Titel

Seitenkanalverdichter für ein Brennstoffzellensystem zur Förderung und/oder

Verdichtung eines Gases

Stand der Technik

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Seitenkanalverdichter für ein Brennstoff zellensystem zum Förderung und/oder Verdichtung eines Gases, insbesondere Wasserstoff, das insbesondere zur Anwendung in Fahrzeugen mit einem Brenn stoffzellenantrieb 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 2007046014 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 102007046014 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.

Der aus der DE 102007 046014 Al bekannte Seitenkanalverdichter kann ge wisse Nachteile aufweisen.

Der Antrieb ist in diesem Fall mittels einer Welle direkt mit dem Verdichterrad verbunden. Dabei kann es bei Drehmomentschwankungen im Bereich des An triebs und/oder axial zur Drehachse verlaufenden Kräften aus dem Antrieb zu ei ner direkten Übertragung auf das Verdichterrad kommen. Auf diese Weise kann das Verdichterrad, insbesondere aufgrund einer Kollision mit dem Gehäuse und/oder mindestens ein Lager des Verdichterrrads beschädigt werden. Des Weiteren kann durch die direkte Verbindung des Verdichterrads mittels einer Welle, insbesondere einer Antriebswelle, mit dem Antrieb der Nachteil auftreten, dass Stoßbelastungen in Form von axialen und/oder radialen Kräften oder Stoß belastungen aus dem Betrieb des Seitenkanalverdichters im Bereich des Ver dichterraums direkt vom Verdichterrad über die Antriebswelle auf den Antrieb übertragen werden, wodurch der Antrieb beschädigt werden kann, insbesondere die elektrischen Bauteile und oder eventuell vorhandener Kupferwicklungen.

Des Weiteren weißt der aus der DE 102007046014 Al bekannte Seitenkanal verdichter den Nachteil auf, dass aufgrund der durchgehenden Antriebswelle, insbesondere vom Bereich des Antriebs in den Bereich des Gehäuses und/oder des Verdichterrads, in Richtung der Drehachse eine Kapselung des Verdichter raums und/oder des gasführenden Bereichs von den elektrischen Bauteilen, ins besondere der elektrischen Bauteile des Antriebs, nicht vollständig und nachhal tig gewährleistet werden kann. Mittels der in der DE 10 2007 046 014 Al be schriebene Labyrinth-Dichtung kann es zu Leckagen kommen aufgrund des vor handenen Spaltmaßes insbesondere bei einer Relativbewegung des Laufrads in Richtung der Drehachse. Weiterhin kann die Labyrinth-Dichtung bei Axialbewe gungen und/oder Radialbewegung des Laufrades und/oder der Antriebswelle be schädigt werden wodurch es zu einer Leckage und oder zu einem Ausfall des ge samten Seitenkanalverdichters kommt.

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, der eine Magnetkupplung, insbesondere eine integrierte Magnetkupplung, auf weist, wobei mittels der Magnetkupplung ein Drehmoment, insbesondere indirekt, von einem Antrieb auf ein Verdichterrad übertragbar ist. Auf diese Weise lässt sich erreichen, dass das Verdichterrad und der Antrieb nicht mehr direkt mecha nisch verbunden sind, wodurch eine Übertragung von Kräften aus dem Antrieb auf das Verdichterrad verhindert wird. Bei diesen schädigenden Kräften kann es sich um Drehmomentschwankungen und/oder resultierenden axial zu einer Dreh achse verlaufenden Kräften handeln, die insbesondere bei einem schnellen An fahren des Antriebs aus dem Stand oder Abbremsen des Antriebs resultieren können. Somit kann auf diese Weise eine Schädigung des Verdichterrad und/o der eines Gehäuses und/oder des gesamten Seitenkanalverdichters verhindert werden. Des Weiteren kann mittels der Magnetkupplung verhindert werden, dass axialen Kräfte und/oder radialen Kräfte und/oder Stoßbelastungen und/oder Drehmomentspitzen aus dem Betrieb des Seitenkanalverdichters im Bereich des Verdichterraums direkt vom Verdichterrad über eine Antriebswelle auf den An trieb übertragen werden, wodurch der Antrieb beschädigt werden kann, insbe- sondere die elektrischen Bauteile und oder eventuell vorhandener Kupferwicklun gen. Des Weiteren lässt sich durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Seitenkanalverdichters gemäß Anspruch 1 der Vorteil erzielen, dass aufgrund der Magnetkupplung ein sanfteres Anfahren des Verdichterrads, insbesondere bei einem Kaltstart, und/oder Abbremsen des Verdichterrads im Betrieb erzielt werden kann, da die Magnetkupplung Drehmomentspitzen, die vom Antrieb kom men, ausgleichen kann.

