Titel

Seitenkanalverdichter für ein Brennstoffzellensystem zur Förderung und/oder

Verdichtung eines gasförmigen Mediums

Stand der Technik

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Seitenkanalverdichter für ein Brennstoff zellensystem zur Förderung und/oder Verdichtung eines gasförmigen Mediums, 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 gasförmige Medium aus mindestens einem Hochdrucktank entnommen und über eine Zuströmleitung ei nes Mitteldruckleitungssystem an eine Ejektoreinheit geleitet. Diese Ejektorein heit führt das gasförmige Medium über eine Verbindungsleitung eines Nieder druckleitungssystems zu einer Brennstoffzelle. Nachdem das gasförmige Me dium durch die Brennstoffzelle geströmt ist wird es über eine Rückführleitung zu rück zur Ejektoreinheit geführt. Dabei kann der Seitenkanalverdichter zwischen geschaltet werden, der die Gasrückführung strömungstechnisch und effizienz technisch unterstützt. Zudem werden Seitenkanalverdichter zur Unterstützung des Strömungsaufbaus im Brennstoffzellenantrieb eingesetzt, 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 2007 053 016 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 ein in einem Gehäuse umlaufendes Verdichterrad auf, das auf einer Antriebswelle be festigt ist und von einem Antrieb in Rotation versetzt wird und somit drehbar um eine Drehachse angeordnet ist. Weiterhin weist der Seitenkanalverdichter einen in dem Gehäuse befindlichen Verdichterraum auf, der mindestens einen umlau fenden Seitenkanal aufweist. Das Verdichterrad weist dabei an seinem Umfang im Bereich des Verdichterraums angeordnete Förderzellen auf. Im Gehäuse ist zudem jeweils eine Gas- Einlassöffnung und eine Gas-Auslassöffnung angeord net, die über den mindestens einen Seitenkanal fluidisch miteinander verbunden sind. Dabei weist das Gehäuse eine erste und eine zweite dem Verdichterrad zu gewandte Spaltfläche auf, die jeweils radial zur Drehachse verlaufen. In diesen Bereichen bildet sich jeweils ein innerer und ein äußerer Axialspalt zwischen dem Gehäuse und dem Verdichterrad aus.

Der aus der DE 10 2007 053 016 Al bekannte Seitenkanalverdichter kann ge wisse Nachteile aufweisen. Bei der Verwendung des Seitenkanalverdichters, ins besondere als Rezirkulationsgebläse, ist das Gehäuse, das insbesondere aus einem Gehäuse-Oberteil und einem Gehäuse-Unterteil bestehen kann, aus ei nem Gussmaterial hergestellt, um zum einen eine Beständigkeit gegen das zu fördernde gasförmige Medium im Bereich des Verdichterraums zu gewährleisten und um zum anderen in funktionalen Bereichen, in denen eine hohe Festigkeit des Gehäuses erforderlich ist, wie beispielsweise der Lageraufnahme, eine hohe Lebensdauer gewährleisten zu können. Dabei muss jedoch das gesamte Ge häuse aus dem Gussmaterial hergestellt sein, um an der der Umgebung zuge wandten Oberfläche die aufwendigen und/oder komplexen Strukturen, wie bei spielsweise Kühlrippen, ausbilden zu können. Somit sind zum einen die Herstell kosten des Gehäuses entsprechend hoch sein. Die hohen Herstellkosten setzen sich dabei wie folgt zusammen: hohe Rohmaterial- Kosten des Gussmaterials und/oder hohe Energiekosten bei der Herstellung, insbesondere bei einem Gieß prozess, des Verdichterrads als Gussteil und/oder hohe Bearbeitungskosten bei der Nachbearbeitung des Verdichterrads, wie beispielsweise eine spanende und/oder schleifende Nachbearbeitung. Zum anderen weist der aus der DE 10 2007 053 016 Al bekannte Seitenkanalverdichter den Nachteil auf, dass das Ge wicht des Gehäuses hoch ist und somit auch das resultierende Gesamtgewicht des Seitenkanalverdichters. Offenbarung der Erfindung Vorteile der Erfindung

Erfindungsgemäß wird ein Seitenkanalverdichter für ein Brennstoffzellensystem zur Förderung und/oder Verdichtung von einem gasförmigen Medium, insbeson dere Wasserstoff, mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche bereit gestellt.

