DE602004000976T2

DE602004000976T2 - Motor-Verdichteraggregat für Kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE602004000976T2
Application number: DE602004000976T
Authority: DE
Inventors: Paolo Maria Strada Torino 50 Del Zanno
Original assignee: Centro Ricerche Fiat SCpA
Current assignee: Centro Ricerche Fiat SCpA
Priority date: 2004-03-05
Filing date: 2004-03-05
Publication date: 2007-05-03
Anticipated expiration: 2024-03-06
Also published as: DE602004000976D1; EP1571343B1; JP2005248963A; EP1571343A1; US20050196306A1; ATE327438T1; ES2264107T3

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Motorkompressoranordnung für ein Kraftfahrzeug, insbesondere zum Zuführen von Druckluft zu Brennstoffzellensystemen.
Es sind Motorkompressoranordnungen für Kraftfahrzeuge bekannt, die im wesentlichen folgendes aufweisen: einen Elektromotor; und einen Kreiselkompressor oder Turbokompressor, der ein Gehäuse, das an dem Elektromotorgehäuse befestigt und davon abgestützt ist, und ein oder mehrere Verdichterräder hat, die mit einer Abtriebswelle des Motors verbunden sind. Dabei hat das Elektromotorgehäuse an einem axialen Ende einen Verbindungsflansch, und eine Außenumfangsoberfläche stützt das Kompressorgehäuse ab und ist daran angebracht.
Dabei bildet das Kompressorgehäuse einen Einlaß an dem dem Verbindungsflansch gegenüberliegenden axialen Ende und einen schneckenförmigen Zuführungsverteiler mit dem Flansch. Das Verdichterrad weist eine Reihe von Schaufeln auf, die an einem Bereich der Abtriebswelle des Elektromotors angebracht sind, die in das Kompressorgehäuses vorsteht.
In einem normalen Arbeitszyklus strömt Luft von dem Einlaß zu dem Zuführungsverteiler entlang einer Bahn, die von der Innenkontur des Kompressorgehäuses und von der Außenkontur des Verdichterrads definiert ist, das von der Welle des Elektromotors gedreht wird.
Die Außenumfangsoberfläche des Verbindungsflansches sorgt für die Positionierung des Kompressorgehäuses; der Verbindungsflansch besitzt folglich einen relativ hohen Grad an dimensionsmäßiger Präzision, um den Zwischenraum zwischen der Innenkontur des Gehäuses und der Außenkontur des Verdichterrads zu verkleinern und somit das Gesamtleistungsvermögen des Kompressors zu verbessern.
Die dem Kompressorgehäuse zugewandte Umfangsoberfläche des Verbindungsflansches sorgt außerdem für das Leiten der Zuführluft, so daß jede Kompressorgröße einen Verbindungsflansch mit einer bestimmten Gestalt und Größe erfordert.
Bei häufigen Größenänderungen der Turbogebläse, die an den gleichen Elektromotortyp angebracht werden, entweder zu Testzwecken oder um einen gewissen Flexibilitätsgrad in der Ausrüstung verschiedener Fahrzeugtypen zu ermöglichen, verlangt die obige Konfiguration einer Motorkompressoranordnung einen Wechsel des gesamten Verbindungsflansches, was komplexe Bearbeitungsvorgänge mit sich bringt, und zwar insbesondere hinsichtlich der engen Maßtoleranzen der Umfangsoberfläche, mittels derer der Kompressor positioniert wird.
Die US 5 638 796 beschreibt einen elektrischen Turbolader, der ein Kreiselgebläse zum Verdichten von Luft aufweist, das an einem Ende einer Achse angebracht ist. Ein erstes Lager ist vorgesehen, um das Gebläse an dem obengenannten einen Ende der Achse freitragend abzustützen.
Der Rotor eines Elektromotors ist an dem gegenüberliegenden Ende der Achse angebracht. Ein zweites Lager ist vorgesehen, um den Rotor an dem gegenüberliegenden Ende der Achse freitragend abzustützen. Ein Schmierfluidbehälter ist zwischen dem ersten und dem zweiten Lager angeordnet und enthält eine Schmierfluidmenge. Ferner ist eine Schleuder an der Achse angebracht und verläuft durch den Schmierfluidbehälter, um das Schmierfluid auf das erste und das zweite Lager zu schleudern.