Die Unteransprüche betreffen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Magnetkupplung des Seiten kanalverdichters zumindest die Bauteile erster Ringmagnet und/oder zweiter Ringmagnet auf, wobei insbesondere der erste Ringmagnet stoffschlüssig, form schlüssig oder kraftschlüssig mit einer Nabe in Verbindung steht und der zweite Ringmagnet als eine Magnetkupplungshälfte ausgeführt ist. Auf diese Weise kann der Vorteil erzielt werden, dass die Magnetkupplung eine geringe Komplexi tät aufweist, somit wenige Bauteile benötigt werden und somit die Gesamtkosten der Magnetkupplung geringgehalten werden können. Auch ist keine Bestromung der Magnetkupplung notwendig, so dass zum einen Energie, insbesondere elekt rische Energie eingespart werden kann. Zum anderen funktioniert die Magnet kupplung auch im Falle eines Stromausfalls, wodurch die Ausfallwahrscheinlich keit des Seitenkanalverdichters reduziert werden kann. Auch benötigt es keinen direkten Kontakt von Reibpartner und/oder Kontaktpartner, wodurch der Vorteil eines zumindest nahezu verschleißfreien Betriebs der Kupplung erzielt werden kann. Dies führt zu einer höheren Zuverlässigkeit des Brennstoffzellensystems und/oder des Fahrzeugs.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des Seitenkanalverdichters verlaufen der erste Ringmagnet und/oder der zweite Ringmagnet scheibenförmig umlaufend um die Drehachse, wobei der erste Ringmagnet in Richtung der Dreh achse neben dem zweiten Ringmagnet angeordnet ist. Auf diese Weise kann die Magnetkupplung als eine in Richtung der Drehachse schmale Komponente um gesetzt 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 Komponenten des Seitenkanalverdichters, insbesondere das Gehäuse und das Verdichterrad, sind auch axial zur Drehachse schmal ausgebildet. Somit benötigen das Ge häuse und das Verdichterrad aufgrund seines Durchmessers zwar viel Bauraum radial zur Drehachse, jedoch wird axial zur Drehachse wenig Bauraum benötigt.

Bei einer Kombination der Kupplung mit den weiteren Komponenten des Seiten kanalverdichters, insbesondere dem Gehäuse und dem Verdichterrad, werden somit Komponenten mit gleichartige Bauraumausprägungen kombiniert, wodurch sich einen kompakte und platzsparende Bauweise des gesamten Seitenkanalver dichters erzielen lässt. Dabei ist die kompakte und platzsparende Bauweise des Seitenkanalverdichters durch eine möglichst geringe Oberfläche im Verhältnis zum Volumen realisiert. Dies bietet den Vorteil, dass nur ein geringer Einbau raum beim Kunden benötigt wird, beispielsweise in einem Fahrzeug. Des Weite ren bietet die kompakte Bauweise des Seitenkanalverdichters, insbesondere mit einer möglichst geringen Oberfläche im Verhältnis zum Volumen, den Vorteil, dass ein Auskühlen des Seitenkanalverdichters bei niedrigen Umgebungstempe raturen, insbesondere im Bereich unterhalb 0°C, langsamer erfolgt und somit das Auftreten von Eisbrückenbildung länger verzögert werden kann.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung sind der erste Ringmagnet und/oder der zweite Ringmagnet konzentrisch drehbar um die Drehachse ange ordnet, wobei sich zumindest ein scheibenförmig um die Drehachse umlaufender Luftspalt zwischen dem ersten Ringmagnet und dem zweiten Ringmagnet befin det. Auf diese Weise kann der Vorteil erzielt werden, dass mittels der Anordnung des scheibenförmig um die Drehachse umlaufender Luftspalt zwischen dem ers ten Ringmagnet und dem zweite Ringmagnet eine kompakte Bauweise der Mag netkupplung und/oder des Seitenkanalverdichters erzielt werden kann. Darüber hinaus bietet diese Anordnung des Luftspalts, des ersten Ringmagnets und/oder des zweiten Ringmagnets den Vorteil einer schnellen Montage und Demontage der Magnetkupplung und des Seitenkanalverdichters in Richtung der Drehachse, wodurch die Montagekosten reduziert werden können und wodurch auftretende Wartungskosten reduziert werden können.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Seitenkanalverdichters weist der Antrieb mindestens einen Rotor und/oder einen Stator, insbesondere mit mindes tens einer Kupferwicklung, auf, wobei der Stator derart bestromt wird und/oder ein derartiges Magnetfeld ausbildet, dass eine induktive Erwärmung des Rotors und/oder eines Antriebs-Gehäuses und/oder weiter Bauteile bewirkt wird. Bei die sen Bauteile kann es sich insbesondere um den zweiten Ringmagnet handeln.