Bezugnehmend auf Anspruch 1 weist der Seitenkanalverdichter ein Gehäuse auf, wobei das Gehäuse mehrteilig ausgebildet ist und ein Gehäuse-Oberteil und ein Gehäuse-Unterteil aufweist, wobei diese jeweils zumindest teilweise einen metallischen Werkstoff und einen Kunststoff aufweisen. Dabei wird bei der erfin dungsgemäßen Ausgestaltung des Gehäuses gemäß Anspruch 1 vorgeschla gen, das Gehäuse zumindest in Bereichen, in denen das Gehäuse einfache Strukturen und wenig komplexe Oberflächen aufweist, dieses zumindest teil weise aus einem metallischen Werkstoffen, insbesondere Aluminium, herzustel len. Weiterhin soll ein metallischer Werkstoff, insbesondere Aluminium, für die Bereiche des Gehäuses bevorzugt Verwendung finden, in denen das Gehäuse eine Beständigkeit gegen das zu fördernde gasförmige Medium im Bereich eines Verdichterraums zu gewährleisten hat und/oder in funktionalen Bereichen, in de nen eine hohe Festigkeit des Gehäuses erforderlich ist, wie beispielsweise der Lageraufnahme, um eine hohe Lebensdauer gewährleisten zu können. Dabei kann für die Herstellung des Gehäuses in diesem Bereich einfaches metallisches Stangenmaterial oder einfache Drehteile verwendet werden, wodurch die Not wendigkeit von komplexen und teuren Metallguss-Verfahren vermieden werden kann. Im Bereich der komplexen Strukturen, insbesondere von komplexen Ober flächen, wird das Gehäuse gemäß Anspruch 1, zumindest teilweise aus dem Kunststoff hergestellt, insbesondere mittels eines Spritzgussverfahrens. Im Nach gang müssen für das Gehäuse-Unterteil und/oder das Gehäuse-Oberteil jeweils der metallische Werkstoff und der Kunststoff nur noch zusammengefügt werden, insbesondere mittels einer formschlüssigen Verbindung, um das jeweilige Bauteil ausbilden zu können. Dabei können die Materialkosten, insbesondere die Roh materialkosten, gegenüber einem Gehäuse aus einem Gussmaterial, insbeson dere Aluminiumguss deutlich reduziert werden. Dies ist dadurch begründet, da bei Ausformung der komplexen Gehäuse-Struktur aus Kunststoff, beispielsweise mitels eines Spritzgussverfahrens, weniger Energie, insbesondere elektrische Energie, aufgewendet werden muss, als bei der Ausformung des gesamten Ge häuses, insbesondere mitels eines Gießverfahrens, aus Aluminium und/oder ei nem metallischen Werkstoff. Weiterhin sind die Kosten für die Nachbearbeitung des vollständigen Gehäuses, bei dem zumindest teilweise als Werkstoff Kunst stoff verwendet wird, geringer im Vergleich zu einem Gehäuse das vollständig aus Gussmaterial besteht, insbesondere aufgrund der Materialhärte und dem da raus resultierenden Werkzeugverschleiss und einer für das Gehäuse nachteiligen Temperaturentwicklung bei der Nachbearbeitung. Auf diese Weise kann durch die teilweise Verwendung und/oder Kombination von Kunststoff und einem metal lischen Werkstoff anstelle von beispielsweise einem vollständig aus einem metal lischen Werkstoff hergestellten Gehäuse zum einen die Herstellkosten und zu dem das Gesamtgewicht und/oder die Gesamtmasse des Gehäuses reduziert werden. Des Weiteren lassen sich somit die Herstellkosten des gesamten Seiten kanalverdichters und/oder das Gewicht des gesamten Seitenkanalverdichters re duzieren, ohne die Zuverlässigkeit und Lebensdauer des Seitenkanalverdichters nachteilig zu beeinflussen.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen des im Anspruch 1 angegebenen Seitenkanalverdichter mög lich. Die Unteransprüche betreffen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung weist der Seitenkanalver dichter das Gehäuse-Oberteil und das Gehäuse-Unterteil auf. Dabei weist das Gehäuse-Oberteil einen ersten Grundkörper und einen Aufnahmeflansch auf und/oder das Gehäuse-Unterteil weist einen zweiten Grundkörper und eine Ab deckplate auf, wobei der jeweilige Grundkörper zumindest teilweise aus Kunst stoff hergestellt ist und der Aufnahmeflansch und/oder die Abdeckplate zumin dest teilweise aus einem metallischen Werkstoff hergestellt sind. Des Weiteren befinden sich der Aufnahme- Flansch und die Abdeckplate jeweils zumindest na hezu vollständig zwischen dem jeweiligen Grundkörper und einem Verdichterrad. Zudem befinden sich der Aufnahmeflansch und die Abdeckplate jeweils zumin dest nahezu vollständig zwischen dem jeweiligen Grundkörper und dem Verdich terrad, insbesondere im Bereich eines ersten und eines zweiten funktionsrele vanten Spaltmaßes, wobei insbesondere das Verdichterrad zumindest nahezu vollständig vom Aufnahmeflansch und der Abdeckplate umschlossen wird. Auf diese Weise kann eine derartige Kombination von zumindest teilweise metalli schen Werkstoffen, insbesondere Aluminium, und einem Kunststoff für das Ge häuse zusammengestellt werden, die ein kostengünstiges und leichtes Gehäuse bei einer gleichzeitigen hohen Lebensdauer und Zuverlässigkeit des Gehäuses gewährleistet. Dabei wird das Gehäuse in dem Bereich der hohen strukturellen Anforderungen an das Material, wie beispielsweise der funktionsrelevanten Spaltmaße und im Bereich des Kontakts mit dem gasförmigen Medium und in dem dem Verdichterrad zugewandten Bereich aus dem metallischen Werkstoff gefertigt. Dies gilt insbesondere somit in dem Bereich in dem der Kunststoff auf grund seiner Materialeigenschaften ungeeignet ist, wobei der verwendete metalli sche Werkstoff in diesem Bereich nur einfache geometrischen Konturen ausbil den muss und somit aus einfachen Drehteilen und/oder Stangenmaterial des me tallischen Werkstoffs gefertigt werden kann. Das Gehäuse wird zudem in dem Bereich, in dem eine komplexen und aufwändige Oberflächenkontur des Gehäu ses erforderlich ist, jedoch die strukturellen Anforderungen an das Material gerin ger sind, aus einem Kunststoff gefertigt. Dabei ist eine Sandwich-Bauweise des Gehäuses und somit jeweils des Gehäuse-Oberteils und/oder des Gehäuse-Un terteils angestrebt. Auf diese Weise lassen sich die Kosten des Gehäuses und/o der das Gewicht des Gehäuses verbessern, während zudem die Zuverlässigkeit und die Lebensdauer des Gehäuses und/oder des gesamten Seitenkanalverdich ters verbessert werden kann.