DE10327535A1

DE10327535A1 - Gleitringdichtung und Kombination einer Gleitringdichtung mit einer Pumpe sowie Verfahren

Info

Publication number: DE10327535A1
Application number: DE10327535A
Authority: DE
Inventors: Ralph Hobmeyr; Ulrich Dumke
Original assignee: General Motors Corp
Current assignee: Motors Liquidation Co
Priority date: 2003-06-18
Filing date: 2003-06-18
Publication date: 2005-01-13

Abstract

Eine Gleitringdichtung mit einem ersten Ring und einem diesem gegenüberliegenden Gleitkopf, der gegebenenfalls die Form eines zweiten Rings aufweisen kann, wobei im Betrieb eine relative Drehbewegung zwischen dem ersten Ring und dem Gleitkopf stattfindet und eine Vorspanneinrichtung vorgesehen ist, die den ersten Ring in Richtung auf den Gleitkopf zu vorspannt, zeichnet sich dadurch aus, dass mindestens der Teil, der im Betrieb drehbar ist, eine als Pumpe wirkende Oberflächengestaltung aufweist, die ein gasförmiges Medium veranlasst, zwischen dem ersten Ring und dem Gleitkopf mit einer radialen Komponente zu strömen, wodurch sich ein Arbeitsdruck zwischen dem ersten Ring und dem Gleitkopf einstellt, der entgegen der Kraft der Vorspanneinrichtung einen Arbeitsspalt zwischen diesen Teilen aufrecht hält. Ferner wird eine Kombination einer Gleitringdichtung mit einer Pumpe beansprucht sowie ein Verfahren, das unerwünschte Leckagen aus der Pumpe verhindert.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Gleitringdichtung mit einem ersten Ring und einem diesen gegenüberliegenden Gleitkopf, der gegebenenfalls die Form eines zweiten Rings aufweisen kann, wobei im Betrieb eine relative Drehbewegung zwischen dem ersten Ring und dem Gleitkopf stattfindet und eine Vorspanneinrichtung vorgesehen ist, die den ersten Ring in Richtung auf den Gleitkopf zu vorspannt. Ferner betrifft die Erfindung eine Kombination einer Gleitringdichtung mit einer Pumpe, insbesondere einer Rezirkulationspumpe eines Brennstoffzellensystems, sowie ein Verfahren, um zu verhindern, dass beim Betrieb einer Pumpe für ein gasförmiges Medium, die einen in einem Motorraum angeordneten Motor und ein in einem Förderraum angeordnetes Förderglied aufweist, dieses gasförmige Medium durch einen Motorwellendurchgang in den Motorraum entweicht.
Die Erfindung findet insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, Verwendung im Zusammenhang mit einer Rezirkulationspumpe eines Brennstoffzellensystems. Die Erfindung könnte aber auch bei anderen Systemen Anwendung finden, wo eine Pumpe zur Förderung eines gasförmigen Mediums verwendet wird (wobei die Bezeichnung gasförmige Medien auch dampfförmige Medien umfasst), die von einem Motor bzw. von einer Motorwelle getrieben wird, wobei das Medium von der Pumpe durch den Wellendurchgang zum Motor nicht entweichen darf, der Motor jedoch in der normalen Außenumgebung aufgestellt und betrieben werden soll, wobei der Zutritt von Luft in das geförderte Medium nicht als schädlich empfunden wird.
Solche Pumpen können zum Beispiel auch bei chemischen Anlagen Verwendung finden. Die bevorzugte Verwendung der erfindungsgemäßen Gleitringdichtung liegt jedoch in der Kombination mit einer Brennstoffzellenrezirkulationspumpe eines Brennstoffzellensystems.
Eine solche Rezirkulationspumpe wird zum Beispiel im Anodenkreis eines Brennstoffzellensystems verwendet. Brennstoffzellen, insbesondere so genannte PEM-Brennstoffzellen, sind aus vielen Schriften bestens bekannt.
Im Betrieb liefert der den Brennstoffzellen anodenseitig zugeführte Wasserstoff Protonen, die durch die Membrane der Brennstoffzellen zu den Anoden der Brennstoffzellen hindurch wandern und dort mit Sauerstoff reagieren, um einerseits Wasser zu produzieren und andererseits Strom zu erzeugen, der von entsprechenden Klemmen am Brennstoffzellenstapel abgenommen werden kann. Ein Teil des auf der Kathodenseite erzeugten Wassers strömt durch die Membrane der Brennstoffzellen zu der Anodenseite, so dass Wasserdampf auch auf der Anodenseite des Brennstoffzellenstapels vorliegt. Außerdem wird Wasserdampf der Anodenseite häufig zugeführt, da die Membrane nur dann einwandfrei und effizient funktionieren, wenn sie ausreichend befeuchtet sind. Ferner bewegt sich Stickstoff von der Kathodenseite durch die Membrane zu der Anodenseite der Brennstoffzellen und die Konzentration von Stickstoff erhöht sich ständig auf der Anodenseite. Da dieser Stickstoff den Wirkungsgrad der Brennstoffzellen beeinträchtigt, ist es erforderlich, einen Teil der anodenseitig fließenden Gase entweder kontinuierlich oder diskontinuierlich abzulassen, um die Stickstoffkonzentration zu begrenzen bzw. von Zeit zu Zeit herabzusetzen, so dass das System insgesamt effizient arbeitet.
Beim Ablassen eines Teils der anodenseitig fließenden Gase ist eine Verschmutzung der Umwelt nicht zu befürchten, da etwaiger Brennstoff bzw. Wasserstoff, der aus dem Anodenkreis abgelassen wird, mittels eines geeigneten Katalysators dazu gebracht wird, mit Luft katalytisch zu Wasser zu reagieren. Das so erzeugte Wasser bzw. der so erzeugte Wasserdampf sowie der Stickstoffanteil bilden natürliche Bestandteile der Atmosphäre und stellen daher keine Verunreinigung der Atmosphäre dar. Es wurde bereits vorgeschlagen, die aus der Anodenseite des Brennstoffzellenstapels austretenden Gase, die noch verwertbaren Wasserstoff enthalten, mittels einer Rezirkulationspumpe, die für notwendige Druckerhöhung sorgt, dem Anodeneingang des Brennstoffzellenstapels zusammen mit frischem Wasserstoff wieder zuzuführen.
Es hat sich bei den bisher eingesetzten Rezirkulationspumpen gezeigt, dass die Lebensdauer dieser Pumpen begrenzt ist, und es ist in der Praxis außerordentlich schwierig, eine zuverlässige Pumpe zu finden, die als Rezirkulationspumpe dienen kann.
Bisher galt, dass die Pumpe gegenüber der Außenumgebung vollständig abgedichtet sein muss, da sonst die Gefahr besteht, dass Wasserstoff in die Umgebung entweicht, was bei höheren Konzentrationen aus Sicherheitsgründen bedenklich wäre. Es ist beim derzeitigen Stand der Technik nicht möglich, einen Motor außerhalb des Anodenkreislaufs anzuordnen und über eine Welle ein Förderglied im Wasserstoffkreislauf anzutreiben, da der Wellendurchgang nicht ausreichend gegenüber Wasserstoff abgedichtet werden kann. Aus diesem Grund wurde der Motor zum Antreiben des Förderglieds bisher gegenüber der Außenumgebung, nicht jedoch gegenüber dem Anodenkreislauf hermetisch abgedichtet. Auf diese Weise ist kein Wellendurchgang nach außen erforderlich. Es liegt also die oben erwähnte nach außen abgedichtete Pumpe vor. Das heißt, dass das Innere des Motorgehäuses und des Pumpengehäuses vollständig hermetisch gegenüber der Außenumgebung abgedichtet ist.
Bisherige Konstruktionen zielten darauf hin, den Motorraum weitestgehend vom Förderraum abzutrennen bzw. abzudichten. Es hat sich aber gezeigt, dass bei sich ändernden Drücken im Anodenkreislauf, die mit unterschiedlichen Betriebslasten einhergehen, ein Druckausgleich zwischen dem Förderraum und dem Motorraum erfolgt, und zwar derart, dass ein Volumenstrom des sich im Anodenkreislauf befindlichen Gases durch das Lager hindurch stattfindet. Der warme, feuchte Volumenstrom führt relativ schnell dazu, dass Schmiermittel aus dem Lager ausgewaschen wird und dass das Lager versagt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Gleitringdichtung bzw. eine Kombination einer Gleitringdichtung mit einer Pumpe und ein Verfahren vorzusehen, die bzw. das es ermöglicht, eine von einem Motor angetriebene Pumpe so zu betreiben, dass der Motor gegenüber der Außenumgebung nicht abgedichtet sein muss, ohne die Gefahr, dass das von der Pumpe geförderte gasförmige Medium durch den Motorwellendurchgang zum Motor entweicht.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Gleitringdichtung der eingangs genannten Art so weitergebildet, dass mindestens der Teil, der in Betrieb drehbar ist, eine als Pumpe wirkende Oberflächengestaltung aufweist, die ein gasförmiges Medium veranlasst, zwischen dem ersten Ring und dem Gleitkopf mit einer radialen Komponente zu strömen, wodurch sich ein Arbeitsdruck zwischen dem ersten Ring und dem Gleitkopf einstellt, der entgegen der Kraft der Vorspanneinrichtung einen Arbeitsspalt zwischen diesen Teilen aufrecht erhält.

