WO2016071348A1 - Verdichter sowie verfahren zur herstellung eines verdichterrads - Google Patents

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Magna Powertrain GmbH and Co KG
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    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T50/00—Aeronautics or air transport
    • Y02T50/60—Efficient propulsion technologies, e.g. for aircraft

Definitions

  • the invention relates to a compressor for compressing supply air for a power generating machine with an electric drive and a compressor wheel rotatably connected to the electric drive via an axis.
  • the invention is based on a method for producing a compressor wheel.
  • turbocharger The most common type of charge is the turbocharger where a turbine directly drives a compressor. Turbine and compressor are firmly connected to each other via a shaft and together form the rotor.
  • the turbine housing is located directly in the exhaust gas flow and as close as possible to the exhaust gas outlet of the engine. In the separate compressor housing, the compressor wheel compresses the charge air in the intake system.
  • a turbocharger has the advantage that it uses part of the otherwise unused residual energy of the exhaust gases to reduce the intake losses and thus improves the overall efficiency.
  • An alternative or supplement is a compression of the intake air with compressors.
  • compressors There are versions on the market that combine turbochargers with mechanical compressors.
  • An electric compressor in contrast, develops completely independently of the engine Parameter the maximum boost pressure and thus ensures appropriate torque and power of the engine at any time.
  • Such a compressor is presented in GB2508647A.
  • the compressor area with the compressor wheel is sealed against the electric drive.
  • different electric motors are discussed and an increase of the on-board voltage for supply from 12V to 48V is considered.
  • the materials of the compressor wheel must be very light, dimensionally stable and high-strength at the same time over a changing temperature range, as well as bearing almost free of play, but also smooth running. These requirements exist both for a compressor wheel in an electric compressor and for a turbocharger. From DE102009018801 A1 a turbocharger arrangement is known, wherein waves and compressor wheel made of metal with a reinforcement of ceramic particles, such as. As carbon fibers, are provided. This mix of materials can be made by various manufacturing processes, whereby the material is reinforced by the use of carbon fiber fibers but does not lose much mass.
  • the object is achieved with a compressor for compressing supply air for an energy generating machine with an electric drive and a rotatably connected to the electric drive via an axis compressor wheel, wherein the compressor wheel of a metal with an admixture of carbon from a two-dimensional or three-dimensional tubular crystalline Modification exists.
  • the compressor wheel of a metal with an admixture of carbon from a two-dimensional or three-dimensional tubular crystalline Modification exists.
  • carbon fibers are not included.
  • the metal is aluminum or an aluminum alloy, especially an aluminum AL7075.
  • the carbon forms a graphene or a nanotube (CNT) structure.
  • the use of the material from an aluminum matrix with incorporated graphenes or incorporated nanotubes significantly improves the material parameters such as elasticity, tensile strength, with corresponding reduction in the density of the material. As a result, the mass and thus the inertia of the compressor wheel are dramatically reduced.
  • Nanotubes have hexagonal atoms that combine in a hollow form. Nanotubes can be single or multi-walled and the wall can form both a closed ring and a spiral structure. The ends of the tubes may be closed or opened, and the interior may be empty or filled.
  • Graphene promises to further significantly improve the composite material.
  • Graphenes are connected by three covalent bonds of carbon atoms to a two-dimensional hexagonal structure.
  • the extremely high stability of the hexagonal lattice is Wrestling weight and insensitivity to aggressive substances.
  • the mass ratio of the metal to the carbon nanotube is 95: 5. With such a material, the mass of the compressor wheel is much lower and the inertia is reduced.
  • the density of the material is below the density of aluminum.
  • the compressor wheel consists of cast or sintered material.
  • the compressor wheel is coated.
  • the compressor wheel has at least two wings, which are optimally adapted to the task.
  • the blades of the compressor wheel have a minimum wall thickness over their course partially smaller than 1 mm, preferably 0.75 mm.
  • the compressor is arranged in the suction region of an internal combustion engine or a fuel cell or is part of an exhaust gas turbocharger.
  • the compressor has at least one inlet and at least one outlet for a gaseous medium in order to be adapted for all possible sites and application requirements.
  • the compressor is equipped with a BLDC or SR electric motor, depending on space options and weight requirements, as well as the requirements for the control. It is advantageous that the compressor wheel is mounted on the shaft with a screw connection. A conventional attachment allows the simple construction and trouble-free balancing of the compressor wheel shaft combination.
