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Title:
DETECTION OF COMPRESSOR INSTABILITY ON THE BASIS OF THE AXIAL POSITION OF THE COMPRESSOR SHAFT AND A TEMPERATURE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/057446
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a method for operating a turbomachine and to a turbomachine. The method comprises the following steps: i) capturing at least one value indicative of an axial position change of a shaft (540) of the turbomachine (500), which shaft is coupled to at least one compressor wheel (512) of the turbomachine (500); and ii) changing at least one operating parameter of the turbomachine (500) if, on the basis of the at least one value, it was detected that the turbomachine (500) is operated in an unstable operating state.

Inventors:
BRANDL, Fabian (Ermlandstr. 7, München, 81929, DE)
GRILC, Simon (Graf-Konrad-Strasse 17, Muenchen, 80809, DE)
Application Number:
EP2018/073034
Publication Date:
March 28, 2019
Filing Date:
August 27, 2018
Export Citation:
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Assignee:
BAYERISCHE MOTOREN WERKE AKTIENGESELLSCHAFT (Petuelring 130, München, 80809, DE)
International Classes:
F04D27/00
Domestic Patent References:
WO2010141815A22010-12-09
Foreign References:
US20170218968A12017-08-03
FR2911371A12008-07-18
Other References:
None
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Claims:
Patentansprüche

1 . Verfahren zum Betrieb einer Strömungsmaschine (500), umfassend den Schritt:

- Erfassen von mindestens einem Wert, der indikativ ist für eine axiale Positionsänderung einer Welle (540) der Strömungsmaschine (500), die mit mindestens einem Verdichterrad (512) der

Strömungsmaschine (500) gekoppelt ist; und

- Verändern von mindestens einem Betriebsparameter der

Strömungsmaschine (500), falls basierend auf dem mindestens einen Wert erkannt wurde, dass die Strömungsmaschine (500) im instabilen Betriebszustand betrieben wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1 , ferner umfassend den Schritt:

- Erfassen von mindestens einem Drehzahlwert, der indikativ ist für die Drehzahl der Welle (540) der Strömungsmaschine (500);

wobei bei der Erkennung vom instabilen Betriebszustand der

Drehzahlwert berücksichtigt wird.

3. Verfahren zum Betrieb einer Strömungsmaschine (500), insbesondere nach Anspruch 1 oder 2, umfassend die Schritte:

- Erfassen der Temperatur der Luft, wobei die Temperatur derart

benachbart zum Verdichterrad (514) der Strömungsmaschine (500) erfasst wird, dass eine RückStrömung von bereits verdichteter und erwärmter Luft im Verdichtergehäuse (510) der Strömungsmaschine (500) erfassbar ist;

- Vergleichen der erfassten Temperatur mit einer Referenztemperatur; und - Verändern der zur Steuerung der Strömungsmaschine zu Grunde gelegten Pumpgrenze in Abhängigkeit von der aus dem Vergleich resultierenden Abweichung.

4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die maximal zulässige

Grenzabweichung so gewählt ist, dass es zwar zur Rückströmung kommt, aber diese Rückströmung im Wesentlichen keine mechanischen

Schwingungen der Welle verursacht.

5. Strömungsmaschine (500) zur Luftversorgung eines Energiewandlers (300),

umfassend:

mindestens ein Verdichterrad (512), das eingerichtet ist, zu

verdichtende Luft zu fördern,

mindestens eine Welle (540), die mit dem Verdichterrad (512) gekoppelt ist; und

mindestens eine Abstandssensor (550);

wobei der Abstandssensor (550) eingerichtet ist, axiale

Positionsänderungen der Welle (540) direkt oder indirekt zu erfassen.

6. Strömungsmaschine (500) nach Anspruch 5, wobei der Abstandssensor (550) im Wesentlichen koaxial zur Welle (540) angeordnet ist.

7. Strömungsmaschine (500) nach Anspruch 5 oder 6, wobei der

Abstandssensor (550) in einem Verdichter-Ansaugkanal (518) und/oder in einem Turbinenauslass (528) der Strömungsmaschine (500) angeordnet ist.

8. Strömungsmaschine (500) nach einem der vorherigen Ansprüche 5 bis 7, wobei der Abstandssensor (550) ein optischer Abstandssensor ist.

