WO2021032714A1

WO2021032714A1 - Elektro-verdichter mit einer separaten lageraufnahmehülse

Info

Publication number: WO2021032714A1
Application number: PCT/EP2020/073061
Authority: WO
Inventors: Martin GAWLITZA; Dominik Just
Original assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2019-08-21
Filing date: 2020-08-18
Publication date: 2021-02-25

Abstract

Der erfindungsgemäße Elektro-Verdichter (1) ist insbesondere für ein Aufladesystem einer Brennkraftmaschine vorgesehen. Der Elektro-Verdichter (1) weist einen Laufradverdichter (30) mit einem Verdichtergehäuse (31) und einem Verdichterlaufrad (13), sowie einen Elektromotor (20) mit einem Rotor (12) und einem Stator (23) in einem Elektromotorgehäuse (21) und eine dazwischen angeordnete Gehäusetrennwand (40) auf. Das Verdichterlaufrad (13) und der Rotor (12) sind auf einer gemeinsamen Läuferwelle (14) angeordnet und mit dieser drehfest verbunden, wobei sich die Läuferwelle (14) in Axialrichtung einer Läuferwellendrehachse (15) erstreckt und um die Läuferwellendrehachse (15) drehbar drehgelagert ist. Zumindest ein ersten Wellenlager (42) ist auf der der Gehäusetrennwand (40) zugewandten Seite des Rotors (12) und zumindest ein weiteres Wellenlager (43) auf der gegenüberliegenden Seite des Rotors (12) auf der Läuferwelle (14) angeordnet. Die Wellenlager (42, 43) sind in einem jeweiligen Lagersitz (44, 45) einer gemeinsamen Lageraufnahmehülse (41) aufgenommen, wobei die Lageraufnahmehülse (41) als separates Bauteil ausgebildet und mit der Gehäusetrennwand (40) verbunden ist und sich in Axialrichtung von der Gehäusetrennwand (40) weg, durch einen zwischen Stator (23) und Rotor (12) des Elektromotors (20) ausgebildeten Rotorspalt (17) zumindest bis zu dem zumindest einen weiteren Wellenlager (43) erstreckt.

Description

Beschreibung

Elektro-Verdichter mit einer separaten Lageraufnahmehülse

Die Erfindung betrifft einen als elektromotorisch betriebenen Laufradverdichter ausgebildeten Elektro-Verdichter, insbesondere zur Anordnung und für den Einsatz in einem Aufladesystem einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Verbrennungsmotors.

Zur Effizienz-Steigerung und zur Einhaltung immer strenger werdender Abgas-Grenzwerte werden 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 CC -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 auch Abgasturbolader eingesetzt, mit deren Hilfe die im Abgas des Verbrennungsmotors enthaltene Energie zur Erzeugung des Druckes im Ansaugtrakt genutzt wird.

Solche Abgasturbolader weisen eine im Abgastrakt des Verbrennungsmotors angeordnete Abgasturbine, einen im Ansaugtrakt angeordneten Frischluftverdichter und ein dazwischen angeordnetes Läuferlager auf. Die Abgasturbine weist ein Turbinengehäuse und ein darin angeordnetes, durch den Abgasmassenstrom angetriebenes Turbinenlaufrad auf. Der Frischluftverdichter weist ein Verdichtergehäuse und ein darin angeordnetes, einen Ladedruck aufbauendes Verdichterlaufrad auf. Das Turbinenlaufrad und das Verdichterlaufrad sind auf den sich gegenüberliegenden Enden einer gemeinsamen Welle, der sogenannten Läuferwelle, drehfest angeordnet und bilden so den sogenannten Turboladerläufer. Die Läuferwelle erstreckt sich axial zwischen Turbinenlaufrad und Verdichterlaufrad durch das zwischen Abgasturbine und Frischluftverdichter angeordnete Läuferlager und ist in diesem, in Bezug auf die Läuferwellenachse, radial und axial drehgelagert. Gemäß diesem Aufbau treibt das vom Abgasmassenstrom angetriebene Turbinenlaufrad über die Läuferwelle das Verdichterlaufrad an, wodurch der Druck im Ansaugtrakt des Verbrennungsmotors, bezogen auf den Frischluftmassentrom hinter dem Frischluftverdichter, erhöht und dadurch eine bessere Befüllung des Brennraumes mit Luft-Sauerstoff bewirkt wird. Bei einer Lasterhöhung zum Beispiel im Zusammenhang mit einem Beschleunigungsvorgang eines Kraftfahrzeugs wird der Turboladerläufer erst durch den ansteigenden Abgasdruck beschleunigt. 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 zusätzlichen Anordnung einer vom Abgasstrom unabhängig betreibbaren Verdichtereinheit im Ansaugtrakt, die als Ergänzung zu einem Abgasturbolader, gezielt in transienten Betriebsphasen des Verbrennungsmotors, für den schnellen Druckaufbau im Ansaugtrakt, also zur Eliminierung des Turboloches eingesetzt wird.

