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Title:
METHOD FOR ENERGY-SAVING, LOW-WEAR OPERATION OF A GAS BEARING
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/166392
Kind Code:
A1
Abstract:
A method (100) for operating a gas bearing (1), wherein the gas bearing is formed by a rotor (11) and a stator (12), wherein when there is rotation against a stator (12) with a lift-off rotational speed nL the rotor (11) changes from mixed friction with the stator (12) into fluid friction with a medium (13) located between the stator (12) and the rotor (11), wherein the rotational speed of the rotor (11) is kept at or above an idling rotational speed nI, wherein - in response to a first information item (21), on the basis of which a change ΔF is to be expected in the acceleration forces F acting on the gas bearing (1), a new value of a safety factor rN:=nI/nL between the idling rotational speed nI and the lift-off rotational speed nL is determined (110), and/or - in response to a second information item (31), on the basis of which a change ΔnL is to be expected in the lift-off rotational speed nL, a new value nL,neu is determined for the lift-off rotational speed nL (120), wherein the idling rotational speed nI of the gas bearing (1) is adapted to the changed value of the safety factor rN, and/or to the changed value nL,neu of the lift-off rotational speed nL, (130). The invention further relates to an associated computer program.

Inventors:
HAHN, Sergei (Boecklerstr. 41, Stuttgart, 70199, DE)
BRAUN, Jochen (Birkenstr. 10, Heimsheim, 71296, DE)
Application Number:
EP2019/054655
Publication Date:
September 06, 2019
Filing Date:
February 26, 2019
Export Citation:
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Assignee:
ROBERT BOSCH GMBH (Postfach 30 02 20, Stuttgart, 70442, DE)
International Classes:
F16C17/02; F16C17/12; F16C17/24; F16C33/10
Foreign References:
DE102014223126A12016-05-12
DE102015211447A12016-06-30
DE102012208762A12013-11-28
DE102015210574A12016-12-15
DE102011087912A12013-06-13
DE102013221119A12015-05-07
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Claims:
Ansprüche

1. Verfahren (100) zum Betreiben eines Gaslagers (1), wobei das Gaslager

(I) durch einen Rotor (11) und einen Stator (12) gebildet wird, wobei der Rotor

(II) bei einer Rotation gegen einen Stator (12) mit einer Abhebedrehzahl ni_ von einer Mischreibung mit dem Stator (12) in eine Fluidreibung mit einem zwischen Stator (12) und Rotor (11) befindlichen Medium (13) übergeht, wobei die

Drehzahl des Rotors (11) auf oder oberhalb einer Leerlaufdrehzahl ni gehalten wird, dadurch gekennzeichnet, dass

• in Antwort auf eine erste Information (21), auf Grund derer eine Änderung AF der auf das Gaslager (1) wirkenden Beschleunigungskräfte F zu erwarten ist, ein neuer Wert eines Sicherheitsfaktors rN:=n nL zwischen der Leerlaufdrehzahl ni und der Abhebedrehzahl ni_ ermittelt wird (110), und/oder

• in Antwort auf eine zweite Information (31), auf Grund derer eine

Änderung Dhi_ der Abhebedrehzahl ni_ zu erwarten ist, ein neuer Wert ni_,neu für die Abhebedrehzahl ni_ ermittelt wird (120),

wobei die Leerlaufdrehzahl ni des Gaslagers (1) an den geänderten Wert des Sicherheitsfaktors und/oder an den geänderten Wert ni_,neu der

Abhebedrehzahl ni_, angepasst wird (130).

2. Verfahren (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Information (21) mindestens einen Messwert (22a) eines

Beschleunigungssensors (22) umfasst.

3. Verfahren (100) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass aus einer in einem Beobachtungszeitraum TB erhobenen Historie von Messwerten (22a) des Beschleunigungssensors (22) die zu erwartenden

Beschleunigungskräfte F während eines in der Zukunft liegenden

Prognosezeitraums TP ausgewertet werden (105).

4. Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Information mindestens eine Bewertung (23) eines Zustandes eines Fahrwegabschnitts umfasst, auf dem sich ein Fahrzeug mit dem Gaslager (1) befindet, und/oder dem sich das Fahrzeug nähert.