9. Strömungsmaschine (500) nach einem der vorherigen Ansprüche 5 bis 8, ferner umfassend mindestens ein Steuergerät, wobei das Steuergerät eingerichtet ist,

- mindestens einem Wert zu erfassen, der indikativ ist für eine axiale Positionsänderung einer Welle der Strömungsmaschine, die mit mindestens einem Verdichterrad der Strömungsmaschine gekoppelt ist; und

- mindestens einem Betriebsparameter der Strömungsmaschine zu verändern, falls basierend auf dem mindestens einen Wert erkannt wurde, dass die Strömungsmaschine im instabilen Betriebszustand betrieben wird.

10. Strömungsmaschine (500) nach einem der vorherigen Ansprüche 5 bis 9, ferner umfassend eine Einrichtung zur Erfassung der Drehzahl der Welle.

1 1 . Strömungsmaschine (500) nach einem der vorherigen Ansprüche 5-10, ferner umfassend mindestens einen Temperatursensor (560), der unmittelbar benachbart zum Verdichterrad (514) angeordnet ist, insbesondere im Verdichter-Ansaugkanal (518).

Description:
ERKENNUNG EINER VERDICHTERINSTABILITÄT MITTELS DER AXIALEN POSITION DER VERDICHTERWELLE UND EINER TEMPERATUR

Die hier offenbarte Technologie betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Strömungsmaschine. Ferner betrifft die hier offenbarte Technologie eine Strömungsmaschine, beispielsweise einen Verdichter. Verdichter werden zur Leistungssteigerung bei Verbrennungsmotoren und bei

Brennstoffzellensystemen eingesetzt. Je nach Lastanforderung sollen Luftmenge und/oder Ladedruck variiert werden können. Wird die

Strömungsmaschine in ungünstigen Betriebspunkten betrieben, kann dies zum Verdichterpumpen (englisch: surge) führen. Hierbei kommt es zu einem Strömungsabriss an den Verdichterschaufeln, was eine Rückströmung der Luft durch den Verdichter zur Folge hat. Dadurch sinkt das Druckverhältnis und der Verdichter fördert wieder, bis es erneut zum Pumpen kommt. Diese Vorgänge wiederholen sich mehrmals pro Sekunde und verursachen unerwünschte Schwingungen und Pulsationen. Daher wird der Ladedruck aufwändig überwacht und geregelt, wobei ein Sicherheitsbereich definiert wird, der nicht überschritten bzw. unterschritten werden darf. Im

Pumpenkennfeld ist dieser Sicherheitsbereich durch einen Betrieb mit einem gewissen Abstand zur Pumpgrenze (englisch: surge line) darstellbar. Die Erfassung der Größen bringt eine gewisse Messungenauigkeit mit sich. Folglich muss der Sicherheitsabstand zur Pumpgrenze relativ groß gewählt werden. Dies schränkt den möglichen Betriebsbereich der Turbomaschine ein. Zudem ist ein Betrieb nahe der Pumpgrenze je nach Anwendung auch gewünscht. Es existiert also ein Bestreben, den Verdichter nahe der Pumpgrenze zu betreiben bzw. den Sicherheitsabstand zur Pumpgrenze möglichst klein auszulegen.

Es ist eine bevorzugte Aufgabe der hier offenbarten Technologie, zumindest einen Nachteil von einer vorbekannten Lösung zu verringern oder zu beheben oder eine alternative Lösung vorzuschlagen. Es ist insbesondere eine bevorzugte Aufgabe der hier offenbarten Technologie, die Erkennung von Verdichterpumpen zu verbessern bzw. einen Kompressor

vorzuschlagen, der näher an der Pumpgrenze betreibbar ist. Weitere bevorzugte Aufgaben können sich aus den vorteilhaften Effekten der hier offenbarten Technologie ergeben. Die Aufgabe(n) wird/werden gelöst durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1 der unabhängigen

Patentansprüche. Die abhängigen Ansprüche stellen bevorzugte

Ausgestaltungen dar.

Die hier offenbarte Technologie betrifft eine Strömungsmaschine zu

Luftversorgung eines Energiewandlers. Die Strömungsmaschine ist insbesondere eingerichtet, Luft zu einem Energiewandler zu fördern, insbesondere zu mindestens einer Brennstoffzelle. Die Strömungsmaschine kann insbesondere ein luftgelagerter Turbokompressor, Turboverdichter bzw. Kreiselverdichter sein. Bevorzugt weist der Verdichter einen Arbeits- Drehzahlbereich von ca. 15.000 U/min bis ca. 170.000 U/min, und besonders bevorzugt von ca. 20.000 U/min bis ca. 130.000 U/min auf. Die

Strömungsmaschine kann insbesondere eingerichtet sein, über einen

Energiewandler-Zuströmungspfad Luft mindestens einem Energiewandler eines Kraftfahrzeugs zuzuführen. Bevorzugt umfasst die Strömungsmaschine eine Verdichtereinheit mit mindestens einem Verdichterrad und/oder eine Turbineneinheit mit mindestens einem Turbinenrad. Das Verdichterrad ist eingerichtet, die zu verdichtende Luft zu fördern.