Für diese Anwendung haben sich elektromotorisch betriebene Verdichter, die auch als E-Booster oder E-Compressor sowie 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 odereinen 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. Figur 1 zeigt schematisiert einen solchen Elektro-Verdichter 1 , wie er aus dem Stand der Technik bekannt ist, in Schnitt-Darstellung, wobei die Schnittebene durch die mit der Läuferwellendrehachse 15 übereinstimmende Längsachse des Elektroverdichters, also die Elektro-Verdichter-Achse 2 gelegt ist. Der Laufradverdichter 30 weist ein Verdichtergehäuse 31 und das darin angeordnete Verdichterlaufrad 13 auf. Das Verdichtergehäuse 31 weist einen Frischluftzuführkanal auf, der einen Saugrohr-Anschlussstutzen 36 zum Anschluss an das Frischluft-Saugsystem (nicht dargestellt) des Verbrennungsmotors aufweist und in Richtung der Elektro-Verdichter-Achse 2 auf das axiale Ende des Verdichterlaufrades 13 zu verläuft. Über diesen Saugrohr-Anschlußstutzen 36 wird ein Frischluftmassenstrom vom Verdichterlaufrad 13 aus dem Frischluft-Ansaug- system angesaugt. Weiterhin weist das Verdichtergehäuse 31 in der Regel einen, ringförmig um die Elektro-Verdichter-Achse 2 und das Verdichterlaufrad 13 angeordneten, sich schneckenförmig vom Verdichterlaufrad 13 weg erweiternden Ringkanal, eine sogenannte Verdichterflute 32, auf. Diese Verdichterflute 32 weist eine zumindest über einen Teil des Innenumfanges verlaufende Spaltöffnung mit definierter Spaltbreite, den sogenannten Diffusor 35, auf, der in radialer Richtung vom Außenumfang des Verdichterlaufrades 13 weg gerichtet in die Verdichterflute 32 hinein verläuft und durch den der Frischluftmassenstrom vom Verdichterlaufrad 13 weg unter erhöhtem Druck in die Verdichterflute 32 strömt. Die Verdichterflute 32 weist weiterhin einen tangential nach außen gerichteten Frischluftabführkanal (nicht dargestellt) mit einem Verteiler-Anschlussstutzen beispielsweise zum Anschluss an ein Ansaugrohr eines Verbrennungsmotors auf. Durch den Frischluftabführkanal wird der Frischluftmassenstrom unter erhöhtem Druck in das Ansaugrohr des Verbrennungsmotors geleitet.

Weiterhin weist der Elektro-Verdichter 1 einen Elektromotor 20 mit einem Elektromotorgehäuse 21 mit Stator 23 und Rotor 12 auf. Der Rotor 12 ist mit Permanentmagnetelementen 16 bestückt und der Stator weist eine elektrische Wicklung 27 auf. Auf die Darstellung einer ggf. dem Elektromotorgehäuse zugeordnete elektrische Steuerungseinheit für den Elektromotor, wurde hier verzichtet.

Das Verdichterlaufrad 13 und der Rotor 12 des Elektromotors 20 bilden zusammen mit der Läuferwelle 14 den Verdichterläufer 10 der im Betrieb um die Läuferwellendrehachse 15 der Läuferwelle 14 rotiert. Die Läuferwellendrehachse 15 und die Elektro-Verdichter-Achse 2 fallen zusammen und sind durch die eingezeichnete Mittellinie dargestellt, die gleichzeitig die Axialrichtung 3 des Elektro-Verdichters 1 kennzeichnet. Der Verdichterläufer 10 ist mit seiner Läuferwelle 14 mittels zweier, durch den Rotor 12 des Elektromotors 20 getrennt voneinander angeordneter Wellenlager 42, 43 im Elektromotorgehäuse 21 drehbar gelagert.