5. Verfahren (100) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewertung (23), und/oder eine für diese Bewertung (23) maßgebliche

Messgröße, aus einer digitalen Karte (23a), von einem über ein Netzwerk erreichbaren Informationsdienst (23b), und/oder von einem weiteren Fahrzeug (23c), bezogen wird.

6. Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Information (21) eine Information (24) umfasst, dass ein Stillstand eines Fahrzeugs mit dem Gaslager (1) für mindestens einen vorgegebenen Zeitraum zu erwarten ist.

7. Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Information (31) mindestens einen Messwert

(32) umfasst, der sich auf die Umgebungsbedingungen bezieht, unter denen das Gaslager (1) betrieben wird.

8. Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Information (31) mindestens einen Messwert

(33) umfasst, der sich auf eine Zustandsgröße des Mediums (13) bezieht.

9. Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Information (31) mindestens einen

Gebrauchsindikator (34) des Gaslagers (1) umfasst.

10. Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Information (31) mittels eines Modells (35) des Gaslagers (1) ermittelt wird.

11. Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Leerlaufdrehzahl ni zusätzlich einer gegenwärtigen oder künftigen Lastanforderung an ein Gerät mit dem Gaslager (1) nachgeführt wird (130).

12. Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die tatsächliche Drehzahl des Gaslagers (1) durch Ansteuerung eines Antriebs der Rotor-Welle-Einheit des Gaslagers (1) auf die angepasste Leerlaufdrehzahl ni gesteuert und/oder geregelt wird.

13. Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gaslager (1) in einem Verdichter für die Zuführung eines Brenngases oder eines Oxidationsmittels zu einer Brennstoffzelle gewählt wird.

14. Computerprogramm, enthaltend maschinenlesbare Anweisungen, die, wenn sie auf einem Computer, und/oder auf einem Steuergerät, ausgeführt werden, den Computer, und/oder das Steuergerät, dazu veranlassen, ein Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 13 auszuführen.

Description:
Beschreibung

Titel:

Verfahren zum energiesparenden und verschleißarmen Betreiben eines

Gaslagers

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben von Gaslagern, wie sie beispielsweise in Verdichtern für die Versorgung von

Brennstoffzellensystemen mit Luft oder Brenngas verwendbar sind.

Stand der Technik

Bei Fahrzeugen mit Antriebssystemen auf der Basis von Brennstoffzellen wird in der Regel das Oxidationsmittel Sauerstoff aus der Umgebungsluft benutzt, um in der Brennstoffzelle mit einem wasserstoffhaltigen Gas zu Wasser (bzw.

Wasserdampf) zu reagieren und dabei durch elektrochemische Wandlung eine elektrische Leistung zu liefern.

Hierfür ist es in der Regel erforderlich, die Umgebungsluft zu verdichten, um einen ausreichenden Sauerstoffpartialdruck für die Reaktion sowie eine möglichst homogene Verteilung über einen Brennstoffzellenstapel sicherzustellen sowie die Druckverluste im System zu überwinden. Brennstoffzellensysteme mit Verdichtern für die Umgebungsluft sind beispielsweise aus der DE 10 2011 087 912 Al bekannt.

Die benötigten Drücke und Massenströme an Umgebungsluft erfordern hohe Drehzahlen der Verdichter. Gleichzeitig muss die geförderte Luft ölfrei sein, da die Brennstoffzellen ansonsten verunreinigt und nach kurzer Zeit unbrauchbar würden. Daher werden in Verdichtern für die Luftversorgung von Brennstoffzellen vorzugsweise Gaslager eingesetzt, da sie ölfrei sind. Derartige Gaslager sind beispielsweise aus der DE 10 2013 221 119 Al bekannt. Offenbarung der Erfindung

Im Rahmen der Erfindung wurde ein Verfahren zum Betreiben eines Gaslagers entwickelt. Das Gaslager wird durch einen Rotor und einen Stator gebildet. Bei einer Rotation gegen einen Stator mit einer Abhebedrehzahl ni_ geht der Rotor von einer Mischreibung mit dem Stator in eine Fluidreibung mit einem zwischen Stator und Rotor befindlichen Medium über. Ursache hierfür sind

aerodynamische Effekte und hier insbesondere der Aufbau eines Druckpolsters zwischen Rotor und Stator. Die Drehzahl des Rotors wird auf oder oberhalb einer Leerlaufdrehzahl ni gehalten. Ist die Leerlaufdrehzahl ni größer als die

Abhebedrehzahl ni_, kann ein direkter mechanischer Kontakt zwischen dem Rotor und dem Stator vermieden werden.

