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Die Erfindung geht von einem Kompressor mit den im Oberbegriff des Oberbegriffs des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen aus, wie er beispielsweise aus
DE 11 2012 002 901 T5 bekannt ist. Derartige Kompressoren werden beispielsweise für einen effizienten Betrieb von Brennstoffzellen benötigt, denen verdichtete Luft zugeführt werden muss.
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Ein Kompressor ist eine Vorrichtung zum Komprimieren von Gasen und enthält ein Verdichterrad, das von einem Elektromotor, der einen Rotor und einen Stator aufweist, angetrieben wird. Kompressoren können zusätzlich weitere Teile enthalten, insbesondere eine Turbine. Verdichterrad und Rotor sind Teil einer rotierenden Baugruppe, die mit einem oder mehreren Lagern gelagert ist. Zur Kühlung des Elektromotors weisen derartige Kompressoren einen Kühlkanal auf, der in der Regel an dem Stator des Elektromotors verläuft.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, einen Weg aufzuzeigen, wie die Kühlung von Kompressoren verbessert werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch einen Kompressor mit den im Anspruch 1 genannten Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
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Bei einem erfindungsgemäßen Kompressor verläuft der Kühlkanal, in dem im Betrieb Kühlflüssigkeit zirkuliert, nicht nur an dem Elektromagneten, sondern hat auch einen Abschnitt, der in einem Träger eines Lagers der rotierenden Baugruppe verläuft. Auf diese Weise kann durch den Kühlkanal strömende Kühlflüssigkeit nicht nur den Elektromotor kühlen, sondern auch effizient Reibungswärme von dem Lager abführen.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Kühlkanal in dem Träger näher an einer geometrischen Rotationsachse der rotierenden Baugruppe heran kommt als in seinem Hauptabschnitt, der den Elektromagneten kühlt. Auf diese Weise kann der Kühlkanal in vorteilhaft geringem Abstand an dem Lager oder den Lagern vorbeigeführt werden, so dass Wärme von durch den Kühlkanal strömender Kühlflüssigkeit besonders gut abtransportiert werden kann.
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Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Kühlkanal in dem Träger einen radial inneren Abschnitt und einen radial äußeren Abschnitt aufweist. Der Träger kann so besonders gut von Kühlflüssigkeit durchströmt werden und Wärme entsprechend effizient von dem Träger abgeführt werden. Der radial innere Abschnitt und der radial äußere Abschnitt des Kühlkanals können als übereinander angeordnete Anschnitte ausgebildet sein, insbesondere als Abschnitte, die um die rotierende Baugruppe herum führen, so dass die Strömungsrichtung in dem radial inneren Abschnitt dieselbe wie in dem radial äußeren Abschnitt ist. Möglich ist aber auch, dass der radial äußere Abschnitt aus zwei gekrümmten Abschnitten besteht, die sich jeweils über weniger als den halben Umfang erstrecken, beispielsweise über 160° bis 175°, und am Ende des einen Abschnitts eine Passage zu dem radial inneren Abschnitt führt, der sich dann über fast den gesamten Umfang erstreckt, beispielsweise über 330° bis 350°, und an seinem Ende mit dem anderen äußeren Abschnitt verbunden ist. Bei einer solchen Konfiguration ist die Strömungsrichtung in dem äußeren Abschnitt umgekehrt wie in dem inneren Abschnitt.
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Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Kühlkanal mehrere C-förmige Abschnitte aufweist, zwischen denen sich die Strömungsrichtung umkehrt. In denen einzelnen C-förmigen Abschnitten fließt Kühlmittel im Betrieb also entweder im Uhrzeigersinn um den Elektromotor oder gegen den Uhrzeigersinn. Möglich ist aber auch, dass sich die Strömungsrichtung nicht umkehrt; der Kühlmittelkanal also beispielsweise wendelförmig um den Elektromotor herum verläuft. Die C-förmigen Abschnitte können dabei um die rotierende Baugruppe herum gekrümmt sein, beispielsweise indem sie als Kreisbögen geformt sind, deren Zentrum in der geometrischen Rotationsachse der rotierenden Baugruppe liegt.