  • the compressor wheel is pressed onto the shaft.
  • the compressor wheel and the shaft are a one-piece component, so as to achieve further weight reductions of the rotating parts.
  • the compressor wheel, the shaft and a rotor of the electric drive consist of a one-piece component.
  • the compressor wheel made of metal with carbon content as a blank and that the blank is machined by milling.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of the exemplary embodiment.
  • Fig. 2 shows an exemplary compressor wheel
  • Fig. 3 shows an extended module
  • FIG. 1 shows schematically in a longitudinal section a compressor 1 with a compressor housing 12, which has an inlet 2 and an outlet 3 for the compressed supply air to the internal combustion engine or to the fuel cell.
  • a shaft 6 is mounted in a housing 13 via bearings 14 in which Also, an electric drive 4 is installed.
  • the electric drive 4 has an internal rotor motor with a rotor 7, which sits on the shaft 6.
  • the electric motor is only one embodiment.
  • the motor may be a brushless DC motor, a BLDC motor. These motors are wear-free to operate and have a good control behavior with suitable control.
  • synchronous reluctance motors are used.
  • the advantage of a reluctance motor is the fact that losses occur practically only in stationary and thus externally well cooled stator.
  • appropriately constructed reluctance motors are tolerant of short-term overload. Due to the comparatively simple construction of the rotor without coils or special materials, no permanent magnets are needed, the rotor can be robust and tolerant to overspeeding executed with appropriate design.
  • a controller 8 is flanged.
  • the controller 8 contains the power electronics as well as the actual controller.
  • the control electronics can also be provided externally and only in conjunction with the line electronics.
  • the shaft 6 carries a compressor 5, which projects into the space of the compressor housing.
  • the compressor wheel is supported with its base 17 against a shoulder 15 of the shaft 6.
  • the shaft 6 projects, carrying a thread along the projection.
  • the compressor is braced against the shoulder 15 and held.
  • the compressor wheel can also be pressed onto the shaft 6, the shaft can be provided with a knurl to optimize this connection.
  • the material used for the shaft may be made of steel or also from composite materials such as a carbon fiber reinforced material.
  • the material used for the compressor wheel is of great importance for the reduction of the inertia. Therefore, aluminum or an aluminum alloy is used with admixture of carbon nanotubes (carbon nanotubes CNT). CNTs are very stable. The tensile strength of a multi-walled carbon nanotube was found to be 63 GPa, which is about 50 times that of steel, with significantly lower CNT weight. They can also be insulating, semiconducting or metallically conductive. Depending on how they are made, their properties can be adjusted directly. The preparation of the metal matrix composites takes place for aluminum or magnesium preferably via the melt metallurgical route, for titanium by sintering.
  • the fusion metallurgical production of Al-CNT composites was carried out either by direct addition of the CNTs in the aluminum melt or via a precursor of CNTs and aluminum.
  • the castability of the CNT-Al melt is still good, although a slight increase in viscosity is evident.
  • graphenes constitute a high potential, representing a modification of carbon with a two-dimensional structure in which each carbon atom is surrounded by three others at an angle of 120 °, so that a honeycomb-shaped pattern is formed.
  • Graphene promise further increases in tensile strength and thus further material improvement.
  • the compressor wheels are made of the composite material as a blank and brought by milling into the desired shape. In this case, forms are used for the wings, as they are known from the prior art. At least two wings are provided.
  • FIG. 2 shows a longitudinal section through an exemplary compressor wheel 5.
  • the compressor 5 has a hollow cylinder 9, which is responsible for the recording the shaft 6 is provided.
  • the wings can also have a radial-spiral course along the surface.
  • the compressor wheel has at its base on another cavity 10, which is a recess between the hollow cylinder for the shaft and a wing 1 1.
  • the wall thickness s of the wing is thereby reduced. It can sink to less than 1 mm wall thickness by using the composite material.
  • a wall thickness of 0.75 mm has proved particularly advantageous.
  • This wall thickness is a minimum wall thickness, which increases along the course of the wing. The minimum thickness is marked in this example in the flank area 19 of the wing. The minimum thickness can also be present in the edge area or in both areas.
  • the compressor is designed flattened at its tip 18 in this design.