Das Turbinenrad ist eingerichtet, das Abfallen der innere Energie vom einströmenden Gas in mechanische Leistung (hier Drehmoment mal

Drehzahl) umzuwandeln, die es an die Welle abgibt. Bevorzugt ist das Turbinenrad als Abgasturbinenrad ausgebildet. Das Turbinenrad ist insbesondere eingerichtet, einströmendes Gas zu expandieren. Bevorzugt umfasst die Strömungsmaschine ein Verdichterrad und ein Turbinenrad.

Das Verdichterrad und das Turbinenrad werden auch als Laufrad bezeichnet. Sofern nachstehend der Begriff „Laufrad" angeführt ist, so ist die im

Zusammenhang mit dem Laufrad beschriebene Technologie gleichsam auf das mindestens eine Verdichterrad und das mindestens eine Turbinenrad anwendbar.

Das mindestens eine Laufrad ist zweckmäßig mit einer Welle der

Strömungsmaschine drehfest gekoppelt, beispielsweise über eine Welle- Nabe Verbindung, Klebung oder jede andere geeignete Verbindung. Das mindestens eine Laufrad ist i.d.R. kreisrund und konzentrisch zur Mittelachse der Welle angeordnet. Das Laufrad und die Welle sind koaxial zueinander angeordnet.

Das Laufrad kann an seiner Laufradvorderseite bzw. Laufradaußenseite bzw. Vorderseite des Laufrads (nachstehend für alle Begriffe stellvertretend wird vereinfachend benutzt:„Vorderseite des Laufrads" oder allgemein

„Vorderseite") Luftleitelemente aufweisen, insbesondere rotierende

Leitschaufeln, die nachstehend auch als Laufschaufeln bezeichnet werden. Die Laufradrückseite bzw. Laufradinnenseite bzw. Rückseite (nachstehend für alle Begriffe stellvertretend wird vereinfachend benutzt:„Rückseite des Laufrads" oder allgemein„Rückseite") ist die Rückseite des Laufrads. Die Vorderseite kann eingerichtet sein, axial Luft anzusaugen und in das Verdichtergehäuse zu fördern, wobei dabei die angesaugte Luft verdichtet wird. Die Vorderseite kann eingerichtet sein, in das Turbinengehäuse insbesondere radial einströmendes Gas axial ausströmen zu lassen, wobei in der Turbineneinheit das Gas expandiert und die Welle angetrieben wird.

Die hier offenbarte Strömungsmaschine kann mindestens einen elektrischen Antrieb umfassen, dessen Rotor mit der Welle drehfest verbunden ist. Der Antrieb ist eingerichtet, den Energiewandler mit ausreichend Luft zu versorgen. Jeder geeignete Motor kann hierzu eingesetzt werden, z.B.

permanenterregte Synchronmotoren.

Der mindestens eine Energiewandler ist eingerichtet, die chemische Energie des Brennstoffs in andere Energieformen umzuwandeln, beispielsweise in elektrische Energie und/oder in Bewegungsenergie. Der Energiewandler kann beispielsweise eine Brennkraftmaschine oder ein

Brennstoffzellensystem/ Brennstoffzellenstapel mit mindestens eine

Brennstoffzelle sein.

Die hier offenbarte Strömungsmaschine kann ferner mindestens einen Abstandssensor umfassen. Abstandssensoren als solche sind bekannt. Beispielsweise kann der Abstandssensor ein optischer Abstandssensor sein.

Der Abstandssensor kann eingerichtet sein, eine tatsächliche axiale

Positionsänderungen der Welle direkt oder indirekt zu erfassen. Der

Abstandssensor kann insbesondere eingerichtet sein, den Abstand zu der Stirnseite des Laufrads (=indirekte Erfassung) und/oder zur Stirnseite der Welle (=direkte Erfassung) zu bestimmen. Der Abstandssensor ist insbesondere in der Lage, ein Signal bzw. einen Wert zu generieren, der indikativ ist für die axiale Positionsänderung der Welle. Der mindestens eine Wert kann beispielsweise ein Signal eines Abstandssensors sein, das den erfassten/gemessenen Abstand zwischen Abstandssensor und Stirnfläche vom Laufrad bzw. von der Welle repräsentiert. Der Abstandssensor ist insbesondere eingerichtet, dynamische Positionsänderung der Welle, wie beispielsweise Schwingungen oder Verzierungen, zu erfassen.