Der Rotor kann dabei mit der Antriebswelle verbunden sein, insbesondere form schlüssig und/oder stoffschlüssig und/oder kraftschlüssig. Auf diese Weise kann der Vorteil erzielt werden, dass ein Wärmeenergieübertrag vom Stator auf den Rotor und/oder das Antriebs-Gehäuse und/oder den zweiten Ringmagneten und somit das Verdichterrad erfolgt. Insbesondere im Bereich des zweiten Ringmag neten und des Verdichterrads kann auf diese Weise der Vorteil erzielt werden, dass durch die Bestromung des Stators bei einem nicht vorhandenen Drehfeld eine Erwärmung des Rotors und/oder das Antriebs-Gehäuse und/oder den zwei ten Ringmagneten einstellt, wobei hierzu insbesondere der Effekt der Induktion verwendet wird. Dabei lassen sich die vorgenannten Bauteile, der insbesondere aus einem wärmeleitfähigen Material bestehen können, erwärmen, was insbe sondere bei einer Kaltstartprozedur des Seitenkanalverdichters und/oder des Fahrzeugs vorteilhaft ist. Dabei erwärmt sich beispielsweise der zweite Ringmag net und überträgt, beispielsweise aufgrund seiner Wärmeleitfähigkeit, die Wär meenergie auf das Verdichterrad ohne dabei direkt mittelbar oder unmittelbar mit dem Stator in Verbindung zu stehen. Dabei erfolgt der Wärmeenergieübertrag in einer Flussrichtung in den Bereich zwischen dem Verdichterrad und dem Ge häuse, in dem sich Eisbrücken ausgebildet haben. Diese Eisbrücken entstehen aufgrund von einer vorhandenen Flüssigkeit, insbesondere Wasser, das sich beim Betrieb des Brennstoffzellensystems bildet und dass sich insbesondere im Bereich mit einem geringen Spaltmaß zwischen dem Verdichterrad und dem Ge häuse ansammelt. Bei einem Abschalten des Seitenkanalverdichters und/oder des Fahrzeugs, insbesondere über einen längeren Zeitraum und/oder bei niedri gen Umgebungstemperaturen unter dem Gefrierpunkt, gefriert die Flüssigkeit und es bilden sich Eisbrücken aus. Diese Eisbrücken können bei einem Anfahren und/oder Starten des Seitenkanalverdichters zur Beschädigung des Seitenkanal verdichters führen und/oder eine Rotation des Verdichterrads im Gehäuse durch ein Blockieren verhindern. Weiterhin kann bei einem Anfahren des Verdichter rads ein Losbrechen bewirkt werden, bei dem scharfkantige Eisstücke freigesetzt werden, die in Förderrichtung Bauteile hinter dem Seitenkanalverdichter und/oder einer Brennstoffzelle, insbesondere die Membran der Brennstoffzelle schädigen können. Durch das Aufheizen des Rotors wird dabei das Verdichterrad erwärmt. Dadurch schmelzen die Eisbrücken und die Flüssigkeit wechselt von einem fes ten zu einem flüssigen Aggregatzustand und kann abgeführt werden, beispiels weise mittels eines im Brennstoffzellensystem vorhandenen Purgeventil und/oder Ablassventil. Auch ein induktives Erwärmen des Antriebs-Gehäuses führt zu ei nem abschmelzen der Eisbrücken zwischen dem Verdichterrad und dem Ge häuse, da die Wärmeenergie vom Antriebs-Gehäuse auf ein Gehäuse-Oberteil und von dort auf ein Gehäuse-Unterteil übertragen werden. Auf diese Weise kann die Lebensdauer des Seitenkanalverdichters und/oder des Brennstoffzel lensystems erhöht werden. Gemäß einer besonders vorteilhaften Weiterbildung sich ein scheibenförmig um laufend um die Drehachse und/oder zumindest teilweise hülsenförmig um die Drehachse verlaufender Kunststoffdeckel, bei dem es sich insbesondere um ein topfförmiges Dichtelement handelt, axial zur Drehachse zwischen dem ersten Ringmagnet und dem zweiten Ringmagnet befindet und/oder einen der Ringmag nete auf der der Drehachse abgewandten Seite zumindest teilweise umschließt und wobei der Kunststoffdeckel eine Kapselung der elektrischen Komponenten des Seitenkanalverdichters, insbesondere des Antriebs, 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 und/oder Gase, wie beispielsweise Wasserstoff, ist, gekapselt werden kann. Dabei erfolgt die Kapselung durch den Einsatz des Kunststoffdeckels derart, dass der Kunststoffdeckel eine derartige Barriere ausbildet, so dass das bei spielsweise Wasserstoff und/oder Wasser enthaltende gasförmige Medium im Bereich des Verdichterraums und/oder einer äußeren Region und/oder einer in neren Region des Gehäuses nicht in den Bereich innerhalb des Antriebs-Gehäu ses Vordringen kann, in dem sich elektronische und/oder elektrische Bauteile des Antriebs befinden. Dabei steht der Kunststoffdeckel mit einem Großteil seiner Oberfläche mit dem Gehäuse, insbesondere dem Gehäuse-Oberteil derart in An lage, insbesondere radial zur Drehachse, dass sich eine große Kontaktfläche ausbildet, wobei sich insbesondere der Kunststoffdeckel mit einer Kraft gegen die Oberfläche des Gehäuses drückt, wodurch eine verbesserte Kapselung erzielt werden kann, da die Feuchtigkeit einen relativ langen Eindringpfad zwischen dem Kunststoffdeckel und dem Gehäuse überwinden müsste. Die Kraft, bei der es sich insbesondere um eine Dichtkraft handelt, wird derart erzielt, dass die ra dial zur Drehachse ausgebildet Oberfläche des Kunststoffdeckels einen leicht vergrößerten Außendurchmesser im Verhältnis zum Innendurchmesser des Ge häuses im Kontaktbereich ausbildet. Dabei wirkt sich vorteilhaft aus, dass das Dichtelement aus einem elastischen Material hergestellt ist, und wobei der Kunst stoffdeckel bei der Montage in dem Bereich des Gehäuses radial zur Drehachse hin zusammengedrückt wird, wobei sich der Kunststoffdeckel nach erfolgter Mon tage wieder in seine ursprüngliche Form aufgrund der Elastizität zurückbewegt und dabei mit einer Presskraft und/oder Klemmkraft gegen die Oberfläche des Gehäuses, insbesondere gegen einen Innendurchmesser des Gehäuses, drückt und/oder in Anlage kommt. Eine zusätzliche die Erfindung verbessernde Maß nahme ist der Einsatz eines weiteren Dichtelement, insbesondere eines O-Ring, der in eine außenliegende Nut des Kunststoffdeckels eingelassen ist und eine Dichtwirkung zwischen dem Gehäuse-Oberteil und dem Kunststoffdeckel erzielt. Dadurch lässt sich eine verbesserte Kapselung der elektrischen Bauteile des Sei tenkanalverdichters erzielen und somit kann die Lebensdauer erhöht werden. Weiterhin lässt sich die Ausfallwahrscheinlichkeit des Antriebs und/oder des Sei tenkanalverdichters durch eine Vorschädigung des Dichtelementes vor der Mon tage reduzieren. Des Weiteren lässt sich auf diese Weise der Vorteil erzielen, dass ein einfacher, kostengünstiger und schneller Austausch des Antriebs, vor genommen werden kann. Dabei können sich diese Komponenten komplett im gekapselten Bereich innerhalb des Antriebs-Gehäuses befinden, wobei sich diese modulare Baugruppe komplett in Richtung der Drehachse aus dem Seiten kanalverdichter demontieren und abnehmen lässt.