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung befindet sich bei dem erfindungsgemä ßen Seitenkanalverdichter ein erstes scheibenförmiges Element zwischen dem ersten Grundkörper und dem Aufnahmeflansch. Des Weiteren befindet sich ein zweites scheibenförmiges Element zwischen dem zweiten Grundkörper und der Abdeckplatte. Dabei besteht das jeweilige Element zumindest teilweise aus ei nem elastischen Werkstoff. Zudem befindet sich ein erster Ausgleichsspalt zwi schen dem ersten Grundkörper und dem Aufnahmeflansch und/oder ein zweiter Ausgleichsspalt zwischen dem zweiten Grundkörper und der Abdeckplatte, wobei insbesondere der jeweilige Ausgleichsspalt durch das jeweilige scheibenförmige Element zumindest nahezu vollständig ausgefüllt ist. Auf diese Weise lässt sich der Vorteil erzielen, dass eine unterschiedliche Breitenänderung, die insbeson dere zumindest nahezu parallel zu einer Drehachse verläuft, der jeweiligen Bau teile aus dem metallischen Werkstoff, insbesondere Aufnahmeflansch und Ab deckplatte, zu den Bauteilen aus Kunststoff, insbesondere den Grundkörpern, auch beim Durchlaufen eines weiten Temperaturbereichs, beispielsweise von - 20°C bis 100°C, ausgeglichen werden kann. Dieser Vorteil kann insofern erzielt werden, da das Zwischenelement derart elastisch ausgeführt ist, dass es bei ei nem Zuwachs einer Breite des jeweiligen Bauteils des Gehäuses, beispielsweise aufgrund einer Temperaturerhöhung im Seitenkanalverdichter und der daraus re sultierenden Wärmeausdehnung, in Richtung der Drehachse zusammengepresst wird und somit eine Breitenänderung ausgeglichen wird. Dabei muss jedoch zum einen der jeweilige Ausgleichsspalt derart dimensioniert sein, dass die Toleranz breite die zum Einstellen der funktionsrelevanten Spaltmaße beibehalten werden kann und zum anderen die temperaturbedingte Spaltaufweitung bzw. -einen- gung, hervorgerufen durch die unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizien ten der Materialien, ausgeglichen wird. Auf diese Weise lässt sich der Vorteil er zielen, dass das Gehäuse aufgrund unterschiedlicher Wärmeausdehnungskoeffi zienten der Bauteile und beim Durchlaufen eines Temperaturbereichs, nicht strukturell geschädigt wird, was unter Umständen zu einem Versagen einer pneumatische Kapselung und/oder Trennung der Seitenkanäle führt. Somit lässt sich die Zuverlässigkeit und/oder der Wirkungsgrad des Seitenkanalverdichters erhöhen oder zumindest beibehalten, auch beim Durchlaufen eines weiten Tem peraturbereichs.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Weiterbildung weist das jeweilige schei benförmige Element und/oder der Aufnahmeflansch und/oder die Abdeckplatte mindestens eine Fixierbohrung auf, die parallel zur Drehachse verläuft und die sich mittels mindestens eines im ersten oder zweiten Grundkörper vorhandenen Zapfens fixieren und/oder zentrieren lässt. Auf diese Weise kann das jeweilige scheibenförmige Element und/oder der Aufnahmeflansch und/oder die Abdeck platte an einer Drehbewegung um die Drehachse relativ zum Gehäuse, insbe sondere zum jeweiligen Grundkörper, gehindert werden. Somit lässt sich die Le bensdauer des Seitenkanalverdichters erhöhen. Zudem wird eine Montage und Demontage des jeweiligen scheibenförmigen Elements und/oder des Aufnah- meflanschs und/oder der Abdeckplatte im jeweiligen Grundkörper vereinfacht und somit können die Montage- und Wartungskosten reduziert werden.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung befindet sich eine erste Einstellscheibe zwischen dem Verdichterrad und einem Axiallager und/oder es befindet eine zweite Einstellscheibe zwischen dem Aufnahmeflansch und der Abdeckplatte. Zudem weist der Aufnahmeflansch an seinem Außendurchmesser einen um die Drehachse umlaufenden zweiten zylindrischen Ansatz auf, der einen parallel zur Drehachse verlaufenden zweiten Kragen aufweist. Auf diese Weise kann der Vorteil erzielt werden, dass mittels des Einsatzes der jeweiligen Einstellscheibe möglich Fertigungstoleranzen des Gehäuse-Oberteils und/oder des Gehäuse- Unterteils und/oder des Verdichterrads derart ausgeglichen werden können, dass ein optimales funktionsrelevantes erstes und/oder zweites Spaltmaß eingestellt werden kann. Dabei können entweder bei der Montage jeweilige Einstellscheiben mit unterschiedlichen in Richtung der Drehachse verlaufenden Dicken verwendet werden oder es kann mittels einer Bearbeitung der jeweiligen Einstellscheibe kurz vor dem oder beim Montageprozess erfolgen. Eine Nachbearbeitung des Gehäuse-Oberteils und/oder des Gehäuse-Unterteils ist nicht mehr notwendig. Somit können die Monatezeit und/oder die Montagekosten reduziert werden. Zu dem kann die jeweilige Einstellscheibe vor der Montage in den zweiten Kragen eingelegt werden, wodurch sich die Montagezeit und/oder die Montagekosten re duzieren lassen, sowie die Fehleranfälligkeit bei der Montage reduzieren lässt, wodurch die Lebensdauer des gesamten Seitenkanalverdichters gesteigert wer den kann. Auf diese Weise kann zum einen der Vorteil erzielt werden, dass sich das Gehäuse-Unterteil im Gehäuse-Oberteil zentrieren lässt, da der zweite zy lindrische Ansatz mit seinem Außendurchmesser am Innendurchmesser des Ge häuse-Oberteils geführt wird, wodurch sich Montage- Kosten reduzieren lassen. Zudem können Montagefehler reduziert werden, beispielsweise durch nicht opti mal zueinander ausgerichteten Gehäuseteilen, wodurch sich die Ausfallwahr scheinlichkeit des Seitenkanalverdichters reduzieren lässt.