WO2020120174A1 - Elektro-verdichter mit einer semipermeablen druckausgleichseinrichtung - Google Patents

Elektro-verdichter mit einer semipermeablen druckausgleichseinrichtung Download PDF

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WO2020120174A1
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    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the invention relates to an electric compressor designed as an electric motor-operated impeller compressor with a housing partition between
  • Compressor housing and electric motor housing in particular for arrangement and for use in a supercharging system of an internal combustion engine, in particular an internal combustion engine in a motor vehicle.
  • exhaust gas turbocharger systems are increasingly being used, with the aid of which the energy contained in the exhaust gas of the internal combustion engine is used to generate the pressure in the intake tract.
  • the turbocharger is effective due to the system only by the increasing exhaust gas pressure. For this reason and reinforced by the inertial mass of the turbocharger rotor, the pressure builds up in the
  • Intake tract is delayed, which in turn results in a delayed response of the internal combustion engine, which is generally referred to as a so-called turbo lag.
  • Another approach is to provide an alternative or additional arrangement that can be operated independently of the exhaust gas flow Compressor unit in the intake tract, which is used specifically in transient operating phases of the internal combustion engine, for the rapid build-up of pressure in the intake tract, i.e. to eliminate a performance hole.
  • Compressors operated by an electric motor which are also referred to as an e-booster or e-compressor and as an electrically driven compressor (EAV), which have been referred to above and below as an electric compressor, have proven to be advantageous for this application.
  • EAV electrically driven compressor
  • the compressor component itself is usually designed as an impeller compressor and thus has the same or a similar structure as an impeller compressor used in an exhaust gas turbocharger.
  • Such impeller compressors are designed in known designs as radial compressors, as radial-axial compressors (mixed-flow compressors) or as axial compressors and have a compressor impeller with one arranged on an impeller hub
  • Impeller blading on The compressor impeller arranged in a compressor housing on a rotor shaft is driven at high speed, in this case by an electric motor, usually draws in the medium to be compressed in the axial direction and guides the compressed medium in a through the impeller blading and the impeller hub, and that surrounding compressor housing predetermined direction.
  • the respective designation indicates the direction of the compressed medium flowing out.
  • Such an electric compressor has an impeller compressor designed as a radial compressor with one
  • Housing partition provided, which also serves as a housing cover for the
  • Compressor housing as well as for the motor housing and closes the two housings or, in other words, separates the compressor housing interior from the engine housing interior and accommodates at least one bearing of the compressor rotor. Furthermore, an electrical usually closes
  • Control unit for the electric motor to the electric motor housing which can, however, also be arranged separately.
  • the compressor rotor is usually rotatably mounted with its rotor shaft by means of two individual bearings in the electric motor housing, at least one individual bearing being accommodated in the housing cover of the motor housing or the housing partition.
  • a known weak point is the passage of the rotor shaft through the housing cover of the motor housing or the housing partition between the motor housing and the compressor housing.
  • a corresponding shaft seal must meet very high requirements with regard to temperature, shaft speed and the resulting service life. Corresponding shaft seals cause increased manufacturing costs for an electric compressor.
  • the object underlying the invention is therefore one
  • Electric compressor i.e. one connected to an electric motor and
  • the electric compressor which is particularly suitable for arrangement in a charging system of an internal combustion engine, has an impeller compressor with a compressor housing,
  • an electric motor with a motor housing and a housing partition between the compressor housing and the motor housing.
  • Compressor housing arranged and a stator and a rotor is in one
  • Motor housing interior arranged.
  • the compressor impeller and the rotor are by means of a
  • Housing partition wall guided, rotatable about a rotor axis of rotation and by means of a bearing arrangement at least in the housing partition wall-mounted rotor shaft.
  • Housing partition is arranged at least one pressure compensation device.
  • This pressure compensation device has at least one through opening that leads from the compressor housing interior to the engine housing interior and on the side of the housing partition wall facing the engine housing interior, by means of a semi-permeable pressure compensation membrane, opposite the
  • Pressure equalization membrane has the property of being permeable to air in both directions but being impermeable to water in all forms, oil in all forms and particles such as fine dust and soot.
  • Membranes are available and are known, for example, under the brand name "GoreTex".
  • the corresponding medium i.e. compressor air with low resistance, flows through the compressor compensation opening through the pressure compensation opening in the housing partition and the semi-permeable pressure compensation membrane into the motor housing and thus ensures pressure compensation, but at the same time keeps the impurities contained in the compressor air away from the electric motor components.
  • This design has the advantage that the pressure difference between the compressor housing and the motor housing can be compensated for by the pressure compensation device, and so there is no flushing of the rotor bearing due to the lack of a pressure gradient. It is therefore possible to use cheaper components for the shaft seal or to dispense with a shaft seal altogether and the manufacturing costs can be reduced as a result.
  • FIG. 1 An embodiment of an electric compressor according to the invention with the essential components, in a simplified schematic sectional view;
  • Fig. 2 shows an embodiment of an electric compressor according to the invention, using the section X marked in Figure 1.
  • Electric compressor with a pressure compensation chamber designed as an annular groove, on the basis of the section X marked in FIG. 1.
