vorteil erzielen, dass im Betrieb des Seitenkanalverdichters, bei dem sich die Dichtscheibe mit einem Lageraußenring mitdreht, die Strömungskeile eine Rotationsbewegung um die Drehachse mit der Dichtscheibe vollziehen. Dabei wird das Medium, bei dem es sich insbesondere um ein gasförmiges Medium und/oder Wasserstoff handelt, das sich in der Strömungsöffnung zwischen den Drehkeilen befindet, mit den Drehkeile in eine Rotationsbewegung um die Drehachse versetzt. Dabei bauen sich Zentrifugalkräfte auf das Medium auf, welche von der Drehachse und/oder dem Lagerinnenring weg gerichtet sind insbesondere zum Lageraußenring. Somit wird das Medium von einem Bereich zwischen dem Lagerinnenring und dem Innendurchmesser der Dichtscheibe weggeführt und/oder strömt weg von diesem Bereich aufgrund der eigenen Maße und der auf diese wirkenden Zentrifugalkräfte. Somit kann das Medium aus dem Bereich weggeleitet werden, von dem es in den Bereich des Lagerinnenraum vordringen könnte. Somit lässt sich eine Schädigung des jeweiligen Lagers verhindern, während sich die Ausfallwahrscheinlichkeit des Lagers aufgrund von Materialschädigungen, insbesondere aufgrund von Wasserstoffversprödung, reduzieren lässt. Somit kann die Ausfallwahrscheinlichkeit des Seitenkanalverdichters verringert werden und/oder die Lebensdauer des Lagers und/oder des Seitenkanalverdichters kann erhöht werden.
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Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen des im Anspruch 1 angegebenen Seitenkanalverdichters möglich. Die Unteransprüche betreffen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Seitenkanalverdichters sind die Strömungskeile vom Innendurchmesser der Dichtscheibe zum Außendurchmesser der Dichtscheibe hin sich verjüngend ausgeführt. Auf diese Weise kann eine verbesserte Abströmung des Mediums herbeigeführt werden, da aufgrund der Verjüngung des jeweiligen Strömungskeils dieser mit einer längeren Seitenfläche auf das Medium wirken kann, insbesondere bei einer Rotation eines Verdichterrads, und der Strömungskeil bei einem Anfahren des Seitenkanalverdichters und somit einer eingeleiteten Rotation des Verdichterrads mitrotiert und somit mit einer orthogonal zur Seitenfläche wirkenden Kraft auf das aufgrund seiner Trägheit stehenden Mediums wirkt und es so in einer Abströmrichtung zum Lageraußenring hin beschleunigt. Somit kann das Medium effizient vom Bereich weggeleitet werden, in dem das gasförmige Medium in den Bereich des Lagerinnenraums vordringen könnte. So kann eine Schädigung des jeweiligen Lagers verhindert werden, während sich die Ausfallwahrscheinlichkeit des Lagers aufgrund von Materialschädigungen, insbesondere aufgrund von Wasserstoffversprödung, reduzieren lässt. Somit kann die Ausfallwahrscheinlichkeit des Seitenkanalverdichters verringert werden und/oder die Lebensdauer des Lagers und/oder des Seitenkanalverdichters kann erhöht werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des Seitenkanalverdichters ist das mindestens eine Lager über eine Lager-Anschlagscheibe mittels eines Fixierelement an einem Lagerzapfen fixiert. Dabei weist die Lager-Anschlagscheibe einen derart großen Durchmesser auf, so dass diese die Dichtscheibe überdeckt, insbesondere orthogonal zur Drehachse, wobei sich im Bereich einer Überdeckung zwischen der Lager-Anschlagscheibe und der Dichtscheibe mindestens zwei konstruktive Strömungskammern ausbilden. Auf diese Weise lässt sich der Vorteil erzielen, dass bei einer Rotation des Verdichterrads das gasförmige Medium effektiv vom Bereich zwischen dem Außendurchmesser des Lagerinnenring und dem Innendurchmesser der Dichtscheibe weggeleitet wird. Zudem wird mittels der Überdeckung der Lager-Anschlagscheibe über die Dichtscheibe verhindert wird, dass das gasförmige Medium aus einem anderen Bereich des Seitenkanalverdichters parallel zur Drehachse hin nachströmen kann, da eine Kapselung der jeweiligen Strömungskammer mittels der Lager-Anschlagscheibe, insbesondere ihrem großen Durchmesser, erfolgt. Somit lässt sich die Zuverlässigkeit des Seitenkanalverdichters erhöhen.