Die US 6 375 438 beschreibt einen Zweistufen-Kreiselkompressor, der eine vereinfachte Kältemittelkonstruktion zeigt und unter Verwendung eines vorhandenen Kältekreislaufs zusätzlich zu den Lagerteilen seinen Elektromotor wirkungsvoll kühlt, wobei er keine weitere äußere Kühleinheit hat. Der beschriebene Kompressor verringert den elektrischen Energieverbrauch und verbessert das Leistungsvermögen und den Wirkungsgrad eines Kühlsystems.
In dem Zweistufen-Kreiselkompressor ist eine Vielzahl von inneren Fluidkanälen regelmäßig an der inneren Oberfläche des oberen und des unteren Endbereichs eines Außengehäuses gebildet, um es ersten und zweiten Verdichtungsteilen zu ermöglichen, durch den Innenraum des Außengehäuses miteinander zu kommunizieren. Ein oberes und ein unteres Lagergehäuse sind an dem oberen und dem unteren Ende des Außengehäuses fest angebracht, wobei eine Vielzahl von Fluidöffnungen regelmäßig an den Lagergehäusen gebildet sind und mit den Verdichtungsräumen sowohl des ersten als auch des zweiten Verdichtungsteils kommunizieren, die mit den inneren Fluidkanälen des Außengehäuses korrespondieren.
Das zweite Verdichtungsteil hat den zweiten Verdichtungsraum innerhalb eines Verdichtungsgehäuses, das einen Einlaßteil eines Diffusors aufnimmt und dessen Außenteil umgibt und mit einer Kältemittelauslaßöffnung versehen ist, und hat eine Innenabdeckung mit einem Fluidkanal, der mit den Fluidöffnungen des oberen und des unteren Lagergehäuses kommuniziert.
Die US 4 767 285 beschreibt ein elektrisches Gebläse, das einen Elektromotor und ein Verdichterrad aufweist, das von diesem rotationsmäßig angetrieben wird. Ein Gehäuse und eine damit verbundene Endhalterung wirken zusammen und bilden einen Innenraum, in dem der Elektromotor angeordnet ist. Eine rohrförmige Wand, die eine Abtriebswelle des Motors umgibt, erstreckt sich von einer Endwand zu der Endhalterung in eine zentrale Öffnung in einer Abschirmplatte des Verdichterrads.
Ein Lager ist zwischen der rohrförmigen Wand und der Abtriebswelle zur drehbaren Abstützung der Abtriebswelle vorgesehen. Eine Leitschaufelanordnung ist mit der Endhalterung an einer von dem Lager entfernten, radial außerhalb liegenden Stelle verbunden. Die Leitschaufelanordnung leitet den Luftstrom von dem Verdichterrad zu Öffnungen in einer Umfangswand der Endhalterung.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Motorkompressoranordnung für ein Kraftfahrzeug anzugeben, die so ausgebildet ist, daß sie die obengenannten, typi scherweise mit bekannten Motorkompressoranordnungen verbundenen Nachteile eliminiert.
Diese Aufgabe wird mit einem Motorkompressor für ein Kraftfahrzeug gemäß Anspruch 1 gelöst.
Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung wird eine bevorzugte, nicht einschränkende Ausführungsform einer Motorkompressoranordnung beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben, die eine teilweise geschnittene Seitenansicht der Anordnung zeigt.
In der beigefügten Zeichnung bezeichnet 1 insgesamt eine Motorkompressoranordnung für ein Kraftfahrzeug, insbesondere zum Zuführen von Druckluft zu Brennstoffzellensystemen.
Die Anordnung 1 hat eine Achse A und weist im wesentlichen folgendes auf: einen bekannten Elektromotor 2, der nur so weit gezeigt ist, wie dies für ein klares Verständnis der vorliegenden Erfindung erforderlich ist; einen Kompressor 3, in dem gezeigten Beispiel einen Kreiselkompressor; und eine Verbindungseinrichtung 4 zum Verbinden des Elektromotors 2 und des Kompressors 3.
