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Die Erfindung betrifft eine Verdichtervorrichtung zur Drucklufterzeugung, insbesondere für einen fahrzeugseitigen Einsatz, bevorzugt für ein Luftfedersystem eines Fahrzeugs.
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Die Erfindung betrifft weiterhin ein Druckluftversorgungssystem umfassend einen Verdichtervorrichtung.
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Die Erfindung betrifft weiterhin ein Fahrzeug umfassend ein Druckluftversorgungssystem.
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Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin einen Elektromotor für eine Verdichtervorrichtung, der als Gleichstrommotor, insbesondere als bürstenloser Gleichstrommotor (BLDC-Motor) bzw. elektronisch kommutierter Motor (EC-Motor) ausgebildet ist.
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Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Herstellen einer Verdichtervorrichtung umfassend einen Elektromotor.
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STAND DER TECHNIK
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Aus dem Stand der Technik ist ein Elektromotor bekannt, der als elektronisch kommutierter Motor ausgebildet ist, der vorzugsweise zum Antrieb einer Verdichtervorrichtung in einem Fahrzeugeinsatz Pressluft in kompakter Bauweise zur Verfügung stellen kann. Insbesondere wird ein derartiger Elektromotor in einem Luftfederkompressor zum Betrieb eines Luftfedersystems eingesetzt, sodass Radaufhängungen über Luftfedern gedämpft mit einem Fahrzeugchassis verbunden werden können und somit das Niveau des Fahrzeugs an verschiedene Einflüsse angepasst werden kann. In derartigen Anwendungen ist eine kompakte, vibrationsarme Bauweise eines stufenlos steuerbaren Elektromotors wünschenswert.
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Ein gattungsgemäßer Elektromotor ist beispielsweise in der
DE 10 2019 106 426 A1 beschrieben. Der Elektromotor umfasst eine Motorwelle und ein Lagerschild, wobei die Motorwelle in dem Lagerschild gelagert ist. Der Elektromotor wird durch zwei Schrägwälzkörperlager in einem Lagerbereich auf der Motorwelle gelagert.
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Die
DE 10 2016 125 373 B4 offenbart daneben einen weiteren Elektromotor, der einen Statorkern und eine Isolation aufweist. Der Stator weist mehrere Statorzähne auf, und die mit einem Wicklungsdraht umgewickelt sind, wobei der Wicklungsdraht für jeden Statorzahn eine Spule bildet. Auf einer nach innen ragenden Stirnseite der Statorzähne sind Kontraktträger angeordnet.
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Die
DE 103 23 125 A1 betrifft ein Pleuel für den Kolben eines Verdichters, wobei im Pleuellager eine vibrationsmindernde Schicht zur Verminderung von Kolbenvibrationen vorgesehen ist.
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Bei den bekannten Elektromotoren ergibt sich das Problem, dass zur Lagerung eines Elektromotors eine durch den Elektromotor durchgehende Welle und zusätzliche Lager benötigt werden, wobei ein relativ großes Bauvolumen erforderlich wird und der Elektromotor konstruktiv aufwendig ist. Aufgrund der Anordnung von Kontaktelementen auf einer Stirnseite des Elektromotors wird ein vergrößerter Bauraum im Fahrzeug notwendig.
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Ein weiterer Nachteil bekannter Elektromotoren besteht in einer komplexen Bauweise und im Kostenaufwand der Herstellung, da zusätzliche Kühlkanäle für Wärmeabfuhr benötigt werden.
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Ausgehend von dem obigen Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Verdichteranordnung sowie einen Elektromotor für eine Verdichtervorrichtung, vorzugsweise im Fahrzeugbereich, vorzuschlagen, wobei der Elektromotor kompakt mit räumlich geringer Baugröße in der Verdichtervorrichtung integrierbar und kostengünstig und einfach herstellbar ist.
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Diese Aufgabe wird durch eine Verdichteranordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1, einem Druckluftversorgungssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 3, einem Fahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 4, einen Elektromotor mit den Merkmalen des Anspruchs 5 und ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 14 gelöst. Vorteilhafte Weiterentwicklungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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Gegenstand der Erfindung ist eine Verdichtervorrichtung zur Drucklufterzeugung, insbesondere für einen fahrzeugseitigen Einsatz, bevorzugt für ein Luftfedersystem eines Fahrzeugs. Die Verdichtervorrichtung umfasst einen Verdichter. Die Verdichtervorrichtung kann als Luftfederkompressor im Fahrzeugbereich, insbesondere für ein Luftfedersystem der Fahrzeugräder verwendet werden.