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Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des Seitenkanalverdichters werden die Strömungskammern, insbesondere auf vier Seiten, jeweils von der Lager-Anschlagscheibe, von der Dichtscheibe und von zwei Strömungskeilen begrenzt, wobei insbesondere die Strömungskammer zumindest auf Ihrer der Drehachse abgewandten Seite geöffnet ist. Auf diese Weise lässt sich sicherstellen, dass ein effektives Entleeren und/oder Evakuieren der Strömungskammer ermöglicht wird, indem eine Abführung des gasförmigen Mediums aus dem Bereich der Strömungskammer über die der Drehachse abgewandten geöffneten Seite, bei der es sich insbesondere um eine Öffnung handelt, möglich ist. Auf diese Weise kann die Lebensdauer des mindestens einen Lagers und/oder des Seitenkanalverdichters erhöht werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausbildung des Seitenkanalverdichters weist das ein Gehäuse-Unterteil den zylindrischen Lagerzapfen auf, wobei der Lagerzapfen derart in Richtung der Drehachse verläuft, dass seine Mantelfläche umlaufend um die Drehachse verläuft und wobei ein erstes Lager und/oder ein zweites Lager radial zur Drehachse mit der Mantelfläche des Lagerzapfens in Kontakt stehen. Auf diese Weise kann eine Aufnahme des ersten und/oder des zweiten Lagers mittels einer kompakten und kostengünstigen Bauform des Gehäuses und/oder des Seitenkanalverdichters realisiert werden. Zudem kann die Montag der Lager und/oder des Verdichterrads im Gehäuse vereinfacht werden, so dass weniger Montageschritte notwendig sind und somit Montagekosten eingespart werden können.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des Seitenkanalverdichters sind der Lageraußenring und die Dichtscheibe, insbesondere im Betrieb des Seitenkanalverdichters, mit dem Verdichterrad drehbar um die Drehachse angeordnet, wobei der Lagerinnenring und die Lager-Anschlagscheibe fixiert sind, insbesondere drehfest auf dem Lagerzapfen und/oder sich nicht mit dem Verdichterrad mitdrehen. Auf diese Weise lässt sich der Vorteil erzielen, dass eine kompakte Anordnung der Komponenten des Seitenkanalverdichters erzielbar ist. Zudem kann die Dichtscheibe mittels einer formschlüssigen und/oder stoffschlüssigen und/oder kraftschlüssigen Verbindung mit dem Lageraußenring verbunden und dreht sich mit diesem Lageraußenring und/oder dem Verdichterrad mit. Auf diese Weise lässt sich auch der zu dichtende Bereich in den Bereich eines kleineren Durchmessers verlegen, insbesondere des Innendurchmessers der Dichtscheibe, und somit lässt sich die Größe der abzudichtenden Fläche verkleinern. Somit kann die Ausfallwahrscheinlichkeit des Seitenkanalverdichters verringert werden und/oder die Lebensdauer des Lagers und/oder des Seitenkanalverdichters kann erhöht werden.
