DE102022212565A1

DE102022212565A1 - Luftverdichter für ein Brennstoffzellensystem

Info

Publication number: DE102022212565A1
Application number: DE102022212565.7A
Authority: DE
Inventors: Steffen Buhl; Jochen Wessner
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2022-11-24
Filing date: 2022-11-24
Publication date: 2024-05-29

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Luftverdichter für ein Brennstoffzellensystem mit einem mehrteiligen Gehäuse (12), wobei in einem ersten Gehäuseteil (14) ein Rotor (20) drehbar gelagert ist, mit dem ein Verdichterrad (24) und/oder ein Turbinenrad (26) verbunden ist, wobei wenigstens ein mit dem ersten Gehäuseteil (14) verbundenes zweites Gehäuseteil (16) eine Volute (30) aufweist, mit der das Verdichterrad (24) oder das Turbinenrad (26) zusammenwirkt. Zwischen den beiden Gehäuseteilen (14, 16) ist ein Positionierelement (40) angeordnet, durch das eine definierte Position der beiden Gehäuseteile (14, 16) zueinander in Umfangsrichtung bezüglich der Drehachse (21) des Rotors (20) bewirkt wird. Das Positionierelement (40) weist an seinen beiden axialen Seiten jeweils einen in axialer Richtung hervorstehenden Vorsprung (56, 58) auf, der in jeweils eine axiale Ausnehmung (50, 52) in dem diesem gegenüberliegenden Gehäuseteil (14, 16) eingreift.

Description

Die Erfindung betrifft einen Luftverdichter für ein Brennstoffzellensystem nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Stand der Technik
Durch die DE 10 2012 223 012 A1 ist ein Luftverdichter für ein Brennstoffzellensystem bekannt, der ein mehrteiliges Gehäuse aufweist. In einem ersten Gehäuseteil ist ein Rotor drehbar gelagert, mit dem ein Verdichterrad und gegebenenfalls zusätzlich ein Turbninenrad verbunden ist. Wenigstens ein zweites Gehäuseteil weist eine Volute auf, mit der das Verdichterrad oder das Turbinenrad zusammenwirkt. Die beiden Gehäuseteile sind miteinander verbunden. Für die optimale Funktion des Luftverdichters ist in dessen Einbaulage im Brennstoffzellensystem eine definierte Orientierung des zweiten Gehäuseteils mit der Volute erforderlich. Dies ist bei dem bekannten Luftverdichter nur mit erhöhtem Aufwand sichergestellt, indem die Orientierung des zweiten Gehäuseteils bezüglich des ersten Gehäuseteils überprüft wird.
Offenbarung der Erfindung
Der erfindungsgemäße Luftverdichter mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 hat den Vorteil, dass durch das Positionierelement das zweite Gehäuseteil mit der Volute nur in einer definierten Position in Umfangsrichtung mit dem ersten Gehäuseteil verbunden werden kann, so dass dessen korrekte Orientierung sichergestellt ist. Das Positionierelement kann dabei in verschiedenen Ausbildungen bereitgehalten werden bei denen die axialen Vorsprünge entsprechend der erforderlichen Orientierung angeordnet sind.
In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung angegeben. Die Ausbildung gemäß Anspruch 3 ermöglicht eine einfache Herstellung des Positionierelements. Die Ausbildung gemäß den Ansprüchen 4 oder 5 ermöglicht eine Ausbildung des Positionierelements mit geringem Gewicht. Die Ausbildung gemäß Anspruch 6 ermöglicht eine platzsparende Anordnung des Positionierelements. Die Ausbildung gemäß Anspruch 7 ermöglicht eine gegen Umgebungseinflüsse geschützte Anordnung des Positionerelements.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Es zeigen:

1 eine schematische Längsschnittdarstellung durch einen Luftverdichter mit zwei Gehäuseteilen und einem zwischen diesen angeordneten Positionierelement;
2 einen Ausschnitt des Luftverdichters mit dem Positionierelement gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;
3 das Positionierelement gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel in einer prespektivischen Darstellung;
4 den Ausschnitt des Luftverdichters mit dem Positionierelement gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel; und
5 das Positionierelement gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel in einer prespektivischen Darstellung.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele
1 zeigt einen Längsschnitt durch einen Luftverdichter 10 für ein Brennstoffzellensystem, der als Radialverdichter ausgeführt ist. Der Luftverdichter 10 weist ein mehrteiliges Gehäuse 12 auf, wobei in einem ersten Gehäuseteil 14 ein Rotor 20 um eine Drehachse 21 drehbar gelagert ist. Der Rotor 20 ist Teil eines Elektromotors 22 durch den der Luftverdichter 10 angetrieben wird. Mit dem Rotor 20 ist zumindest ein Verdichterrad 24 verbunden, das mit einer an einem zweiten Gehäuseteil 16 ausgebildeten Volute 18 zusammenwirkt. Das zweite Gehäuseteil 16 ist mit dem ersten Gehäuseteil 14 fest verbunden. Die Volute 18 ist ein das Verdichterrad 24 umgebender ringförmiger Kanal in dem die vom Verdichterrad 24 geförderte Luft strömt. Mit dem Rotor 20 kann zusätzlich auch an dessen dem Verdichterrad 24 abgewandtem Ende ein Turbinenrad 26 verbunden sein, das mit einer in einem mit dem ersten Gehäuseteil 14 fest verbundenen weiteren Gehäuseteil 28 ausgebildeten Volute 30 zusammenwirkt.
Das zweite Gehäuseteil 16 sowie gegebenenfalls das weitere Gehäuseteil 28 muss für eine optimale Funktion des Luftverdichters 10 in dessen Einbaulage im Brennstoffzellensystem eine definierte Orientierung in Umfangsrichtung bezüglich der Drehachse 21 zum ersten Gehäuseteil 14 haben. Um diese definierte Orientierung ohne erhöhten Aufwand beim Zusammenbau des Luftverdichters 10 sicherzustellen ist ein Positionierelement 40 vorgesehen, das zwischen dem ersten Gehäuseteil 14 und dem zweiten Gehäuseteil 16 sowie gegebenenfalls auch zwischden dem ersten Gehäuseteil 14 und dem weiteren Gehäuseteil 28 angeordnet ist. Nachfolgend wird die Anordnung des Positionierelements 40 zwischen dem ersten Gehäuseteil 14 und dem zweiten Gehäuseteil 16 beschrieben, die jedoch für die Anordnung des Positionierelements 40 zwischen dem ersten Gehäuseteil 14 und dem weiteren Gehäuseteil 28 gilt.
Das erste Gehäuseteil 14 weist an seinem mit dem zweiten Gehäuseteil 16 zugewandten Ende einen Flansch 42 auf und das zweite Gehäuseteil 16 weist an seinem dem ersten Gehäuseteil 14 zugewandten Ende einen Flansch 44 auf. Der Querschnitt der beiden Flansche 42, 44 ist zumindest annähernd gleich groß und die beiden Gehäuseteile 14, 16 sind mittels eines die Flansche 42, 44 von außen radial übergreifenden Spannrings 46 miteinander verbunden. Das zweite Gehäuseteil 16 weist einen radial innerhalb des Flansches 44 angeordneten sich axial erstreckenden Ringbund 48 auf, der in das erste Gehäuseteil 14 radial innerhalb von dessen Flansch 42 eingreift wodurch das zweite Gehäuseteil 16 in radialer Richtung zum ersten Gehäuseteil 14 ausgerichtet ist. Zwischen den Flanschen 42, 44 der beiden Gehäuseteile 14, 16 ist ein elastischer Dichtring 49 eingespannt.
In einem Bereich innerhalb des Flansches 42 ist in der dem zweiten Gehäuseteil 16 zugewandten Stirnseite des ersten Gehäuseteils 14 eine in axialer Richtung zum zweiten Gehäuseteil 16 hin offene erste Ausnehmung 50 vorhanden. In einem Bereich innerhalb des Flansches 44 ist in der dem ersten Gehäuseteil 14 zugewandten Stirnseite des zweiten Gehäuseteils 16 eine in axialer Richtung zum ersten Gehäuseteil 14 hin offene zweite Ausnehmung 52 vorhanden. Die beiden Ausnehmungen 50, 52 sind in Umfangsrichtung bezüglich der Drehachse 21 zueinander versetzt angeordnet jedoch in 2 zur besseren Darstellbarkeit in die Zeichenebene versetzt dargestellt. Die Breite der Ausnehmungen 50, 52 in Umfangsrichtung kann gleich oder unterschiedlich sein. Die Stirnseiten der beiden Gehäuseteile 14, 16, in denen die Ausnehmungen 50, 52 vorgesehen sind, sind in Richtung der Drehachse 21 mit einem Abstand a zueinander angeordnet und in diesem Abstand a ist das Positionierelement 40 angeordnet.
In den 2 und 3 ist das Positionierelement 40 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem dieses rohrförmig ausgebildet ist. Das Positionierelement 40 weist einen rohrförmigen Bereich 54 mit einer Länge b in Richtung der Drehachse 21 einer Länge b, die etwas geringer ist als der Abstand a. Das Positionierelement 40 weist an den beiden axialen Stirnseiten des Bereichs 54 jeweils einen in Richtung der Drehachse 21 hervorstehenden Vorsprung 56, 58 auf. Die beiden Vorsprünge 56, 58 sind in Umfangsrichtung um die Drehachse 21 um einen Winkel β zueinander versetzt angeordnet. Die Ausnehmungen 50, 52 in den Gehäuseteilen 14, 16 sind entsprechend um den gleichen Winkel β zueinander versetzt angeordnet. Die Breite der Vorsprünge 56, 58 in Umfangsrichtung kann gleich oder unterschiedlich sein. Das Positionierelement 40 ist radial innerhalb des Dichtrings 49 angeordnet.
Die beiden Gehäuseteile 14, 16 können nur in einer Drehstellung zueinander miteinander verbunden werden, in der das Positionierelement 40 mit seinem Vorsprung 56 in die Ausnehmung 50 des ersten Gehäuseteils 14 eingreift und mit seinem Vorsprung 58 in die Ausnehmung 52 des zweiten Gehäuseteils 16 eingreift. Die Breite der Vorsprünge 56, 58 in Umfangsrichtung ist nur wenig kleiner als die Breite der Ausnehmungen 50, 52 in Umfangsrichtung. Dadurch ist sichergestellt, dass die Volute 18 des zweiten Gehäuseteils 16 die korrekte Ausrichtung bezüglich des ersten Gehäuseteils 14 aufweist wenn der Luftverdichter 10 im Brennstoffzellensystem eingebaut ist.
In den 4 und 5 ist das Positionierelement 140 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem dieses bügelförmig ausgebildet ist. Das Positionierelement 140 weist einen Verbindungsbügel 160 auf, der sich über einen Teil des Umfangs der Flansche 42, 44 der Gehäuseteile 14, 16 erstreckt. An den beiden in Umfangsrichtung weisenden Enden des Verbindungsbügels 160 ist jeweils ein in Richtung der Drehachse 21 weisender Vorsprung 156, 158 angeordnet wobei die Vorsprünge 156, 158 in entgegengesetzte axiale Richtungen weisen.
Das Positionierelement 140 ist aus Draht hergestellt, der zur Bildung des Verbindungsbügels 160 entsprechend gebogen ist und von dessen Enden die beiden Vorsprünge 156, 158 umgebogen sind. Das erste Gehäuseteil 14 weist innerhalb des Flansches 42 eine Nut 162 auf, in der der Verbindungsbügel 160 angeordnet ist. Hierdurch kann die Baulänge des Gehäuses 12 in axialer Richtung gering gehalten werden. Der Vorsprung 156 des Positionierelements 140 greift in die Ausnehmung 50 ein und der Vorsprung 158 greift in die Ausnehmung 52 ein, wobei in 5 die beiden Ausnehmungen 50, 52 aus Anschaulichtkeitsgründen in die Zeichenebene versetzt dargestellt sind. Das Positionierelement 140 ist radial innerhalb des Dichtrings 49 angeordnet, kann jedoch alternativ auch in einem Bereich radial außerhalb des Dichtrings 49 angeordnet werden wie dies in 5 mit gestrichelten Linien dargestellt ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102012223012 A1 [0002]