Aufgrund der erforderlichen hohen Drehzahlen werden hohe Anforderungen an die Läuferdynamik und somit die Lagerung des Verdichterläufers 10 gestellt. Da in der Regel keine Ölversorgung des Elektro-Verdichters vorgesehen ist, kommen deshalb häufig lebensdauergeschmierte Gleit- oder Wälzlagerungen zum Einsatz. Bei den bekannten Konzepten sind durchweg, wie gezeigt, zwei einzelne Wellenlager 42, 43 beidseitig des Rotors 12 des Elektromotors 20 auf der Läuferwelle 14 angeordnet und in zugehörigen Lagersitzen 44, 45 des Elektromotorgehäuses 21 aufgenommen. Durch diese axial verhältnismäßig weit auf der Läuferwelle voneinander beabstandete Anordnung der einzelnen Wellenlager, wird ein durch das Lagerspiel der Wellenlager verursachter Kippwinkel der Läuferwelle gegenüber der Axialrichtung des Elektro-Verdichters und dadurch entstehende Belastungen der Wellenlager gering gehalten. Aufgrund des konzeptbedingten Montageablaufes bei dieser Anordnung der Einzellager 42, 43 und der sich bei konventionellen Konstruktionskonzepten daraus ergebenden zwangsläufigen Teilung des Elektromotorgehäuses 21 , in zum Beispiel Motorgehäusetopf 21a und Motorgehäusedeckel 21 b, sind die beiden weit voneinander entfernt angeordneten Lagersitze 44, 45 zwangsläufig in zwei unterschiedlichen Gehäuseteilen 21a, 21 b angeordnet.

Dies bringt wiederum verschiede Nachteile mit sich.

Zum einen hat dies zur Folge, dass Fertigungstoleranzen der beiden Gehäuseteile, die die Lagersitze tragen, und Montagetoleranzen beim Fügen dieser beiden Gehäuseteile unweigerlich zu einem Fluchtungsfehler der beiden Lagersitze führen. Dieser Fluchtungsfehler hat negative Auswirkungen auf die Lebensdauer der Lagerung. Andererseits verursacht diese Anordnung einen erhöhten Aufwand in der Fertigung, um die erforderliche Genauigkeit der Lagersitzpositionen zu erzielen, sowie einen erschwerten Montageablauf bei der Montage des Elektor-Verdichters durch die getrennte Anordnung der Einzellager beidseitig des Rotors und in unterschiedlichen Gehäuseteilen des Elektromotorgehäuses.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe ist es deshalb einen Elektro-Verdichter, also einen mit einem Elektromotor verbundenen und elektromotorisch betriebenen Laufradverdichter anzugeben, bei dem die Lagerung des Verdichterläufers verbessert und zugleich der Fertigungs- und Montageaufwand gegenüber den bekannten Ausführungen reduziert ist.

Die Aufgabe wird gelöst durch einen Elektro-Verdichter mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 .

Erfindungsgemäß weist der insbesondere zur Anordnung in einem Aufladesystem eines Verbrennungsmotors geeignete Elektro-Verdichter einen Laufradverdichter mit einem Verdichtergehäuse und einem darin angeordneten Verdichterlaufrad, sowie einen Elektromotor mit einem Rotor und einem den Rotor konzentrisch umgreifenden Stator in einem Elektromotorgehäuse und eine zwischen Verdichtergehäuse und Elektromotorgehäuse angeordnete Gehäusetrennwand auf. Das Verdichterlaufrad und der Rotor sind auf einer gemeinsamen Läuferwelle angeordnet und mit der Läuferwelle drehfest verbunden. Dabei erstreckt sich die Läuferwelle in Axialrichtung einer Läuferwellendrehachse und ist um die Läuferwellendrehachse drehbar drehgelagert, wobei zumindest ein ersten Wellenlager auf der der Gehäusetrennwand zugewandten Seite des Rotors auf der Läuferwelle angeordnet ist und zumindest ein weiteres Wellenlager auf der der Gehäusetrennwand abgewandten Seite des Rotors auf der Läuferwelle angeordnet ist.

Darüber hinaus ist der erfindungsgemäße Elektro-Verdichter dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine erste Wellenlager und das zumindest eine weitere Wellenlager in einem jeweiligen Lagersitz einer gemeinsamen Lageraufnahmehülse aufgenommen sind. Die Lageraufnahmehülse ist als separates Bauteil ausgebildet und mit der Gehäusetrennwand verbunden, wobei sich die Lageraufnahmehülse in Axialrichtung von der Gehäusetrennwand weg, durch einen zwischen Stator und Rotor des Elektromotors ausgebildeten Rotorspalt zumindest bis zu dem zumindest einen weiteren Wellenlager erstreckt.

Die Gehäusetrennwand und die Lageraufnahmehülse bilden also eine Baugruppe, die als solche zu einer zentralen Basis-Baugruppe vormontiert werden kann. Dabei können beispielsweise die Lagersitze für die Wellenlager vorteilhaft in der Lageraufnahmehülse zueinander zentriert bearbeitet werden, wodurch eine sehr hohe Genauigkeit der Fluchtung der Wellenlager auf verhältnismäßig einfache Weise erzielt werden kann. Auch eine Zentrierung der Lageraufnahmehülse in Bezug auf die Gehäusetrennwand kann mit entsprechenden, einfachen Zentrierhilfen gewährleistet werden. So können die Vorteile der beiderseits des Rotors angeordneten Wellenlager beibehalten werden, ohne die genannten Nachteile in Kauf nehmen zu müssen.

