DE102015005122A1

DE102015005122A1 - Compressor for compressing air, in particular for a fuel cell system

Info

Publication number: DE102015005122A1
Application number: DE102015005122.9A
Authority: DE
Inventors: Siegfried Sumser; Andreas Knoop; Paul Löffler
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2015-04-22
Filing date: 2015-04-22
Publication date: 2015-11-26

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Verdichter (10) zum Verdichten von Luft, mit einem um eine Drehachse (22) drehbaren und wenigstens eine Laufradschaufel (24) aufweisenden Verdichterrad (20), welches bei einem Betrieb des Verdichters (10) in axialer Richtung von der mittels des Verdichterrads (20) zu verdichtenden Luft anströmbar ist, die Luft in radialer Richtung umlenkt und von der Luft über wenigstens eine Abströmkante (28) abströmbar ist, welche sich schräg oder senkrecht zur axialen Richtung des Verdichterrads (20) erstreckt, mit einem sich in axialer Richtung erstreckenden und von der vom Verdichterrad (20) abströmenden, verdichteten Luft durchströmbaren Axialdiffusor (32), welcher sich in axialer Richtung unmittelbar an die Abströmkante (28) anschließt, und mit wenigstens einem sich an den Axialdiffusor (32) anschließenden Sammelkanal (34), in welchen der Axialdiffusor (32) mündet, wobei zumindest ein Teilbereich des Axialdiffusors (32) in radialer Richtung nach innen hin durch den Sammelkanal (34) überdeckt ist.The invention relates to a compressor (10) for compressing air, with a about an axis of rotation (22) rotatable and at least one impeller blade (24) having compressor wheel (20) which in an operation of the compressor (10) in the axial direction of the means The air to be compressed air can be applied to the compressor wheel (20), the air is deflected in the radial direction and from the air via at least one trailing edge (28) can be flowed, which extends obliquely or perpendicular to the axial direction of the compressor wheel (20), with a in Axialdiffusor (32) extending axially and by the compressed air flowing from the compressor wheel (20), which adjoins the trailing edge (28) in the axial direction, and with at least one collecting duct (34) adjoining the axial diffuser (32) ), in which the axial diffuser (32) opens, wherein at least a portion of the axial diffuser (32) in the radial direction inwards is covered by the collecting channel (34).

Description

Die Erfindung betrifft einen Verdichter zum Verdichten von Luft gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.The invention relates to a compressor for compressing air according to the preamble of patent claim 1.

Ein solcher Verdichter zum Verdichten von Luft ist beispielsweise bereits der DE 10 2012 019 632 A1 als bekannt zu entnehmen. Der Verdichter weist ein um eine Drehachse drehbares Verdichterrad auf, welches beispielsweise relativ zu einem Verdichtergehäuse des Verdichters um die Drehachse drehbar ist und wenigstens eine Laufradschaufel aufweist. Das Verdichterrad ist bei einem Betrieb des Verdichters in axialer Richtung von der mittels des Verdichterrads zu verdichtenden Luft anströmbar. Mit anderen Worten strömt die mittels des Verdichterrads zu verdichtende Luft das Verdichterrad und insbesondere die Laufradschaufel in axialer Richtung an. Die Luft wird mittels der Laufradschaufel beziehungsweise des Verdichterrads in radialer Richtung umgelenkt, sodass die Luft zumindest temporär nicht mehr in axialer Richtung, sondern zumindest im Wesentlichen in radialer Richtung strömt.Such a compressor for compressing air is already the example DE 10 2012 019 632 A1 to be known as known. The compressor has a compressor wheel which is rotatable about an axis of rotation and which, for example, is rotatable about the axis of rotation relative to a compressor housing of the compressor and has at least one impeller vane. The compressor is in an operation of the compressor in the axial direction of the air to be compressed by means of the compressor wheel to flow. In other words, the air to be compressed by the compressor wheel flows in the axial direction to the compressor wheel and in particular the impeller blade. The air is deflected by means of the impeller blade or the compressor wheel in the radial direction, so that the air at least temporarily no longer flows in the axial direction, but at least substantially in the radial direction.

Die Laufradschaufel weist wenigstens eine Abströmkante auf, über welche die Laufradschaufel beziehungsweise das Verdichterrad von der mittels des Verdichterrads verdichten Luft abströmbar ist. Mit anderen Worten strömt die verdichtete Luft die Laufradschaufel beziehungsweise das Verdichterrad über die wenigstens eine Abströmkante ab. Dabei erstreckt sich die Abströmkante schräg oder senkrecht zur axialen Richtung des Verdichterrads, sodass die Luft die Laufradschaufel beziehungsweise das Verdichterrad nicht etwa streng in radialer Richtung, sondern in axialer Richtung oder schräg zur axialen Richtung und zur radialen Richtung abströmt. Das Verdichterrad ist somit ein Radial-Axial-Verdichterrad, da die Luft das Verdichterrad zunächst in axialer Richtung anströmt, daraufhin in radialer Richtung umgelenkt wird und daraufhin das Verdichterrad beziehungsweise die Laufradschaufel über die Abströmkante in axialer Richtung oder schräg zur radialen Richtung abströmt. Somit ist der Verdichter insgesamt als Radial-Axial-Verdichter, das heißt als RX-Verdichter, ausgebildet.The impeller blade has at least one outflow edge, via which the impeller blade or the compressor impeller can be flowed off by the compressed air by means of the compressor impeller. In other words, the compressed air flows off the impeller blade or the compressor wheel via the at least one trailing edge. In this case, the outflow edge extends obliquely or perpendicular to the axial direction of the compressor wheel, so that the air flows off the impeller blade or the compressor not about strictly in the radial direction, but in the axial direction or obliquely to the axial direction and the radial direction. The compressor wheel is thus a radial-axial compressor wheel, since the air initially flows in the axial direction of the compressor wheel, is then deflected in the radial direction and then the compressor impeller or the impeller blade flows through the trailing edge in the axial direction or obliquely to the radial direction. Thus, the compressor as a whole as a radial-axial compressor, that is designed as RX compressor.

Der Verdichter weist ferner einen sich in axialer Richtung erstreckenden und von der vom Verdichterrad abströmenden, verdichteten Luft durchströmbaren Axialdiffusor auf, welcher sich in axialer Richtung unmittelbar an die Abströmkante anschließt. Nach dem Abströmen der Laufradschaufel über die Abströmkante strömt die verdichtete Luft direkt beziehungsweise unmittelbar in den Axialdiffusor ein und durchströmt den Axialdiffusor.The compressor further comprises an axial diffuser extending in the axial direction and permeable by the compressed air flowing from the compressor wheel, which axial flow adjoins the outflow edge directly in the axial direction. After flowing out of the impeller blade via the trailing edge, the compressed air flows directly or directly into the axial diffuser and flows through the axial diffuser.

Der Verdichter weist ferner wenigstens einen sich an den Axialdiffusor anschließenden Sammelkanal auf, in welchen der Axialdiffusor mündet. Der Axialdiffusor und/oder der Sammelkanal sind beispielsweise durch das zuvor genannte Verdichtergehäuse gebildet beziehungsweise begrenzt. Der Sammelkanal ist beispielsweise ein Spiralkanal, der sich beispielsweise in Umfangsrichtung des Verdichterrads zumindest im Wesentlichen spiralförmig erstreckt. Die verdichtete und den Axialdiffusor durchströmende Luft kann somit von dem Axialdiffusor in den Sammelkanal strömen und wird mittels des Sammelkanals weitergeführt.The compressor further comprises at least one subsequent to the axial diffuser collecting duct, in which the axial diffuser opens. The axial diffuser and / or the collecting channel are formed or limited, for example, by the aforementioned compressor housing. The collecting channel is, for example, a spiral channel, which extends, for example, in the circumferential direction of the compressor wheel at least substantially helically. The compressed air flowing through the axial diffuser can thus flow from the axial diffuser into the collecting channel and is continued by means of the collecting channel.