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Es wird vorgeschlagen, dass ein Kurbeltrieb des als Kolbenverdichter ausgebildeten Verdichters, insbesondere für ein Doppelkolbensystem, mit einem Pleuel für zumindest einen Kolben an eine Antriebswelle des Verdichters angesetzt ist und durch zumindest zwei bevorzugt als Wälzkörperlager, insbesondere als Kugellager ausgebildete Lager beidseitig auf der Antriebswelle des Verdichters drehbar gelagert ist, wobei eine Längsachse des Pleuels im Wesentlichen rechtwinklig zu einer Mittelachse der Antriebswelle des Verdichters ausgebildet ist, wobei bevorzugt zumindest ein der zumindest zwei Lager als Rotorlager für den Elektromotor eingerichtet ist.
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Somit kann eine Lagerung des Kurbeltriebs beidseitig zu einer Bewegungsebene des Kurbeltriebs, insbesondere beidseitig der Bewegungsebene des Kolbens angeordnet sein. Die Lager sind somit beidseitig des Pleuels oder des Kolben oder der Bewegungsachse angeordnet. Auf diese Weise können Kräfte, die auf die Lagerung wirken, auf ein Minimum reduziert werden, Vibrationen unterdrückt. Weiterhin kann eine Lagerung eines Rotors eines Elektromotors verbessert werden. Dadurch kann vorteilhaft erreicht werden, dass ein Abstand zwischen den beiden Lagern minimiert wird und somit eine Wellenlänge auf ein Mindestmaß reduziert wird, sodass ein Bauraum optimal ausgenutzt und eine sehr kompakte Bauweise ermöglicht werden kann.
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Vorteilhafterweise kann aufgrund einer symmetrischen Belastung ein Verkippen des Kolbens im Betrieb aus der Bewegungsebene des Kurbeltriebs verhindert werden, sodass eine Lebensdauer des Verdichters bzw. der Verdichtervorrichtung erhöht werden kann. Vorteilhafterweise kann ein geräusch- und vibrationsarmer Betrieb der Verdichtervorrichtung ermöglichen werden.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform kann zumindest eines der Lager insbesondere alle Lager durch zumindest ein Entkopplungselement in einem Verdichtergehäuse montiert sein. Vorzugsweise können die Lager auf beiden Seiten der Bewegungsebene des Kurbeltriebs gegenüber dem Verdichtergehäuse jeweils über zumindest ein Entkopplungselement entkoppelt montiert werden, wobei das Entkopplungselement vom Typ der Lagerung unabhängig ist. Als Entkopplungselemente können beispielsweise Gummi-Metall Bauteilen oder eine elastische Schicht wie ein Gummipuffer zur entkoppelten Montage der Lager eingesetzt werden. Dadurch können Schwingungsübergänge zwischen der Wellenlagerung und dem Verdichtergehäuse weiter vermindert werden. Dies führt zu weniger Schwingungen und Vibrationen und somit zu einem ruhigeren Verhalten der Verdichtervorrichtung. Das Entkopplungselement kann zusätzlich beispielsweise auch in einer Pleuellagerung des Kolbens insbesondere für Einsatz in einem Luftfederkompressor verwendet werden.
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In einem nebengeordneten Aspekt wird ein Druckluftversorgungssystem umfassend eine Verdichtervorrichtung, die nach einem der vorgenannten Ausführungsformen ausgebildet ist, vorgeschlagen.
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In einem weiteren nebengeordneten Aspekt wird ein Fahrzeug umfassend ein vorgenanntes Druckluftversorgungssystem vorgeschlagen.