Bevorzugt ist der mindestens eine Abstandssensor in dem Verdichter- Ansaugkanal und/oder in dem Turbinenauslass der Strömungsmaschine angeordnet. Bevorzugt ist der mindestens eine Abstandssensor im

Wesentlichen koaxial zur Welle der Strömungsmaschine angeordnet. Der Begriff „im Wesentlichen koaxial" bedeutet in diesem Zusammenhang, dass der Abstandssensor auch leicht axial versetzt angeordnet sein kann, ohne dass dies erkennbaren Einfluss auf Strömungsverteilung im und/oder Turbinenauslass hat. Eine solche Ausgestaltung ist besonders platzsparend und ermöglicht eine präzise Erfassung der Axialverschiebungen der Welle.

Das hier offenbarte System umfasst zweckmäßig ferner mindestens ein Steuergerät. Das Steuergerät ist u.a. eingerichtet, die hier offenbarten Verfahrensschritte durchzuführen. Hierzu kann das Steuergerät basierend auf bereitgestellten Signalen die Aktuatoren des Systems zumindest teilweise und bevorzugt vollständig regeln (engl, closed loop control) oder steuern (engl, open loop control). Das Steuergerät kann zumindest das Brennstoffzellensystem beeinflussen, insbesondere das

Kathodensubsystem, Anodensubsystem und/oder das Kühlsystem des Brennstoffzellensystems. Alternativ oder zusätzlich kann das Steuergerät auch in einem anderen Steuergerät mit integriert sein, z.B. in einem übergeordneten Steuergerät. Das Steuergerät kann mit weiteren

Steuergeräten des Kraftfahrzeuges interagieren.

Das Steuergerät kann eingerichtet sein, den mindestens einen Wert zu erfassen, der indikativ ist für die axiale Positionsänderung der Welle der Strömungsmaschine, die mit dem mindestens einen Verdichterrad der Strömungsmaschine gekoppelt ist. Ferner kann das Steuergerät eingerichtet sein, den mindestens einen Betriebsparameter der Strömungsmaschine zu verändern, falls basierend auf dem mindestens einen Wert erkannt wurde, dass die Strömungsmaschine im instabilen Betriebszustand betrieben wird.

Gleichsam umfasst die hier offenbarte Technologie ein Verfahren zum Betrieb der Strömungsmaschine. Das Verfahren umfasst die Schritte:

- Erfassen von mindestens einem Wert, der indikativ ist für die tatsächlich axiale Positionsänderung einer Welle der Strömungsmaschine, die mit mindestens einem Verdichterrad der Strömungsmaschine gekoppelt ist; und

- Verändern von mindestens einem Betriebsparameter der

Strömungsmaschine, falls basierend auf dem mindestens einen Wert erkannt wurde, dass die Strömungsmaschine aufgrund von

Verdichterpumpen im instabilen Betriebszustand betrieben wird.

Der mindestens eine Betriebsparameter ist insbesondere einer der folgenden Betriebsparameter: Druckverhältnis der Strömungsmaschine, Luftdurchsatz durch das Verdichterrad und/oder Drehzahl der Welle.

Ein instabiler Betriebszustand ist bei der hier offenbarten Technologie ein Betriebszustand, bei dem Verdichterpumpen auftritt; d.h. es treten

mechanische Schwingungen der Welle auf, die aus RückStrömungen im Verdichter resultieren). Ein solcher instabiler Betriebszustand tritt

beispielsweise ein, falls die Strömungsmaschine jenseits der für die

Strömungsmaschine charakteristischen Pumpgrenze betrieben wird.

Gemäß dem hier offenbarten Verfahren wird der mindestens eine

Betriebsparameter insbesondere dahingehend verändert, dass die

Strömungsmaschine von den instabilen Betriebszustand in den stabilen Betriebszustand überführt wird, beispielsweise durch

- Verringerung der Drehzahl der Strömungsmaschine; und/oder

- Erhöhung des verdichterseitigen Durchsatzes durch Verringerung des Druckverhältnisses der Strömungsmaschine

Wie eine Strömungsmaschine anhand der Kennlinie der Strömungsmaschine in den stabilen Betriebszustand überführt werden kann, ist dem Fachmann geläufig.