Ferner offenbart die DE 10 2007 028 742 A1 einen Luftversorger mit einem Verdichter mit einem Radialdiffusor, insbesondere für mittels eines Elektromotors betriebene Luftversorgungssysteme von Brennstoffzellen oder Abgasturbolader bei Verbrennungsmotoren, wobei an den Radialdiffusor ein Umlenkkanal angeschlossen ist, der in einen axialen Ringraum mündet, an den eine Spirale angeordnet ist, die nach innen verläuft.Further, the DE 10 2007 028 742 A1 an air supplier with a compressor with a radial diffuser, in particular for operated by an electric motor air supply systems of fuel cells or exhaust gas turbocharger in internal combustion engines, to the radial diffuser a deflection channel is connected, which opens into an axial annular space, to which a spiral is arranged, which extends inwards ,

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Verdichter der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass der Bauraumbedarf des Verdichters besonders gering gehalten werden kann.Object of the present invention is to develop a compressor of the type mentioned in such a way that the space requirement of the compressor can be kept very low.

Diese Aufgabe wird durch einen Verdichter mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.This object is achieved by a compressor having the features of patent claim 1. Advantageous embodiments with expedient developments of the invention are specified in the remaining claims.

Um einen Verdichter der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass der Bauraumbedarf des Verdichters besonders gering gehalten werden kann, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass zumindest ein Teilbereich des Axialdiffusors in radialer Richtung nach innen hin durch den Sammelkanal überdeckt ist.In order to develop a compressor specified in the preamble of claim 1 species such that the space requirement of the compressor can be kept particularly low, it is inventively provided that at least a portion of the axial diffuser is covered in the radial direction inwardly through the collecting channel.

Dies bedeutet, dass der Sammelkanal nicht etwa in radialer Richtung außenseitig des Axialdiffusors, sondern in radialer Richtung innenseitig des Axialdiffusors und dabei beispielsweise zum Verdichterrad hin angeordnet ist. Dadurch kann insbesondere der radiale Bauraumbedarf des Verdichters besonders gering gehalten werden.This means that the collecting channel is not arranged in the radial direction on the outside of the axial diffuser, but in the radial direction on the inside of the axial diffuser and, for example, towards the compressor wheel. As a result, in particular the radial space requirement of the compressor can be kept particularly low.

Der erfindungsgemäße Verdichter eignet sich besonders vorteilhaft für die Verwendung in einem Brennstoffzellensystem, welches wenigstens eine Brennstoffzelle umfasst. Die Brennstoffzelle kann mittels des erfindungsgemäßen Verdichters auf besonders vorteilhafte Weise und insbesondere besonders bauraumgünstig mit verdichteter Luft versorgt werden. Mit anderen Worten kann mittels des erfindungsgemäßen Verdichters eine besonders bauraumgünstige Brennstoffzellen-Luftversorgung dargestellt werden.The compressor according to the invention is particularly advantageous for use in a fuel cell system comprising at least one fuel cell. The fuel cell can be supplied by the compressor according to the invention in a particularly advantageous manner and in particular particularly space-saving with compressed air. In other words, a particularly space-saving fuel cell air supply can be represented by means of the compressor according to the invention.

Hintergrund der Erfindung ist, dass das Verdichterrad im Anwendungsfall der Brennstoffzellen-Luftversorgung üblicherweise mittels eines Elektromotors angetrieben wird. Hierbei bestehen Drehzahlgrenzen vorwiegend von der elektrischen Seite, die die Auslegung des als Strömungsverdichter ausgebildeten Verdichters maßgebend beeinflusst. Durch die Forderung nach hohen Druckverhältnissen bei relativ geringen Rotordrehzahlen, das heißt Drehzahlen des Verdichterrads, und Luft-Massendurchsätzen ergeben sich relativ kleine spezifische Verdichterdrehzahlen und relativ große spezifische Durchmesser des Verdichterrads, woraus bei herkömmlichen Verdichtern ein ungünstiger Bauraumbedarf insbesondere in radialer Richtung resultiert. Der Bauraumbedarf durch große Raddurchmesser und Radialdiffusoren mit nachfolgendem Sammelkanal, insbesondere Verdichterspirale, geht bei herkömmlichen Verdichtern weit über den Durchmesser eines Motorgehäuses des Elektromotors hinaus, wodurch die Platzierung einer Luftversorgungseinheit umfassend den Verdichter und den Elektromotor in stark begrenzten Bauräumen, insbesondere von Fahrzeuganwendungen, sehr erschwert wird. Background of the invention is that the compressor in the application of the fuel cell air supply is usually driven by an electric motor. Here are speed limits mainly from the electrical side, which significantly influences the design of the compressor designed as a flow compressor. The requirement for high pressure ratios at relatively low rotor speeds, that is speeds of the compressor wheel, and air mass flow rates result in relatively small specific compressor speeds and relatively large specific diameter of the compressor wheel, resulting in conventional compressors unfavorable space requirements, especially in the radial direction. The space required by large wheel diameter and radial diffusers with subsequent collection channel, in particular compressor spiral, goes far beyond the diameter of a motor housing of the electric motor in conventional compressors, whereby the placement of an air supply unit comprising the compressor and the electric motor in very limited space, especially of vehicle applications, very difficult becomes.

Da nun erfindungsgemäß der Sammelkanal, welcher beispielsweise als Spiralkanal beziehungsweise Verdichterspirale ausgebildet ist, in radialer Richtung innenseitig des Axialdiffusors angeordnet ist, kann der Bauraumbedarf, insbesondere der radiale Bauraumbedarf, des Verdichters besonders gering gehalten werden. Ferner kann der Bauraumbedarf des erfindungsgemäßen Verdichters besonders gering gehalten werden, da auf einen Radialdiffusor, das heißt einen sich in radialer Richtung erstreckenden Diffusor verzichtet wird.Since, according to the invention, the collecting channel, which is designed, for example, as a spiral channel or compressor spiral, is arranged in the radial direction on the inside of the axial diffuser, the space requirement, in particular the radial space requirement, of the compressor can be kept particularly low. Furthermore, the space requirement of the compressor according to the invention can be kept particularly low, as is dispensed with a radial diffuser, that is, extending in the radial direction diffuser.

Beispielsweise weist das Verdichterrad die genannte Laufradschaufel sowie wenigstens eine zweite Laufradschaufel auf, auf welche die vorigen und folgenden Ausführungen zur ersten Laufradschaufel ohne weiteres übertragen werden können. Die zweite Laufradschaufel ist in Umfangsrichtung des Verdichterrads auf die erste Laufradschaufel folgend angeordnet, wobei die Laufradschaufeln beispielsweise in Umfangsrichtung des Verdichterrads einen sogenannten Schaufelkanal begrenzen. Während des Betriebs des Verdichters durchströmt die Luft diesen Schaufelkanal. Durch die beschriebene Ausgestaltung der jeweiligen Laufradschaufel wird die den Schaufelkanal durchströmende Luft mittels des Schaufelkanals beziehungsweise der Laufradschaufeln zunächst von der Axialen in die Radiale und schließlich von der Radialen wieder in Richtung der Axialen oder in die Axiale umgelenkt, sodass sich der Axialdiffusor direkt beziehungsweise unmittelbar an die jeweilige Abströmkante anschließen kann. Dadurch wird der Einsatz eines Radialdiffusors hinfällig.For example, the compressor wheel on the said impeller blade and at least a second impeller blade, to which the previous and following versions of the first impeller blade can be easily transferred. The second impeller blade is arranged in the circumferential direction of the compressor wheel following the first impeller blade, the impeller blades delimiting a so-called blade channel, for example in the circumferential direction of the compressor impeller. During operation of the compressor, the air flows through this blade channel. Due to the described configuration of the respective impeller blade, the air flowing through the blade channel by means of the blade channel or the impeller blades is first deflected from the axial into the radial and finally from the radial again in the direction of the axial or in the axial, so that the axial diffuser directly or directly to can connect the respective trailing edge. As a result, the use of a radial diffuser is obsolete.