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung verläuft der Aufnah meflansch scheibenförmig umlaufend um die Drehachse, wobei der Aufnah meflansch an seinem Innendurchmesser einen um die Drehachse umlaufenden ersten zylindrischen Ansatz aufweist, wobei der erste zylindrische Ansatz einen zur Drehachse hin verlaufenden ersten Kragen aufweist. Auf diese Weise kann eine Aufnahme eines Radiallagers im zumindest teilweise aus dem metallischen Werkstoff bestehenden Teil des Gehäuses, insbesondere dem Gehäuse-Ober teil, gewährleistet werden, wodurch eine hohe Lebensdauer mittels des ersten zylindrischen Ansatzes, der insbesondere als ein Lageraufnahme-Bund ausge führt sein kann, für das Gehäuse und das Radiallager erzielt werden kann. Somit kann die Lebensdauer des Seitenkanalverdichters erhöht und die Ausfallwahr scheinlichkeit des Seitenkanalverdichters, insbesondere aufgrund eines Lager schadens und/oder eines Verschleißes der gehäuseseitigen Lageraufnahmeflä che, verringert werden. Des Weiteren kann mittels des ersten Kragens eine zu mindest teilweise Fixierung des Radiallager, insbesondere an einem Lagerau ßenring, axial zur Drehachse erzielt werden.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Weiterbildung wird das Gehäuse-Oberteil und das Gehäuse-Unterteil mittels mindestens zwei Verschraubungs-Baugrup pen miteinander fixiert, wobei die Bauteile nur axial zur Drehachse miteinander fixiert werden. Zudem befindet sich ein Luftspalt zwischen einer ersten Fläche des ersten Grundkörpers und einer zweiten Fläche des zweiten Grundkörpers, wobei der Luftspalt radial und umlaufend zur Drehachse verläuft. Des Weiteren weist die Verschraubungs-Baugruppe zusätzlich ein Federelement auf, wobei sich das Federelement in Richtung der Drehachse jeweils an einem Schrauben kopf einer Steckschraube der Verschraubungs-Baugruppe und dem Gehäuse, insbesondere dem Gehäuse-Oberteil abstützt und mittels einer Federkraft in Richtung der Drehachse auf die Bauteile wirkt. Weiterhin weist das Gehäuse das Gehäuse-Oberteil und das Gehäuse-Unterteil auf, wobei das Gehäuse-Oberteil und das Gehäuse-Unterteil mittels mindestens eines klammerartigen Elements miteinander fixiert werden, wobei insbesondere die Gehäuse axial zur Drehachse miteinander fixiert werden. Auf diese Weise kann mittels der nur axial zur Dreh achse verlaufenden Fixierung die Bauteile erster Grundkörper und/oder zweiter Grundkörper und/oder Aufnahmeflansch und/oder Abdeckplatte und/oder Ver dichterrad zumindest bei der Montage radial zur Drehachse zueinander optimal ausrichten, wodurch sich eine stabile Verbindung der Bauteile des Seitenkanal verdichters erzielen lässt, wobei dieser Montageverbund eine hohe Lebensdauer aufweist. Mittels des Luftspalts, der radial umlaufend um die Drehachse verläuft, können das Gehäuse-Oberteil und das Gehäuse-Unterteil auf Block montiert werden, so dass Abweichungen der Fertigungstoleranzen der Oberflächen aus geglichen werden können. Die Steckschrauben und/oder die klammerartigen Ele mente werden dabei unabhängig von Fertigungstoleranzen immer auf Zug bean sprucht und nicht auf Scherung, da die Gehäuse-Teile im Bereich des Luftspalts nicht miteinander in Anlage kommen. Weiterhin kann der Vorteil erzielt werden, dass mittels der Kraftrichtung des Federelements die beiden Gehäuse-Teile anei- nandergedrückt werden, insbesondere zumindest nahezu in Richtung der Dreh achse, wobei sich beispielsweise eine jeweilige kantenartige Überhöhung an ei ner jeweiligen Gehäusefläche abstützt. Dies bietet den Vorteil, dass eine höhere Lebensdauer des Seitenkanalverdichters erzielt werden kann.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung befindet sich mindestens ein O-Ring jeweils zwischen dem Grundkörper und dem Aufnahmeflansch und/oder zwi schen dem zweiten Grundkörper und der Abdeckplatte, wobei dieser O-Ring der art nierenförmig ausgeführt ist, dass dieser den Bereich des jeweiligen Seitenka nals kapselt. Dies bietet den Vorteil, dass eine verbesserte Kapselung des jewei ligen Seitenkanals und/oder des Verdichterraums herbeigeführt wird, wodurch sich der Wirkungsgrad des gesamten Seitenkanalverdichters verbessern lässt.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung weisen das Material des Verdichterrads und/oder des Aufnahmeflanschs und/oder der Abdeckplatte einen zumindest an nähernd gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten auf. Zudem kann es sich bei dem metallische Werkstoff um Aluminium und/oder Stahl und/oder eine metalli sche Legierung handeln. Auf diese Weise lässt sich der Vorteil erzielen, dass sich auch das mindestens eine funktionsrelevante Spaltmaße nicht ändert oder zumindest nur geringfügig ändert, so dass es insbesondere nicht zu einer derarti gen Erweiterung des mindestens einen funktionsrelevanten Spaltmaßes kommt, dass eine pneumatische Kapselung und/oder Trennung der Seitenkanäle aufge hoben wird, insbesondere bei Durchlaufen eines breiten Temperaturbereichs zwi schen -40°C und 100°C. Somit lässt sich die Zuverlässigkeit und/oder der Wir kungsgrad des Seitenkanalverdichters erhöhen oder zumindest beibehalten, auch beim Durchlaufen eines weiten Temperaturbereichs.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Weiterbildung werden der erste Grundkör per und/oder der zweite Grundkörper mittels eines Gießverfahrens hergestellt, insbesondere mittels eines Spritzgußverfahrens für Kunststoffe. Auf diese Weise kann die Anzahl der verwendeten Bauteile für den Seitenkanalverdichter redu ziert werden und somit können die Montagekosten und/oder die Bauteilkosten und/oder die Gesamtkosten des Seitenkanalverdichters reduziert werden. Zudem kann die Lebensdauer des Seitenkanalverdichters erhöht werden, da die Lauf radschalen direkt an den Aufnahmeflansch und/oder die Abdeckplatte angegos sen werden können. 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.

