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Title:
SIDE CHANNEL COMPRESSOR FOR A FUEL CELL SYSTEM FOR CONVEYING AND/OR COMPRESSING A GASEOUS MEDIUM
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/185216
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a side channel compressor (1) for a fuel cell system for conveying and/or compressing a gas, particularly hydrogen, comprising a housing (3) and a drive (6), wherein the housing (3) has a housing upper part (7) and a housing lower part (8), a compressor chamber (30) which is circulating in the housing (3) about an axis of rotation (4) and has at least one peripheral side channel (19), a compressor wheel (2) located in the housing (3), which is rotatably arranged about an axis of rotation (4) and is driven by the drive (6), said compressor wheel (2) comprising blades (5) arranged on the periphery thereof in the region of the compressor chamber (30), and comprising respectively a gas inlet opening (14) embodied on the housing (3) and a gas outlet opening (16) which are fluidically interconnected via the compressor chamber (30), in particular the at least one side channel (19). According to the invention, the drive (6) is designed as an axial field electric motor (6) which has a stator (12) and a rotor (10), wherein the stator (12) and the rotor (10) have a disc-shaped design and are formed so as to move about the axis of rotation (4), and wherein the stator (12) is arranged next to the rotor in the direction of the axis of rotation (4).

Inventors:
MERZ, Armin (Brunnenstrasse 46, Weinstadt, 71384, DE)
HERO, Alexander (Am Schlossgarten 11, Lehrensteinsfeld, 74251, DE)
Application Number:
EP2019/052193
Publication Date:
October 03, 2019
Filing Date:
January 30, 2019
Export Citation:
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Assignee:
ROBERT BOSCH GMBH (Postfach 30 02 20, Stuttgart, 70442, DE)
International Classes:
F04D23/00; F04D25/06
Domestic Patent References:
WO2017009065A12017-01-19
Foreign References:
DE2342245A11974-03-28
JPS56171695U1981-12-18
DE102010035039A12012-02-23
JP2006164750A2006-06-22
DE102010035039A12012-02-23
DE102010035039A12012-02-23
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Claims:
Ansprüche

1. Seitenkanalverdichter (1) für ein Brennstoffzellensystem zur Förderung und/oder Verdichtung eines Gases, insbesondere Wasserstoff, mit einem Gehäuse (3) und einem Antrieb (6), wobei das Gehäuse (3) ein Gehäuse-Oberteil (7) und ein Gehäuse-Unterteil (8) aufweist, mit ei nem in dem Gehäuse (3) umlaufend um eine Drehachse (4) verlaufen den Verdichterraum (30), der mindestens einen umlaufenden Seitenka nal (19) aufweist, mit einem in dem Gehäuse (3) befindlichen Verdichter rad (2), das drehbar um die Drehachse (4) angeordnet ist und durch den Antrieb (6) angetrieben wird, wobei das Verdichterrad (2) an seinem Um fang im Bereich des Verdichterraums (30) angeordnete Schaufelblätter (5) aufweist und mit jeweils einer am Gehäuse (3) ausgebildeten Gas- Einlassöffnung (14) und einer Gas-Auslassöffnung (16), die über den Verdichterraum (30), insbesondere den mindestens einen Seitenkanal (19), fluidisch miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb (6) als ein Axialfeld- Elektromotor (6) ausgeführt ist, der einen Stator (12) und einen Rotor (10) aufweist, wobei der Stator (12) und der Rotor (10) scheibenförmig umlaufend um die Drehachse (4) ausgebildet sind und wobei der Stator (12) in Richtung der Drehachse (4) neben dem Rotor (10) angeordnet ist.

2. Seitenkanalverdichter (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich ein scheibenförmig um die Drehachse (4) umlaufender Luftspalt (9) zwischen dem Stator (12) und dem Rotor (10) derart ausbil det, dass der Luftspalt (9) nur in der einen Richtung der Drehachse (4) vom Stator (12) und in der anderen Richtung der Drehachse (4) vom Ro tor (10) begrenzt wird.

3. Seitenkanalverdichter (1) gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der scheibenförmige Rotor (10) axial zur Drehachse (4) neben dem Verdichterrad (2) angeordnet ist, insbesondere an einer Na- ben-Scheibe (13) des Verdichterrads (2), wobei der Rotor (10) kraft schlüssig und/oder formschlüssig und/oder stoffschlüssig mit dem Ver dichterrad (2) verbunden ist.

4. Seitenkanalverdichter (1) gemäß einem der vorrangegangen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der scheibenförmige Rotor (10) einen in Richtung der Drehachse (4) verlaufenden zylindrischen Ansatz (29) aufweist, wobei der zylindrische Ansatz (29) auf der dem Stator (12) ab gewandten Seite des Rotors (10) angeordnet ist und wobei die Mantel fläche des Außendurchmessers des zylindrischen Ansatzes (29) umlau fend um die Drehachse (4) verläuft.

5. Seitenkanalverdichter (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verdichterrad (2) im Bereich des Verdichterraums (30) zwischen zwei benachbarten Schaufelblättern (5) jeweils eine Förder zelle (28) ausbildet, die radial zur Drehachse (4) nach außen durch ei nen äußeren umlaufenden Begrenzungsring (11) und nach innen durch einen inneren umlaufenden Begrenzungsring (17) begrenzt ist, wobei die Förderzelle (28) in Richtung der Drehachse (4) mindestens eine Öff nung aufweist, wobei der äußere und der innere Begrenzungsring (11, 17) jeweils rotationssymmetrisch zur Drehachse (4) verläuft.

6. Seitenkanalverdichter (1) gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der zylindrische Ansatz (29) an seinem Innendurchmesser mit einem Außendurchmesser eines Lagers (27) und an seinem Außen durchmesser mit dem Innendurchmesser des Verdichterrads (2), insbe sondere mit der Naben-Scheibe (13) des Verdichterrads (2), in Kontakt steht, wobei der Kontakt des zylindrischen Ansatzes (29) zum Lager (27) und/oder zum Verdichterrad (2) insbesondere kraftschlüssig mittels ei nes Pressverbands erfolgt.

7. Seitenkanalverdichter (1) gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse-Unterteil (8) einen zylindrischen Lagerzapfen (36) aufweist, wobei der Lagerzapfen (36) derart in Richtung der Dreh achse (4) verläuft, dass seine Mantelfläche umlaufend um die Dreh achse (4) verläuft und wobei das Lager (27), das insbesondere als ein Rillenkugellager (27) ausgeführt ist, radial zur Drehachse (4) mit seinem Innendurchmesser mit der Mantelfläche des Lagerzapfens (36) in Kon takt steht.

8. Seitenkanalverdichter (1) gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (10) radial zur Drehachse (4) nahezu vollstän dig im Bereich des Innendurchmessers des Verdichterrads (2) angeord net ist, so dass eine Symmetrieachse (22) des scheibenförmigen Rotors (10) nahezu deckungsgleich mit der Symmetrieachse (22) des Verdich terrads (2) verläuft und wobei der Rotor (10) mit einem Außendurchmes ser eines Lagers (27) und einem Innendurchmesser des Verdichterrads (2) in Kontakt steht, wobei der Rotor (10) in einem axial zur Drehachse (4) verlaufenden Fügebereich (23) mit dem Verdichterrad (2) einen Kon taktbereich ausbildet.

9. Seitenkanalverdichter (1) gemäß Anspruch 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (12) zumindest teilweise von einem topfförmi gen Dichtelement (18) umschlossen wird, wobei das topfförmige Dich telement (18) insbesondere als eine Kunstoffumspritzung (18) des Sta tors (12) ausgeführt ist, und wobei das Dichteleement (18) eine Kapse lung der elektrischen Komponenten des Seitenkanalverdichters (1), ins besondere des Stators (12), vom Medium des Verdichterraums (30), ins besondere Wasserstoff, bewirkt.

10. Seitenkanalverdichter (1) gemäß Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Verdichterrad (2) einen um die Drehachse (4) um laufenden inneren Begrenzungsring (17) aufweist, wobei der innere Be grenzungsring (17) am Innendurchmesser des umlaufenden Verdichter raum (30) am Verdichterrad (2) ausgebildet ist und eine Trennung und/o der Kapselung des Verdichterraums (30) von einer inneren Region (32) des Seitenkanalverdichters (1) bewirkt.

11. Seitenkanalverdichter (1) gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Verdichterrad (2) im Bereich des äußeren Begrenzungs rings (11) mindestens einen außenliegenden umlaufenden Ringbund (48a, b) aufweist, der insbesondere radial zur Drehachse (4) verläuft, wobei der mindestens eine umlaufende Ringbund (48a, b) auf der der Drehachse (4) abgewandten Seite des äußeren Begrenzungsrings (11) verläuft.

12. Verfahren zum Start, insbesondere Kaltstart, und/oder Abschalten des Seitenkanalverdichters (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine Bestromung des Stators (12) er folgt, ohne dass sich ein Drehfeld zwischen dem Stator (12) und dem Rotor (10) aufbaut und sich somit keine oder eine sehr geringe Drehbe wegung des Rotors (10) um die Drehachse (4) einstellt .