Es werden folgende Maßnahmen einzeln oder in Kombination durchgeführt:

• In Antwort auf eine erste Information, auf Grund derer eine Änderung AF der auf das Gaslager wirkenden Beschleunigungskräfte F zu erwarten ist, wird ein neuer Wert eines Sicherheitsfaktors r N :=ni/ni_ zwischen der Leerlaufdrehzahl ni und der Abhebedrehzahl ni_ ermittelt.

• In Antwort auf eine zweite Information, auf Grund derer eine Änderung Dhi_ der Abhebedrehzahl ni_ zu erwarten ist, wird ein neuer Wert ni_, neu der Abhebedrehzahl ni_ ermittelt.

Die Leerlaufdrehzahl ni des Gaslagers wird an den geänderten Wert des

Sicherheitsfaktors G N , und/oder an den geänderten Wert der Abhebedrehzahl ni_, angepasst.

Dabei ist es durchaus möglich, dass sich die erste und die zweite Information überlappen, d.h., dass etwa ein und dieselbe gemessene Größe sowohl für die zu erwartende Änderung AF der Beschleunigungskräfte F als auch für die zu erwartende Änderung Dhi_ der Abhebedrehzahl ni_ relevant ist.

Gerade bei mobilen Anwendungen können hohe Beschleunigungskräfte auf das Gaslager einwirken, beispielsweise durch Stöße auf die Rotor- Welle- Einheit. Die Rückstellkraft, die das Gaslager ausüben kann, hängt vom Druck des

Druckpolsters im Gaslager ab, und somit von der aktuellen Drehzahl. Kann die Rückstellkraft die Auslenkung des Rotors durch die Beschleunigungskraft nicht ausgleichen, kommt es zum Festkörperkontakt zwischen Rotor und Stator. Jeder solche Kontakt verursacht eine Degradation durch Reibeffekte. Diese Kontakte sind also ein„Summationsgiff, das irgendwann im Ausfall des Gaslagers kulminiert. Daher wird üblicherweise ein fester Sicherheitsfaktor G N ,

beispielsweise zwischen 2 und 3, zwischen der Leerlaufdrehzahl ni und der Abhebedrehzahl ni_ vorgesehen.

Es wurde nun erkannt, dass durch dynamische Reduzierung dieses

Sicherheitsfaktors G N auf das unbedingt erforderliche Maß zum einen viel Energie eingespart werden kann, da der Energieverbrauch überproportional mit der Drehzahl steigt. Ursache hierfür sind die mit höherer Drehzahl ansteigenden Reibungsverluste. Zum anderen wird auch die Geräuschentwicklung deutlich reduziert.

Es wurde weiterhin erkannt, dass die Abhebedrehzahl des Gaslagers nicht unbedingt konstant ist, sondern sich auf Grund verschiedener Einflüsse ändern kann. Werden diese Einflüsse überwacht, so kann beispielsweise der

Sicherheitsfaktor G N konstant gehalten und jede Erhöhung Dhi_ der

Abhebedrehzahl ni_ multipliziert mit dem Sicherheitsfaktor G N auch auf die Leerlaufdrehzahl ni aufgeschlagen werden. Gerade derartige Einflüsse gehörten bislang zu den unbekannten Größen, die mit ein Grund für die Höhe des

Sicherheitsfaktors G N waren. Werden sie quantifiziert, so muss der Sicherheits faktor G N nur die dann noch verbliebenen unbekannten Größen abdecken und kann dementsprechend reduziert werden.

Im einfachsten Fall können die anfänglichen Werte für die Abhebedrehzahl ni_, die Leerlaufdrehzahl ni, und/oder den Sicherheitsfaktor G N , konstant vorgegeben sein. Diese Werte können aber auch beispielsweise als Funktionen einer oder mehrerer Variablen oder auch als parametrisiertes Kennfeld oder Modell vorliegen.

Unabhängig davon, ob der Sicherheitsfaktor G N , die Abhebedrehzahl ni_ oder beide Größen geändert werden, ergibt sich im Endeffekt eine neue

Leerlaufdrehzahl ni, die über das Steuergerät der dem Gaslager zugeordneten Baugruppe eingestellt werden kann. Das Nachführen kann beispielsweise mit einer zeitlichen Taktung erfolgen.