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Gegenstand der Erfindung ist weiterhin ein Elektromotor für eine derartige Verdichtervorrichtung, wobei der Elektromotor als Gleichstrommotor, insbesondere als BLDC-Motor oder elektronisch kommutierter Motor (EC-Motor), ausgebildet ist und Folgendes umfasst:
- - einen Stator, der zumindest eine, insbesondere mehrere Spulenwicklungen aufweist, und
- - einen Rotor, der zumindest einen, insbesondere mehrere Permanentmagneten trägt und mit einer Rotorglocke gebildet ist,
wobei der Stator von dem Rotor umgeben ist und der Elektromotor als Gleichstromaußenläufermotor, insbesondere als BLDC- oder EC-Außenläufermotor ausgebildet ist. Alternativ ist ebenfalls denkbar, dass der Elektromotor als Innenläufermotor ausgebildet sein kann. Ein Gleichstrommotor, auch als DC-Motor bezeichnet, kann mit Gleichstrom versorgt werden und umfasst einen Stator, auch Ständer genannt und einen Rotor, auch Läufer oder Anker genannt. Die einfachste Art von DC-Motoren sind bürstenbehaftete Motoren, bei denen über einen mechanischen Polwender mit Kohlebürsten einer Rotorspule ein Wechselstrom eingeprägt wird. Demgegenüber stehen BLDC-Motoren, die als Brushless-DC-Motoren oder bürstenlose Gleichstrommotor bezeichnet werden. Diese haben einen ähnlichen Aufbau wie ein Drehstrom-Synchronmotor, wobei in der Regel auf einer dem Stator zugewandten Oberfläche des Rotors Permanentmagnete aufgebracht sind. Deren Betrieb erfordert eine Steuerelektronik, die entsprechend einer vorgebbaren Motordrehzahl die Statorwicklungen derart bestromt, dass das Rotormagnetfeld magnetisch verkoppelt mitgeführt und sich der Rotor entsprechend der Vorgabe der Statormagnetfeld-Drehfrequenz mitdreht. Ein BLDC-Motor wird auch als EC-Motor, d.h. elektrisch kommutierter Motor, bezeichnet.
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Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass die Rotorglocke an eine Antriebswelle des Verdichters angesetzt und durch zumindest ein als Wellenlager dienendes Rotorlager mit der Antriebswelle des Verdichters rotierbar einseitig gelagert ist, wobei eine Motorachse mit einer Mittelachse der Antriebswelle des Verdichters zusammenfällt oder parallel ausgerichtet ist.
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Somit wird ein elektronisch kommutierter Elektromotor vorgeschlagen, der als Innen- oder Außenläufermotor ausgebildet ist und einen Rotor mit einer Rotorglocke umfasst, wobei die Rotorglocke als Rotormantel auszubilden ist und einseitig an der geschlossenen Rotorglockenseite gelagert ist. Auf dem Rotormantel können Permanentmagnete für einen Synchronbetrieb oder im Bedarfsfall ein Induktionskäfig für einen Asynchronbetrieb ausgebildet sein. Aufgrund der Bauform wird der Elektromotor durch die Rotorglocke endseitig drehfest an eine Antriebswelle angesetzt und durch zumindest ein Rotorlager einseitig, vorzugsweise im Übergangsbereich der Antriebswelle zur Rotorglocke, mit der Antriebswelle gelagert. Das Rotorlager dient somit gleichzeitig als Wellenlager für einen Verdichter. Vorteilhafterweise wird dadurch ermöglicht, weitere Läuferlager des Elektromotors zu vermeiden. Somit werden eine kompakte Bauweise und eine hohe Bauteileinsparung erreicht.
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Das Merkmal, wonach eine Motorachse mit einer Mittelachse der Antriebswelle des Verdichters zusammenfällt oder parallel ausgerichtet ist, ermöglicht, das Rotorlager gleichzeitig als Wellenlager des Verdichters einzusetzen. Somit werden separate Lager für Elektromotor und Verdichtervorrichtung vermieden, so dass der Kostenaufwand für Konstruktion weiter reduziert wird.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung des Elektromotors kann zumindest ein an der Antriebswelle des Verdichters anschließbarer Rotorzapfen vorgesehen sein, wobei der Rotorzapfen zentrisch zur Motorachse und formkomplementär über zumindest einen Rotorflansch an der Antriebswelle ansetzbar ist. Es ist vorteilhaft, dass die Rotorglocke zumindest einen Rotorflansch und eine Tragglocke umfasst, wobei die Querschnittsausdehnung der Tragglocke grundsätzlich quer zur Antriebswelle verlaufen kann. Zur Halterung des Rotors schließt die Tragglocke mit Ihrer offenen Seite vorzugsweise im Bereich eines Motorgehäuseabschlusses ab, andererseits an im Bereich des Wellenlagers, wobei in diesem Bereich der Rotorzapfen in die Antriebswelle des Verdichters übergeht. Durch eine formkomplementäre Verbindung zwischen dem Rotorflansch und der Antriebswelle kann vorteilhaft erreicht werden, dass sie miteinander leicht verbindbar sind. Der Rotorflansch kann durch einen Presssitz an einem Ende der Antriebswelle, beispielsweise durch eine thermische Schrumpfverbindung oder durch eine Verschraubung bzw. Gewindeverbindung aufgebracht werden.
