DE102023117621A1

DE102023117621A1 - Aufladevorrichtung mit axiallager

Info

Publication number: DE102023117621A1
Application number: DE102023117621.8A
Authority: DE
Inventors: Sebastian Dauscher
Original assignee: BorgWarner Inc
Current assignee: BorgWarner Inc
Priority date: 2022-07-27
Filing date: 2023-07-04
Publication date: 2024-02-01
Also published as: DE202022104248U1; KR20240015599A; US20240035395A1; JP2024019010A; US11920490B2; CN117469195A; CN218235570U

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Aufladevorrichtung (10) für einen Verbrennungsmotor oder eine Brennstoffzelle, umfassend einen Verdichter (100) mit einem Verdichtergehäuse (110) und einem darin angeordneten Verdichterrad (120). Zudem umfasst die Aufladevorrichtung (10) eine Welle (200), welche mit dem Verdichterrad (120) gekoppelt ist, und ein Lagergehäuse (300), welches mit dem Verdichtergehäuse verbunden ist und in welchem die Welle (200) drehbar gelagert ist. Das Lagergehäuse (300) umfasst ein Axiallager (400) zur axialen Lagerung der Welle (200). Das Axiallager (400) weist einen Lagerspalt (410) auf, welcher sich zumindest teilweise in einer bezüglich der Welle (200) radialen Richtung (24) erstreckt. Das Axiallager (400) ist mit dem Verdichter (100) fluidisch verbunden und derart angeordnet ist, dass wenn der Verdichter (100) im Betrieb ist, eine Fluidströmung vom Verdichter (100) zumindest teilweise in radialer Richtung (24) durch den Lagerspalt (410) strömt. Dabei ist das Axiallager (400) fluidisch mit einer Druckseite (130) des Verdichters (100) verbunden.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Aufladevorrichtung, insbesondere für einen Verbrennungsmotor oder eine Brennstoffzelle.
Hintergrund
Immer mehr Fahrzeuge der neueren Generation werden mit Aufladevorrichtungen ausgestattet, um die Anforderungsziele und gesetzlichen Auflagen zu erreichen. Bei der Entwicklung von Aufladevorrichtungen gilt es sowohl die einzelnen Komponenten als auch das System als Ganzes bezüglich ihrer Zuverlässigkeit und Effizienz zu optimieren.
Bekannte Aufladevorrichtungen weisen meist zumindest einen Verdichter mit einem Verdichterrad auf, das mit einer Antriebseinheit über eine gemeinsame Welle verbunden ist. Der Verdichter verdichtet die für den Verbrennungsmotor oder für die Brennstoffzelle angesaugte Frischluft. Dadurch wird die Luft- bzw. Sauerstoffmenge, die der Motor zur Verbrennung bzw. die Brennstoffzelle zur Reaktion zur Verfügung hat, erhöht. Dies führt wiederum zu einer Leistungssteigerung des Verbrennungsmotors bzw. der Brennstoffzelle. Aufladevorrichtungen können mit unterschiedlichen Antriebseinheiten ausgestattet sein. Im Stand der Technik sind insbesondere E-Lader, bei denen der Verdichter über einen Elektromotor angetrieben wird und Abgasturbolader, bei denen der Verdichter über eine Abgasturbine angetrieben wird, bekannt. Auch Kombinationen beider Systeme werden im Stand der Technik beschrieben.
Das System aus Verdichterrad, Welle und Antriebseinheit wird im Stand der Technik regelmäßig über radiale und axiale Lageranordnungen in einem Lagergehäuse gelagert. Im Betrieb des Verdichterrads können Axialkräfte auf die Welle übertragen werden, welche in axialer Richtung wirken, insbesondere aus Sicht des Lagergehäuses zum Verdichterrad hin. Diese Axialkräfte müssen zur axialen Lagerung der Welle im Axiallager durch Ausgleichskräfte bzw. Lagerkräfte ausgeglichen werden. Bekannte Systeme führen häufig zu einem erhöhten Bauraumbedarf sowie zu Designeinschränkungen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Aufladevorrichtung bereitzustellen, welche eine verbesserte Axiallagerung aufweist.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Aufladevorrichtung, insbesondere für einen Verbrennungsmotor oder eine Brennstoffzelle, nach Anspruch 1. Die abhängigen Ansprüche offenbaren vorteilhafte Ausgestaltungen der Aufladevorrichtung.
Die Aufladevorrichtung umfasst einen Verdichter mit einem Verdichtergehäuse und einem darin angeordneten Verdichterrad. Zudem umfasst die Aufladevorrichtung eine Welle, welche mit dem Verdichterrad gekoppelt ist, und ein Lagergehäuse, welches mit dem Verdichtergehäuse verbunden ist und in welchem die Welle drehbar gelagert ist. Das Lagergehäuse umfasst ein Axiallager zur axialen Lagerung der Welle. Das Axiallager weist einen Lagerspalt auf, welcher sich zumindest teilweise in einer bezüglich der Welle radialen Richtung erstreckt. Das Axiallager ist mit dem Verdichter fluidisch verbunden und derart angeordnet, dass wenn der Verdichter im Betrieb ist, eine Fluidströmung vom Verdichter zumindest teilweise in radialer Richtung durch den Lagerspalt strömt. Das Axiallager ist fluidisch mit einer Druckseite des Verdichters verbunden. In anderen Worten ist das Axiallager so angeordnet, dass die Fluidströmung in radialer Richtung durch den Lagerspalt abgeführt wird. Anhand der erfindungsgemäßen Aufladevorrichtung kann eine Axiallast des Axiallagers reduziert werden. Dies kann zu einem geringeren Verschleiß im Axiallager führen. Zudem kann das Axiallager kleiner dimensioniert werden. Außerdem kann durch die Fluidströmung eine Kühlung des Axiallagers bereitgestellt werden.
In Ausgestaltungen kann das Axiallager ein Axialluftlager sein. Die Fluidströmung kann eine Leckageluftströmung sein. Der Verdichter kann ein Radialverdichter sein. Im Betrieb des Verdichters bzw. einer Rotation des Verdichterrads können Axialkräfte auf die Welle übertragen werden, welche in axialer Richtung der Welle wirken (bzw. parallel zur Wellenachse), insbesondere aus Sicht des Lagergehäuses zum Verdichterrad hin. Diese Axialkräfte müssen zur axialen Lagerung der Welle im Axiallager durch Ausgleichskräfte bzw. Lagerkräfte ausgeglichen werden, welche in axialer Richtung wirken. Diese Lagerkräfte können entgegengesetzt zu den Axialkräften gerichtet sein. Dies kann durch die Bereitstellung einer Luftlagerung im Axiallager erfolgen, in welcher ein Luftfilm zwischen den Lagerpartnern aufgebaut wird, welcher die wirkenden Axialkräfte ausgleicht. Aufgrund des hohen Druckniveaus im Verdichtergehäuse (insbesondere auf der Druckseite des Verdichters bzw. stromabwärts des Verdichterrads), kann die Fluidströmung, insbesondere die Leckageluftströmung, hinter dem Verdichterrad zwischen der Welle und Gehäuseteilen (zum Beispiel der Verdichterrückwand) auftreten. Das Axiallager ist dabei derart angeordnet, dass diese Leckageluftströmung zum Lagerspalt des Axiallagers geführt wird. Dadurch, dass die Leckageluftströmung durch den Lagerspalt des Axiallagers zumindest teilweise in radialer Richtung strömt und abgeführt wird, können die wirkenden Axialkräfte leichter ausgeglichen werden, da durch die Leckageluftströmung ebenfalls Ausgleichskräfte durch den Aufbau eines Luftfilms erzeugt werden können. Dadurch kann eine Axiallast des Lagers reduziert werden. Dies kann zu einem geringeren Verschleiß im Axiallager führen. Zudem kann das Axiallager kleiner dimensioniert werden. Außerdem kann durch die Leckageluftströmung eine Kühlung des Axiallagers bereitgestellt werden.
In Ausgestaltungen kann der Lagerspalt des Axiallagers fluidisch mit der Druckseite des Verdichters verbunden sein. Insbesondere befindet sich die Druckseite des Verdichters an einer Position stromabwärts des Verdichterrads.
In Ausgestaltungen kann das Axiallager zwischen dem Verdichterrad und dem Lagergehäuse ausgebildet sein. Das Verdichtergehäuse kann eine Verdichterrückwand umfassen. In Ausgestaltungen kann das Axiallager in axialer Richtung zwischen Verdichtergehäuse und Lagergehäuse angeordnet sein. Insbesondere kann das Axiallager in axialer Richtung zwischen der Verdichterrückwand und dem Lagergehäuse angeordnet sein. Die Verdichterrückwand kann in axialer Richtung zwischen Verdichterrad und Axiallager angeordnet sein.
In Ausgestaltungen kann das Axiallager eine Axiallagerscheibe umfassen, welche drehfest mit der Welle gekoppelt ist. Zudem kann das Axiallager einen Axiallagerraum aufweisen, in dem die Axiallagerscheibe angeordnet ist. In Ausgestaltungen kann sich der Lagerspalt zwischen der Axiallagerscheibe und der Verdichterrückwand erstrecken.
In Ausgestaltungen kann die Axiallagerscheibe eine erste Lauffläche aufweisen, welche im Wesentlichen orthogonal zur Achse der Welle verläuft und dem Verdichterrad zugewandt ist. Die Axiallagerscheibe kann eine der ersten Lauffläche gegenüberliegende zweite Lauffläche aufweisen, welche im Wesentlichen parallel zur ersten Lauffläche verläuft und dem Verdichterrad abgewandt ist.
In Ausgestaltungen kann sich der Lagerspalt zwischen der ersten Lauffläche und der Verdichterrückwand erstrecken. Insbesondere kann so die Leckageluftströmung im Lagerspalt zwischen der ersten Lauffläche und der Verdichterrückwand in radiale Richtung strömen, sodass durch die Leckageluftströmung ein Luftfilm zwischen diesen beiden Komponenten aufgebaut wird, was eine Reduzierung der Axiallagerlasten herbeiführen kann.
In Ausgestaltungen kann das Axiallager zumindest eine erste Lagerfolie und/oder eine zweite Lagerfolie umfassen. Die erste Lagerfolie und die zweite Lagerfolie können in axialer Richtung direkt benachbart aneinander anliegend angeordnet sein. In Ausgestaltungen kann die erste Lagerfolie direkt benachbart zur Verdichterrückwand angeordnet sein, und die zweite Lagerfolie kann in axialer Richtung benachbart zur Axiallagerscheibe, insbesondere zur ersten Lauffläche, angeordnet sein.
Die erste Lagerfolie kann ausgelegt sein, die zweite Lagerfolie in axialer Richtung gegen die Axiallagerscheibe vorzuspannen. In Ausgestaltungen kann die erste Lagerfolie ausgelegt sein, durch eine Bewegung der zweiten Lagerfolie in axialer Richtung zwischen der zweiten Lagerfolie und der Verdichterrückwand elastisch komprimierbar zu sein.
In Ausgestaltungen kann im Betrieb des Verdichters der Lagerspalt in axialer Richtung zwischen der Axiallagerscheibe, insbesondere der ersten Lauffläche, und der zweiten Lagerfolie ausgebildet sein.