Besonders vorteilhaft umfasst die erste Information mindestens einen Messwert eines Beschleunigungssensors. Gerade beim Einsatz in einem Fahrzeug können Gaslager plötzlich mit hohen Beschleunigungskräften beaufschlagt werden. Auf der anderen Seite sind Beschleunigungssensoren in jedem modernen Fahrzeug bereits vorhanden, beispielsweise im ABS- oder ESP-System. Da beispielsweise ein Brennstoffzellensystem in der Regel eine Verbindung zum CAN-Bus des Fahrzeugs benötigt und etwa das ABS- oder ESP-System ebenfalls mit dem CAN-Bus verbunden ist, ist weder ein zusätzlicher Sensor noch eine zusätzliche Verkabelung notwendig, um zwecks Aktualisierung des Sicherheitsfaktors G N für den Betrieb des Gaslagers Beschleunigungen zu messen.

Die im Betrieb eines Fahrzeugs auftretenden Beschleunigungskräfte sind selten das Produkt eines einmaligen Stoßes oder Schlages. Sie werden vielmehr in der Regel durch eine fortwährende Wechselwirkung zwischen dem Fahrzeug und dem befahrenen Fahrweg verursacht. Daher gibt eine Historie von

Beschleunigungskräften einen gewissen Aufschluss über die künftig zu erwartenden Beschleunigungskräfte. Vorteilhaft werden daher aus einer in einem Beobachtungszeitraum TB erhobenen Historie von Messwerten des

Beschleunigungssensors die zu erwartenden Beschleunigungskräfte F während eines in der Zukunft liegenden Prognosezeitraums TP ausgewertet.

Der Zustand ein und desselben Fahrwegabschnitts ändert sich zeitlich typischerweise nicht plötzlich, sondern nur allmählich. Daher können die auftretenden Beschleunigungskräfte zumindest ansatzweise anhand einer summarischen Bewertung des Zustands des Fahrwegabschnitts vorhergesagt werden. Vorteilhaft umfasst daher die erste Information mindestens eine

Bewertung eines Zustandes eines Fahrwegabschnitts, auf dem sich ein

Fahrzeug mit dem Gaslager befindet, und/oder dem sich das Fahrzeug nähert. Diese Bewertung kann aus beliebiger Quelle bezogen werden. Die Bewertung kann auch mit anderen Informationen, etwa dem Signal eines im Fahrzeug vorhandenen Schlaglochdetektors, zusammengeführt werden. Beispielsweise kann die Bewertung, und/oder eine für diese Bewertung maßgebliche Messgröße, aus einer digitalen Karte, von einem über ein Netzwerk erreichbaren Informationsdienst, und/oder von einem weiteren Fahrzeug, bezogen werden. Kartographierte Information über den aktuellen

Fahrwegzustand erhält somit einen Mehrwert dahingehend, dass sie den verschleißarmen und zugleich energiesparenden Betrieb von Fahrzeugen mit Gaslagern ermöglicht.

In einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung umfasst die erste Information eine Information, dass ein Stillstand eines Fahrzeugs mit dem Gaslager für mindestens einen vorgegebenen Zeitraum zu erwarten ist. Dies umfasst sowohl den Fall, dass das Fahrzeug gegenwärtig bereits stillsteht und noch weiter Stillstehen wird, als auch den Fall, dass das Fahrzeug erst in der Zukunft anhalten und für den vorgegebenen Zeitraum stehenbleiben wird. Wenn ein Stillstand zu erwarten ist, kann der Sicherheitsfaktor G N für einen längeren Zeitraum besonders stark abgesenkt werden. Im Extremfall, wenn die das Gaslager enthaltende Baugruppe des Fahrzeugs während des Stillstands nicht benötigt wird, kann die Rotor-Welle- Einheit des Gaslagers komplett

heruntergefahren werden.