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Gemäß einer besonders vorteilhaften Weiterbildung des Seitenkanalverdichters befindet sich im Bereich des Innendurchmessers der Dichtscheibe eine Labyrinth-Dichtung, wobei sich die Labyrinth-Dichtung zwischen der Dichtscheibe und dem stehenden Lagerinnenring befindet, die insbesondere zumindest nahezu reibungsfrei im Betrieb des Seitenkanalverdichter eine Kapselung des Lagerinnenraums und der Umgebung erzielt. Auf diese Weise lässt sich der Vorteil erzielen, dass eine Dichtfunktion zwischen der Dichtscheibe und dem Lagerinnenring erzielt werden kann, die zumindest nahezu reibungsfrei ist, im Gegensatz zum Stand der Technik, bei dem es sich insbesondere um eine Lösung handelt, bei dem eine sich an der Dichtscheibe befindliche Dichtlippe im Schleifkontakt mit dem Lagerinnenring befindet. Diese reibungsfreie Kapselung des Lagerinnenraums mittels der Labyrinth-Dichtung verhindert eine Erzeugung von Reibungshitze im Betrieb des Seitenkanalverdichters und somit wird eine Beschädigung und/oder ein Verschleiß von umliegenden Bauteilen verhindert oder zumindest verringert, wodurch die Lebensdauer des gesamten Seitenkanalverdichters erhöht wird. Zudem kann mittels der effizienten Kapselung mittels der Labyrinth-Dichtung verhindert werden, dass das gasförmige Medium, bei dem es sich insbesondere um Wasserstoff handelt aus anderen Bereichen des Seitenkanalverdichters, insbesondere dem Verdichterraum, in den Bereich des jeweiligen Lagers, insbesondere dem Lagerinnenraum, vordringen kann, wo es möglicherweise zu einer Beschädigung aufgrund von Wasserstoffversprödung führt, von der insbesondere eine Lagerlaufbahn und/oder eine Wälzkörper betroffen wäre- Somit lässt sich die Ausfallwahrscheinlichkeit des Lagers und somit des Seitenkanalverdichters mittel der erfindungsgemäßen Ausgestaltung des Seitenkanalverdichters reduzieren, während die Lebensdauer der vorhergehend genannten Komponenten erhöht werden kann. Des Weiteren lassen sich Reibungsverluste aufgrund eines Schleifkontaktes und der damit einhergehenden Reibung verhindern, wodurch sich der Wirkungsgrad des Seitenkanalverdichters erhöhen lässt.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Seitenkanalverdichters ist der Antrieb als ein Axialfeld-Elektromotor ausgeführt, der einen Stator und einen Rotor aufweist. Dabei sind der Stator und der Rotor scheibenförmig umlaufend um die Drehachse ausgebildet und der Stator ist in Richtung der Drehachse neben dem Rotor angeordnet. Auf diese Weise lässt sich der Vorteil erzielen, dass der Antrieb als eine in Richtung der Drehachse schmalere Komponente, insbesondere im Vergleich zu einem aus dem Stand der Technik bekannten Antrieb mit einer Antriebswelle, umgesetzt werden kann, die aufgrund Ihres Durchmessers zwar viel Bauraum radial zur Drehachse benötigt, jedoch axial zur Drehachse schmal ausgeführt ist und somit axial zur Drehachse wenig Bauraum benötigt. Die weiteren Komponenten des Seitenkanalverdichters, insbesondere das Gehäuse und das Verdichterrad, sind gleichartig als in Richtung der Drehachse schmale Komponenten umgesetzt, die aufgrund Ihrer Durchmesser zwar viel Bauraum radial zur Drehachse benötigen, jedoch axial zur Drehachse schmal ausgeführt sind und somit axial zur Drehachse wenig Bauraum benötigen. Dies ist zudem vorteilhaft bei der Integration des Seitenkanalverdichters in einer Anodenplatte einer Brennstoffzelle. Bei einer Kombination des Antriebs mit den weiteren Komponenten des Seitenkanalverdichters, insbesondere dem Gehäuse und dem Verdichterrad, werden somit Komponenten mit gleichartige Bauraumausprägungen kombiniert, wodurch sich einen kompakte und platzsparende Bauweise des gesamten Seitenkanalverdichters erzielen lässt. Dabei ist die kompakte und platzsparende Bauweise des Seitenkanalverdichters durch eine möglichst geringe Oberfläche im Verhältnis zum Volumen realisieren lässt. Dies bietet den Vorteil, dass nur ein geringer Einbauraum beim Kunden benötigt wird, beispielsweise in einem Gesamt-Fahrzeug. Des Weiteren bietet die kompakte Bauweise des Seitenkanalverdichters, insbesondere mit einer möglichst geringen Oberfläche im Verhältnis zum Volumen, thermische Vorteile bei einem Kaltstart des Seitenkanalverdichters.