Dabei sind von dem Elektromotor 2 nur ein Gehäuse 2a und eine Abtriebswelle 7 gezeigt, die sich teilweise im Inneren des Gehäuses 2a und teilweise von einer Seite des Gehäuses 2a nach außen erstreckt.
Der Kompressor weist folgendes auf: ein Gehäuse 5; und ein Verdichterrad 6, das eine Reihe von Schaufeln 12 hat, die an dem Bereich der Abtriebswelle 7 lösbar befestigt sind, der aus dem Gehäuse 2a des Elektromotors 2 vorsteht. Das Gehäuse 5 bildet einen axialen Hohlraum und weist einen axialen Endbereich 5a auf, der mit der Verbindungseinrichtung 4 an dem Gehäuse 2a des Elektromotors 2 befestigt ist; einen gegenüberliegenden axialen Endbereich 5b, der einen Einlaß bildet; und einen Zwi schenbereich 5c, der mit dem Verdichterrad 6 eine Verdichtungsleitung 8 bildet, und einen radial äußeren Druckluft-Zuführungsverteiler 9.
Dabei hat der axiale Endbereich 5b den kleinsten Durchmesser und ist mit dem Endbereich 5a, der den größten Durchmesser bildet, über aufeinanderfolgende Abschnitte verbunden, deren Durchmesser sich ändert und die einen radialen ersten Bereich 5e, einen schneckenförmigen zweiten Bereich 5f und einen radialen dritten Bereich 5g aufweisen.
Der Zuführungsverteiler 9 wird deshalb von einem radialen Anfangsbereich 19 gebildet, der zwischen dem radialen Bereich 5e des Zwischenbereichs 5c und der Verbindungseinrichtung 4 gebildet wird (wie noch im einzelnen beschrieben wird), und von einem schneckenförmigen Endbereich 20, der vollständig von dem Bereich 5f des Zwischenbereichs 5c gebildet wird.
Die Verbindungseinrichtung 4 weist folgendes auf: eine erste Platte 10, die an dem Gehäuse 2a des Motors 2 an der Seite, von der die Welle 7 vorsteht, koaxial befestigt ist, und die eine Außenumfangsoberfläche 10a zum Positionieren des Endbereichs 5a hat; und eine an dem Gehäuse 2a koaxial festgelegte zweite Platte 11, die an der dem Elektromotor 2 gegenüberliegenden Seite der Platte 10 angeordnet ist und zusammen mit dem Zwischenbereich 5c des Gehäuses 5 den Anfangsbereich 19 des Zuführungsverteilers 9 bildet.
Dabei ist die Platte 10 mit dem Gehäuse 2a mit lösbaren Befestigungseinrichtungen verbunden, die in dem gezeigten Beispiel von Schrauben 21 gebildet sind, deren Köpfe in jeweiligen Sacksitzen 18 aufgenommen sind, die in der Platte 11 gebildet sind. Die Platte 11 ermöglicht es also auch zu verhindern, daß ein durch die Schrauben 21 hervorgerufener Strömungswiderstand den Druckluftfluß beeinträchtigt.
Die Platte 11 ist zwischen der Platte 10 und dem Gehäuse 5 axial sandwichartig angeordnet und weist bevorzugt eine Reihe von Luftleitschaufeln 25 auf. Dabei ist das Ge häuse 5 an dem Endbereich 5a an dem radial äußersten Bereich der Platte 10 mit lösbaren Befestigungseinrichtungen befestigt, die in dem gezeigten Beispiel von Bolzen 22 gebildet sind, und wirkt mit einer in dem schneckenförmigen Bereich 5f gebildeten Schulter mit der Platte 11 zusammen, um sie in axialem Kontakt mit der Platte 10 zu halten. Ein Dichtring 26 ist zwischen der Schulter und der Platte 11 angeordnet, um den Anfangsbereich 19 des Zuführungsverteilers 9 fluiddicht abzudichten.
Beim Zusammenbau wird der Endbereich 5a des Gehäuses 5 auf drehbare Weise an der Umfangsoberfläche 10a der Platte 10 angebracht und mit den Bolzen 22 unter einem Winkel an der Platte 10 festgelegt.