Das hier offenbarte Verfahren kann ferner den Schritt umfassen, wonach mindestens ein Drehzahlwert erfasst wird, der indikativ ist für die Drehzahl der Welle der Strömungsmaschine.

Bevorzugt wird bei der Erkennung vom instabilen Betriebszustand der Drehzahlwert mit berücksichtigt -. Besonders bevorzugt wird im stabilen Betriebszustand zumindest mehreren Drehzahlwerten jeweils ein

Schwingwert erfasst und abgespeichert, der indikativ ist für das dynamische Positionsveränderungen der Welle (insbesondere in axialer Richtung), die aus der Unwucht der Welle samt drehender Teile resultieren. Das hier offenbarte Verfahren kann ferner den Schritt umfassen, wonach die gespeicherten Schwingwerte mit aktuell erfassten Werten verglichen werden, und wonach ein unstabiler Betriebszustand angenommen wird, falls die Differenz zwischen aktuell erfassten Werte und abgespeicherten

Schwingwerten größer ist als ein Schwellwert.

Das hier offenbarte Verfahren kann ferner die Schritte umfassen:

- (proximales) Erfassen der Temperatur der dem Energiewandler

bereitzustellenden Luft, wobei die Temperatur derart benachbart zum Verdichterrad der Strömungsmaschine erfasst stromauf oder im

Verdichterrad gemessen wird, dass eine RückStrömung aufgrund von Verdichterpumpen von bereits (stärker) verdichteter und erwärmter Luft im Verdichtergehäuse der Strömungsmaschine anhand einer

Temperaturerhöhung der Luft erfassbar ist;

- Vergleichen der proximal zum Verdichterrad erfassten Temperatur mit einer distal zum Verdichterrad erfassten Referenztemperatur (z.B. derart beabstandet stromauf vom Verdichterrad, dass dort keine RückStrömung vom Verdichterrad auftreten kann, beispielsweise erfasst durch einen Temperatursensor am Luftfilter); und

- Verändern der zur Steuerung der Strömungsmaschine tatsächlich zu Grunde gelegten Pumpgrenze in Abhängigkeit von der aus dem

Vergleich resultierenden Abweichung (z.B. der Temperaturdifferenz).

Das Verfahren kann ferner den Schritt umfassen, wonach die maximal zulässige Grenzabweichung (Grenztemperaturdifferenz) so gewählt ist, dass es zwar zur Rückströmung im Verdichtergehäuse kommt, aber diese

Rückströmung im Wesentlichen keine mechanischen Schwingungen der Welle verursacht. Der Begriff „im Wesentlichen keine" bedeutet in diesem Zusammenhang, dass keine Schwingung oder gegebenenfalls

vernachlässigbar geringe mechanische Schwingungen auftreten. Vorteilhaft kann somit eine tatsächliche Pumpgrenze spezifisch für jede

Strömungsmaschine im verbauten Zustand der Strömungsmaschine vor dem Betrieb oder während des Betriebs der Strömungsmaschine bestimmt werden. Etwaigen Fertigungstoleranzen oder Bauteiltoleranzen kann somit Rechnung getragen werden.

Mit anderen Worten betrifft die hier offenbarte Technologie u.a. ein Verfahren zur Erkennung von Verdichterpumpen und eine entsprechend ausgebildete Strömungsmaschine, bei dem/der ein Temperatursensor / Thermoelement im Verdichter-Ansaugbereich angeordnet sein kann, bevorzugt in der

Ansaugluftströmung, und besonders bevorzugt nahe am Verdichterrad angeordnet ist, insbesondere max. 10 cm oder max. 5 cm vom Verdichterrad entfernt. Bevorzugt kann die Lufttemperatur im Ansauggeräuschdämpfer (=AGD) gemessen (z.B. über einen Heißfilm-Luftmassenmesser) werden. Die Temperatur im Verdichter-Ansaugbereich kann beim normalen Betrieb (d.h. im stabilen Zustand) je nach Messgenauigkeit ungefähr den gleichen Wert zeigen wie die Lufttemperatur im AGD bzw. wie einen Referenzwert, wobei kleine Abweichungen zulässig sind. Kommt es nun zum

Verdichterpumpen, so strömt die durch die Verdichtung erhitzte Luft rückwärts durch das Verdichterrad, was zu einer signifikanten

Temperaturerhöhung (je nach Lastpunkt +10 °C, +20 °C) vor dem

Verdichterrad führt. Die gemessene Temperatur im Ansaugbereich steigt. Zweckmäßig wird eine Differenz gebildet zwischen der Temperatur im AGD und der Ansaugtemperatur. Kommt es zum Verdichterpumpen, ändert sich der berechnete Differenzwert signifikant.