Das volle große Potential an Bauraumvorteil steht somit dem als Radial-Axial-Verdichter (RX-Verdichter) ausgebildeten Verdichter mit dem als RX-Verdichterrad (Radial-Axial-Verdichterrad) ausgebildeten Verdichterrad bei einer Brennstoffzellen-Luftversorgung zur Verfügung, da aufgrund der relativ niedrigen spezifischen Drehzahlen ein im Allgemeinen vorhandener Platz zwischen einer Außenkontur des Verdichterrads und einer Innenseite des Axialdiffusors genutzt werden kann, um dort den Sammelkanal als inneren Sammelkanal beziehungsweise innere Spirale anzuordnen, wobei hinreichende, von der Luft durchströmbare Strömungsflächen des Sammelkanals aufgrund des zur Verfügung stehenden Bauraums realisiert werden können.The full great potential of space advantage is thus the designed as a radial-axial compressor (RX compressor) compressor with the designed as RX compressor wheel (radial-axial compressor) compressor in a fuel cell air supply available because due to the relatively low specific rotational speeds a generally existing space between an outer contour of the compressor and an inner side of the axial diffuser can be used to arrange there the collecting channel as an inner collecting channel or inner spiral, wherein sufficient, can be flowed through by the air flow surfaces of the collecting channel due to the available space can be.

Die Luft strömt das Verdichterrad in einem Eintrittsbereich in axialer Richtung an und strömt zunächst in axialer Richtung von dem Eintrittsbereich weg in Richtung eines Radrückens des Verdichterrads. Mittels der Laufradschaufel beziehungsweise des Schaufelkanals wird die Luft zunächst aus der Axialen in die Radiale umgelenkt, woraufhin die Luft mittels des Schaufelkanals zurück in Richtung der Axialen beziehungsweise des Eintrittsbereichs umgelenkt wird. Dies bedeutet, dass die verdichtete Luft das Verdichterrad von dem Radrücken weg abströmt. Der Verdichter ist somit als Kombinationsverdichter ausgebildet, welcher beispielsweise eine Mehrzahl von Schaufelkanälen aufweist. Um den Schaufelkanal beziehungsweise die Schaufelkanäle des Verdichters hinsichtlich seiner sogenannten Meridional-Umlenkung von der axialen Zuströmung hin zur entgegengesetzten, zumindest im Wesentlichen axialen Abströmung auf einen besonders hohen Radius zu optimieren, kommt der Gestaltung des jeweiligen Schaufelkanals eine gewichtige Bedeutung zu.The air flows into the compressor wheel in an inlet region in the axial direction and initially flows in the axial direction away from the inlet region in the direction of a wheel back of the compressor wheel. By means of the impeller blade or the blade channel, the air is first deflected from the axial into the radial, whereupon the air is deflected by means of the blade channel back in the direction of the axial or the inlet region. This means that the compressed air flows off the compressor wheel away from the Radrücken. The compressor is thus designed as a combination compressor, which has, for example, a plurality of blade channels. In order to optimize the blade channel or the blade channels of the compressor with respect to its so-called meridional deflection from the axial inflow to the opposite, at least substantially axial outflow to a particularly high radius, the design of the respective blade channel is of major importance.

Hierbei hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn durch einen die Abströmkante umfassenden ersten Längenbereich der Laufradschaufel ein einen zweiten Längenbereich der Laufradschaufel in radialer Richtung nach außen hin überdeckender Überhang der Laufradschaufel gebildet ist. In dem genannten Eintrittsbereich weist die Laufradschaufel beispielsweise wenigstens eine Anströmkante auf, über welche die Laufradschaufel von der zu verdichtenden Luft angeströmt wird. Die Laufradschaufel erstreckt sich ausgehend von der Anströmkante zunächst von dem Eintrittsbereich weg in Richtung des Radrückens und daraufhin in radialer Richtung nach außen. Um die Luft entsprechend umzulenken, sodass die Luft die Laufradschaufel in axialer Richtung oder schräg zur axialen Richtung und schräg zur radialen Richtung abströmt, erstreckt sich dann die Laufradschaufel unter Ausbildung des Überhangs wieder ein Stück zurück beziehungsweise in axialer Richtung von dem Radrücken weg.In this case, it has proven to be particularly advantageous if, by means of a first length region of the impeller blade comprising the trailing edge, a overhang of the impeller vane covering a second longitudinal region of the impeller vane in the radial direction outwards is formed. In the entry region mentioned, the impeller blade has, for example, at least one leading edge, via which the impeller blade is impinged by the air to be compressed. Starting from the leading edge, the impeller blade initially extends away from the entry region in the direction of the wheel back and then outward in the radial direction. In order to redirect the air so that the air flows off the impeller blade in the axial direction or obliquely to the axial direction and obliquely to the radial direction, then the impeller blade extends to form the overhang back a bit or in the axial direction of the Radrücken away.

Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn die Laufradschaufel und der Überhang jeweils eine axiale Erstreckung aufweisen, wobei der Quotient aus der axialen Erstreckung des Überhangs und der axialen Erstreckung der Laufradschaufel vorzugsweise größer als 5 Prozent ist. Beispielsweise beträgt der Quotient mindestens 14 Prozent, insbesondere 23 Prozent. It has been found to be particularly advantageous if the impeller blade and the overhang each have an axial extent, wherein the quotient of the axial extent of the overhang and the axial extent of the impeller blade is preferably greater than 5 percent. For example, the quotient is at least 14 percent, in particular 23 percent.

Zur Erfindung gehört auch ein Brennstoffzellensystem, insbesondere für einen Kraftwagen. Das Brennstoffzellensystem umfasst wenigstens eine Brennstoffzelle sowie wenigstens einen erfindungsgemäßen Verdichter, mittels welchem die Brennstoffzelle mit verdichteter Luft versorgbar ist. Beispielsweise umfasst das Brennstoffzellensystem ferner einen Elektromotor, mittels welchem das Verdichterrad antreibbar ist beziehungsweise angetrieben wird.The invention also includes a fuel cell system, in particular for a motor vehicle. The fuel cell system comprises at least one fuel cell and at least one compressor according to the invention, by means of which the fuel cell can be supplied with compressed air. For example, the fuel cell system further comprises an electric motor, by means of which the compressor is driven or driven.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the following description of preferred embodiments and from the drawing. The features and feature combinations mentioned above in the description as well as the features and feature combinations mentioned below in the description of the figures and / or in the figures alone can be used not only in the respectively specified combination but also in other combinations or in isolation, without the scope of To leave invention.

Die Zeichnung zeigt in:The drawing shows in:

1 ausschnittsweise eine schematische Längsschnittansicht eines Verdichters gemäß einer ersten Ausführungsform zum Verdichten von Luft, insbesondere für ein Brennstoffzellensystem, mit einem Verdichterrad, welches als Radial-Axial-Verdichterrad (RX-Verdichterrad) ausgebildet ist und wenigstens eine Laufradschaufel aufweist, die einen Überhang aufweist; 1 1, a schematic longitudinal sectional view of a compressor according to a first embodiment for compressing air, in particular for a fuel cell system, with a compressor wheel which is designed as a radial-axial compressor wheel (RX compressor wheel) and has at least one impeller vane having an overhang;

2 eine schematische und vergrößerte Seitenansicht der Laufradschaufel gemäß 1; 2 a schematic and enlarged side view of the impeller blade according to 1 ;

3 ausschnittsweise eine schematische Seitenansicht der Laufradschaufel gemäß einer zweiten Ausführungsform; 3 a schematic side view of the impeller blade according to a second embodiment;

4 ausschnittsweise eine schematische Seitenansicht der Laufradschaufel gemäß einer dritten Ausführungsform; 4 a schematic side view of the impeller blade according to a third embodiment;

5 ausschnittsweise eine schematische Seitenansicht der Laufradschaufel gemäß einer vierten Ausführungsform; 5 a schematic side view of the impeller blade according to a fourth embodiment;

6 ausschnittsweise eine schematische Seitenansicht des Verdichterrads gemäß einer fünften Ausführungsform; 6 a schematic side view of the compressor according to a fifth embodiment;

7 ausschnittsweise eine schematische Seitenansicht des Verdichterrads gemäß einer sechsten Ausführungsform; 7 1, a schematic side view of the compressor wheel according to a sixth embodiment;

8 ausschnittsweise eine schematische Seitenansicht des Verdichterrads gemäß einer siebten Ausführungsform; 8th 1, a schematic side view of the compressor wheel according to a seventh embodiment;

9 ausschnittsweise eine schematische Draufsicht des Verdichterrads gemäß der fünften Ausführungsform; 9 a schematic top view of the compressor according to the fifth embodiment;

10 ausschnittsweise eine schematische Draufsicht des Verdichterrads gemäß der sechsten Ausführungsform; 10 a schematic top view of the compressor according to the sixth embodiment;

11 ausschnittsweise eine schematische Draufsicht des Verdichterrads gemäß der siebten Ausführungsform; 11 1 is a schematic plan view of the compressor wheel according to the seventh embodiment;

12 eine schematische Längsschnittansicht des Verdichters gemäß einer achten Ausführungsform; und 12 a schematic longitudinal sectional view of the compressor according to an eighth embodiment; and

13 ausschnittsweise eine schematische Längsschnittansicht des Verdichters gemäß einer neunten Ausführungsform. 13 a fragmentary schematic longitudinal sectional view of the compressor according to a ninth embodiment.