Dabei wird der radial äußerste Bereich der Platte 10 mittels der Bolzen 22 zwischen dem radialen Bereich 5g des Gehäuses 5 und zwei halbringförmigen Anschlagelementen 24 axial ergriffen.
Beide Platten 10, 11 haben ein axiales Loch, durch das hindurch die von dem Elektromotor 2 vorstehende Welle 7 einzusetzen ist, und beide sind an einem seitlichen Bund 23 des Elektromotors 2 zentriert.
Wie in der beigefügten Zeichnung deutlich gezeigt ist, ist der Bereich 19 des Zuführungsverteilers 9 zwischen dem radialen Bereich 5e des Gehäuses 5 und einer Oberfläche 16 der Platte 11 gebildet, welche der die Oberfläche kontaktierenden Platte 10 gegenüberliegt und mit den Schaufeln 25 versehen ist.
Die Vorteile der Motorkompressoranordnung 1 gemäß der vorliegenden Erfindung sind aus der vorstehenden Beschreibung klar ersichtlich.
Insbesondere kann einfach durch Modifizieren der Platte 11 der Elektromotor 2 mit Verdichterrädern 6 und Gehäusen 5 verschiedener Gestalt und Größen ausgestattet werden, ohne die Platten 10, die dimensionsmäßig viel präziser und deshalb teurer sind, umzuarbeiten oder zu ersetzen.
Außerdem kann sich aufgrund der Befestigung des Gehäuses 5 an dem Elektromotor mittels der Bolzen 22 und der Anschlagelemente 24 das Gehäuse 5 ungehindert um die Achse A des Elektromotors 2 drehen. Nachdem die gewünschte Winkelposition erreicht ist, werden die Bolzen 22 angezogen, so daß die Befestigung des Gehäuses 5 an dem Elektromotor 2 erleichtert wird.
Selbstverständlich können bei der hier beschriebenen und gezeigten Motorkompressoranordnung 1 Änderungen vorgenommen werden.

Claims

Motorkompressoranordnung (1) für ein Kraftfahrzeug, die folgendes aufweist: – einen Elektromotor (2); – einen Kompressor (3), durch den ein Arbeitsfluid hindurchströmt und der ein Gehäuse (5) und ein Verdichterrad (6) besitzt; und – eine Verbindungseinrichtung (4) zum lösbaren Befestigen des Kompressors (3) an dem Motor (2), die ein erstes Verbindungselement (10) und ein zweites Verbindungselement (11) aufweist; wobei das erste Verbindungselement (10) von dem Gehäuse (5) getrennt und lösbar an dem Gehäuse befestigt ist und eine Positionierfläche (10a) für einen Verbindungsbereich (5a) des Gehäuses (5) bildet, und wobei das zweite Verbindungselement (11) von dem ersten Verbindungselement (10) und dem Gehäuse (5) getrennt und lösbar daran befestigt ist und eine Leitfläche (16) zum Leiten des Arbeitsfluids im Inneren des Gehäuses (5) bildet; dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Verbindungselement (11) zwischen dem ersten Verbindungselement (10) und dem Gehäuse (5) sandwichartig derart angeordnet ist, daß es von dem ersten Verbindungselement (10) in Axialrichtung frei ist, wenn das Gehäuse (5) von dem ersten Verbindungselement (10) gelöst ist.
Motorkompressoranordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine lösbare erste Befestigungseinrichtung (21) zum Befestigen des ersten Verbindungselements (10) an dem Motor (2); wobei das zweite Verbindungselement (11) einen Sitz (18) für einen entsprechenden vorspringenden Bereich der lösbaren ersten Befestigungseinrichtung (21) bildet.
Motorkompressoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbindungsbereich (5a) des Gehäuses (5) an der Positionierfläche (10a) des ersten Verbindungselements (10) drehbar angebracht ist; wobei eine zweite Befestigungseinrichtung (22) vorgesehen ist, um das Gehäuse (5) an dem ersten Verbindungselement (10) in der gewünschten Winkelposition festzulegen.
Motorkompressoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Verbindungselement (11) Schaufeln (25) besitzt.