  • Fig. 5 shows an example of a pressure compensation membrane in a membrane carrier for mounting on the housing partition of another embodiment of the
  • FIG. 6 Another example of a pressure compensation membrane in one
  • the electric motor 20 also has a stator 23 connected to the cup wall 21 c of the motor housing 21 and a rotor 12 arranged on the rotor shaft 14.
  • a housing partition 22 is arranged between the compressor housing 31 and the motor housing 21, but connects the two housings to one another, but at the same time separates the compressor housing interior 31 a from the motor housing interior 21 a.
  • Rotor axis of rotation 15 of the rotor shaft 14 rotates.
  • the rotor axis of rotation 15 and the electric compressor axis 2 coincide and are represented by the center line drawn in, which characterizes the axial orientation of the electric compressor 1.
  • the rotor shaft 14 is guided through the housing partition 22 and rotatably supported at least in the housing partition 22 by means of a bearing arrangement 40.
  • a shaft seal 16 is provided which separates the interior of the motor housing 21 a and the interior of the compressor housing 31 a.
  • Motor control unit 50 for the electric motor in a control housing 51 to the motor housing 21, which could, however, also be arranged separately. To simplify matters, the electronic components are not shown here.
  • the electrical compressor 1 according to the invention shown is primarily characterized in that at least one in the housing partition 22
  • Pressure compensation device 24 is arranged, the at least one
  • the through opening 25, which is designed as a simple bore, opens into a recess in the
  • FIG. 1 a section X is marked, which is shown in an enlarged representation, in two sectional planes in the following figures.
  • Fig. 2 shows a further embodiment of an inventive
  • Design is characterized, inter alia, in that at least one through opening 25 is arranged in the housing partition 22 at a radial distance R from the rotor axis of rotation 15. Nevertheless, a plurality of pressure equalization devices of the same design and distributed over a circumference, as indicated by dashed lines in sectional view A-A of FIG. 2, can also be arranged in the housing partition wall 22.
  • the through openings 25 are each simple
  • the pressure compensation membrane 27 is surrounded by an edge 22d formed on the housing partition 22 and is, for example, within this edge 22d in FIG.
  • the pressure compensation membrane 26 has a larger surface area than the embodiment shown in FIG. 1 and a correspondingly increased “permeability”, which enables faster pressure compensation.
  • FIG. 3 shows a further embodiment of the electric compressor 1 according to the invention, in the same representation as FIG. 2, only the reference numbers to be emphasized being entered here for a better overview.
  • the recess forming the pressure compensation chamber 27 is designed as an annular groove 27 'which extends concentrically around the rotor axis of rotation 15 and the bearing receiving dome 22a and is covered by a pressure compensation membrane 26 which runs around the entire circumference of the annular groove 27'. This ensures a further enlarged surface of the pressure compensation membrane 26 and
  • the pressure compensation membrane 26 which runs around the entire circumference of the annular groove 27 ', has an outer clamping ring 28 in its radial outer region, that is to say in the region of the connecting flange 22b, and an inner clamping ring in its radially inner region, that is to say in the region of the bearing receiving dome 22a 29 attached to the housing partition 22. It goes without saying that the pressure compensation membrane 26 can also be fastened, for example glued, to the housing partition wall 22 or, if appropriate, also to the pot wall 21c in any other suitable manner.
  • the radius R on which the respective through openings 25 are arranged in the above-mentioned embodiments shown in FIGS. 1 to 3 is advantageously to be selected such that the through openings 25 lie in a radial area in which a pressure difference between
  • Compressor housing interior 31 a and engine housing interior 21 a has a maximum during operation.
  • Pressure level can be achieved, whereby a flushing of contaminated air from the compressor housing interior 31 a in the bearing arrangement 40 is effectively prevented.
  • FIG. 4 shows a further embodiment of the electric compressor 1 according to the invention, in the same representation as FIGS. 2 and 3, but here too, for the better
  • the structure of this embodiment differs from that shown in FIGS. 1 to 3 Example in particular in that the pressure compensation device 24 has a plurality of through openings 25, which are formed as flat openings 25 'in the
  • Housing partition 22 are designed radially between a bearing receiving dome 22a for the bearing arrangement 40 and the connecting flange 22b for a cup wall 21c of the motor housing 21.
  • the bearing receiving dome 22a thus only stands with the housing partition over a plurality of spoke-like webs 22c
  • Pressure compensation membrane 26 and represents a large one
  • Pressure compensation membrane 26 which are received in a membrane carrier 60.
  • a corresponding further exemplary embodiment of the electric compressor is accordingly distinguished in particular by the fact that the pressure compensation membrane 26 is received in the membrane carrier 60 and by means of this on the
  • the example of the membrane carrier 60 specifically shown in FIG. 5 has a round carrier disk 61 with a plurality of membrane windows, similar to the flat openings shown in FIG. 4, and a central rotor shaft bore 62.
  • the pressure compensation membrane 26 is arranged in the membrane windows and the rotor shaft 14 is guided through the rotor shaft bore 62 in the assembled state.
