DE102016225968A1 - Method for the wear diagnosis of a gas-dynamic bearing - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verschleißdiagnose eines gasdynamischen Lagers, mit einem relativ zu einem Stator drehbaren Rotor und einem sich durch die Drehung aufbauenden Gaspolster zwischen Rotor und Stator, umfassend die folgenden Schritte: Erfassen eines momentspezifischen Werts des Rotors zwischen einem Anfangs-Zeitpunkt, zudem der Rotor relativ zum Stator stillsteht und keine Antriebskraft auf den Rotor wirkt und einem Mindestdrehzahl-Zeitpunkt, zudem der Rotor mit seiner Mindestdrehzahl relativ zum Stator dreht, Bestimmen eines Unterschieds zwischen dem momentspezifischen Wert und einem vordefinierten momentspezifischen Vergleichswert, und Ausgeben einer Verschleißdiagnose in Abhängigkeit des Unterschieds zwischen dem momentspezifischen Wert und dem Vergleichswert.

Figure DE102016225968A1_0000
The invention relates to a method for the wear diagnosis of a gas dynamic bearing, comprising a rotor rotatable relative to a stator and a gas cushion built up by the rotation between rotor and stator, comprising the following steps: detecting a torque-specific value of the rotor between an initial point in time, moreover the rotor is stationary relative to the stator and no driving force is applied to the rotor and a minimum speed instant that the rotor rotates at its minimum speed relative to the stator, determining a difference between the torque specific value and a predefined torque specific comparison value, and outputting a wear diagnosis depending on Difference between the moment-specific value and the comparison value.
Figure DE102016225968A1_0000

Description

Die hier offenbarte Technologie betrifft ein Verfahren zur Verschleißdiagnose eines gasdynamischen Lagers, insbesondere aerodynamischen Lagers. Ferner betrifft die Technologie ein Brennstoffzellensystem, vorzugsweise in einem Fahrzeug in dem das Lager verbaut ist.The technology disclosed herein relates to a method for the wear diagnosis of a gas-dynamic bearing, in particular an aerodynamic bearing. Furthermore, the technology relates to a fuel cell system, preferably in a vehicle in which the bearing is installed.

Gasdynamische Lager sind im Stand der Technik in unterschiedlichen Bauformen bekannt. Das Lager umfasst üblicherweise einen Stator und einen gegenüber dem Stator drehbar angeordneten Rotor. Durch Rotation des Rotors gegenüber dem Stator baut sich zwischen Rotor und Stator ein Gaspolster, insbesondere Luftpolster, auf. Ab einer Mindestdrehzahl trennt das Gaspolster den Rotor vollständig vom Stator, sodass die Reibung zwischen den beiden Elementen minimiert wird. Die Mindestdrehzahl wird auch als lift-off Drehzahl bezeichnet. Ein beispielhaftes gasdynamisches Lager zeigt DE 10 2011 115 249 A1 .Gas dynamic bearings are known in the art in different designs. The bearing usually comprises a stator and a rotor rotatable relative to the stator. By rotating the rotor relative to the stator, a gas cushion, in particular air cushion, builds up between the rotor and the stator. From a minimum speed, the gas cushion completely separates the rotor from the stator, minimizing friction between the two elements. The minimum speed is also referred to as lift-off speed. An exemplary gas dynamic bearing shows DE 10 2011 115 249 A1 ,

Bei Einsetzen und Beenden der Rotation dreht ein gasdynamisches Lager unterhalb seiner Mindestdrehzahl. In diesem Drehzahlbereich ist das Gaspolster noch nicht vollständig aufgebaut und es findet eine sogenannte Mischreibung statt, bei der es zumindest zeitweise zu einem Kontakt zwischen Rotor und Stator kommt. Des Weiteren ist zu beachten, dass beim Einsetzen der Rotation zunächst eine Kraft auf den Rotor wirkt, jedoch der Rotor bis zu einem bestimmten Losbrechmoment noch nicht rotiert. Im Moment des Losbrechens und während der Mischreibung findet im Lager ein relativ hoher Verschleiß statt. When starting and stopping the rotation, a gas-dynamic bearing turns below its minimum speed. In this speed range, the gas cushion is not fully built and there is a so-called mixed friction, in which there is at least temporarily a contact between the rotor and stator. Furthermore, it should be noted that at the onset of rotation initially a force acts on the rotor, but the rotor does not rotate until a certain breakaway torque. At the moment of breakaway and during mixed friction, a relatively high level of wear takes place in the bearing.

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. Insbesondere soll der Verschleiß eines gasdynamischen Lagers möglichst genau diagnostiziert werden. Weitere bevorzugte Aufgaben können sich aus den vorteilhaften Effekten der hier offenbarten Technologie ergeben. Die Aufgabe(n) wird/werden gelöst durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche. Die abhängigen Ansprüche stellen bevorzugte Ausgestaltungen dar.It is a preferred object of the technology disclosed herein to reduce or eliminate at least one disadvantage of a previously known solution or to suggest an alternative solution. In particular, the wear of a gas-dynamic bearing should be diagnosed as accurately as possible. Other preferred objects may result from the beneficial effects of the technology disclosed herein. The object (s) is / are solved by the subject matter of the independent claims. The dependent claims are preferred embodiments.

Gemäß vorliegender Technologie wird ein Verfahren zur Verschleißdiagnose eines gasdynamischen Lagers offenbart. Bei dem gasdynamischen Lager handelt es sich insbesondere um ein aerodynamisches Lager. Das Lager umfasst einen Stator und einen relativ zum Stator drehbaren Rotor. Durch die Drehung des Rotors gegenüber dem Stator baut sich ein Gaspolster zwischen Rotor und Stator auf, um die Reibung zwischen den beiden Elementen zu minimieren.According to the present technology, a method for wear diagnosis of a gas dynamic bearing is disclosed. The gas dynamic bearing is in particular an aerodynamic bearing. The bearing comprises a stator and a rotor rotatable relative to the stator. The rotation of the rotor relative to the stator builds up a gas cushion between the rotor and the stator to minimize the friction between the two elements.

Im Rahmen vorliegender Technologie wird ein Verfahren (erster Aspekt) zur Verschleißdiagnose beim Einsetzen der Rotation des Lagers und ein Verfahren (zweiter Aspekt) zur Verschleißdiagnose beim Beenden der Rotation des Lagers vorgestellt. Die beiden Verfahren können auch miteinander kombiniert werden, sodass an ein und demselben Lager sowohl beim Einsetzen als auch beim Beenden der Rotation die Verschleißdiagnose durchgeführt wird.In the present technology, a method (first aspect) for wear diagnosis at the onset of rotation of the bearing and a method (second aspect) for wear diagnosis at the completion of the rotation of the bearing are presented. The two methods can also be combined with each other so that the wear diagnosis is carried out on one and the same bearing both when inserting and when stopping the rotation.

Bezüglich beider Aspekte vorliegender Technologie wird der Begriff „Wert“ für erfasste und in Recheneinheiten verarbeitete Daten verwendet. Der Begriff „Wert“ umfasst dabei nicht nur einzelne Werte sondern auch eine Vielzahl an diskreten Werten (wie sie beispielsweise in Kennfeldern dargestellt werden) und/oder Werteverläufe (wie sie beispielsweise in Diagrammen dargestellt werden). Wenn momentspezifische oder drehzahlspezifische Werte definiert sind, so betrifft dies Werte, die in einem reproduzierbaren Zusammenhang mit dem Moment bzw. mit der Drehzahl stehen.With respect to both aspects of the present technology, the term "value" is used for data acquired and processed in arithmetic units. The term "value" encompasses not only individual values but also a multiplicity of discrete values (as represented, for example, in characteristic diagrams) and / or value curves (as illustrated, for example, in diagrams). If torque-specific or speed-specific values are defined, this applies to values that are in a reproducible relationship to the torque or speed.