13. Verfahren gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestromung des Stators (12) eine induktive Erwärmung des Rotors (10) bewirkt, wobei ein Wärmeenergieübertrag vom Rotor (10) auf das Ver dichterrad (2) erfolgt und wobei sich die Wärme aus dem Rotor (10) in einer Flussrichtung IV in den Bereich der axialen Enden des inneren Be grenzungsrings (17) und des mindestens eines außenliegenden Ring bunds (48) des Verdichterrads (2) ausbreitet.

14. Verfahren gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestromung des Stators (12) die Axialkraft (21) auf den Rotor (10) in Richtung der Drehachse (4) bewirkt, wodurch sich der Rotor (10) in Richtung der Drehachse (4) bewegt, wobei durch ein Variieren und/oder umkehren der elektrischen Bestromungsleistung eine Rüttelbewegung V bewirkt wird.

15. Verfahren gemäß Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Rüttelbewegung V des Rotors (10) eine wechselnde Zu- und Abnahme des in Richtung der Drehachse (4) verlaufenden Abstands zwischen dem Verdichterrad (2) und dem Gehäuse-Oberteil (7) und/oder dem Ge häuse-Unterteil (8) bewirkt, inbesondere im Bereich der axialen Enden des inneren Begrenzungsrings (17) und des mindestens einen außenlie genden Ringbunds (48) des Verdichterrads (2).

Description:
Beschreibung

Titel

Seitenkanalverdichter für ein Brennstoffzellensystem zur Förderung und/oder

Verdichtung von einem gasförmigen Medium

Stand der Technik

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Seitenkanalverdichter für ein Brennstoff zellensystem zum Fördern und/oder Verdichten von einem gasförmigen Medium, insbesondere Wasserstoff, das insbesondere zur Anwendung in Fahrzeugen mit einem Brennstoffzellenantrieb vorgesehen ist.

Im Fahrzeugbereich spielen neben flüssigen Kraftstoffen in Zukunft auch gasför mige Kraftstoffe eine zunehmende Rolle. Insbesondere bei Fahrzeugen mit Brennstoffzellenantrieb müssen Wasserstoffgasströme gesteuert werden. Die Gasströme werden hierbei nicht mehr diskontinuierlich wie bei der Einspritzung von flüssigem Kraftstoff gesteuert, sondern es wird das Gas aus mindestens ei nem Hochdrucktank entnommen und über eine Zuströmleitung eines Mitteldruck leitungssystem an eine Ejektoreinheit geleitet. Diese Ejektoreinheit führt das Gas über eine Verbindungsleitung eines Niederdruckleitungssystems zu einer Brenn stoffzelle. Nachdem das Gas durch die Brennstoffzelle geströmt ist wird es über eine Rückführleitung zurück zur Ejektoreinheit geführt. Dabei kann der Seitenka nalverdichter zwischengeschaltet werden, der die Gasrückführung strömungs technisch und effizienztechnisch unterstützt. Zudem werden Seitenkanalverdich ter zur Unterstützung des Strömungsaufbaus im Brennstoffzellenantrieb einge setzt, insbesondere bei einem (Kalt)-Start des Fahrzeugs nach einer gewissen Standzeit. Das Antreiben dieser Seitenkanalverdichter erfolgt üblicherweise über Elektromotoren, die beim Betrieb in Fahrzeugen über die Fahrzeugbatterie mit Spannung versorgt werden. Aus der DE 10 2010 035 039 Al ist ein Seitenkanalverdichter für ein Brennstoff zellensystem bekannt, bei dem ein gasförmiges Medium, insbesondere Wasser stoff, gefördert und/oder verdichtet wird. Der Seitenkanalverdichter weist dabei ein Gehäuse und einen Antrieb auf, wobei das Gehäuse ein Gehäuse-Oberteil und ein Gehäuse-Unterteil aufweist. Des Weiteren ist in dem Gehäuse ein um laufend um eine Drehachse verlaufender Verdichterraum angeordnet, der min destens einen umlaufenden Seitenkanal aufweist. In dem Gehäuse befindet sich ein Verdichterrad, das drehbar um die Drehachse angeordnet ist und durch den Antrieb angetrieben wird, wobei das Verdichterrad an seinem Umfang im Bereich des Verdichterraums angeordnete Schaufelblätter aufweist. Zudem weist der aus der DE 10 2010 035 039 Al bekannte Seitenkanalverdichter jeweils eine am Ge häuse ausgebildeten Gas- Einlassöffnung und eine Gas-Auslassöffnung auf, die über den Verdichterraum , insbesondere den mindestens einen Seitenkanal, flui- disch miteinander verbunden sind. Dabei weist der Seitenkanalverdichter den Antrieb auf, der einen Stator aufweist, der hülsenförmig um die Drehachse ver läuft, und in dessen Inneren ein auf einer Rotorwelle angeordneter Rotor ange ordnet ist. Die Rotorwelle ist dabei mittels zwei jeweils axial zu den Stirnseiten des Rotors angeordneten Kugellagern gelagert. Der aus der DE 10 2010 035 039 Al bekannte Seitenkanalverdichter kann dabei den Stator als ein Heizelement nutzen.

Der aus der DE 10 2010 035 039 bekannte Seitenkanalverdichter kann gewisse Nachteile aufweisen.

Zum einen ist das Verdichterrad scheibenförmig ausgeführt und weist einen gro ßen Durchmesser radial zur Drehachse auf und benötigt somit radial zur Dreh achse viel Bauraum, während das Verdichterrad axial zur Drehachse schmal ausgeführt ist und somit radial zur Drehachse wenig Bauraum benötigt. Zum an deren weist jedoch der gezeigte Antrieb mit dem außerhalb des Rotors angeord neten Stator einen geringen Durchmesser radial zur Drehachse auf und benötigt somit radial zur Drehachse wenig Bauraum. Der Antrieb benötigt jedoch aufgrund der Anordnung von Stator und Rotor jedoch axial zur Drehachse viel Bauraum. Aufgrund dieser gegensätzlichen Bauraumanforderungen des Antriebs und des Verdichterrads ergibt sich bei einer Kombination und/oder Montage der beiden Komponenten ein sperriges und platzraubendes Gesamtsystem des Seitenkanal verdichters, das sich nicht in einer kompakten Bauweise umsetzen lässt. Des Weiteren weist der aus der der DE 10 2010 035 039 bekannte Seitenkanal verdichter den Nachteil auf, dass die Wärmeenergie bei einer Ansteuerung und/oder Verwendung des Stators als Heizelement, die Wärmeenergie einen eine weiten Weg über eine Vielzahl von Bauteilen zurücklegen muss, bis es zum Bereich Vordringen kann, in dem die beweglichen Teile über Eisbrücken mitei nander festfrieren können. Dabei geht viel Energie durch Wärmeverluste verlo ren, da ein großer Bereich mit Wärmeenergie beschickt wird in dem sich keine Eisbrücken ausbilden können und/oder in dem sich keine beweglichen Teile be finden.

Offenbarung der Erfindung

Vorteile der Erfindung

Erfindungsgemäß wird ein Seitenkanalverdichter für ein Brennstoffzellensystem vorgeschlagen, zum Fördern und/oder Verdichten von einem gasförmigen Me dium, insbesondere Wasserstoff.

Bezugnehmend auf Anspruch 1 wird ein Seitenkanalverdichter vorgeschlagen, bei dem ein Antrieb als ein Axialfeld- Elektromotor ausgeführt ist, der einen Stator und einen Rotor aufweist, wobei der Stator und der Rotor scheibenförmig umlau fend um eine Drehachse ausgebildet sind und wobei der Stator in Richtung der Drehachse neben dem Rotor angeordnet ist. Auf diese Weise lässt sich errei chen, dass der Antrieb als eine in Richtung der Drehachse schmale Komponente umgesetzt werden kann, die aufgrund Ihres Durchmessers zwar viel Bauraum radial zur Drehachse benötigt, jedoch axial zur Drehachse schmal ausgeführt ist und somit axial zur Drehachse wenig Bauraum benötigt. Die anderen Komponen ten des Seitenkanalverdichters, insbesondere ein Gehäuse und ein Verdichter rad, sind auch schmal ausgebildet, sind gleichartig als in Richtung der Drehachse schmale Komponenten umgesetzt, die aufgrund Ihrer Durchmesser zwar viel Bauraum radial zur Drehachse benötigen, jedoch axial zur Drehachse schmal ausgeführt sind und somit axial zur Drehachse wenig Bauraum benötigen. Bei einer Kombination des Antriebs mit den weiteren Komponenten des Seitenkanal verdichters, insbesondere dem Gehäuse und dem Verdichterrad, werden somit Komponenten mit gleichartige Bauraumausprägungen kombiniert, wodurch sich einen kompakte und platzsparende Bauweise des gesamten Seitenkanalverdich ters erzielen lässt. Dabei ist die kompakte und platzsparende Bauweise des Sei tenkanalverdichters durch eine möglichst geringe Oberfläche im Verhältnis zum Volumen realisiert. Dies bietet den Vorteil, dass nur ein geringer Einbauraum beim Kunden benötigt wird, beispielsweise in einem Fahrzeug. Des Weiteren bie tet die kompakte Bauweise des Seitenkanalverdichters, insbesondere mit einer möglichst geringen Oberfläche im Verhältnis zum Volumen, den Vorteil, dass ein Auskühlen des Seitenkanalverdichter bei niedrigen Umgebungstemperaturen, insbesondere im Bereich unterhalb 0°C, langsamer erfolgt und somit das Auftre ten von Eisbrückenbildung länger verzögert werden kann.