Weitere Vorteile des erfindungsgemäßen Elektro-Verdichters bestehen dem gemäß darin, dass zugleich die Montage der Lageranordnung und des Rotors vereinfacht ist. So kann die zentrale Gehäusetrennwand mit der Lageraufnahmehülse und der Rotor des Elektromotors als Läuferbaugruppe vormontiert werden. Das Elektromotorgehäuse kann beispielsweise als einteiliger Gehäusetopf ausgebildet sein, der den Stator aufnimmt und mit diesem eine Statorbaugruppe bildet, die auf einfache Weise mit der Rotorbaugruppe zusammengefügt werden kann. Auf diese Weise wird die Anzahl der zu montierenden Einzelteile und der abzudichtenden Gehäuseschnittstellen reduziert, was wiederum zur Kostensenkung beiträgt.

Eine Ausführung des erfindungsgemäßen Elektro-Verdichters ist dadurch gekennzeichnet, dass die Lageraufnahmehülse, auf ihrer der Gehäusetrennwand zugewandten Seite, einen Zentrierbund und einen Befestigungsflansch aufweist, zur zentrierten Verbindung mit der Gehäusetrennwand. Dabei sitzt der Zentrierbund im montierten Zustand in einer entsprechenden Zentriersenkung der Gehäusetrennwand und liegt mit dem Befestigungsflansch an der Gehäusetrennwand auf. Auf diese Weise sind Gehäusetrennwand und Lageraufnahmehülse vorteilhaft und auf einfache Weise zueinander zentriert und in ihrer axialen Position zueinander bestimmt.

Weitere Ausführungen des erfindungsgemäßen Elektro-Verdichters sind dadurch gekennzeichnet, dass die Lageraufnahmehülse und die Gehäusetrennwand mittels einer Schraubverbindung oder einer Schweißverbindung oder einer Nietverbindung oder einer Presssitzverbindung oder mittels einer Kombination mindestens zweier der vorgenannten Verbindungen miteinander verbunden sind. Eine Schraubverbindung kann dabei beispielsweise mittels eines auf dem Außenumfang am Ende der Lageraufnahmehülse oder mittels mehrerer, einzelner Verschraubungen zum Beispiel am Befestigungsflansch realisiert werden. Schraubverbindungen haben dabei den Vorteil, dass auch eine Demontage auf einfache, zerstörungsfreie Weise ermöglicht ist. Eine Schweißverbindung kann beispielsweise als Punktschweiß-Verbindung, Reibschweiß-Verbindung oder auch als umlaufende Schweißnaht ausgeführt sein. Alle vorgenannten Verbindungsarten gewährleisten eine sichere und präzise Verbindung zwischen Lageraufnahmehülse und Gehäusetrennwand. Die vorgenannten und weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Gegenstandes werden in den Unteransprüchen offenbart. Die Merkmale und Merkmalskombinationen der in Unteransprüchen aufgeführten 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.

Eine Auswahl von Ausführungsbeispielen der Erfindung sowie verschiedene Kombinationsmöglichkeiten von Merkmalen verschiedener Ausführungen, gemäß der Ansprüche, werden im Folgenden anhand der Darstellungen in der Zeichnung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 Einen Elektro-Verdichter gemäß dem Stand der Technik mit den wesentlichen Komponenten, in vereinfachter schematischer Schnitt-Darstellung;

Fig. 2 Ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Elektro-Verdichters in zwei Schnittdarstellungen gemäß der eingezeichneten Schnittebene A-A und B-B.

Fig. 3 Ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Elektro-Verdichters in zwei Schnittdarstellungen gemäß der eingezeichneten Schnittebene A-A und B-B, analog zu Figur 2.

Funktions- und/oder Benennungsgleiche Teile sind in den Figuren durchgängig mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.

Figur 1 betrifft einen Elektro-Verdichter 1 mit allen wesentlichen Komponenten, gemäß dem Stand der Technik, wie einleitend bereits beschrieben.

Figur 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Elektro-Verdichters 1 in zwei Schnittdarstellungen, gemäß den eingezeichneten Schnittebenen. Die Schnittebene, Schnitt B-B, verläuft entlang der Axialrichtung 3 durch die Elektro-Verdichter-Achse 2, die Schnittebene, Schnitt A-A verläuft senkrecht zur Elektro-Verdichter-Achse 2, zwischen dem Rotor 12 und dem weiteren Wellenlager 43, mit Blickrichtung auf den Rotor 12 zu.