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 und eines erfindungsgemäßen Gehäuses gemäß ei nem ersten Ausführungsbeispiel,

Figur 2 einen in Figur 1 mit III bezeichneten Ausschnitt eines Aufnahmeflan sches und einer Abdeckplatte des Seitenkanalverdichters,

Figur 3 einen in Figur 1 mit A-A bezeichnete Schnitt eines Verdichterraums des Seitenkanalverdichters,

Figur 4 eine Seitenansicht eines jeweiligen ersten und/oder zweiten schei benförmigen Elements,

Figur 5 eine schematische Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Seiten kanalverdichters und eines erfindungsgemäßen Gehäuses gemäß ei nem zweiten Ausführungsbeispiel,

Figur 6 einen in Figur 5 mit IV bezeichneten Ausschnitt des Seitenkanalver dichters,

Figur 7 eine schematische und vergrößerte Schnittansicht eines erfindungs gemäßen Seitenkanalverdichters und eines erfindungsgemäßen Ge häuses gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel. Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Die Darstellung gemäß Fig. 1 zeigt eine schematische Schnittansicht eines erfin dungsgemäßen Seitenkanalverdichters 1 und eines erfindungsgemäßen Gehäu ses 3 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel.

Dabei weist der Seitenkanalverdichter 1 einen in dem Gehäuse 3 befindlichen Verdichterraum 30 auf, der wiederum mindestens einen umlaufenden Seitenka nal 19, 21 aufweist. Des Weiteren befindet sich ein Verdichterrad 2 in dem Ge häuse 3, das drehbar um eine horizontal verlaufende Drehachse 4 angeordnet ist und an seinem Umfang im Bereich des Verdichterraums 30 angeordnete Förder zellen 5 aufweist, und mit jeweils einer am Gehäuse 3 ausgebildeten Gas- Ein lassöffnung 14 und einer Gas-Auslassöffnung 16, die über den Verdichterraum 30, insbesondere den mindestens einen Seitenkanal 19, 21, fluidisch miteinander verbunden sind. Dabei verläuft eine Vielzahl an Förderzellen 5 umlaufend um die Drehachse 4 in dem umlaufenden Verdichterraum 30 des Gehäuses 3 im Ver dichterrad 2. Das Gehäuse 3 ist dabei mehrteilig ausgebildet und weist ein Ge häuse-Oberteil 7 und ein Gehäuse-Unterteil 8 auf, wobei diese jeweils zumindest teilweise einen metallischen Werkstoff und einen Kunststoff aufweisen. Zudem dient ein Antrieb 6, insbesondere ein elektrischer Antrieb 6, als Drehantrieb 6 des Verdichterrads 2. Das Verdichterrad 2 ist drehfest auf einer Antriebswelle 9 ange ordnet und ist insbesondere mittels eines Pressverbands mit der Antriebswelle 9 verbunden. Das Verdichterrad 2 weist eine innere Verdichterrad-Nabe auf, wobei die Verdichterrad-Nabe eine Ausnehmung aufweist, durch die die Antriebswelle 9 gesteckt ist. Die Seitenkanäle 19, 21 verlaufen derart im Gehäuse 3 in Richtung der Drehachse 4, dass diese axial zur Förderzelle 5 beidseitig verlaufen. Die Sei tenkanäle 19, 21 können dabei zumindest in einem Teilbereich des Gehäuses 3 umlaufend um die Drehachse 4 verlaufen, wobei in dem Teilbereich, in dem die Seitenkanäle 19, 21 im Gehäuse 3 nicht ausgebildet ist, ein Unterbrecher-Be reich 15 im Gehäuse 3 ausgebildet ist.

Des Weiteren ist die Antriebswelle 9 mit einem Ende axial zur Drehachse 4 zu mindest kardanisch mit dem Antrieb 6 verbunden. Dabei befindet sich mindes tens ein Lager 27, insbesondere ein Radiallager 27, am Außendurchmesser der Antriebswelle 9 axial im Bereich zwischen dem Antrieb 6 und dem Verdichterrad 2. Zudem ist eine Tellerfeder 46 gezeigt, die sich zum einen am Lager 27, insbe sondere an einem Lagerinnenring, abstützt und zum anderen an dem Naben- Fuß des Verdichterrads 2. Auf diese Weise lässt sich das Verdichterrad 2 axial zur Drehachse 4 im Gehäuse 3 positionieren, wobei sich insbesondere mittels der Tellerfeder 46 eine Vorspannung mindestens eines Lagers 27, 47 erzielen lässt. Vom Antrieb 6 wird ein Drehmoment auf das Verdichterrad 2 übertragen, wobei das Verdichterrad 2 in Rotationsbewegung versetzt und die wenigstens eine För derzelle 5 in einer Rotationsbewegung umlaufend um die Drehachse 4 durch den Verdichterraum 30 im Gehäuse 3 versetzt wird. Dabei wird ein schon im Verdich terraum 30 befindliches gasförmiges Medium durch die Förderzelle 5 mitbewegt und dabei gefördert und/oder verdichtet. Zudem findet eine Bewegung des gas förmigen Mediums, insbesondere ein Strömungsaustausch, zwischen der Förder zelle 5 und dem mindestens einen Seitenkanal 19, 21 statt.