Ferner wird eine Kombination einer derartigen Gleitringdichtung mit einer Pumpe vorgesehen, die einen in einem Motorraum angeordneten Elektromotor und ein in einem Vorderraum angeordnetes Förderglied aufweist, das von einer drehbar gelagerten Motorwelle des Motors antreibbar ist, wobei zwischen dem Motorraum und dem Förderraum mindestens eine sich radial erstreckende Wand vorgesehen ist, durch welche die Motorwelle sich erstreckt, wobei die Gleitringdichtung im Bereich der sich radial erstreckenden Wand angeordnet ist.

Außerdem wird ein Verfahren vorgeschlagen, das verhindert, dass beim Betrieb einer Pumpe für ein gasförmiges Medium, die einen in einem Motorraum angeordneten Motor und einen in einem Förderraum angeordneten Förderorgan aufweist, gasförmiges Medium durch einen Motorwellendurchgang in den Motorraum entweicht, mit dem besonderen Kennzeichen, dass im Bereich des Motorwellendurchgangs ein Luftstrom bzw. ein Gasstrom erzeugt wird, der den Eintritt des gasförmigen Mediums in den Motorraum hinein weitestgehend verhindert.

Durch die erfindungsgemäße Lösung wird stets dafür gesorgt, dass im Betrieb Luft oder ein anderes gasförmiges Medium durch die Gleitringdichtung strömt in einer Richtung, dass das Entweichen des von der Pumpe geförderten gasförmigen Mediums durch den Wellendurchgang verhindert wird. Zur gleichen Zeit wird zwischen dem ersten Ring und dem Gleitkopf bzw. dem zweiten Ring ein Druck aufgebaut, der entgegen der Kraft der Vorspanneinrichtung wirkt und zu einem kleinen Abstand zwischen den beiden Ringen führt. Es entsteht also an den Ringen im Betrieb keine Abnützung, da diese einen Abstand voneinander aufweisen.

Besonders günstig ist es, wenn jeweilige einander gegenüber liegende ununterbrochene Ringflächen auf dem ersten Ring und dem Gleitkopf vorgesehen sind, die beim Stillstand aneinander anliegen und eine statische Dichtung bilden.

Mit dieser Konstruktion werden die ununterbrochenen Ringflächen unter der Kraft der Vorspanneinrichtung im Stillstand aneinander gedrückt und bilden so eine statische Dichtung, die das Entweichen des in der Pumpe und in an dieser angeschlossenen Leitungen vorhandenen gasförmigen Mediums verhindert.

Besonders günstig ist es, wenn mindestens eine der jeweiligen einander gegenüberliegenden ununterbrochenen Ringflächen mit einer Gleitbeschichtung vorgesehen ist. Auf diese Weise ist beim Anlassen des Motors und Inbetriebnahme der Pumpe bei geringen Drehzahlen und entsprechend kleinen Luftzufuhrmengen kein Abrieb zu befürchten. Dies sichert den Anlauf und Ablauf der Pumpe und daher auch die Dauerhaltbarkeit. Die Anzahl der Starts und Stopps kann protokolliert werden und einen Verschleiß kann man somit kontrollieren bzw. überprüfen und gegebenenfalls eingreifen, um eine Wartung bzw. Überprüfung durchzuführen. Auf diese Weise können auch Erfahrungswerte für Verschleiß ermittelt werden, um Wartungsintervalle festzulegen.

Besonders günstig ist es, wenn die Gleitbeschichtung einen niedrigen Reibungskoeffizienten kleiner als 0,1 aufweist. Die Gleitbeschichtung kann beispielsweise aus der Gruppe bestehend aus einer Kunststoffschicht, einer PDFE-Beschichtung, einer mittels CVD erzeugten Beschichtung und einer mittels PVD erzeugten Beschichtung bestehen.

Da die Pumpe bzw. die Rezirkulationspumpe üblicherweise in der normalen Außenumgebung, d.h. in Luft arbeitet, ist das gasförmige Medium, das zwischen dem ersten Ring und dem Gleitkopf strömt, üblicherweise Luft.

Auf jeden Fall ist das gasförmige Medium die Umgebungsluft der Pumpe mitsamt deren Bestandteilen.

Die Strömung des gasförmigen Mediums zwischen dem ersten Ring und dem Gleitkopf kann radial nach außen erfolgen, was den Vorteil bietet, dass die Zentrifugalkraft bei der Erzeugung der Strömung mitwirkt.

Es besteht aber auch die Möglichkeit, dass die Strömung des gasförmigen Mediums zwischen dem ersten Ring und dem Gleitkopf radial nach innen erfolgt. Diese Anordnung bietet Konstruktionsvorteile an, da sie die Auslegung der Gleitringdichtung vereinfacht.

Der erste Ring wird üblicherweise fest an eine drehbare Welle angebracht, während der Gleitkopf bzw. der zweite Ring an eine feststehende Struktur angebracht wird. Der erste Ring wäre somit der Gleitring, fest auf der Welle montiert und der zweite Ring der Gleitkopf, fest im Gehäuse verankert.

Die Vorspanneinrichtung kann auf den ersten Ring oder auf den Gleitkopf einwirken.

Besonders günstig ist es, wenn zur Ausbildung des Gleitkopfs der zweite Ring in einem Aufnahmering aufgenommen ist, wenn die Vorspanneinrichtung zwischen dem Aufnahmering und dem zweiten Ring vorgesehen ist und wenn eine Verriegelung zwischen dem Aufnahmering und dem zweiten Ring vorgesehen ist, die eine relative Drehbewegung zwischen diesen Teilen zumindest im Wesentlichen verhindert, eine axiale Relativbewegung unter der Einwirkung der Vorspanneinrichtung bzw. des Arbeitsdruckes jedoch zumindest im beschränkten Ausmaß zulässt.

Die relative Drehbewegung zwischen dem zweiten Ring und dem Aufnahmering wird vorzugsweise dadurch verhindert, dass eine dünnwandige Außenwand des Aufnahmerings an einer Stelle oder an mehreren Stellen in eine jeweilige Nut des zweiten Rings eingedellt ist. Eine Ringdichtung ist vorzugsweise zwischen dem zweiten Ring und dem Aufnahmering angeordnet. Die Vorspanneinrichtung ist vorzugsweise entweder durch eine Schraubendruckfeder, eine Tellerfeder oder mehrere Tellerfedern gebildet, die auf den zweiten Ring einwirkt bzw. einwirken. Alternativ hierzu kann die Vorspanneinrichtung durch mehrere an jeweiligen Stellen um den zweiten Ring herum angeordnete Schraubendruckfedern gebildet werden, wobei die einzelnen Schraubenfedern in achsparallelen Bohrungen des Aufnahmerings aufgenommen sind.

Auf diese Weise entsteht, egal ob die Vorspanneinrichtung durch eine Schraubendruckfeder, eine Tellerfeder, mehrere Tellerfedern oder durch einzelne Schraubendruckfedern gebildet ist, ein Modul bestehend aus dem Aufnahmering, der Vorspanneinrichtung und dem zweiten Ring, sowie der Ringdichtung, die preisgünstig hergestellt und leicht in einem Gehäuse oder in einem Lagerschild aufgenommen werden kann, beispielsweise unter Anwendung eines Presssitzes, wobei eine Ringdichtung im Bereich des Presssitzes für eine gasdichte Aufnahme des Aufnahmerings bzw. des Moduls im Gehäuse bzw. im Lagerschild sorgt. Alternativ hierzu kann der Aufnahmering durch formschlüssige Merkmale mit der Motorwelle drehfest verbunden werden. Hierzu können beispielsweise eine Madenschraube oder mehrere Madenschrauben verwendet werden, die in den Aufnahmering eingeschraubt werden und an die Motorwelle angreifen.

Wenn der Aufnahmering an der Motorwelle befestigt ist, so wird der erste Ring in einer Ringaufnahme eines Gehäuses oder Lagerschilds angeordnet, wobei eine Ringdichtung zwischen dem ersten Ring und dem Gehäuse bzw. dem Lagerschild vorzugsweise vorgesehen ist. Ein Verriegelungsglied befindet sich ebenfalls vorzugsweise zwischen dem ersten Ring und dem Gehäuse bzw. dem Lagerschild und verhindert eine relative Verdrehung des ersten Ringes und des Gehäuses bzw. des Lagerschildes.

Besonders bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Gleitringdichtung, der Kombination einer Gleitringdichtung mit einer Pumpe und des erfindungsgemäßen Verfahrens lassen sich den Unteransprüchen entnehmen.

Die Oberflächengestaltung des drehbaren Ringes, die ein gasförmiges Medium veranlasst, zwischen dem ersten und dem zweiten Ring mit einer radialen Komponente zu strömen, kann verschiedene Formen aufweisen. Beispielsweise kann die Oberflächengestaltung durch mehrere Nuten im drehbaren Teil gebildet werden, wobei die Nuten beispielsweise sichelförmig gekrümmt sein können.

Eine andere Möglichkeit liegt darin, die Nuten durch gekrümmte, im Querschnitt V-förmige bzw. rechtwinklige Einschnitte zu bilden, deren Einschnitttiefe in der Richtung radial nach innen auf den drehbaren Teil bezogen abnimmt. Die Nuten bzw. Einschnitte sollen vorzugsweise an ihren radial nach innen gelegten Enden auslaufen und zwischen der Auslaufstelle und einer radial inneren Wand des drehbaren Teils soll die ununterbrochene Ringfläche vorgesehen werden.