In Ausgestaltungen kann die Axiallagerscheibe eine Umfangslauffläche umfassen, welche sich zwischen der ersten Lauffläche und der zweiten Lauffläche erstreckt. Insbesondere kann die Axiallagerscheibe einen ersten Radius, gemessen in der radialen Richtung zwischen der Wellenachse und der Umfangslauffläche, aufweisen.
In Ausgestaltungen kann sich der Lagerspalt in der radialen Richtung in einem Bereich erstrecken, in dem die Verdichterrückwand der ersten Lauffläche gegenüberliegt. Insbesondere kann sich der Lagerspalt in der radialen Richtung bis zur Umfangslauffläche erstrecken.
Der Axiallagerraum kann eine Innenumfangsfläche mit einem zweiten Radius, gemessen in radialer Richtung zwischen der Wellenachse und der Innenumfangsfläche, aufweisen. In Ausgestaltungen kann der erste Radius kleiner als der zweite Radius sein. In Ausgestaltungen kann der erste Radius kleiner sein als ein dritter Radius des Verdichterrads, gemessen in radialer Richtung zwischen einer Wellenachse und einem Außenumfang des Verdichterrads.
Die Verdichterrückwand kann einen zylindrischen Durchgang aufweisen, in welchem die Welle, in radialer Richtung beabstandet, angeordnet ist.
Die Aufladevorrichtung kann ferner zumindest einen Zuführungskanal umfassen, welcher das Axiallager, insbesondere den Lagerspalt, mit der Druckseite des Verdichters fluidisch verbindet.
Zudem kann die Aufladevorrichtung ferner zumindest einen Rückführungskanal umfassen, welcher ausgelegt ist, die im Betrieb des Verdichters durch den Lagerspalt in radiale Richtung strömende Fluidströmung aus dem Axiallager, insbesondere dem Lagerspalt, abzuführen. In Ausgestaltungen kann ein erster Druck im Zuführungskanal größer sein als ein zweiter Druck im Rückführungskanal. Dadurch kann sichergestellt werden, dass die Fluidströmung durch den Lagerspalt strömt.
In Ausgestaltungen kann der Zuführungskanal einen Zuführungskanaleinlass aufweisen, welcher an einer Position zwischen dem Verdichterrad und der Verdichterrückwand angeordnet ist. Zusätzlich kann der Zuführungskanal einen Zuführungskanalauslass aufweisen, welcher in den Lagerspalt mündet.
In Ausgestaltungen kann der Zuführungskanal derart ausgebildet sein, dass die Fluidströmung von der Druckseite des Verdichters, insbesondere vom Zuführungskanaleinlass, im Wesentlichen in radialer Richtung zur Welle hin und/oder in axialer Richtung zum Lagerspalt, insbesondere zum Zuführungskanalauslass, geleitet wird. In Ausgestaltungen kann der Zuführungskanal einen axialen Zuführungskanalabschnitt aufweisen, welcher sich ausgehend vom Lagerspalt im Wesentlichen in axialer Richtung, insbesondere zum Verdichterrad hin, durch die Verdichterrückwand und/oder zwischen der Welle und der Verdichterrückwand erstreckt.
In Ausgestaltungen kann der Zuführungskanal einen radialen Zuführungskanalabschnitt aufweisen, welcher sich ausgehend vom axialen Zuführungskanalabschnitt im Wesentlichen in radialer Richtung in der Verdichterrückwand zum Zuführungskanaleinlass erstreckt.
Das Verdichtergehäuse kann einen Verdichtereinlass umfassen.
In Ausgestaltungen kann der Rückführungskanal das Axiallager, insbesondere den Lagerspalt, mit dem Verdichtereinlass fluidisch verbinden. Der Rückführungskanal kann derart ausgebildet sein, dass die im Betrieb des Verdichters durch den Lagerspalt in radiale Richtung strömende Fluidströmung zum Verdichtereinlass geleitet wird.
In Ausgestaltungen kann die Aufladevorrichtung ferner eine Brennstoffzelle umfassen. In einer Ausgestaltung kann der Rückführungskanal das Axiallager, insbesondere den Lagerspalt, mit der Brennstoffzelle fluidisch verbinden. Dabei kann der Rückführungskanal derart ausgebildet sein, dass die im Betrieb des Verdichters durch den Lagerspalt in radiale Richtung strömende Fluidströmung zur Brennstoffzelle geleitet wird.
Alternativ zur Brennstoffzelle kann die Aufladevorrichtung ferner eine Turbine umfassen, welche ein Turbinengehäuse mit einem darin angeordneten Turbinenrad und einem Turbinengehäuseauslass aufweist. In einer Ausgestaltung kann der Rückführungskanal das Axiallager, insbesondere den Lagerspalt, mit dem Turbinengehäuseauslass fluidisch verbinden. Dabei kann der Rückführungskanal derart ausgebildet sein, dass die im Betrieb des Verdichters durch den Lagerspalt in radiale Richtung strömende Fluidströmung zum Turbinengehäuseauslass geleitet wird.
In Ausgestaltungen kann der Rückführungskanal einen Rückführungskanaleingang umfassen, welcher mit dem Lagerspalt und/oder mit dem Axiallagerraum fluidisch verbunden ist.
In Ausgestaltungen kann der Rückführungskanal einen Rückführungskanalausgang umfassen, welcher mit dem Verdichtereinlass verbunden ist.
In Ausgestaltungen kann der Rückführungskanal zumindest abschnittsweise im Lagergehäuse und/oder im Verdichtergehäuse angeordnet sein. Zusätzlich oder alternativ kann der Rückführungskanal zumindest abschnittsweise in einem externen Leitungselement angeordnet sein.
Der Rückführungskanal kann ein Ventilelement aufweisen, welches zwischen einer Schließstellung, in welcher der Rückführungskanal geschlossen ist, und in einer Öffnungsstellung, in welcher der Rückführungskanal zumindest teilweise geöffnet ist, bewegbar ist.
In Ausgestaltungen kann der Rückführungskanaleingang in radialer Richtung radial außerhalb der Axiallagerscheibe angeordnet sein. Insbesondere kann der Rückführungskanaleingang an der Innenumfangsfläche des Axiallagerraums angeordnet sein.
In Ausgestaltungen kann zwischen der Axiallagerscheibe und der Innenumfangsfläche ein Dichtelement angeordnet sein. Insbesondere kann das Dichtelement eine Labyrinthdichtung sein.
In Ausgestaltungen kann der Rückführungskanaleingang an der Innenumfangsfläche in axialer Richtung benachbart zur Verdichterrückwand angeordnet sein. Insbesondere kann der Rückführungskanaleingang an der Innenumfangsfläche in axialer Richtung zumindest teilweise zwischen der Verdichterrückwand und der Axiallagerlagerscheibe angeordnet sein.
Alternativ kann der Rückführungskanaleingang an der Innenumfangsfläche in axialer Richtung benachbart zu einem Wandabschnitt des Lagergehäuses, welcher der zweiten Lauffläche gegenüberliegt, angeordnet sein. Insbesondere kann der Rückführungskanaleingang an der Innenumfangsfläche in axialer Richtung zumindest teilweise zwischen dem Wandabschnitt und der Axiallagerscheibe angeordnet sein.
Alternativ kann der Rückführungskanaleingang an der Innenumfangsfläche in axialer Richtung im Wesentlichen mittig zwischen der Verdichterrückwand und dem Wandabschnitt angeordnet sein.
Alternativ oder zusätzlich kann der Rückführungskanaleingang an der Innenumfangsfläche in axialer Richtung im Wesentlichen gegenüber der Umfangslauffläche angeordnet sein. In Ausgestaltungen kann der Rückführungskanaleingang in dem Dichtelement angeordnet sein.
In Ausgestaltungen kann der Rückführungskanalausgang orthogonal zur axialen Richtung in den Verdichtereinlass münden. Alternativ kann der Rückführungskanalausgang in einem Winkel β < 90° in den Verdichtereinlass münden, gemessen zwischen einer Kanalachse des Rückführungskanals und der axialen Richtung.
In Ausgestaltungen kann das Verdichtergehäuse einen Verdichterauslass mit einer Verdichtervolute umfassen. Der Verdichtereinlass kann einen Einlassabschnitt und einen Mantelabschnitt aufweisen. Zusätzlich kann sich eine Rückführungskammer zwischen dem Mantelabschnitt und dem Verdichtergehäuse und/oder dem Einlassabschnitt erstrecken. Die Rückführungskammer kann sich von einem Kammereinlass, welcher axial zwischen dem Mantelabschnitt und dem Verdichtergehäuse angeordnet ist, zu einem Kammerauslass, welcher axial zwischen dem Mantelabschnitt und dem Einlassabschnitt angeordnet ist, erstrecken. In Ausgestaltungen kann der Rückführungskanalausgang in die Rückführungskammer münden.
In Ausgestaltungen kann die Aufladevorrichtung ferner eine Antriebseinheit umfassen, wobei das Verdichterrad über die Welle mit der Antriebseinheit gekoppelt ist. In Ausgestaltungen kann die Antriebseinheit eine Turbine und/oder einen Elektromotor umfassen.
Der Elektromotor kann in einem Motorraum im Lagergehäuse angeordnet sein. In Ausgestaltungen kann der Elektromotor einen Rotor und einen Stator aufweisen. Insbesondere kann der Rotor auf der Welle angeordnet sein, und der Stator kann den Rotor umgeben.
Die Aufladevorrichtung kann ferner eine Leistungselektronikschaltung zur Steuerung des Elektromotors umfassen, welche in einem Aufnahmeraum im Lagergehäuse angeordnet ist.
In Ausgestaltungen kann das Lagergehäuse eine Radiallageranordnung zur radialen Lagerung der Welle umfassen.
Kurzbeschreibung der Figuren

1 zeigt eine Seitenschnittansicht der Aufladevorrichtung mit einem schematisch dargestellten, erfindungsgemäßen Axiallager;
2 zeigt eine detaillierte Seitenschnittansicht des Axiallagers gemäß einer ersten Ausgestaltung;
3 zeigt eine detaillierte Seitenschnittansicht des Axiallagers gemäß einer zweiten Ausgestaltung;
4 zeigt eine detaillierte Seitenschnittansicht des Axiallagers gemäß einer dritten Ausgestaltung;
5 zeigt eine detaillierte Seitenschnittansicht des Axiallagers gemäß einer vierten Ausgestaltung;

Ausführliche Beschreibung
Im Kontext dieser Anmeldung beziehen sich die Ausdrücke axial und axiale Richtung auf eine Achse 20 der Welle 200. Mit Bezug zu den Figuren (siehe bspw. 1 bis 5) wird die axiale Richtung mit dem Bezugszeichen 22 dargestellt. Eine radiale Richtung 24 bezieht sich dabei auf die axiale Richtung 22. Ebenso bezieht sich ein Umfang bzw. eine Umfangsrichtung 26 dabei auf die axiale Richtung 22. Die Richtungen 22 und 24 verlaufen orthogonal zueinander.