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Ausgehend von der vorgenannten Ausführungsform kann der Rotorzapfen mit der Rotorglocke einstückig ausgebildet oder mittels zumindest einer Kraft- und / oder Formschlussverbindung an der Rotorglocke angesetzt sein. Zur Erstellung einer starren Verbindung zwischen der Rotorglocke und dem Rotorzapfen sind unterschiedliche Möglichkeiten denkbar. Daher kann vorgesehen sein, die starre Verbindung durch eine Klebe-, Schraub-, Löt-, Schweißverbindung oder dergleichen zu bilden.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung kann ein, bevorzugt zylindrischer und axial zum Stator ausgerichteter, und insbesondere kühlluftdurchströmbarer, Hohlraum zwischen den Spulenwicklungen des Stators, bevorzugt in Längsrichtung der Spulenwicklungen, insbesondere koaxial zu den Spulenwicklungen, gebildet sein. Der Hohlraum verläuft bevorzugt axial zum Stator und ermöglicht eine Kühlluftführung bis zum axialen Ende des Rotortopfes, sodass Kühlluft durch den Stator, die Rotorglocke und durch einen Zwischenraum zwischen Stator und Rotor zur Motorkühlung führbar ist. Die somit erwärmte Kühlluft kann, ggf. vorverdichtet durch einen am Rotor drehfest angeordnetes Lüfterrad an den Einlass des Verdichters geführt werden. Dabei kann der Hohlraum unterschiedliche Durchmesser oder auch einen über die Länge konstanten Durchmesser aufweisen. Der Durchmesser kann an den benötigten Volumenstrom eines Kühlluftstroms angepasst sein.
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Ausgehend von der vorgenannten Ausführungsform können Kontaktierungselemente und bevorzugt eine Kabelzuführung für die Spulenwicklungen in dem Hohlraum, insbesondere entlang des Hohlraums in Längsrichtung koaxial zu den Spulenwicklungen angeordnet sein. Es ist vorteilhaft, dass die Kontaktierungselemente und die Kabelzuführung nicht stirnseitig, sondern innenliegend und koaxial zum Stator angeordnet sein können. Dadurch kann ermöglicht werden, eine Statorlänge auf ein Mindestmaß zu minimieren. Somit kann ein Bauraum in Längsrichtung des Elektromotors reduziert werden. Somit kann der Raumbedarf des Elektromotors optimal ausgenutzt werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung kann zur Wärmeabfuhr zumindest ein Einströmbereich und zumindest ein Ausströmbereich in dem Elektromotor ausgebildet sein, wobei ein Luftstrom in den Einströmbereich eingelassen ist und durch einen Innenraum des Elektromotors, insbesondere durch den Hohlraum und bevorzugt über einen Umlenkbereich der Rotorglocke durch einen Luftspalt zwischen dem Stator und dem Rotor, durchströmt, so dass der Luftstrom an dem Stator vorbeileitbar ist, wobei der Luftstrom durch den Ausströmbereich ausgelassen ist und / oder vorzugsweise die ausgelassene Luft in den Verdichter zur Drucklufterzeugung weiter zugeführt ist. Mithilfe des Umlenkbereichs kann eine gezielte Labyrinthführung des Luftstroms durch den Innenraum, insbesondere durch den Hohlraum und den Luftspalt zwischen Stator und Rotor erfolgen, so dass eine lange Kühlstrecke und eine optimierte Selbstkühlung des Elektromotors bereitstellbar ist. Mit anderen Worten kann durch die Rotorglocke im Innenraum eine Kühlstromumlenkung erfolgen. Da sich die größte Wärmeentwicklung beim elektronisch kommutierten Elektromotor im Bereich des Stators befindet, kann mittels dieser Ausführungsform erreicht werden, den Luftstrom zur Wärmeabfuhr an dem Stator beidseitig und vollflächig vorbeizuleiten. Damit kann die entstehende Wärme vom Luftstrom effektiv aufgenommen und von dem Stator weg transportiert werden.
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Vorteilhafterweise kann durch den Innenraum für den Luftstrom auch bei einem kleinen zur Verfügung stehenden Bauraum eine zielgerichtete Wärmeabfuhr an dem Stator ohne zusätzliche Bauteile erreicht werden. Durch die verbesserte Wärmeabfuhr können ein Wirkungsgrad des Elektromotors und die Einschaltfrequenz (Duty Cycle) und/oder die Einschaltdauer erhöht werden. Der ausgelassene, erwärmte und entfeuchtete Luftstrom kann ferner für den Verdichter zur Drucklufterzeugung verwendet werden. Es ist weiterhin vorteilhaft, dass durch Absorbieren der entstehenden Wärme die Luft vor Einleiten in den Verdichter bereits erwärmt und hiermit eine Konzentration der Feuchtigkeit reduziert werden kann, so dass ein geringerer Feuchtigkeitsanteil in einem Lufttrockner eines Druckluftsystems ausgefällt werden muss. Damit kann für Entfeuchtung der Luft im Nachgang zum Luftverdichten ein Lufttrockner mit einer geringen Trocknerleistung ausreichen.