  • the shaft 6, which is not executed in the figure 2 directly connected to the compressor wheel, either by press-fitting, screwing with an internal thread in the compressor wheel or by gluing the shaft. This eliminates the flattening of the tip and the compressor wheel can be performed with a streamlined nose 21 as shown in Figure 3.
  • FIG. 3 shows a development of the compressor wheel.
  • the shaft 6 is produced as a hollow shaft directly to the compressor wheel.
  • the shaft 6 need not be a hollow shaft, but this design is preferable because of the reduced mass of a solid shaft.
  • the rotor 7 of the electric drive is also produced directly and together with the compressor wheel and shaft forms a component made of a material. This component is also understood as an extended compressor wheel.
  • the solution according to the invention for a compressor is used at different locations.
  • the compressor for compressing suction air of a combustion engine
  • the compressor is arranged in front of the intake opening.
  • the number of inlets and outlets is determined by the construction task and not limited to one inlet and one outlet.
  • the compressor according to the invention can be arranged in a turbocharger in the outflow.

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Abstract

Es wird ein Verdichter (1) zum Verdichten von Zuluft für eine energieerzeugende Maschine mit einem elektrischen Antrieb (4) und einem mit dem elektrischen Antrieb (4) über einen Achse (6) drehbar verbundenen Verdichterrad (5) vorgeschlagen, wobei das Verdichterrad (5) aus einem Metall mit einer Zumischung von Kohlenstoff in einer zwei-oder dreidimensionalen Modifikation besteht. Weiterhin wird ein Verfahren zur Herstellung eines Verdichterrads (5) vorgeschlagen.

Description

Verdichter sowie Verfahren zur Herstellung eines Verdichterrads
Die Erfindung geht aus von einem Verdichter zum Verdichten von Zuluft für eine energieerzeugende Maschine mit einem elektrischen Antrieb und einem mit dem elektrischen Antrieb über einen Achse drehbar verbundenen Verdichterrad.
Weiterhin geht die Erfindung aus von einem Verfahren zur Herstellung eines Verdichterrads. Stand der Technik
Die am häufigsten anzutreffende Laderart ist der Turbolader, bei dem eine Turbine einen Verdichter direkt antreibt. Turbinen- und Verdichterrad sind über eine Welle fest miteinander verbunden und bilden zusammen das Laufzeug. Das Turbinengehäuse liegt direkt im Abgasstrom und möglichst nahe am Abgasauslass des Motors. Im davon getrennten Verdichtergehäuse komprimiert das Verdichterrad die Ladeluft im Ansaugtrakt. Ein Turbolader hat den Vorteil, dass er einen Teil der sonst ungenutzten Restenergie der Abgase zum Verringern der Ansaugverluste nutzt und damit den Gesamtwirkungsgrad verbessert.
Eine Alternative oder Ergänzung stellt eine Verdichtung der Ansaugluft mit Kom- pressoren dar. Es gibt Ausführungen auf dem Markt, die Turbolader mit mechanischen Kompressoren kombinieren.
Ein solcher mechanischer Schraubenverdichter baut zwar im unteren Drehzahlbereich auch viel Ladedruck auf, ist aber auch wie der Turbolader von der Drehzahl des Motors abhängig und somit nur auf eine bestimmte Motorendrehzahl optimiert. Die Mehrleistung des Motors zehrt den Leistungsbedarf des mechanischen Laders teilweise wieder auf.
Ein elektrischer Verdichter entwickelt dagegen völlig unabhängig von den Motor- Parametern den maximalen Ladedruck und sorgt somit für entsprechende Drehmomente und Leistungen des Motors zu jedem Zeitpunkt.
Ein solcher Verdichter wird in der GB2508647A vorgestellt. Der Verdichterbereich mit dem Verdichterrad ist dabei gegen den elektrischen Antrieb abgedichtet. Um die gewünschten Leistungen zu erhalten, werden unterschiedliche elektrische Motoren diskutiert und eine Erhöhung der Bordspannung zur Versorgung von 12V auf 48V erwogen. Allerdings gibt es auch erhöhte Anforderungen an das Verdichte rrad.