Beim Herunterfahren der Rotor-Welle- Einheit wird nach dem Unterschreiten der Abhebedrehzahl ni_ die verbliebene Rotationsenergie des Rotors durch den Festkörper- Kontakt mit dem Stator in Wärme umgesetzt. Das Herunterfahren und spätere erneute Hochfahren auf die ursprüngliche Drehzahl kostet also einen Energiebetrag, der gegen den ansonsten während des Leerlaufs des Gaslagers anfallenden Energiebetrag abzuwägen ist. Weiterhin geht der Festkörper- Kontakt zwischen dem Rotor und dem Stator immer auch mit einer im Stile eines

Summationsgiftes wirkenden Degradation beider Bauteile einher. Somit kostet jedes Herunterfahren und erneute Hochfahren der Rotor-Welle-Einheit etwas Lebenserwartung des Gaslagers. Die zeitliche Grenze, ab der der zu erwartende Stillstand als hinreichend lange für ein komplettes Herunterfahren der Rotor- Welle-Einheit erachtet wird, dient der Abwägung der Kosten sowohl in Energie als auch in Lebensdauer gegen den ansonsten im Leerlauf anfallenden

Energiebetrag. In einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst die zweite Information mindestens einen Messwert, der sich auf die

Umgebungsbedingungen bezieht, unter denen das Gaslager betrieben wird. So kann beispielsweise die Abhebedrehzahl ni_ von der Umgebungstemperatur und/oder von der Luftfeuchtigkeit abhängen.

Ist beispielsweise Umgebungsluft das Medium zwischen Stator und Rotor, so wirken die Umgebungsbedingungen unmittelbar auf das Medium, und somit auch auf seine mechanischen Eigenschaften. Die mechanischen Eigenschaften werden jedoch nicht zwangsläufig nur hierdurch bestimmt, sondern können auch von Zustandsgrößen des Mediums abhängen, die nur innerhalb des Gaslagers messbar sind. So kann beispielsweise durch Reibeffekte bei hohen Drehzahlen die Temperatur der Luft als Medium des Gaslagers deutlich über die

Umgebungstemperatur erwärmt werden. Daher umfasst vorteilhaft die zweite Information mindestens einen Messwert, der sich auf eine Zustandsgröße des Mediums bezieht.

Die Abhebedrehzahl ni_ kann jedoch auch beispielsweise durch Alterung oder Abnutzung des Gaslagers verändert werden. Somit umfasst vorteilhaft die zweite Information mindestens einen Gebrauchsindikator des Gaslagers. Beispielsweise kommen eine Betriebsstundenzahl oder eine kumulierte Anzahl von Start- Stopp- Vorgängen als Gebrauchsindikatoren in Betracht. So kann beispielsweise ein Gaslager, das bereits viele Start- Stopp-Vorgänge hinter sich hat, mit erhöhtem Sicherheitsfaktor G N betrieben werden, um zusätzliche Degradation zu vermeiden. Der Gebrauchsindikator darf auch Größen enthalten, die bereits für die zu erwartende Änderung AF der Beschleunigungskräfte F, und/oder für die zu erwartende Änderung Dhi_ der Abhebedrehzahl ni_, relevant sind.

Die zweite Information kann weiterhin auch aus einem applizierten Modell des Gaslagers bezogen werden. Ein solches Modell kann insbesondere Größen, die nicht der direkten Messung zugänglich sind, aus zugänglichen Größen ermitteln. Diese zugänglichen Größen können beispielsweise durch Messung oder aus einer Cloud erhalten werden. In einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung wird die

Leerlaufdrehzahl ni zusätzlich einer gegenwärtigen oder künftigen

Lastanforderung an ein Gerät mit dem Gaslager nachgeführt.

Befindet sich beispielsweise das Gaslager in einem Verdichter für die Zuführung eines Brenngases oder eines Oxidationsmittels zu einer Brennstoffzelle oder einem Brennstoffzellenstapel, so gibt es für jede Betriebsart der Brennstoffzelle, bzw. des Brennstoffzellenstapels, eine sinnvolle Leerlaufdrehzahl ni, beispielsweise

• für den minimalen Lastpunkt, in dem der Brennstoffzellenstapel eine minimale Leistung abgibt;

• für eine Betriebsart, in der ein kleiner Luftmassenstrom über einen Luft- Bypass um den Brennstoffzellenstapel herumgeleitet wird, ohne dass elektrische Leistung abgegeben wird; oder

• für einen Teillastbereich, in dem ein Teil des Luftmassenstroms in den Brennstoffzellenstapel und ein anderer Teil um ihn herum geleitet wird.