Die Pumpe kann beispielsweise als Impellerpumpe, Seitenkanalverdichter oder Turboverdichter ausgebildet werden.

Weitere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den weiteren Unteransprüchen sowie in der nachfolgenden Beschreibung näher beschrieben.

Die Erfindung wird nachfolgend näher erläutert aufgrund der beiliegenden Zeichnungen, in welchen zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Brennstoffzellensystems mit einer Rezirkulationspumpe ähnlich der Anordnung, die in der deutschen Patentanmeldung 102 00 581.1 gezeigt ist,
2 einen schematischen Längsschnitt durch eine Pumpe, die in ihrer Grundauslegung an sich bekannt ist,
3 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Gleitringdichtung, um das Arbeitsprinzip zu erläutern,
4 eine Draufsicht auf die Stirnseite des einen Ringes der Ausführung gemäß 3, um die Ausbildung der dort vorgesehenen Nuten darzustellen,
5 eine Darstellung einer Variante einer erfindungsgemäßen Gleitringdichtung in einem axialen Querschnitt gesehen,
6 eine perspektivische Darstellung einer Oberflächengestaltung eines Teils eines drehbaren Ringes, der in der Ausführung der 5 verwendet wird,
7 eine Darstellung einer erfindungsgemäßen Abwandlung der Pumpe gemäß 2,
8 eine Darstellung einer weiteren erfindungsgemäßen Abwandlung der Pumpe gemäß 2 und
9 eine teilweise in Längsrichtung geschnittene Darstellung einer weiteren erfindungsgemäßen Gleitringdichtung.
Das Bezugszeichen 12 deutet auf den Brennstoffzellenstapel, der aus mehreren einzelnen Brennstoffzellen besteht, die schematisch mit 14 gekennzeichnet sind. Der Brennstoffzellenstapel 12 weist eine Anodenseite 16 mit Anodeneingang 18 und Anodenausgang 20 sowie eine Kathodenseite 22 mit Kathodeneingang 24 und Kathodenausgang 26 auf.
In an sich bekannter Weise weist jede einzelne Brennstoffzelle 14 eine Anode, eine Kathode und dazwischen eine Membran (nicht gezeigt) auf, wobei jede so genannte MEA (Membrane Electrode Assembly) bestehend aus einer Anode, einer Kathode und einer dazwischen angeordneten Membran, zwischen zwei so genannten bipolaren Platten gehalten ist (ebenfalls nicht gezeigt). Zwischen der einen bipolaren Platte und der Kathode sind Strömungskanäle für Sauerstoff oder Luftsauerstoff vorgesehen, während zwischen der anderen bipolaren Platte und der Anode ebenfalls Strömungskanäle vorgesehen sind, die für die Zufuhr von Wasserstoff an die Anode sorgen.
Die Strömungskanäle auf der Anodenseite der Brennstoffzellen sind zusammengeschaltet, damit alle Brennstoffzellen gleichzeitig mit Brennstoff über den Anodeneingang 18 versorgt werden können, wobei überschüssiger Wasserstoff sowie andere Abgase der Brennstoffzellen, wie beispiels weise Wasser in Dampfform und Stickstoff, der von auf der Kathodenseite gelieferter Luft stammt und durch die Membrane der Brennstoffzellen hindurch diffundiert, aus dem Brennstoffzellenstapel am Anodenausgang 20 über die Leitung 55 herausgeführt werden können. Die Durchströmung der Anoden der zusammen geschalteten Brennstoffzellen ist schematisch in der 1 mit der Linie 28 gezeigt. In ähnlicher Weise sind die Strömungspassagen auf der Kathodenseite der Brennstoffzellen zusammen geschlossen, um einen Strömungspfad 30 vom Kathodeneingang 24 zum Kathodenausgang 26 im Brennstoffzellenstapel 12 zu bilden, wobei die auf der Kathodenseite 22 anfallenden Abgase über die Leitung 25 in die Atmosphäre abgegeben werden können. Die bipolaren Platten der einzelnen Brennstoffzellen 14 sind in Reihe und/oder parallel zueinander geschaltet. Im Betrieb entsteht eine Spannung an den zwei Ausgangsklemmen 32 und 34. Diese Spannung steht nicht dargestellten Einrichtungen, z.B. für den Antrieb eines Kraftfahrzeugs, in dem das Brennstoffzellensystem eingebaut ist sowie für den Antrieb von anderen Aggregaten, die zum Betrieb des Brennstoffzellensystems notwendig sind, als Leistungsquelle zur Verfügung.
Die Auslegung von Brennstoffzellenstapeln bzw. der darin enthaltenen Brennstoffzellen sind bestens aus verschiedenen Schriften bekannt, so dass es nicht notwendig ist, hier näher auf die konkrete Auslegung des Brennstoffzellenstapels einzugehen.
Wesentlich ist, dass der Anodenseite 16 des Brennstoffzellenstapels 12 ein gasförmiger Brennstoff zugeführt werden muss, wobei im Falle der Verwendung von Wasserstoff der Wasserstoff möglicherweise von einer Quelle in Form eines Wasserstofftanks 36 entnommen wird. Konkret kommt im dargestellten Beispiel der Wasserstoff vom Wasserstofftank 36 über ein mechanisches Druckregelventil 38 sowie über ein Solenoid betätigtes Abschaltventil 40 und ein manuell betätigbares Absperrventil 42 zu einem Stellventil 44, das den frischen Wasserstoff über eine Leitung 46 dem Anodeneingang 18 des Brennstoffzellenstapels 12 zuführt.
Im Betrieb wird das Stellventil 44 bei geöffneten Ventilen 40 und 42 je nach der vom Fahrer des Kraftfahrzeugs geforderten Leistung über eine Steuerung 48 angesteuert, um den erforderlichen Massenstrom an frischem Wasserstoff in die Anodenseite des Brennstoffzellenstapels 12 einzuspeisen.
Gleichzeitig mit der lastabhängigen Ansteuerung des Stellventils 44 durch die Steuerung 48 wird über die Steuerung 48 ein Elektromotor 50 angesteuert, der einen Kompressor 52 antreibt und Luftsauerstoff über eine Leitung 54 und den Kathodeneingang 24 in die Kathodenseite 22 des Brennstoffzellenstapels 12 einspeist.
Im Brennstoffzellenstapel 12 wandern Protonen, die vom zugeführten Wasserstoff geliefert werden, von der Anodenseite 16 der einzelnen Brennstoffzellen durch die Membran zu der Kathodenseite 22 und reagieren an dort vorgesehenen Katalysatoren mit dem zugeführten Luftsauerstoff, um Wasser zu bilden. Diese Reaktion führt dazu, dass elektrische Spannungen an den Bipolarplatten entstehen, die in summierter Form für die an den Klemmen 32 und 34 abnehmbare Leistung sorgen.
Während der elektro-chemischen Reaktion in den einzelnen Brennstoffzellen diffundieren Stickstoffmoleküle von der Kathodenseite zur Anodenseite und verlassen die Anodenseite 16 über den Anodenausgang 20 zusammen mit dem unverbrauchten Wasserstoff und Wasserdampf. Eine Rückführleitung 58 ist zwischen dem Anodenausgang 20 und dem Anodeneingang 18 vorgesehen, und zwar mit einer Rezirkulationspumpe 60, die dafür sorgt, dass die rückgeführten Gase ein angepasstes Druckniveau am Anodeneingang 18 aufweisen, um die Strömung aufrecht zu erhalten. Bei Anwendung einer solchen Rückführung kann ein Anteil der Anodenabgase entweder kontinuierlich oder diskontinuierlich über das Anodenabgasventil 56 und die Leitung 57 abgelassen werden.
Diese Anodenabgase werden dann normalerweise zur Wärmegewinnung über die Leitung 57 einem katalytischen Brenner (nicht gezeigt) zugeführt und dort mit Luftsauerstoff zur Erzeugung von Wärme umgesetzt, wobei die nach dem Brenner vorhandenen Abgase bestehend aus Stickstoff und Wasserdampf bedenkenlos in die Atmosphäre abgegeben werden können. Wie erwähnt kann das Anodenabgasventil 56 auch diskontinuierlich geöffnet werden, um von Zeit zu Zeit Abgase aus dem Brennstoffzellenstapel 12 abzulassen, beispielsweise dann wenn die Stickstoffkonzentration auf der Anodenseite des Brennstoffzellenstapels 12 auf ein Niveau angestiegen ist, bei dem der effiziente Betrieb des Brennstoffzellenstapels leiden würde. Es ist auch bekannt, die Anodenabgase der Kathodenseite 22 des Brennstoffzellenstapels 12 zuzuführen, damit der Wasserstoffanteil auf der Kathodenseite direkt mit Sauerstoff zu Wasser reagiert und auf diese Weise entsorgt wird, wobei die vorliegende Erfindung auch mit einem solchen System anwendbar ist.