Die Unteransprüche betreffen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung bildet sich ein scheibenförmig um die Drehachse umlaufender Luftspalt zwischen dem Stator und dem Rotor derart aus, dass der Luftspalt nur in der einen Richtung der Drehachse vom Stator und in der anderen Richtung der Drehachse vom Rotor begrenzt wird. Weiterhin ist der scheibenförmige Rotor axial zur Drehachse neben dem Verdichterrad ange ordnet, insbesondere an einer Naben-Scheibe des Verdichterrads, wobei der Ro tor kraftschlüssig und/oder formschlüssig und/oder stoffschlüssig mit dem Ver dichterrad verbunden ist. Auf diese Weise kann der Vorteil erzielt werden, dass ein effizientes und schnelleres Vorheizen des Seitenkanalverdichters zumindest mittels des Stators möglich ist, um eine zuverlässige Kaltstartprozedur des Sei tenkanalverdichters und des Brennstoffzellensystems durchzuführen. Bei niedri gen Umgebungstemperaturen, insbesondere im Bereich unterhalb 0°C, kann sich nach dem erfolgten Abschalten des Brennstoffzellensystems und des Seitenka nalverdichters Flüssigkeit, inbesondere Wasser, aus einem zu fördernden Rezir- kulationsmedium auskondensieren. Dabei können sich, insbesondere bei langen Standzeiten, Eisbrücken zwischen den beweglichen Teilen des Seitenkanalver dichters, insbesondere dem Verdichterrad und dem Gehäuse, bilden. Derartige Eisbrücken können ein Starten, insbesondere einen Kaltstart, des Brennstoffzel lensystems, insbesondere des Seitenkanalverdichters, erschweren und/oder voll ständig verhindern. Beim Starten des Fahrzeugs und somit des Brennstoffzellen systems kann dies weiterhin bei zu großer Eisbrückenbildung zu einem Blockie ren des Antriebs führen, wodurch die rotierenden Teile, insbesondere das Ver- dichterrad beschädigt werden können und/oder ein Starten des Systems er schwert beziehungsweise verzögert oder vollständig verhindert wird. Die Mög lichkeit eines effizienten und schnellen Vorheizens des Seitenkanalverdichters aufgrund der konstruktiven Ausgestaltung des Rotors und/oder des Stator als scheibenförmige Bauteile, ermöglicht ein schnelles Abbauen der Eisbrücken, ins besondere durch Schmelzen, mittels des Antriebs. Dadurch lässt sich der Vorteil eine zuverlässige und schnelle Kaltstartprozedur des Seitenkanalverdichters und des Brennstoffzellensystems durchzuführen. Dies führt zu einer höheren Zuver lässigkeit des Brennstoffzellensystems und/oder des Fahrzeugs.

Zudem kann auf diese Weise der Vorteil erzielt werden, dass durch die Anord nung des scheibenförmig um die Drehachse umlaufender Luftspalt zwischen dem Stator und dem Rotor eine kompakte Bauweise des Seitenkanalverdichters erzielt werden kann. Darüber hinaus bietet diese Anordnung des Luftspalts, des Stators und des Rotors den Vorteil einer schnellen Montage und Demontage in Richtung der Drehachse, wodurch die Montagekosten reduziert werden können und wodurch auftretende Wartungskosten reduziert werden können.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung weist der scheibenförmige Rotor einen in Richtung der Drehachse verlaufenden zylindrischen Ansatz auf, wobei der zylindrische Ansatz auf der dem Stator abgewandten Seite des Rotors angeordnet ist und wobei die Mantelfläche des Außendurchmessers des zylindri schen Ansatzes umlaufend um die Drehachse verläuft. Auf diese Weise lässt sich der Vorteil erzielen, dass der Rotor eine optimale Ausnutzung des vorhande nen Bauraums im Gehäuse erzielt, während zudem eine axial und radial zur Drehachse verlaufende Führung des Rotors über den zylindrischen Ansatz erfol gen kann. Die Führung kann dabei in einer beispielhaften Ausführungsform der art erfolgen, dass sich eine dünne Schicht des zu fördernden Mediums zwischen dem zylindrischen Ansatz und dem Gehäuse befindet und diese Schicht eine Führung des Verdichterrads, insbesondere des zylindrischen Ansatzes, bewirkt wird. In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform kann es zudem zu einer direkten Anlage des Rotors gegen weitere Bauteile des Seitenkanalverdichters mittels des zylindrischen Ansatzes kommen und dadurch eine Führung in der Ro tationsrichtung kommen. Durch die beschriebenen Ausführungsformen kann die Lebensdauer des Verdichterrads und des Seitenkanalverdichters erhöht werden. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung bildet das Verdichterrad im Bereich ei nes Verdichterraums zwischen jeweils zwei benachbarten Schaufelblättern je weils eine Förderzelle aus. Diese Förderzelle ist radial zur Drehachse nach au ßen durch einen äußeren umlaufenden Begrenzungsring und nach innen durch einen inneren umlaufenden Begrenzungsring des Verdichterrads begrenzt. Dabei weist die Förderzelle in Richtung der Drehachse mindestens eine Öffnung auf. Der äußere Begrenzungsring und der innerer Begrenzungsring verlaufen dabei rotationssymmetrisch um die Drehachse. Auf diese Weise kann erreicht werden, dass die Strömung des gasförmigen Mediums, insbesondere eine Zirkulations strömung, nur axial zur Drehachse zur und von der Förderzelle strömt und sich somit nur eine axiale Bewegung des gasförmigen Mediums zwischen dem min destens einen Seitenkanal und der Förderzelle einstellt. Dies bietet den Vorteil, dass sich eine Strömung des gasförmigen Mediums nur in dem Bereich einstellt, in dem Sie erwünscht ist, nämlich zwischen dem Seitenkanal und der Förder zelle. Reibungsverluste aufgrund einer Reibung des Mediums mit anderen Berei chen des Seitenkanalverdichters, die keine verbesserte Förderung und Verdich tung des gasförmigen Mediums bewirken, können weitestgehend reduziert und/oder vermieden werden, wodurch sich der Wirkungsgrad des Seitenkanal verdichters erhöhen lässt.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Weiterbildung steht der zylindrische Ansatz an seinem Innendurchmesser mit einem Außendurchmesser eines Lagers und an seinem Außendurchmesser mit dem Innendurchmesser des Verdichterrads, insbesondere mit der Naben-Scheibe des Verdichterrads in Kontakt. Dabei er folgt der Kontakt des zylindrischen Ansatzes zum Lager und/oder zum Verdich terrad insbesondere kraftschlüssig mittels eines Pressverbands. Auf diese Weise kann zum einen eine optimale Abstützung des Verdichterrads erzielt werden, da das Verdichterrad mittels des kraftschlüssigen Pressverbands fest mit dem Rotor verbunden ist. Dabei wird eine Verkippbewegung und/oder eine Taumelbewe gung und/oder eine Bewegung des Verdichterrads radial und/oder axial zur Dreh achse unterbunden, indem das Verdichterrad durch den Rotor und indirekt über das Lager geführt ist. Weiterhin kann der Vorteil erzielt werden, dass bei einer Kaltstartprozedur des Seitenkanalverdichters mittels des Antriebs ein schnelles Aufheizen des Verdich- terrads erfolgen kann, da die Wärmeenergie nur einen kurzen Weg zurücklegen muss, insbesondere vom Rotor über den zylindrischen Ansatz in das Verdichter rad zum inneren Begrenzungsring und zu einem außenliegenden Ringbund. Auf grund der kurzen Abstände zwischen dem Rotor und den Bereichen, in denen es zu Eisbrückenbildung kommen kann, muss die Wärmeenergie aus dem Antrieb nur ein geringes Volumen an Bauteilen des Seitenkanalverdichters erwärmen, wodurch ein schnelleres und energieeffizientes Aufheizen des Seitenkanalver dichters erreicht werden kann. Somit lassen sich die Wärmeenergieverluste redu zieren, da die Wärmeenergie durch die konstruktive Ausgestaltung des Seitenka nalverdichters gezielt in die Bereiche geleitet werden kann, die aufgeheizt wer den müssen, insbesondere aufgrund von Eisbrückenbildung.