Gemäß einer vorteilhaften Ausbildung des Seitenkanalverdichters ist der zweite Ringmagnet neben dem Verdichterrad und/oder innerhalb des Verdichterrads an geordnet, insbesondere an einem Aufnahmeflansch des Verdichterrads, wobei der zweite Ringmagnet, zumindest indirekt über den Aufnahmeflansch, kraft schlüssig und/oder formschlüssig und/oder stoffschlüssig mit dem Verdichterrad verbunden ist. Der Aufnahmeflansch kann dabei insbesondere L-förmig gestuft verlaufen. Auf diese Weise kann der Vorteil erzielt werden, dass eine platzspa rende Anordnung des zweiten Ringmagneten im Verdichterrad erzielt werden kann, wodurch eine kompakte Auslegung des Seitenkanalverdichters ermöglicht wird, was wiederum den benötigten Bauraum des Seitenkanalverdichters im Brennstoffzellensystem und/oder im Gesamtfahrzeug reduziert. Weiterhin kann aufgrund dieser erfindungsgemäßen Ausbildung des Seitenkanalverdichters eine zuverlässige und stabile Verbindung des zweiten Ringmagneten mit dem Ver dichterrad erzielt werden, wodurch sich die Lebensdauer des Seitenkanalverdich ters und des gesamten Brennstoffzellensystem erhöhen und die Ausfallwahr scheinlichkeit reduzieren lässt.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des Seitenkanalverdichters weist das Gehäuse-Unterteil einen zylindrischen Lagerzapfen auf, wobei das Verdichterrad mittels eines ersten Lager und/oder eines zweiten Lagers, das jeweils insbeson dere als Rillenkugellager ausgeführt ist, auf dem Lagerzapfen gelagert ist.