So kann der momentspezifische Wert beispielsweise auf einem direkt gemessenen Moment (z.B. 5 Nm) oder einer Stromaufnahme (z.B. 15 A) an einem Elektromotor zur Erzeugung des Moments basieren. Der drehzahlspezifische Wert kann beispielsweise auf einer direkt gemessenen Drehzahl (z.B. 20.000 U/min) oder einem mit der Drehzahl erzeugten Effekt basieren. Wenn beispielsweise das Lager in einem Verdichter verbaut ist, so steht die Drehzahl des Lagers in einem reproduzierbaren Zusammenhang mit dem durch den Verdichter erzeugten Druck oder Volumenstrom (z.B. 1m3/min). So kann auch dieser Druck oder Volumenstrom als drehzahlspezifischer Wert des Lagers erfasst werden. Das „Erfassens“ von Werten erfolgt insbesondere mit geeigneten Sensoren und kann somit insbesondere als „Messen“ bezeichnet werden. Allerdings muss für das Erfassen nicht zwingend gemessen werden, da auch anderweitig erfasste Werte, beispielsweise von übergeordneten Rechen- oder Speichereinheiten, verwendet werden können.For example, the torque-specific value can be based on a directly measured torque (eg 5 Nm) or a current consumption (eg 15 A) on an electric motor for generating the torque. The speed-specific value may for example be based on a directly measured speed (eg 20,000 rpm) or an effect generated with the speed. For example, if the bearing is installed in a compressor, the speed of the bearing is in a reproducible relationship with the pressure or flow generated by the compressor (eg 1m 3 / min). So this pressure or flow rate can be detected as a speed-specific value of the camp. The "detection" of values is carried out in particular with suitable sensors and can thus be referred to in particular as "measuring". However, there is no compelling need to measure for the acquisition, since values acquired elsewhere, for example from higher-order arithmetic or storage units, can also be used.

Das Verfahren gemäß dem erstens Aspekt umfasst zumindest die folgenden Schritte:

  1. (i) Zunächst erfolgt ein Erfassen eines momentspezifischen Werts des Rotors zwischen einem Anfangs-Zeitpunkt, zudem der Rotor relativ zum Stator stillsteht und keine Antriebskraft auf den Rotor wirkt und einem Mindestdrehzahl-Zeitpunkt, zudem der Rotor mit der Mindestdrehzahl des Lagers relativ zum Stator dreht. Die Mindestdrehzahl des Lagers ist eine lagerspezifische Größe und beschreibt den Zustand, ab dem Rotor und Stator durch das Gaspolster getrennt sind. In dem Bereich zwischen Anfangs-Zeitpunkt und Mindestdrehzahl-Zeitpunkt unterscheidet sich das Moment zum Antreiben des Rotors in Abhängigkeit des Verschleißes im Lager. Je höher der Verschleiß im Lager ist, desto höher ist auch das Moment zum Antreiben des Rotors zwischen diesen beiden Zeitpunkten.
The method according to the first aspect comprises at least the following steps:
  1. (i) First, detecting a torque-specific value of the rotor between an initial time, in addition, the rotor is stationary relative to the stator and no driving force acts on the rotor and a minimum speed time, in addition rotates the rotor with the minimum speed of the bearing relative to the stator , The minimum speed of the bearing is a bearing-specific size and describes the state from which the rotor and stator are separated by the gas cushion. In the range between the start timing and the minimum speed timing, the torque for driving the engine differs Rotor depending on the wear in the bearing. The higher the wear in the bearing, the higher the moment to drive the rotor between these two times.

Zwischen Rotor und Lager kann sich beispielsweise eine Gleitschicht, insbesondere gebildet durch eine Deckfolie, befinden. Durch das Losbrechen und durch die Mischreibung verschleißt diese Gleitschicht, was wiederum zum erhöhten Moment bis zum Erreichen der Mindestdrehzahl führt. Auch durch andere Effekte, beispielsweise Abrieb zwischen Rotor und Stator, kann es zur Erhöhung dieses Moments kommen.For example, a sliding layer, in particular formed by a cover film, can be located between the rotor and the bearing. By breakaway and by the mixed friction wears this overlay, which in turn leads to the increased moment to reach the minimum speed. Also by other effects, such as abrasion between the rotor and stator, it may come to increasing this moment.

Das Erfassen des momentspezifischen Werts erfolgt zumindest einmalig, vorzugsweise mehrmalig oder durchgehend, zwischen dem Anfangs-Zeitpunkt und dem Mindestdrehzahl-Zeitpunkt.

  • (ii) Ferner erfolgt ein Bestimmen eines Unterschieds zwischen dem momentspezifischen Wert und einem vordefinierten momentspezifischen Vergleichswert. Zum Bestimmen des Unterschieds können diskrete Werte miteinander verglichen werden. Ferner ist es auch möglich, den Verlauf der Werte zu vergleichen. Insbesondere werden dabei Ableitungen und/oder Integrale der Verläufe verglichen. Der momentspezifische Vergleichswert zu dem Lager ist vorzugsweise in einer Speichereinheit hinterlegt und/oder wird bei Inbetriebnahme des Lagers eingelernt. Bei dem Vergleichswert handelt es sich besondere um einen Sollwert, der einem Lager ohne Verschleiß entspricht.
  • (iii) Nachdem der Unterschied bestimmt ist, wird basierend auf diesem Unterschied eine Verschleißdiagnose ausgegeben. Die Ausgabe erfolgt insbesondere in eine Recheneinheit oder Speichereinheit, kann jedoch auch unmittelbar, beispielsweise optisch, akustisch oder haptisch, an einem Menschen ausgegeben werden.
The detection of the torque-specific value takes place at least once, preferably repeatedly or continuously, between the start time and the minimum speed time.
  • (ii) Further, a determination is made of a difference between the torque-specific value and a predefined torque-specific comparison value. To determine the difference, discrete values can be compared. Furthermore, it is also possible to compare the course of the values. In particular, derivatives and / or integrals of the profiles are compared. The torque-specific comparison value to the bearing is preferably stored in a memory unit and / or is taught when commissioning the camp. The comparison value is a setpoint that corresponds to a bearing without wear.
  • (iii) After the difference is determined, a wear diagnosis is issued based on this difference. The output takes place in particular in a computing unit or memory unit, but can also be output directly, for example optically, acoustically or haptically, to a human.

Im einfachsten Fall beinhaltet die Verschleißdiagnose den ermittelten Unterschied. Vorzugsweise setzt die Verschleißdiagnose den ermittelten Unterschied in weitere Daten um. So kann der Unterschied für die Verschleißdiagnose beispielsweise mit vorhandenen Werten verglichen werden, um so zu bestimmen, wie groß der Verschleiß ist, wie lange die Restlebensdauer des Lagers ist, wie hoch die Ausfallwahrscheinlichkeit ist, usw.In the simplest case, the wear diagnosis includes the determined difference. The wear diagnosis preferably converts the difference determined into further data. For example, the difference in wear diagnosis can be compared to existing values to determine how much wear is, how long the remaining life of the bearing is, how high the probability of failure is, and so on.