  • the carrier disk has screw receiving bores 63, through which, in the assembled state, fastening screws are guided, with which the membrane carrier 60 is fastened to the housing partition wall 22.
  • the example of the membrane carrier 60 shown in FIG. 6, on the other hand, has only one carrier ring with a pressure compensation membrane 26 stretched therein.
  • Such an embodiment would be for example in combination with the
  • Embodiment of FIG. 2 suitable.
  • FIGS. 5 and 6 have the advantage that a
  • Membrane carriers are available at low cost as a prefabricated solid component and can be easily and automatically mounted or attached to the housing partition or in the motor housing.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen als elektromotorisch betriebenen Laufradverdichter ausgebildeten Elektro-Verdichter (1), insbesondere zur Anordnung in einem Aufladesystem einer Brennkraftmaschine, der einen Laufradverdichter (30) mit einem Verdichtergehäuse (31), einen Elektromotor (20) mit einem Motorgehäuse (21) und eine Gehäusetrennwand (22) zwischen Verdichtergehäuse (31) und Motorgehäuse (21) aufweist. Das Verdichterlaufrad (13) im Verdichtergehäuseinnenraum (31a) und ein Rotor (12)im Motorgehäuseinnenraum (21a) sind mittels einer durch die Gehäusetrennwand (22) geführten, mittels einer Lageranordnung (40) zumindest in der Gehäusetrennwand (22) drehgelagerten Läuferwelle (14) verbunden. Dabei ist in der Gehäusetrennwand (22) zumindest eine Druckausgleichseinrichtung (24) angeordnet, die zumindest eine Durchgangsöffnung (25) aufweist, welche mittels einer semipermeablen Druckausgleichsmembran (26), gegenüber dem Motorgehäuseinnenraum (21a) abgedeckt ist.

Description

Beschreibung
Elektro-Verdichter mit einer semipermeablen Druckausgleichseinrichtung
Die Erfindung betrifft einen als elektromotorisch betriebenen Laufradverdichter ausgebildeten Elektro-Verdichter mit einer Gehäusetrennwand zwischen
Verdichtergehäuse und Elektromotorgehäuse, insbesondere zur Anordnung und für den Einsatz in einem Aufladesystem einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Verbrennungsmotors in einem Kraftfahrzeug.
Zur Effizienz-Steigerung und zur Einhaltung immer strenger werdender
Abgas-Grenzwerte werden insbesondere moderne Verbrennungsmotore für Kraftfahrzeuge vermehrt mit Aufladesystemen ausgerüstet. Dies geschieht mit dem Ziel den Verbrennungsmotor bei gleicher oder gar gesteigerter Leistung in
Baugröße und Gewicht zu reduzieren und gleichzeitig den Verbrauch und somit den C02-Ausstoß zu verringern. Das Wirkprinzip besteht darin, den Druck im
Ansaugtrakt des Verbrennungsmotors zu erhöhen und so eine bessere Befüllung des Brennraumes mit Luft-Sauerstoff zu bewirken und somit mehr Treibstoff, Benzin oder Diesel, pro Verbrennungsvorgang umsetzen zu können, also die Leistung des Verbrennungsmotors zu erhöhen.
Dazu werden vermehrt Abgasturbolader-Systeme eingesetzt, mit deren Hilfe die im Abgas des Verbrennungsmotors enthaltene Energie zur Erzeugung des Druckes im Ansaugtrakt genutzt wird.
Bei einer Lasterhöhung zum Beispiel im Zusammenhang mit einem
Beschleunigungsvorgang eines Kraftfahrzeugs wird der Turbolader systembedingt erst durch den ansteigenden Abgasdruck wirksam. Aus diesem Grund und verstärkt durch die träge Masse des Turboladerläufers erfolgt der Druckaufbau im
Ansaugtrakt verzögert, was wiederum ein verzögertes Ansprechverhalten des Verbrennungsmotors, das allgemein als sogenanntes Turboloch bezeichnet wird, zur Folge hat.
Diesem unerwünschten Effekt wird mit unterschiedlichen Lösungsansätzen entgegengetreten, wie zum Beispiel mit der parallelen oder sequenziellen
Anordnung mehrerer Turbolader unterschiedlicher Baugröße, Leistung und
Ansprechverhalten. Ein weiterer Lösungsansatz besteht in der alternativen oder zusätzlichen Anordnung einer vom Abgasstrom unabhängig betreibbaren Verdichtereinheit im Ansaugtrakt, die gezielt in transienten Betriebsphasen des Verbrennungsmotors, für den schnellen Druckaufbau im Ansaugtrakt, also zur Eliminierung eines Leistungsloches eingesetzt wird.
Für diese Anwendung haben sich elektromotorisch betriebene Verdichter, die auch als E-Booster oder E-Compressor sowie als elektrisch angetriebener Verdichter (EAV) und hier vorausgehend und im Folgenden als Elektro-Verdichter bezeichnet werden, als vorteilhaft erwiesen.