Um bei Drehzahlen von über 100.000 Umdrehungen die Minute die Trägheits- und Fliehkräfte gering zu halten, müssen die Materialien des Verdichterrads sehr leicht, gleichzeitig über einen wechselnden Temperaturbereich formbeständig und hochfest, sowie die Lagerung fast spielfrei, aber auch leichtgängig sein. Diese Anforderungen bestehen sowohl für ein Verdichterrad in einem elektrischen Kompressor als auch für einen Turbolader. Aus der DE102009018801 A1 ist eine Turbolader Anordnung bekannt, wobei Wellen und Verdichterrad aus Metall mit einer Verstärkung aus keramischen Partikeln, wie z. B. Kohlenstofffasern, vorgesehen sind. Dieser Materialmix lässt sich mit verschiedenen Herstellungsverfahren herstellen, wobei das Material durch die Verwendung von Kohlestofffasern verstärkt wird, aber nicht wesentlich an Masse verliert.
Aus der US 20120124994 A1 ist ein Verdichterrad aus Kunststoff bekannt. Das Verdichterrad wird dabei mit Kohlenstoffnanotubes verstärkt. Allerdings unterscheidet sich die Materialkombination von Kunststoff mit Kohlenstoffnanotubes stark von metallischen Matrixmaterialien. Kunststoff erhält durch die Nanotubes vor allen eine erhöhte Leitfähigkeit, wird aber spröder.
Es ist daher die Aufgabe der Erfindung einen Verdichter mit einem Verdichterrad zur Verfügung zu stellen, der hohe Verdichtungsleistungen bei geringer elektrischer Aufnahmeleistung des Motors, also bei geringer Masseträgheit ermöglicht.
Die Aufgabe wird gelöst mit einem Verdichter zum Verdichten von Zuluft für eine energieerzeugende Maschine mit einem elektrischen Antrieb und einem mit dem elektrischen Antrieb über einen Achse drehbar verbundenen Verdichterrad, wobei das Verdichterrad aus einem Metall mit einer Zumischung von Kohlenstoff aus einer zweidimensionalen oder dreidimensionalen röhrenförmig kristalliner Modifikation besteht. Damit sind Kohlenstofffasern nicht mit umfasst.
Vorzugsweise ist das Metall Aluminium oder eine Aluminiumlegierung speziell ein Aluminium AL7075.
Es ist dabei von Vorteil, dass der Kohlenstoff ein Graphen oder einen Nanoröhr- chen (CNT) Struktur bildet.
Die Verwendung des Materials aus einer Aluminiummatrix mit eingelagerten Gra- phenen oder eingelagerten Nanoröhrchen verbessert die Materialparameter wie Elastizität, Zugfestigkeit deutlich, bei entsprechender Reduzierung der Dichte des Materials. Dadurch werden die Masse und damit die Trägheit des Verdichterrades dramatisch verringert.
Nanoröhrchen aus Kohlstoff weisen hexagonal angeordnete Atome auf, die sich in einer hohlen Form verbinden. Nanoröhren können ein- oder mehrwandig sein und die Wand kann sowohl einen geschlossenen Ring, als auch eine spiralige Struktur ausbilden. Die Enden der Röhren können geschlossen oder geöffnet sein, und das Innere kann leer oder gefüllt sein.
Während die Nanoröhrchen bereits als Material vorhanden sind und in der Industrie eingesetzt werden, versprechen Graphene in der Zukunft eine weitere deutliche Verbesserung des Verbund-Materials. Graphene sind durch drei kovalente Bindungen der Kohlenstoffatome zu einer zweidimensionalen hexagonalen Struktur verbunden. Die extrem hohe Stabilität des hexagonalen Gitters wird von ge- ringen Gewicht und einer Unempfindlichkeit gegenüber aggressiven Stoffen begleitet.
Es ist dabei von Vorteil, dass das Massenverhältnis des Metalls zu den Kohlenstoff Nanoröhrchen 95:5 beträgt. Mit einem solchen Material wird die Masse des Verdichterrads deutlich geringer und die Trägheit reduziert.
Vorteilhafterweise liegt die Dichte des Materials unter der Dichte von Aluminium.
Es ist dabei von Vorteil, dass das Verdichterrad aus gegossenem oder gesinter- tertem Material besteht.
In einer Ausführungsform wird das Verdichterrad beschichtet.
Als minimale Ausstattung besitzt das Verdichterrad mindestens zwei Flügel, die optimal an die Aufgabe anzupassen sind.