In der Figur sind der Wasserstofftank 36, das mechanische Druckregelventil 38, das Solenoid betätigte Abschaltventil 40 sowie das manuell betätigbare Absperrventil 42 in einem Rahmen 62 gezeigt. Da dieses Teil häufig von spezialisierten Zulieferern geliefert wird, ist es an sich bekannt.
Das mechanische Druckregelventil 38 sorgt dafür, das höhere Druckniveau P3 im Wasserstofftank 36, das beispielsweise bei 350 Bar liegen kann, auf ein niedrigeres Druckniveau P2, das beispielsweise nur etwas über 1 Bar liegen kann, herunter zu regeln.
Nach dem Vorschlag der deutschen Patentanmeldung DE 102 00 058.1 führt eine Steuerleitung 70 von der Ausgangsseite des Stellventils 44 zum Referenzdruckeingang des Druckregelventils 38, so dass, wenn der Druck an der Brennstoffzellenseite des Stellventils 44 fällt, der Referenzdruck am mechanischen Druckregelventil 38 ebenfalls fällt. Da die Kraft vom Referenzeingang in die gleiche Richtung wirkt wie die Vorspannfeder 66 führt dies dazu, dass der Ausgangsdruck P2 des mechanischen Druckregelventils 38 und daher auch der Druck auf der Eingangsseite des Stellventils 44 ebenfalls fällt, wodurch die Druckdifferenz am Stellventil 44 zwischen dessen Eingangs- und Ausgangsseite kleiner wird. Hierdurch wird der Druckdifferenzbereich, der vom Stellventil 44 beherrscht werden muss, stets klein gehalten, was die Anforderungen an das Stellventil 44 herabsetzt. Dies bedeutet nicht, dass die Druckdifferenz selbst klein sein muss, sondern dass die Schwankungen der Druckdifferenz stets klein gehalten werden sollen.
2 zeigt eine Impellerpumpe 60, die beispielsweise in der Anordnung gemäß 1 Verwendung finden könnte. Die Impellerpumpe der 2 weist einen Motorraum 100 auf, der einen nicht dargestellten Elektromotor enthält, der die Motor- bzw. Antriebswelle 102 antreibt. Der Motorraum ist innerhalb eines Motorgehäuses 104 definiert, das an seinem in 2 unteren Ende durch ein Lagerschild 106 geschlossen ist. In der Mitte des Lagerschildes 106 befindet sich ein Kugellager, das zur drehbaren Lagerung der Motorwelle 102 ausgelegt ist. Unterhalb dieses Kugellagers befindet sich eine Gleitringdichtung 110, die eine Abdichtung zwischen dem Motorraum 100 und dem Förderraum 112 der Impellerpumpe 114 bilden soll. Auf der Motorwelle 102 sind im Förderraum 112 zwei von der Motorwelle 102 angetriebenen Impeller 114, 116 vorgesehen, die Luft durch den Lufteinlass 118 ansaugen und mit erhöhtem Druck durch den Auslass 120 herausdrücken. Der Förderraum 112 ist innerhalb eines Pumpengehäuses 122 definiert, der durch den tassenförmigen Deckel 124 gebildet ist, der über einen zylindrischen Vorsprung 126 des Lagerschildes 106 greift und an diesem Lagerschild mittels Bolzen 128 befestigt ist. Eine Ringdichtung 130 sorgt dafür, dass der Förderraum gegenüber der Außenumgebung abgedichtet ist.
Im Bereich des Einlasses 118 befindet sich ein weiteres Lager 132, die das in 2 untere Ende der Motorwelle 102 drehbar lagert. Das Lagergehäuse 134 ist über radiale Stege 138 mit einem Ringteil 140 verbunden, das in einer Ringaufnahme 142 des Pumpendeckels 124 aufgenommen ist.
Obwohl in 2 nicht gezeigt, könnte das obere Ende der Motorwelle 102 ebenfalls in einem Lager bzw. einem Lagerschild aufgenommen werden, das bzw. der vom Motorgehäuse 104 getragen wird. Das unten angeordnete Lager 132 ist dem Anodenstrom ausgesetzt und hat in dieser Bauform eine begrenzte Haltbarkeit. Anstatt das Lager 132 aufwendiger zu gestalten, um die Haltbarkeit zu erhöhen, kann es durch quasi einen "Anschlag" ersetzt werden, z.B. durch eine Ringaufnahme, die das Wellenzapfen mit Spiel aufnimmt und beispielsweise als Gleitlagerbuchse ausgeführt ist. Auch die Ringaufnahme wird von den radialen Stegen 138 getragen bzw. abgestützt. Wird z.B. durch Stoß oder Erschütterung das Wellenende verbogen, so stützt nach etwas Biegen der Anschlag das Wellenende und sorgt dafür, dass keine plastische Verformung in die Welle kommt. Die Welle soll somit prinzipiell mit zwei Lagern ausreichend ausgelegt sein und nur die Stöße werden durch diesen mechanischen Anschlag verhindern, dass eine Verbiegung bleibt.
Eine Vorspanneinrichtung in Form einer Schraubendruckfeder 144 hält einen ersten, mit der Motorwelle 102 drehbaren Ring 144 in gleitender Berührung mit einem in einer Aufnahme des Lagerschilds 106 aufgenommenen Gleitkopf, hier in Form eines zweiten Ringes 146. Diese Gleitringanordnung entspricht somit im Wesentlichen der Auslegung einer Gleitringdichtung, wie sie in einem Pkw bei einer Wasserpumpe vorgesehen ist. Bei einer Wasserpumpe liegt der Vorteil vor, dass die Gleitflächen der ersten und zweiten Ringe mit Wasser geschmiert und gekühlt sind, so dass eine ausgeprägte Abnützung nicht stattfindet.
Bei Anwendung einer Pumpe der Bauart gemäß 2 kann bei manchen Anwendungen für eine Schmierung der Gleitflächen der Ringe gesorgt werden.
Würde man eine Pumpe der bekannten Bauart in einem Brennstoffzellensystem als Rezirkulationspumpe 60 verwenden, wobei der Einlass 118 an die Leitung 58 und der Auslass 120 an die Leitung 146 anzuschließen wäre, wäre es aber nicht möglich, für eine Schmierung und über das Schmiermittel für eine Kühlung der aneinander liegenden Flächen der Gleitringdichtung zu sorgen. Würden aber diese Dichtflächen nicht geschmiert und gekühlt, hätten sie eine sehr kurze Lebensdauer haben. Bei Anwendung eines Brennstoffzellensystems ist eine Schmierung generell verboten, da sie das System kontaminiert. Für die Kühlung der Gleitringdichtung gibt es auch kein praktisches Konzept. Ferner treten bei dem Brennstoffzellensystem relativ hohe Drehzahlen auf, so dass solche Gleitringdichtungen sich sofort abreiben, unerwünschte Abriebpartikel erzeugen und schnell zerstört sind. Auch eine kleine Beeinträchtigung der Gleitflächen wäre in einem Brennstoffzellensystem unerträglich, da bei der herkömmlichen Gleitringdichtung Wasserstoff aus dem Förderraum durch den Wellendurchgang und durch das Lager in den Motorraum entweichen wird. Ein solches Entweichen von Wasserstoff in den Motorraum wäre nur bei sehr geringen Konzentrationen von Wasserstoff in Luft zulässig.
Um diese Problematik zu überwinden, wird die an sich bekannte Gleitringdichtung mit einer erfindungsgemäßen Gleitringdichtung 110 ersetzt, die so ausgelegt ist, dass eine einwandfreie Funktion als Dichtung erzielt wird, ohne dass Abrieb an den Gleitflächen der Gleitringdichtung entsteht.