1 zeigt eine Aufladevorrichtung 10 für einen Verbrennungsmotor oder eine Brennstoffzelle. In Ausgestaltungen kann die Aufladevorrichtung 10 auch zur Kühlung von wärmeabgebenden Komponenten eingesetzt werden. Die Aufladevorrichtung 10 umfasst einen Verdichter 100 mit einem Verdichtergehäuse 110 und einem darin angeordneten Verdichterrad 120. Ferner umfasst die Aufladevorrichung 10 eine Welle 200, welche mit dem Verdichterrad 120 drehfest gekoppelt ist. Ein Lagergehäuse 300 ist mit dem Verdichtergehäuse 100 verbunden. Die Welle 200 ist in dem Lagergehäuse 300 drehbar gelagert. Dabei umfasst das Lagergehäuse ein Axiallager 400 zur axialen Lagerung der Welle 200, sowie eine Radiallageranordnung 800a, 800b zur radialen Lagerung der Welle 200. Die Radiallageranordnung ist im Lagergehäuse 300 angeordnet und weist ein erstes Radiallager 800a und ein zweites Radiallager 800b auf. Das erste Radiallager 800a und das zweite Radiallager 800b sind in axialer Richtung 22 voneinander beabstandet. Die Aufladevorrichtung 10 umfasst eine Antriebseinheit 700, wobei das Verdichterrad 310 über die Welle 200 mit der Antriebseinheit 700 gekoppelt ist. Wie in 1 gezeigt, umfasst die Antriebseinheit 700 einen Elektromotor 710. Alternativ oder zusätzlich kann die Antriebseinheit 700 eine Turbine umfassen (in den FIGS. nicht gezeigt). Die Turbine kann ein Turbinengehäuse mit einem darin angeordneten Turbinenrad und einem Turbinengehäuseauslass aufweisen. Die Welle 200 kann mit dem Turbinenrad auf einem dem Verdichterrad 120 gegenüberliegenden Ende der Welle 200 drehfest gekoppelt sein. Der Elektromotor 710 ist in einem Motorraum im Lagergehäuse 300 angeordnet. Der Elektromotor 710 weist einen Rotor 711 und einen Stator 712 auf, insbesondere wobei der Rotor 711 auf der Welle 200 angeordnet ist, und wobei der Stator 712 den Rotor 711 umgibt. Die Aufladevorrichtung 10 kann ferner eine Leistungselektronikschaltung zur Steuerung des Elektromotors 710 umfassen, welche in einem Aufnahmeraum im Lagergehäuse 300 angeordnet ist.
Das Verdichtergehäuse 110 umfasst einen Verdichtereinlass 150, einen Verdichterauslass 160 und eine Verdichtervolute. In einer Ausgestaltung wie in 1 gezeigt, kann der Verdichtereinlass 150 einen Einlassabschnitt 151 und einen Mantelabschnitt 152 umfassen, wobei sich eine Rückführungskammer 153 zwischen dem Mantelabschnitt 152 und dem Verdichtergehäuse 110 und/oder dem Einlassabschnitt 151 erstreckt. Dabei erstreckt sich die Rückführungskammer 153 von einem Kammereinlass 153a, welcher axial zwischen dem Mantelabschnitt 152 und dem Verdichtergehäuse 110 angeordnet ist, zu einem Kammerauslass 153b, welcher axial zwischen dem Mantelabschnitt 152 und dem Einlassabschnitt 151 angeordnet ist.
2 bis 5 zeigen detaillierte Seitenschnittansichten des Axiallagers 400 gemäß mehreren Ausgestaltungen. Das Axiallager 400 weist einen Lagerspalt 410 auf, welcher sich zumindest teilweise in einer bezüglich der Welle 200 radialen Richtung 24 erstreckt. Wie beispielsweise in 2 dargestellt, kann sich der Lagerspalt 410 auch durchgehend in radialer Richtung 24 erstrecken. Das Axiallager 400 ist mit dem Verdichter 100 fluidisch verbunden und derart angeordnet, dass wenn der Verdichter 100 im Betrieb ist, eine Fluidströmung vom Verdichter 100 zumindest teilweise in radialer Richtung 24 durch den Lagerspalt 410 strömt. In anderen Worten wird eine Fluidströmung, insbesondere eine Leckageluftströmung, welche im Betrieb des Verdichters 100 von der Druckseite 130 des Verdichters 100 zum Lagerspalt 410 strömt, in radialer Richtung 24 durch den Lagerspalt 410 hindurchgeführt. Die Fluidströmung ist dabei durch Pfeile in den 2 bis 5 veranschaulicht. Insbesondere ist das Axiallager 400 fluidisch mit einer Druckseite 130 des Verdichters 100 verbunden. Genauer kann eine Druckseite 130 des Verdichters 100 als eine Position definiert werden, welche sich stromabwärts des Verdichterrads 120 befindet. Diese Position kann sich insbesondere stromabwärts von einer Hinterkante und/oder direkt an einer Hinterkante einer Schaufel des Verdichterrads 120 befinden. Das Verdichterrad weist mehrere in Umfangsrichtung 26 angeordnete Schaufeln auf, welche jeweils eine Vorderkante und eine Hinterkante aufweisen. Die Vorderkante ist dabei im Wesentlichen stromaufwärts des Verdichterrads, also zu einem Einlassquerschnitt des Verdichtereinlasses 150 und einer einströmenden Fluidströmung hin, ausgerichtet. Wie in 1 dargestellt, ist der Verdichter 100 ein Radialverdichter.
Die Fluidströmung ist eine Leckageluftströmung. Der Lagerspalt 410 des Axiallagers 400 ist fluidisch mit der Druckseite 130 des Verdichters 100 verbunden. Wie in den 2 bis 5 dargestellt, ist das Axiallager 400 ein Axialluftlager. Das Axiallager 400 ist so angeordnet, dass die Leckageluftströmung in radialer Richtung 24 durch den Lagerspalt 410 abgeführt wird. Im Betrieb des Verdichters 100 und des Verdichterrads 120 werden Axialkräfte auf die Welle 200 übertragen, welche in axialer Richtung 22 wirken (bzw. parallel zur Wellenachse 20), insbesondere aus Sicht des Lagergehäuses 300 zum Verdichterrad 120 hin. Diese Axialkräfte müssen zur axialen Lagerung der Welle 200 im Axiallager 400 durch Ausgleichskräfte bzw. Lagerkräfte ausgeglichen werden. Dies kann durch die Bereitstellung einer Luftlagerung im Axiallager 400 erfolgen, in welcher ein Luftfilm zwischen den Lagerpartnern aufgebaut wird, welcher die wirkenden Axialkräfte ausgleicht. Aufgrund des hohen Druckniveaus im Verdichtergehäuse 110 (insbesondere stromabwärts des Verdichterrads 120), kann eine Leckageluftströmung hinter dem Verdichterrad 120 zwischen der Welle 200 und Gehäuseteilen (beispielsweise einer Verdichterrückwand 140) auftreten.
Das Axiallager 400 ist dabei derart angeordnet, dass diese Leckageluftströmung zu einem Lagerspalt 410 des Axiallagers 400 gelangen kann. Dadurch, dass die Leckageluftströmung durch den Lagerspalt 410 des Axiallagers 400 in radialer Richtung 24 strömt und abgeführt wird, können die wirkenden Axialkräfte leichter ausgeglichen werden, da durch die Leckageluftströmung ebenfalls Ausgleichskräfte durch den Aufbau eines Luftfilms erzeugt werden können. Dadurch kann eine Axiallast des Lagers 400 reduziert werden. Dies kann zu einem geringeren Verschleiß im Axiallager 400 führen. Zudem kann das Axiallager 400 kleiner dimensioniert werden. Außerdem kann durch die Leckageluftströmung eine Kühlung des Axiallagers 400 bereitgestellt werden. Der Anteil der Leckageluftströmung an der gesamten verdichteten Fluidströmung auf der Druckseite 130 des Verdichters 100 kann 1% oder mehr betragen. In Ausgestaltungen kann der Anteil zwischen 1% und 10% betragen. In anderen Ausgestaltungen kann der Anteil zwischen 1% und 7% oder mehr betragen. Der Anteil der Leckageluftströmung kann dabei abhängig von einem jeweiligen Betriebspunkt des Verdichters 100 sein.
Wie in der 2 bis 5 gezeigt, ist das Axiallager 400 in axialer Richtung 22 zwischen dem Verdichterrad 120 und dem Lagergehäuse 300 ausgebildet. Das Verdichtergehäuse 110 umfasst eine Verdichterrückwand 140. Die Verdichterrückwand ist mit dem Verdichtergehäuse 110 und/oder dem Lagergehäuse 300 verbunden. Das Axiallager 400 ist in axialer Richtung 22 zwischen der Verdichterrückwand 140 und dem Lagergehäuse 300 angeordnet. In anderen Worten ist die Verdichterrückwand 140 in axialer Richtung 22 zwischen Verdichterrad 120 und dem Axiallager 400 angeordnet. Die Verdichterrückwand 140 umfasst einen zylindrischen Durchgang 141, in welchem die Welle 200, in radialer Richtung 24 beabstandet, angeordnet ist.
Das Axiallager 400 weist eine Axiallagerscheibe 420 auf, welche drehfest mit der Welle 200 gekoppelt ist. Zudem weist das Axiallager 400 einen Axiallagerraum 430 auf, in dem die Axiallagerscheibe 420 angeordnet ist. Die Axiallagerscheibe 420 ist rotatorisch frei im Axiallagerraum 430 angeordnet. Der Axiallagerraum 430 ist verdichterseitig des Lagergehäuses 300 angeordnet und wird insbesondere durch die Verdichterrückwand 140 und einem Wandabschnitt 310 des Lagergehäuses 300 begrenzt. Der Wandabschnitt 310 kann dabei einen radialen Abschnitt aufweisen und einen axialen Abschnitt, welche zusammen mit der Verdichterrückwand 140 den Axiallagerraum 430 begrenzen. Der Axiallagerraum 430 ist im Wesentlichen ringförmig ausgebildet. Das Axiallager 400 ist folglich zwischen der Verdichterrückwand 140 und dem Wandabschnitt 310 angeordnet. Die Verdichterrückwand 140 und/oder das Lagergehäuse 300 können einen Teil des Axiallagers 400 bilden. In anderen Ausgestaltungen kann das Axiallager 400 zwischen einem verdichterseitigen Lagergehäusedeckel und dem Lagergehäuse 300 angeordnet sein (in den FIGS. nicht gezeigt). Merkmale, welche bezüglich der Anordnung des Axiallagers 400 mit der Verdichterrückwand 140 beschrieben werden, können dabei auch entsprechend für den Lagergehäusedeckel gelten.