Vorteilhaft wird die tatsächliche Drehzahl des Gaslagers durch Ansteuerung eines Antriebs der Rotor- Welle- Einheit des Gaslagers auf die angepasste Leerlaufdrehzahl ni gesteuert und/oder geregelt. Dies überführt die Anpassung der Leerlaufdrehzahl ni in eine physische Energieeinsparung beim Betrieb des Gaslagers. Beispielsweise kann die angepasste Leerlaufdrehzahl ni einem Drehzahlregler des Gaslagers, der wiederum über eine Stellgröße auf den Antrieb einwirkt, als Sollwert oder als Randbedingung zugeführt werden.

Das Verfahren ist nicht nur für Gaslager in Verdichtern für mobile

Brennstoffzellen vorteilhaft. Es kann beispielsweise auch bei Gaslagern in Verdichtern für stationäre Brennstoffzellen zum Einsatz kommen. Dort treten anders als im Fährbetrieb keine plötzlichen Stöße auf. Dafür können stationäre Brennstoffzellen über längere Zeiträume eingesetzt werden als Fahrzeuge, so dass dann der Einfluss von Gebrauchs- und Alterungseffekten auf die

Abhebedrehzahl ni_ an Bedeutung gewinnt.

Das Verfahren kann weiterhin auch beispielsweise für Gaslager eingesetzt werden, die in Verdichtern für Kältemittel verbaut sind, beispielsweise in Kühlschränken oder Klimaanlagen. Hier ermöglicht die verringerte

Leerlaufdrehzahl besonders vorteilhaft einen geräuschärmeren Betrieb.

Das Verfahren kann ganz oder teilweise in Software implementiert sein und insbesondere einem existierenden Computer oder Steuergerät die Fähigkeit verleihen, das Verfahren durchzuführen. Diese Software ist insofern ein eigenständig verkaufbares Produkt, beispielsweise für den Nachrüstmarkt. Daher bezieht sich die Erfindung auch auf ein Computerprogramm mit

maschinenlesbaren Anweisungen, die, wenn sie auf einem Computer, und/oder auf einem Steuergerät, ausgeführt werden, den Computer, und/oder das

Steuergerät, dazu veranlassen, ein Verfahren gemäß der Erfindung auszuführen. Ebenso bezieht sich die Erfindung auch auf einen maschinenlesbaren

Datenträger oder ein Downloadprodukt mit dem Computerprogramm.

Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Figuren näher dargestellt.

Ausführungsbeispiele

Es zeigt:

Figur 1 Prinzipieller Aufbau eines Gaslagers und Abhängigkeit des

Reibungskoeffizienten m von der Drehzahl n;

Figur 2 Ausführungsbeispiel des Verfahrens 100;

Figur 3 Beispielhafte Anpassungen des Sicherheitsfaktors G N , bzw. der

Abhebedrehzahl ni_.

Figur la zeigt den prinzipiellen Aufbau eines Gaslagers 1 bei Stillstand, bzw. in einem Zustand, in dem die aktuelle Drehzahl n kleiner ist als die Abhebedrehzahl ni_, in Schnittzeichnung. Der Rotor 11 ist gegen den Stator 12 drehbar gelagert und liegt auf ihm auf. Im Übrigen ist der Zwischenraum zwischen dem Rotor 11 und dem Stator 12 mit dem Medium 13, beispielsweise Luft, gefüllt. Wird der Rotor 11 gegen den Stator 12 gedreht, was durch den Pfeil angedeutet ist, so gibt es auf Grund des Festkörperkontakts Mischreibung zwischen dem Rotor 11 und dem Stator 12.

Figur lb zeigt das gleiche Gaslager 1 in dem Zustand, in dem die aktuelle Drehzahl n gleich oder größer der Abhebedrehzahl ni_ ist. Das Medium 13 bildet nun ein allseitiges Druckpolster zwischen dem Rotor 11 und dem Stator 12. Bei einer radialen Auslenkung des Rotors 11 gegen den Stator 12 wird dort, wo sich der Rotor 11 dem Stator 12 nähert, der Druck des Mediums 13 erhöht. Dies übt eine Rückstellkraft aus, die der Auslenkung entgegen gerichtet ist.