Gemäß einer vorteilhaften Ausbildung weist ein Gehäuse-Unterteil einen zylindri schen Lagerzapfen auf, wobei der Lagerzapfen derart in Richtung der Drehachse verläuft, dass seine Mantelfläche umlaufend um die Drehachse verläuft und wo bei das Lager, das insbesondere als ein Rillenkugellager ausgeführt ist, radial zur Drehachse mit seinem Innendurchmesser mit der Mantelfläche des Lagerzapfens in Kontakt steht. Auf diese Weise kann der Vorteil erzielt werden, insbesondere mit der erfindungsgemäßen Ausgestaltung des Seitenkanalverdichters bei der der Antrieb als Axialfeld- Elektromotor ausgeführt ist, dass eine Antriebswelle zum Übertragen einer Rotationsbewegung und eines Drehmoments vom Antrieb auf das Verdichterrad und ein zweites Lager nicht mehr benötigt werden. Durch die axiale Vorspannung des Lagers über den Rotor kann der Vorteil erzielt werden, dass das Verdichterrad über das Lager und die über den Rotor eingebrachte Axi alkraft axial und radial zur Drehachse in Position gehalten wird und darüber hin aus ein Verkippen oder Taumeln des Verdichterrads verhindert wird, während eine Rotationsbewegung des Verdichterrads nahezu uneingeschränkt möglich ist. Da der Magnet und/oder die magnetischen Bauteile im Stator als Permanent magnet ausgeführt sind, steht das Lager permanent unter Vorspannung, auch bei einem ausgeschalteten Axialfeld- Elektromotor. Dadurch lässt sich zum einen der Vorteil erzielen, dass die Bauteile Antriebswelle und zweites Lager einge spart werden können, was die Bauteilkosten und die Montagekosten reduziert. Zusätzlich lässt sich der Vorteil erzielen, dass die internen Reibungsverluste re- duziert werden können, da weniger Bauteile in Bewegung, insbesondere in Rota tionsbewegung, sind. Dadurch lässt sich der Wirkungsgrad des Seitenkanalver dichters verbessern und somit die Betriebskosten reduzieren. Zudem lässt sich auf diese Weise der Vorteil erzielen, dass eine kompakte Bauweise des Seiten kanalverdichters erreicht werden kann.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist der Rotor radial zur Drehachse na hezu vollständig im Bereich des Innendurchmessers des Verdichterrads ange ordnet, so dass eine Symmetrieachse des scheibenförmigen Rotors nahezu de ckungsgleich mit der Symmetrieachse des Verdichterrads verläuft und wobei der Rotor mit einem Außendurchmesser des Lagers und einem Innendurchmesser des Verdichterrads in Kontakt steht, wobei der Rotor in einem axial zur Dreh achse verlaufenden Fügebereich mit dem Verdichterrad einen Kontaktbereich ausbildet. Auf diese Weise kann der Vorteil erzielt werden, dass ein großer Teil des Materials für das Verdichterrad eingespart werden kann, da der Bereich des Verdichterrads zwischen dem inneren Begrenzungsring und dem Lager durch das Bauteil Rotor ersetzt werden kann. Dadurch lassen sich die Materialkosten und die Montagekosten reduzieren. Weiterhin werden dadurch die zu bewegen den Maßen innerhalb des Seitenkanalverdichters reduziert, was insbesondere beim Starten und Abbremsen des Seitenkanalverdichters vorteilhaft ist, wodurch die benötigte Energie zum Betreiben des Seitenkanalverdichters reduziert wer den kann und somit die Betriebskosten reduziert werden können. Durch die wei ter verkürzten Abstände des Rotors zu den Bereichen des Seitenkanalverdich ters, in denen es zur Eisbrückenbildung kommen kann, ein schnelleres und ener gieeffizientes Aufheizen des Seitenkanalverdichters erreicht werden. Somit las sen sich die Wärmeenergieverluste reduzieren, da die Wärmeenergie durch die konstruktive Ausgestaltung des Seitenkanalverdichters gezielt in die Bereiche ge leitet werden kann, die aufgeheizt werden müssen, insbesondere aufgrund von Eisbrückenbildung. Dabei ist der Rotor innerhalb des Verdichterrads nahe an dem Bereich des inneren Begrenzungsring und dem Bereich des außenliegen den Ringbunds angeordnet, wodurch der Rotor und/oder das Verdichterrad durch eine Bestromung des Stators aufgeheizt werden kann. Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausbildung wird der Stator zumindest teil weise von einem topfförmigen Dichtelement umschlossen. Dabei ist das topfför mige Dichtelement insbesondere als eine Kunstoffumspritzung des Stators aus geführt, wobei das Dichteleement eine Kapselung der elektrischen Komponenten des Seitenkanalverdichters, insbesondere des Stators, vom Medium des Ver dichterraums, insbesondere Wasserstoff, bewirkt. Auf diese Weise lässt sich der Vorteil erzielen, dass der Bereich des Stators, der elektrische Leitungen und Spulen aufweist und der somit besonders anfällig gegen eindringende Feuchtig keit ist, gekapselt werden kann. Dabei erfolgt die Kapselung durch den Einsatz des topfförmigen Dichtelements derart, so dass ein Kurzschluss durch Flüssig keitseintrag vermieden werden kann, da sich alle elektrischen Bauteile, wie bei spielsweise die Magnetspule, innerhalb des gekapselten Raums befinden und somit gegen Flüssigkeit geschützt sind. Dabei steht das topfförmige Dichtelement mit einem Großteil seiner Oberfläche mit dem Gehäuse, insbesondere einem Ge häuse-Oberteil in derart in Anlage, insbesondere radial zur Drehachse, dass sich eine große Kontaktfläche ausbildet, wobei sich insbesondere das topfförmige Dichtelement mit einer Kraft gegen die Oberfläche des Gehäuse drückt, wodurch eine verbesserte Kapselung des Bereichs des Stators erzielt werden kann, da die Feuchtigkeit einen relativ langen Eindringpfad zwischen dem topfförmigen Dich telement und dem Gehäuse überwinden müsste. Die Kraft, bei der es sich insbe sondere um eine Dichtkraft handelt, wird derart erzielt, dass die radial zur Dreh achse ausgebildet Oberfläche des topfförmigen Dichtelements einen leicht ver größerten Außendurchmesser im Verhältnis zum Innendurchmesser des Gehäu ses im Kontaktbereich ausbildet. Dabei wirkt sich vorteilhaft aus, dass das Dich telement aus einem elastischen Material hergestellt ist, und wobei das topfför mige Dichtelement bei der Montage in dem Bereich des Gehäuses radial zur Drehachse hin zusammengedrückt wird, wobei sich das topfförmige Dichtele ment nach erfolgter Montage wieder in seine ursprüngliche Form aufgrund der Elastizität zurückbewegt und dabei mit einer Presskraft und/oder Klemmkraft ge gen die Oberfläche des Gehäuses, insbesondere gegen einen Innendurchmes ser des Gehäuses, drückt und/oder in Anlage kommt. Dadurch lässt sich eine verbesserte Kapselung der elektrischen Bauteile des Seitenkanalverdichters er zielen und somit kann die Lebensdauer erhöht werden. Weiterhin lässt sich die Ausfallwahrscheinlichkeit des Axialfeld- Elektromotors und/oder des Seitenkanal verdichters durch eine Vorschädigung des Dichtelementes vor der Montage redu- zieren. Des Weiteren lässt sich auf diese Weise der Vorteil erzielen, dass ein ein facher, kostengünstiger und schneller Austausch des Antriebs, insbesondere des Stators und der elektrischen Bauteile vorgenommen werden kann. Dabei können sich diese Komponenten komplett im gekapselten Bereich innerhalb des An triebs-Gehäuses und des topförmigen Dichtelement befinden, wobei sich diese modulare Baugruppe komplett in Richtung der Drehachse aus dem Seitenkanal verdichter demontieren und abnehmen lässt.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung weist das Verdichterrad einen um die Drehachse umlaufenden inneren Begrenzungsring auf, wobei der innere Begren zungsring am Innendurchmesser des umlaufenden Verdichterraum am Verdich terrad ausgebildet ist und wobei der umlaufende innere Begrenzungsring eine Trennung und/oder Kapselung des Verdichterraums von einer inneren Region des Seitenkanalverdichters bewirkt. Des Weiteren weist das Verdichterrad im Be reich des äußeren Begrenzungsrings mindestens einen außenliegenden umlau fenden Ringbund auf, der insbesondere radial zur Drehachse verläuft, wobei der mindestens eine umlaufende Ringbund auf der der Drehachse abgewandten Seite des äußeren Begrenzungsrings verläuft. Auf diese Weise kann der Vorteil erzielt werden, dass kann erreicht werden, dass die Strömung des gasförmigen Mediums, insbesondere eine Zirkulationsströmung, nur axial zur Drehachse zur und von der Förderzelle strömt und sich somit nur eine axiale Bewegung des gasförmigen Mediums zwischen dem mindestens einen Seitenkanal und der För derzelle einstellt. Dies bietet den Vorteil, dass sich eine Strömung des gasförmi gen Mediums nur in dem Bereich einstellt, in dem Sie erwünscht ist, nämlich zwi schen dem Seitenkanal und der Förderzelle. Reibungsverluste aufgrund einer Reibung des Mediums mit anderen Bereichen des Seitenkanalverdichters, die keine verbesserte Förderung und Verdichtung des gasförmigen Mediums bewir ken, können weitestgehend reduziert und/oder vermieden werden, wodurch sich der Wirkungsgrad des Seitenkanalverdichters erhöhen lässt. Darüber hinaus kann eine unerwünschte Temperaturerhöhung des gasförmigen Mediums auf grund von Reibung vermindert werden. Ein weiterer erzielbarer Vorteil ist eine zumindest teilweise Kapselung des mindestens einen Seitenkanals und/oder der Förderzelle zu einer äußeren Region und/oder zu einer inneren Region im Ge häuse erfolgt. Gemäß eines vorteilhaften Verfahrens erfolgt eine Bestromung des Stators, ohne dass sich ein Drehfeld zwischen dem Stator und dem Rotor aufbaut und sich so mit keine oder eine sehr geringe Drehbewegung des Rotors um die Drehachse einstellt. Dabei wird der Stator bei einer kurzfristigen Bestromung der Spulen des Stators aufgewärmt, insbesondere aufgrund der entstehenden Verlustleistung, die als Wärmeenergie freigesetzt wird. Vom Stator breitet sich diese Wärmeener gie dann auf die weiteren Bauteile des Seitenkanalverdichters aus. Zudem kann in einer weiteren möglichen Ausführungsform mittels eines vorteilhaften Verfah rens eine Bestromung des Stators derart durchgeführt werden, dass eine induk tive Erwärmung des Rotors erfolgt, wobei insbesondere ein Wärmeenergieüber trag vom Rotor auf das Verdichterrad erfolgt und wobei sich die Wärme aus dem Rotor in einer Flussrichtung in den Bereich der axialen Enden des inneren Be grenzungsrings und des mindestens eines außenliegenden Ringbunds des Ver- dichterrads ausbreitet. Auf diese Weise kann der Vorteil erzielt werden, dass durch die Bestromung des Stators bei einem nicht vorhandenen Drehfeld eine Erwärmung des Rotors einstellt, wobei hierzu inbesondere der Effekt der Induk tion verwendet wird. Dabei lässt sich der Rotor, der insbesondere aus einem wär- meleitfähigen Material besteht, erwärmen, was insbesondere bei einer Kaltstart prozedur des Seitenkanalverdichters und/oder des Fahrzeugs vorteilhaft ist. Da bei erwärmt sich der Rotor und überträgt, beispielsweise aufgrund seiner Wärme leitfähigkeit die Wärmeenergie auf das Verdichterrad. Dabei erfolgt der Wärme energieübertrag in einer Flussrichtung in den Bereich zwischen dem Verdichter rad und dem Gehäuse, in dem sich Eisbrücken ausgebildet haben. Diese Eisbrü cken entstehen aufgrund von einer vorhandenen Flüssigkeit, insbesondere Was ser, das sich beim Betrieb des Brennstoffzellensystems bildet und dass sich ins besondere im Bereich mit einem geringen Spaltmaß zwischen dem Verdichterrad und dem Gehäuse ansammelt. Bei einem Abschalten des Seitenkanalverdichters und/oder des Fahrzeugs, insbesondere über einen längeren Zeitraum und/oder bei niedrigen Umgebungstemperaturen unter dem Gefrierpunkt, gefriert die Flüs sigkeit und es bilden sich Eisbrücken aus. Diese Eisbrücken können bei einem Anfahren und/oder Starten des Seitenkanalverdichters zur Beschädigung des Seitenkanalverdichters führen und/oder eine Rotation des Verdichterrads im Ge häuse durch ein Blockieren verhindern. Weiterhin kann bei einem Anfahren des Verdichterrads ein Losbrechen bewirkt werden, bei dem scharfkantige Eisstücke freigesetzt werden, die in Förderrichtung Bauteile hinter dem Seitenkanalverdich- ter und/oder einer Brennstoffzelle, insbesondere die Membran der Brennstoff zelle schädigen können. Durch das Aufheizen des Rotors wird dabei das Ver dichterrad und insbesondere der Bereich des inneren Begrenzungsrings und des außenliegenden Ringbunds, die beide jeweils einen geringen Abstand, insbeson dere ein geringes Spaltmaß, zum Gehäuse ausbilden, erwärmt. Dadurch schmel zen die Eisbrücken und die Flüssigkeit wechselt von einem festen zu einem flüs sigen Aggregatzustand und kann abgeführt werden, beispielsweise mittels eines im Brennstoffzellensystem vorhandenen Purgeventil und/oder Ablassventil. Auf diese Weise kann die Lebensdauer des Seitenkanalverdichters und/oder des Brennstoffzellensystems erhöht werden.