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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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Kurze Beschreibung der Zeichnung
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Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend eingehender beschrieben.
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Es zeigt:
- 1 eine schematische Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Seitenkanalverdichters,
- 2 eine schematische Schnittansicht eines Lagers und eines Lagerzapfens mit einer Lager-Anschlagscheibe gemäß dem Stand der Technik,
- 3 eine schematische Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Lagers und des Lagerzapfens mit einer erfindungsgemäßen Lager-Anschlagscheibe,
- 4 eine perspektivische Ansicht des erfindungsgemäßen Lagers
- 5 einen in 3 mit III bezeichneten Ausschnitt des Lagers in vergrößerter Darstellung.
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Beschreibung des Ausführungsbeispiels
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Der Darstellung gemäß 1 ist eine schematische Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Seitenkanalverdichters 1 zu entnehmen.
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Dabei ist in 1 gezeigt, dass der Seitenkanalverdichter 1 für ein Brennstoffzellensystem 31 zur Förderung und/oder Verdichtung eines gasförmigen Mediums, insbesondere Wasserstoff, mit einem Gehäuse 3 und einem Antrieb 6, wobei das Gehäuse 3 ein Gehäuse-Oberteil 7 und ein Gehäuse-Unterteil 8 aufweist. Zudem weist das Gehäuse 3 einen umlaufend um eine Drehachse 4 verlaufenden Verdichterraum 30 auf, der mindestens einen umlaufenden Seitenkanal 19, 21 aufweist, mit einem in dem Gehäuse 3 befindlichen Verdichterrad 2, das drehbar um die Drehachse 4 angeordnet ist und durch den Antrieb 6 angetrieben wird, wobei das Verdichterrad 2 an seinem Umfang im Bereich des Verdichterraums 30 angeordnete Schaufelblätter 5 aufweist und mit jeweils einer am Gehäuse 3 ausgebildeten Gas-Einlassöffnung 14 und einer Gas-Auslassöffnung 16, die über den Verdichterraum 30, insbesondere den mindestens einen Seitenkanal 19, 21, fluidisch miteinander verbunden sind, wobei der Seitenkanalverdichter 1 mindestens ein Lager 27, 47 aufweist. Der mindestens eine Seitenkanal 19, 21 kann dabei zumindest in einem Teilbereich des Gehäuses 3 umlaufend um die Drehachse 4 verlaufen, wobei in dem Teilbereich, in dem der mindestens eine Seitenkanal 19, 21 im Gehäuse 3 nicht ausgebildet ist, ein Unterbrecher-Bereich 15 im Gehäuse 3 ausgebildet ist.