Auf diese Weise kann der Vorteil erzielt werden, insbesondere mittels des erfin dungsgemäßen Einsatzes der Magnetkupplung, dass die durchgehende An triebswelle, auf der sich insbesondere die beiden Bauteile Rotor und Verdichter- rad befinden, zum Übertragen einer Rotationsbewegung und eines Drehmo ments vom Antrieb auf das Verdichterrad nicht mehr benötigt wird. Das Verdich terrad ist somit unabhängig von der Antriebswelle, auf der sich der Rotor befindet gelagert, so dass in der Antriebswelle und/oder im Rotor auftretende Axialkraft und/oder Radialkräfte nicht mehr in das Verdichterrad übertragen werden und so mit ein Verkippen oder Taumeln des Verdichterrads verhindert wird, während eine Rotationsbewegung des Verdichterrads nahezu uneingeschränkt möglich ist. Auf diese Weise lässt sich zum einen die Ausfallwahrscheinlichkeit des Sei tenkanalverdichters und somit des gesamten Brennstoffzellensystem reduzieren und zum anderen können die Montagkosten gesenkt werden, da nun nicht mehr ein derart komplexes Bauteil Antriebswelle inklusive Rotor und Verdichterrad montiert und ausgerichtet werden muss.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausbildung ist die Antriebswelle mittels ei nes dritten Lagers und eines vierten Lagers gelagert, wobei sich mindestens ein Lager in einem topfförmig gestuften Abschnitt des Antriebs-Gehäuses befindet und/oder sich mindestens ein Lager in einem zylindrischen Ansatz eines Deckels befindet. Auf diese Weise kann der Antrieb verschleißarm betrieben werden, wodurch sich die Lebensdauer des Antriebs und somit des Seitenkanalverdich ters erhöhen lässt. Weiterhin kann die Antriebswelle, insbesondere mit dem Ro tor, und das dritte und vierte Lager mit wenig Zeitaufwand montiert und demon tiert werden, da einzig der Deckel in Richtung der Drehachse abgezogen und/o der demontiert werden muss, um alle vorherig genannten Bauteile demontieren zu können. Auf diese Weise lassen sich die Montagekosten und die Reparatur kosten des Seitenkanalverdichters reduzieren.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Weiterbildung weisen der erste Ringmag net und/oder der zweite Ringmagnet zumindest teilweise ein Hartferrit und/oder keramischen Werkstoff auf. Auf diese Weise kann die Widerstandsfähigkeit der Magnetkupplung gegen abrassive Partikel und Schädigungen erhöht und somit die Lebensdauer des Seitenkanalverdichters erhöht werden. Zudem lässt sich auf diese Weise der Wirkungsgrad und das Ansprechverhalten der Magnetkupp lung verbessern und die Gefahr eines Durchrutschens der Kupplung verringern.

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 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,

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

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

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

Bei dem Seitenkanalverdichter 1 kann es sich um einen Seitenkanalverdichter 1 für ein Brennstoffzellensystem 43 handeln, zur Förderung und/oder Verdichtung eines Gases, insbesondere Wasserstoff. Der Seitenkanalverdichter 1 weist dabei ein Gehäuse 3 und einem Antrieb 6 auf. Des Weiteren weist der Seitenkanalver dichter 1 ein Verdichterrad 2 auf, das insbesondere als geschlossenes scheiben artiges Verdichterrad 2 ausgebildet ist und um die horizontal verlaufenden Dreh achse 4 drehbar in dem Gehäuse 3 gelagert ist. Dabei dient der Antrieb 6, der insbesondere als elektrischer Antrieb 6 ausgeführt ist, zumindest indirekt als Drehantrieb 6 des Verdichterrads 2. Der Antrieb 6 ist dabei insbesondere als ein radialer Innenläufer- Elektromotor 6 ausgeführt, wobei dieser einen Stator 12 und einen Rotor 10 aufweist.