In den Fig. sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.In the figures, the same or functionally identical elements are provided with the same reference numerals.

1 zeigt in einer schematischen Längsschnittansicht einen im Ganzen mit 10 bezeichneten Verdichter zum Verdichten von Luft, insbesondere für ein Brennstoffzellensystem. Das Brennstoffzellensystem ist beispielsweise Bestandteil eines Kraftwagens, insbesondere eines Personenkraftwagens, und dient dazu, elektrische Energie beziehungsweise elektrischen Strom bereitzustellen, mittels welchem der Kraftwagen angetrieben werden kann. Hierzu umfasst das Brennstoffzellensystem wenigstens eine Brennstoffzelle, welche mittels des Verdichters 10 mit verdichteter Luft versorgt wird. 1 shows in a schematic longitudinal sectional view with a whole 10 designated compressor for compressing air, in particular for a fuel cell system. The fuel cell system is for example part of a motor vehicle, in particular a passenger car, and serves to provide electrical energy or electric current, by means of which the motor vehicle can be driven. For this purpose, the fuel cell system comprises at least one fuel cell, which by means of the compressor 10 supplied with compressed air.

Der Verdichter 10 umfasst ein im Ganzen mit 12 bezeichnetes Verdichtergehäuse, welches vorliegend zwei separat voneinander ausgebildete und miteinander verbundene Gehäuseteile 14 und 16 umfasst. Das Verdichtergehäuse 12 weist einen Aufnahmeraum 18 auf, in welchem ein Verdichterrad 20 des Verdichters 10 aufgenommen ist. Das Verdichterrad 20 ist dabei um eine Drehachse 22 relativ zu dem Verdichtergehäuse 12 drehbar.The compressor 10 includes a whole with 12 designated compressor housing, which in the present case two separately formed and interconnected housing parts 14 and 16 includes. The compressor housing 12 has a recording room 18 in which a compressor wheel 20 of the compressor 10 is included. The compressor wheel 20 is about a rotation axis 22 relative to the compressor housing 12 rotatable.

Das Verdichterrad 20 weist wenigstens eine Laufradschaufel 24 auf, welche eine Anströmkante 26 und eine Abströmkante 28 aufweist. Die Anströmkante 26 ist in einem Eintrittsbereich 30 des Verdichterrads 20 angeordnet, wobei das Verdichterrad 20 beziehungsweise die Laufradschaufel 24 über die Anströmkante 26 und somit den Eintrittsbereich 30 zumindest im Wesentlichen in axialer Richtung von der zu verdichtenden Luft angeströmt wird. Mit anderen Worten wird das Verdichterrad 20 bei einem Betrieb des Verdichters 10 in axialer Richtung von der mittels des Verdichterrads 20 zu verdichtenden Luft angeströmt.The compressor wheel 20 has at least one impeller blade 24 on which a leading edge 26 and a trailing edge 28 having. The leading edge 26 is in an entrance area 30 the compressor wheel 20 arranged, wherein the compressor wheel 20 or the impeller blade 24 over the leading edge 26 and thus the entrance area 30 is flowed at least substantially in the axial direction of the air to be compressed. In other words, the compressor wheel becomes 20 during operation of the compressor 10 in the axial direction of the means of the compressor wheel 20 flowed to be compressed air.

Vorzugsweise weist das Verdichterrad 20 eine Mehrzahl von Laufradschaufeln auf, wobei auf die jeweiligen Laufradschaufeln die vorigen und folgenden Ausführungen zur Laufradschaufel 24 ohne weiteres übertragen werden können. Die Laufradschaufeln sind dabei in Umfangsrichtung des Verdichterrads 20 aufeinanderfolgend angeordnet, wobei durch jeweils zwei der Laufradschaufeln in Umfangsrichtung des Verdichterrads 20 zumindest ein von der Luft durchströmbarer Schaufelkanal begrenzt ist. Die den Schaufelkanal durchströmende Luft wird mittels des Verdichterrads aus der axialen Richtung in radialer Richtung umgelenkt, sodass die Luft zumindest vorübergehend in radialer Richtung durch den Schaufelkanal strömt. Bei dem Betrieb des Verdichters 10 strömt die Luft das Verdichterrad 20 beziehungsweise die Laufradschaufel 24 über die Abströmkante 28 ab. Aus 1 ist erkennbar, dass die Abströmkante 28 schräg oder vorliegend senkrecht zur axialen Richtung verläuft. Dies bedeutet, dass die Abströmkante 28 vorliegend zumindest im Wesentlichen in radialer Richtung verläuft, sodass die verdichtete Luft das Verdichterrad 20 nicht etwa streng in radialer Richtung, sondern in axialer Richtung oder schräg zur axialen Richtung und schräg zur Radialen Richtung abströmt. Mit anderen Worten strömt die verdichtete Luft vorliegend zumindest im Wesentlichen in axialer Richtung aus dem Schaufelkanal aus und somit von dem Verdichterrad 20 ab.Preferably, the compressor wheel 20 a plurality of impeller blades, wherein on the respective impeller blades the previous and following versions of the impeller blade 24 can be readily transferred. The impeller blades are in the circumferential direction of the compressor wheel 20 arranged successively, wherein in each case by two of the impeller blades in the circumferential direction of the compressor wheel 20 at least one of the air-permeable blade channel is limited. The air flowing through the blade channel is deflected in the radial direction by means of the compressor wheel from the axial direction, so that the air flows at least temporarily in the radial direction through the blade channel. In the operation of the compressor 10 the air flows the compressor wheel 20 or the impeller blade 24 over the trailing edge 28 from. Out 1 it can be seen that the trailing edge 28 obliquely or present perpendicular to the axial direction. This means that the trailing edge 28 in the present case extends at least substantially in the radial direction, so that the compressed air the compressor wheel 20 not strictly in the radial direction, but flows in the axial direction or obliquely to the axial direction and obliquely to the radial direction. In other words, in the present case, the compressed air flows out of the blade channel at least substantially in the axial direction and thus from the compressor wheel 20 from.

Der Verdichter 10 weist darüber hinaus einen von der vom Verdichterrad 20 abströmenden, verdichteten Luft durchströmbaren Axialdiffusor 32 auf, welcher sich in axialer Richtung unmittelbar beziehungsweise direkt an die Abströmkante 28 anschließt. Somit strömt die die Laufradschaufel 24 abströmende Luft nicht zunächst in und durch einen Radialdiffusor, sondern kann unmittelbar beziehungsweise direkt von der Abströmkante 28 in den Axialdiffusor 32 einströmen. Dadurch kann der Bauraumbedarf des Verdichters 10, insbesondere der radiale Bauraumbedarf, besonders gering gehalten werden. Aus 1 ist erkennbar, dass der Axialdiffusor 32 durch das Verdichtergehäuse 12 gebildet beziehungsweise begrenzt ist.The compressor 10 also has one from the compressor wheel 20 outgoing, compressed air permeable axial diffuser 32 on, which in the axial direction directly or directly to the trailing edge 28 followed. Thus, the impeller vane flows 24 outgoing air is not initially in and through a radial diffuser, but can directly or directly from the trailing edge 28 into the axial diffuser 32 flow. As a result, the space requirement of the compressor 10 , in particular the radial space requirement, are kept particularly low. Out 1 it can be seen that the axial diffuser 32 through the compressor housing 12 is formed or limited.