Vorteilhafterweise besitzen die Flügel des Verdichterrads eine minimale Wandstärke über ihren Verlauf teilweise von kleiner 1 mm, vorzugsweise 0,75 mm.
Durch die optimierten Materialparameter können Wandstärken verringert und so zusätzlich Masse eingespart werden.
Es ist dabei von Vorteil, dass der Verdichter im Saugbereich eines Verbrennungsmotors oder einer Brennstoffzelle angeordnet ist oder Teil eines Abgasturboladers darstellt.
Es ist dabei von Vorteil, dass der Verdichter mindestens einen Eingang und mindesten einen Auslass für ein gasförmiges Medium aufweist, um für alle möglichen Einsatzorte und Einsatzanforderungen angepasst zu sein.
Vorteilhafterweise ist der Verdichter mit einem BLDC oder einem SR elektrischen Motor auszustatten, je nach Bauraummöglichkeiten und Gewichtsanforderungen, sowie die Anforderungen an die Ansteuerung. Es ist von Vorteil, dass das Verdichterrad auf der Welle mit einer Schraubverbindung befestigt ist. Eine konventionelle Befestigung erlaubt den einfachen Aufbau und ein problemloses Auswuchten der Verdichterrad- Welle-Kombination.
Alternativ ist es auch möglich, dass das Verdichterrad auf die Welle verpresst ist.
Es ist dabei von Vorteil, dass das Verdichterrad und die Welle ein einstückiges Bauteil sind, um so weitere Gewichtreduktionen der drehenden Teile zu erzielen.
Es ist dabei von Vorteil, dass das Verdichterrad, die Welle und ein Rotor des elektrischen Antriebs aus einem einstückigen Bauteil bestehen.
Es ist von Vorteil, dass beim Verfahren zur Herstellung eines Verdichterrads das Verdichterrad aus Metall mit Kohlenstoffanteil als Rohling hergestellt und dass der Rohling mit Fräsverfahren bearbeitet wird.
Beschreibung der Erfindung
Die Erfindung wird nachfolgend beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefüg- ten Zeichnungen beschrieben.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung der beispielhaften Ausführungsform. Fig. 2 zeigt ein beispielhaftes Verdichterrad
Fig. 3 zeigt einen erweitere Baugruppe.
Figur 1 zeigt schematisch in einem Längsschnitt einen Kompressor 1 mit einem Verdichtergehäuse 12, das einen Einlass 2 und einen Auslass 3 für die verdichtete Zuluft zur Verbrennungsmaschine oder zur Brennstoffzelle aufweist. Eine Welle 6 wird in einem Gehäuse 13 über Lagerstellen 14 gelagert, in dem auch ein elektrischer Antrieb 4 eingebaut ist. Der elektrische Antrieb 4 besitzt einen Innenläufermotor mit einem Rotor 7, der auf der Welle 6 sitzt. Der elektrische Motor ist dabei nur ein Ausführungsbeispiel. Bei dem Motor kann es sich um einen bürstenlose Gleichstrommotor, einen BLDC-Motor handeln. Diese Motoren sind verschleißfrei zu betreiben und weisen bei geeigneter Ansteuerung ein gutes Regelverhalten auf.
Alternativ kommen Synchron-Relaktanzmotoren (SR) zum Einsatz. Der Vorteil eines Reluktanzmotors ist der Umstand, dass Verluste praktisch nur im ruhenden und somit von außen gut kühlbaren Stator entstehen. Somit sind entsprechend gebaute Reluktanzmotoren tolerant gegen kurzzeitige Überlastung. Durch den vergleichsweise einfachen Aufbau des Rotors ohne Spulen oder spezielle Werkstoffe, es werden keine Dauermagnete benötigt, kann der Rotor robust und bei entsprechender Konstruktion tolerant gegen Überdrehzahl ausgeführt werden. Am Gehäuse 13 ist einen Steuerung 8 angeflanscht. Die Steuerung 8 enthält die Leistungselektronik sowie die eigentliche Steuerung. Gegebenenfalls kann die Steuerungselektronik auch extern vorgesehen sein und nur in Verbindung mit der Leitungselektronik stehen. Die Welle 6 trägt ein Verdichterrad 5, das in den Bauraum des Verdichtergehäuses hineinragt. Das Verdichterrad stützt sich mit seiner Basis 17 gegen eine Schulter 15 der Welle 6 ab. An der Spitze 18 des Verdichterrads steht die Welle 6 über, wobei sie entlang des Überstands ein Gewinde trägt. Mit einer Mutter 1 6 wird das Verdichterrad gegen die Schulter 15 verspannt und gehalten. Als alternative Ausführung kann das Verdichterrad auch auf die Welle 6 gepresst werden, die Welle kann dazu mit einer Rändelung versehen werden, um diese Verbindung zu optimieren.