Wie in den 2 bis 5 gezeigt, erstreckt sich der Lagerspalt 410 zwischen der Axiallagerscheibe 420 und der Verdichterrückwand 140. Dabei erstreckt sich der Lagerspalt zumindest teilweise in radiale Richtung 24. In Ausgestaltungen kann sich der Lagerspalt 410 zwischen der Axiallagerscheibe 420 und der Verdichterrückwand 140 auch durchgehend in der radialen Richtung 24 erstrecken. In anderen Ausgestaltungen kann sich der Lagerspalt 410 auch zumindest teilweise in eine schräge Richtung, also eine Kombination aus radialer Richtung 24 und axialer Richtung 22, erstrecken. Die Axiallagerscheibe 420 weist eine erste Lauffläche 421 auf, welche im Wesentlichen orthogonal zur Achse 20 der Welle 200 verläuft und dem Verdichterrad 120 zugewandt ist. In anderen Worten liegt die erste Lauffläche 421 zumindest teilweise der Verdichterrückwand 140 gegenüber und ist zumindest teilweise parallel zu dieser angeordnet. Die Axiallagerscheibe 420 weist eine der ersten Lauffläche 421 gegenüberliegende zweite Lauffläche 422 auf, welche im Wesentlichen parallel zur ersten Lauffläche 421 verläuft und dem Verdichterrad 120 abgewandt ist. Der Lagerspalt 410 erstreckt sich zwischen der ersten Lauffläche 421 und der Verdichterrückwand 140. Insbesondere kann so die Leckageluftströmung im Lagerspalt 410 zwischen der ersten Lauffläche 421 und der Verdichterrückwand 140 in radiale Richtung 24 strömen, sodass durch die Leckageluftströmung ein Luftfilm zwischen diesen beiden Komponenten aufgebaut wird, was eine Reduzierung der Axiallagerlasten herbeiführen kann.
Wie beispielsweise in der 2 dargestellt, umfasst das Axiallager 400 zumindest eine erste Lagerfolie 450 und/oder eine zweite Lagerfolie 460. Die erste Lagerfolie 450 und die zweite Lagerfolie 460 sind in axialer Richtung 22 direkt benachbart aneinander anliegend angeordnet. Die erste Lagerfolie 450 ist direkt benachbart zur Verdichterrückwand 140 angeordnet, und die zweite Lagerfolie 460 ist in axialer Richtung 22 benachbart zur Axiallagerscheibe 420, insbesondere zur ersten Lauffläche 421, angeordnet. In den Ausgestaltungen der 2 bis 5 ist die erste Lagerfolie 450 direkt auf der Verdichterrückwand 140 angeordnet. Die erste Lagerfolie 450 ist ausgelegt, die zweite Lagerfolie 460 in axialer Richtung 22 gegen die Axiallagerscheibe 420 bzw. in Richtung der Axiallagerscheibe 420 vorzuspannen. Insbesondere ist die erste Lagerfolie 450 ausgelegt, durch eine Bewegung der zweiten Lagerfolie 460 in axialer Richtung 22 zwischen der zweiten Lagerfolie 460 und der Verdichterrückwand 140 elastisch komprimierbar zu sein. Im Betrieb des Verdichters 100 ist der Lagerspalt 410 in axialer Richtung 22 zwischen der Axiallagerscheibe 420, insbesondere der ersten Lauffläche 421, und der zweiten Lagerfolie 460 ausgebildet. Durch den Lagerspalt 410 kann eine Lagerwirkung zwischen der Axiallagerscheibe 420 und der Verdichterrückwand 140 erzeugt werden. In Ausgestaltungen kann die erste Lagerfolie 450 eine Wellenfolie sein. Die zweite Lagerfolie 460 kann eine glatte Folie sein.
Wie oben beschrieben, so ist das Axiallager 400 ein Axialluftlager. Der Luftfilm im Axiallager 400 kann durch eine Rotation der Welle 200 bzw. der Axiallagerscheibe 420, welche drehfest mit der Welle 200 gekoppelt ist, erzeugt werden. Aufgrund der Rotationsbewegung der Welle 400 und/oder der Axiallagerscheibe 420 werden Luftteilchen ebenfalls in Bewegung versetzt. An einer Position auf einer Oberfläche der Welle 200 und/oder auf der ersten Lauffläche 421 kann eine Relativgeschwindigkeit der Welle 200 und/oder der ersten Lauffläche 421 zur Luft null betragen. In Ausgestaltungen kann die zweite Lagerfolie 460 eine Keilstruktur aufweisen. Aufgrund der Keilstruktur und der in Bewegung versetzten Luftteilchen kann im Axiallager 400 ein Druckaufbau zwischen den Lagerpartnern, insbesondere zwischen der ersten Lauffläche 421 und der zweiten Lagerfolie 460, stattfinden. Dabei bildet sich im Lagerspalt 410 ein Luftfilm aus, welcher zur Axiallagerung 400 der Welle 200 beiträgt. Durch die Fluidströmung, welche ins Axiallager 400, insbesondere in den Lagerspalt 410 geleitet wird, kann eine erforderliche Axiallagerkraft zur Lagerung der Welle 200 weiter reduziert werden.
Wie in den 2 bis 5 dargestellt, ist der Lagerspalt 410 ein erster Lagerspalt 410 des Axiallagers 400. Das Axiallager 400 umfasst einen zweiten Lagerspalt 900. Dieser ist zwischen der Axiallagerscheibe 420 und dem Lagergehäuse 300, insbesondere dem Wandabschnitt 310 des Lagergehäuses 300, angeordnet. Dabei weist das Axiallager 400 eine dritte Lagerfolie 910 und eine vierte Lagerfolie 920 auf. Die dritte Lagerfolie 910 weist dabei im Wesentlichen die oben beschriebenen Merkmale der ersten Lagerfolie 450 auf. Die vierte Lagerfolie 920 weist im Wesentlichen die oben beschriebenen Merkmale der zweiten Lagerfolie 460 auf. Die dritte Lagerfolie 910 und die vierte Lagerfolie 920 sind in axialer Richtung 22 direkt benachbart aneinander anliegend angeordnet. Die dritte Lagerfolie 910 ist direkt benachbart zum Lagergehäuse 300, insbesondere zum radialen Abschnitt des Wandabschnitt 310, angeordnet. Die vierte Lagerfolie 920 ist in axialer Richtung 22 benachbart zur Axiallagerscheibe 420, insbesondere zur zweiten Lauffläche 422, angeordnet. In den Ausgestaltungen der 2 bis 5 ist die dritte Lagerfolie 910 direkt auf dem Wandabschnitt 310 des Lagergehäuses 300 angeordnet. Die dritte Lagerfolie 910 ist ausgelegt, die vierte Lagerfolie 920 in axialer Richtung 22 gegen die Axiallagerscheibe 420 bzw. in Richtung der Axiallagerscheibe 420 vorzuspannen. Insbesondere ist die dritte Lagerfolie 910 ausgelegt, durch eine Bewegung der vierten Lagerfolie 920 in axialer Richtung 22 zwischen der vierten Lagerfolie 920 und dem Wandabschnitt 310 elastisch komprimierbar zu sein. Im Betrieb des Verdichters 100 ist der zweite Lagerspalt 900 in axialer Richtung 22 zwischen der Axiallagerscheibe 420, insbesondere der zweiten Lauffläche 422, und der vierten Lagerfolie 920 ausgebildet. Durch den zweiten Lagerspalt 900 kann eine Lagerwirkung zwischen der Axiallagerscheibe 420 und dem Wandabschnitt 310 erzeugt werden. In Ausgestaltungen kann die dritte Lagerfolie 910 eine Wellenfolie sein. Die vierte Lagerfolie 920 kann eine glatte Folie sein. Dabei wird im Betrieb des Verdichters 100 ebenfalls ein Luftfilm, wie oben für den ersten Lagerspalt 410 beschrieben, auch im zweiten Lagerspalt 900 ausgebildet. Durch den zweiten Lagerspalt 900 wird jedoch die Fluidströmung, insbesondere die Leckageluftströmung nicht hindurchgeleitet, da diese in radialer Richtung 24 nach dem Durchströmen des ersten Lagerspalts 410 radial abgeführt wird.
Wie beispielsweise in den 2, 3 und 5 dargestellt, umfasst die Axiallagerscheibe 420 eine Umfangslauffläche 423, welche sich in axialer Richtung 22 zwischen der ersten Lauffläche 421 und der zweiten Lauffläche 422 erstreckt. Die Axiallagerscheibe 420 weist einen ersten Radius r1 auf, gemessen in der radialen Richtung 24 zwischen der Wellenachse 20 und der Umfangslauffläche 423. Der Lagerspalt 410 erstreckt sich in der radialen Richtung 24 in einem Bereich, in dem die Verdichterrückwand 140 der ersten Lauffläche 421 gegenüberliegt. Insbesondere erstreckt sich der Lagerspalt 410 in der radialen Richtung 24 bis zur Umfangslauffläche 423. Der Lagerspalt 410 kann sich in der radialen Richtung 24 zwischen dem Durchgang 141 in der Verdichterrückwand 140 und der Umfangslauffläche 423 erstrecken. In anderen Worten kann sich der Lagerspalt 410 in der radialen Richtung 24 dort erstrecken, wo sich die Verdichterrückwand 140, insbesondere die zweite Lagerfolie 460, und die erste Lauffläche 421 gegenüberliegen. Dabei kann die Verdichterrückwand 140 vollständig oder teilweise parallel zur ersten Lauffläche 421 verlaufen.
Wie beispielsweise in der 2 dargestellt, weist der Axiallagerraum 430 eine Innenumfangsfläche 431 mit einem zweiten Radius r2 auf, gemessen in radialer Richtung 24 zwischen der Wellenachse 20 und der Innenumfangsfläche 431. Wie oben beschrieben, so verläuft dabei die Wellenachse 20 koaxial zur axialen Richtung 22. Der erste Radius r1 ist kleiner als der zweite Radius r2. Der erste Radius r1 ist kleiner als ein dritter Radius r3 des Verdichterrads 120, gemessen in radialer Richtung 24 zwischen einer Wellenachse 20 und einem Außenumfang des Verdichterrads 120.
Gemäß den 2 bis 5 umfasst die Aufladevorrichtung 10 zumindest einen Zuführungskanal 500, welcher das Axiallager 400, insbesondere den Lagerspalt 410, mit der Druckseite 130 des Verdichters 100 fluidisch verbindet. Des Weiteren umfasst die Aufladevorrichtung 10 zumindest einen Rückführungskanal 600a, 600b, 600c, welcher ausgelegt ist, die im Betrieb des Verdichters 100 durch den Lagerspalt 410 in radiale Richtung 24 strömende Fluidströmung aus dem Axiallager 400, insbesondere dem Lagerspalt 410, abzuführen. In anderen Worten, und wie in 2 bis 5 zu sehen, ist der zumindest eine Rückführungskanal 600a, 600b, 600c ausgelegt, die im Betrieb des Verdichters 100 durch den Lagerspalt 410 in radiale Richtung nach außen strömende Fluidströmung (insbesondere bezüglich der axialen Richtung 22) aus dem Axiallager 400 abzuführen. Wie in der 2 dargestellt, ist ein erster Druck pl im Zuführungskanal 500 größer als ein zweiter Druck p2 im Rückführungskanal 600a, 600b, 600c. In anderen Worten kann der erste Druck p1, beispielsweise gemessen an einem Einlass 530 des Zuführungskanals 500, größer sein als der zweite Druck p2, beispielsweise gemessen an einem Auslass 620 des Rückführungskanals 600a, 600b, 600c. Dadurch kann sichergestellt werden, dass aufgrund eines Druckunterschieds Δp die Fluidströmung durch den Lagerspalt 410 hindurchgeführt wird.