Alternativ oder zusätzlich zum Temperatursensor kann ein optischer Sensor vorgesehen sein, der bevorzugt im Ansaugbereich des Verdichters zentral auf Höhe der Wellenstirnseite angebracht sein kann. Dieser Sensor kann bevorzugt optisch den Abstand zur Welle erfassen. Optische Messverfahren zur Abstandmessungen sind dem Fachmann geläufig. Kommt es nun zum Verdichterpumpen, so entstehen Vibrationen, welche die Welle auch axial pulsieren lässt. Über die Abstandsmessung kann diese Pulsation zuverlässig erkannt werden. Hierbei ist zu berücksichtigen, dass unter normalen dynamischen Betriebsbedingungen die Welle ebenfalls axial„arbeitet".

Vorteilhaft kann daher vorgesehen sein, dass bei der Pumpdetektion

Verhaltensmuster der Welle (insbesondere abhängig von Frequenz,

Pulsation) erfasst bzw. erlernt werden, um Auswirkungen vom dynamischen Betrieb der Strömungsmaschine zu unterscheiden von Auswirkungen, die durch Verdichterpumpen verursacht werden. Hierzu kann ganz allgemein eine Drehzahlerfassung vorgesehen sein. Die Strömungsmaschine kann einen elektrischen Antrieb umfassen. Falls die Strömungsmaschine

elektrisch angetrieben ist kann die Drehzahl auch anhand der Motordrehzahl bestimmt werden. Ein für die Drehzahl der Welle bzw. des Motors indikatives Signal/Wert kann ebenfalls als Input für eine Erkennung des dynamischen Betriebs herangezogen werden.

Alternativ oder Zusätzlich kann gemäß der hier offenbarten Technologie eine Streuung der Pumpgrenze korrigiert werden. Bedingt durch Toleranzen in der Fertigung und den Bauteilen (insbesondere hinsichtlich der Verdichterspalte) kann das tatsächliche Verdichterpumpen an Betriebspunkten auftreten, die nicht auf der charakteristischen Pumpgrenze liegen. Dieser Streuung wird bei vorbekannten Lösungen durch einen größeren Sicherheitsabstand Rechnung getragen.

Gemäß der hier offenbarten Technologie kann ein Verfahren vorgesehen sein, bei dem die Strömungsmaschine angelernt wird, insbesondere durch eines der hier offenbarten Verfahren zur Erkennung von Verdichterpumpen, insbesondere indem die Temperatur benachbart zum Verdichterrad stromab vom Verdichterrad ermittelt wird und diese beispielsweise mit einer

Referenzlufttemperatur (z.B. der Lufttemperatur am Luftfilter) verglichen wird. Vorteilhaft an diesem Verfahren ist, dass bereits die Temperatur im

Ansaugbereich ansteigt, bevor der Grenzwert der Pumpgrenze erreicht wird. Vorteilhaft kann durch das Anlernen der Abstand zur Pumpgrenze verringert werden, was einen besseren Betrieb der Strömungsmaschine ermöglicht.

Der Verdichter kann beim Anlernen in verschiedenen Betriebspunkten betrieben werden, bis eine RückStrömung im Verdichtergehäuse oder im Ansaugbereich des Verdichters erkannt wird. Bevorzugt wird der Verdichter beim Anlernen unter normierten Bedingungen betrieben. Bevorzugt umfasst das Verfahren den Schritt, wonach der Betriebsbereich / die

Betriebsparameter (z.B. Drehzahl, Druck, Druckverhältnis, BackPressure- oder Wastegate Einstellung, etc.) abgespeichert werden. Vorteilhaft kann somit ein exakter, zulässiger Betriebsbereich für jeden Verdichter individuell ermittelt werden. Durch Normierung der Größen können die hinterlegten Werte auf jede andere Betriebsbedingung (z.B. Sommer/Winter;

Höhenbetrieb etc.) berechnet werden, bzw. eine Art Neukalibrierung kann in gewissen Abständen erneut erfolgen, hier kann z.B. auch ein Vergleich mit einem vorher ermittelten normierten Wert erfolgen, um z.B. einen möglichen Verdichterschaden / Änderungen der Verdichter-Eigenschaften zu erkennen.