Der momentspezifische Wert und dessen Vergleichswert stehen vorzugsweise in Relation zur Drehzahl des Lagers oder zur Zeit. So wird der einzelne momentspezifische Wert zu einem bestimmten Zeitpunkt oder zu einer bestimmten Drehzahl erfasst. Handelt es sich um einen Werteverlauf, so wird dieser entsprechend über der Zeit oder über der Drehzahl aufgetragen. The torque-specific value and its comparison value are preferably in relation to the speed of the bearing or at the time. Thus, the individual torque-specific value is detected at a specific time or at a certain speed. If it is a value curve, it is plotted accordingly over time or over the speed.

Entsprechend muss auch der Vergleichswert in Relation zur Drehzahl oder der Zeit gesetzt werden. Für die Zeitmessung wird insbesondere der Anfangs-Zeitpunkt als Relation gesetzt. Beispielsweise kann ein momentspezifischer Wert 10 ms nach dem Anfangs-Zeitpunkt erfasst werden. Der zugehörige Vergleichswert stellt dann beispielsweise einen Sollwert 10 ms nach dem Anfangs-Zeitpunkt eines Lagers ohne Verschleiß dar.Accordingly, the comparison value must also be set in relation to the speed or the time. For the time measurement in particular the initial time is set as a relation. For example, a torque-specific value can be detected 10 ms after the start time. The associated comparison value then represents, for example, a setpoint 10 ms after the start time of a bearing without wear.

So ist vorzugsweise vorgesehen, dass der erfasste momentspezifische Wert ein Moment/Zeit-Wert ist und der Vergleichswert ein Moment/Zeit-Vergleichswert ist. Zusätzlich oder alternativ ist vorgesehen, dass ein drehzahlspezifischer Wert des Rotors erfasst wird und der erfasste momentspezifische Wert ein Moment/Drehzahl-Wert ist, wobei der Vergleichswert ein Moment/Drehzahl-Vergleichswert ist. Der Moment/Zeit-Wert ist z.B. 5 Nm bei 10 ms oder 15 A bei 10 ms (wenn die Stromaufnahme eines Elektromotors den momentspezifischen Wert darstellt). Der Moment/Drehzahl-Wert ist z.B. 5 Nm bei 20.000 U/min oder 15 A bei 1 m3/min (wenn die Stromaufnahme eines Elektromotors den momentspezifischen Wert darstellt und der erzeugte Volumenstrom den drehzahlspezifischen Wert darstellt).Thus, it is preferably provided that the detected torque-specific value is a torque / time value and the comparison value is a torque / time comparison value. Additionally or alternatively, it is provided that a speed-specific value of the rotor is detected and the detected torque-specific value is a torque / speed value, wherein the comparison value is a torque / speed comparison value. The torque / time value is eg 5 Nm at 10 ms or 15 A at 10 ms (if the current consumption of an electric motor represents the torque-specific value). The torque / speed value is eg 5 Nm at 20,000 rpm or 15 A at 1 m 3 / min (if the current consumption of an electric motor represents the torque-specific value and the volume flow produced represents the speed-specific value).

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass basierend auf dem Unterschied zwischen dem momentspezifischen Wert und dem Vergleichswert ein Verschleiß diagnostiziert wird, wenn das dem erfassten momentspezifischen Wert zugrundeliegende Moment zum Antrieb des Rotors größer ist als das dem Vergleichswert zugrundeliegende Moment.Preferably, it is provided that, based on the difference between the torque-specific value and the comparison value, a wear is diagnosed if the torque underlying the detected torque-specific value for driving the rotor is greater than the torque underlying the comparison value.

Vorzugsweise ist ein Elektromotor zum Antrieb des Rotors vorgesehen. Die Stromaufnahme des Elektromotors wird dabei als der momentspezifische Wert erfasst. Die Stromaufnahme des Elektromotors lässt sich sehr leicht ermitteln und steht im direkten, bekannten Zusammenhang zum Moment.Preferably, an electric motor for driving the rotor is provided. The current consumption of the electric motor is recorded as the torque-specific value. The current consumption of the electric motor can be determined very easily and is in direct, known relation to the moment.

Zwischen dem Anfangs-Zeitpunkt und dem Mindestdrehzahl-Zeitpunkt ist ein Losbrech-Zeitpunkt definiert, zu dem die Rotation des Rotors einsetzt. Insbesondere zu diesem Losbrech-Zeitpunkt unterscheiden sich die Momente eines Lagers ohne Verschleiß und eines Lagers mit Verschleiß. Vorzugsweise wird zumindest ein momentspezifischer Wert zum Losbrech-Zeitpunkt ermittelt.Between the start time and the minimum speed time, a breakaway time is defined at which the rotation of the rotor begins. In particular, at this breakaway point in time, the moments of a bearing without wear and a bearing with wear differ. Preferably, at least one torque-specific value is determined at the break-away time.

Unter Umständen ist es schwierig, diesen Losbrech-Zeitpunkt exakt zu bestimmen, da beispielsweise die Drehzahl im unteren Bereich nicht exakt ermittelt werden kann. Das Moment zum Antreiben des Rotors unterscheidet sich bei einem Lager ohne Verschleiß und einem Lager mit Verschleiß auch unmittelbar nach dem Losbrechen des Rotors. So ist vorzugweise vorgesehen, dass das Ermitteln des momentspezifischen Werts im Bereich des Losbrech-Zeitpunkts erfolgt: Vorzugsweise wird zumindest ein momentspezifischer Wert ermittelt, bevor der Rotor 80 %, vorzugsweise 60 %, der Mindestdrehzahl erreicht.Under certain circumstances, it is difficult to determine exactly this breakaway time, since, for example, the speed in the lower range can not be determined exactly. The moment to drive the rotor differs in a bearing without wear and a bearing with wear also immediately after breaking the rotor. Thus, it is preferably provided that the determination of the torque-specific value takes place in the region of the break-away time point. Preferably, at least one torque-specific value is determined before the rotor reaches 80%, preferably 60%, of the minimum rotational speed.

Das Verfahren gemäß dem zweiten Aspekt umfasst zumindest die folgenden Schritte:

  1. (i) Ausgehend von einer Rotation des Rotors bei zumindest der Mindestdrehzahl, erfolgt zunächst ein Antriebslosschalten des Rotors zu einem Anfangs-Zeitpunkt.
  2. (ii) Ab dem Anfangs-Zeitpunkt erfolgt ein Erfassen eines drehzahlspezifischen Werts am Rotor bis zu einem Stopp-Zeitpunkt, zudem der Rotor relativ zum Stator stillsteht.
The method according to the second aspect comprises at least the following steps:
  1. (i) Starting from a rotation of the rotor at least the minimum speed, there is first a drive-less switching of the rotor at an initial time.
  2. (ii) From the start time, a speed-specific value is detected on the rotor until a stop time, in addition to which the rotor is stationary relative to the stator.