Figur lc zeigt den Verlauf des Reibungskoeffizienten m in dem Gaslager 1 als Funktion der Drehzahl n. Im Bereich I der Mischreibung dominiert die Festkörper- Reibung zwischen dem Rotor 11 und dem Stator 12. Mit steigender Drehzahl n wirkt die Ausbildung des Druckpolsters aus dem Medium 13 zunehmend der Kraft entgegen, die den Rotor 11 gegen den Stator 12 drückt. Damit sinkt per saldo der Reibungskoeffizient m. Das Minimum des Reibungskoeffizienten m wird bei der Abhebedrehzahl ni_ im Übergangsbereich II zwischen Mischreibung und reiner Fluid-Reibung erreicht: Hier wird gerade die Festkörper-Reibung zwischen Rotor 11 und Stator 12 aufgehoben, während zugleich die Fluid- Reibung des Rotors 11 gegen das Medium 13 noch nicht stark ausgeprägt ist.

Für einen verschleißarmen Betrieb des Gaslagers 1 wird nun eine

Leerlaufdrehzahl ni gewählt, die im Bereich III der reinen Fluid- Reibung zwischen Rotor 11 und Medium 13 liegt. Dabei ist es energetisch günstig, wenn ni möglichst nahe an ni_ liegt, da die Fluid-Reibung mit zunehmender Drehzahl n deutlich ansteigt. Andererseits steigt mit zunehmender Annäherung von ni an ni_ das Risiko, dass es bei einer plötzlichen Krafteinwirkung auf das Gaslager 1 zu einem Festkörper- Kontakt zwischen dem Rotor 11 und dem Stator 12 kommt.

Das Verfahren gemäß der Erfindung stellt hier einen optimalen Trade-Off bereit, d.h., die Leerlaufdrehzahl ni wird so weit wie möglich vermindert bei vertretbarem Risiko eines Festkörper- Kontakts. Figur 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel des Verfahrens 100. Gemäß Schritt 110 wird ein neuer Wert des Sicherheitsfaktors G N zwischen der Leerlaufdrehzahl ni und der Abhebedrehzahl ni_ in Reaktion auf eine Information 21, dass eine Änderung AF der auf das Gaslager wirkenden Beschleunigungskräfte F zu erwarten ist, ermittelt. Die Information 21 kann aus verschiedenen Quellen stammen, die auch miteinander kombiniert werden können.

So kann die Information 21 einen Messwert 22a eines Beschleunigungssensors 22 umfassen. Messwerte 22a des Beschleunigungssensors 22 können aber auch beispielsweise während eines Beobachtungszeitraums TB erhoben werden, und im optionalen Schritt 105 können hieraus die zu erwartenden Beschleunigungs kräfte F während eines in der Zukunft liegenden Prognosezeitraums TP ausgewertet werden. Auf diese Weise kann der Sicherheitsfaktor G N

beispielsweise der wechselnden Qualität eines von einem Fahrzeug mit dem Gaslager 1 befahrenen Fahrweges nachgeführt werden. Es kann aber auch beispielsweise eine bereits fertige Bewertung 23 eines aktuell oder in naher Zukunft befahrenen Fahrwegabschnitts aus einer beliebigen Quelle bezogen werden, beispielsweise aus einer digitalen Karte 23a, von einem über ein Netzwerk erreichbaren Informationsdienst (Cloud) 23b, und/oder von einem weiteren Fahrzeug 23c (etwa über Vehicle-to-Vehicle-Kommunikation). Auch eine Information 24, dass ein Stillstand des Fahrzeugs mit dem Gaslager für mindestens einen vorgegebenen Zeitraum zu erwarten ist, kann herangezogen werden. Wie zuvor beschrieben, umfasst dies sowohl den Fall, dass ein gegenwärtiger Stillstand weiter andauert, als auch den Fall, dass der Stillstand erst künftig eintritt. Es können also Informationen sowohl über den aktuellen als auch über den prädiktiven Bewegungszustand des Fahrzeugs genutzt werden.