Zudem weist das Gehäuse 3 ein Gehäuse-Oberteil 7 und ein Gehäuse-Unterteil 8 auf und einen in dem Gehäuse 3 umlaufend um die Drehachse 4 verlaufenden Verdichterraum 30, der mindestens einen umlaufenden Seitenkanal 19 aufweist. Im Bereich des Verdichterraums 30 weist das Verdichterrad 2 an seinem Umfang angeordnete Schaufelblätter 5 auf. Weiterhin sind am Gehäuse 3 jeweils eine Gas- Einlassöffnung 14 und einer Gas-Auslassöffnung 16 ausgebildet, insbeson dere am Gehäuse-Unterteil 8, wobei die Gas- Einlassöffnung 14 und die Gas- Auslassöffnung 16 über den Verdichterraum 30, insbesondere den mindestens einen Seitenkanal 19, fluidisch miteinander verbunden sind. Der Seitenkanalver dichter 1 wiederum ist mittels der Gas- Einlassöffnung 14 und der Gas-Auslass- öffnung 16 mit dem Brennstoffzellensystem 43 verbunden. Zusätzlich kann min destens ein Dichtelement, insbesondere ein um die Drehachse 4 umlaufendes Dichtelement, zwischen dem Gehäuse-Oberteil 7 und dem Gehäuse-Unterteil 8 angeordnet sein, um zum einen eine verbesserte Kapselung gegen das Eindrin gen von Feuchtigkeit und/oder Verschmutzung von außen zu bewirken. Zum an deren wird aber auch eine verbesserte Kapselung gegen den Verlust des zu för dernden Mediums erzielt, um ein Entweichen des zu fördernden Mediums an die Umgebung zu verhindern.

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 2 und/oder einem Betriebszustand des Stators 12, bei dem dieser ein hohes Maß an Verlustleistung und Verlustwärme produ ziert. Der Stator 12 kann zudem einen Magneten und/oder die magnetischen Bauteile aufweisen, insbesondere einen Permanentmagneten.

Weiterhin ist in Fig. 1 gezeigt, dass der Seitenkanalverdichter 1 eine Magnet kupplung 42, insbesondere eine integrierte Magnetkupplung 42, aufweist, wobei mittels der Magnetkupplung 42 ein Drehmoment, insbesondere indirekt, vom An trieb 6 auf das Verdichterrad 2 übertragbar ist. Mittels der Magnetkupplung 42 ist eine Entkoppelung der direkten Kraftübertragung, insbesondere des Drehmo ments vom Antrieb auf das Verdichterrad 2 dergestalt möglich, dass eine durch gehende Welle 22, insbesondere eine Antriebswelle 22, auf der die Elemente Rotor 10 des Antriebs 6 und das Verdichterrad 2 aufgebracht sind, insbesondere kraftschlüssig, formschlüssig oder stoffschlüssig mit dieser verbunden sind, ent fallen kann. Es befindet sich nunmehr die Magnetkupplung 42 zwischen dem An trieb 6 und dem Verdichterrad 2, wobei das Drehmoment vom Antrieb 6 auf das Verdichterrad 2 nun nicht mehr durchgehend mittels eines kraftschlüssigen und/oder formschlüssigen und/oder stoffschlüssigen Verbindung erfolgt, sondern zumindest teilweise über eine berührungslose und/oder magnetische Verbindung und/oder ein Magnetfeld erfolgt, insbesondere in Form der Magnetkupplung 42.

In vorteilhafter Weise wird hierbei verhindert, dass sich Radialkräfte und/oder Axialkräfte vom Antrieb 6 auf das Verdichterrad 2 übertragen und umgekehrt, wodurch die Lebensdauer des Seitenkanalverdichters 1 erhöht werden kann. Die Magnetkupplung 42 weist dabei die Bauteile erster Ringmagnet 21 und/oder zweiter Ringmagnet 23 auf, wobei insbesondere der erste Ringmagnet 21 stoff schlüssig, formschlüssig oder kraftschlüssig mit einer Nabe 13 in Verbindung steht und der zweite Ringmagnet 23 als eine Magnetkupplungshälfte 23 ausge führt ist. Der erste Ringmagnet 21 und/oder der zweite Ringmagnet 23 verlaufen dabei scheibenförmig umlaufend um die Drehachse 4, wobei der erste Ringmag net 21 in Richtung der Drehachse 4 neben dem zweiten Ringmagnet 23 angeord net ist.