In dem Bereich zwischen Anfangs-Zeitpunkt und Stopp-Zeitpunkt unterscheidet sich die Austrudelzeit (auch: Auslaufzeit) des Rotors in Abhängigkeit des Verschleißes im Lager. Es wurde erkannt, dass je höher der Verschleiß im Lager ist, desto länger ist auch die Austrudelzeit des Rotors. Zwischen Rotor und Stator kann sich beispielsweise eine Wellschicht befinden, die den Aufbau und das Aufrechterhalten des Gaspolsters beeinflusst. Es wurde erkannt, dass die verschlissene Wellschicht nicht etwa dazu führt, dass der Rotor schneller zum Stillstand kommt, sondern langsamer austrudelt. Auch durch andere Effekte kann es zur Erhöhung dieser Austrudelzeit kommen.In the area between the start time and the stop time, the discharge time (also: discharge time) of the rotor differs depending on the wear in the warehouse. It has been recognized that the higher the wear in the bearing, the longer the discharge time of the rotor. For example, a corrugated layer may be present between the rotor and the stator, which influences the structure and the maintenance of the gas cushion. It was recognized that the worn corrugated layer does not cause the rotor to come to a standstill faster, but to slow down more slowly. Other effects can increase this time.

Das Erfassen des drehzahlspezifischen Werts erfolgt zumindest einmalig, vorzugsweise mehrmalig oder durchgehend, zwischen dem Anfangs-Zeitpunkt und dem Stopp-Zeitpunkt. In einer einfachen Ausgestaltung ist es ausreichend, an nur einem Zeitpunkt die Drehzahl zu bestimmen oder zu bestimmen, zu welcher Zeiten die Drehzahl einen bestimmten Wert, beispielsweise 0, erreicht. So ist beispielsweise auch der Wert „Drehzahl 0 bei 10 Sekunden“ ein hier möglicher drehzahlspezifischer Wert.

  • (iii) Ferner erfolgt ein Bestimmen eines Unterschieds zwischen dem drehzahlspezifischen Wert und einem vordefinierten drehzahlspezifischen Vergleichswert. Zum Bestimmen des Unterschieds können diskrete Werte miteinander verglichen werden. Ferner ist es auch möglich, den Verlauf der Werte zu vergleichen. Insbesondere werden dabei Ableitungen und/oder Integrale der Verläufe verglichen. Der drehzahlspezifische Vergleichswert zu dem Lager ist vorzugsweise in einer Speichereinheit hinterlegt und/oder wird bei Inbetriebnahme des Lagers eingelernt. Bei dem Vergleichswert handelt es sich insbesondere um einen Sollwert, der einem Lager ohne Verschleiß entspricht.
The detection of the speed-specific value takes place at least once, preferably several times or continuously, between the start time and the stop time. In a simple embodiment, it is sufficient to determine the speed at only one time or to determine at what times the speed reaches a certain value, for example 0. For example, the value "Speed 0 at 10 seconds" is a possible speed-specific value.
  • (iii) Further, a determination is made of a difference between the speed-specific value and a predefined speed-specific comparison value. To determine the difference, discrete values can be compared. Furthermore, it is also possible to compare the course of the values. In particular, derivatives and / or integrals of the profiles are compared. The speed-specific comparison value to the bearing is preferably stored in a memory unit and / or is taught during commissioning of the bearing. In particular, the comparison value is a setpoint that corresponds to a bearing without wear.

Der drehzahlspezifische Wert und dessen Vergleichswert stehen vorzugsweise in Relation zur Zeit. So wird der einzelne drehzahlspezifische Wert zu einem bestimmten Zeitpunkt erfasst oder es wird die Zeit zu einem bestimmten drehzahlspezifische Wert erfasst. Handelt es sich um einen Werteverlauf, so wird dieser entsprechend über der Zeit aufgetragen. Entsprechend muss auch der Vergleichswert in Relation zur Zeit gesetzt werden. Für die Zeitmessung wird insbesondere der Anfangs-Zeitpunkt als Relation gesetzt. So kann beispielsweise ein drehzahlspezifischer Wert 10 Sekunden nach dem Anfangs-Zeitpunkt erfasst werden. Der zugehörige Vergleichswert stellt dann beispielsweise einen Sollwert für die Drehzahl, ebenfalls 10 Sekunden nach dem Anfangs-Zeitpunkt eines Lagers ohne Verschleiß dar: So ist vorzugsweise vorgesehen, dass der erfasste drehzahlspezifische Wert ein Drehzahl/Zeit-Wert ist und der Vergleichswert ein Drehzahl/Zeit-Vergleichswert ist.

  • (iv) Nachdem der Unterschied bestimmt ist, wird basierend auf diesem Unterschied eine Verschleißdiagnose ausgegeben. Die Ausgabe erfolgt insbesondere in eine Recheneinheit oder Speichereinheit, kann jedoch auch unmittelbar, beispielsweise optisch, akustisch oder haptisch, an einen Menschen ausgegeben werden. Im einfachsten Fall beinhaltet die Verschleißdiagnose den ermittelten Unterschied. Vorzugsweise setzt die Verschleißdiagnose den ermittelten Unterschied in weitere Daten um. So kann der Unterschied für die Verschleißdiagnose beispielsweise mit vorhandenen Werten verglichen werden, um so zu bestimmen, wie groß der Verschleiß ist, wie lange die Restlebensdauer ist, wie hoch die Ausfallwahrscheinlichkeit ist, usw.
The speed-specific value and its comparison value are preferably in relation to time. Thus, the individual speed-specific value is detected at a specific time or the time is recorded at a specific speed-specific value. If it is a value curve, it will be plotted accordingly over time. Accordingly, the comparison value must also be set in relation to the time. For the time measurement in particular the initial time is set as a relation. For example, a speed-specific value can be acquired 10 seconds after the start time. The associated comparison value then represents, for example, a target value for the rotational speed, also 10 seconds after the start time of a bearing without wear: Thus, it is preferably provided that the detected speed-specific value is a speed / time value and the comparison value is a speed / time Is the comparison value.
  • (iv) After the difference is determined, a wear diagnosis is issued based on this difference. The output takes place in particular in a computing unit or memory unit, but can also be output directly to a human, for example optically, acoustically or haptically. In the simplest case, the wear diagnosis includes the determined difference. The wear diagnosis preferably converts the difference determined into further data. For example, the difference for the wear diagnosis can be compared to existing values to determine how long the wear is, how long the remaining life is, how high the probability of failure is, etc.

Die Verfahren zur Verschleißdiagnose gemäß dem ersten und/oder zweiten Aspekt umfassen vorzugsweise folgende zwei Schritte:

  • (i) Verwenden des gasdynamischen Lagers in einer Verwendungsvorrichtung. Bei der Verwendungsvorrichtung handelt es sich nicht um einen Test- oder Prüfstand. Vielmehr erfüllt die Verwendungsvorrichtung einen über die Diagnose des Lagers hinausgehenden Zweck. Die Verwendungsvorrichtung ist insbesondere ein Verdichter für Gas, vorzugsweise Luft. Vorzugsweise ist der Verdichter Teil eins Brennstoffzellensystems oder eines Abgasturboladers oder eines Beatmungsgeräts (Medizintechnik) oder einer Kabinenluftversorgung (Luftfahrttechnik).
  • (ii) Erfassen der Werte für die Verschleißdiagnose im regulären Betrieb der Verwendungsvorrichtung.
The methods for wear diagnosis according to the first and / or second aspect preferably comprise the following two steps:
  • (i) using the gas dynamic bearing in a utilization device. The use device is not a test or test bench. Rather, the usage device fulfills a purpose beyond the diagnosis of the bearing. The use device is in particular a compressor for gas, preferably air. Preferably, the compressor is part of a fuel cell system or an exhaust gas turbocharger or a ventilator (medical technology) or a cabin air supply (aviation technology).
  • (ii) detecting the values for the wear diagnosis in the regular operation of the use device.