Die Verdichterkomponente an sich ist dabei in der Regel als Laufradverdichter ausgeführt und weist somit den gleichen oder einen ähnlichen Aufbau auf, wie ein in einem Abgasturbolader eingesetzter Laufradverdichter. Solche Laufradverdichter sind in bekannten Bauformen als Radialverdichter, als Radial-Axial-Verdichter (Mixed-Flow-Verdichter) oder als Axialverdichter ausgeführt und weisen ein Verdichterlaufrad mit einer auf einer Laufradnabe angeordneten
Laufradbeschaufelung auf. Dabei wird das in einem Verdichtergehäuse auf einer Läuferwelle angeordnete Verdichterlaufrad mit hoher Drehzahl angetrieben, in diesem Fall durch einen Elektromotor, saugt das zu verdichtende Medium in der Regel in axialer Richtung an und führt das verdichtete Medium in einer durch die Laufradbeschaufelung und die Laufradnabe sowie das umgebende Verdich tergehäuse vorgegebenen Richtung ab. Die jeweilige Benennung gibt dabei die Richtung des abströmenden verdichteten Mediums an.
Ein solcher Elektro-Verdichter, wie er aus dem Stand der Technik bekannt ist, weist einen als Radialverdichter ausgebildeten Laufradverdichter mit einem
Verdichtergehäuse und einem darin angeordneten Verdichterlaufrad und einen Elektromotor mit einem Motorgehäuse mit darin angeordnetem Stator und Rotor auf. Zwischen Verdichtergehäuse und Elektromotorgehäuse ist eine
Gehäusetrennwand vorgesehen, die zugleich als Gehäusedeckel für das
Verdichtergehäuse als auch für das Motorgehäuse dient und die beiden Gehäuse abschließt oder, mit anderen Worten, den Verdichtergehäuseinnenraum von dem Motorgehäuseinnenraum trennt sowie zumindest ein Lager des Verdichterläufers aufnimmt. Des Weiteren schließt sich in der Regel eine elektrische
Steuerungseinheit für den Elektromotor an das Elektromotorgehäuse an, die jedoch auch separat angeordnet sein kann.
Das Verdichterlaufrad und der Rotor des Elektromotors bilden zusammen mit der Läuferwelle den Verdichterläufer der im Betrieb um die Läuferdrehachse der Läuferwelle rotiert. Die Läuferdrehachse und die Elektro-Verdichter-Achse fallen zusammen und kennzeichnen die axiale Ausrichtung des Elektro-Verdichters. Der Verdichterläufer ist mit seiner Läuferwelle in der Regel mittels zweier Einzellager im Elektromotorgehäuse drehbar gelagert, wobei zumindest ein Einzellager im Gehäusedeckel des Motorgehäuses bzw. der Gehäusetrennwand aufgenommen ist.
Die Anordnung des Elektro-Verdichters in unmittelbarer Nähe des
Verbrennungsmotors, zum Beispiel im Motorraum eines Kraftfahrzeugs erfordert eine, gegenüber rauen Umgebungsbedingungen robuste Gestaltung. Dazu ist die Dichtheit insbesondere der Antriebseinheit und der Lager gegenüber
Umgebungsmedien von essentieller Bedeutung. Dabei müssen vor allem die Bauteile des Elektromotors und die Lagerung der Läuferwelle von der Umgebung und den durch den Verdichter angesaugten Medien abgeschirmt werden. Dies betrifft vor allem eine gegenüber Ruß, Kondenswasser und Öldämpfen dichte Auslegung des Motorgehäuses des Elektro-Verdichters.
Eine bekannte Schwachstelle stellt dabei die Durchführung der Läuferwelle durch den Gehäusedeckel des Motorgehäuses bzw. die Gehäusetrennwand zwischen Motorgehäuse und Verdichtergehäuse dar. Eine entsprechende Wellendichtung muss dabei sehr hohen Anforderungen in Bezug auf Temperatur, Wellendrehzahl und daraus resultierender Lebensdauer erfüllen. Entsprechende Wellendichtungen verursachen erhöhte Herstellungskosten eines Elektro-Verdichters.
Weiterhin hat sich gezeigt, dass bei ungenügender Abdichtung der Läuferwelle, verursacht durch den Druckunterschied zwischen dem hermetisch verschlossenen Verdichtergehäuse und dem Motorgehäuse des Elektromotors eine Durchspülung des entsprechenden, auf der Gehäusetrennwandseite bzw. in der
Gehäusetrennwand angeordneten Läuferwellenlagers stattfindet, was zur
Auswaschung von Schmierstoff und zum Eintrag von Schmutzpartikeln führen kann. Dies kann die Lebensdauer des Läuferwellenlagers und somit des
Elektro-Verdichters erheblich verkürzen.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe ist es deshalb einen
Elektro-Verdichter, also einen mit einem Elektromotor verbundenen und
elektromotorisch betriebenen Laufradverdichter anzugeben, der bei reduzierten Herstellkosten eine hohe Lebensdauer aufweist. Die Aufgabe wird gelöst durch einen Elektro-Verdichter mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs.