Der Zuführungskanal 500 weist einen Zuführungskanaleinlass 530 auf, welcher an einer Position wl zwischen dem Verdichterrad 120 und der Verdichterrückwand 140 angeordnet ist. Der Zuführungskanal 500 weist einen Zuführungskanalauslass 540 auf, welcher in den Lagerspalt 410 mündet. Der Zuführungskanal 500 ist derart ausgebildet, dass die Fluidströmung von der Druckseite 130 des Verdichters 100, insbesondere vom Zuführungskanaleinlass 530, im Wesentlichen in radialer Richtung 24 zur Welle 200 hin und/oder in axialer Richtung 22 zum Lagerspalt 410, insbesondere zum Zuführungskanalauslass 540, geleitet wird. Der Zuführungskanal 500 weist einen axialen Zuführungskanalabschnitt 510 auf, welcher sich ausgehend vom Lagerspalt 410 im Wesentlichen in axialer Richtung 22, insbesondere zum Verdichterrad 120 hin, durch die Verdichterrückwand 140 und/oder zwischen der Welle 200 und der Verdichterrückwand 140 erstreckt. Der axiale Zuführungskanalabschnitt 510 kann ringförmig ausgebildet sein und sich in radialer Richtung 24 zwischen der Welle 200 und dem Durchgang 141 erstrecken. Der axiale Zuführungskanalabschnitt 510 kann sich in axialer Richtung 22, ausgehend vom Lagerspalt 410 durch die Verdichterrückwand 140 bis zu einer Seitenfläche der Verdichterrückwand 140 benachbart zum Verdichterrad 120 erstrecken. Der Zuführungskanal 500 weist einen radialen Zuführungskanalabschnitt 520 auf, welcher sich ausgehend vom axialen Zuführungskanalabschnitt 510 im Wesentlichen in radialer Richtung 24 in der Verdichterrückwand 140 und/oder benachbart zur Verdichterrückwand 140 zum Zuführungskanaleinlass 530 erstreckt. Insbesondere kann sich der radiale Zuführungskanalabschnitt 520 zum Verdichterradrücken hin erstrecken, bzw. zur Druckseite 130 des Verdichters 100. In Ausgestaltungen kann sich der radiale Zuführungskanalabschnitt 520, ausgehend vom axialen Zuführungskanalabschnitt 510, zumindest teilweise in radialer Richtung 24 in der Verdichterrückwand 140 und/oder auf der Seitenfläche der Verdichterrückwand 140 benachbart zum Verdichterrad 120 erstrecken. In Ausgestaltungen kann der radiale Zuführungskanalabschnitt 520 scheibenförmig in der Verdichterrückwand 140 angeordnet sein und sich bis zu einem Radius erstrecken, welcher größer als der dritte Radius r3 des Verdichterrads 120 ist. Auch kann das Verdichterrad 120 in der axialen Richtung 22 teilweise in der scheibenförmigen Vertiefung des radialen Zuführungskanalabschnitts 520 angeordnet sein (siehe beispielsweise den Versatz zwischen dem Verdichterradrücken und der Seitenfläche der Verdichterrückwand 140 in der 2). In anderen Ausgestaltungen kann der radiale Zurführungskanalabschnitt 520 als zumindest eine Durchgangsbohrung in der Verdichterrückwand 140 vorgesehen sein, welche den Zuführungskanaleinlass 530 und den axialen Zuführungskanalabschnitt 510 miteinander verbindet. Wie beispielsweise in der 2 mit Pfeilen gezeigt, strömt die Fluidströmung von der Position w1 zunächst im Wesentlichen in radialer Richtung 24 zur Welle hin, anschließend in axialer Richtung 22 zwischen Durchgang 141 und Welle 200 zum Lagergehäuse hin, und vor der Axiallagerscheibe 420 in radialer Richtung 24 in den Lagerspalt 410. Im dem in 2 gezeigten Beispiel strömt anschließend die Fluidströmung in radialer Richtung 24 durch den Lagerspalt 410 zu einer Position im Axiallagerraum 430 radial außerhalb der Axiallagerscheibe 420.
Gemäß einer ersten Ausgestaltung wie in 1 gezeigt, verbindet der Rückführungskanal 600a, 600b, 600c fluidisch das Axiallager 400, insbesondere den Lagerspalt 410, mit dem Verdichtereinlass 150. Dabei ist der Rückführungskanal 600 derart ausgebildet ist, dass die im Betrieb des Verdichters 100 durch den Lagerspalt 410 in radiale Richtung 24 strömende Fluidströmung zum Verdichtereinlass 150 geleitet wird. Der Rückführungskanal 600a, 600b, 600c weist einen Rückführungskanalausgang 620 auf, welcher mit dem Verdichtereinlass 150 verbunden ist. Durch den Rückführungskanalausgang 620 kann vorliegende Leckageluftströmung zurück in den Verdichtereinlass 150 strömen. Wie in der 1 gezeigt, mündet der Rückführungskanalausgang 620 orthogonal zur axialen Richtung 22 in den Verdichtereinlass 150, insbesondere in die Rückführungskammer 153. Dabei erstreckt sich der Verdichtereinlass 150 im Wesentlichen in axialer Richtung 22. In anderen Ausgestaltungen (in den FIGS. nicht gezeigt) kann der Rückführungskanalausgang 620 in einem Winkel β < 90° in den Verdichtereinlass 150 münden, gemessen zwischen einer Kanalachse 28 des Rückführungskanals 600, insbesondere in einem Bereich des Rückführungskanalausgangs, und der axialen Richtung 22.
Gemäß einer anderen Ausgestaltung (in den FIGS. nicht gezeigt) kann die Aufladevorrichtung 10 eine Brennstoffzelle umfassen. Der Rückführungskanal 600a, 600b, 600c kann das Axiallager 400, insbesondere den Lagerspalt 410, mit der Brennstoffzelle fluidisch verbinden. Der Rückführungskanal 600a, 600b, 600c kann derart ausgebildet sein, dass die im Betrieb des Verdichters 100 durch den Lagerspalt 410 in radiale Richtung 24 strömende Fluidströmung zur Brennstoffzelle geleitet wird. Die Brennstoffzelle kann einen Elektrolyten mit einer ionendurchlässigen, gasundurchlässigen Membran, sowie zwei Elektroden, insbesondere eine Anode und eine Kathode, umfassen. Die Elektroden sind dabei mit einer Katalysatorschicht beschichtet. Die Membran kann dabei von zwei Bipolarplatten eingefasst sein, wobei die Bipolarplatten Reaktionsfluidkanäle aufweisen. Insbesondere kann der Rückführungskanal 600a, 600b, 600c den Lagerspalt 410 mit Reaktionsfluidkanälen in einer der Bipolarplatten auf einer Kathodenseite der Membran fluidisch verbinden. Der Rückführungskanal 600a, 600b, 600c kann in dieser Ausgestaltung einen Rückführungskanalausgang aufweisen, welcher in zumindest einen der Reaktionsfluidkanäle mündet.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung (in den FIGS. nicht gezeigt) kann die Aufladevorrichtung 10 die Turbine umfassen. Dabei kann der Rückführungskanal 600a, 600b, 600c das Axiallager 400, insbesondere den Lagerspalt 410, mit dem Turbinengehäuseauslass fluidisch verbinden. Dabei ist der Rückführungskanal 600a, 600b, 600c derart ausgebildet, dass die im Betrieb des Verdichters 100 durch den Lagerspalt 410 in radiale Richtung 24 strömende Fluidströmung zum Turbinengehäuseauslass geleitet wird. Der Rückführungskanal 600a, 600b, 600c kann in dieser Ausgestaltung einen Rückführungskanalausgang aufweisen, welcher in den Turbinengehäuseauslass, also stromab des Turbinenrads, mündet.
Wie in den 1 bis 5 dargestellt, umfasst der Rückführungskanal 600a, 600b, 600c einen Rückführungskanaleingang 610a, 610b, 610c, welcher mit dem Lagerspalt 410 und/oder mit dem Axiallagerraum 430 fluidisch verbunden ist. Durch den Rückführungskanaleingang 610a, 610b, 610c kann vorliegende Leckageluftströmung vom Lagerspalt 410 in den Rückführungskanal 600a, 600b, 600c eintreten. In Ausgestaltungen kann der Rückführungskanal 600a, 600b, 600c zumindest abschnittsweise im Lagergehäuse 300 und/oder im Verdichtergehäuse 110 angeordnet sein. Auch kann der Rückführungskanal 600a, 600b, 600c zumindest abschnittsweise in einem externen Leitungselement 630 angeordnet ist. Alternativ oder zusätzlich kann in der Ausgestaltung, in welcher die Aufladevorrichtung 10 eine Turbine umfasst, der Rückführungskanal 600a, 600b, 600c zumindest abschnittsweise im Turbinengehäuse angeordnet sein. Alternativ oder zusätzlich kann in der Ausgestaltung, in welcher die Aufladevorrichtung 10 eine Brennstoffzelle umfasst, der Rückführungskanal 600a, 600b, 600c zumindest abschnittsweise in einem Gehäuseteil der Brennstoffzelle angeordnet sein.
Der Rückführungskanal 600a, 600b, 600c kann ein Ventilelement aufweisen, welches zwischen einer Schließstellung, in welcher der Rückführungskanal geschlossen ist, und in einer Öffnungsstellung, in welcher der Rückführungskanal zumindest teilweise geöffnet ist, bewegbar ist (in den FIGS. nicht gezeigt). Ein Rückführungskanal 600a, 600b, 600c kann ausreichend sein, da der Lagerspalt 410 radial außen von einem ringförmigen Sammelabschnitt des Axiallageraums 430 umgeben ist, welcher sich in radialer Richtung 24 zwischen den Radien r1 und r2 und/oder in axialer Richtung 22 zwischen der Verdichterrückwand 140 und dem Wandabschnitt 310 des Lagergehäuses 300 erstreckt. Es können auch mehr als ein Rückführungskanal 600a, 600b, 600c vorgesehen sein. In Ausgestaltungen kann die Aufladevorrichtung 10 zwei Rückführungskanäle 600a, 600b, 600c aufweisen, welche in Umfangsrichtung 26 voneinander beabstandet sind, insbesondere in einem Winkel von 180°. Es können aber auch mehr als zwei Rückführungskanäle 600a, 600b, 600c vorgesehen sein, welche in Umfangsrichtung 26 gleichmäßig voneinander beabstandet sind.
Wie in den 1 bis 5 dargestellt, ist der Rückführungskanaleingang 610a, 610b, 610c in radialer Richtung 24 radial außerhalb der Axiallagerscheibe 420 angeordnet. Insbesondere ist der Rückführungskanaleingang 610a, 610b, 610c an der Innenumfangsfläche 431 des Axiallagerraums 430 angeordnet. Alternativ kann der Rückführungskanaleingang 610a, 610b, 610c auch in der Verdichterrückwand 140 angeordnet sein. In Ausgestaltungen kann der Rückführungskanaleingang 610a, 610b, 610c in der Verdichterrückwand 140 in der radialen Richtung 24 an einer Position zwischen der Axiallagerscheibe 420 und der Innenumfangsfläche 431 angeordnet sein. Alternativ kann der Rückführungskanaleingang 610a, 610b, 610c in dem Wandabschnitt 310 des Lagergehäuses 300 an einer Position zwischen der Axiallagerscheibe 420 und der Innenumfangsfläche 431 angeordnet sein.