Der dargestellte, für ein Aufladesystem einer Brennkraftmaschine vorgesehene Elektro-Verdichter 1 weist einen Laufradverdichter 30 mit einem Verdichtergehäuse 31 und einem darin angeordneten Verdichterlaufrad 13, sowie einen Elektromotor

20 mit einem Stator 23 und einem Rotor 12 in einem Elektromotorgehäuse 21 auf. Zwischen Verdichtergehäuse 31 und Elektromotorgehäuse 21 ist eine Gehäusetrennwand 40 angeordnet, die sowohl das Verdichtergehäuse 31 als auch das Elektromotorgehäuse 21 abschließt.

Das Verdichterlaufrad 13 und der Rotor 12 sind auf einer gemeinsamen, sich in Axialrichtung 3 entlang einer Läuferwellendrehachse 15, vom Elektromotorgehäuse

21 durch eine zentrale Öffnung der Gehäusetrennwand 40 hindurch in das Verdichtergehäuse 31 hinein erstreckenden und um die Läuferwellendrehachse 15 drehbar gelagerten Läuferwelle 14 angeordnet, mit der Läuferwelle 14 drehfest verbunden und bilden so eine als Verdichterläufer 10 bezeichnete Baugruppe, die um die Läuferwellendrehachse 15 drehbar gelagert ist. Der Rotor 12 ist mit mehreren auf seinem Umfang verteilt angeordneten Permanentmagnetelementen 16 bestückt. Der Stator 23 ist im Elektromotorgehäuse 21 angeordnet, mit diesem feststehend verbunden und umgreift den Rotor 12 konzentrisch. Der Stator weist mehrere Statorpole 24 auf, die sich vom Stator-Außenumfang in radialer Richtung auf den Rotor 12 zu erstrecken und jeweils mit einer elektrischen Wicklung (hier nicht dargestellt) ausgestattet sind.

Zur Drehlagerung des Verdichterläufers 10 ist, in dieser Ausführung des Elektro-Verdichters 1 , ein erstes Wellenlager 42, auf der der Gehäusetrennwand 40 zugewandten Seite des Rotors 12, auf der Läuferwelle 14 angeordnet und ein weiteres Wellenlager 43 ist, auf der der Gehäusetrennwand 40 abgewandten Seite des Rotors 12, auf der Läuferwelle 14 angeordnet. Hier ist schematisch vereinfacht jeweils ein Einzellager dargestellt, das als Gleitlager ausgebildet ist. In alternativen Ausführungen können die Einzellager jedoch auch durch eine jeweiligen Lageranordnung mehrerer Lagereinheiten (Radiallager, Axiallager) ersetzt sein, die auch als Wälzlager (Kugellager, Rollenlager, Nadellager) ausgeführt sein können.

Erfindungsgemäß zeichnet sich die dargestellte Ausführung des Elektroverdichters 1 dadurch aus, dass das erste Wellenlager 42 und das weitere Wellenlager 43 in einem jeweiligen ersten Lagersitz 44 und einem weiteren Lagersitz 45 einer gemeinsamen Lageraufnahmehülse 41 aufgenommen sind, wobei die Lageraufnahmehülse 41 als separates Bauteil ausgeführt ist, das mit der Gehäusetrennwand 40 montagetechnisch verbunden ist und sich in Axialrichtung 3 von der Gehäusetrennwand 40 weg, durch einen zwischen Stator 23 und Rotor 12 des Elektromotors 20 ausgebildeten Rotorspalt 17, also durch den zwischen dem Außenumfang des Rotors 12 und dem Innenumfang des Stators 23 funktionsbedingt ohnedies erforderlichen Luftspalt, zumindest bis zu dem weiteren Wellenlager 43 erstreckt. Am Innenumfang der Lageraufnahmehülse 41 ist in einer dem ersten Wellenlager 42 zugeordneten Position ein Lagersitz 44 für das erste Wellenlager 42 vorgesehen und an einer dem weiteren Wellenlager 43 zugeordneten Position ist ein weiterer Lagersitz 45 für das weitere Wellenlager 43 vorgesehen.

So bildet die Gehäusetrennwand 40 zusammen mit der Lageraufnahmehülse 41 eine zentrale Basisbaugruppe 46, in der der Verdichterläufer 10 gelagert ist, wobei der Rotor 12 von der Lageraufnahmehülse 41 umfasst ist. Gleichzeitig sind sowohl das Verdichtergehäuse 31 als auch das Elektromotorgehäuse 21 an dieser zentralen Basisbaugruppe 46 zentriert zur Läuferwellendrehachse 15 angeordnet und durch die Gehäusetrennwand 40 geschlossen.