Gemäß eines besonders vorteilhaften Verfahrens wird mittels einer Bestromung des Stators die Axialkraft auf den Rotor in Richtung der Drehachse bewirkt, wodurch sich der Rotor in Richtung der Drehachse bewegt und wobei durch ein Variieren und/oder umkehren der elektrischen Bestromungsleistung eine Rüttel bewegung bewirkt wird. Dabei wird durch die Rüttelbewegung des Rotors eine wechselnde Zu- und Abnahme des in Richtung der Drehachse verlaufenden Ab stands zwischen dem Verdichterrad und dem Gehäuse-Oberteil und/oder dem Gehäuse-Unterteil bewirkt, inbesondere im Bereich der axialen Enden des inne ren Begrenzungsrings und des mindestens eines außenliegenden Ringbunds des Verdichterrads. Auf diese Weise lässt sich der Vorteil erzielen, dass zwi schen dem Verdichterrad und dem Gehäuse auftretende Eisbrücken, die sich insbesondere bei einem Abschalten des Seitenkanalverdichters über einen län geren Zeitraum und/oder bei niedrigen Umgebungstemperaturen unter dem Ge frierpunkt bilden können, durch die Rüttelbewegung des Rotors zerstört werden. Somit werden die Eisbrücken, die beispielsweise aus Eiskristallen bestehen, zer trümmern, indem der Rotor und/oder das Verdichterrad eine Rüttelbewegung ausführen und/oder sich der Rotors in Richtung der Drehachse hin- und herbe wegt. Dabei ist vorteilhaft, dass sich die kristalline Struktur der gefrorenen Flüs sigkeit besonders effizient durch eine Rüttelbewegung oder ein Hin- und Herb wegen des Verdichterrads aufheben und/oder zerstören lässt. Somit kann durch das vorteilhafte Verfahren zum einen die Kaltstartfähigkeit des Seitenkanalver dichters verbessert werden. Zum anderen kann die Ausfallwahrscheinlichkeit des Seitenkanalverdichters und/oder des gesamten Brennstoffzellensystems redu ziert werden, da ein nahezu vollständiges Beseitigen der Eisbrücken erzielt wer den kann. Kurze Beschreibung der Zeichnung

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend eingehender beschrie ben.

Es zeigt:

Figur 1 eine schematische Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Seiten kanalverdichters gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,

Figur 2 einen in Figur 1 mit A-A bezeichneten Schnitt des Seitenkanalver dichters in vergrößerter Darstellung,

Figur 3 einen in Figur 1 mit II bezeichneten Ausschnitt des Seitenkanalver dichters in vergrößerter Darstellung gemäß einem zweiten Ausfüh rungsbeispiel,

Figur 4 einen in Figur 3 mit III bezeichneten Ausschnitt eines Verdichterrads eines Gehäuses und eines Rotors gemäß dem zweiten Ausführungs beispiel.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Der Darstellung gemäß Fig. 1 ist ein Längsschnitt durch einen rotationssymmet risch zu einer Drehachse 4 ausgebildeten erfindungsgemäß vorgeschlagene Sei tenkanalverdichter 1 zu entnehmen.

Der Seitenkanalverdichter 1 weist dabei ein Verdichterrad 2 auf, das insbeson dere als geschlossenes scheibenartiges Verdichterrad 2 ausgebildet ist und um die horizontal verlaufenden Drehachse 4 drehbar in einem Gehäuse 3 gelagert ist. Dabei dient ein Antrieb 6, insbesondere ein elektrischer Antrieb 6, als Dreh antrieb 6 des Verdichterrads 2. Der Antrieb 6 ist dabei insbesondere als ein Axi alfeld- Elektromotor 6 ausgeführt, wobei dieser einen Stator 12 und einen Rotor 10 aufweist, wobei der Stator 12 und der Rotor 10 scheibenförmig umlaufend um die Drehachse 4 ausgebildet sind und wobei der Stator 12 in Richtung der Dreh achse 4 neben dem Rotor 10 angeordnet ist. Dabei bildet sich ein scheibenför mig um die Drehachse 4 umlaufender Luftspalt 9 zwischen dem Stator 12 und dem Rotor 10 derart aus, dass der Luftspalt 9 nur in der einen Richtung der Drehachse 4 vom Stator 12 und in der anderen Richtung der Drehachse 4 vom Rotor 10 begrenzt wird. Des Weiteren ist der scheibenförmige Rotor 10 axial zur Drehachse 4 neben dem Verdichterrad 2 angeordnet, insbesondere an einer Na- ben-Scheibe 13 des Verdichterrads 2, wobei der Rotor 10 kraftschlüssig und/o der formschlüssig und/oder stoffschlüssig mit dem Verdichterrad 2 verbunden ist. Des Weiteren kann der Stator 12 Kühlkanale, insbesondere in Richtung der Drehachse 4 verlaufende Kühlkanäle, aufweisen, um eine Erwärmung des Sta tors 12 beim Betrieb zu verringern, insbesondere bei einem Betrieb mit einer ho hen Drehzahl des Verdichterrads und/oder einem Betriebszustand des Stators 12, bei dem dieser ein hohes Maß an Verlustleistung und Verlustwärme produ ziert. Der Stator kann zudem einen Magneten und/oder die magnetischen Bau teile aufweisen, insbesondere einen Permanentmagneten. Durch die Magenti sche Wirkung des Permanentmagneten auf den Rotor und/oder auf das Verdich terrad steht das Lager permanent unter Vorspannung, auch bei einem ausge schalteten Axialfeld- Elektromotor. Dabei kann das Verdichterrad und/oder der Rotor Permanentmagnete aufweisen, die mit dem Magneten des Stators derart interagieren, dass das Verdichterrad zum Stator in Richtung der Drehachse an gezogen wird.