Das Grundprinzip der erfindungsgemäßen Lösung für diese Problematik ist in der 3 gezeigt. Hier besteht die Gleitringdichtung 110 wie bisher aus einem ersten Ring 144, der an der Motorwelle 102 angebracht und mit dieser drehbar ist und aus einem Gleitkopf 145 in Form eines zweiten Rings 146, der in diesem Beispiel an einer feststehenden Struktur (nicht gezeigt) angebracht ist. Die axiale Fixierung des ersten Ringes 144 kann auf verschiedene Art und Weise erfolgen. In diesem Beispiel wird der erste Ring 144 mit einer Mutter 150 an der Motorwelle 102 befestigt. Bei Verwendung eines Gleitrings 144 aus einem keramischen Material muss darauf geachtet werden, dass die Befestigungskräfte den etwas spröden Gleitring nicht sprengen.
In der dem zweiten Ring 146 gegenüberliegenden Dichtfläche des ersten Ringes 144 sind sich in radialer Richtung erstreckende Nuten 152 vorgesehen, die im Betrieb Luft (Pfeil 154) aus dem Motorraum 100 schöpfen und diese in den Förderraum 112 fördern. Die beförderte Luftmenge soll möglichst klein sein, dennoch soll sie groß genug sein, um einen statischen Druck zwischen den beiden Ringen 144, 146 aufzubauen, der den Ring 144 gegen die Kraft einer (nicht gezeigten) Vorspanneinrichtung vom Ring 146 um einen kleinen Betrag wegdrückt.
Der Spalt zwischen den beiden Ringen 144, 146 kann im Betrieb beispielsweise eine Breite im μ-Bereich aufweisen. Die kleine Luftmenge, die in den Wasserstoffstrom gelangt (Pfeil 156), ist nicht schädlich, sie reicht aber aus, um zu verhindern, dass Wasserstoff in die entgegengesetzte Richtung (Pfeil 158) zwischen den Ringen 144 bzw. 146 in signifikanten Mengen in den Motorraum 100 gelangt. Da zwischen den beiden Ringen 144, 146 ein kleiner Abstand im Betrieb vorgesehen ist, berühren diese Ringe einander nicht und es kommt zu keinem Abrieb, das heißt die Dichtfunktion ist über längere Zeit ohne Schmierung gewährleistet. Ferner führt die Luftströmung zu einer Kühlung der Ringen 144, 146. Durch den Anlauf wird es kurzfristig Reibung geben und das Ziel ist, dass der sich einstellende Volumenstrom die Wärme austrägt. Damit ist eine lange Lebensdauer sichergestellt und Verschleiß wird weitestgehend vermieden.
Wie dieses Prinzip in der Praxis realisiert werden kann, wird nunmehr anhand der weiteren Figuren näher erläutert.
Die 4 zeigt zunächst eine Draufsicht auf die Stirnseite der Dichtfläche des ersten Ringes 144 woraus die Auslegung der Nuten 152 ersichtlich ist. Die Nuten sind in 4 nur in einem Teilbereich des ersten Ringes gezeigt, in der praktischen Ausführung werden sie über den gesamten Umfang des ersten Ringes 144 in gleichmäßiger Teilung vorgesehen. Man merkt, dass obwohl die Nuten sich radial erstrecken, sie keine streng radial orientierten Nuten sind, sondern so ausgelegt sind, dass sie unter Berücksichtigung der Drehrichtung 160 der Motorwelle und des ersten Ringes 144 die erforderliche Luftströmung 154, 156 erzeugen. Das heißt die Nuten sind geeignet geformt und gleichförmig auf dem Umfang des Gleitringes verteilt, um die Luft, wie in der 3 gezeigt, von radial innen nach radial außen zu fördern.
Die 5 zeigt nun eine weitere praktische Ausführung einer Gleitringdichtung 110 entsprechend der vorliegenden Erfindung. Bei der Gleitringdichtung der 5 ist der zweite Ring 146 in einem Aufnahmering 162 aufgenommen. Der zweite Ring 146 hat eine Stufenbohrung 164 und der Aufnahmering 162 eine Ringschulter 166, die mit der Stufenbohrung 164 des zweiten Ringes 146 einen ringförmigen Raum 168 bildet, der eine Ringdichtung 170 aufnimmt. Durch diese Ringdichtung 170 ist der zweite Ring 146 gegenüber dem Aufnahmering 162 abgedichtet. Der sich bewegende – vorgefederte – zweite Ring 146 muss gegen den Aufnahmering 162 abgedichtet sein, obwohl er sich ja leicht axial bewegen wird. Die Dichtung 170 soll gegen Wasserstoff dicht sein und gleichzeitig quasi geringste Kräfte gegen die axiale Bewegung einleiten. Der zweite Ring 146 soll sich ja federleicht auf den Volumenstrom einstellen und einen kleinen Abstand einfedern. Diese leichte Federkraft ist ein wichtiger Punkt der Lösung. Die sich einstellende Abhebkraft des Gleitkopfes ist gering.
Die Stufenbohrung 164 des zweiten Ringes 142 bildet ferner einen vorstehenden Ringvorsprung 172, der in eine Ringvertiefung 174 des Aufnahmeringes 162 hineinragt. Zwischen der Stirnseite des Ringvorsprunges 170 und dem Boden der Ringaufnahme 172 befinden sich Tellerfedern 176, die den zweiten Ring 146 in Richtung auf den ersten Ring 144 zu vorspannen.
In diesem Beispiel ist der Aufnahmering 162 mit dem zweiten Ring 146 in einem Gehäusebereich 107 angeordnet, der bspw. durch den Lagerschild gebildet werden kann und zur feststehenden Struktur des Motorgehäuses bzw. des Pumpengehäuses gehört. Gegenüber diesem Gehäusebereich ist der Aufnahmering abgedichtet. Der erste Ring 144 ist dagegen drehfest an der Motorwelle 102 angebracht und die Nuten 186, die hier für die erforderliche Luftströmung sorgen, sind im radial äußeren Bereich des ersten Ringes 140 angeordnet, wie in der 6 für eine einzelne Nut in einer perspektivischen Darstellung gezeigt ist.
Der Aufnahmering 162 weist in diesem Beispiel gemäß 5 eine zylindrische Außenwand 178 auf, innerhalb derer mindestens ein Teilbereich des zweiten Rings 146 angeordnet ist. Der zweite Ring 146 hat an mehreren Stellen, beispielsweise an drei gleichmäßig verteilten Stellen, Längsnuten 180 in seiner radial äußeren Wand, wobei nur eine solche Längsnut aufgrund der Schnittebene in der 5 ersichtlich ist. Die zylindrische Außenwand 178 des Aufnahmerings 162 ist lokal in diese Längsnuten 180 eingedrückt, wie bei 184 gezeigt und verhindert somit eine relative Drehbewegung zwischen dem zweiten Ring 146 und dem Aufnahmering 162.
Die Nuten 186 im ersten Ring 144 sind, wie in 6 anhand lediglich einer Nut gezeigt ist, Nuten mit einem V-förmigen Querschnitt und einem gekrümmten Verlauf mit einer Tiefe, die in Richtung radial nach innen progressiv kleiner wird und bei Null ausläuft, noch bevor sie die radial innere Wand 188 des ersten Ringes 144 erreichen. Durch den gekrümmten schrägen Verlauf der Nuten bilden diese einen spitzen Winkel mit der Umfangsrichtung des ersten Ringes 144 in der Drehrichtung 160 betrachtet. Dadurch, dass die Tiefe der Nuten 186 (von denen nur die eine Nut in 6 gezeigt ist, in der Tat aber eine Vielzahl von solchen in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt angeordneten Nuten vorgesehen ist), noch innerhalb des Ringes in eine Tiefe Null ausläuft, so dass die schmalen Enden der Nuten einen deutlichen radialen Abstand Ra von der radial inneren Wand 188 des ersten Ringes 144 aufweisen, liegt innerhalb der Nuten 186 eine Ringfläche 190 vor, die der durchgehenden Ringfläche 192 des zweiten Rings 146 gegenüberliegt.
Im Stillstand ist alles mechanisch dicht, es wird keine Luftströmung durch den ersten Ring 144 erzeugt, so dass die Ringfläche 192 des zweiten Rings 146 an der Ringfläche 190 des ersten Ringes 144 unter der Wirkung der Vorspanneinrichtung 174 anliegt und mit dieser eine statische Dichtung bildet, die einen möglichen Verlust an Wasserstoff zwischen den zwei Ringen 144, 146 verhindert. D.h. die Ringflächen 190 und 192 sind Bereiche ohne Nuten.