Der Rückführungskanal 600a, 600b, 600c kann einen ersten Rückführungskanal 600a mit einem ersten Rückführungskanaleingang 610a, einen zweiten Rückführungskanal 600b mit einem zweiten Rückführungskanaleingang 610b, und/oder einen dritten Rückführungskanal 600c mit einem dritten Rückführungskanaleingang 610c aufweisen. Gemäß einer ersten Ausgestaltung wie in der 2 gezeigt, kann der erste Rückführungskanaleingang 610a an der Innenumfangsfläche 431 in axialer Richtung 22 benachbart zur Verdichterrückwand 140 angeordnet sein. Insbesondere kann der erste Rückführungskanaleingang 610a an der Innenumfangsfläche 431 in axialer Richtung 22 zumindest teilweise zwischen der Verdichterrückwand 140 und der Axiallagerlagerscheibe 420 angeordnet. Dabei kann die Fluidströmung im Wesentlichen direkt in radialer Richtung 24 aus dem Lagerspalt 410 in den ersten Rückführungskanaleingang 610a einströmen.
Gemäß einer zweiten Ausgestaltung wie in der 3 gezeigt, kann der zweite Rückführungskanaleingang 610b an der Innenumfangsfläche 431 in axialer Richtung 22 im Wesentlichen mittig zwischen der Verdichterrückwand 140 und dem Wandabschnitt 310 angeordnet sein. In anderen Worten kann der zweite Rückführungskanaleingang 610b an der Innenumfangsfläche 431 in axialer Richtung 22 im Wesentlichen gegenüber der Umfangslauffläche 423 angeordnet ist. Wie in 3 gezeigt, strömt die Fluidströmung zunächst durch den Lagerspalt 410 in radialer Richtung 24, anschließend an einer Position radial außen des Lagerspalts 410 und/oder der Axiallagerscheibe 420 zumindest teilweise in axiale Richtung 22, insbesondere zum Lagergehäuse 300 und/oder Elektromotor 710 hin, und an der axialen Position des zweiten Rückführungskanaleingangs 610b wieder in radialer Richtung 24 in den zweiten Rückführungskanaleingang 610b.
Gemäß einer dritten Ausgestaltung wie in 4 gezeigt, kann der dritte Rückführungskanaleingang 610c an der Innenumfangsfläche 431 in axialer Richtung 22 benachbart zu dem Wandabschnitt 310 des Lagergehäuses 300, welcher der zweiten Lauffläche 422 gegenüberliegt, angeordnet sein. Insbesondere kann der dritte Rückführungskanaleingang 610c an der Innenumfangsfläche 431 in axialer Richtung 22 zumindest teilweise zwischen dem Wandabschnitt 310 und der Axiallagerscheibe 420 angeordnet sein. Wie in 4 gezeigt, strömt die Fluidströmung zunächst durch den Lagerspalt 410 in radialer Richtung 24, anschließend an einer Position radial außen des Lagerspalts 410 und/oder der Axiallagerscheibe 420 zumindest teilweise in axiale Richtung 22, insbesondere zum Lagergehäuse 300 und/oder Elektromotor 710 hin, und an der axialen Position des dritten Rückführungskanaleingangs 610c wieder in radialer Richtung 24 in den dritten Rückführungskanaleingang 610c.
Gemäß einer vierten Ausgestaltung wie zum Beispiel in 5 gezeigt, welche mit allen oben beschriebenen Anordnungen der Rückführungskanaleingänge 610a, 610b, 610c kombinierbar ist, kann zwischen der Axiallagerscheibe 420 und der Innenumfangsfläche 431 ein Dichtelement 440 angeordnet sein. In einer Ausgestaltung kann das Dichtelement 440 eine Labyrinthdichtung sein. Insbesondere kann das Dichtelement 440 zwischen der Umfangslauffläche 423 und der Innenumfangsfläche 431 angeordnet sein. Durch das Dichtelement 400 kann eine verbesserte Druckverteilung an der Axiallagerscheibe 420 erreicht werden, wobei auch eine Axialkraftkomponente in axialer Richtung 22 zum Verdichterrad 120 hin im Axiallager 400 weiter reduziert werden kann. In bevorzugten Ausgestaltungen kann das Dichtelement 440 zumindest eine (insbesondere umfängliche) Nut umfassen, welche an der Innenumfangsfläche 431 angeordnet ist und in radialer Richtung 24 der Umfangslauffläche 423 gegenüberliegt. In den Ausgestaltungen wie in 2 und 5 gezeigt, können zwei Nuten an der Innenumfangsfläche 431 angeordnet sein, welche jeweils voneinander in axialer Richtung 22 beabstandet sind und in radialer Richtung 24 jeweils der Umfangslauffläche 423 gegenüberliegen. In weiteren Ausgestaltungen kann das Dichtelement 440 auch mehr als zwei Nuten umfassen. Durch die zumindest eine Nut kann eine Verwirbelung (siehe kleine Pfeile in den 2 und 5) der Fluidströmung zwischen Innenumfangsfläche 431 und Axiallagerscheibe 420, insbesondere zwischen Innenumfangsfläche 431 und Umfangslauffläche 423, erreicht werden, was zu einem weiteren Druckabfall führen und eine Dichtwirkung zwischen der Innenumfangsfläche 431 und Axiallagerscheibe 420 verbessern kann.
In der ersten Ausgestaltung in 2 kann der erste Rückführungskanaleingang 610a in axialer Richtung 22 zwischen der Verdichterrückwand 140 und dem Dichtelement 400 angeordnet sein. In Kombination mit der Ausgestaltung in 4 kann der dritte Rückführungskanaleingang 610c in axialer Richtung 22 zwischen dem Wandabschnitt 310 und dem Dichtelement 400 angeordnet sein.
In der vierten Ausgestaltung gemäß 5 kann der zweite Rückführungskanaleingang 610b in dem Dichtelement 400 angeordnet sein. Dabei ist der zweite Rückführungskanaleingang 610b so angeordnet, dass die Fluidströmung in axialer Richtung 22 an einer Position zwischen dem Dichtelement 400 in den zweiten Rückführungskanaleingang 610b eintreten kann. Insbesondere kann der zweite Rückführungskanaleingang 610b an einem Boden der zumindest einen Nut angeordnet sein. In der Ausgestaltung wie in 5 gezeigt, in welcher zwei Nuten vorgesehen sind, kann der zweite Rückführungskanaleingang 610b am Boden derjenigen Nut angeordnet sein, welche in axialer Richtung 22 ausgehend vom Verdichterrad 120 zum Lagergehäuse 300 hin zuerst angeordnet ist. Wie in 5 gezeigt, strömt die Fluidströmung zunächst durch den Lagerspalt 410 in radialer Richtung 24, anschließend an einer Position radial außerhalb des Lagerspalts 410 und/oder der Axiallagerscheibe 420 zumindest teilweise in axiale Richtung 22 durch das Dichtelement 400 und/oder zwischen dem Dichtelement 440 und der Axiallagerscheibe 420, insbesondere zum Lagergehäuse 300 und/oder Elektromotor 710 hin, und an der axialen Position des zweiten Rückführungskanaleingangs 610b wieder in radialer Richtung 24 in den zweiten Rückführungskanaleingang 610b.
Obwohl die vorliegende Erfindung oben beschrieben wurde und in den beigefügten Ansprüchen definiert ist, sollte verstanden werden, dass die Erfindung alternativ auch entsprechend der folgenden Ausführungsformen definiert werden kann:

1. Aufladevorrichtung (10), insbesondere für einen Verbrennungsmotor oder eine Brennstoffzelle, umfassend:
- einen Verdichter (100) mit einem Verdichtergehäuse (110) und einem darin angeordneten Verdichterrad (120),
- eine Welle (200), welche mit dem Verdichterrad (120) gekoppelt ist, und
- ein Lagergehäuse (300), welches mit dem Verdichtergehäuse verbunden ist und in welchem die Welle (200) drehbar gelagert ist, wobei das Lagergehäuse (300) ein Axiallager (400) zur axialen Lagerung der Welle (200) umfasst,
- wobei das Axiallager (400) einen Lagerspalt (410) aufweist, welcher sich zumindest teilweise in einer bezüglich der Welle (200) radialen Richtung (24) erstreckt,
- dadurch gekennzeichnet, dass das Axiallager (400) mit dem Verdichter (100) fluidisch verbunden und derart angeordnet ist, dass wenn der Verdichter (100) im Betrieb ist,
- eine Fluidströmung vom Verdichter (100) zumindest teilweise in radialer Richtung (24) durch den Lagerspalt (410) strömt.
2. Aufladevorrichtung (10) nach Ausführungsform 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Axiallager (400) ein Axialluftlager ist.
3. Aufladevorrichtung (10) nach Ausführungsform 1 oder Ausführungsform 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Axiallager (400, insbesondere der Lagerspalt (410) des Axiallagers (400), fluidisch mit der Druckseite (130) des Verdichters (100) verbunden ist.
4. Aufladevorrichtung (10) nach irgendeiner der vorangehenden Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidströmung eine Leckageluftströmung ist.
5. Aufladevorrichtung (10) nach irgendeiner der vorangehenden Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass das Axiallager (400) in axialer Richtung (22) zwischen dem Verdichterrad (120) und dem Lagergehäuse (300) ausgebildet ist.
6. Aufladevorrichtung (10) nach irgendeiner der vorangehenden Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass das Verdichtergehäuse (110) eine Verdichterrückwand (140) umfasst.
7. Aufladevorrichtung (10) nach Ausführungsform 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Axiallager (400) in axialer Richtung (22) zwischen der Verdichterrückwand (140) und dem Lagergehäuse (300) angeordnet ist.
8. Aufladevorrichtung (10) nach Ausführungsform 6 oder Ausführungsform 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdichterrückwand (140) in axialer Richtung (22) zwischen Verdichterrad (120) und Axiallager (400) angeordnet ist.
9. Aufladevorrichtung (10) nach irgendeiner der vorangehenden Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass das Axiallager (400) eine Axiallagerscheibe (420) umfasst, welche drehfest mit der Welle (200) gekoppelt ist.
10. Aufladevorrichtung (10) nach Ausführungsform 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Axiallager (400) einen Axiallagerraum (430) aufweist, in dem die Axiallagerscheibe (420) angeordnet ist.
11. Aufladevorrichtung (10) nach Ausführungsform 10, wenn abhängig von Ausführungsform 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Lagerspalt (410) zwischen der Axiallagerscheibe (420) und der Verdichterrückwand (140) erstreckt.
12. Aufladevorrichtung (10) nach irgendeiner der Ausführungsformen 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Axiallagerscheibe (420) eine erste Lauffläche (421) aufweist, welche im Wesentlichen orthogonal zur Achse (20) der Welle (200) verläuft und dem Verdichterrad (120) zugewandt ist, und, dass die Axiallagerscheibe (420) eine der ersten Lauffläche (421) gegenüberliegende zweite Lauffläche (422) aufweist, welche im Wesentlichen parallel zur ersten Lauffläche (421) verläuft und dem Verdichterrad (120) abgewandt ist.
13. Aufladevorrichtung (10) nach Ausführungsform 12, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Lagerspalt (410) zwischen der ersten Lauffläche (421) und der Verdichterrückwand (140) erstreckt.