Das Gehäuse 3 umfasst ein Gehäuse-Oberteil 7 und ein Gehäuse-Unterteil 8, die miteinander verbunden sind. Zusätzlich kann mindestens ein Dichtelement, ins besondere ein um die Drehachse 4 umlaufendes Dichtelement, zwischen dem Gehäuse-Oberteil 7 und dem Gehäuse-Unterteil 8 angeordnet sein, um zum ei nen eine verbesserte Kapselung gegen das Eindringen von Feuchtigkeit und/o der Verschmutzung von außen zu bewirken. Zum anderen wird aber auch eine verbesserte Kapselung gegen den Verlust des zu fördernden Mediums erzielt, um ein Entweichen des zu fördernden Mediums an die Umgebung zu verhindern.

Weiterhin ist in Fig. 1 gezeigt, dass der scheibenförmige Rotor 10 einen in Rich tung der Drehachse 4 verlaufenden zylindrischen Ansatz 29 aufweist, wobei der zylindrische Ansatz 29 auf der dem Stator 12 abgewandten Seite des Rotors 10 angeordnet ist und wobei die Mantelfläche des Außendurchmessers des zylindri schen Ansatzes 29 umlaufend um die Drehachse 4 verläuft. Des Weiteren steht der zylindrische Ansatz 29 an seinem Innendurchmesser mit einem Außendurch messer eines Lagers 27 und an seinem Außendurchmesser mit dem Innendurch messer des Verdichterrads 2, insbesondere mit der Naben-Scheibe 13 des Ver- dichterrads 2, in Kontakt, wobei der Kontakt des zylindrischen Ansatzes 29 zum Lager 27 und/oder zum Verdichterrad 2 insbesondere kraftschlüssig mittels eines Pressverbands erfolgt. Weiterhin weist das Gehäuse-Unterteil 8 einen zylindri schen Lagerzapfen 36 auf, wobei der Lagerzapfen 36 derart in Richtung der Drehachse 4 verläuft, dass seine Mantelfläche umlaufend um die Drehachse 4 verläuft und wobei das Lager 27, das insbesondere als ein Rillenkugellager 27 ausgeführt ist, radial zur Drehachse 4 mit seinem Innendurchmesser mit der Mantelfläche des Lagerzapfens 36 in Kontakt steht.

Des Weiteren bildet das Verdichterrad 2 eine sich außenseitig an die Naben- Scheibe 13 anschließende Förderzelle 28 aus. Diese Förderzelle 28 des Verdich terrads 2 verläuft umlaufend um die Drehachse 4 in einem umlaufenden Verdich terraum 30 des Gehäuses 3, wobei das Verdichterrad 2 und/oder die Förderzelle 28 am jeweiligen außenliegenden Umfang einen umlaufenden äußeren Begren zungsring 11 aufweist, wobei insbesondere der äußere Begrenzungsring 11 die Förderzelle 28 an Ihrem äußeren um die Drehachse 4 umlaufenden Außendurch messer begrenzt. Zudem weist das Verdichterrad 2 einen um die Drehachse 4 umlaufenden inneren Begrenzungsring 17 auf, wobei der innere Begrenzungs ring 17 am Innendurchmesser des umlaufenden Verdichterraums 30 am Verdich terrad 2 ausgebildet ist und eine Trennung und/oder Kapselung des Verdichter raums 30 von einer inneren Region 32 des Seitenkanalverdichters 1 bewirkt. Der äußere Begrenzungsring 11 hingegen bewirkt eine Trennung und/oder Kapse lung des Verdichterraums 30 von einer äußeren Region 34 des Seitenkanalver dichters 1. Das Verdichterrad 2 bildet zudem zur Beschleunigung und/oder Ver dichtung des zu fördernden Mediums, wie beispielsweise Wasserstoff, umlaufend um die Drehachse 4, insbesondere im Bereich zwischen dem inneren Begren zungsring 17 und dem äußeren Begrenzungsring 11 mehrere Schaufelblätter 5 aus. Dabei bildet das Verdichterrad 2 im Bereich des Verdichterraums 30 zwi schen zwei benachbarten Schaufelblättern 5 jeweils die Förderzelle 28 aus, die radial zur Drehachse 4 nach innen durch den inneren umlaufenden Begren zungsring 17 begrenzt ist. Das Gehäuse 3, insbesondere das Gehäuse-Oberteil 7 und/oder das Gehäuse-Unterteil 8, weist im Bereich des Verdichterraums 30 mindestens einen umlaufenden Seitenkanal 19 auf. Dabei verläuft der Seitenka nal 19 derart im Gehäuse 3 in Richtung der Drehachse 4, dass dieser axial zur Förderzelle 28 einseitig oder beidseitig verläuft. Der Seitenkanal 19 kann dabei zumindest in einem Teilbereich des Gehäuses 3 umlaufend um die Drehachse 4 verlaufen, wobei in dem Teilbereich, in dem der Seitenkanal 19 im Gehäuse 3 nicht ausgebildet ist, ein Unterbrecher-Bereich 15 im Gehäuse 3 ausgebildet ist (siehe Fig. 2).

Der in Fig. 1 gezeigte Axialfeld- Elektromotor 6 ist derart ausgebildet, dass der Stator 12 zumindest teilweise von einem topfförmigen Dichtelement 18 um schlossen wird, wobei das topfförmige Dichtelement 18 insbesondere als eine Kunstoffumspritzung 18 des Stators 12 ausgeführt ist, und wobei das Dichtelee- ment 18 eine Kapselung der elektrischen Komponenten des Seitenkanalverdich ters 1, insbesondere des Stators 12, vom Medium des Verdichterraums 30, ins besondere Wasserstoff, bewirkt. Zusätzlich kann eine Kapselung der elektrischen Komponenten gegen weitere Flüssigkeiten, wie beispielsweise Wasser bewirkt werden. Das topfförmige Dichtelement 18 kann dabei aus einem elastischen Ma terial bestehen, wie beispielsweise einem Elastomer, wobei das Dichtelement 18 zusätzliche strukturverstärkende Materialien aufweisen kann. Durch die elasti sche Ausführung des Dichtelements 18 wird die kapselnde Wirkung verbessert, da sich das Dichtelement optimal an die umgebenden Bauteile des Seitenkanal verdichters 1 anlegen kann und/oder mit diesen in Anlage kommt.

Des Weiteren wird der Antrieb 6 von einem Antriebs-Gehäuse 24 umschlossen und somit gegen den Bereich außerhalb des Seitenkanalverdichters 1 gekapselt. Das Antriebs-Gehäuse 24 steht dabei mit dem Gehäuse 3, insbesondere dem Gehäuse-Oberteil 7 in Anlage, wobei das Antriebsgehäuse 24 beispielsweise durch einen ausgebildeten Absatz mindestens zwei axial zur Drehachse 4 verlau fende Anlageflächen mit dem Gehäuse 3 ausbildet und mindestens eine radial zur Drehachse 4 verlaufende Anlagefläche mit dem Gehäuse 3 ausbildet. Durch den Absatz ist zudem eine Ausrichtung und/oder Zentrierung des Antriebs-Ge häuses 24 zum Gehäuse 3 möglich, insbesondere bei der Montage. Zusätzlich kann mindestens ein Dichtelement, insbesondere ein um die Drehachse 4 umlau fendes Dichtelement, zwischen dem Antriebs-Gehäuse 24 und dem Gehäuse 3 angeordnet sein, wobei es sich bei dem mindestens einen Dichtelement bei spielsweise um einen O-Ring handelt. Das Antriebs-Gehäuse 24 kann darüber hinaus an seiner Oberfläche Kühlrippen 33 aufweisen, die eine verbesserte Ab führung der Wärmeenergie in die Umgebung bewirken. Wärme tritt im Antrieb 6 derart auf, dass durch das Antreiben des Verdichterrads 2 überschüssige Wär meenergie entsteht, die insbesondere als Reibungswärme oder induktiv magneti sche Wärme vorliegt. Diese Wärme kann aufgrund der Kühlrippen 33 des An triebs 6 schneller an die Umgebung abgeführt werden, da der Antrieb 6 durch die Kühlrippen 33 eine vergrößerte Oberfläche aufweist.