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Ausgehend von der vorgenannten Weiterbildung kann eine Luftleiteinrichtung, insbesondere ein Lüfterrad, wahlweise drehfest mit der Rotorglocke im Einström- und / oder Ausströmbereich oder an der Tragglocke zur Luftführung von Kühlluft und / oder zur Vorkompression vorgesehen sein. Die Luftleiteinrichtung kann vorteilhafterweise als Rotationsverdichterstufe für eine Vorkompression vorgesehen sein. Hierdurch kann eine durch den Elektromotor bereitgestellte Vorkompressionsstufe am Einström- und / oder Ausströmbereich vorgesehen werden, so dass die eingeführte Luft durch den Elektromotor vor der Verdichtervorrichtung vorkomprimiert mit höherer Effizienz in der Verdichtervorrichtung nachkompremiert im Sinne einer zumindest zweistufigen Kompression werden kann.
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Die Luftleiteinrichtung kann auf der Antriebswelle angeordnet werden, so dass die Luft zumindest im Wesentlichen parallel zur Antriebswelle in den Einströmbereich eingelassen und / oder durch den Ausströmbereich ausgelassen werden kann. Damit werden kurze Umlenkwege bzw. Fließwege für die Kühlung des Elektromotors durch die Luft und / oder für die Vorverdichtung der Luft durch den Verdichter ermöglicht, so dass eine kompakte Bauweise erreicht werden kann. Ist das Lüfterrad als Luftleiteinrichtung vorgesehen, können seine Lüfterradblätter drehfest mit der Antriebswelle rotieren, oder alternativ über ein Getriebe in höhere Rotation versetzt werden. Die rotierenden Radblätter übertragen nach den Gesetzen der Strömungsmechanik Energie auf die Luft, so dass die Luft beschleunigt wird und durch die Fliehkraft ein Druckanstieg der Luft erreicht werden kann. Hierdurch wird die rotatorische Geschwindigkeitsenergie des Elektromotors in Druckenergie für eine Vorkompression der Kühlluft umgewandelt.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung kann der Verdichter zumindest eine Kolbenverdichterstufe und / oder zumindest eine Schraubenverdichterstufe und / oder zumindest eine Turboverdichterstufe und / oder zumindest eine Spiralverdichterstufe und / oder zumindest eine Strahlverdichterstufe umfassen. Der Verdichter kann einstufig oder als mehrstufiger Verdichter ausgebildet sein, wobei zumindest eine Niederdruckstufe und zumindest eine Hochdruckstufe angeordnet umfasst sein können. Die Luft kann zunächst in die Niederdruckstufe eingelassen und mittels zumindest einer Kolbenverdichterstufe und / oder zumindest einer Schraubenverdichterstufe und / oder zumindest einer Turboverdichterstufe und / oder zumindest eine Spiralverdichterstufe und / oder zumindest eine Strahlverdichterstufe auf einen Mitteldruck komprimiert werden. Die komprimierte Luft kann in der Hochdruckstufe durch zumindest eine weitere Kolbenverdichterstufe und / oder zumindest eine weitere Schraubenverdichterstufe und / oder zumindest eine weitere Turboverdichterstufe und / oder zumindest eine weitere Spiralverdichterstufe und / oder zumindest eine weitere Strahlverdichterstufe nachverdichtet werden.
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Die Nieder- und Hochdruckstufe können über zumindest einen Luftkanal und zumindest ein Ventilsystem, das ein gesteuertes Führen der komprimierten Luft von der Niederdruckzur Hochdruckstufe bereitstellt, miteinander verbunden sein. Die hierzu erforderlichen Ventile können in den Boden der jeweiligen Kolben der Verdichterstufen angeordnet und / oder in einem Luftkanal oder in mehreren Luftkanälen angeordnet sein und / oder in einem separaten Bereich angeordnet sein.