Um den Innenraum des Elektromotorgehäuses 21 und den Innenraum des Verdichtergehäuses 31 gegeneinander abzudichten ist eine Wellendichteinrichtung vorgesehen, die aus einer in der Gehäusetrennwand 40 angeordneten Dichtungsscheibe 47 und einer auf der Läuferwelle 14 in einer der Dichtungsscheibe 47 zugeordneten Position angeordneten Dichtungsbuchse 48 mit zumindest einem Dichtungsring 49 besteht.

Ein Vorteil dieser zentralen Basisbaugruppe 46 ist, unter anderen, dadurch gegeben, dass alle die Genauigkeit der Ausrichtung von Verdichtergehäuse 31 , Elektromotorgehäuse 21 und Verdichterläufer 10 zueinander bestimmenden Funktionsflächen, wie der erste Lagersitz 44, der weitere Lagersitz 45 und ggf. ein Zentrierbund an der Lageraufnahmehülse 41 , sowie die Zentrier-Ringflächen für das Verdichtergehäuse 31 und Elektromotorgehäuse 21 , an der Gehäusetrennwand 40 des zentralen Basisbauteils 46 auf einfache Weise hochgenau herstellbar sind. Darüber hinaus ist auch eine gemeinsame Bearbeitung der entsprechenden Funktionsflächen nach dem Verbinden der Lageraufnahmehülse 41 mit der Gehäusetrennwand 40 zu der zentralen Basisbaugruppe möglich, was die Genauigkeit weiter erhöht. In Fig. 2 ist weiterhin erkennbar, dass die Lageraufnahmehülse 41 , auf ihrer der Gehäusetrennwand 40 zugewandten Seite, einen Zentrierbund 41 .2 und einen Befestigungsflansch 41 .3 aufweist, die zur zentrierten Verbindung mit der Gehäusetrennwand 40 vorgesehen sind. Die eingezeichneten Strichlinien am Gehäuseflansch symbolisieren dabei eine jeweilige Verbindung des Befestigungsflansches 41.3 mit der Gehäusetrennwand 40, die beispielsweise als Schraubverbindung, Schweißverbindung oder Nietverbindung ausgeführt sein kann. Weiterhin kann der Sitz des Zentrierbundes 41 .2 alternativ oder ergänzend als Presssitzverbindung ausgeführt sein.

Die in Fig. 3, in zu Fig. 2 analoger Darstellung gezeigte Ausführung des Elektro-Verdichters 1 , ist im Unterschied zu der in Fig. 2 gezeigten Ausführung, dadurch gekennzeichnet, dass die Lageraufnahmehülse 41 eine Hülsenwand 41.1 , einen Hülsenumfang und eine Anzahl über den Hülsenumfang verteilte in Axialrichtung 3 verlaufende Schlitzaussparungen 25 aufweist, die die Hülsenwand 41 .1 in Radialrichtung von außen her zumindest teilweise, und in der gezeigten Darstellung sogar vollständig, durchdringen. Gleichzeitig weist der Stator 23 des Elektromotors 20 eine der Anzahl der Schlitzaussparungen 25 entsprechende Anzahl von Statorpolen 24 mit nach radial innen ragenden in Axialrichtung 3 verlaufenden Statorzähnen 26 auf, die die Schlitzaussparungen 25 der Hülsenwand 41.1 zumindest teilweise, und in der gezeigten Darstellung sogar vollständig, durchgreifen. Die Schlitzaussparungen 25 und die zugehörigen Statorzähne 26 sind in der Schnittdarstellung, Schnitt B-B, der Fig. 3, aus Gründen der Übersichtlichkeit, jeweils nur anhand eines Beispiels mit Bezugszeichen versehen.

Eine solche Ausführung des Elektro-Verdichters 1 hat den Vorteil, dass der tatsächlich wirksame Luftspalt zwischen den Statorpolen 24 und dem Rotor 12, mittels der die Schlitzaussparungen 25 durchgreifenden Statorzähne 26, auf ein Minimum reduziert ist und so der Wirkungsgrad des Elektromotors 20 gegenüber der vorgenannten Ausführung erhöht ist.

Wie weiterhin in Fig. 3 erkennbar ist, weist der Elektro-Verdichter in einer die vorgenannte Ausführung weiterbildenden Ausführung, eine Lageraufnahmehülse 41 auf, die im Bereich des weiteren Wellenlagers 43 einen Absatz aufweist, der einen Versatz der Hülsenwand 41.1 , zumindest um die radiale Tiefe der Schlitzaussparungen 25, in der Darstellung gar um eine komplette Wandstärke der Hülsenwand 41 .1 , darstellt. Auf diese Weise laufen die Schlitzaussparungen 25 der Hülsenwand 41.1 an ihrem der Gehäusetrennwand 40 abgewandten Ende (in Fig. 2 nach rechts) in Axialrichtung 3 offen aus. Dies hat den Vorteil, dass der im Elektromotorgehäuse 21 vormontierte Stator 23 mit seinen Statorzähnen 26 bei der Montage des Elektromotors 20 in einfacher Weise in Axialrichtung 3 auf die Lageraufnahmehülse 41 aufgeschoben werden kann.