Erfindungsgemäß weist der insbesondere zur Anordnung in einem Aufladesystem eines Verbrennungsmotors geeignete Elektro-Verdichter einen Laufradverdichter mit einem Verdichtergehäuse,
einen Elektromotor mit einem Motorgehäuse und eine Gehäusetrennwand zwischen Verdichtergehäuse und Motorgehäuse auf.
Dabei ist ein Verdichterlaufrad in einem Verdichtergehäuseinnenraum des
Verdichtergehäuses angeordnet und ein Stator sowie ein Rotor ist in einem
Motorgehäuseinnenraum angeordnet.
Das Verdichterlaufrad und der Rotor sind mittels einer durch die
Gehäusetrennwand geführten, um eine Läuferdrehachse drehbaren und mittels einer Lageranordnung zumindest in der Gehäusetrennwand drehgelagerten Läuferwelle verbunden.
Der Elektro-Verdichter ist dabei dadurch gekennzeichnet, dass in der
Gehäusetrennwand zumindest eine Druckausgleichseinrichtung angeordnet ist. Diese Druckausgleichseinrichtung weist zumindest eine Durchgangsöffnung auf, die vom Verdichtergehäuseinnenraum zum Motorgehäuseinnenraum führt und die auf der dem Motorgehäuseinnenraum zugewandten Seite der Gehäusetrennwand, mittels einer semipermeablen Druckausgleichsmembran, gegenüber dem
Motorgehäuseinnenraum dichtend abgedeckt ist. Die semipermeable
Druckausgleichsmembran weist dabei die Eigenschaft auf in beide Richtungen luftdurchlässig zu sein jedoch undurchlässig zu sein für Wasser in jeglicher Form, Öl in jeglicher Form und Partikel, wie zum Beispiel Feinstaub und Ruß. Solche
Membrane sind verfügbar und sind beispielsweise unter der Markenbezeichnung „GoreTex“ bekannt.
Der hiermit erzielte Effekt beruht darauf, dass bei erhöhtem Druck im
Verdichtergehäuse das entsprechende Medium, also Verdichterluft mit niedrigem Widerstand durch die Druckausgleichsöffnung in der Gehäusetrennwand und die semipermeable Druckausgleichsmembran in das Motorgehäuse überströmt und so den Druckausgleich gewährleistet, gleichzeitig jedoch die in der Verdichterluft enthaltenen Verunreinigungen von den Elektromotorkomponenten fernhält.
Dadurch wird ein Gleichgewicht zwischen dem Innendruck im Verdichtergehäuseinnenraum und dem Innendruck im Motorgehäuseinnenraum einstellt.
Diese Gestaltung hat den Vorteil, dass über die Druckausgleichseinrichtung der Druckunterschied zwischen Verdichtergehäuse und Motorgehäuse ausgeglichen werden kann und so aufgrund des fehlenden Druckgradienten keine Durchspülung des Läuferlagers stattfindet. Es kann deshalb auf kostengünstigere Komponenten für die Wellenabdichtung zurückgegriffen oder auf eine Wellendichtung ganz verzichtet werden und die Herstellkosten können dadurch gesenkt werden.
Gleichzeitig bleibt die Lebensdauer der Läuferwellenlager auf gewohnt hohem Niveau.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Gegenstandes werden in den Unteransprüchen offenbart und im Folgenden anhand der Figuren der Zeichnung erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 Eine Ausführung eines erfindungsgemäßen Elektro-Verdichters mit den wesentlichen Komponenten, in vereinfachter schematischer Schnitt-Darstellung; Fig. 2 Ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Elektro-Verdichters, anhand des in Figur 1 gekennzeichneten Ausschnitts X.
Fig. 3 Ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen
Elektro-Verdichters, mit einem als Ringnut ausgebildeten Druckausgleichsraum, anhand des in Figur 1 gekennzeichneten Ausschnitts X.
Fig. 4 Ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen
Elektro-Verdichters, mit als flächige Durchbrüche ausgebildeten
Durchgangsöffnungen, anhand des in Figur 1 gekennzeichneten Ausschnitts X.
Fig. 5 Ein Beispiel einer Druckausgleichsmembran in einem Membranträger zur Montage an der Gehäusetrennwand einer weiteren Ausführung des
Elektro-Verdichters.
Fig. 6 Ein weiteres Beispiel einer Druckausgleichsmembran in einem
Membranträger.
Funktions- und/oder Benennungsgleiche Teile sind in den Figuren durchgängig mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.
Fig. 1 betrifft einen erfindungsgemäßen Elektro-Verdichter 1 der mit allen wesentlichen Komponenten in vereinfachter Darstellung gezeigt ist. Dieser weist einen als Radialverdichter ausgebildeten Laufradverdichter 30, mit einem
Verdichtergehäuse 31 und einem in dem Verdichtergehäuseinnenraum 31 a auf einer Läuferwelle 14 angeordneten Verdichterlaufrad 13 auf. Weiterhin weist der Elektro-Verdichter 1 einen Elektromotor 20 in einem Motorgehäuseinnenraum 21 a eines Elektromotorgehäuse 21 , mit einer Topfwand 21 c und einem
Motorgehäuseboden 21 b, auf. Der Elektromotor 20 weist weiterhin einen mit der Topfwand 21 c des Motorgehäuses 21 verbundenen Stator 23 und einen auf der Läuferwelle 14 angeordneten Rotor 12 auf.