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Ausgehend von der vorgenannten Ausführungsform kann die Antriebswelle eine Welle eines Kurbeltriebs der Kolbenverdichterstufe, insbesondere eine Kurbelwelle der Kolbenverdichterstufe sein. Der Elektromotor kann mittels der Rotorglocke an der Welle des Kurbeltriebs der Kolbenverdichterstufe, insbesondere an der Kurbelwelle der Kolbenverdichterstufe angesetzt werden. Weiterhin kann der Elektromotor durch das Rotorlager einseitig auf der Kurbelwelle rotierbar gelagert werden, wobei das Rotorlager gleichzeitig als Lager des Kurbeltriebs dienen kann. Weiterhin ist es möglich, dass der Rotorzapfen über den Rotorflansch an der Welle des Kurbeltriebs, insbesondere an der Kurbelwelle ansetzbar ist, bzw. einen Pleuelzapfen zum Antrieb eines Kolbenpleuels aufweist.
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In einem weiteren nebengeordneten Aspekt wird ein Verfahren zum Herstellen einer Verdichtervorrichtung umfassend einen Verdichter nach einer der vorgenannten Ausführungsformen und / oder einen Elektromotor nach einer der vorgenannten Ausführungsform vorgeschlagen. Erfindungsgemäß weist das Verfahren folgende Schritte auf:
- - drehfeste einseitige Montage eines Rotors einseitig an einer Antriebswelle über eine Rotorglocke mittels zumindest eines als Wellenlager dienenden Rotorlagers, wobei eine Motorachse mit einer Mittelachse der Welle, insbesondere mit der Kurbelwellenachse, zusammenfällt oder parallel ausgerichtet wird, und / oder
- - Montage des Verdichters, mit beidseitig zu einer Bewegungsebene eines Kompressionselements des Verdichters mittels zumindest zwei bevorzugt als Wälzkörperlager, insbesondere als Kugellager ausgebildete Lager, an der Antriebswelle. Das Kompressionselement bezieht sich auf ein Element des Verdichters, durch welches die Luft komprimiert werden kann, beispielsweise im Falle eines Kolbenverdichters der Verdichterkolben.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung, in der Verdichter als Kolbenverdichter mit einem Pleuel ausgebildet ist, kann der Verdichter durch eine beidseitige Lagerung eines Kurbeltriebs zur Bewegungsebene des Kurbeltriebs an der Antriebswelle montiert werden, wobei die Lagerung des Kurbeltriebs mittels des zumindest zwei Lagers erfolgt, wobei eine Längsachse des Pleuels im Wesentlichen rechtwinklig zu einer Mittelachse der Antriebswelle des Verdichters ausgerichtet wird. Ist ein Kolbenverdichter als Verdichter ausgebildet, bezieht sich das Kompressionselement auf den Kurbeltrieb.
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Ausgehend von der beiden vorgenannten Ausführungsformen kann zumindest eines der zumindest zwei Lager, bevorzugt beide Lager, als Rotorlager für den Elektromotor bereitgestellt werden. Dadurch kann der Montageaufwand, der Bauteilaufwand und der Bauraum vorteilhaft reduziert werden. Das bzw. die Lager erfüllen somit eine Doppelnutzung der gleichzeitigen Lagerung des Kurbeltriebs und der Antriebswelle bzw. des Rotors des Elektromotors.
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Figurenliste
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Weitere Vorteile ergeben sich aus den Figuren und der zugehörigen Zeichnungsbeschreibung. In den Figuren sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Figuren, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombinationen. Der Fachmann wird diese Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen. Es zeigt:
- 1 einen Längsschnitt einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Elektromotors;
- 2 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Verdichtervorrichtung;
- 3 einen Längsschnitt einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verdichters ohne Verdichtergehäuse;
- 4 einen Längsschnitt einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verdichters mit Verdichtergehäuse.
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In den Figuren sind gleiche oder gleichartige Komponenten mit gleichen Bezugszeichen beziffert.