Weiterhin bildet das Gehäuse 3, insbesondere das Gehäuse-Unterteil 8, eine Gas- Einlassöffnung 14 und eine Gas-Auslassöffnung 16 aus. Dabei sind die Gas- Einlassöffnung 14 und die Gas-Auslassöffnung 16, insbesondere über den mindestens einen Seitenkanal 19, fluidisch miteinander verbunden. Vom Antrieb 6 wird ein Drehmoment über den Rotor 10 auf das Verdichterrad 2 übertragen. Dabei wird das Verdichterrad 2 in Rotationsbewegung versetzt und die Förder zelle 28 bewegt sich in einer Rotationsbewegung umlaufend um die Drehachse 4 durch den Verdichterraum 30 im Gehäuse 3 in Richtung einer Drehrichtung 20 (siehe Fig. 2). Dabei wird ein schon im Verdichterraum 30 befindliches gasförmi ges Medium durch die Förderzelle 28 mitbewegt und dabei gefördert und/oder verdichtet. Zudem findet eine Bewegung des gasförmigen Mediums, insbeson dere ein Strömungsaustausch, zwischen der Förderzelle 28 und dem mindestens einen Seitenkanal 19 statt. Des Weiteren strömt das gasförmige Medium, bei dem es sich insbesondere um ein unverbrauchte Rezirkulationsmedium aus ei ner Brennstoffzelle handelt, über die Gas- Einlassöffnung 14 in den Verdichter raum 30 des Seitenkanalverdichters 1 ein und/oder wird dem Seitenkanalverdich ter 1 zugeführt und/oder wird aus dem Bereich, der der Gas- Einlassöffnung 14 vorgelagert ist, angesaugt. Dabei wird das gasförmige Medium nach erfolgtem Durchlauf durch die Gas-Auslassöffnung 16 des Seitenkanalverdichters 1 abge leitet und strömt insbesondere zu einer Strahlpumpe eines Brennstoffzellensys tems.

Der Rotor 10 weist ist in einer beispielhaften Ausführungsform mindestens einen Magneten, insbesondere einen Permanentmagneten auf, während der Stator 12 als ein Spulenkörper 12 ausgeführt ist und/oder wobei der Stator 12 auch min destens einen Magneten, insbesondere einen Permanentmagneten aufweist. Der Spulenkörper 12 kann dabei eine unterschiedliche Anzahl an Wicklungen enthal ten, wobei es sich bei den Wicklungen insbesondere um räumlich versetzte Win dungsschleifen handelt, die beispielsweise aus Kupfer bestehen. Zudem kann der Stator 12 eine Kühlung aufweisen, um die Temperatur bei einem hochfre quenten Dauerbetrieb des Seitenkanalverdichters 1 kontrollieren und/oder sen ken zu können. Durch die Ausführung des Antriebs 6 als Axialfeld- Elektromotor 6 lässt sich eine kompakte Bauform des Antriebs 6 und des Seitenkanalverdichters 1 erreichen. Aufgrund des mindestens einen Permanentmagneten wird der Rotor 10 dauerhaft und permanent, insbesondere bei einer abgeschalteten Bestromung des Stators 12, in Richtung der Drehachse 4 zum Stator 12 hin, insbesondere mittels einer Axialkraft 21, angezogen, insbesondere aufgrund einer Magnetkraft. Dabei wird das Lager 27 mit einer axialen Vorspannung beaufschlagt, wodurch das Rillenkugellager 27 als Axiallager und/oder als Radiallager dient. Somit wird bei einer Bestromung des Stators 12 die Axialkraft 21 auf den Rotor 10 in Rich tung der Drehachse 4 erzeugt, wodurch eine axiale Vorspannung des Lagers 27, insbesondere des Rillenkugellagers 27, zumindest mittelbar über den Rotor 10 erzielt wird. In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform kann die Axialkraft 21 den Rotor 10 axial zur Drehachse 4 vom Stator 12 wegdrücken mittels der Axialkraft 21, wobei auch eine Vorspannung des Lagers 27 bewirkt wird.

Fig. 2 zeigt einen in Fig. 1 mit A-A bezeichneten Schnitt des Seitenkanalverdich ters 1 in vergrößerter Darstellung bei dem das Gehäuse-Unterteil 8, die Gas-Ein lassöffnung 14, die Gas-Auslassöffnung 16, der Unterbrecher-Bereich 15, der Seitenkanal 19, die Drehrichtung 20 (des nicht dargestellten Verdichterrads 2) und das erste umlaufende Dichtelement 29 dargestellt sind.

Wie in Fig. 2 dargestellt befindet sich der Unterbrecher-Bereich 15 umlaufend um die Drehachse 4 im Gehäuse 3 insbesondere zwischen der Gas- Einlassöffnung 14 und der Gas-Auslassöffnung 16. Das gasförmige Medium wird durch das Ver dichterrad 2 gefördert und/oder strömt dabei von der Gas-Einlassöffnung 14 zur Gas-Auslassöffnung 16 und durchströmt dabei, zumindest teilweise, den Seiten kanal 19. Dabei erhöht sich mit fortschreitendem Umlauf von der Gas- Einlassöff nung 14 zur Gas-Auslassöffnung 16 in Drehrichtung 20 die Verdichtung und/oder der Druck und/oder die Strömungsgeschwindigkeit des gasförmigen Mediums in der Förderzelle 28 des Verdichterrads 2 und im Seitenkanal 19. Durch den Unter- brecher- Bereich 15 wird eine Trennung einer Druckseite und einer Saugseite be wirkt, wobei sich die Saugseite im Bereich der Gas- Einlassöffnung 14 befindet und die Druckseite im Bereich der Gas-Auslassöffnung 16 befindet.

In Fig. 3 ist ein in Figur 1 mit II bezeichneten Ausschnitt des Seitenkanalverdich ters in vergrößerter Darstellung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel ge zeigt. Gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel ist dabei der Rotor 10 radial zur Drehachse 4 nahezu vollständig im Bereich des Innendurchmessers des Ver- dichterrads 2 angeordnet, so dass eine Symmetrieachse 22 des scheibenförmi gen Rotors 10 nahezu deckungsgleich mit der Symmetrieachse 22 des Verdich- terrads 2 verläuft. Weiterhin steht dabei der Rotor 10 mit einem Außendurchmes ser des Lagers 27 und einem Innendurchmesser des Verdichterrads 2 in Kontakt, wobei der Rotor 10 in einem axial zur Drehachse 4 verlaufenden Fügebereich 23 mit dem Verdichterrad 2 einen Kontaktbereich ausbildet.

Das Verdichterrad 2 weist darüber hinaus im Bereich des äußeren Begrenzungs rings 11 mindestens einen außenliegenden umlaufenden Ringbund 48a, b auf, der insbesondere radial zur Drehachse 4 verläuft. Zudem verläuft der mindestens eine umlaufende Ringbund 48a, b auf der der Drehachse 4 abgewandten Seite des äußeren Begrenzungsrings 11. Dabei wird der mindestens eine Seitenkanal 19 im Gehäuse 3 des Seitenkanalverdichters 1 nach außen durch den äußeren Begrenzungsring 11 und/oder den mindestens einen umlaufenden Ringbund 48a, b begrenzt. Weiterhin wird der mindestens eine Seitenkanal 19 im Gehäuse 3 des Seitenkanalverdichters 1 nach innen durch den inneren Begrenzungsring 17 begrenzt. Indem das Verdichterrad mit dem mindestens eine außenliegenden umlaufenden Ringbund 48a, b und/oder inneren Begrenzungsrings 17 mit dem Gehäuse-Oberteil 7 und/oder dem Gehäuse-Unterteil 8 zumindest über ein Zwi schenmedium, insbesondere das zu fördernde Medium, in Anlage steht kann eine verbesserte Führung des Verdichterrads 2 im Bereich der Förderzellen 28 erzielt werden. Das Medium bildet dabei einen Restspalt zwischen dem Verdich terrad 2 und dem Gehäuse 3 aus, wobei sich das Medium bei einem kleiner wer denden Restspalt verdichtet und dabei mittels eines erhöhten Drucks eine Kraft auf das Verdichterrad bewirkt, die zu einer verbesserten Führung des Verdichter rads in Rotationsrichtung beiträgt. Das Prinzip ähnelt dem Prinzip eines Luftkis sens insbesondere zur Dämpfung und/oder zur Erbringung einer Gegenkraft.

Dies ist insbesondere vorteilhaft bei starken Stößen und Schlägen während des Betriebs des Seitenkanalverdichters 1 beispielsweise aufgrund von Druckspitzen oder auftretendem Staudruck im Brennstoffzellensystem, wodurch beispielsweise die Lebensdauer des Seitenkanalverdichters erhöht werden kann. Dadurch kann die Belastung des Lagers 27 und/oder des Antriebs 6 reduziert werden.