Zwischen Verdichtergehäuse 31 und Motorgehäuse 21 ist eine Gehäusetrennwand 22 angeordnet, die die beiden Gehäuse miteinander verbindet jedoch gleichzeitig den Verdichtergehäuseinnenraum 31 a vom Motorgehäuseinnenraum 21 a trennt.
Das Verdichterlaufrad 13 und der Rotor 12 des Elektromotors 20 bilden zusammen mit der Läuferwelle 14 den Verdichterläufer 10 der im Betrieb um die
Läuferdrehachse 15 der Läuferwelle 14 rotiert. Die Läuferdrehachse 15 und die Elektro-Verdichter-Achse 2 fallen zusammen und sind durch die eingezeichnete Mittellinie dargestellt, die die axiale Ausrichtung des Elektro-Verdichters 1 kennzeichnet. Die Läuferwelle 14 ist durch die Gehäusetrennwand 22 geführt und mittels einer Lageranordnung 40 zumindest in der Gehäusetrennwand 22 drehgelagert. Zur Abdichtung der Wellendurchführung ist eine Wellendichtung 16 vorgesehen, die Motorgehäuseinnenraum 21 a und Verdichtergehäuseinnenraum 31 a trennt. In dieser Ausführung befindet sich eine zweite Lageranordnung auf der gegenüberliegenden Seite des Rotors 12 im Motorgehäuseboden 21 b des
Motorgehäuses 21 .
Des Weiteren schließt sich bei dieser Ausführung eine Elektro
motor-Steuerungseinheit 50 für den Elektromotor, in einem Steuerungsgehäuse 51 an das Motorgehäuse 21 an, die jedoch auch separat angeordnet sein könnte. Die Elektronik-Komponenten sind zur Vereinfachung hier nicht dargestellt.
Der gezeigte erfindungsgemäße Elektro-Verdichter 1 ist vor allem dadurch gekennzeichnet, dass in der Gehäusetrennwand 22 zumindest eine
Druckausgleichseinrichtung 24 angeordnet ist, die zumindest eine
Durchgangsöffnung 25 aufweist, die vom Verdichtergehäuseinnenraum 31 a zum Motorgehäuseinnenraum 21 a führt und die auf der dem Motorgehäuseinnenraum 21 a zugewandten Seite der Gehäusetrennwand 22, mittels einer semipermeablen, nur für Luft in beiden Richtungen durchlässige Druckausgleichsmembran 26, gegenüber dem Motorgehäuseinnenraum 21 a abgedeckt ist.
In der Darstellung der Fig. 1 dem gezeigten Beispiel mündet die Durchgangsöffnung 25, die als einfache Bohrung ausgeführt ist, in einer Vertiefung in der
Gehäusetrennwand 22, in der die Druckausgleichsmembran 26 angeordnet ist und die Durchgangsöffnung 25 abdeckt. Die Druckausgleichsmembran 26 liegt unmittelbar auf dem Rand der jeweiligen Durchgangsöffnungen 25 auf und ist beispielsweise in die der jeweiligen Vertiefung in der Gehäusetrennwand 22 eingeklebt oder darin festgeklemmt. In Fig. 1 ist ein Ausschnitt X gekennzeichnet, der in vergrößerter Darstellung, in zwei Schnittebenen in den folgenden Figuren dargestellt ist.
Fig. 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen
Elektro-Verdichters anhand des in Figur 1 gekennzeichneten Ausschnitts X und einer dazugehörigen Radialschnittansicht, Schnitt A-A. Die hier gezeigte
Ausführung ist unter anderem dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Durchgangsöffnung 25 in einem radialen Abstand R zur Läuferdrehachse 15 in der Gehäusetrennwand 22 angeordnet ist. Gleichwohl können auch mehrere, gleich gestaltete, über einen Umfang verteilte Druckausgleichseinrichtungen, wie in Schnittansicht A-A der Figur 2 gestrichelt angedeutet, in der Gehäusetrennwand 22 angeordnet sein. Die Durchgangsöffnungen 25 sind jeweils als einfache
Durchgangsbohrungen ausgeführt, die in eine auf der dem
Motorgehäuseinnenraum 21 a zugewandten Seite der Gehäusetrennwand 22 angeordnete, einen Druckausgleichsraum 27 bildende Ausnehmung mündet, wobei der Druckausgleichsraum 27 zum Motorgehäuseinnenraum 21 a hin durch die Druckausgleichsmembran 26 abgedeckt ist. Die Druckausgleichsmembran 27 ist in diesem Beispiel von einem auf der Gehäusetrennwand 22 ausgebildeten Rand 22d umfasst und ist beispielsweise innerhalb dieses Randes 22d in der
Gehäusetrennwand 22 eingeklebt oder darin festgeklemmt. Dadurch erhält die Druckausgleichsmembran 26 eine, gegenüber der in Fig. 1 gezeigten Ausführung, größere Oberfläche und ein entsprechend gesteigertes„Durchlassvermögen“, was einen schnelleren Druckausgleich ermöglicht.
Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführung des erfindungsgemäßen Elektro-Verdichters 1 , in gleicher Darstellung wie Figur 2, wobei hier, zur besseren Übersicht, nur noch die hervorzuhebenden Bezugszeichen eingetragen sind. Der Aufbau dieser
Ausführung unterscheidet sich von dem in Figur 2 gezeigten Beispiel lediglich dadurch, dass in weiterer Ausgestaltung der vorgenannten Ausführungsvariante, die den Druckausgleichsraum 27 bildende Ausnehmung als konzentrisch um die Läuferdrehachse 15 und den Lageraufnahmedom 22a umlaufende Ringnut 27‘ ausgebildet ist, die von einer über den gesamten Umfang der Ringnut 27‘ umlaufende Druckausgleichsmembran 26 abgedeckt ist. Dies gewährleistet eine weiter vergrößerte Oberfläche der Druckausgleichsmembran 26 und ein
entsprechend weiter gesteigertes„Durchlassvermögen“, gegenüber den
vorausgehend beschriebenen Ausführugen, was einen noch schnelleren
Druckausgleich ermöglicht.
In diesem Ausführungsbeispiel ist die über den gesamten Umfang der Ringnut 27‘ umlaufende Druckausgleichsmembran 26 in ihrem radialen Außenbereich, also im Bereich des Anschlussflansches 22b mit einem äußeren Klemmring 28 und in Ihrem radial inneren Bereich, also im Bereich des Lageraufnahmedomes 22a, mit einem inneren Klemmring 29 an der Gehäusetrennwand 22 befestigt. Es versteht sich, dass die Druckausgleichsmembran 26 auch in jeder anderen geeigneten Weise an der Gehäusetrennwand 22 oder ggf. auch im Außenbereich an der Topfwand 21 c befestigt, beispielsweise angeklebt sein kann.
Der Radius R auf dem die jeweiligen Durchgangsöffnungen 25 bei den zuvor genannten, in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Ausführungen angeordnet ist, ist in vorteilhafter Weise so zu wählen, dass die Durchgangsöffnungen 25 in einem radialen Bereich liegen, in dem ein Druckunterschied zwischen
Verdichtergehäuseinnenraum 31 a und Motorgehäuseinnenraum 21 a im Betrieb ein Maximum aufweist.
Da der Druckunterschied im Bereich der Lageranordnung 40 kleiner ist als die maximale Druckdifferenz, kann so im Motorgehäuseinnenraum 21 a im Bereich der Lageranordnung 40, also läuferwellennah, ein Überdruck gegenüber dem in diesem radialen Bereich im Verdichtergehäuseinnenraum 31 a vorherrschenden
Druckniveau erzielt werden, wodurch ein Einspülen von verschmutzter Luft aus dem Verdichtergehäuseinnenraum 31 a in die Lageranordnung 40 wirksam verhindert wird.
Figur 4 zeigt eine weitere Ausführung des erfindungsgemäßen Elektro-Verdichters 1 , in gleicher Darstellung wie Figur 2 und 3, wobei auch hier, zur besseren
Übersicht, nur noch die hervorzuhebenden Bezugszeichen eingetragen sind. Der Aufbau dieser Ausführung unterscheidet sich von dem in Fig. 1 bis 3 gezeigten Beispiel insbesondere dadurch, dass die Druckausgleichseinrichtung 24 mehrere Durchgangsöffnungen 25 aufweist, die als flächige Durchbrüche 25‘ in der
Gehäusetrennwand 22 radial zwischen einem Lageraufnahmedom 22a für die Lageranordnung 40 und dem Anschlussflansch 22b für eine Topfwand 21 c des Motorgehäuses 21 gestaltet sind. Der Lageraufnahmedom 22a steht somit mit der Gehäusetrennwand nur noch über mehrere speichenartige Stege 22c in
Verbindung. Auch diese Ausführung ermöglicht eine großflächige
Druckausgleichsmembran 26 und stellt eine große
Druckausgleichsmembranoberfläche zur Verfügung, was einen schnellen
Druckausgleich gewährleistet. Darüber hinaus ist durch diese Gestaltung das Gewicht des Elektro-Verdichters 1 vorteilhaft reduziert.
Die Fig. 5 und 6 zeigen schließlich zwei Ausführungen einer
Druckausgleichsmembran 26, die in einem Membranträger 60 aufgenommen sind. Ein entsprechendes weiteres Ausführungsbeispiel des Elektro-Verdichters zeichnet sich entsprechend insbesondere dadurch aus, dass die Druckausgleichsmembran 26 in dem Membranträger 60 aufgenommen und mittels diesem an der
Gehäusetrennwand 22 oder an einer Topfwand 21 c des Motorgehäuses 21 zur Abdeckung der Druckausgleichsöffnungen 25,25“, wie insbesondere in den
Ausführungen der Fig. 2 bis 4 gezeigt, befestigt ist.