Versuche der Erfinder haben gezeigt, dass bei einem Betrieb nahe an der Pumpgrenze bereits eine Temperaturerhöhung aufgrund von Rückströmung feststellbar ist, obwohl im Wesentlichen noch keine mechanischen oder akustische Anzeichen für ein Verdichterpumpen (d.h. keine Vibrationen, Pulsationen) erkennbar sind. Diese Rückströmung ist über die Methode „Temperatursensor / Differenztemperatur" bereits erfassbar. Dies kann weitere Vorteile mit sich bringen. Ein Anlernen kann gemäß dem hier offenbarten Verfahren sehr genau erfolgen. Für einen Verdichter kann ein leichtes Vorpumpen als unbedenklich angesehen werden. Das tatsächliche Verdichterpumpen sollte allerdings auch beim Anlernen vermieden werden. Vorteilhaft kann mit dem hier offenbarten Verfahren der Betriebsbereich exakt ermittelt werden, ohne den Verdichter direkt ins starke Pumpen zu versetzen und möglicherweise zu schädigen. Über ein Vergleich der

Anlernwerte kann auch ein möglicher Schaden bzw. Verschleiß /

Eigenschaftsänderung detektiert werden.

Die hier offenbarten Verfahren zur Erfassung von einem instabilen

Betriebszustand können alternativ aber auch gleichsam als redundantes System eingesetzt werden.

Die hier offenbarte Technologie wird nun anhand der Figuren erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Brennstoffzellensystems;

und

Fig. 2 eine schematische Querschnittsansicht einer

Strömungsmaschine 500.

Die Fig. 1 zeigt einen Energiewandler 300, der hier als

Brennstoffzellenstapel 300 mit einer Vielzahl an Brennstoffzellen ausgebildet ist. Der Brennstoffzellenstapel 300 ist schematisch unterteilt in eine Kathode K und eine Anode A. Der Aufbau eines solchen Brennstoffzellenstapels 300 ist dem Fachmann geläufig. Das Anodensubsystem umfasst eine

Brennstoffquelle H2, die Brennstoff bereitstellt, z.B. Wasserstoff. Durch den Druckminderer 21 1 wird der Druck in dem Anodenzuströmungspfad 215 reduziert, bevor der Brennstoff in die Anode A vom Brennstoffzellenstapel 300 gelangt. Nach der elektrochemischen Reaktion im Brennstoffzellenstapel 300 verlässt das Anodenabgas den Brennstoffzellenstapel 300 und wird zumindest teilweise über den Rezirkulationsförderer 236 rezirkuliert. Im Wasserabscheider 232 wird Wasser aus dem Anodenabgas abgeschieden. Durch das Anodenspülventil 238 wird Wasser und Purgegas aus dem

Anodensubsystem in die Anodenspülleitung 239 abgelassen.

Die Strömungsmaschine 500 saugt Luft 02 an und verdichtet diese. Die verdichtete Luft wird im Ladeluftkühler 420 gekühlt und gegebenenfalls weiter stromab im Kathodenzuströmungspfad 415 (= Energiewandler- Zuströmungspfad) durch eine Einrichtung 430 zur Befeuchtung der Luft befeuchtet. Anschließend gelangt die befeuchtete Luft in die Kathode K des Brennstoffzellenstapels 300, wo die elektrochemische Reaktion mit dem Brennstoff der Anode A stattfindet.

Ferner gezeigt sind kathodenseitige Stapel-Absperrventile 470,480, die ebenso vorgesehen sein können wie der Bypass 460. Dies muss aber nicht so sein. Nach der elektrochemischen Reaktion im Brennstoffzellenstapel 300 gelangt das Kathodenabgas durch den Kathodenabgaspfad 416 in die Umgebung.

Die hier gezeigte Strömungsmaschine 500 umfasst eine Verdichtereinheit 510, die den Kathodenzuströmungspfad 415 mit ausbildet. Ferner umfasst die hier gezeigte Strömungsmaschine 500 eine Turbineneinheit 520, die den (Kathoden)abgaspfad 416 mit ausbildet. Die Verdichtereinheit 510, die Turbineneinheit 520 und der elektrische Antrieb 530 sind hier über eine Welle 540 starr miteinander verbunden.