Das für die Welle verwendete Material kann aus Stahl bestehen oder ebenfalls aus Verbundmaterialen wie einem Kohlestoff-Faser verstärkten Material.
Das für das Verdichterrad verwendete Material ist dabei für die Reduzierung der Trägheit von großer Bedeutung. Daher wird Aluminium oder einen Aluminiumlegierung unter Beimischung von Kohlenstoffnanoröhren (Carbon Nano Tubes CNT) verwendet. CNTs sind sehr stabil. Die Zugfestigkeit einer mehrwandigen Kohlen- stoff-Nanoröhre wurde zu 63 GPa bestimmt, das entspricht etwa dem 50-fachen von Stahl, und dies bei deutlich geringerem Gewicht der CNTs. Sie können zudem isolierend, halbleitend oder metallisch leitend sein. Je nachdem, wie sie hergestellt werden, können ihre Eigenschaften direkt eingestellt werden. Die Herstellung der Metallmatrix-Komposite erfolgt für Aluminium oder Magnesium bevorzugt über die schmelzmetallurgische Route, für Titan durch Sintern.
Die schmelzmetallurgische Herstellung von AI-CNT-Kompositen erfolgte entweder durch direkte Zugabe der CNTs in die Aluminiumschmelze oder über ein Vorprodukt aus CNTs und Aluminium. Die Gießbarkeit der CNT-AI-Schmelze ist weiterhin gut, auch wenn eine leichte Zunahme der Viskosität erkennbar ist.
Für die Zukunft bilden Graphene ein hohes Potential, die eine Modifikation des Kohlenstoffs mit zweidimensionaler Struktur darstellen, in der jedes Kohlenstoffatom im Winkel von 120° von drei weiteren umgeben ist, sodass sich ein bienen- wabenförmiges Muster ausbildet. Graphene versprechen weitere Erhöhungen des Zugfestigkeit und somit eine weitere Materialverbesserung.
Die Verdichterräder werden dabei aus dem Komposite-Material als Rohling hergestellt und mittels Fräsverfahren in die gewünschte Form gebracht. Dabei werden Formen für die Flügel verwendet, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt sind. Es werden mindestens zwei Flügel vorgesehen. In Figur 2 ist ein Längsschnitt durch ein beispielhaftes Verdichterrad 5 zu erkennen. Das Verdichterrad 5 weist einen Hohlzylinder 9 auf, der für die Aufnahme der Welle 6 vorgesehen ist.
Es sind Ansätze von mehreren Flügeln 1 1 zu erkennen, die einen Verlauf von der Spitze 18 des Verdichterrads bis zur Basis 17 zeigen. Dabei können die Flügel auch einen radial-spiralförmigen Verlauf entlang der Oberfläche haben. Das Verdichterrad weist an seiner Basis einen weiteren Hohlraum 10 auf, der eine Aussparung zwischen dem Hohlzylinder für die Welle und einem Flügel 1 1 darstellt. Die Wandstärke s des Flügels wird dadurch reduziert. Sie kann durch die Verwendung des Komposite-Materials auf unter 1 mm Wandstärke sinken. Als besonders vorteilhaft hat sich dabei eine Wandstärke von 0,75 mm erwiesen. Diese Wandstärke ist eine minimale Wandstärke, die sich entlang des Verlaufs des Flügels erhöht. Die minimale Dicke ist in diesem Beispiel im Flankenbereich 19 des Flügels markiert. Die minimale Stärke kann aber auch im Randbereich oder in beiden Bereichen vorhanden sein.
Das Verdichterrad ist in dieser Bauform an seiner Spitze 18 abgeflacht ausgeführt. In einer alternativen Ausführungsform wir die Welle 6, die in der Figur 2 nicht ausgeführt ist, direkt mit dem Verdichterrad verbunden, sei es durch Einpressung, Verschraubung mit einem Innengewinde im Verdichterrad oder durch Einkleben der Welle. Dadurch erübrigt sich die Abflachung der Spitze und das Verdichterrad kann mit einer strömungsgünstigeren Nase 21 wie in Figur 3 gezeigt ausgeführt werden.