Insbesondere erfolgt ein Ansteuern der Verwendungsvorrichtung in Abhängigkeit des diagnostizierten Verschleißes. Insbesondere ist vorgesehen, in Abhängigkeit des Verschleißes eine Maximalleistung der Verwendungsvorrichtung zu reduzieren und/oder eine Leistungsdynamik der Verwendungsvorrichtung und somit die Lastwechsel zu reduzieren und/oder eine Abschalthäufigkeit der Verwendungsvorrichtung zu reduzieren.In particular, a control of the use device takes place as a function of the diagnosed wear. In particular, it is envisaged as a function of the wear, to reduce a maximum output of the use device and / or to reduce a power dynamics of the use device and thus the load changes and / or to reduce a turn-off frequency of the use device.

Die hier offenbarte Technologie umfasst ferner ein Verfahren zum Betrieb eines Brennstoffzellensystems. Das Brennstoffzellensystem befindet sich vorzugsweise in einem Fahrzeug. Der Aufbau eines Brennstoffzellensystems ist an sich bekannt. Zur Beschreibung des vorgestellten Verfahrens ist es ausreichend zu definieren, dass das Brennstoffzellensystem zumindest eine Brennstoffzelle und einen Verdichter umfasst. Der Vollständigkeit halber wird im Folgenden ein mögliches Brennstoffzellensystem für das hier vorgestellte Verfahren genauer erläutert:The technology disclosed herein further includes a method of operating a fuel cell system. The fuel cell system is preferably located in a vehicle. The structure of a fuel cell system is known per se. To describe the method presented, it is sufficient to define that the fuel cell system comprises at least a fuel cell and a compressor. For the sake of completeness, a possible fuel cell system for the method presented here is explained in more detail below:

Das Brennstoffzellensystem ist beispielsweise für mobile Anwendungen wie Kraftfahrzeuge gedacht, insbesondere zur Bereitstellung der Energie für mindestens eine Antriebsmaschine zur Fortbewegung des Kraftfahrzeugs. In ihrer einfachsten Form ist die einzelne Brennstoffzelle des Brennstoffzellensystems ein elektrochemischer Energiewandler, der Brennstoff und Oxidationsmittel in Reaktionsprodukte umwandelt und dabei Elektrizität und Wärme produziert. Die Brennstoffzelle umfasst eine Anode und eine Kathode, die durch einen ionenselektiven bzw. ionenpermeablen Separator getrennt sind. Die Anode wird mit Brennstoff versorgt. Bevorzugte Brennstoffe sind: Wasserstoff, niedrigmolekularer Alkohol, Biokraftstoffe, oder verflüssigtes Erdgas. Die Kathode wird mit Oxidationsmittel versorgt. Bevorzugte Oxidationsmittel sind bspw. Luft, Sauerstoff und Peroxide. Der ionenselektive Separator kann bspw. als Protonenaustauschmembran (proton exchange membrane, PEM) ausgebildet sein. Bevorzugt kommt eine kationenselektive Polymerelektrolytmembran zum Einsatz. Materialien für eine solche Membran sind beispielsweise: Nafion®, Flemion® und Aciplex®. Ein Brennstoffzellensystem umfasst neben der mindestens einen Brennstoffzelle vorzugsweise periphere Systemkomponenten (BOP-Komponenten), die beim Betrieb der mindestens einen Brennstoffzelle zum Einsatz kommen können. In der Regel sind mehrere Brennstoffzellen zu einem Brennstoffzellenstapel bzw. Stack zusammengefasst.The fuel cell system is intended, for example, for mobile applications such as motor vehicles, in particular for providing the energy for at least one drive machine for locomotion of the motor vehicle. In its simplest form, the fuel cell system's single fuel cell is an electrochemical energy converter that converts fuel and oxidant into reaction products, producing electricity and heat. The fuel cell includes an anode and a cathode separated by an ion-selective or ion-permeable separator. The anode is supplied with fuel. Preferred fuels are: hydrogen, low molecular weight alcohol, biofuels, or liquefied natural gas. The cathode is supplied with oxidant. Preferred oxidizing agents are, for example, air, oxygen and peroxides. The ion-selective separator can be designed, for example, as a proton exchange membrane (PEM). Preferably, a cation-selective polymer electrolyte membrane is used. Materials for such a membrane are, for example: Nafion®, Flemion® and Aciplex®. A fuel cell system preferably comprises, in addition to the at least one fuel cell, peripheral system components (BOP components) which can be used during operation of the at least one fuel cell. As a rule, several fuel cells are combined to form a fuel cell stack or stack.

Das Verfahren zum Betrieb des Brennstoffzellensystems umfasst die folgenden Schritte:

  • (i) Zunächst erfolgt ein Verdichten des Oxidationsmittels mit einem Verdichterrad des Verdichters. Das Verdichterrad ist über ein gasdynamisches Lager gelagert. Das verdichtete Oxidationsmittel wird der Brennstoffzelle zugeführt.
  • (ii) Insbesondere während des Betriebs des Brennstoffzellensystems erfolgt ein Diagnostizieren eines Verschleißes des gasdynamischen Lagers, vorzugsweise mit einem Verfahren gemäß dem beschriebenen ersten Aspekt und/oder zweiten Aspekt. Insbesondere wird das Verfahren während des normalen Betriebs des Brennstoffzellensystems durchgeführt. Während des normalen Betriebs des Brennstoffzellensystems wird der Verdichter, beispielsweise zum Einschalten oder Ausschalten des Brennstoffzellensystems oder für einen standby-Modus, aktiviert und deaktiviert, wodurch das gasdynamischen Lager von einem Stillstand auf zumindest die Mindestdrehzahl hochgefahren und wieder antriebslos geschalten wird.
  • (iv) Basierend auf dem diagnostizierten Verschleiß erfolgt ein Ansteuern des Brennstoffzellensystems. Zusätzlich zu dem Ansteuern des Brennstoffzellensystems kann der diagnostizierte Verschleiß auch ausgegeben werden, wie bereits beschrieben.
The method of operating the fuel cell system includes the following steps:
  • (i) First, the oxidizer is compressed with a compressor wheel of the compressor. The compressor wheel is mounted on a gas dynamic bearing. The compressed oxidant is supplied to the fuel cell.
  • (ii) In particular during operation of the fuel cell system, a diagnosis of wear of the gas-dynamic bearing takes place, preferably with a method according to the described first aspect and / or second aspect. In particular, the method is performed during normal operation of the fuel cell system. During normal operation of the fuel cell system, the compressor is activated and deactivated, for example for switching on or off the fuel cell system or for a standby mode, whereby the gas dynamic bearing is raised from a standstill to at least the minimum speed and switched again without power.
  • (iv) Based on the diagnosed wear, the fuel cell system is driven. In addition to driving the fuel cell system, the diagnosed wear may also be output, as already described.

Insbesondere ist vorgesehen, in Abhängigkeit des Verschleißes eine Maximalleistung des Brennstoffzellensystems und somit auch die Leistung des Verdichters zu reduzieren und/oder eine Leistungsdynamik des Brennstoffzellensystems und somit die Lastwechsel am Verdichter zu reduzieren und/oder eine Abschalthäufigkeit des Verdichters zu reduzieren.In particular, it is provided to reduce depending on the wear, a maximum power of the fuel cell system and thus the performance of the compressor and / or to reduce power dynamics of the fuel cell system and thus the load changes on the compressor and / or reduce a Abschalthäufigkeit the compressor.