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Ein erfindungsgemäßer Kompressor kann als Aufladevorrichtung für Kraftfahrzeug oder eine andere mobile Anwendung ausgebildet sein. Beispielsweise kann ein erfindungsgemäßer Kompressor als Aufladevorrichtung vorzugsweise für eine Brennstoffzelle oder einen Verbrennungsmotor verwendet werden.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden ein Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert. Gleiche und einander entsprechende Komponenten sind darin mit übereinstimmenden Bezugszahlen versehen. Es zeigen:
- 1 eine schematische Schnittansicht eines Kompressors; 2 eine Darstellung des Kühlkanals des Kompressors;
- 3 eine weitere Ansicht des Kühlkanals;
- 4 eine weitere Ansicht des Kühlkanals; und
- 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Kühlkanals für einen Kompressor.
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1 zeigt schematisch einen Kompressor, der ein Gehäuse 10 aufweist, in dem ein Verdichterrad 20, eine Welle 30, an der das Verdichterrad 20 befestigt ist, und ein Elektromotor 40, der die Welle 30 antreibt, angeordnet sind. Der gezeigte Kompressor enthält zwei Verdichterräder 20, die an die Welle 30 gekoppelt sind; das Ausführungsbeispiel kann aber auch dahingehend abgewandelt werden, dass der Kompressor nur ein einziges Verdichterrad 20 aufweist.
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Die Welle 30 bildet zusammen mit einem Rotor 41 des Elektromagneten 40, den Verdichterrädern 20 und gegebenenfalls weiteren an die Welle gekoppelten Teile eine rotierende Baugruppe 31, die mit Lagern 50 gelagert ist, beispielsweise einem oder mehreren Radiallagern und/oder einem oder mehreren Axiallagern. Die Lager 50 sind auf einem Träger 60 angeordnet, der bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel als Kompressorrückwand ausgebildet ist. Der Träger 60 ist jeweils zwischen einem der Verdichterräder 20 und dem Elektromotor 40 angeordnet und liegt an einem zylindrischen Teil 11 des Gehäuses 10 an.
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Im Betrieb wird der Kompressor mit Kühlflüssigkeit gekühlt, die durch einen Kühlkanal 80 strömt, der sich von einem der beiden Träger 60 an dem Elektromagneten 40 zu dem anderen Träger 60 erstreckt. Die 2 bis 4 zeigen schematisch eine mögliche Ausgestaltung der Form des Kühlkanals 80. 5 zeigt schematische eine alternative Ausgestaltung eines Kühlkanals.
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Der Kühlkanal 80 weist bei den Ausführungsbeispielen mehrere C-förmige Abschnitte auf, die um die rotierende Baugruppe herum gekrümmt sind. Zwischen benachbarten C-förmigen Abschnitten kehrt sich bei dem Ausführungsbeispiel von 5 die Strömungsrichtung in dem Kühlkanal 80 jeweils um. In dem Ausführungsbeispiel der 2 bis 4 sind die C-förmigen Abschnitte zu einer Wendel verbunden, so dass sich die Strömungsrichtung nicht umkehrt, sondern stets im Uhrzeigersinn bzw. stets gegen den Uhrzeigersinn um die rotierende Baugruppe herum führen kann.
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Der Kühlkanal 80 hat einen Abschnitt 81, beispielsweise einen Anfangsabschnitt, in einem der beiden Träger 60, einen anschließenden Hauptabschnitt 82 an dem Stator 42 des Elektromotor 40, beispielsweise zwischen dem den Stator umfänglich umschließenden Gehäuseteil 11 und dem Stator 42, und einen weiterer Abschnitt 81, insbesondere ein Endabschnitt, in dem anderen der beiden Träger 60. Zwischen dem Gehäuseteil 11 und dem Träger 60 ist eine Ringdichtung 70 angeordnet.