Eine weiteren Ausführung des Elektro-Verdichters 1 ist, in Ergänzung einer der vorausgehend beschriebenen Ausführungen, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine erste Wellenlager 42 als Radial-Axiallager ausgebildet und so in seinem Lagersitz 44 in der Lageraufnahmehülse 41 festgelegt ist, dass es die Läuferwelle 14 in radialer und axialer Richtung gegenüber der Gehäusetrennwand 40 abstützt. Um eine statische Bestimmtheit der Lagerung zu gewährleisten und Belastungsspitzen zu vermeiden, ist in einem solchen Fall das weitere Wellenlager 43 als sogenanntes Loslager auszuführen, das axiale Dehnungen der Läuferwelle 14 im Betrieb ausgleichen kann.

In der in Fig. 2 gezeigten Darstellung ist beispielsweise erkennbar, dass das erste Wellenlager 42 als Radial-Axial-Gleitlager ausgebildet ist, was in Fig. 2 nur schematisiert vereinfacht dargestellt ist, und in seinem ersten Lagersitz 44 zwischen der Dichtungsscheibe 47 und einem Sicherungsring 50 in Axialrichtung 3 gesichert festgelegt ist.

Eine weitere Ausführung des Elektro-Verdichters 1 ist dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine erste Wellenlager 42 und/oder das zumindest eine weitere Wellenlager 43 als Wälzlager ausgebildet sind. In der in Fig.3 gezeigten Ausführung ist sowohl das erste Wellenlager 42 als auch das weitere Wellenlager 43 als Wälzlager, hier insbesondere als Kugellager ausgebildet. Möglich sind jedoch im Rahmen der Erfindung auch Kombinationen aus Wälzlager und Gleitlager. So kann beispielsweise das erste Wellenlager 42 als Axial-Radial-Kugellager ausgebildet sein, das zwischen Dichtungsscheibe 47 und Sicherungsring 50 axial festgelegt ist, zur Abstützung der Läuferwelle 14 in axialer und radialer Richtung und das weitere Wellenlager 43 kann ebenfalls als Kugellager ausgebildet sein, das jedoch als axiales Loslager angeordnet ist, wie in Figur 3 dargestellt oder es kann als Gleitlager ausgeführt sein, das ohnehin einen axialen Freiheitsgrad gewährleistet.

Sowohl in der in Fig. 2 als auch in der in Fig. 3 gezeigten Ausführung des Elektro-Verdichters 1 ist die Gehäusetrennwand 40 so ausgebildet, dass sie gleichzeitig als Gehäuseabschlusswand des Verdichtergehäuses 31 als auch als Gehäuseabschlusswand des Elektromotorgehäuses 21 dient. Die Gehäusetrennwand 40 stellt somit gleichzeitig ein Koppelement zwischen Verdichtergehäuse 31 und Elektromotorgehäuse 21 dar. Eine solche Ausführung reduziert vorteilhaft die Anzahl der Einzelteile, die Anzahl erforderlicher Montagevorgänge und die Anzahl mechanischer Schnittstellen.

In vorteilhafter Ausführung ist ein Elektro-Verdichter 1, gemäß einer der vorausgehenden Ausführungen, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor 12 eine sich in Axialrichtung 3 erstreckende Zylinderform aufweist und mit Permanentmagnetelementen 16 bestückt ist und dass der Stator 23 des Elektromotors 20 als mit einer, den Statorpolen zugeordnete, elektrischen Wicklung 27 ausgestatteter Außenstator mit einer Erstreckung in Axialrichtung 3 über den Rotor 12 hinweg ausgeführt ist und den Rotor 12 konzentrisch umgreift. Dies entspricht den Darstellungen in Fig. 2 und Fig. 3 gleichermassen. Eine elektrische Wicklung 27 ist jedoch nur in Fig. 3 beispielhaft an einem der Statorpole 24 schematisch eingezeichnet, jedoch auf jedem der Statorpole 24 vorhanden.