Wie bereits beschrieben, werden der Rotor des gasdynamischen Lagers und somit auch das Verdichterrad vorzugsweise mit einem Elektromotor angetrieben. Basierend auf der Stromaufnahme des Elektromotors kann der momentspezifische Wert erfasst werden.As already described, the rotor of the gas-dynamic bearing and thus also the compressor wheel are preferably driven by an electric motor. Based on the current consumption of the electric motor, the torque-specific value can be detected.

Zusätzlich oder alternativ zum Elektromotor kann das Verdichterrad auch über eine Abgasturbine angetrieben werden. Der momentspezifische Wert kann dabei auch basierend auf einem Volumenstrom und/oder Druck in dem die Abgasturbine antreibenden Abgas erfasst werden.In addition or as an alternative to the electric motor, the compressor wheel can also be driven via an exhaust gas turbine. The torque-specific value can also be detected based on a volume flow and / or pressure in the exhaust gas driving the exhaust gas turbine.

Der drehzahlspezifische Wert kann beispielsweise durch eine Drehzahlmessung am Elektromotor oder am Verdichterrad erfasst werden. Ferner kann der drehzahlspezifische Wert basierend auf dem Volumenstrom und/oder Druck des verdichteten Oxidationsmittels erfasst werden.The speed-specific value can be detected for example by a speed measurement on the electric motor or on the compressor wheel. Furthermore, the speed-specific value can be detected based on the volume flow and / or pressure of the compressed oxidant.

Die hier offenbarte Technologie umfasst ferner ein Brennstoffzellensystem, insbesondere wie es bereits beschrieben wurde, und ein Steuergerät zur Durchführung des Verfahrens zum Betrieb des Brennstoffzellensystems.The technology disclosed herein further comprises a fuel cell system, in particular as already described, and a control unit for carrying out the method for operating the fuel cell system.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Figuren. Es zeigen:

  • 1 eine schematische Darstellung eines gasdynamischen Lagers an dem der Verschleiß diagnostiziert wird, und
  • 2 ein Diagramm zur Durchführung des Verfahrens zur Verschleißdiagnose gemäß dem ersten Aspekt,
  • 3 ein Diagramm zur Durchführung des Verfahrens zur Verschleißdiagnose gemäß dem zweiten Aspekt,
  • 4 eine schematische Darstellung eines Brennstoffzellensystems an dem das Verfahren zum Betrieb eines Brennstoffzellensystems durchgeführt wird.
Further details, features and advantages of the invention will become apparent from the following description and the figures. Show it:
  • 1 a schematic representation of a gas dynamic bearing at which the wear is diagnosed, and
  • 2 a diagram for carrying out the method for wear diagnosis according to the first aspect,
  • 3 a diagram for carrying out the method for wear diagnosis according to the second aspect,
  • 4 a schematic representation of a fuel cell system to which the method for operating a fuel cell system is performed.

1 zeigt eine schematische Darstellung eines gasdynamischen Lagers 1, an dem der Verschleiß diagnostiziert werden soll. Das gasdynamischen Lager 1 umfasst einen Rotor 2, der drehbar in einem Stator 3 angeordnet. Auf der dem Stator 3 zugewandten Fläche des Rotors befindet sich eine Gleitschicht, hier ausgebildet als Deckfolie 4. Zwischen der Deckfolie 4 und der Innenfläche des Stators 3 befindet sich eine Wellenfolie 5. 1 shows a schematic representation of a gas dynamic bearing 1 at which the wear is to be diagnosed. The gas dynamic bearing 1 includes a rotor 2 that rotates in a stator 3 arranged. On the stator 3 facing surface of the rotor is a sliding layer, designed here as a cover sheet 4 , Between the cover foil 4 and the inner surface of the stator 3 there is a wave foil 5 ,

Die Deckfolie 4 wird insbesondere belastet, wenn der Rotor 2 zu Beginn seiner Rotation aus der Haftreibung losbricht und bis zum Erreichen seiner Mindestdrehzahl den Mischreibungsbereich durchläuft. Sobald die Mindestdrehzahl erreicht ist, trennt ein Gaspolster den Rotor 2 vom Stator 3. Beim Antriebslosschalten des Rotors 2 trudelt der Rotor 2 aus. Dabei sorgt insbesondere die Wellenfolie 5 für einen Rundlauf und somit für ein schnelles Austrudeln des Rotors 2.The cover sheet 4 is particularly stressed when the rotor 2 at the beginning of its rotation, it breaks free from static friction and passes through the mixed friction region until it reaches its minimum speed. Once the minimum speed is reached, a gas cushion separates the rotor 2 from the stator 3 , When the drive is switched off, the rotor 2 the rotor is spinning 2 out. In particular, the wave film provides 5 for a concentricity and thus for a fast unwinding of the rotor 2 ,

2 zeigt ein Diagramm zur Erläuterung des Verfahrens zur Verschleißdiagnose gemäß dem ersten Aspekt. Die horizontale Achse in 2 zeigt die Zeit 8. Auf der vertikalen Achse sind der momentspezifische Wert 6 und der drehzahlspezifische Wert 7 aufgetragen. 2 shows a diagram for explaining the method for wear diagnosis according to the first aspect. The horizontal axis in 2 shows the time 8th , On the vertical axis are the moment specific value 6 and the speed-specific value 7 applied.

2 zeigt einen Verlauf 12 des drehzahlspezifischen Werts, einen Verlauf 11 des momentspezifischen Werts des diagnostizierten Lagers 1 und einen Verlauf 10 eines momentspezifischen Vergleichswerts, der auf einem Lager 1 ohne Verschleiß basiert. Der Verlauf 12 des drehzahlspezifischen Werts erreicht zumindest eine Mindestdrehzahl 9. 2 shows a course 12 of the speed-specific value, a course 11 the moment-specific value of the diagnosed bearing 1 and a trace 10 of a torque-specific comparison value stored on a bearing 1 based without wear. The history 12 the speed-specific value reaches at least a minimum speed 9 ,

2 zeigt auf der horizontalen Achse einen Anfangs-Zeitpunkt t0, zu dem der momentspezifische Wert 6 gleich 0 ist und somit kein Antriebsmoment auf den Rotor 2 wirkt. Dementsprechend ist auch der drehzahlspezifische Wert 7 bei 0. 2 shows an initial time on the horizontal axis t0 to which the moment-specific value 6 is equal to 0 and thus no drive torque on the rotor 2 acts. Accordingly, the speed-specific value 7 at 0.

Ferner zeigt 2 einen Losbrech-Zeitpunkt t1, zu dem das Moment auf den Rotor 2 groß genug ist, um die Haftreibung zu überwinden, sodass die Drehzahl von 0 aus ansteigt. Zu einem Mindestdrehzahl-Zeitpunkt t2 erreicht der Rotor die Mindestdrehzahl 9.Further shows 2 a breakaway time t1 to which the moment on the rotor 2 is large enough to overcome the static friction, so that the speed increases from 0 out. At a minimum speed point t2 the rotor reaches the minimum speed 9 ,

Wie 2 zeigt, liegt der Verlauf 11 des momentspezifischen Werts im Bereich zwischen Anfangs-Zeitpunkt t0 und Mindestdrehzahl-Zeitpunkt t2 über dem Verlauf 10 des momentspezifischen Vergleichswerts. Dadurch ergibt sich ein Unterschied 15 der für die Verschleißdiagnose ausgewertet wird. Insbesondere unterscheiden sich die Verläufe 10, 11 unmittelbar am oder nach dem Losbrech-Zeitpunkt t1.As 2 shows, lies the course 11 the moment-specific value in the range between the start time t0 and minimum speed time t2 over the course 10 the moment-specific comparative value. This results in a difference 15 which is evaluated for the wear diagnosis. In particular, the courses differ 10 . 11 immediately on or after the breakaway date t1 ,

Anhand der Darstellung in 2 ist ersichtlich, dass nicht nur Verläufe 10, 11 sondern auch einzelne, diskrete Werte des momentspezifischen Werts 6 zur Bestimmung eines entsprechenden Unterschieds 15 herangezogen werden können.Based on the illustration in 2 it can be seen that not only gradients 10 . 11 but also individual, discrete values of the moment-specific value 6 to determine a corresponding difference 15 can be used.