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Zudem ist in 1 gezeigt, dass der Antrieb 6 als ein Axialfeld-Elektromotor 6 ausgeführt ist, der einen Stator 11 und einen Rotor 17 aufweist, wobei der Stator 11 und der Rotor 17 scheibenförmig umlaufend um die Drehachse 4 ausgebildet sind und wobei der Stator 11 in Richtung der Drehachse 4 neben dem Rotor 17 angeordnet ist. Dabei kann sich der Rotor 17 zumindest mittelbar an einer Nabenscheibe 23 des Verdichterrads 2 befinden. Zudem ist in 1 gezeigt, dass der Seitenkanalverdichter 1 einen Stator-Raum 42 und einem Rotor-Raum 44 aufweist, wobei in diesen Räumen 42, 44 zumindest teilweise Bauteile des Antriebs 6 angeordnet sind. Dabei weist das Gehäuse-Oberteil 7 eine durchgehende Wandung 29 auf, die sich zwischen dem Stator-Raum 42 und dem Rotor-Raum 44 befindet und eine fluidische Trennung dieser bewirkt. Der Stator-Raum 42 ist zudem von einem Statorgehäuse 39 zumindest teilweise umgeben und/oder gekapselt. Dabei weist das Gehäuse-Unterteil 8 einen zylindrischen Lagerzapfen 12 auf, wobei der Lagerzapfen 12 derart in Richtung der Drehachse 4 verläuft, dass seine Mantelfläche umlaufend um die Drehachse 4 verläuft und wobei ein erstes Lager 27 und/oder ein zweites Lager 47 radial zur Drehachse 4 mit der Mantelfläche des Lagerzapfens 12 in Kontakt stehen. Zudem kann das Verdichterrad 2 über die Nabenscheibe 23 und eine Nabe 9 mit dem jeweiligen Lager 27, 47 verbunden.
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2 zeigt eine schematische Schnittansicht des mindestens einen Lagers 27, 47 und des Lagerzapfens 12 mit einer Lager-Anschlagscheibe 26 gemäß dem Stand der Technik. Dabei ist gezeigt, dass das mindestens eine Lager 27, 47 mittels eines Fixierelement 25 zumindest mittelbar, insbesondere formschlüssig, am Lagerzapfen 12 fixiert ist, wobei die Lager-Anschlagscheibe 26 einen derart großen Durchmesser aufweist, so dass diese nur einen Lagerinnenring 22 zumindest teilweise überdeckt, jedoch nicht eine Dichtscheibe 28 überdeckt. Dabei kann das Fixierelement 25, als ein Verschraubungselement 25 ausgeführt sein, dass zumindest teilweise über seine Länge einen Außendurchmesser aufweist und in Richtung der Drehachse 4 in eine Öffnung des Lagerzapfens 12 eingeführt ist, wobei der Lagerzapfen 12 im Bereich seiner Öffnung ein Innengewinde aufweist, in das das Verschraubungselement 25 eingeschraubt ist. Dabei kommt das Verschraubungselement 25 mit einem im Durchmesser vergrößerten Schraubenkopf in Richtung der Drehachse 4 mit der Lager-Anschlagscheibe 26 in Anlage, wobei die Lager-Anschlagscheibe 26 zumindest mittelbar über eine Abstandshülse 33 mit einer Stirnfläche des Lagerzapfens 12 in Richtung der Drehachse 4 in Anlage steht. Die Lager-Anschlagscheibe 26 steht zudem mit dem Lagerinnenring 22 in Richtung der Drehachse 4 in Anlage. Mittels einer Bearbeitung der Abstandshülse 33 vor dem Erfolgen der Montage lässt sich nun eine Lagervorspannung des jeweiligen Lagers 27, 47 erzielen, insbesondere mittels einer Lagervorspannkraft.
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Zudem wird in 2 gezeigt, dass das jeweilige Lager 27, 47 einen Lageraußenring 20 aufweist, der zumindest mittelbar an dem Verdichterrad 2 fixiert ist und mit diesem im Betrieb des Seitenkanalverdichters 1 mit dreht. Dabei ist die Dichtscheibe 28 am Lageraußenring 20 fixiert, insbesondere formschlüssig und/oder stoffschlüssig und/oder kraftschlüssig, und dreht sich in einer Drehrichtung 18 mit dem Lageraußenring 20 mit, wobei die Dichtscheibe 28 an ihrem Innendurchmesser eine Dichtlippe 32, insbesondere eine Kunststoff-Dichtlippe 32, aufweist, wobei mittels dieser Dichtlippe 32 eine zumindest teilweise Kapselung des Lagerinnenraums 40 erzielt wird. Die Dichtlippe 32 steht dabei in Reibkontakt mit dem Lagerinnenring 22, so dass es sich um eine schleifende Dichtlippe 32 handelt.