Das in Fig. 5 konkret gezeigte Beispiel des Membranträgers 60 weist eine runde Trägerscheibe 61 mit mehreren Membranfenstern, ähnlich den in Figur 4 gezeigten flächigen Durchbrüchen, und einer zentralen Läuferwellenbohrung 62 auf. In den Membranfenstern ist die Druckausgleichsmembran 26 angeordnet und durch die Läuferwellenbohrung 62 ist, im montierten Zustand, die Läuferwelle 14 geführt. Weiterhin weist die Trägerscheibe Schraubenaufnahmebohrungen 63 auf, durch die, im montierten Zustand, Befestigungsschrauben geführt sind, mit denen der Membranträger 60 an der Gehäusetrennwand 22 befestigt ist.
Das in den Fig. 6 gezeigte Beispiel des Membranträgers 60 weist dagegen nur einen Trägerring mit einer darin aufgespannten Druckausgleichsmembran 26 auf. Eine solche Ausführung wäre beispielsweise zur Kombination mit dem
Ausführungsbeispiel der Fig. 2 geeignet.
Die gezeigten Beispiele der Figuren 5 und 6 haben den Vorteil, dass ein
Membranträger als vorgefertigtes solides Bauteil kostengünstig zur Verfügung gestellt und auf einfache Weise auch automatisiert an der Gehäusetrennwand bzw. im Motorgehäuse montierte bzw. befestigt werden kann.
Die Merkmale und Merkmalskombinationen der vorgenannten Ausführungen des erfindungsgemäßen Gegenstandes sind, soweit diese nicht alternativ anwendbar sind oder sich gar gegenseitig ausschließen, einzeln, zum Teil oder insgesamt, auch in gegenseitiger Kombination oder gegenseitiger Ergänzung, in Fortbildung des erfindungsgemäßen Gegenstands anzuwenden, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

Claims

Patentansprüche
1. Elektro-Verdichter (1 ), insbesondere zur Anordnung in einem Aufladesystem eines Verbrennungsmotors, der einen Laufradverdichter (30) mit einem
Verdichtergehäuse (31 ), einen Elektromotor (20) mit einem Motorgehäuse (21 ) und eine Gehäusetrennwand (22) zwischen Verdichtergehäuse (31 ) und Motorgehäuse (21 ) aufweist,
wobei ein Verdichterlaufrad (13) in einem Verdichtergehäuseinnenraum (31a) des Verdichtergehäuses (31 ) angeordnet ist,
wobei ein Stator (23) und ein Rotor (12)in einem Motorgehäuseinnenraum (21a) angeordnet sind und
wobei das Verdichterlaufrad (13) und der Rotor (12) mittels einer durch die Gehäusetrennwand (22) geführten, um eine Läuferdrehachse (15) drehbaren, mittels einer Lageranordnung (40) zumindest in der Gehäusetrennwand (22) drehgelagerten Läuferwelle (14) verbunden sind,
dadurch gekennzeichnet, dass in der Gehäusetrennwand (22) zumindest eine Druckausgleichseinrichtung (24) angeordnet ist, die zumindest eine
Durchgangsöffnung (25) aufweist, die vom Verdichtergehäuseinnenraum (31 a) zum Motorgehäuseinnenraum (21 a) führt und die auf der dem
Motorgehäuseinnenraum (21 a) zugewandten Seite der Gehäusetrennwand (22), mittels einer semipermeablen Druckausgleichsmembran (26), gegenüber dem Motorgehäuseinnenraum (21a) abgedeckt ist.
2. Elektro-Verdichter (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Durchgangsöffnung (25) in einem radialen Abstand (R) zur Läuferdrehachse (15) in der Gehäusetrennwand (22) angeordnet ist, in dem ein Druckunterschied zwischen Verdichtergehäuseinnenraum (31 a) und
Motorgehäuseinnenraum (21 a) im Betrieb ein Maximum aufweist.
3. Elektro-Verdichter (1 ) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Durchgangsöffnung (25) als Durchgangsbohrung ausgeführt ist, die in eine auf der dem Motorgehäuseinnenraum (21 a) zugewandten Seite der Gehäusetrennwand (22) angeordnete, einen Druckausgleichsraum (27) bildende Ausnehmung mündet, wobei der Druckausgleichsraum (27) zum Motorgehäuseinnenraum (21 a) hin durch die Druckausgleichsmembran (26) abgedeckt ist.
4. Elektro-Verdichter (1 ) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die den Druckausgleichsraum (27) bildende Ausnehmung konzentrisch um die
Läuferdrehachse (15) umlaufende Ringnut (27‘) ausgebildet ist.
5. Elektro-Verdichter (1 ) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckausgleichseinrichtung (24) mehrere Durchgangsöffnungen (25) aufweist, die als flächige Durchbrüche (25‘) in der Gehäusetrennwand (22) radial zwischen einem Lageraufnahmebereich für die Lageranordnung (40) und einem Anschlussbereich einer Topfwand (21c) des Motorgehäuses (21 ) gestaltet sind.
6. Elektro-Verdichter (1 ) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die
Druckausgleichsmembran (26) in einem Membranträger (26a) aufgenommen und mittels diesem an der Gehäusetrennwand (22) oder an einer Topfwand (21 c) des Motorgehäuses (21 ) befestigt ist.
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