3 zeigt ein Diagramm zur Erläuterung des Verfahrens zur Verschleißdiagnose gemäß dem zweiten Aspekt. Die horizontale Achse in 3 zeigt die Zeit 8. Auf der vertikalen Achse ist der drehzahlspezifische Wert 7 aufgetragen. 3 shows a diagram for explaining the method for wear diagnosis according to the second aspect. The horizontal axis in 3 shows the time 8th , On the vertical axis is the speed-specific value 7 applied.

3 zeigt einen Verlauf 14 des drehzahlspezifischen Werts des diagnostizierten Lagers 1 und einen Verlauf 13 des drehzahlspezifischen Vergleichswerts, der auf einem Lager 1 ohne Verschleiß basiert. Beide Verläufe 13, 14 beginnen zum Mindestdrehzahl-Zeitpunkt t2 bei der Mindestdrehzahl 9. Zum Mindestdrehzahl-Zeitpunkt t2 wird der Rotor antriebslos geschaltet. 3 shows a course 14 the speed-specific value of the diagnosed bearing 1 and a course 13 the speed-specific reference value that is stored on a warehouse 1 based without wear. Both courses 13, 14 begin at the minimum speed time t2 at the minimum speed 9 , At the minimum speed point t2 the rotor is switched without drive.

Unmittelbar nach dem Mindestdrehzahl-Zeitpunkt t2 liegt ein Übergangs-Zeitpunkt t3, ab dem sich das Gaspolster abbaut und der Rotor 2 im Mischreibungsbereich dreht.Immediately after the minimum speed point t2 is a transitional time t3 from which the gas cushion breaks down and the rotor 2 in the mixed friction area rotates.

Ein unverschlissenes Lager kommt gemäß dem Verlauf 13 relativ schnell am Stopp-Zeitpunkt t4 zum Stillstand. Das verschlissene Lager 1 kommt gemäß dem Verlauf 14 etwas später zum Stopp-Zeitpunkt t5 zum Stillstand. Betrachte man die beiden Verläufe 13, 14 bei einem drehzahlspezifischen Wert 7 von 0, ergibt sich der Unterschied 15 auf der horizontalen Achse zwischen dem Stopp-Zeitpunkt t4 des Verlaufs 13 des drehzahlspezifischen Vergleichswert und dem Stopp-Zeitpunkt t5 des Verlaufs 14 des drehzahlspezifischen Werts des Lagers 1 mit Verschleiß. Der Unterschied 15 wird wiederum für die Verschleißdiagnose ausgewertet.An unworn camp comes according to the course 13 relatively fast at the stop time t4 to a halt. The worn camp 1 comes according to the course 14 a little later at the stop time t5 to a halt. Consider the two courses 13 . 14 at a speed-specific value 7 from 0, the difference arises 15 on the horizontal axis between the stop time t4 of the course 13 the speed-specific comparison value and the stop time t5 of the course 14 the speed-specific value of the bearing 1 with wear. The difference 15 is again evaluated for the wear diagnosis.

4 zeigt anhand eines Brennstoffzellensystems 20 die Anwendung des gasdynamischen Lagers 1 und die Anwendung der vorgestellten Verfahren zur Verschleißdiagnose. 4 shows by means of a fuel cell system 20 the application of the gas dynamic bearing 1 and the application of the presented methods for wear diagnosis.

In rein schematischer Darstellung umfasst das Brennstoffzellensystem 20 zumindest eine Brennstoffzelle 21. Die Brennstoffzelle 21 wird mit verdichtetem Oxidationsmittel 22 und Brennstoff 23 versorgt. In a purely schematic representation, the fuel cell system comprises 20 at least one fuel cell 21 , The fuel cell 21 is with compressed oxidant 22 and fuel 23 provided.

Zur Verdichtung des Oxidationsmittels 22 ist ein Verdichter 24 angeordnet. In dem Verdichter 24 befindet sich ein Verdichterrad, das über ein gasdynamisches Lager 1 gelagert ist. Der Antrieb des Verdichterrades erfolgt mit einem Elektromotor 25. In einem Steuergerät 26 sind Vergleichswerte hinterlegt. Ferner erfasst das Steuergerät 26 die momentspezifischen Werte 6 und drehzahlspezifischen Werte 7 und führt die Verschleißdiagnose durch.For densification of the oxidizing agent 22 is a compressor 24 arranged. In the compressor 24 There is a compressor wheel, which has a gas dynamic bearing 1 is stored. The drive of the compressor wheel is done with an electric motor 25 , In a control unit 26 Comparative values are stored. Furthermore, the control unit detects 26 the moment-specific values 6 and speed-specific values 7 and performs the wear diagnosis.

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.The foregoing description of the present invention is for illustrative purposes only, and not for the purpose of limiting the invention. Various changes and modifications are possible within the scope of the invention without departing from the scope of the invention and its equivalents.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
gasdynamisches Lagergas dynamic bearing
22
Rotorrotor
33
Statorstator
44
Deckfoliecover sheet
55
Wellfoliecorrugated foil
66
momentspezifischer Werttorque-specific value
77
drehzahlspezifischer Wertspeed-specific value
88th
ZeitTime
99
MindestdrehzahlMinimum speed
1010
Verlauf des momentspezifischen Vergleichswerts (ohne Verschleiß)Course of the moment-specific comparative value (without wear)
1111
Verlauf des momentspezifischen Werts mit VerschleißHistory of the torque-specific value with wear
1212
Verlauf des drehzahlspezifischen WertsHistory of the speed-specific value
1313
Verlauf des drehzahlspezifischen Vergleichswerts (ohne Verschleiß)History of the speed-specific comparison value (without wear)
1414
Verlauf des drehzahlspezifischen Werts mit VerschleißCourse of the speed-specific value with wear
1515
Unterschieddifference
t0t0
Anfangs-ZeitpunktStarting time
t1t1
Losbrech-ZeitpunktBreakaway time
t2t2
Mindestdrehzahl-ZeitpunktMinimum speed time
t3t3
Übergangs-ZeitpunktTransition time
t4t4
Stopp-Zeitpunkt ohne VerschleißStop time without wear
t5t5
Stopp-Zeitpunkt mit VerschleißStop time with wear
2020
BrennstoffzellensystemThe fuel cell system
2121
Brennstoffzellefuel cell
2222
Oxidationsmitteloxidant
2323
Brennstofffuel
2424
Verdichtercompressor
2525
Elektromotorelectric motor
2626
Steuergerätcontrol unit

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102011115249 A1 [0002]DE 102011115249 A1 [0002]

Claims (10)