Claims

Patentansprüche

1 . Elektro-Verdichter (1), für ein Aufladesystem einer Brennkraftmaschine, der einen Laufradverdichter (30) mit einem Verdichtergehäuse (31 ) und einem darin angeordneten Verdichterlaufrad (13), sowie einen Elektromotor (20) mit einem Rotor (12) und einem den Rotor (12) konzentrisch umgreifenden Stator (23) in einem Elektromotorgehäuse (21 ) und ein zwischen Verdichtergehäuse (31 ) und Elektromotorgehäuse (21 ) angeordnete Gehäusetrennwand (40) aufweist, wobei das Verdichterlaufrad (13) und der Rotor (12) auf einer gemeinsamen, Läuferwelle (14) angeordnet und mit der Läuferwelle (14) drehfest verbunden sind, wobei sich die Läuferwelle (14) in Axialrichtung (3) einer Läuferwellendrehachse (15) erstreckt und um die Läuferwellendrehachse (15) drehbar drehgelagert ist, wobei zumindest ein ersten Wellenlager (42) auf der der Gehäusetrennwand (40) zugewandten Seite des Rotors (12) auf der Läuferwelle (14) angeordnet ist und zumindest ein weiteres Wellenlager (43) auf der der Gehäusetrennwand (40) abgewandten Seite des Rotors (12) auf der Läuferwelle (14) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine erste Wellenlager (42) und das zumindest eine weitere Wellenlager (43) in einem jeweiligen Lagersitz (44, 45) einer gemeinsamen Lageraufnahmehülse (41 ) aufgenommen sind, wobei die Lageraufnahmehülse (41 ) als separates Bauteil ausgebildet und mit der Gehäusetrennwand (40) verbunden ist und sich in Axialrichtung (3) von der Gehäusetrennwand (40) weg, durch einen zwischen Stator (23) und Rotor (12) des Elektromotors (20) ausgebildeten Rotorspalt (17) zumindest bis zu dem zumindest einen weiteren Wellenlager (43) erstreckt.

2. Elektro-Verdichter (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Lageraufnahmehülse (41 ), auf ihrer der Gehäusetrennwand (40) zugewandten Seite, einen Zentrierbund (41.2) und einen Befestigungsflansch (41.3) aufweist, zur zentrierten Verbindung mit der Gehäusetrennwand (40).

3. Elektro-Verdichter (1 ) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Lageraufnahmehülse (41 ) und die Gehäusetrennwand (40) mittels einer Schraubverbindung oder einer Schweißverbindung oder einer Nietverbindung oder einer Presssitzverbindung oder mittels einer Kombination mindestens zweier der vorgenannten Verbindungen miteinander verbunden sind.

4. Elektro-Verdichter (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Lageraufnahmehülse (41 ) eine Hülsenwand (41.1 ), einen Hülsenumfang und eine Anzahl über den Hülsenumfang verteilte in Axialrichtung (3) verlaufenden, die Hülsenwand (41.1 ) in Radialrichtung von außen her zumindest teilweise oder vollständig durchdringende Schlitzaussparungen (25) aufweist und dass der Stator (23) des Elektromotors (20) eine der Anzahl der Schlitzaussparungen (25) entsprechende Anzahl von Statorpolen (24) mit nach radial innen ragenden in Axialrichtung (3) verlaufenden Statorzähnen (26) aufweist, die die Schlitzaussparungen (25) der Hülsenwand (41.1 ) zumindest teilweise oder vollständig durchgreifen.

5. Elektro-Verdichter (1 ) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Lageraufnahmehülse (41 ) im Bereich des weiteren Wellenlagers (43) einen Absatz aufweist, der einen Versatz der Hülsenwand (41.1 ), zumindest um eine radiale Tiefe der Schlitzaussparungen (25) oder um eine komplette Wandstärke der Hülsenwand (41.1 ), darstellt, so dass die Schlitzaussparungen (25) der Hülsenwand (41.1 ) an ihrem der Gehäusetrennwand (40) abgewandten Ende in Axialrichtung 3 offen auslaufen.

6. Elektro-Verdichter (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine erste Wellenlager (42) als Radial-Axial-Lager ausgebildet und so in seinem Lagersitz (44) in der Lageraufnahmehülse (41 ) festgelegt ist, dass es die Läuferwelle (14) in radialer und axialer Richtung gegenüber der Gehäusetrennwand (40) abstützt.

7. Elektro-Verdichter (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine erste Wellenlager (42) und/oder das zumindest eine weitere Wellenlager (43) als Wälzlager ausgebildet sind.

8. Elektro-Verdichter (1 ) nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäusetrennwand (40) gleichzeitig als Gehäuseabschlusswand des Verdichtergehäuses (31 ) als auch als Gehäuseabschlusswand des Elektromotorgehäuses (21 ) dient.

9. Elektro-Verdichter (1 ) nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (12) eine sich in Axialrichtung (3) erstreckende Zylinderform aufweist und mit Permanentmagnetelementen (16) bestückt ist und dass der Stator (23) des Elektromotors (20) als mit einer elektrischen Wicklung (27) ausgestatteter Außenstator mit einer Erstreckung in Axialrichtung (3) über den Rotor (12) hinweg ausgeführt ist und den Rotor (12) konzentrisch umgreift.