In Fig. 1 ist darüber hinaus gezeigt, dass der Antrieb 6 einen axial zur Drehachse 4 verlaufenden Rotor 17 aufweist, wobei der Rotor 17 kraftschlüssig und/oder formschlüssig mit der Antriebswelle 9 verbunden ist, insbesondere mittels eines Pressverbands. Eine Kapselung des Rotors 17 gegen Umwelteinflüsse und/oder gegen Feuchtigkeit und Verschmutzung von außen wird durch den Einsatz eines Rotorgehäuses 41 erzielt. Zudem weist der Antrieb 6 einen um die Drehachse 4 umlaufenden Stator 11 auf, wobei sich der Stator 11 außerhalb umlaufend um den Rotor 17 befindet und/oder sich der Rotor 17 innerhalb des Innendurchmes sers des Stators 11 befindet. Durch eine Bestromung des Stators 11 kann der Rotor 17 angetrieben werden und insbesondere in eine Rotationsbewegung ver setzt werden. Eine Kapselung des Stators 11 gegen Umwelteinflüsse und/oder gegen Feuchtigkeit und Verschmutzung von außen wird durch den Einsatz eines Statorgehäuses 39 erzielt.

Zudem ist in Fig. 1 gezeigt, dass der Seitenkanalverdichter 1 über die Gas-Ein lassöffnung 14 und/oder die Gas-Auslassöffnung 16 an ein Brennstoffzellensys tem 31 zumindest mittelbar fluidisch angeschlossen ist. Zudem weist das Ge häuse-Oberteil 7 einen ersten Grundkörper 65 und/oder einen Aufnahmeflansch 10 und/oder ein erstes scheibenförmiges Element 22 auf. Das Gehäuse-Unterteil 8 weist einen zweiten Grundkörper 66 und/oder eine Abdeckplatte 13 und/oder ein zweites scheibenförmiges Element 24 auf. Dabei ist der jeweilige Grundkör- per 65, 66 zumindest teilweise aus Kunststoff hergestellt und der Aufnah meflansch 10 und/oder die Abdeckplatte 13 sind zumindest teilweise aus einem metallischen Werkstoff hergestellt. Bei dem metallischen Werkstoff kann es sich dabei beispielsweise um Aluminium und/oder Stahl und/oder eine metallische Le gierung handeln. Der Aufnahme- Flansch 10 und die Abdeckplatte 13 befinden sich dabei jeweils zumindest nahezu vollständig zwischen dem jeweiligen Grund körper 65, 66 und dem Verdichterrad 2, insbesondere im Bereich des Verdichter raums 30, wobei dieser insbesondere durch den Aufnahme- Flansch 10 und die Abdeckplatte 13 gekapselt wird. Zur Einstellung beispielsweise der Lagervor spannung dient neben der Tellerfeder 46 zudem eine erste Einstellscheibe 29, die sich zwischen dem Verdichterrad 2 und einem Axiallager 47 befindet und/o der eine zweite Einstellscheibe 33 zwischen dem Aufnahmeflansch 10 und der Abdeckplatte 13 befindet, wobei sich mittels der jeweiligen Einstellscheibe 29, 33 der jeweilige axiale Abstand zwischen dem Verdichterrad 2 und dem Aufnah meflansch 10 und/oder zwischen dem Verdichterrad 2 und der Abdeckplatte 13 einstellen lässt. Das Rotorgehäuse 41 und/oder das Statorgehäuse 39 können dabei am Gehäuse 3 des Seitenkanalverdichters 1 fixiert sein, insbesondere an das Gehäuse angeschraubt sein. Ein Verdrehen um die Drehachse 4 des jeweili gen scheibenförmige Element 22, 24 und/oder der Aufnahmeflansch 10 und/oder die Abdeckplatte 13 im ersten und/oder zweiten Grundkörper 65, 66 kann somit vermieden werden.

Des Weiteren verläuft der Aufnahmeflansch 10 scheibenförmig umlaufend um die Drehachse 4, wobei der Aufnahmeflansch 10 an seinem Innendurchmesser ei nen um die Drehachse 4 umlaufenden ersten zylindrischen Ansatz 12 aufweist, wobei der erste zylindrische Ansatz 12 einen zur Drehachse 4 hin verlaufenden ersten Kragen 28 aufweist, wobei der erste Kragen 28 scheibenförmig umlaufend um die Drehachse 4 verläuft. Dabei nimmt der erste zylindrische Ansatz 12, der insbesondere als Lageraufnahme-Bund 12 ausgebildet ist, ein Radiallager 27 auf, wobei das Radiallager 27 mit seinem der Drehachse 4 abgewandten Außen durchmesser mit einer Innenbohrung 18 des ersten zylindrischen Ansatzes 12 in Kontakt steht. Dabei kann mittels des ersten Kragens 28 eine zumindest teil weise Fixierung des Radiallager 27, insbesondere am Lageraußenring, axial zur Drehachse 4 erzielt werden. Des Weiteren ist in Fig. 1 gezeigt, dass das Gehäuse-Oberteil 7 und das Ge häuse-Unterteil 8 mittels mindestens zwei Verschraubungs-Baugruppen 53 mitei nander fixiert werden, wobei die Gehäusehälften 7, 8 nur axial zur Drehachse 4 miteinander fixiert werden. Die mindestens zwei Verschraubungs-Baugruppen 53 können dabei in einer beispielhaften Ausführungsform eine Steckschraube 49 mit einem Schraubenkopf 51 aufweisen. Zur Fixierung wird dabei die Steckschraube

49 zumindest nahezu in Richtung der Drehachse 4 durch eine erste Bohrung 42 des Gehäuse-Oberteils 7 und/oder eine zweite Bohrung 50 des Gehäuse-Unter teils 8 gesteckt, um entweder mittels eines im Gehäuses ausgebildeten Gewin des oder einer Mutter 68 verschraubt zu werden und so die beiden Gehäusehälf ten 7, 8 miteinander axial zur Drehachse 4 zu fixieren. Die beiden Bohrung 42,

50 verlaufen dabei jeweils zumindest nahezu parallel zur Drehachse 4, bilden da bei eine Spielpassung zur Steckschraube 49 aus, wobei sich die Gehäusehälften 7,8 zumindest bei der Montage radial zur Drehachse 4 jeweils zueinander aus- richten können. Das Gehäuse-Oberteils 7 wird dabei mit einer zumindest annä hernd radial zur Drehachse 4 verlaufenden ersten Fläche 44 gegen eine zumin dest annähernd radial zur Drehachse 4 verlaufenden zweiten Fläche 52 des Ge häuse-Unterteils 8 gedrückt mittels der Verschraubungs-Baugruppe 53. Dabei kann das Gehäuse 3 umlaufend um die Drehachse 4 mindestens zwei dieser Verschraubungs-Baugruppen 53 und/oder Bohrungen 42, 50 aufweisen. Zwi schen den Gehäusehälften 7,8 befindet sich zudem ein Dichtelement 48.