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1 zeigt einen Längsschnitt einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Elektromotors 10, der als elektronisch kommutierter Außenläufermotor 50 (DC- insbesondere EC-Außenläufermotor) ausgebildet ist. Der Elektromotor 10 umfasst einen Stator 14, der mehrere Spulenwicklungen 18 aufweist, und einen Rotor 12, der einen Permanentmagnet 16 trägt und mit einer Rotorglocke 48 gebildet ist. Auf dem Stator 14 sind Blechpakete 20 mit Spulen angeordnet, wobei zwischen den Blechpaketen 20 und dem Permanentmagnet 16 ein Luftspalt 66 ausgebildet ist. Weiterhin ist die Rotorglocke 48 an eine Antriebswelle 26 eines Verdichters 64, der nicht in 1 gezeigt ist, angesetzt und durch zumindest ein Rotorlager 36 einseitig an der Antriebswelle 26 drehfest und an der Gehäusewand 22 rotierbar gelagert. Der Verdichter 64 kann beispielsweise als Kolbenverdichter ausgebildet sein. Das Rotorlager 36 ist als Wälzkörperlager 38, vorzugsweise Kugellager ausgebildet und dient gleichzeitig als Wellenlager 52 zur Lagerung des Verdichters 64, insbesondere zur Lagerung eines Kurbeltriebs 80, die nicht in 1 gezeigt ist, des Kolbenverdichters an der Antriebswelle 26. Die Motorachse MA fällt hierzu mit der Mittelachse der Antriebswelle 26, insbesondere mit einer Kurbelwellenachse KA zusammen. Weiterhin ist ein an der Antriebswelle 26 angeschlossener Rotorzapfen 54 vorgesehen, wobei der Rotorzapfen 54 zentrisch zur Motorachse MA und formkomplementär der kraftschlüssig über einen Rotorflansch 32 an die Antriebswelle 26 angesetzt ist. Der Rotorzapfen 54 kann alternativ mit der Rotorglocke 48 einstückig ausgebildet sein. In dem Elektromotor 10 ist ein zylindrischer und kühlluftdurchströmbarer Hohlraum 24 zwischen den Spulenwicklungen 18 des Stators 14 bzw. zwischen den Gehäusewänden 22 in Längsrichtung der Spulenwicklungen 18 koaxial zu den Spulenwicklungen 18 gebildet. Im Hohlraum 24 können Kontaktelemente und Kabelzuführung 72 für die Spulenwicklungen 18 angeordnet sein.
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In 2 ist eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Verdichtervorrichtung 56 dargestellt. Die Verdichtervorrichtung 56 umfasst einen Elektromotor 10 und einen als Kolbenverdichter ausgebildeten Verdichter 64, wobei der Elektromotor 10 über einen Rotorzapfen 54 mittels eines Rotorlagers 36 auf einer Antriebswelle 26 rotierbar gelagert ist. Das Rotorlager 36 ist als Wälzkörperlager 38 ausgebildet und dient als Wellenlager 52 zur Lagerung des Verdichters 64 und gleichzeitig als Lager des Rotors 12. Zur Wärmeabfuhr sind ein Einströmbereich 58 und ein Ausströmbereich 60 in dem Elektromotor 10 ausgebildet, wobei ein Luftstrom in Kühlluftströmungsrichtung A in den Einströmbereich 58 eingelassen ist und durch einen Hohlraum 24 und über einen Umlenkungsbereich 68 der Rotorlocke 48 durch einen Luftspalt 56 zwischen einem Stator 14 und einem Rotor 12 durchströmt. Dadurch kann der Luftstrom an dem Stator 12 beidseitig vorbeigeführt werden. Danach ist der Luftstrom weiter durch den Ausströmbereich 60 ausgelassen und die ausgelassene, erwärmte und getrocknete Luft ist durch einen Einlassbereich 70 in den Verdichter 64 zur Drucklufterzeugung zugeführt. Der Verdichter 64 ist zweistufig ausgebildet und weist einen Niederdruckzylinder 76a und einen Hochdruckzylinder 76b auf. Ein Niederdruckkolben 46a und ein Hochdruckkolben 46b sind jeweils über eine Pleuelstange 44 mittels eines Pleuellagers 40 mit einem Kurbeltrieb 80 verbunden, wobei der Kurbeltrieb 80 als Kompressionselement 102 vorgesehen ist. Der Kurbeltrieb 80 umfasst die Kurbelwelle 74. Der Kurbeltrieb 80 ist weiterhin mittels beider Lager 78 auf der Antriebswelle 26 gelagert, wobei eines der Lager 78 gleichzeitig als Rotorlager 36 zur Lagerung des Elektromotors 10 auf der Antriebswelle 26 dient. Die Lager 78 sind als Wälzkörperlager 38 ausgebildet. Die beiden beidseitig angeordnete Wälzkörperlager 38 lagern sowohl die Kolbenanordnung über das Pleuellager 40 als auch den Rotor 12 des Elektromotors 10.