14. Aufladevorrichtung (10) nach irgendeiner der vorangehenden Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass das Axiallager (400) zumindest eine erste Lagerfolie (450) und/oder eine zweite Lagerfolie (460) umfasst.
15. Aufladevorrichtung (10) nach Ausführungsform 14, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Lagerfolie (450) und die zweite Lagerfolie (460) in axialer Richtung (22) direkt benachbart aneinander anliegend angeordnet sind.
16. Aufladevorrichtung (10) nach Ausführungsform 14 oder Ausführungsform 15, wenn abhängig von Ausführungsform 12, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Lagerfolie (450) direkt benachbart zur Verdichterrückwand (140) angeordnet ist, und dass die zweite Lagerfolie (460) in axialer Richtung (22) benachbart zur Axiallagerscheibe (420), insbesondere zur ersten Lauffläche (421), angeordnet ist.
17. Aufladevorrichtung (10) nach irgendeiner der Ausführungsformen 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Lagerfolie (450) ausgelegt ist, die zweite Lagerfolie (460) in axialer Richtung (22) gegen die Axiallagerscheibe (420) vorzuspannen.
18. Aufladevorrichtung (10) nach irgendeiner der Ausführungsformen 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Lagerfolie (450) ausgelegt ist, durch eine Bewegung der zweiten Lagerfolie (460) in axialer Richtung (22) zwischen der zweiten Lagerfolie (460) und der Verdichterrückwand (140) elastisch komprimierbar zu sein.
19. Aufladevorrichtung (10) nach irgendeiner der Ausführungsformen 14 bis 18, wenn abhängig von Ausführungsform 12, wobei im Betrieb der Lagerspalt (410) in axialer Richtung (22) zwischen der Axiallagerscheibe (420), insbesondere der ersten Lauffläche (421), und der zweiten Lagerfolie (460) ausgebildet ist.
20. Aufladevorrichtung (10) nach irgendeiner der Ausführungsformen 12 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Axiallagerscheibe (420) eine Umfangslauffläche (423) umfasst, welche sich zwischen der ersten Lauffläche (421) und der zweiten Lauffläche (422) erstreckt, insbesondere wobei die Axiallagerscheibe (420) einen ersten Radius (r1), gemessen in der radialen Richtung (24) zwischen der Wellenachse (20) und der Umfangslauffläche (423), aufweist.
21. Aufladevorrichtung (10) nach Ausführungsform 20, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Lagerspalt (410) in der radialen Richtung (24) in einem Bereich erstreckt, in dem die Verdichterrückwand (140) der ersten Lauffläche (421) gegenüberliegt, insbesondere wobei sich der Lagerspalt (410) in der radialen Richtung (24) bis zur Umfangslauffläche (423) erstreckt.
22. Aufladevorrichtung (10) nach irgendeiner der Ausführungsformen 10 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Axiallagerraum (430) eine Innenumfangsfläche (431) mit einem zweiten Radius (r2), gemessen in radialer Richtung (24) zwischen der Wellenachse (22) und der Innenumfangsfläche (431), aufweist.
23. Aufladevorrichtung (10) nach Ausführungsform 22, wenn abhängig von Ausführungsform 20, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Radius (r1) kleiner als der zweite Radius (r2) ist.
24. Aufladevorrichtung (10) nach irgendeiner der Ausführungsformen 20 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Radius (r1) kleiner ist als ein dritter Radius (r3) des Verdichterrads (120), gemessen in radialer Richtung (24) zwischen einer Wellenachse (20) und einem Außenumfang des Verdichterrads (120).
25. Aufladevorrichtung (10) nach irgendeiner der Ausführungsformen 6 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdichterrückwand (140) einen zylindrischen Durchgang (141) aufweist, in welchem die Welle (200) in radialer Richtung (24) beabstandet angeordnet ist.
26. Aufladevorrichtung (10) nach irgendeiner der vorangehenden Ausführungsformen, weiter umfassend zumindest einen Zuführungskanal (500), welcher das Axiallager (400), insbesondere den Lagerspalt (410), mit der Druckseite (130) des Verdichters (100) fluidisch verbindet.
27. Aufladevorrichtung (10) nach irgendeiner der vorangehenden Ausführungsformen, weiter umfassend zumindest einen Rückführungskanal (600a, 600b, 600c), welcher ausgelegt ist, die im Betrieb des Verdichters durch den Lagerspalt (410) in radiale Richtung (24) strömende Fluidströmung aus dem Axiallager (400), insbesondere dem Lagerspalt (410), abzuführen.
28. Aufladevorrichtung (10) nach Ausführungsform 26 und 27, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Druck (p 1) im Zuführungskanal (500) größer ist als ein zweiter Druck (p2) im Rückführungskanal (600a, 600b, 600c).
29. Aufladevorrichtung (10) nach irgendeiner der Ausführungsformen 26 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass der Zuführungskanal (500) einen Zuführungskanaleinlass (530) aufweist, welcher an einer Position (w1) zwischen dem Verdichterrad (120) und der Verdichterrückwand (140) angeordnet ist, und dass der Zuführungskanal (500) einen Zuführungskanalauslass (540) aufweist, welcher in den Lagerspalt (410) mündet.
30. Aufladevorrichtung (10) nach Ausführungsform 29, dadurch gekennzeichnet, dass der Zuführungskanal (500) derart ausgebildet ist, dass die Fluidströmung von der Druckseite (130) des Verdichters, insbesondere vom Zuführungskanaleinlass (530), im Wesentlichen in radialer Richtung (24) zur Welle (200) hin und/oder in axialer Richtung (22) zum Lagerspalt (410), insbesondere zum Zuführungskanalauslass (540), geleitet wird.
31. Aufladevorrichtung (10) nach irgendeiner der Ausführungsformen 26 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass der Zuführungskanal (500) einen axialen Zuführungskanalabschnitt (510) aufweist, welcher sich ausgehend vom Lagerspalt (410) im Wesentlichen in axialer Richtung (22), insbesondere zum Verdichterrad (120) hin, durch die Verdichterrückwand (140) und/oder zwischen der Welle (200) und der Verdichterrückwand (140) erstreckt.
32. Aufladevorrichtung (10) nach Ausführungsform 31, dadurch gekennzeichnet, dass der Zuführungskanal (500) einen radialen Zuführungskanalabschnitt (520) aufweist, welcher sich ausgehend vom axialen Zuführungskanalabschnitt (510) im Wesentlichen in radialer Richtung (24) in der Verdichterrückwand (140) zum Zuführungskanaleinlass (530) erstreckt.
33. Aufladevorrichtung (10) nach irgendeiner der vorangehenden Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass das Verdichtergehäuse (110) einen Verdichtereinlass (150) umfasst.
34. Aufladevorrichtung (10) nach Ausführungsform 33, wenn abhängig von irgendeiner der Ausführungsformen 27 bis 33, wobei der Rückführungskanal (600a, 600b, 600c) das Axiallager (400), insbesondere den Lagerspalt (410), mit dem Verdichtereinlass (150) fluidisch verbindet.
35. Aufladevorrichtung (10) nach Ausführungsform 34, dadurch gekennzeichnet, dass der Rückführungskanal (600a, 600b, 600c) derart ausgebildet ist, dass die im Betrieb des Verdichters (100) durch den Lagerspalt (410) in radiale Richtung (24) strömende Fluidströmung zum Verdichtereinlass (150) geleitet wird.
36. Aufladevorrichtung (10) nach irgendeiner der Ausführungsformen 27 bis 33, ferner umfassend eine Brennstoffzelle, dadurch gekennzeichnet, dass der Rückführungskanal (600a, 600b, 600c) das Axiallager (400), insbesondere den Lagerspalt (410), mit der Brennstoffzelle fluidisch verbindet.
37. Aufladevorrichtung (10) nach Ausführungsform 36, dadurch gekennzeichnet, dass der Rückführungskanal (600a, 600b, 600c) derart ausgebildet ist, dass die im Betrieb des Verdichters durch den Lagerspalt (410) in radiale Richtung (24) strömende Fluidströmung zur Brennstoffzelle geleitet wird.
38. Aufladevorrichtung (10) nach irgendeiner der Ausführungsformen 27 bis 33, ferner umfassend eine Turbine, welche ein Turbinengehäuse mit einem darin angeordneten Turbinenrad und einem Turbinengehäuseauslass aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Rückführungskanal (600a, 600b, 600c) das Axiallager (400), insbesondere den Lagerspalt (410), mit dem Turbinengehäuseauslass fluidisch verbindet.
39. Aufladevorrichtung (10) nach Ausführungsform 38, dadurch gekennzeichnet, dass der Rückführungskanal (600a, 600b, 600c) derart ausgebildet ist, dass die im Betrieb des Verdichters durch den Lagerspalt (410) in radiale Richtung (24) strömende Fluidströmung zum Turbinengehäuseauslass geleitet wird.
40. Aufladevorrichtung (10) nach irgendeiner der Ausführungsformen 27 bis 39, wenn abhängig von Ausführungsform 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Rückführungskanal (600a, 600b, 600c) einen Rückführungskanaleingang (610a, 610b, 610c) umfasst, welcher mit dem Lagerspalt (410) und/oder mit dem Axiallagerraum (430) fluidisch verbunden ist.
41. Aufladevorrichtung (10) nach irgendeiner der Ausführungsformen 33 bis 35 oder 40, wenn abhängig von Ausführungsform 23, dadurch gekennzeichnet, dass der Rückführungskanal (600) einen Rückführungskanalausgang (620) umfasst, welcher mit dem Verdichtereinlass (150) verbunden ist.
42. Aufladevorrichtung (10) nach irgendeiner der Ausführungsformen 27 bis 41, dadurch gekennzeichnet, dass der Rückführungskanal (600a, 600b, 600c) zumindest abschnittsweise im Lagergehäuse (300) und/oder im Verdichtergehäuse (110) angeordnet ist.
43. Aufladevorrichtung (10) nach irgendeiner der Ausführungsformen 27 bis 42, dadurch gekennzeichnet, dass der Rückführungskanal (600a, 600b, 600c) zumindest abschnittsweise in einem externen Leitungselement (630) angeordnet ist.
44. Aufladevorrichtung (10) nach irgendeiner der Ausführungsformen 27 bis 43, dadurch gekennzeichnet, dass der Rückführungskanal (600a, 600b, 600c) ein Ventilelement aufweist, welches zwischen einer Schließstellung, in welcher der Rückführungskanal geschlossen ist, und in einer Öffnungsstellung, in welcher der Rückführungskanal zumindest teilweise geöffnet ist, bewegbar ist.
45. Aufladevorrichtung (10) nach irgendeiner der Ausführungsformen 40 bis 44, wenn abhängig von Ausführungsform 9 und 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Rückführungskanaleingang (610a, 610b, 610c) in radialer Richtung (24) radial außerhalb der Axiallagerscheibe (420) angeordnet ist, insbesondere wobei der Rückführungskanaleingang (610a, 610b, 610c) an der Innenumfangsfläche (431) des Axiallagerraums (430) angeordnet ist.
46. Aufladevorrichtung (10) nach irgendeiner der Ausführungsformen 22 bis 45, wenn abhängig von Ausführungsform 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Axiallagerscheibe (420) und der Innenumfangsfläche (431) ein Dichtelement (440) angeordnet ist, insbesondere wobei das Dichtelement (440) eine Labyrinthdichtung ist.