Bei einer Drehbewegung der Motorwelle 102 steigt der Druck in der Richtung radial nach innen entlang der Nuten 186 an, da die Querschnittsfläche der Nuten sich in diese Richtung progressiv verkleinert, so dass ein erhöhter Druckbereich (durch das Bezugszeichen 194 in 6 dargestellt) vorliegt. Der erhöhte statische Druck in diesem Bereich, der nur bei Drehung der Motorwelle 102 entsteht, sorgt dafür, dass der zweite Ring 142 entgegen der Kraft der durch die Tellerfeder 174 gebildeten Vorspanneinrichtung sich axial geringfügig vom ersten Ring 140 entfernt, wodurch Abrieb an den zwei Ringen verhindert wird.
Da im Stillstand die beiden Ringe (144, 145) sich berühren und beim Einschalten des Motors ein Übergang zu einem Abstand zwischen den beiden Ringen 144, 146 im Betrieb stattfinden muss, ist in der Übergangsphase mit Reibung zwischen den Ringen zu rechnen. Um diese herabzusetzen, ist es günstig, die Oberfläche des einen und/oder des anderen Ringes mit einer Gleitbeschichtung zu versehen, die eine Relativbewegung der beiden Flächen ohne Schmierung wenigstens für kurze Zeit und bei niedriger Drehzahl erlaubt. Solche Beschichtungen können Kunststoffbeschichtungen sein, wie beispielsweise PTFE oder physikalische Beschichtungen, die durch CVD oder PVD erzeugt werden, wobei solche Beschichtungen mit niedrigen Reibungskoeffizienten und geringem Abrieb an sich gut bekannt sind. Streng genommen muss die Gleitbe schichtung nur im Bereich der durchgehenden Ringflächen vorgesehen werden, es wäre aber vermutlich einfacher, die gesamte Fläche der sich gegenüberliegenden Stirnseiten des ersten Ringes 144 und des zweiten Ringes 146 mit einer solchen Beschichtung vorzusehen.
Im Betrieb wird somit Luft entsprechend dem Pfeil 154 in 5 und 6 durch den Ringspalt zwischen dem Gehäusebereich 107 und dem ersten Ring 144 bzw. durch die radialen Öffnungen 109 im Gehäusebereich 107 eingesaugt und von den Nuten 186 zwischen die einander gegenüberliegenden Flächen des ersten Rings 144 und des zweiten Rings 146 gedrückt. Hierdurch wird ein statischer Druck zwischen den Ringen 144 und 146 aufgebaut, der den zweiten Ring 142 entgegen der Vorspannung der Tellerfeder 174 in 5 axial nach links drückt, wodurch eine Luftströmung durch den Ringspalt 194 in dem Förderraum 112 erfolgt. Während bei der Ausführung gemäß 3 und 4 die Strömungsrichtung der Luft durch die Gleitringdichtung 110 von radial innen nach radial aussen erfolgt, ist sie bei der 5 und 6 Ausführung von radial aussen nach radial innen gerichtet. Diese Strömung verhindert, dass Wasserstoff in der entgegengesetzten Richtung strömt, so dass der Wasserstoff weitestgehend innerhalb des Förderraumes 112 gehalten wird. Erprobungen haben gezeigt, dass man mit einem derartigen System für eine Antriebsleistung von 0,1 kW den Verlust an Wasserstoff durch die Gleitringdichtung unterhalb von 0,000833419 g/s halten kann. Dabei wurde bei dieser Erprobung mit einem Wellendurchmesser von 7 mm und Drehzahlen bis zu 25.000 U/min gearbeitet.
Die kleine Luftmenge, die sich unter diesen Bedingungen in den Wasserstoffkreislauf hinein bewegt, wird nicht als störend empfunden, da sie im Vergleich zu der vorhandenen umgewälzten Wasserstoffmenge verschwindend gering ist.
Die 7 zeigt eine Möglichkeit, eine erfindungsgemäße Gleitringdichtung gemäß 5 und 6 in einen Motor mit der allgemeinen Ausbildung der 2 zu integrieren.
Die 7 zeigt, im Gegensatz zu der 2, den Stator 200 und den Rotor 202 des E-Motors sowie ein zusätzliches Lager 204 am oberen Ende 206 der Motorwelle 102, wobei am freien oberen Ende der Motorwelle ein Gebläserad 208 angebracht ist. Das Lager 204 ist in einer Lageraufnahme 205 untergebracht, die über eine Öffnungen aufweisende Wand 207 vom Motorgehäuse getragen wird. Oberhalb des Gebläserades und innerhalb des Motorraums 100 befindet sich in diesem Beispiel eine Motorsteuerung 210. Das Gebläse sorgt dafür, dass eine Luftströmung (Pfeil 212) durch eine nicht dargestellte Öffnung des Gehäuses und durch die Motorsteuerung 210 erfolgt. Der entsprechende Luftstrom wird anschließend durch das Gebläserad 208 um den Stator und den Rotor und zwischen diesen beiden Teilen gedrückt. Er entweicht dann aus dem unteren Bereich des Motorgehäuses durch einen dort vorgesehenen Ausgang (in 7 nicht gezeigt aber ähnlich dem Ausgang 214 der 8 realisiert) Dieser Luftstrom 212 dient zunächst der Kühlung des Motors weshalb ein Ausgang wie 214 notwendig ist, um die erforderliche Durchströmung des Motors zu erreichen. Eventuell kann auf einen Ausgang 214 verzichtet werden, wenn eine ausreichende Strömung durch die Labyrinthdichtung 216 zulässig ist.
Diese Labyrinthdichtung 216 ist unmittelbar unterhalb des aus dem Stator 200 und Rotor 202 gebildeten Motors vorgesehen und besteht aus einem sich drehenden Teil 218, das an der Motorwelle angebracht ist und einem feststehenden Teil 220, das über eine radiale Trennwand 222 an das Motorgehäuse 104 angebracht ist. Die Gleitringdichtung 110 gemäß
5 und 6 befindet sich in diesem Beispiel unmittelbar oberhalb des oberen Impellerrades 116 der Impellerpumpe und das umgebende Gehäuse 107 wird in diesem Beispiel von einer radialen Wand 209 des Pumpengehäuses bzw. des Motorgehäuses 104 getragen. Zwischen dem drehbaren ersten Ring 144 und der Labyrinthdichtung 216 befindet sich ein weiteres Gebläserad 224, das einerseits eine kleine Luftströmung durch die Labyrinthdichtung forciert und andererseits etwaigen durch die Gleitringdichtung 110 entweichenden Wasserstoff nach außen in einen Ausgangskanal 226 hinein befördert. Dieser Ausgangskanal 226 kann mit einem Katalysator ausgestattet werden (nicht gezeigt aber wie 228 in 8 ausgebildet), der dafür sorgt, dass der Wasserstoff mit dem Luftsauerstoff zu Wasser reagiert. Es werden somit die unschädlichen Gase durch den Ausgangskanal in die äußere Umgebung abgelassen. Es wäre auch denkbar die in den Ausgangskanal fließenden Gase der Kathodenseite des Brennstoffzellensystems zuzuführen.
Man merkt, dass bei der Konstruktion der 7 das mittlere Lager im Bereich des Lagerschildes 106 der 2 weggelassen ist, so dass die Motorwelle schließlich nur durch das untere Lager 132 und das obere Lager 204. gelagert ist. Denkbar wäre es auch, das untere Lager 132 wegzulassen und das Lager 108 der 2 in der radialen Wand 209 oberhalb des ersten Ringes 144 anzuordnen, wodurch diese radiale Wand 209 zu einem Lagerschild gemacht wird. Ein solches Lager, wie bei der 2, hat den Vorteil, dass ein preiswertes Standardlager mit bekannter Haltbarkeit zur Anwendung gelangen kann.