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3 zeigt eine schematische Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Lagers 27, 47 und des Lagerzapfens 12 mit der erfindungsgemäßen Lager-Anschlagscheibe 26. Dabei ist gezeigt, dass das mindestens eine Lager 27, 47 jeweils mindestens eine Dichtscheibe 28 aufweist, die auf Ihrer, insbesondere dem Lagerrinnenraum 40 abgewandten, Stirnseite 13 mehrere zumindest annähernd orthogonal zur Drehachse 4 verlaufende Strömungskeile 34 aufweist, wobei sich zwischen jeweils zwei Strömungskeilen 34 eine Strömungsöffnung 10 ausbildet, die zumindest annähernd orthogonal zur Drehachse 4 verläuft. Zudem ist das mindestens eine Lager 27, 47 über die Lager-Anschlagscheibe 26 mittels des Fixierelement 25 am Lagerzapfen 12 fixiert, wobei die Lager-Anschlagscheibe 26 einen derart großen Durchmesser aufweist, so dass diese die Dichtscheibe 28 zumindest teilweise überdeckt, insbesondere orthogonal zur Drehachse 4. Dabei bilden sich im Bereich einer Überdeckung 37 zwischen der Lager-Anschlagscheibe 26 und der Dichtscheibe 28 mindestens zwei konstruktive Strömungskammern 36 aus. Dabei ist der Lageraußenring 20 und die Dichtscheibe 28, insbesondere im Betrieb des Seitenkanalverdichters 1, gemeinsam mit dem Verdichterrad 2 drehbar um die Drehachse 4 angeordnet. Dabei sind der Lagerinnenring 22 und die Lager-Anschlagscheibe 26 drehfest auf dem Lagerzapfen 12 fixiert und drehen sich somit nicht mit dem Verdichterrad 2 mit. Dabei kann mittels des Betriebs Seitenkanalverdichters 1 und einer Drehung des Lageraußenrings 20 mit der Dichtscheibe 28 eine Medientrennung und/oder Kapselung des Lagerinnenraums 40 durch eine zentrifugale Strömung 35, insbesondere mittels der Strömungskeile 34 und/oder der Strömungsöffnungen 10 und/oder den Strömungskammern 36 erzielt werden, insbesondere indem das gasförmige Medium aus dem überdeckenden Bereich 37 weggeleitet wird.
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Durch diese speziell ausgeformte Dichtscheibe 28 mit auf der Stirnseite 13 befindlichen Strömungskeilen 34 und der dabei überdeckenden Lager-Anschlagscheiben 26 bildet sich jeweils eine konstruktive Strömungskammer 36 aus, in welche zusätzlicher eine Labyrinth-Dichtung 38 integriert werden könnte. Im Betrieb dreht sich hier der Lageraußenring 20 mit der Dichtscheibe 28 mit und erzeugt durch Zentrifugalkräfte an den Strömungskeilen 34 die nach außen gerichtete zentrifugale Strömung 35 des gasförmigen Mediums und fördert dadurch das Medium im Betrieb von der Dichtstelle weg. Daraus ergibt sich eine Dichtfunktion zwischen Dichtscheibe 28 und dem Lagerinnenring 22 mittels der resultierenden zentrifugalen Strömung 35. Somit kann ein Reibkontakt einer schleifenden Dichtlippe, wie im Stand der Technik beschrieben, verhindert werden, da die Labyrinth-Dichtung 38 keine Reibpartner aufweist. Somit kann eine Reduzierung der Gesamt-Lagerreibung herbeigeführt werden, so dass der Wirkungsgrad des Seitenkanalverdichters 1 verbessert werden kann. Zudem kann der Lagerverschleiß reduziert werden, wodurch sich die Lagerlebensdauer erhöhen lässt. Aufgrund der erfindungsgemäßen Ausführung des Lagers 27, 47 kann die Dichtlippe 32 als kapselndes Element zwischen der Dichtscheibe 28 und dem Lagerinnenring 22 entfallen und durch die Labyrinth-Dichtung 38 ersetzt werden, da das gasförmige Medium im Betrieb des Seitenkanalverdichters 1 und einer Drehung des Lageraußenrings 20 mit der Dichtscheibe 28 eine Medientrennung und/oder Kapselung des Lagerinnenraums 40 durch die zentrifugale Strömung 35, insbesondere mittels der Strömungskeile 34 und/oder der Strömungsöffnungen 10 und/oder den Strömungskammern 36 erzielt werden, indem das gasförmige Medium aus dem überdeckenden Bereich 37 weggeleitet wird.