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In dem Träger 60 kommt der Kühlkanal 80 wesentlich näher an die Welle 30 und somit die geometrische Rotationsachse der rotierenden Baugruppe heran als in dem um den Elektromotor 40 geführten Hauptabschnitt 82. Bei dem gezeigten Beispiel ist der radiale Abstand von der rotierenden Baugruppe 31 zu dem nächstgelegenen Teil des Kühlkanals 80 in dem Träger 60 weniger als halb so groß wie zu dem Hauptabschnitt 82 des Kühlkanals 80. Auf diese Weise kann Reibungswärme von den von Lagern 50, die an dem Träger 60 angebracht sind, besonders gut abgeführt werden.
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Bei dem Ausführungsbeispiel von 5 hat der Kühlkanal 80 in dem Träger 60 einen radial inneren Abschnitt 81a und einen radial äußeren Abschnitt 81b, genauer gesagt einen C-förmigen inneren Abschnitt 81a und zwei C-förmige äußere Abschnitte 81b. Der innere C-förmige Abschnitt erstreckt sich dabei über nahezu den vollen Umfang, beispielsweise über 300° bis 350°, während sich die beiden äußeren C-förmigen Abschnitte 81b nur über weniger als 180° erstrecken, beispielsweise über 160° bis 165°.
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Im Betrieb strömt Kühlflüssigkeit zunächst durch einen nahezu halbkreisförmigen Teil des äußeren Abschnitts 81b und von dort radial nach innen zu dem radial inneren Abschnitt 81a, in dem Kühlflüssigkeit dann in entgegengesetzter Richtung fast um den gesamten Umfang der Welle 30 zu dem zweiten nahezu halbkreisförmigen Teil des radial äußeren Abschnitts 81b. Wenn Kühlflüssigkeit in dem radial äußeren Abschnitt 81b beispielsweise im Uhrzeigersinn strömt, ist die Strömungsrichtung im radial inneren Abschnitt 81a gegen den Uhrzeigersinn. In entsprechender Weise kann auch der Abschnitt 82 des Kühlkanals 80 in dem zweiten Träger 60 ausgestaltet sein.
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Sowohl bei dem Ausführungsbeispiel der 2 bis 4 als auch bei dem Ausführungsbeispiel von 5 hat der Querschnitt des Kühlkanals 80 in dem Träger 60 eine andere Form als zwischen den beiden Trägern 60. Die Endabschnitte 81 des Kühlkanals 80 haben also eine andere Form als der Hauptabschnitt 82.
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Bei dem Ausführungsbeispiel der 2 bis 4 sind die Abschnitte 81 des Kühlkanals 80 in dem Träger 60 in axialer Richtung dünner und in radialer Richtung breiter. Bei dem Beispiel von 5 hat die Querschnittsfläche des radial inneren Abschnitts 81a des Kühlkanals 80 in axialer Richtung eine kleinere Ausdehnung als die Querschnittsfläche von C-förmigen Abschnitten des Kühlkanals, die um den Stator 42 des Elektromagneten 40 gekrümmt sind. Zudem hat die Querschnittsfläche des radial inneren Abschnitts 81a des Kühlkanals 80 in 5 in radialer Richtung eine größere Ausdehnung als die Querschnittsfläche von C-förmigen Abschnitten des Kühlkanals, die um den Stator 42 des Elektromagneten 40 gekrümmt sind. Auf diese Weise kann der Kühlkanal 80 noch näher an die rotierende Baugruppe 31 und damit die Lager 50 heran geführt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Gehäuse
- 11
- Gehäuseteil
- 20
- Verdichterrad
- 30
- Welle
- 40
- Elektromotor
- 41
- Rotor
- 42
- Stator
- 50
- Lager
- 60
- Träger
- 70
- Ringdichtung
- 80
- Kühlkanal
- 81
- Kanalabschnitt
- 81a
- radial innerer Kanalabschnitt
- 81b
- radial äußerer Kanalabschnitt
- 82
- Kanalabschnitt
- 83
- Kanalabschnitt
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 112012002901 T5 [0001]