Der Verdichter 10, insbesondere das Verdichtergehäuse 12, weist ferner wenigstens einen sich an den Axialdiffusor 32 anschließenden und fluidisch mit dem Axialdiffusor 32 verbundenen Sammelkanal in Form einer Spirale 34 auf, welche auch als Spiralkanal bezeichnet wird. Die Spirale 34 ist ein Spiralkanal, da sie sich in Umfangsrichtung des Verdichterrads 20 über dessen Umfang zumindest im Wesentlichen spiralförmig erstreckt. Die Spirale 34 ist dabei vorzugsweise derart ausgelegt, dass eine Luftmasse von 60 Gramm pro Sekunde durch die Spirale 34 strömen kann. Aus 1 ist erkennbar, dass sich der Axialdiffusor 32 in Strömungsrichtung der Luft erweitert und schließlich in die Spirale 34 mündet.The compressor 10 , in particular the compressor housing 12 , further comprises at least one of the axial diffuser 32 subsequent and fluidic with the axial diffuser 32 connected collecting channel in the form of a spiral 34 on, which is also called spiral channel. The spiral 34 is a spiral channel, as it extends in the circumferential direction of the compressor wheel 20 extends over the circumference at least substantially spiral. The spiral 34 is preferably designed so that an air mass of 60 grams per second through the spiral 34 can flow. Out 1 it can be seen that the axial diffuser 32 expanded in the flow direction of the air and finally into the spiral 34 empties.

Um nun den Bauraumbedarf des Verdichters insbesondere in radialer Richtung besonders gering zu halten, ist zumindest ein Teilbereich des Axialdiffusors 32 und vorliegend zumindest ein überwiegender Teilbereich des Axialdiffusors 32 in radialer Richtung nach innen hin durch den Sammelkanal, das heißt die Spirale 34, überdeckt. Mit anderen Worten ist die Spirale 34 nicht etwa in radialer Richtung außenseitig des Axialdiffusors 32, sondern in radialer Richtung innenseitig beziehungsweise auf einer Innenseite des Axialdiffusors 32 angeordnet, sodass die Spirale 34 zumindest teilweise in radialer Richtung zwischen dem Verdichterrad 20, insbesondere einer Außenkontur 36 der Laufradschaufel 24, und dem Axialdiffusor 32 angeordnet ist.In order to keep the space requirement of the compressor particularly in the radial direction particularly low, is at least a portion of the axial diffuser 32 and in the present case at least a predominant portion of the axial diffuser 32 in the radial direction inwardly through the collecting channel, that is, the spiral 34 , covered. In other words, the spiral 34 not in the radial direction on the outside of the axial diffuser 32 but in the radial direction on the inside or on an inner side of the axial diffuser 32 arranged so that the spiral 34 at least partially in the radial direction between the compressor wheel 20 , in particular an outer contour 36 the impeller blade 24 , and the axial diffuser 32 is arranged.

Während des Betriebs des Verdichters strömt die Luft das Verdichterrad 20 in eine erste Richtung über die Anströmkante 26 an, wobei diese erste Richtung zumindest im Wesentlichen parallel zur axialen Richtung verläuft, welche mit der Drehachse 22 zusammenfällt. In dem Schaufelkanal wird die Luft mittels des Verdichterrads 20 in radialer Richtung umgelenkt, sodass die Luft zumindest vorübergehend zumindest im Wesentlichen in radialer Richtung, das heißt senkrecht zur Drehachse 22, strömt. Daraufhin erfährt die Luft eine weitere Umlenkung, welche mittels des Schaufelkanals beziehungsweise des Verdichterrads 20 bewirkt wird. Im Rahmen dieser weiteren Umlenkung wird die Luft aus der Radialen zurück in Richtung der Axialen oder – wie bei der ersten Ausführungsform gemäß 1 vorgesehen – zurück in die Axiale gelenkt, sodass die Luft die Laufradschaufel 24 über die Abströmkante 28 in eine zweite Richtung abströmt. Diese zweite Richtung verläuft dabei schräg zur axialen Richtung und schräg zur radialen Richtung oder vorliegend senkrecht zur radialen Richtung und somit parallel zur axialen Richtung, wobei die zweite Richtung der ersten Richtung entgegengesetzt ist. Das Verdichterrad 20 ist somit als Radial-Axial-Verdichterrad (RX-Verdichterrad) ausgebildet, sodass der Verdichter 10 insgesamt als RX-Verdichter (Radial-Axial-Verdichter) ausgebildet ist. Der RX-Verdichter wird auch als Kombinationsverdichter bezeichnet. Mit anderen Worten ist die axiale Abströmung der Luft von der Laufradschaufel 24 der axialen Zuströmung entgegengesetzt.During operation of the compressor, the air flows the compressor wheel 20 in a first direction over the leading edge 26 at, wherein this first direction is at least substantially parallel to the axial direction, which with the axis of rotation 22 coincides. In the blade channel, the air by means of the compressor wheel 20 deflected in the radial direction, so that the air at least temporarily at least substantially in the radial direction, that is perpendicular to the axis of rotation 22 , flows. Thereupon, the air undergoes a further deflection, which by means of the blade channel or the compressor wheel 20 is effected. As part of this further deflection, the air from the radial back to the axial or - as in the first embodiment according to 1 provided - directed back into the axial, so that the air the impeller blade 24 over the trailing edge 28 flows in a second direction. This second direction extends obliquely to the axial direction and obliquely to the radial direction or in the present case perpendicular to the radial direction and thus parallel to the axial direction, wherein the second direction is opposite to the first direction. The compressor wheel 20 is thus designed as a radial-axial compressor (RX compressor), so that the compressor 10 Overall, as RX-compressor (radial-axial compressor) is formed. The RX compressor is also referred to as a combination compressor. In other words, the axial outflow of air from the impeller blade 24 opposed to the axial inflow.

Um dabei einen besonders effizienten Betrieb des Verdichters 10 zu realisieren, ist – wie aus 2 erkennbar ist – durch einen die Abströmkante 28 umfassenden ersten Längenbereich 38 der Laufradschaufel 24 ein einen zweiten Längenbereich 40 der Laufradschaufel 24 in radialer Richtung nach außen hin überdeckender Überhang 42 gebildet, dessen axiale Erstreckung in 2 mit ue bezeichnet ist. Der Überhang 42 wird auch als Kontur-Überhang bezeichnet, da ein erster Teilbereich der Außenkontur 36 einen zweiten Teilbereich der Außenkontur 36 in radialer Richtung nach außen hin überdeckt, sodass der Überhang 42 nach Art eines Felsüberhangs angeordnet beziehungsweise ausgebildet ist. To ensure a particularly efficient operation of the compressor 10 to realize is - how out 2 can be seen - by one the trailing edge 28 comprehensive first length range 38 the impeller blade 24 a second length range 40 the impeller blade 24 in the radial direction to the outside overlapping overhang 42 formed, the axial extent in 2 is denoted by ue. The overhang 42 is also referred to as a contour overhang, since a first portion of the outer contour 36 a second portion of the outer contour 36 covered in the radial direction to the outside, so that the overhang 42 arranged or formed in the manner of a rock overhang.

In 2 veranschaulicht ein Richtungspfeil 44 die Anströmung beziehungsweise Zuströmung der die Laufradschaufel 24 über die Anströmkante 26 anströmenden Luft, wobei ein Richtungspfeil 46 die Abströmung der die Laufradschaufel 24 über die Abströmkante 28 abströmenden Luft veranschaulicht. Mit anderen Worten veranschaulicht der Richtungspfeil 44 die genannte erste Richtung, wobei der Richtungspfeil 46 die genannte zweite Richtung veranschaulicht. Somit ist aus 2 besonders gut erkennbar, dass die zweite Richtung der ersten Richtung, das heißt die Abströmrichtung der Zuströmrichtung, entgegengesetzt ist.In 2 illustrates a directional arrow 44 the flow or inflow of the impeller blade 24 over the leading edge 26 incoming air, with a directional arrow 46 the outflow of the impeller blade 24 over the trailing edge 28 outflowing air illustrates. In other words, the directional arrow illustrates 44 said first direction, wherein the directional arrow 46 illustrates the said second direction. Thus is off 2 Particularly clearly visible that the second direction of the first direction, that is, the outflow direction of the inflow, is opposite.