Des Weiteren ist in Fig. 1 gezeigt, dass der jeweilige Ringmagnet 21, 23 jeweils mindestens einen magnetischen Südpol und einen magnetischen Nordpol auf weist, so dass das Drehmoment mittels mindestens einer magnetischen Anzie hungskraft und/oder einer magnetischen Abstoßungskraft von dem ersten Ring magneten 21 auf den zweiten Ringmagneten 23 oder umgekehrt erfolgt, je nach dem ob das Verdichterrad 2 beschleunigt oder abgebremst wird, insbesondere vom Antrieb 6, da die Ringmagneten 21, 23 auf einer umlaufenden Kreisbahn um die Drehachse 4 angeordnet sind. Die Nabe 13, die umlaufend um die Dreh achse 4 verläuft und an Ihrer Stirnseite stoffschlüssig, formschlüssig oder kraft schlüssig mit dem ersten Ringmagnet 21 verbunden ist, übertragt das Drehmo ment von der Antriebswelle 22 auf den ersten Ringmagneten 21. Die Nabe 13 ist dabei beispielsweise mittels eines Pressverbands oder einer ersten Verschrau bung 38 mit der Antriebswelle 22 verbunden. Darüber hinaus ist der erste Ring magnet 21 und/oder der zweite Ringmagnet 23 konzentrisch drehbar um die Drehachse 4 angeordnet sind, wobei sich zumindest ein scheibenförmig um die Drehachse 4 umlaufender Luftspalt 9 axial zur Drehachse 4 zwischen dem ersten Ringmagnet 21 und dem zweiten Ringmagnet 23 befindet. Im Bereich dieses Luftspalts 9 befindet sich ein zumindest teilweise scheibenförmig umlaufend um die Drehachse 4 und/oder zumindest teilweise hülsenförmig um die Drehachse 4 verlaufender Kunststoffdeckel 18. Dieser Kunststoffdeckel 18, bei dem es sich insbesondere um ein topfförmiges Dichtelement 18 handelt, befindet sich axial zur Drehachse 4 zwischen dem ersten Ringmagnet 21 und dem zweiten Ring magnet 23 befindet. Dabei kann der Kunststoffdeckel 18 zumindest einen der Ringmagnete 21, 23 auf der der Drehachse 4 abgewandten Seite zumindest teil weise umschließen. Der Kunststoffdeckel 18 bewirkt dabei eine Kapselung der elektrischen Komponenten des Seitenkanalverdichters 1, insbesondere des An triebs 6, vom Medium des Verdichterraums 30, insbesondere Wasserstoff. Zudem ist in Fig. 1 gezeigt, dass der zweite Ringmagnet 23 an seiner Stirnseite, insbesondere kraftschlüssig und/oder formschlüssig und/oder stoffschlüssig, mit einem L-förmig verlaufenden und/oder gestuften Aufnahmeflansch 25 verbun den ist. Dieser Aufnahmeflansch 25 ist mit mindestens einem Außendurchmes ser und/oder einer Stirnseite mit dem Verdichterrad 2 verbunden, insbesondere kraftschlüssig und/oder formschlüssig und/oder stoffschlüssig. Dabei ist der zweite Ringmagnet 23 neben dem Verdichterrad 2 und/oder innerhalb des Ver- dichterrads 2 angeordnet, insbesondere an dem Aufnahmeflansch 25 des Ver- dichterrads 2. Somit kann das magnetisch über die Magnetkupplung 42, insbe sondere den ersten Ringmagnet 21 auf den zweiten Ringmagnet 23, übertragene Drehmoment, vom zweiten Ringmagnet 23 über den Aufnahmeflansch 25 auf das Verdichterrad 2 übertragen werden, wodurch eine Rotation des Verdichter- rads 2 bewirkt wird und mittels einer Steuerung des Antriebs 6 eine Beschleuni gung oder ein Abbremsen der Rotationsgeschwindigkeit des Verdichterrads 2 be wirkt wird. Der erste Ringmagnet 21 und/oder der zweite Ringmagnet 23 können dabei zumindest teilweise ein Hartferrit und/oder einen keramischen Werkstoff aufweisen.