Die 8 zeigt eine mögliche weitere Abwandlung der Konstruktion gemäß 7, wobei die in 8 verwendeten Bezugszeichen die gleichen sind wie in 7 und die bisherige Beschreibung auch für Teile mit dem gleichen Bezugszeichen gilt, es sei denn, dass etwas anderes angegeben wird. Diese Praxis gilt auch für die anderen Ausführungsbeispiele. Es sind bei der Ausführung gemäß 8 zwei Hauptunterschiede festzustellen. Als erstes ist die Labyrinthdichtung 216 der 7 durch eine Gleitringdichtung 110' gemäß 5 ersetzt worden, die anders herum angeordnet ist, als bei der Gleitringdichtung 110, die benachbart zum Impellerrad 116 angeordnet ist. Auch hier wird der erste Ring 144 von der Motorwelle 102 getrieben. Da bei dieser Art der Konstruktion die Luftströmung durch die zweite erfindungsgemäße Gleitringdichtung 110' durchaus kleiner ist als der Luftstrom durch die Labyrinthdichtung 216 der Ausführung gemäß 7, ist es hier eher erforderlich, einen Auslass 214 für Druckluft aus dem Motorraum vorzusehen, damit das Gebläserad 208 für eine gute Durchströmung des Motorraumes sorgen kann. Die zweite Gleitringdichtung 110' ist in der 8 von der radialen Wand 222 getragen, wobei das Gebläserad 224 sich in einem Raum 240 befindet, der zwischen der radialen Wand 209 und der radialen Wand 222 befindet. Die vom Gebläserand 208 erzeugte Kühlluft erlaubt eine preiswerte Motorkonstruktion ohne Wasserkühlung.
Bei der Ausführung gemäß 3 und 4 ist der erste Ring 144 mit der Motorwelle 102 drehbar angebracht, während der zweite Ring 146 an einer feststehenden Struktur des Motors bzw. der Pumpe angeordnet ist.
Bei den Ausführungsformen gemäß 5, 6, 7 und 8 ist der erste Ring 144 ebenfalls an der Motorwelle 102 drehbar angebracht, während der zweite Ring 146 einen Teil eines stationär angeordneten Gleitkopfes 145 bildet.
Die 9 zeigt nunmehr eine weitere erfindungsgemäße Ausführung einer Gleitringdichtung 110, bei der der Gleitkopf 145 mit dem zweiten Ring 146 an der Motorwelle 102 befestigt ist, dagegen der erste Ring 144 feststehend in einem Gehäuse wie 107 in 5 angeordnet ist.
Bei der Ausführung gemäß 9 sind Teile, die Teilen der bisherigen Ausführungsformen gemäß 5 bis 8 entsprechen, mit den gleichen Bezugszeichen versehen und es versteht sich, dass die bisherige Beschreibung auch für diese Teile gilt. Es werden hier hauptsächlich die Unterschiede erörtert.
Bei der Ausführungsform gemäß 9 wird der Aufnahmering 160 über Madenschrauben 242 an einen oder mehreren radialen Stellen an der Motorwelle 102 drehfest angebracht. Auch hier wird ein dünnwandiger Teil 178 des Aufnahmerings 162 in axiale Längsnuten 180 in der Außenwand des zweiten Ringes eingedellt, so dass der zweite Ring 146 drehfest mit dem Aufnahmering verbunden ist. In diesem Beispiel liegt die Ringdichtung 170 nicht zwischen dem zweiten Ring 146 und dem Aufnahmering 162, sondern zwischen dem zweiten Ring 146 und der Motorwelle 102, wobei die Ringdichtung 170 auch entsprechend der Darstellung der 5 angeordnet werden könnte, wenn der Aufnahmering mit einer entsprechenden Ringschulter 166 ausgestattet wäre.
In diesem Beispiel sind die Tellerfedern 174, die in 5 die Vorspanneinrichtung bilden, nicht vorgesehen, sondern statt dessen sind mehrere Schraubendruckfedern 244 vorgesehen, die gleichmäßig verteilt um die Drehachse A der Motorwelle 102 angeordnet sind, wobei diese Schraubendruckfeder in Blindbohrungen 246 aufgenommen sind, die an radialen Stellen platziert sind, wo keine Madenschraube vorliegt. Beim Vorsehen von drei gleichmäßig verteilten Madenschrauben an den Winkelstellen 0°, 120° und 240° um die Drehachse A, könnten beispielsweise die Bohrungen 246, die die Schraubendruckfeder 244 aufnehmen, bei 60°, 180° und 300° angeordnet werden. Die axiale Tiefe des Aufnahmeringes 162 sowie die axiale Länge des zweiten Ringes 146 sind in diesem Beispiel im Vergleich zu der Ausführung gemäß 5 größer geworden.
Bei der Ausführung gemäß 9 ist eine Ringplatte 245 am linken Ende des zweiten Ringes 146 vorgesehen, gegen die die Schraubenfedern 244 drücken. Diese Ringplatte 245, die einstückig mit dem zweiten Ring 146 ausgebildet sein kann oder ein getrenntes Bauteil darstellt, das nachträglich durch Schweißen, Kleben oder anderweitig am zweiten Ring befestigt wird, verhindert, dass die eingedellten Bereiche 184 des Aufnahmeringes 162 sich axial vom zweiten Ring 146 trennen, so dass das Gleitkopfmodul 145 bestehend aus dem Aufnahmering 162, dem zweiten Ring 146, der Ringdichtung 170, der Vorspanneinrichtung 244 und gegebenenfalls den Madenschrauben 242 stets zusammenbleibt, wodurch die einzelnen Teile nicht verloren gehen können.
Der erste Ring 144 ist in dieser Ausführung mit einer Ringdichtung 247 ausgestattet, die einen zylindrischen Vorsprung 248 des ersten Ringes umgibt und gegen eine radiale Schulter 250 einer Stufenbohrung 252 im Gehäuse gedrückt wird. Die Ringdichtung verhindert, dass sich Luft außen um den ersten Ring 144 herum bewegt. Zwischen der inneren Bohrung 254 des ersten Ringes 144 und der Motorwelle 102 befindet sich jedoch ein schmaler ringförmiger Freiraum 256, durch den Luft strömen kann.
Das Bezugszeichen 258 zeigt einen Stift, der in das Gehäuse 107 eingeschraubt ist und in eine radiale Ausnehmung 260 des ersten Ringes 144 eingreift, um eine relative Drehung des ersten Ringes 144 gegenüber dem Gehäuse 107 zu verhindern.
Die Konstruktion gemäß 9 kann auf zweierlei Arten benutzt werden. Der Raum rechts vom ersten Ring 144 kann der Motorraum 100 sein, d.h. hier kann Luft vorliegen. Bei Drehung der Motorwelle 102 wird Luft dann durch den Ringspalt 256 gezogen und radial nach außen zwischen dem ersten Ring 144 und den zweiten Ring 146 gedrückt. Die so beförderte Luft gelangt dann in den Förderraum 112 links vom ersten Ring 144 in 9. Alternativ hierzu könnte der Raum links vom Gleitkopf 145 der Motorraum 100 sein und es würde dann eine Lüftströmung außen um den zweiten Ring 146 und dann radial nach innen zwischen dem Ring 146 und den Ring 144 erfolgen, wonach die so beförderte Luft durch den Ringspalt 256 nach rechts in den dort vorgesehenen Förderraum 112 erfolgt.
Man muss bei der Auslegung der Gleitringdichtung 110 entscheiden, in welche Richtung die Luft strömen soll, d.h. radial nach innen oder nach außen und die Nuten 186 im zweiten drehbaren Ring 146 entsprechend anbringen, so dass der erwünschte Luftstrom erzeugt wird. Die Nuten 186 der 6 oder die Nuten 152 der 4 könnten beispielsweise hier verwendet werden. Wenn es darum geht, eine Luftströmung von radial innen nach radial außen zu erzeugen, müsste die große Querschnittsfläche der Nuten an der radial inneren Seite des Ringes 146, unter Berücksichtigung der Drehrichtung des Ringes 146 angeordnet werden. Die Nuten 186 bzw. 152 müssen dann radial vor dem äußeren Umfang des Ringes 146 auslaufen, so dass eine radial außen angeordnete ununterbrochene Ringfläche vorliegt um die statische Dichtfunktion zu erreichen. Die Teile 145 und 146 gehören zusammen und drehen mit der Welle mit. Sie werden durch ein Federsystem gegen den stillstehenden ersten Ring gedrückt. Nur der Volumenstrom hebt diese dann voneinander ab.
Es ist nicht zwingend erforderlich, dass der Gleitkopf 145 einen zweiten Ring 146 umfassen muss. Stattdessen könnte es sich bei dem Gleitkopf 145 um eine Ringfläche eines Gehäuses oder der Motorwelle handeln, die die Funktion eines Ringes wie 144 oder 146 aufweist. Dennoch ist es vermutlich einfacher, in allen Fällen zwei Ringe vorzusehen, da diese außerhalb des Gehäuses fein bearbeitet werden können. Man merkt, dass die Gleitköpfe bei den Ausführungen gemäß 5 bis 9 je eine Einheit darstellen, die aus mehreren aneinander unverlierbar gehaltenen Teilen besteht.