3 zeigt eine zweite Ausführungsform des Verdichters 10, wobei in 3 mit Lax die axiale Erstreckung der Laufradschaufel 24 bezeichnet ist. Der Quotient aus der axialen Erstreckung ue und der axialen Erstreckung Lax lautet somit: ue / Lax 3 shows a second embodiment of the compressor 10 , where in 3 with Lax, the axial extent of the impeller blade 24 is designated. The quotient of the axial extent ue and the axial extent Lax is thus: ue / Lax

Das Verdichterrad 20 weist dabei einen Nabenkörper 25 auf, mit welchem die Laufradschaufeln verbunden sind. Beispielsweise sind die Laufradschaufeln einstückig mit dem Nabenkörper 25 ausgebildet. Bei der zweiten Ausführungsform beträgt der Quotient aus ue und Lax beispielsweise 14 Prozent. 4 zeigt eine dritte Ausführungsform, bei welcher der Quotient aus ue und Lax beispielsweise 23 Prozent beträgt. Als besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn der Quotient aus ue und Lax größer als 5 Prozent ist. Der maximale Wert des Quotienten aus ue und Lax ist eine Funktion der maximalen Umfangsgeschwindigkeit, der Geometrie der Laufradschaufel 24, eines Radrückens 48 (1) des Verdichterrads 20, des Nabenkörpers 25 und des Werkstoffs, aus welchem das Verdichterrad 20 gebildet ist.The compressor wheel 20 has a hub body 25 on, with which the impeller blades are connected. For example, the impeller blades are integral with the hub body 25 educated. For example, in the second embodiment, the quotient of ue and Lax is 14 percent. 4 shows a third embodiment in which the quotient of ue and Lax, for example, 23 percent. It has proven to be particularly advantageous if the quotient of ue and Lax is greater than 5 percent. The maximum value of the quotient of ue and Lax is a function of the maximum peripheral speed, the geometry of the impeller blade 24 , a wheel back 48 ( 1 ) of the compressor wheel 20 , the hub body 25 and the material from which the compressor wheel 20 is formed.

Durch die entsprechende Gestaltung des Quotienten aus ue und Lax lässt sich eine Optimierung des Meridional-Kanals des Verdichterrads 20 realisieren, sodass ein besonders effizienter Betrieb des Verdichters 10 darstellbar ist. Mit anderen Worten ist der Überhang 42 ein gewichtiger Auslegungsparameter zur Optimierung des Meridional-Kanals. Der maximal mögliche Überhang 42, das heißt der maximale Wert des Quotienten aus ue und Lax, und die ertragbare, zusätzliche Spannung in Abhängigkeit von der maximal zulässigen Umfangsgeschwindigkeit am maximalen Radradius stehen im direkten Zusammenhang zur Reißlänge des verwendeten Werkstoffs, in Verbindung mit der Dickenverteilung beziehungsweise der festgelegten räumlichen Beschaufelungsgeometrie und in Bezug zur Gestaltung des Radrückens 48 zusammen mit dem Nabenkörper 25. Die Abströmkante 28 ist in einem Austrittsbereich 29 angeordnet, welcher auch als Schaufelaustrittsbereich bezeichnet wird. Der Austrittsbereich 29 ist ein Austrittsbereich des Verdichterrads 20, da die die Laufradschaufel 24 über die Abströmkante 28 abströmende Luft den Austrittsbereich 29 durchströmt und über den Austrittsbereich 29 in den Axialdiffusor 32 einströmt.Through the appropriate design of the quotient of ue and Lax can be an optimization of the meridional channel of the compressor wheel 20 realize, thus a particularly efficient operation of the compressor 10 is representable. In other words, the overhang 42 a weighting design parameter for optimizing the meridional channel. The maximum possible overhang 42 , that is, the maximum value of the quotient of ue and Lax, and the sustainable additional stress as a function of the maximum permissible peripheral speed at the maximum wheel radius are directly related to the breaking length of the material used, in conjunction with the thickness distribution or the fixed spatial blading geometry and in relation to the design of the wheel back 48 together with the hub body 25 , The trailing edge 28 is in an exit area 29 arranged, which is also referred to as a blade outlet area. The exit area 29 is an exit area of the compressor wheel 20 because of the impeller blade 24 over the trailing edge 28 outflowing air the exit area 29 flows through and over the exit area 29 into the axial diffuser 32 flows.

Wird die Luft mittels des Verdichterrads 20 aus der axialen in die radiale und daran anschließend wieder in die axiale Richtung umgelenkt, so ergibt sich eine 180-Grad-Umlenkung der Luft. Mittels des Überhangs 42 erhält die Geometrie-Auslegung die Möglichkeit, diese 180-Grad-Umlenkung der Luftströmung in der Meridional-Darstellung mit gemilderten Krümmungen mit reduzierten Strömungsverlusten zu vollziehen, wobei noch der sehr große Vorteil hinzukommt, dass der Austrittsbereich 29 der Laufradschaufel 24 mit dem für das Verdichterverhalten markanten und wichtigen Schaufelaustrittswinkel β_2s (6 bis 8) über eine besonders große Lauflänge der Strömung vorteilhaft für geringe Minderumlenkungen gestaltet werden kann.Is the air by means of the compressor wheel 20 from the axial to the radial and then again deflected in the axial direction, so there is a 180-degree deflection of the air. By means of the overhang 42 the geometry design has the opportunity to perform this 180-degree deflection of the air flow in the meridional representation with mitigated curvatures with reduced flow losses, which still has the very great advantage that the exit area 29 the impeller blade 24 with the compressor outlet behavior striking and important blade exit _angle β _2s ( 6 to 8th ) can be designed over a particularly large run length of the flow advantageous for low Minderumlenkungen.

5 zeigt ausschnittsweise das Verdichterrad 20 gemäß einer vierten Ausführungsform, wobei aus 4 insbesondere die Gestaltung des Nabenkörpers 25 und des Radrückens 48 erkennbar ist. Gemäß 5 weist das Verdichterrad 20 eine Splittung von 25 auf. 5 shows a section of the compressor wheel 20 according to a fourth embodiment, wherein 4 in particular the design of the hub body 25 and the wheel back 48 is recognizable. According to 5 indicates the compressor wheel 20 a split of 25 on.

6 zeigt eine fünfte Ausführungsform des Verdichterrads 20 mit Blickrichtung senkrecht auf die Drehachse 22, wobei 9 das Verdichterrad 20 gemäß der fünften Ausführungsform mit Blickrichtung parallel zur Drehachse 22 zeigt. Gemäß der fünften Ausführungsform umfasst das Verdichterrad 20 20 Laufradschaufeln mit einer Verrundung mit Ellipsenkurven a/b = 2. Die Abströmkante 28 wird auch als Austrittskante bezeichnet, wobei in 6 bis 8 jeweils ein Beginn B wenigstens einer Splitterschaufel des Verdichterrads 20 gekennzeichnet ist. Beispielsweise ist zwischen jeweils zwei der zuvor genannten Laufradschaufeln eine solche Splitterschaufel angeordnet. Gemäß der fünften Ausführungsform sind die Laufradschaufeln beziehungsweise das Verdichterrad 20 insgesamt rückwärts gekrümmt. Dies bedeutet, dass sich das Verdichterrad 20 während des Betriebs des Verdichters 10 in eine Drehrichtung um die Drehachse 22 dreht. Unter der Rückwärtskrümmung des Verdichterrads 20 beziehungsweise der Laufradschaufeln ist zu verstehen, dass die Laufradschaufeln entgegen der Drehrichtung, das heißt in eine der Drehrichtung entgegengesetzte, weitere Drehrichtung gekrümmt sind. Mit β_2s ist dabei der Schaufelaustrittswinkel gegenüber der Umfangsrichtung bezeichnet. 6 shows a fifth embodiment of the compressor wheel 20 with a view perpendicular to the axis of rotation 22 , in which 9 the compressor wheel 20 according to the fifth embodiment viewed in parallel to the axis of rotation 22 shows. According to the fifth embodiment, the compressor wheel comprises 20 20 impeller blades with a rounding with elliptic curves a / b = 2. The trailing edge 28 is also referred to as the trailing edge, in 6 to 8th in each case a beginning B of at least one splitter blade of the compressor wheel 20 is marked. For example, such a splitter blade is arranged between each two of the aforementioned impeller blades. According to the fifth embodiment, the impeller blades or the compressor wheel 20 total backward curved. This means that the compressor wheel 20 during operation of the compressor 10 in a direction of rotation about the axis of rotation 22 rotates. Under the backward curvature of the compressor wheel 20 or the impeller blades is to be understood that the impeller blades are opposite to the direction of rotation, that is curved in a direction opposite to the direction of rotation, another direction of rotation. With β _2s while the blade exit angle is referred to the circumferential direction.