Stromauf von der Strömungsmaschine ist hier ein Luftfilter 402 vorgesehen. Im Luftfilter 402 wird hier die Referenztemperatur der Luft erfasst. Die Fig. 2 zeigt schematisch einen Querschnitt durch eine

Strömungsmaschine 500. An einem Ende der Strömungsmaschine ist die Verdichtereinheit 510 vorgesehen. Die Verdichtereinheit 510 umfasst das spiralförmige Verdichtergehäuse 516 mit der Volute V510. Die

Verdichtereinheit 510 umfasst ferner das Verdichterrad 512. Das

Verdichterrad 512 weist an seiner Vorderseite 514 rotierende Laufschaufeln auf. Gleichsam umfasst die Strömungsmaschine 500 eine Turbineneinheit 520 mit einem spiralförmigen Turbinengehäuse 526, dass die Volute V520 ausbildet. Im Turbinengehäuse 526. angeordnet ist hier das Turbinenrad 522. Das Turbinenrad 522 weist an seiner Vorderseite 524 Laufschaufeln auf. Ein Axial-Luftlager der Strömungsmaschine wurde hier vereinfachend weggelassen.

Zwischen der Verdichtereinheit 510 und der Turbineneinheit 520 ist die elektrische Antriebsmaschine 530 im Antriebsgehäuse 436 angeordnet. Die elektrische Antriebsmaschine 530 umfasst hier einen Stator mit

Statorblechen 532 sowie einer Statorwicklung 534. Auf der Welle 540 ist hier ferner ein Rotor 535 des elektrischen Antriebs 530 vorgesehen. Der

Kühlflüssigkeitskanal 537 im Antriebsgehäuse 536 dient zur Kühlung vom Stator. Gleichsam kann der mindestens eine Kühlflüssigkeitskanal 537 auch zur Kühlung des mindestens einen Luftlagers dienen. Es sind aber auch andere Kühlkonzepte vorstellbar. Im Verdichter-Ansaugkanal 518 sind hier ein Abstandssensor 550 und ein Temperatursensor 560 vorgesehen.

Alternativ kann auch nur einer der beiden Sensoren vorgesehen sein.

Der Temperatursensor 560 ist hier in der Wandung vom Verdichter- Ansaugkanal 518 vorgesehen. Gleichsam könnte der Temperatursensor 560 auch etwas weiter stromauf oder stromab angeordnet sein. Bevorzugt jedoch nicht weiter als max. 10 cm oder bevorzugt max. 5 cm von der Stirnseite des Verdichterrads 512 entfernt. Somit kann der Temperatursensor ausreichend präzise Temperaturänderungen der im Verdichtergehäuse 510

zurückströmenden Luft erfassen.

Der Abstandssensor 550 ist hier koaxial zur Wellenlängsachse A-A

angeordnet. Somit kann besonders präzise der Abstand der Welle erfasst werden. Dieser Bereich vom Verdichter-Ansaugkanal 518 ist ein Totpunkt der Strömung. Somit stellt der Abstandssensor 550 kein großes

Strömungshindernis dar. Der Abstandssensor 550 kann somit besonders platzsparend vorgesehen werden. Alternativ könnte der Abstandssensor auch am anderen Ende der Welle bzw. an der Stirnseite der Turbine oder allgemein im Turbinenauslass 528 vorgesehen sein. Der Abstandssensor 550 wird hier über Stege 552 gehalten, die hier eine Zentrieraufhängung ausbilden.

Aus Gründen der Leserlichkeit wurde vereinfachend der Ausdruck

„mindestens ein(e)" teilweise weggelassen. Sofern ein Merkmal der hier offenbarten Technologie in der Einzahl bzw. unbestimmt beschrieben ist (z.B. die/eine Strömungsmaschine, die/eine Welle, der/ein Betriebsparameter, das/ein Verdichterrad, der/ein Energiewandler, der/ein Abstandssensor, der/ein Temperatursensor, etc.) so soll gleichzeitig auch deren Mehrzahl mit offenbart sein (z.B. die mindestens eine Strömungsmaschine, die mindestens eine Welle, der mindestens eine Betriebsparameter, das mindestens eine Verdichterrad, der mindestens eine Energiewandler, der mindestens eine Abstandssensor, der mindestens eine Temperatursensor, etc.).

Die vorhergehende Beschreibung der vorliegenden Erfindung dient nur zu illustrativen Zwecken und nicht zum Zwecke der Beschränkung der

Erfindung. Im Rahmen der Erfindung sind verschiedene Änderungen und Modifikationen möglich, ohne den Umfang der Erfindung sowie ihrer

Äquivalente zu verlassen.