Alternativ oder auch in Kombination hierzu kann in Schritt 120 ein neuer Wert ni_, neu für die Abhebedrehzahl ni_ in Antwort auf eine Information 31, dass die Abhebedrehzahl ni_ sich ändern wird, ermittelt werden. Die Information 31 kann beispielsweise Messwerte 32 von Umgebungsbedingungen, Messwerte 33 von Zustandsgrößen des Mediums 13, und/oder Gebrauchsindikatoren 34 des Gaslagers 1 umfassen. Weiterhin kann die Information 31 auch mit einem applizierten Modell 35 des Gaslagers 1 ermittelt werden, das beispielsweise im Steuergerät ausgewertet wird. Beispielsweise können Bedingungen des Gaslagers 1, wie etwa eine Temperatur, aus einem solchen Modell 35 zumindest näherungsweise ermittelt werden, um zusätzliche Sensoren einzusparen.

Unabhängig davon, welcher der Schritte 110 oder 120 einzeln oder in

Kombination durchgeführt wird, entsteht im Ergebnis eine neue Leerlaufdrehzahl ni. Diese wird in Schritt 130 am Gaslager 1 eingestellt und kann hierbei zusätzlich einer gegenwärtigen oder künftigen Lastanforderung an ein Gerät mit dem Gaslager 1 nachgeführt werden. Auf diese Weise kann etwa vermieden werden, dass die Drehzahl n ruckartig beschleunigt werden muss, um die

Lastanforderung zu erfüllen.

Figur 3 zeigt beispielhaft verschiedene Anpassungen des Sicherheitsfaktors G N , bzw. der Abhebedrehzahl ni_.

In Figur 3a ist der Sicherheitsfaktor G N abhängig von der absoluten

Geschwindigkeit |v| eines Fahrzeugs mit dem Gaslager 1 aufgetragen. Der Sicherheitsfaktor G N , der normalerweise 2,4 beträgt, ist für Fahrzeugstillstand deutlich auf 1,5 abgesenkt und steigt steil wieder auf 2,4, sobald das Fahrzeug bewegt wird. Das Verfahren ist bei Vorwärtsfahrt und Rückwärtsfahrt des Fahrzeugs gleichermaßen aktiv.

In Figur 3b sind die Auswirkungen einer Temperaturänderung auf die

Abhebedrehzahl ni_ dargestellt. Aufgetragen sind Drehzahlen n über der absoluten Fahrzeuggeschwindigkeit |v|.

Bei kalter Temperatur ist Abhebedrehzahl ni_ auf einem ersten Niveau ni_,c. Bei warmer Temperatur ist die Abhebedrehzahl ni_ auf einem zweiten, höheren Niveau ni_,w. Bei gleichem Sicherheitsfaktor G N führt dies dazu, dass die

Leerlaufdrehzahl ni bei warmer Temperatur (Kurve ni , w) gegenüber der

Leerlaufdrehzahl ni bei kalter Temperatur (Kurve ni , c) erhöht ist.

Ähnlich zu Figur 3a ist der Sicherheitsfaktor n R für Fahrzeugstillstand abgesenkt, d.h., bei Fahrzeugstillstand ist die Leerlaufdrehzahl ni sowohl bei kalter

Temperatur als auch bei warmer Temperatur jeweils deutlich geringer als während der Fahrt. In Figur 3c ist beispielhaft der Sicherheitsfaktor G N über der Fahrzeuggeschwin digkeit v aufgetragen, und zwar einmal für einen guten Fahrwegzustand (Kurve GN,Q) und einmal für einen schlechten Fahrwegzustand (Kurve TN.S) .

Bei Fahrzeugstillstand kann der Fahrwegzustand als solcher keine Stöße auf das Gaslager 1 bewirken. Daher sind dort die Sicherheitsfaktoren G N,Q und T N.S für beide betrachteten Fahrwegzustände gleich. Wird das Fahrzeug bewegt, steigt der Sicherheitsfaktor T N.S für einen schlechten Fahrweg jedoch auf ein deutlich höheres Niveau als der Sicherheitsfaktor G N,Q für einen guten Fahrweg. Weiterhin sind im Unterschied zu Figur 3a die Sicherheitsfaktoren G N,Q und T N.S bei bewegtem Fahrzeug nicht konstant, sondern steigen mit zunehmender

Geschwindigkeit v an. Damit wird dem Umstand Rechnung getragen, dass plötzliche Stöße durch Überfahren von Unebenheiten bei höheren

Geschwindigkeiten zu größeren Kraftwirkungen auf das Gaslager 1 führen.