Claims

Gleitringdichtung (110) mit einem ersten Ring (144) und einem diesem gegenüberliegenden Gleitkopf (145), der gegebenenfalls die Form eines zweiten Rings (146) aufweisen kann, wobei im Betrieb eine relative Drehbewegung zwischen dem ersten Ring (144) und dem Gleitkopf stattfindet und eine Vorspanneinrichtung (174; 244) vorgesehen ist, die den ersten Ring (144) in Richtung auf den Gleitkopf (146) zu vorspannt, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens der Teil (144 oder 146), der in Betrieb drehbar ist, eine als Pumpe wirkende Oberflächengestaltung (152; 186) aufweist, die ein gasförmiges Medium veranlasst, zwischen dem ersten Ring (144) und dem Gleitkopf (145) mit einer radialen Komponente zu strömen, wodurch sich ein Arbeitsdruck zwischen dem ersten Ring (144) und dem Gleitkopf (145 bzw. 146) einstellt, der entgegen der Kraft der Vorspanneinrichtung (174; 244) einen Arbeitsspalt zwischen diesen Teilen aufrecht erhält.
Gleitringdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeweilige einander gegenüberliegende ununterbrochene Ringflächen (190) auf dem ersten Ring (144) und dem Gleitkopf (145 bzw. 146) vorgesehen sind, die beim Stillstand aneinander anliegen und eine statische Dichtung bilden.
Gleitringdichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der jeweiligen einander gegenüberliegenden ununterbrochenen Ringflächen (190; 192) mit einer Gleitbeschichtung vorgesehen ist.
Gleitringdichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleitbeschichtung einen niedrigen Reibungskoeffizienten kleiner als 0,2 aufweist.
Gleitringdichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleitbeschichtung aus der Gruppe bestehend aus einer Kunststoffschicht, einer PTFE-Beschichtung, eine mittels CVD erzeugte Beschichtung und eine mittels PVD erzeugte Beschichtung besteht.
Gleitringdichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem gasförmigem Medium um Luft handelt.
Gleitringdichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömung des gasförmigen Mediums zwischen dem ersten Ring (144) und dem Gleitkopf (145 bzw. 146) radial nach außen erfolgt.
Gleitringdichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömung des gasförmigen Mediums zwischen dem ersten Ring (144) und dem Gleitkopf (145 bzw. 146) radial nach innen erfolgt.
Gleitringdichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Ring (144) zur festen Anbringung an eine drehbare Welle (102) und der Gleitkopf (145) bzw. der zweite Ring (146) zur Anbringung an eine feststehende Struktur (107) ausgelegt ist.
Gleitringdichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleitkopf (145) bzw. der zweite Ring (146) zur Anbringung an einer drehbaren Welle (102) und der erste Ring (144) zur Anbringung an eine feststehende Struktur (107) ausgelegt ist.
Gleitringdichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömung des gasförmigen Mediums zwischen dem ersten Ring (144) und dem Gleitkopf (145) bzw. dem zweiten Ring (146) die Verhinderung oder die weitgehende Unterdrückung des Entweichens eines anderen gasförmigen Mediums zwischen diesen Teilen bewirkt.
Gleitringdichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorspanneinrichtung (174; 244) auf den ersten Ring (144) einwirkt.
Gleitringdichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorspanneinrichtung (174, 244) auf den Gleitkopf (145) bzw. den zweiten Ring (146) einwirkt.
Gleitringdichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie zur Anwendung in einer Brennstoffrezirkulationspumpe (60) eines Brennstoffzellensystems (10) ausgelegt ist.
Gleitringdichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ausbildung des Gleitkopfs (145) der zweite Ring (146) in einem Aufnahmering (162) aufgenommen ist, dass die Vorspanneinrichtung (174, 244) zwischen dem Aufnahmering (162) und dem zweiten Ring (146) vorgesehen ist und dass eine Verriegelung (180, 184) zwischen dem Aufnahmering (162) und dem zweiten Ring (146) vorgesehen ist, die eine relative Drehbewegung zwischen diesen Teilen zumindest im Wesentlichen verhindert, eine axiale Relativbewegung unter der Einwirkung der Vorspanneinrichtung bzw. des Arbeitsdruckes jedoch zumindest im beschränkten Ausmaß zulässt.
Gleitringdichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die relative Drehbewegung zwischen dem zweiten Ring (146) und dem Aufnahmering (162) dadurch verhindert wird, dass eine dünnwandige Außenwand (178) des Aufnahmerings (162) an einer Stelle oder an mehreren Stellen in eine jeweilige Nut (180) des zweiten Rings eingedellt ist.
Gleitringdichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem zweiten Ring (146) und dem Aufnahmering (162) eine Ringdichtung (170) angeordnet ist.
Gleitringdichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorspanneinrichtung durch eine Schraubendruckfeder gebildet ist, die auf den zweiten Ring (146) einwirkt.
Gleitringdichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorspanneinrichtung durch eine Tellerfeder (174) oder mehrere Tellerfedern gebildet ist, die auf den zweiten Ring (146) einwirkt bzw. einwirken.
Gleitringdichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorspanneinrichtung durch mehrere an jeweiligen Stellen um den zweiten Ring herum angeordnete Schraubendruckfeder (244) gebildet ist.
Gleitringdichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Schraubenfedern (244) in achsparallele Bohrungen (246) des Aufnahmerings (162) aufgenommen sind.
Gleitringdichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächengestaltung durch mehrere Nuten (152; 186) im drehbaren Teil (144 oder 146) gebildet ist.
Gleitringdichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Nuten (152; 186) sichelförmig gekrümmt sind.
Gleitringdichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Nuten (186) durch gekrümmte, im Querschnitt V-förmige bzw. rechtwinklige Einschnitte gebildet sind, deren Einschnitttiefe in der Richtung radial nach innen auf den drehbaren Teil (144) bezogen abnimmt.
Gleitringdichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 22 bis 24 und Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Nuten (186) an ihren radial nach innen gelegten Enden auslaufen und zwischen der Auslaufstelle und einer radial inneren Wand des drehbaren Teils die ununterbrochene Ringfläche vorliegt.
Gleitringdichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufnahmering (162) einen Presssitz in einem Gehäuse (107) oder in einem Lagerschild (106) aufweist oder im Gehäuse oder Lagerschild verklebt ist.
Gleitringdichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ringdichtung im Bereich des Presssitzes für eine gasdichte Aufnahme des Aufnahmerings im Gehäuse bzw. im Lagerschild sorgt.
Gleitringdichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufnahmering (162) durch formschlüssige Merkmale (242) oder durch Kraftschluss mit einer Motorwelle (102) drehfest verbunden ist.
Gleitringdichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufnahmering (162) durch eine oder mehrere Madenschrauben (242) an der Motorwelle (102) drehfest befestigt ist.
Gleitringdichtung nach Anspruch 20 und Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass die Madenschrauben (242) jeweils an Stellen zwischen zwei Schraubendruckfedern (244) angeordnet sind.
Gleitringdichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleitkopf (145) bzw. der zweite Ring (146) an einer drehbaren Motorwelle (102) angebracht ist, und der erste Ring (144) eine Durchgangsbohrung (256) für diese Motorwelle (102) aufweist und mit dieser einen Ringspalt bildet.
Gleitringdichtung nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Ring (144) in einer Ringaufnahme (252) eines Gehäuses (107) oder Lagerschilds (106) sitzt.
Gleitringdichtung nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem ersten Ring (144) und dem Gehäuse (107) bzw. dem Lagerschild (106) eine Ringdichtung (250) angeordnet ist.
Gleitringdichtung nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verriegelungsglied (258) zwischen dem ersten Ring (144) und dem Gehäuse (107) bzw. dem Lagerschild (106) angeordnet ist und eine relative Verdrehung des ersten Ringes und des Gehäuses bzw. des Lagerschildes verhindert.
Kombination einer Gleitringdichtung, insbesondere einer Gleitringdichtung (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 34, mit einer Pumpe (60), die einen in einem Motorraum (100) angeordneten Elektromotor (200, 202) und ein in einem Förderraum (112) angeordnetes Förderglied (114, 116) aufweist, das von einer drehbar gelagerten Motorwelle (102) des Motors antreibbar ist, wobei zwischen dem Motorraum (100) und dem Förderraum (112) mindestens eine sich radial erstreckende Wand (209) vorgesehen ist, durch welche die Motorwelle (102) sich erstreckt, wobei die Gleitringdichtung (110) im Bereich der sich radial erstreckenden Wand (209) angeordnet ist.
Kombination nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, dass die Motorwelle (102) in einem benachbart zum Förderglied (114, 116) angeordneten ersten Lager (132) und in einem zweiten auf der dem Förderglied abgewandten Ende (206) der Motorwelle (102) angeordneten Lager (204) drehbar gelagert ist.
Kombination nach einem der Ansprüche 35 bis 36, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor durch einen handelsüblichen Motor gebildet ist, der nicht gegen Wasserstoff bzw. Wasser oder Wasserdampf widerstandsfähig ist.
Kombination nach einem der vorhergehenden Ansprüche 35 bis 37, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Motorraum (100) und dem Förderraum (112) erste und zweite sich radial erstreckende Wände (209, 222) vorgesehen sind, dass ein Spülraum (240) zwischen den sich radial erstreckenden Wänden vorgesehen ist, dass die Motorwelle (102) durch die sich radial erstreckenden Wände (209, 222) hindurchgeht und dass die Gleitringdichtung (110) im Bereich der dem Förderraum benachbarten zweiten radialen Wand (209) vorgesehen ist.
Kombination nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der ersten radialen Wand (222) zwischen dieser und der Motorwelle (102) eine weitere Dichtung (110; 216) vorgesehen ist.
Kombination nach Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Dichtung durch eine Gleitringdichtung, insbesondere eine Gleitringdichtung (110) nach einem der Ansprüche 1 bis 34 gebildet ist.
Kombination nach einem der Ansprüche 38, 39 und 40, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gebläserad (224) im Spülraum (240) vorgesehen ist und an der Motorwelle (102) befestigt ist.
Kombination nach einem der Ansprüche 38 bis 41, dadurch gekennzeichnet, dass der Spülraum (240) einen Ausgang (226) für durch die weitere Dichtung (110; 216) vom Motorraum (100) entweichendes gasförmiges Medium und etwaiges aus den Förderraum (112) durch die Gleitringdichtung (110) hindurch tretende Gas aufweist.
Kombination nach Anspruch 42, dadurch gekennzeichnet, dass ein katalytischer Wandler (228) dem Ausgang (226) des Spülraums (240) zugeordnet ist, der aus dem Förderraum (112) austretende Brennstoff und aus dem Motorraum (100) kommende Luft zu Wasser und umweltschonende Gase umwandelt.
Kombination nach einem der vorhergehenden Ansprüche 35 bis 43, dadurch gekennzeichnet, dass der Motorraum (100) einem Gebläse (208) zugeordnet ist, der eine Luftkühlung des Motorraums bewirkt.
Kombination nach Anspruch 43, dadurch gekennzeichnet, dass der Motorraum (100) einen Ausgang (226) für Kühlluft aufweist.
Kombination nach einem der vorhergehenden Ansprüche 35 bis 45, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Pumpe (60) um eine Impellerpumpe, einen Seitenkanalverdichter oder einen Turboverdichter handelt.
Verfahren, um zu verhindern, dass beim Betrieb einer Pumpe (60) für ein gasförmiges Medium, die einen in einem Motorraum (100) angeordneten Motor (200, 202) und ein in einem Förderraum (112) angeordnetes Förderglied (114, 116) aufweist, das gasförmige Medium durch einen Motorwellendurchgang in den Motorraum (100) entweicht, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des Motorwellendurchgangs ein Luftstrom bzw. ein Gasstrom erzeugt wird, die den Eintritt des gasförmigen Mediums in den Motorraum (100) hinein weitestgehend verhindert.
Verfahren nach Anspruch 47, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftstrom bzw. der Gasstrom durch eine externe Luftquelle bzw. Gasquelle bewirkt wird.
Verfahren nach Anspruch 47, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftstrom bzw. der Gasstrom durch eine Gleitringdichtung (11O) erzeugt wird, insbesondere durch eine Gleitringdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 34, wobei die Gleitringdichtung aus einem ersten Ring (144) und einem Gleitkopf (145) bzw. einem zweiten Ring (146) besteht und der erste Ring (144) von der Motorwelle (102) angetrieben wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 47 bis 49, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Motorraum (100) und dem Förderraum (112) ein Spülraum (240) vorliegt und dass mindestens ein Teil des Luftstroms bzw. Gasstroms zusammen mit etwaigem aus dem Förderraum (112) in den Spülraum (240) gelangenden gasförmigen Medium durch einen Ausgang des Spülraumes herausgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 50, dadurch gekennzeichnet, dass der aus dem Ausgang (226) austretende Luftstrom bzw. Gasstrom zusammen mit dem in den Spülraum (240) gelangenden gasförmigen Medium durch einen, dem Ausgang (226) benachbart angeordneten katalytischen Wandler (228) in für die Umgebung unschädliche Gase umgewandelt wird.
Kombination nach einem der Ansprüche 35 bis 46, dadurch gekennzeichnet, dass das dem Motorraum abgewandte Ende der Motorwelle durch einen Wellenzapfen gebildet ist, der sich in einer Ringaufnahme mit radialem Spiel befindet, die nur bei unerwünscht höherer Biegeverformung der Welle in Berührung mit dem Wellenzapfen tritt und eine weitergehende Biegung unterbindet.
Kombination nach Anspruch 52, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringaufnahme als Gleitlager ausgebildet ist.