In Figur 3 wird eine Weiterbildung des Verdichterrads gezeigt. Dabei wird die Welle 6 als Hohlwelle direkt mit dem Verdichterrad hergestellt. Die Welle 6 muss keine Hohlwelle sein, diese Bauform ist aber wegen der reduzierten Masse einer Vollwelle vorzuziehen. Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass auch der Rotor 7 des elektrischen Antriebs direkt mithergestellt wird und zusammen mit Verdichterrad und Welle eine aus einem Material hergestelltes Bauteil bildet. Auch dieses Bauteil wird als erweitertes Verdichterrad verstanden.
Die erfindungsgemäße Lösung für einen Verdichter kommt an unterschiedlichen Stellen zum Einsatz. Als Kompressor für das Verdichten von Saugluft einer Ver- brennungsmaschine ist der Verdichter vor der Ansaugöffnung angeordnet. Dabei ist die Anzahl der Ein- und Auslässe durch die bauliche Aufgabe bestimmt und nicht auf jeweils einen Einlass und einen Auslass limitiert.
Auch kann der erfindungsgemäße Verdichter in einem Turbolader im Abstrom angeordnet sein.
Bezugszeichenliste
Verdichter
Einlass
Auslass
Elektrischer Antrieb
Verdichterrad
Welle
Rotor
Steuerung
Hohlzylinder
Hohlraum
Flügel
Verdichtergehäuse
Gehäuse
Lagerstellen
Schulter
Mutter
Basis
Spitze
Flankenbereich
Randbereich
Nase

Claims

Ansprüche
1 . Verdichter zum Verdichten von Zuluft für eine energieerzeugende Maschine mit einem elektrischen Antrieb und einem mit dem elektrischen Antrieb über einen Achse drehbar verbundenen Verdichterrad, dadurch gekennzeichnet, dass das Verdichterrad aus einem Metall mit einer Zumischung von Kohlenstoff aus einer zweidimensionalen oder dreidimensionalen, röhrenförmig kristalliner Modifikation besteht.
2. Verdichter nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Metall Aluminium oder eine Aluminiumlegierung ist.
3. Verdichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Aluminium AL7075 ist.
4. Verdichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kohlenstoff ein Graphen ist.
5. Verdichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kohlenstoff Nanoröhrchen (CNT) bildet.
6. Verdichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Massenverhältnis des Metalls zu den Kohlenstoff Nanoröhrchen 95:5 beträgt.
7. Verdichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichte des Materials unter der Dichte von Aluminium liegt
8. Verdichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verdichterrad aus gegossenem oder gesintertertem Material besteht.
9. Verdichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verdichterrad beschichtet ist.
10. Verdichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verdichterrad mindestens zwei Flügel aufweist.
1 1 . Verdichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Flügel des Verdichterrads eine minimalen Wandstärke über ihren Verlauf teilweise von kleiner 1 mm besitzen.
12. Verdichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die minimale Wandstärke 0,75 mm der Flügel beträgt.
13. Verdichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdichter im Saugbereich eines Verbrennungsmotors angeordnet ist.
14. Verdichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdichter im Saugbereich einer Brennstoffzelle angeordnet ist.
15. Verdichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdichter Teil eines Abgasturboladers ist.
1 6. Verdichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdichter mindestens einen Eingang und mindestens einen Auslass für ein gasförmiges Medium aufweist.
17. Verdichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Motor ein BLDC oder ein SR Motor ist.
18. Verdichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verdichterrad auf der Welle mit einer Schraubverbindung befestigt ist.
19. Verdichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verdichterrad auf die Welle verpresst ist.
20. Verdichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verdichterrad und die Welle ein einstückiges Bauteil sind.
21 . Verdichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verdichterrad, die Welle und der Rotor des elektrischen Antriebs aus einem einstückigen Bauteil bestehen.
22. Verfahren zur Herstellung eines Verdichterrads nach Ansprüchen 1 bis 21 , dadurch gekennzeichnet, dass das Verdichterrad aus Metall mit Kohlenstoffmodifikationen als Rohling hergestellt wird und dass der Rohling mit einem Fräsverfahren bearbeitet wird.
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