7 zeigt eine sechste Ausführungsform des Verdichterrads 20 mit Blickrichtung senkrecht auf die Drehachse 22, wobei in 10 die sechste Ausführungsform mit Blickrichtung parallel zur Drehachse 22 gezeigt ist. Gemäß der sechsten Ausführungsform ist das Verdichterrad 20 radial endend ausgebildet. Dies bedeutet, dass die Laufradschaufeln weder vorwärts gekrümmt noch rückwärts gekrümmt sind, sondern zumindest im Wesentlichen in radialer Richtung enden. Im Gegensatz dazu zeigt 8 eine siebte Ausführungsform des Verdichterrads 20 mit Blickrichtung senkrecht auf die Drehachse 22, wobei 11 die siebte Ausführungsform mit Blickrichtung parallel zur Drehachse 22 zeigt. Gemäß der siebten Ausführungsform ist das Verdichterrad 20 beziehungsweise sind die Laufradschaufeln vorwärts gekrümmt. Darunter ist zu verstehen, dass die Laufradschaufeln, insbesondere in ihrem Endbereich, welcher die Abströmkante 28 umfasst, in die Drehrichtung des Verdichterrads 20 gekrümmt sind. Dies bedeutet, dass die fünfte Ausführungsform eine rückwärts gekrümmte Beschaufelung, die sechste Ausführungsform eine radial stehende Beschaufelung und die siebte Ausführungsform eine vorwärts gekrümmte Beschaufelung aufweist. Dabei weisen auch die sechste und siebte Ausführungsform 20 Laufradschaufeln mit einer Verrundung mit Ellipsenkurven a/b = 2 auf. 7 shows a sixth embodiment of the compressor wheel 20 with a view perpendicular to the axis of rotation 22 , where in 10 the sixth embodiment with viewing direction parallel to the axis of rotation 22 is shown. According to the sixth embodiment, the compressor wheel 20 formed radially ending. This means that the impeller blades are neither curved forward nor curved backwards, but at least substantially end in the radial direction. In contrast, shows 8th a seventh embodiment of the compressor wheel 20 with a view perpendicular to the axis of rotation 22 , in which 11 the seventh embodiment with viewing direction parallel to the axis of rotation 22 shows. According to the seventh embodiment, the compressor wheel 20 or the impeller blades are curved forward. By this is meant that the impeller blades, in particular in their end region, which the trailing edge 28 includes, in the direction of rotation of the compressor wheel 20 are curved. That is, the fifth embodiment has a backward curved blading, the sixth embodiment has a radially standing blading, and the seventh embodiment has a forwardly curved blading. In this case, also have the sixth and seventh embodiment 20 Impeller blades with a rounding with elliptic curves a / b = 2 on.

12 zeigt schließlich den Verdichter 10 gemäß einer achten Ausführungsform in einer schematischen Längsschnittansicht. Aus 12 ist besonders gut erkennbar, dass das Gehäuseteil 16 zumindest teilweise in dem Gehäuseteil 14 angeordnet und somit als Einsatzteil für das Gehäuseteil 16 ausgebildet ist. Das Verdichtergehäuse 12 ist dabei dreiteilig ausgebildet und umfasst ein weiteres Gehäuseteil 50, welches über ein Verbindungselement vorliegend in Form einer V-Bandschelle 52 mit dem Gehäuseteil 14 verbunden ist. 12 finally shows the compressor 10 according to an eighth embodiment in a schematic longitudinal sectional view. Out 12 is particularly well recognizable that the housing part 16 at least partially in the housing part 14 arranged and thus as an insert for the housing part 16 is trained. The compressor housing 12 is designed in three parts and includes a further housing part 50 , Which in the present case via a connecting element in the form of a V-band clamp 52 with the housing part 14 connected is.

13 zeigt den Verdichter 10 gemäß einer neunten Ausführungsform. Bei der neunten Ausführungsform ist wenigstens ein Stellelement 54 in Form eines Konturkörpers vorgesehen, wobei das Stellelement 54 in wenigstens eine Bewegungsrichtung relativ zu dem Verdichtergehäuse 12 bewegbar ist. Vorliegend ist das Stellelement 54 relativ zum Verdichtergehäuse 12 translatorisch bewegbar, das heißt verschiebbar. Die Bewegungsrichtung, in welche das Stellelement 54 relativ zum Verdichtergehäuse 12 bewegbar ist, ist in 13 durch einen Richtungspfeil 56 veranschaulicht. Anhand des Richtungspfeils 56 ist besonders gut erkennbar, dass die Bewegungsrichtung zumindest im Wesentlichen in axialer Richtung verläuft. Mittels des Stellelements 54 ist ein von der verdichteten Luft durchströmbarer engster Strömungsquerschnitt des Axialdiffusors 32 einstellbar. Da sich der Axialdiffusor 32 in axialer Richtung von der Abströmkante 28 und insbesondere von dem Radrücken 48 weg erweitert, wird der teilweise durch das Verdichtergehäuse 12, insbesondere das Gehäuseteil 14, und teilweise durch das Stellelement 54 begrenzte, engste Strömungsquerschnitt des Axialdiffusors 32 vergrößert, wenn das Stellelement 54 in axialer Richtung von der Abströmkante 28 wegbewegt wird. Wird das Stellelement 54 hingegen auf die Abströmkante 28 zu bewegt, so wird der engste Strömungsquerschnitt verringert, da sich der Axialdiffusor 32 in Richtung der Abströmkante 28, das heißt entgegen der Strömungsrichtung der den Axialdiffusor 32 durchströmenden Luft, verjüngt. 13 shows the compressor 10 according to a ninth embodiment. In the ninth embodiment, at least one actuator 54 provided in the form of a contoured body, wherein the actuating element 54 in at least one direction of movement relative to the compressor housing 12 is movable. In the present case is the actuator 54 relative to the compressor housing 12 translationally movable, that is displaceable. The direction of movement, in which the actuator 54 relative to the compressor housing 12 is movable is in 13 by a directional arrow 56 illustrated. Based on the directional arrow 56 is particularly clearly visible that the direction of movement is at least substantially in the axial direction. By means of the control element 54 is a narrow flow cross section of the axial diffuser through which the compressed air can flow 32 adjustable. Because the axial diffuser 32 in the axial direction of the trailing edge 28 and in particular from the Radrücken 48 Widened away, the part through the compressor housing 12 , in particular the housing part 14 , and partly by the actuator 54 limited, narrowest flow cross-section of the axial diffuser 32 enlarged when the actuator 54 in the axial direction of the trailing edge 28 is moved away. Will the actuator 54 however, on the trailing edge 28 to move, so the narrowest flow area is reduced because of the axial diffuser 32 in the direction of the trailing edge 28 that is opposite to the flow direction of the axial diffuser 32 flowing air, rejuvenated.