Fig. 2 zeigt einen in Figur 1 mit III bezeichneten Ausschnitt des Aufnahmeflan sches 10 und der Abdeckplatte 13 des Seitenkanalverdichters 1. Dabei ist ge zeigt, dass der Aufnahmeflansch 10 an seinem Außendurchmesser einen um die Drehachse 4 umlaufenden zweiten zylindrischen Ansatz 67 aufweist, der einen parallel zur Drehachse 4 verlaufenden zweiten Kragen 26 aufweist. Dabei befin det sich die eine erste Frontfläche der zweiten Einstellscheibe 33 axial zu Dreh achse 4 in Anlage am zweiten zylindrischen Ansatz 67, insbesondere im Bereich eines Absatzes der den Übergang vom zylindrischen Ansatz 67 zum zweiten Kragen 26 darstellt. Zudem befindet sich eine gegenüberliegende zur ersten Frontfläche liegende zweite Frontfläche der zweiten Einstellscheibe 33 in Anlage an der Abdeckplatte 13. Der zweite Kragen 26 begrenzt und/oder zentriert und/o der führt dabei die zweite Einstellscheibe 33, insbesondere bei der Montage, im Bereich ihres Außendurchmessers. Fig. 3 zeigt einen in Fig. 1 mit A-A bezeichnete Schnitt des Verdichterraums 30 des Seitenkanalverdichters 1. Dabei bildet das Gehäuse-Oberteil 7 eine erste Spaltfläche 32 aus, die jeweils dem Verdichterrad 2 zugewandt ist und radial zur Drehachse 4 verläuft. Das Gehäuse-Unterteil 8 bildet hingegen eine zweite Spalt fläche 54 aus, die jeweils dem Verdichterrad 2 zugewandt ist und radial zur Dreh achse 4 verläuft. Die beiden Spaltflächen 32, 54 sind sich dabei zugewandt. Im Bereich der ersten Spaltfläche 32 bildet sich dabei jeweils ein erstes funktionsre levantes Spaltmaß 36 zwischen dem Gehäuse-Oberteil 7 und dem Verdichterrad 2 aus. Im Bereich der zweiten Spaltfläche 54 bildet sich dabei jeweils ein zweites funktionsrelevantes Spaltmaß 38 zwischen dem Gehäuse-Unterteil 8 und dem Verdichterrad 2 aus. Das Gehäuse-Oberteil 7 weist dabei den ersten Grundkör per 65 und den Aufnahmeflansch 10 auf, wobei sich der Aufnahmeflansch 10 zu mindest nahezu vollständig zwischen dem ersten Grundkörper 65 und dem Ver dichterrad 2 befindet, insbesondere im Bereich des ersten funktionsrelevanten Spaltmaßes 36. Das Gehäuse-Unterteil 8 weist dabei den zweiten Grundkörper 66 und die Abdeckplatte 13 auf, wobei sich die Abdeckplatte 13 zumindest na hezu vollständig zwischen dem zweiten Grundkörper 66 und dem Verdichterrad 2 befindet, insbesondere im Bereich des zweiten funktionsrelevanten Spaltmaßes 38. Dabei wird das Verdichterrad 2 zumindest nahezu vollständig vom Aufnah meflansch 10 und der Abdeckplatte 13 umschlossen.

Weiterhin ist in Fig. 3 gezeigt, dass sich ein erster Ausgleichsspalt 43 zwischen dem ersten Grundkörper 65 und dem Aufnahmeflansch 10 befindet und/oder sich ein zweiter Ausgleichsspalt 61 zwischen dem zweiten Grundkörper 66 und der Abdeckplatte 13 befindet. Dabei wird der jeweilige Ausgleichsspalt 43, 61 durch das jeweilige scheibenförmige Element 22, 24 zumindest nahezu vollständig aus gefüllt. Weiterhin ist gezeigt, dass das erste scheibenförmige Element 22 axial zur Drehachse 4 zwischen einer ersten Stirnfläche 23 des ersten Grundkörpers 65 und einer ersten Anlagefläche 34 des Aufnahmeflansches 10 fixiert ist. Das zweite scheibenförmige Element 24 ist axial zur Drehachse 4 zwischen einer zweiten Stirnfläche 25 des zweiten Grundkörpers 66 und einer zweiten Anlageflä che 56 der Abdeckplatte 13 fixiert. Dabei ist das jeweilige Element 22, 24 zumin dest teilweise aus einem elastischen Werkstoff hergestellt und somit zumindest teilweise zusammenpressbar. Das Material des Verdichterrads 2 und/oder des Aufnahmeflanschs 10 und/oder der Abdeckplatte 13 haben dabei einen zumin dest annähernd gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten. Weiterhin können der erste Grundkörper 65 und/oder der zweite Grundkörper 66 mittels eines Gießverfahrens hergestellt werden, insbesondere mittels eines Spritzgußverfah rens und/oder eines Kunststoff-Spritzgußverfahrens.