Weiterhin ist die Flussrichtung IV der Wärme aus dem beheizten Rotor 10, insbe sondere bei einer Kaltstartprozedur, in Fig. 3 gezeigt. Im Rahmen dieses Verfah rens zum Kaltstart des Seitenkanalverdichters 1, bei dem ein Anfahren des Sei tenkanalverdichters 1 nach längeren Standzeiten und/oder tiefen Umgebungs temperaturen erfolgt, erfolgt ein Erwärmen des Rotors 10 und des Verdichterrads 2 in den dem Gehäuse 3 zugewandten Bereichen. Dabei erfolgt eine Bestromung des Stators 12, ohne dass sich ein Drehfeld zwischen dem Stator 12 und dem Rotor 10 aufbaut und sich somit keine oder eine sehr geringe Drehbewegung des Rotors 10 um die Drehachse 4 einstellt. Mittels der Bestromung des Stators 12 wird eine induktive Erwärmung des Rotors 10 bewirkt, wobei ein Wärmeenergie übertrag vom Rotor 10 auf das Verdichterrad 2 erfolgt und wobei sich die Wärme aus dem Rotor 10 in einer Flussrichtung IV in den Bereich der axialen Enden des inneren Begrenzungsrings 17 und des mindestens eines außenliegenden Ring bunds 48 des Verdichterrads 2 ausbreitet. Dabei heizen sich die Bereiche des Verdichterrads 2, Ringbund 48a, b und innerer Begrenzungsring 17, auf, die ein geringes Spaltmaß, zum Gehäuse 3 ausbilden.

Fig. 4 zeigt einen in Figur 3 mit III bezeichneten Ausschnitt des Verdichterrads 2, des Gehäuses 3 und des Rotors 10 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel. Dabei ist insbesondere der Bereich des Verdichterrads 2 gezeigt, der dem Ge häuse 3 zugewandt ist und der ein geringes Spaltmaß mit dem Gehäuse 3 aus bildet. In dem in Fig. 4 beispielhaft gezeigten Ausschnitt ist dies ein Teil des inne ren Begrenzungsrings 17 der dem Gehäuse 3 axial zur Drehachse 4 zugewandt ist, es kann sich aber auch um den mindestens einen außenliegenden Ringbund 48 handeln, der dem Gehäuse 3 axial und/oder radial zur Drehachse zugewandt sein kann.

Bei einem Abschalten und/oder Stillstand des Seitenkanalverdichters 1 und oder des Fahrzeugs kann der Effekt eintreten, dass sich in den Bereichen zwischen dem Verdichterrad 2 und dem Gehäuse 3, die ein geringes Spaltmaß ausbilden, Flüssigkeit aus dem zu fördernden Medium des Seitenkanalverdichters 1 sam melt. Bei dieser Flüssigkeit kann es sich insbesondere um Wasser handeln. Die Flüssigkeit sammelt sich aufgrund von Kapillareffekten insbesondere in den Be reichen mit einem geringen Spaltmaß zwischen dem Verdichterrad 2 und dem Gehäuse 3. Mittels des Kapillareffekts und/oder einer sogenannten Kapillarität sammelt sich die Flüssigkeit bei Kontakt mit Spalten oder Hohlräumen in diesen Bereichen, insbesondere wenn diese einen geringen Abstand voneinander ha ben. Diese Effekte werden durch die Oberflächenspannung von Flüssigkeiten selbst und die Grenzflächenspannung zwischen Flüssigkeiten und der festen Oberfläche hervorgerufen. Aufgrund von niedrigen Umgebungstemperaturen kann nun diese Flüssigkeit derart Abkühlen, das ein zumindest teilweise Über gang des Aggregatzustandes von flüssig zu fest auftritt. Im beispielhaften Fall, bei dem es sich bei der Flüssigkeit um Wasser handelt, können sich dabei Was serkristalle und sogenannte Eisbrücken 25 zwischen den Bauteilen ausbilden. Diese Eisbrücken 25 können dazu führen, dass eine Rotation des Verdichterrads 2 im Gehäuse 3 verhindert wird, da durch die Eisbrücken 25 ein Halten des Ver dichterrads 2 im Gehäuse 3 bewirkt wird. Dies kann zu einem Gesamtausfall des Seitenkanalverdichters 2 und somit des Brennstoffzellensystems führen, wodurch sich beispielsweisen ein Brennstoffzellenfahrzeug nicht mehr starten lassen könnte. Weiterhin könnten bei einem Losbrechen des Verdichterrads ohne vorhe riges Schmelzen der Eisbrücken 25 Eiskristalle abrechen und in die nachgelager ten Komponenten des Brennstoffzellensystems gelangen, wobei die Eiskristalle aufgrund Ihrer Oberflächenstruktur diese Komponenten schädigen könnten.

Um diese Beschädigung zur Verhindern, und um eine Rotation des Verdichter rads 2 bei niedrigen Temperaturen zu gewährleisten wird ein Verfahren zum Schmelzen die Eisbrücken 25 vorgeschlagen. Dabei werden die Eisbrücken 25 mit Wärmeenergie beaufschlagt und wechseln zu einem flüssigen Aggregatzu stand. Um dies zu erreichen wird ein Verfahren zum Start, insbesondere Kaltstart und/oder Abschalten des Seitenkanalverdichters vorgeschlagen. Bei diesem Ver fahren erfolgt eine derartige Bestromung des Stators 12, ohne dass sich ein Drehfeld zwischen dem Stator 12 und dem Rotor 10 aufbaut und sich somit keine oder eine sehr geringe Drehbewegung des Rotors 10 um die Drehachse 4 ein stellt. Nahezu die gesamte elektrische Energie, die in den Stator 12 eingeleitet wird, wird in den Rotor 10, insbesondere den Permanentmagneten 10, mittels magnetischer Induktion übertragen, wobei diese Energie jedoch nur zu einem ge ringen Teil in kinetische Energie zum Beschleunigen des Rotors 10 und/oder des Verdichterrads 2 und zur Erzeugung einer Rotationsbewegung des Rotors 10 und/oder des Verdichterrads 2 verwendet wird. Dabei bewirkt die Bestromung des Stators 12 eine induktive Erwärmung des Rotors 10, wobei ein Wärmeener gieübertrag vom Rotor 10 auf das Verdichterrad 2 erfolgt und wobei sich die Wärme aus dem Rotor 10 in einer Flussrichtung IV in den Bereich der axialen Enden des inneren Begrenzungsrings 17 und des mindestens eines außenlie genden Ringbunds 48 des Verdichterrads 2 ausbreitet. Ein Großteil der in den Stator 12 eingeleiteten elektrischen Energie wird somit in Wärmeenergie umge wandelt und dient zur Erwärmung des Rotors 10.

Dadurch lässt sich das Verdichterrad 2 wieder in eine Rotationsbewegung ver setzen. Die Flüssigkeit, die nach dem Abschmelzen der Eisbrücken 25 im Seiten kanalverdichter 2 entsteht kann nun abgeführt werden, beispielsweise mittels ei nes im Brennstoffzellensystem vorhandenen Purgeventil und/oder Ablassventil. Auf diese Weise kann die Lebensdauer des Seitenkanalverdichters 1 und/oder des Brennstoffzellensystems erhöht werden.

Weiterhin wird aufgrund der vorteilhaften Ausbildung des Seitenkanalverdichters 1 ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem die Eisbrücken 25 aufgrund von mecha nischen Kräften verhindert und/oder zerstört werden können. Bei diesem Verfah ren erfolgt eine Bestromung des Stators 12 wodurch die Axialkraft 21 auf den Ro tor 10 in Richtung der Drehachse 4 bewirkt wird. Indem sich der Rotor 10 und mit dem Rotor 10 das Verdichterrad 2 in Richtung der Drehachse 4 bewegt, wobei durch ein Variieren und/oder umkehren der elektrischen Bestromungsleistung eine Rüttelbewegung V bewirkt wird, bei dem sich die die Spaltmaße zwischen dem Verdichterrad 2 und dem Gehäuse 3 im Rahmen der Rüttelbewegung V des Rotors 10 und des Verdichterrads 2 vergrößern und verkleinern. Somit wird durch die Rüttelbewegung V des Rotors 10 eine wechselnde Zu- und Abnahme des in Richtung der Drehachse 4 verlaufenden Abstands zwischen dem Verdich terrad 2 und dem Gehäuse-Oberteil 7 und/oder dem Gehäuse-Unterteil 8 bewirkt, inbesondere im Bereich der axialen Enden des inneren Begrenzungsrings 17 und des mindestens eines außenliegenden Ringbunds 48 des Verdichterrads 2.

Durch diese Rüttelbewegung V und Abstandsänderung des Verdichterrads 2 zum Gehäuse-Oberteil 7 und/oder dem Gehäuse-Unterteil 8 werden die Eisbrü cken 25, die sich radial und axial am inneren Begrenzungsring 17 gebildet haben und mit dem Gehäuse-Oberteil 7 und/oder dem Gehäuse-Unterteil 8 in Kontakt stehen zerstört, wie in Fig. 4 gezeigt. Des Weiteren werden durch diese Rüttel- bewegung V und Abstandsänderung des Verdichterrads 2 zum Gehäuse-Oberteil

7 und/oder dem Gehäuse-Unterteil 8 die Eisbrücken 25, die sich radial und axial an den mindestens einem Ringbund 48 gebildet haben und mit dem Gehäuse- Oberteil 7 und/oder dem Gehäuse-Unterteil 8 in Kontakt stehen zerstört. Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele und die darin hervorgehobenen Aspekte beschränkt. Vielmehr ist innerhalb des durch die Ansprüche angegebenen Bereichs eine Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachmännischen Handelns liegen.