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4 zeigt eine perspektivische Ansicht des erfindungsgemäßen Lagers 27, 47. Dabei ist gezeigt, dass das Lager 27, 47 den Lageraußenring 20 und den Lagerinnenring 22 aufweist. Zudem ist gezeigt, dass sich die Dichtscheibe 28 zwischen dem Lageraußenring 20 und dem Lagerinnenring 22 befindet, wobei die Dichtscheibe 28 auf Ihrer Stirnseite 13 Strömungskeile 34 aufweist. Diese Strömungskeile 34 sind vom Innendurchmesser der Dichtscheibe 28 zum Außendurchmesser der Dichtscheibe 28 hin sich verjüngend ausgeführt.
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5 zeigt einen in 3 mit III bezeichneten Ausschnitt des Lagers 27, 47 in vergrößerter Darstellung. Dabei ist dargestellt, dass die Strömungskammern 36, insbesondere auf vier Seiten, jeweils von der Lager-Anschlagscheibe 26, von der Dichtscheibe 28 und von zwei Strömungskeilen 34 begrenzt wird, wobei insbesondere die Strömungskammer 36 zumindest auf Ihrer der Drehachse 4 abgewandten Seite geöffnet ist. Dabei befindet sich im Bereich des Innendurchmessers der Dichtscheibe 28 die Labyrinth-Dichtung 38 befindet, wobei sich die Labyrinth-Dichtung 38 zwischen der Dichtscheibe 28 und dem stehenden Lagerinnenring 22 befindet, die insbesondere zumindest nahezu reibungsfrei im Betrieb des Seitenkanalverdichters 1 eine Kapselung des Lagerinnenraums 40 und der Umgebung erzielt. Dabei wird bei einer Rotationsbewegung in der Drehrichtung 18 der Dichtscheibe 28 das gasförmige Medium gegen eine Seitenflanke 41 des jeweiligen Strömungskeils 34. Dadurch stellt sich eine Zentrifugalkraft auf das gasförmige Medium ein, so dass diese in der zentrifugalen Strömungsrichtung 35 zum Außendurchmesser der Dichtscheibe 28 abströmt, insbesondere durch die konstruktive Strömungskammer 36 und/oder durch die Strömungsöffnung 10. Die sich zum Außendurchmesser der Dichtscheibe 28 hin verjüngenden Strömungskeile 34 begünstigen eine Abströmung des gasförmigen Mediums in der zentrifugalen Abströmrichtung 35. Dadurch kann zudem der auf den Bereich zwischen der Dichtscheibe 28 und dem Lagerinnenring 22 wirkende Druck und/oder die Konzentration des gasförmigen Mediums derart reduziert werden, so dass die Labyrinth-Dichtung 38 eine zumindest nahezu vollständige Kapselung des Lagerinnenraums 40 bewirken kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102018204713 A1 [0003, 0004, 0005]