Claims

Luftverdichter (1) für ein Brennstoffzellensystem mit einem mehrteiligen Gehäuse (12), wobei in einem ersten Gehäuseteil (14) ein Rotor (20) um eine Drehachse (21) drehbar gelagert ist, mit dem ein Verdichterrad (24) und/oder ein Turbinenrad (26) verbunden ist, wobei wenigstens ein mit dem ersten Gehäuseteil (14) verbundenes zweites Gehäuseteil (16) eine Volute (30) aufweist, mit der das Verdichterrad (24) oder das Turbinenrad (26) zusammenwirkt, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den beiden Gehäuseteilen (14, 16) ein Positionierelement (40; 140) angeordnet ist, durch das eine definierte Position der beiden Gehäuseteile (14, 16) zueinander in Umfangsrichtung bezüglich der Drehachse (21) des Rotors (20) bewirkt wird und dass das Positionierelement (40; 140) an seinen beiden axialen Seiten jeweils einen in axialer Richtung hervorstehenden Vorsprung (56, 58; 156, 158) aufweist, der in jeweils eine axiale Ausnehmung (50, 52) in dem diesem gegenüberliegenden Gehäuseteil (14, 16) eingreift.
Luftverdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden axialen Vorsprünge (56, 58; 156, 158) des Positionierelements (40; 140) in Umfangsrichtung zueinander versetzt angeordnet sind.
Luftverdichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Positionierelement (40) einen rohrförmigen Bereich (54) aufweist von dessen axialen Stirnseite die Vorsprünge (56, 58) hervorstehen.
Luftverdichter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Positionierelement (140) bügelförmig ausgebildet ist und einen zwischen den beiden Vorsprüngen (156, 158) in Umfangsrichtung verlaufenden Verbindungsbügel (160) aufweist.
Luftverdichter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Positionierelement (140) aus gebogenem Draht hergestellt ist.
Luftverdichter nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines der Gehäuseteile (14, 16) eine Nut (162) aufweist, in der der Verbindungsbügel (160) angeordnet ist.
Luftverdichter nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den beiden Gehäuseteilen (14, 16) ein ringförmiges Dichtelement (49) angeordnet ist und dass das Positionierelement (40; 140) in einem vom Dichtelement (49) umgebenen Bereich angeordnet ist.