47. Aufladevorrichtung (10) nach irgendeiner der Ausführungsformen 40 bis 46, wenn abhängig von Ausführungsform 6, 9 und 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Rückführungskanaleingang (610a) an der Innenumfangsfläche (431) in axialer Richtung (22) benachbart zur Verdichterrückwand (140) angeordnet ist, insbesondere wobei der Rückführungskanaleingang (610) an der Innenumfangsfläche (431) in axialer Richtung (22) zumindest teilweise zwischen der Verdichterrückwand (140) und der Axiallagerlagerscheibe (420) angeordnet ist.
48. Aufladevorrichtung (10) nach irgendeiner der Ausführungsformen 40 bis 46, wenn abhängig von Ausführungsform 9, 12 und 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Rückführungskanaleingang (610c) an der Innenumfangsfläche (431) in axialer Richtung (22) benachbart zu einem Wandabschnitt (310) des Lagergehäuses (300), welcher der zweiten Lauffläche (422) gegenüberliegt, angeordnet ist, insbesondere wobei der Rückführungskanaleingang (610) an der Innenumfangsfläche (431) in axialer Richtung (22) zumindest teilweise zwischen dem Wandabschnitt (310) und der Axiallagerscheibe (420) angeordnet ist.
49. Aufladevorrichtung (10) nach irgendeiner der Ausführungsformen 40 bis 46, wenn abhängig von Ausführungsform 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Rückführungskanaleingang (610b) an der Innenumfangsfläche (431) in axialer Richtung (22) im Wesentlichen mittig zwischen der Verdichterrückwand (140) und dem Wandabschnitt (310) angeordnet ist.
50. Aufladevorrichtung (10) nach irgendeiner der Ausführungsformen 40 bis 46 oder 49, wenn abhängig von Ausführungsform 20 und 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Rückführungskanaleingang (610b) an der Innenumfangsfläche (431) in axialer Richtung (22) im Wesentlichen gegenüber der Umfangslauffläche (423) angeordnet ist.
51. Aufladevorrichtung (10) nach irgendeiner der Ausführungsformen 46 bis 50, wenn abhängig von Ausführungsform 6 und 40, dadurch gekennzeichnet, dass der Rückführungskanaleingang (610b) in dem Dichtelement (440) angeordnet ist, oder, dass der Rückführungskanaleingang (610a) in axialer Richtung (22) zwischen der Verdichterrückwand (140) und dem Dichtelement (440) angeordnet ist.
52. Aufladevorrichtung (10) nach irgendeiner der Ausführungsformen 41 bis 51, wenn abhängig von Ausführungsform 33, dadurch gekennzeichnet, dass der Rückführungskanalausgang (620) orthogonal zur axialen Richtung (22) in den Verdichtereinlass (150) mündet.
53. Aufladevorrichtung (10) nach irgendeiner der Ausführungsformen 41 bis 51, dadurch gekennzeichnet, dass der Rückführungskanalausgang (620) in einem Winkel β < 90° in den Verdichtereinlass (150) mündet, gemessen zwischen einer Kanalachse (28) des Rückführungskanals (600) und der axialen Richtung (22).
54. Aufladevorrichtung (10) nach irgendeiner der vorangehenden Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass das Verdichtergehäuse (110) einen Verdichterauslass (160) mit einer Verdichtervolute umfasst.
55. Aufladevorrichtung (10) nach irgendeiner der Ausführungsformen 33 bis 54, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdichtereinlass (150) einen Einlassabschnitt (151) und einen Mantelabschnitt (152) aufweist, wobei sich eine Rückführungskammer (153) zwischen dem Mantelabschnitt (152) und dem Verdichtergehäuse (110) und/oder dem Einlassabschnitt (151) erstreckt.
56. Aufladevorrichtung (10) nach Ausführungsform 55, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Rückführungskammer (153) von einem Kammereinlass (153a), welcher axial zwischen dem Mantelabschnitt (152) und dem Verdichtergehäuse (110) angeordnet ist, zu einem Kammerauslass (153b), welcher axial zwischen dem Mantelabschnitt (152) und dem Einlassabschnitt (151) angeordnet ist, erstreckt.
57. Aufladevorrichtung (10) nach Ausführungsform 55 oder Ausführungsform 56, wenn abhängig von Ausführungsform 41, dadurch gekennzeichnet, dass der Rückführungskanalausgang (620) in die Rückführungskammer (153) mündet.
58. Aufladevorrichtung (10) nach irgendeiner der vorangehenden Ausführungsformen, ferner umfassend eine Antriebseinheit (700), wobei das Verdichterrad (120) über die Welle (200) mit der Antriebseinheit (700) gekoppelt ist.
59. Aufladevorrichtung (10) nach Ausführungsform 58, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinheit (700) eine Turbine und/oder einen Elektromotor (710) umfasst.
60. Aufladevorrichtung (10) nach Ausführungsform 59, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (710) in einem Motorraum im Lagergehäuse (300) angeordnet ist.
61. Aufladevorrichtung (10) nach Ausführungsform 59 oder Ausführungsform 60, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (710) einen Rotor (711) und einen Stator (712) aufweist, insbesondere wobei der Rotor (711) auf der Welle (200) angeordnet ist, und wobei der Stator (712) den Rotor (711) umgibt.
62. Aufladevorrichtung (10) nach irgendeiner der Ausführungsformen 59 bis 61, ferner umfassend eine Leistungselektronikschaltung zur Steuerung des Elektromotors (710), welche in einem Aufnahmeraum im Lagergehäuse (300) angeordnet ist.
63. Aufladevorrichtung (10) nach irgendeiner der vorangehenden Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass das Lagergehäuse (300) eine Radiallageranordnung (800a, 800b) zur radialen Lagerung der Welle (200) umfasst.

Claims

Aufladevorrichtung (10), umfassend: einen Verdichter (100) mit einem Verdichtergehäuse (110) und einem darin angeordneten Verdichterrad (120), eine Welle (200), welche mit dem Verdichterrad (120) gekoppelt ist, und ein Lagergehäuse (300), welches mit dem Verdichtergehäuse verbunden ist und in welchem die Welle (200) drehbar gelagert ist, wobei das Lagergehäuse (300) ein Axiallager (400) zur axialen Lagerung der Welle (200) umfasst, wobei das Axiallager (400) einen Lagerspalt (410) aufweist, welcher sich zumindest teilweise in einer bezüglich der Welle (200) radialen Richtung (24) erstreckt, dadurch gekennzeichnet, dass das Axiallager (400) mit dem Verdichter (100) fluidisch verbunden und derart angeordnet ist, dass wenn der Verdichter (100) im Betrieb ist, eine Fluidströmung vom Verdichter (100) zumindest teilweise in radialer Richtung (24) durch den Lagerspalt (410) strömt, und dass das Axiallager (400) fluidisch mit einer Druckseite (130) des Verdichters (100) verbunden ist.
Aufladevorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Axiallager (400) ein Axialluftlager ist, und dass der Lagerspalt (410) des Axiallagers (400) fluidisch mit der Druckseite (130) des Verdichters (100) verbunden ist.
Aufladevorrichtung (10) nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verdichtergehäuse (110) eine Verdichterrückwand (140) umfasst, und dass das Axiallager (400) in axialer Richtung (22) zwischen der Verdichterrückwand (140) und dem Lagergehäuse (300) angeordnet ist.
Aufladevorrichtung (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Axiallager (400) eine Axiallagerscheibe (420) umfasst, welche drehfest mit der Welle (200) gekoppelt ist, und dass sich der Lagerspalt (410) zwischen der Axiallagerscheibe (420) und der Verdichterrückwand (140) erstreckt.
Aufladevorrichtung (10) nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, weiter umfassend zumindest einen Zuführungskanal (500), welcher das Axiallager (400) mit der Druckseite (130) des Verdichters (100) fluidisch verbindet.
Aufladevorrichtung (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Zuführungskanal (500) einen Zuführungskanaleinlass (530) aufweist, welcher an einer Position (w1) zwischen dem Verdichterrad (120) und der Verdichterrückwand (140) angeordnet ist, und dass der Zuführungskanal (500) einen Zuführungskanalauslass (540) aufweist, welcher in den Lagerspalt (410) mündet.
Aufladevorrichtung (10) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Zuführungskanal (500) derart ausgebildet ist, dass die Fluidströmung vom Zuführungskanaleinlass (530) in radialer Richtung (24) zur Welle (200) hin und/oder in axialer Richtung (22) zum Zuführungskanalauslass (540) geleitet wird.
Aufladevorrichtung (10) nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, weiter umfassend zumindest einen Rückführungskanal (600a, 600b, 600c), welcher ausgelegt ist, die im Betrieb des Verdichters durch den Lagerspalt (410) in radiale Richtung (24) strömende Fluidströmung aus dem Axiallager (400) abzuführen.
Aufladevorrichtung (10) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Verdichtergehäuse (110) einen Verdichtereinlass (150) umfasst, und dass der Rückführungskanal (600a, 600b, 600c) den Lagerspalt (410) mit dem Verdichtereinlass (150) fluidisch verbindet.
Aufladevorrichtung (10) nach Anspruch 8, ferner umfassend eine Turbine, welche ein Turbinengehäuse mit einem darin angeordneten Turbinenrad und einem Turbinengehäuseauslass aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Rückführungskanal (600a, 600b, 600c) das Axiallager (400), insbesondere den Lagerspalt (410), mit dem Turbinengehäuseauslass fluidisch verbindet.
Aufladevorrichtung (10) nach irgendeinem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Rückführungskanal (600a, 600b, 600c) einen Rückführungskanaleingang (610a, 610b, 610c) umfasst, welcher mit dem Lagerspalt (410) fluidisch verbunden ist, und insbesondere dass das Axiallager (400) eine Axiallagerscheibe (420) umfasst, welche drehfest mit der Welle (200) gekoppelt ist und der Rückführungskanaleingang (610a, 610b, 610c) in radialer Richtung (24) radial außerhalb der Axiallagerscheibe (420) angeordnet ist.
Aufladevorrichtung (10) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Axiallager (400) einen Axiallagerraum (430) aufweist, in dem die Axiallagerscheibe (420) angeordnet ist, und dass der Axiallagerraum (430) eine Innenumfangsfläche (431) aufweist, und dass der Rückführungskanaleingang (610a, 610b, 610c) an der Innenumfangsfläche (431) des Axiallagerraums (430) angeordnet ist.
Aufladevorrichtung (10) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Axiallagerscheibe (420) und der Innenumfangsfläche (431) ein Dichtelement (440) angeordnet ist, insbesondere wobei das Dichtelement (440) eine Labyrinthdichtung ist.
Aufladevorrichtung (10) nach Anspruch 13 und Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Rückführungskanaleingang (610b) in dem Dichtelement (440) angeordnet ist, oder, dass der Rückführungskanaleingang (610a) in axialer Richtung (22) zwischen der Verdichterrückwand (140) und dem Dichtelement (440) angeordnet ist.
Aufladevorrichtung (10) nach Anspruch 13 oder Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (440) zumindest eine umfängliche Nut umfasst, welche an der Innenumfangsfläche (431) angeordnet ist.