Des Weiteren bildet das Verdichterrad 2 im Bereich zwischen einem inneren Be grenzungsring 17 und einem äußeren Begrenzungsring 11, die umlaufend um die Drehachse 4 verlaufen, eine Förderzelle 28 aus. Diese Förderzelle 28 des Ver dichterrads 2 verläuft umlaufend um die Drehachse 4 in dem umlaufenden Ver dichterraum 30 des Gehäuses 3, wobei das Verdichterrad 2 und/oder die Förder zelle 28 am jeweiligen außenliegenden Umfang den umlaufenden äußeren Be grenzungsring 11 aufweist, wobei insbesondere der äußere Begrenzungsring 11 die Förderzelle 28 an Ihrem äußeren um die Drehachse 4 umlaufenden Außen durchmesser begrenzt. Zudem weist das Verdichterrad 2 den 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 die Schaufelblätter 5 aus. Dabei bildet das Verdichterrad 2 im Bereich des Verdichterraums 30 zwischen zwei benachbarten Schaufelblättern 5 jeweils die Förderzellen 28 aus, die radial zur Drehachse 4 nach innen durch den inneren umlaufenden Begrenzungsring 17 begrenzt ist. Zudem verläuft der Seitenkanal 19 derart im Gehäuse 3 in Rich tung der Drehachse 4, dass dieser axial zur jeweiligen Förderzelle 28 einseitig oder beidseitig verläuft. Der Seitenkanal 19 kann dabei zumindest in einem Teil bereich 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). Des Wei teren wiest das Gehäuse-Unterteil 8 einen zylindrischen Lagerzapfen 36 auf, wo bei das Verdichterrad 2 mittels eines ersten Lager 27 und/oder eines zweiten La gers 29, das jeweils insbesondere als Rillenkugellager 27, 29 ausgeführt ist, auf dem Lagerzapfen 36 gelagert ist. Dabei kann das Verdichterrad 2, insbesondere zumindest indirekt über den Aufnahmeflansch 25, und/oder die jeweiligen Lager 27, 29 jeweils mittelbar oder unmittelbar über eine zweite Verschraubung 40 am Lagerzapfen 36 gesichert sein, insbesondere in Richtung der Drehachse 4.

Weiterhin ist in Fig. 1 dargestellt, dass der Antrieb 6 mindestens den einen Stator 12, mit mindestens einer Kupferwicklung 12, aufweist, wobei der Stator 12 derart bestromt wird und/oder ein derartiges Magnetfeld ausbildet, dass eine induktive Erwärmung des Rotors 10 und/oder eines Antriebs-Gehäuses 24 und/oder weiter Bauteile bewirkt wird, wobei der Rotor 10 mit der Antriebswelle 22 verbunden ist, insbesondere formschlüssig und/oder stoffschlüssig und/oder kraftschlüssig. Das Antriebs-Gehäuse 24 kann dabei topfförmig oder hülsenförmig ausgeführt sein. Der Antrieb 6 wird dabei vom Antriebs-Gehäuse 24 umschlossen und somit ge gen den Bereich außerhalb des Seitenkanalverdichters 1 gekapselt. Das An triebs-Gehäuse 24 steht dabei mit dem Gehäuse 3, insbesondere dem Gehäuse- Oberteil 7 in Anlage, wobei das Antriebs-Gehäuse 24 beispielsweise durch einen ausgebildeten Absatz mindestens zwei axial zur Drehachse 4 verlaufende Anla geflächen mit dem Gehäuse 3 ausbildet und mindestens eine radial zur Dreh achse 4 verlaufende Anlagefläche mit dem Gehäuse 3 ausbildet. Durch den Ab satz ist zudem eine Ausrichtung und/oder Zentrierung des Antriebs-Gehäuses 24 zum Gehäuse 3 möglich, insbesondere bei der Montage. Zusätzlich kann min destens ein Dichtelement, insbesondere ein um die Drehachse 4 umlaufendes Dichtelement, zwischen dem Antriebs-Gehäuse 24 und dem Gehäuse 3 ange ordnet sein, wobei es sich bei dem mindestens einen Dichtelement beispiels weise um einen O-Ring handelt. Das Antriebs-Gehäuse 24 kann darüber hinaus an seiner Oberfläche Kühlrippen 33 aufweisen, die eine verbesserte Abführung der Wärmeenergie in die Umgebung bewirken. Wärme tritt im Antrieb 6 derart auf, dass durch das Antreiben des Verdichterrads 2 überschüssige Wärmeener gie entsteht, die insbesondere als Reibungswärme oder induktiv magnetische Wärme vorliegt. Diese Wärme kann aufgrund der Kühlrippen 33 des Antriebs 6 schneller an die Umgebung abgeführt werden, da der Antrieb 6 durch die Kühlrip pen 33 eine vergrößerte Oberfläche aufweist.

Fig. 1 zeigt zudem, dass die Antriebswelle 22 mittels eines dritten Lagers 31 und eines vierten Lagers 35 gelagert ist, insbesondere im Antriebs-Gehäuse 24, wo bei sich mindestens ein Lager 31, 35 in einem topfförmig gestuften Abschnitt 39 des Antriebs-Gehäuses 24 befindet und/oder sich mindestens ein Lager 31, 35 in einem zylindrischen Ansatz 41 eines Deckels 26 befindet. Der topfförmig gestufte Abschnitt 39 und/oder der zylindrischen Ansatz 41 können dabei zumindest teil weise umlaufend um die Drehachse 4 verlaufen, insbesondere hülsenförmig.

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 und eine Drehrichtung 20 (des nicht dargestellten Verdichterrads 2) 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.

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.