In Fig. 4 ist das jeweilige scheibenförmige Element 22, 24 in einer Seitenansicht gezeigt. Dabei weist das Element 22, 24 jeweils eine ringförmig um die Dreh achse 4 umlaufende innere Kontur 60 und eine äußere Kontur 62 auf, wobei die äußere Kontur 62 einen größeren Durchmesser gegenüber der inneren Kontur 60 aufweist. Zwischen der inneren Kontur 60 und der äußeren Kontur 62 weist das jeweilige Element 22, 24 jeweils eine Verbindungs-Kontur 45 aus, die sich im Unterbrecher-Bereich 15 zwischen dem Verdichterrad 2 und dem Gehäuse 3 be findet, wobei die Verbindungs-Kontur 45 die innere Kontur 60 mit der äußeren Kontur 62 verbindet, so dass insbesondere das jeweilige Element 22, 24 einteilig ausgeführt sein kann. Das jeweilige scheibenförmige Element 22, 24 weist dabei im Bereich der inneren Kontur 60 mindestens die wenigstens eine Fixierbohrung 20a, b auf, mittels derer und mittels des jeweiligen Zapfens 70 eine Verdrehung des Elements 22, 25 um die Drehachse 4 im jeweiligen Grundkörper 65, 66 ver hindert werden kann. Zwischen der inneren Kontur 60 und der äußeren Kontur 62 bildet das wenigstens eine scheibenförmige Element 22, 24 jeweils eine Ver bindungs-Kontur 45 aus, die sich im Unterbrecher-Bereich 15 zwischen dem Ver dichterrad 2 und dem Gehäuse 3 befindet, wobei die Verbindungs- Kontur 45 die innere Kontur 60 mit der äußeren Kontur 62 verbindet, so dass insbesondere das mindestens eine scheibenförmige Element 22, 24 einteilig ausgeführt ist. Das je weilige scheibenförmige Element 22, 24 und/oder der Aufnahmeflansch 10 und/oder die Abdeckplatte 13 bildet im Überlappungsbereich mit dem jeweiligen Seitenkanal 19, 21 des Gehäuses 3 eine Aussparung 63 auf, um eine Ausbildung einer jeweiligen Zirkulationsströmung zwischen der Förderzelle 28 des Verdich- terrads 2 und dem jeweiligen Seitenkanals 19, 21 des Gehäuses 3 zu ermögli chen. Das gasförmige Medium kann somit axial zur Drehachse 4 durch die Aus sparung 63 des jeweiligen scheibenförmigen Elements 22, 24 und/oder der Auf nahmeflansch 10 und/oder die Abdeckplatte 13 strömen. Zudem ist in Fig. 4 ge zeigt, dass die jeweilige Verbindungs-Kontur 45 des jeweiligen scheibenförmigen Elements 22, 24 den jeweiligen Unterbrecher-Bereich 15 im Gehäuse 3 im mon tierten Zustand überdeckt. Fig. 5 zeigt eine schematische Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Seiten kanalverdichters 1 und eines erfindungsgemäßen Gehäuses 3 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. In diesem Ausführungsbeispiel befindet sich dabei ein Luftspalt 55 zwischen der ersten Fläche 44 des ersten Grundkörpers 65 und der zweiten Fläche 52 des zweiten Grundkörpers 66, wobei der Luftspalt 55 ra dial und umlaufend zur Drehachse 4 verläuft. Dabei weist die Verschraubungs- Baugruppe 53 zusätzlich ein Federelement 35 auf, wobei sich das Federelement 35 in Richtung der Drehachse 4 jeweils an dem Schraubenkopf 51 der Steck schraube 49, der Verschraubungs-Baugruppe 53 und dem Gehäuse 3, insbeson dere dem Gehäuse-Oberteil 7 abstützt und mittels einer Federkraft in Richtung der Drehachse 4 auf die Bauteile wirkt. Dabei bildet entweder der Aufnah meflansch 10 eine erste kantenartige Überhöhung 40 aus und/oder die Abdeck platte 13 bildet eine zweite kantenartige Überhöhung 58 aus. Die jeweilige Über höhung 40, 58 verläuft dabei zumindest nahezu in Richtung der Drehachse 4 und steht mit der jeweiligen Stirnfläche 23, 25 in Anlage. Zudem wird die jeweilige Überhöhung 40, 58 dabei in einer beispielshaften Ausführungsform am jeweiligen Grundkörper 65, 66 ausgebildet. Auf diese Weise bildet sich der erste Aus gleichsspalt 43 zwischen dem ersten Grundkörper 65 und dem Aufnahmeflansch 10 aus und/oder es bildet sich der zweite Ausgleichsspalt 61 zwischen der Ab deckplatte 13 und dem zweiten Grundkörper 66 aus.

Fig. 6 zeigt einen in Figur 5 mit IV bezeichneten Ausschnitt des Seitenkanalver dichters 1, insbesondere beispielshaft den Bereich des zweiten Ausgleichsspalts 61. Dabei ist gezeigt, dass sich beispielsweise der O-Ring 37 in Richtung der Drehachse 4 in jeweils in Anlage mit der zweiten Stirnfläche 25 des zweiten Grundkörpers 66 und der zweiten Anlagefläche 56 der Abdeckplatte 13 befindet. Durch die zweite kantenartige Überhöhung 58 kann sich der zweite Ausgleichs spalt 61 ausbilden. Eine Kapselung des jeweiligen Seitenkanals 19, 21 lässt sich jedoch auch durch die jeweilige kantenartige Überhöhung 40, 58 erzielen.

Fig. 7 zeigt eine schematische und vergrößerte Schnittansicht eines erfindungs gemäßen Seitenkanalverdichters und eines erfindungsgemäßen Gehäuses ge mäß einem dritten Ausführungsbeispiel. Dabei sind das Gehäuse-Oberteil 7 und das Gehäuse-Unterteil 8 mittels mindestens eines klammerartigen Elements 57 miteinander fixiert, wobei insbesondere die Gehäuse 7, 8 axial zur Drehachse 4 miteinander fixiert werden. Das klammerartige Element 57 kann dabei mindes tens zwei biegeelastische Schenkel 59a, b ausbilden, die ringförmig umlaufend um die Drehachse 4 verlaufen und die jeweils den ersten Grundkörper 65 und den zweiten Grundkörper 66 in Richtung der Drehachse 4 gegeneinanderdrü- cken und somit fixieren und/oder zumindest in Anlage halten.