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3 zeigt eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verdichters 64, der als zweistufiger Kolbenverdichter ausgebildet ist. Der Verdichter 64 weist eine beidseitige Lagerung eines Kurbeltriebs 80 mittels zwei als Wälzkörperlager 38 ausgebildeter Lager 78 auf einer Antriebswelle 26 bzw. auf einer Kurbelwelle auf. Die als Wellenlager 52 ausgebildeten Lager 78 weisen jeweils ein Entkopplungselement 90 in Form einer gummielastischen Schicht zur mechanischen Entkopplung auf. Auf der Antriebswelle 26 kann ein Elektromotor 10, der als EC-Außenläufermotor 50 ausgebildet ist, durch ein Rotorlager 36 einseitig gelagert sein. Ein Kolbenlager 96 zur Lagerung eines Niederdruckkolbens 46a für einen Niederdruckzylinder 76a in einer Niederdruckstufe am Pleuel 86 weist einen Zylinderstift 88 auf und ist in dieser Ausführungsform als Nadellager 98 ausgebildet. In der Darstellung sind weiterhin eine Topfmanschette 94 und ein Kolbenboden 104 jeweils für die Niederdruckstufe und für die Hochdruckstufe erkennbar. Weiterhin ist ein Hochdruckkolben 46b für einen Hochdruckzylinder 76b in einer Hochdruckstufe mit einem Luftkanal 84 verbunden, so dass die durch die Niederdruckstufe erzeugte Druckluft in die Hochdruckstufe geführt werden kann. Auf einer Höhe eines Pleuellagers 40 sind in dieser Ausführungsform zwei Wuchtscheiben 82a, 82b angeordnet. Durch eine derartige nahe Anordnung der Wuchtscheiben 82a, 82b am Pleuellager 40 können Kippmomente gemindert werden. Weiterhin ist eine Längsachse L des Pleuels 86 senkrecht zu einer Motorachse MA bzw. einer Kurbelwellenachse KA ausgerichtet.
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In 4 ist eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verdichters 64 dargestellt. Im Wesentlichen ist der Verdichter 64 mit dem konstruktiven Aufbau der in 3 gezeigten Ausführungsform identisch. Insoweit gleicht der in 4 gezeigte Verdichter 64 der Ausführungsform in 3, insbesondere sind auch hier die Lager 78 über jeweils ein Entkopplungselement 90 in Form einer gummielastischen Schicht in dem Verdichtergehäuse 100 angeordnet. Die Entkopplungselemente 90 vermindern Vibrationen und senken die Geräuschentwicklung.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Elektromotor, DC- oder BLDC-/EC-Motor
- 12
- Rotor
- 14
- Stator
- 16
- Permanentmagnet
- 18
- Spulenwicklung
- 20
- Blechpaket
- 22
- Gehäusewand
- 24
- Hohlraum
- 26
- Antriebswelle
- 28
- verjüngter Teil der Kurbelwelle
- 30
- Rotormantel
- 32
- Rotorflansch
- 34
- Tragglocke
- 36
- Rotorlager
- 38
- Wälzkörperlager
- 40
- Pleuellager
- 44
- Pleuelstange
- 46
- Kolben
- 46a
- Niederdruckkolben
- 46b
- Hochdruckkolben
- 48
- Rotorglocke
- 50
- DC oder EC-Außenläufermotor
- 52
- Wellenlager
- 54
- Rotorzapfen
- 56
- Verdichtervorrichtung
- 58
- Einströmbereich
- 60
- Ausströmbereich
- 62
- Innenraum
- 64
- Verdichter
- 66
- Luftspalt
- 68
- Umlenkbereich
- 70
- Einlassbereich
- 72
- Kabelzuführung
- 74
- Kurbelwelle
- 76
- Zylinder
- 76a
- Niederdruckzylinder
- 76b
- Hochdruckzylinder
- 78
- Lager
- 80
- Kurbeltrieb
- 82
- Wuchtscheibe
- 82a
- erste Wuchtscheibe
- 82b
- zweite Wuchtscheibe
- 84
- Luftkanal
- 86
- Pleuel
- 88
- Zylinderstift
- 90
- Entkopplungselement
- 94
- Topfmanschette
- 96
- Kolbenlager
- 98
- Nadellager
- 100
- Verdichtergehäuse
- 102
- Kompressionselement
- 104
- Kolbenboden
- 106
- Lüftereinrichtung
- 108
- Lüfterrad
- MA
- Motorachse
- KA
- Kurbelwellenachse
- L
- Längsachse
- A
- Kühlluftströmungsrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102019106426 A1 [0007]
- DE 102016125373 B4 [0008]
- DE 19757605 C2 [0009]
- DE 10148078 A1 [0009]
- DE 102011080516 A1 [0009]
- DE 10323125 A1 [0010]