Die anhand von 1 bis 12 veranschaulichten Ausführungsformen 1 bis 8 zeigen den Verdichter 10 als Festgeometrie-Verdichter, während der Verdichter 10 gemäß der neunten Ausführungsform als variabler Verdichter oder Vario-Verdichter ausgebildet ist. Das Stellelement 54 ist nämlich eine Verstellvorrichtung beziehungsweise eine Variabilität, mittels welcher Strömungsbedingungen für die Luft im Axialdiffusor 32 bedarfsgerecht eingestellt werden können. Hierdurch ist es beispielsweise möglich, den von der Luft durchströmbaren engsten Strömungsquerschnitt des Axialdiffusors 32 bedarfsgerecht einzustellen und somit beispielsweise an unterschiedliche Betriebspunkte anpassen zu können. Als besonders vorteilhaft hat es sich dabei gezeigt, wenn das Stellelement 54 in radialer Richtung von außen, das heißt von einer der Spirale 34 abgewandten Seite mittels eines entsprechenden Aktors, insbesondere Elektromotors, bewegbar ist.The basis of 1 to 12 Illustrated embodiments 1 to 8 show the compressor 10 as a solid geometry compressor, while the compressor 10 According to the ninth embodiment is designed as a variable compressor or a Vario compressor. The actuator 54 namely, an adjusting device or a variability, by means of which flow conditions for the air in the axial diffuser 32 can be adjusted as needed. This makes it possible, for example, the air flow through the narrowest flow cross-section of the axial diffuser 32 adjust as needed and thus to adapt to different operating points, for example. It has proved to be particularly advantageous if the actuating element 54 in the radial direction from the outside, that is from one of the spiral 34 remote side by means of a corresponding actuator, in particular electric motor, is movable.

Da das Stellelement 54 vorliegend in axialer Richtung verschiebbar ist, ist durch das Stellelement 54 ein Axialschieber gebildet. Das Stellelement 54 ist beispielsweise mit einem Betätigungselement 58 verbunden, über welches das Stellelement 54 mit dem Aktor verbindbar ist. Dadurch kann das Stellelement 54 über das Betätigungselement 58 vom Aktor bewegt, das heißt verschoben werden. Der Verdichter 10 ist somit als Axialschieber-Vario-Verdichter ausgebildet, wobei der Axialdiffusor 32 als Axialschieber-Vario-Diffusor ausgebildet ist. Bei der anhand von 1 bis 13 gezeigten Kombination des reinen Axialdiffusors 32 (ohne Radialdiffusor) mit der inneren Spirale 34 bietet es sich an, die Verstellvorrichtung (Stellelement 54) des Axialdiffusors 32 besonders bauraumgünstig außerhalb, das heißt auf einer in radialer Richtung der Spirale 34 abgewandten Außenseite des Axialdiffusors 32, auf besonders großem Radius längs der Außenkontur des Axialdiffusors 32 anzuordnen. Hierdurch kann der Verdichter 10 als Vario-Verdichter dargestellt werden bei gleichzeitiger Realisierung eines besonders geringen Bauraumbedarfs.Because the actuator 54 in the present case is displaceable in the axial direction is by the actuator 54 formed an axial slide. The actuator 54 is for example with an actuator 58 connected, via which the actuator 54 can be connected to the actuator. This allows the actuator 54 over the actuator 58 moved by the actuator, that is to be moved. The compressor 10 is thus designed as axial slide vario-compressor, wherein the axial diffuser 32 is designed as axial slide vario-diffuser. In the case of 1 to 13 shown combination of the pure axial diffuser 32 (without radial diffuser) with the inner spiral 34 It makes sense, the adjustment (actuator 54 ) of the axial diffuser 32 particularly space-saving outside, that is on one in the radial direction of the spiral 34 remote from the outside of the axial diffuser 32 , on a particularly large radius along the outer contour of the axial diffuser 32 to arrange. This allows the compressor 10 be presented as a Vario compressor with simultaneous realization of a particularly small space requirement.

Das Stellelement 54 kann ferner auch eine nicht dargestellte Axialschaufelgeometrie aufweisen, durch deren Verstellung auf die Drallintensität im Axialdiffusor mindernd eingewirkt werden kann. Neben den beweglichen Gittergeometrien im Axialdiffusor finden in nichtvariablen RX-Verdichtervarianten einfache Axialdiffusor-Beschauflungseinsätze zur Drallreduktion der Diffusorströmung eine wirkungsvolle Anwendung.The actuator 54 may also have an axial blade geometry, not shown, can be mitigated by the adjustment to the swirl intensity in the axial diffuser. In addition to the movable grille geometries in the axial diffuser, simple non-variable RX compressor variants use simple axial diffuser impeller inserts for swirl reduction of the diffuser flow.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010: Verdichtercompressor
1212: Verdichtergehäusecompressor housing
1414: Gehäuseteilhousing part
1616: Gehäuseteilhousing part
1818: Aufnahmeraumaccommodation space
2020: Verdichterradcompressor
2222: Drehachseaxis of rotation
2424: Laufradschaufelimpeller blade
2525: Nabenkörperhub body
2626: Anströmkanteleading edge
2828: Abströmkantetrailing edge
2929: Austrittsbereichexit area
3030: Eintrittsbereichentry area
3232: Axialdiffusoraxial diffuser
3434: Spiralespiral
3636: Außenkonturouter contour
3838: erster Längenbereichfirst length range
4040: zweiter Längenbereichsecond length range
4242: Überhangoverhang
4444: Richtungspfeilarrow
4646: Richtungspfeilarrow
4848: Radrückenwheel rear side
5050: Gehäuseteilhousing part
5252: V-BandschelleV-band clamp
5454: Stellelementactuator
5656: Richtungspfeilarrow
5858: Betätigungselementactuator
BB: Beginnbeginning
LaxLax: axiale Erstreckungaxial extent
UEUE: axiale Erstreckungaxial extent
β_2s β _2s: SchaufelaustrittswinkelBlade outlet angle

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102012019632 A1 [0002]
DE 102007028742 A1 [0006]

Claims

Compressor ( 10 ) for compressing air, with one around an axis of rotation ( 22 ) rotatable and at least one impeller blade ( 24 ) having compressor wheel ( 20 ), which during operation of the compressor ( 10 ) in the axial direction of the by means of the compressor wheel ( 20 ) is to be compressed air to be compressed, the air deflects in the radial direction and from the air via at least one trailing edge ( 28 ) can be flowed off, which obliquely or perpendicular to the axial direction of the compressor wheel ( 20 ), extending in the axial direction and from the compressor wheel ( 20 ) flowing, compressed air permeable axial diffuser ( 32 ), which in the axial direction directly to the trailing edge ( 28 ), and with at least one of the axial diffuser ( 32 ) subsequent collecting channel ( 34 ) in which the axial diffuser ( 32 ), characterized in that at least a portion of the axial diffuser ( 32 ) in the radial direction inwardly through the collecting channel ( 34 ) is covered.

Compressor ( 10 ) according to claim 1, characterized in that by a the trailing edge ( 28 ) comprising a first length range ( 38 ) of the impeller blade ( 24 ) a second length range ( 40 ) of the impeller blade ( 24 ) in the radial direction outwardly covering overhang ( 42 ) of the impeller blade ( 24 ) is formed.

Compressor ( 10 ) according to claim 2, characterized in that the impeller blade ( 24 ) and the overhang ( 42 ) each having an axial extent (Lax, ue), wherein the quotient of the axial extent (ue) of the overhang ( 42 ) and the axial extent (Lax) of the impeller blade ( 24 ) is greater than 5%.

Compressor ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the compressed air is the trailing edge ( 28 ) during operation of the compressor ( 10 ) flows in the axial direction.

Compressor ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that at least one actuating element ( 54 ) is provided, by means of which by the compressed air flow-through narrowest flow cross-section of the axial diffuser ( 32 ) is adjustable.

Compressor ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the compressor ( 10 ) is configured to supply a compressed-air fuel cell system.

Fuel cell system, in particular for a motor vehicle, with at least one fuel cell, and with at least one compressor ( 10 ) according to one of the preceding claims, by means of which the fuel cell can be supplied with the compressed air.