Verfahren zur Verschleißdiagnose eines gasdynamischen Lagers (1), mit einem relativ zu einem Stator (3) drehbaren Rotor (2) und einem sich durch die Drehung aufbauenden Gaspolster zwischen Rotor (2) und Stator (3), umfassend die folgenden Schritte: • Erfassen eines momentspezifischen Werts (6, 11) des Rotors (2) zwischen ○ einem Anfangs-Zeitpunkt (t0), zudem der Rotor (2) relativ zum Stator (3) stillsteht und keine Antriebskraft auf den Rotor (2) wirkt und ○ einem Mindestdrehzahl-Zeitpunkt (t2), zudem der Rotor (2) mit seiner Mindestdrehzahl (9) relativ zum Stator (3) dreht, • Bestimmen eines Unterschieds (15) zwischen dem momentspezifischen Wert (6, 11) und einem vordefinierten momentspezifischen Vergleichswert (10), und • Ausgeben einer Verschleißdiagnose in Abhängigkeit des Unterschieds (15) zwischen dem momentspezifischen Wert (6, 11) und dem Vergleichswert (10).Method for the wear diagnosis of a gas-dynamic bearing (1), with a rotor (2) rotatable relative to a stator (3) and a gas cushion constituting by the rotation between the rotor (2) and the stator (3), comprising the following steps: • Detecting a torque-specific value (6, 11) of the rotor (2) between ○ an initial time (t0), in addition, the rotor (2) relative to the stator (3) is stationary and no driving force acts on the rotor (2) and ○ a minimum speed time (t2), in addition, the rotor (2) with its minimum speed (9) rotates relative to the stator (3), Determining a difference (15) between the torque-specific value (6, 11) and a predefined torque-specific comparison value (10), and • Outputting a wear diagnosis as a function of the difference (15) between the torque-specific value (6, 11) and the comparison value (10). Verfahren nach Anspruch 1, wobei • der erfasste momentspezifische Wert (6, 11) ein Moment/Zeit-Wert ist und der Vergleichswert (10) ein Moment/Zeit-Vergleichswert ist und/oder • wobei ein drehzahlspezifischer Wert (7, 12) des Rotors (2) erfasst wird und der erfasste momentspezifische Wert (6, 11) ein Moment/Drehzahl-Wert ist und der Vergleichswert (10) ein Moment/Drehzahl-Vergleichswert ist.Method according to Claim 1 in which • the detected torque-specific value (6, 11) is a torque / time value and the comparison value (10) is a torque / time comparison value and / or • wherein a speed-specific value (7, 12) of the rotor (2) is detected and the detected torque-specific value (6, 11) is a torque / speed value and the comparison value (10) is a torque / speed comparison value. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Verschleiß diagnostiziert wird, wenn das durch den erfassten momentspezifischen Wert (6, 11) repräsentierte Moment größer ist als das durch den Vergleichswert (10) repräsentierte Moment.Method according to one of the preceding claims, wherein wear is diagnosed when the torque represented by the detected torque-specific value (6, 11) is greater than the torque represented by the comparison value (10). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Elektromotor (25) zum Antrieb des Rotors (2) verwendet wird und eine Stromaufnahme des Elektromotors (25) als der momentspezifische Wert (6, 11) erfasst wird.Method according to one of the preceding claims, wherein an electric motor (25) for driving the rotor (2) is used and a current consumption of the electric motor (25) is detected as the torque-specific value (6, 11). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der momentspezifischer Wert (6, 11) vor Erreichen höchstens 80% der Mindestdrehzahl (9), besonders vorzugsweise vor Erreichen höchstens 60% der Mindestdrehzahl (9), ermittelt wird.Method according to one of the preceding claims, wherein the torque-specific value (6, 11) before reaching at most 80% of the minimum speed (9), particularly preferably before reaching at most 60% of the minimum speed (9), is determined. Verfahren zur Verschleißdiagnose eines gasdynamischen Lagers (1), mit einem relativ zu einem Stator (3) drehbaren Rotor (2) und einem sich durch die Drehung aufbauenden Gaspolster zwischen Rotor (2) und Stator (3), umfassend die folgenden Schritte: • Antriebslosschalten des Rotors (2) zu einem Anfangs-Zeitpunkt (t0), • Erfassen eines drehzahlspezifischen Werts (7, 14) am Rotor (2) zwischen ○ dem Anfangs-Zeitpunkt (t0) und ○ einem Stopp-Zeitpunkt (t5), zudem der Rotor (2) relativ zum Stator (3) stillsteht, • Bestimmen eines Unterschieds (15) zwischen dem drehzahlspezifischen Wert (7, 14) und einem vordefinierten drehzahlspezifischen Vergleichswert (13), und • Ausgeben einer Verschleißdiagnose in Abhängigkeit des Unterschieds (15) zwischen dem drehzahlspezifischen Wert (7, 14) und dem Vergleichswert (13).Method for the wear diagnosis of a gas-dynamic bearing (1), with a rotor (2) rotatable relative to a stator (3) and a gas cushion constituting by the rotation between the rotor (2) and the stator (3), comprising the following steps: Drive-less switching of the rotor (2) at an initial time (t0), • Detecting a speed-specific value (7, 14) on the rotor (2) between ○ the start time (t0) and ○ a stop time (t5), in addition to which the rotor (2) is stationary relative to the stator (3), Determining a difference (15) between the speed-specific value (7, 14) and a predefined speed-specific comparison value (13), and • Issuing a wear diagnosis as a function of the difference (15) between the rpm-specific value (7, 14) and the comparison value (13). Verfahren nach Anspruch 6, wobei der erfasste drehzahlspezifische Wert (7, 14) ein Drehzahl/Zeit-Wert ist und der Vergleichswert (13) ein Drehzahl/Zeit-Vergleichswert ist, und wobei ein Verschleiß diagnostiziert wird, wenn die durch den erfassten Wert (7, 14) repräsentierte Drehzahl langsamer abnimmt als die durch den Vergleichswert (13) repräsentierte Drehzahl.Method according to Claim 6 wherein the detected speed-specific value (7, 14) is a speed-time value and the comparison value (13) is a speed-time comparison value, and wherein wear is diagnosed when the speed determined by the detected value (7, 14) represented rotational speed decreases more slowly than the speed represented by the comparison value (13). Verfahren zum Betrieb eines Brennstoffzellensystems (20) mit zumindest einer Brennstoffzelle (21) und einem Verdichter (24), umfassend folgenden Schritte: • Verdichten von Oxidationsmittel (22) mit einem Verdichterrad des Verdichters (24), das über ein gasdynamisches Lager (1) gelagert ist, • Erzeugen elektrischer Energie mit der Brennstoffzelle (21), • Diagnostizieren eines Verschleißes des gasdynamischen Lagers (1), vorzugsweise mit einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, und • Ansteuern des Brennstoffzellensystems (20) in Abhängigkeit des diagnostizierten Verschleißes.A method of operating a fuel cell system (20) having at least one fuel cell (21) and a compressor (24), comprising the following steps: Compressing oxidant (22) with a compressor wheel of the compressor (24), which is mounted via a gas-dynamic bearing (1), Generating electrical energy with the fuel cell (21), • diagnosing wear of the gas dynamic bearing (1), preferably by a method according to one of the preceding claims, and • Control of the fuel cell system (20) depending on the diagnosed wear. Verfahren nach Anspruch 8, wobei in Abhängigkeit des Verschleißes • eine Maximalleistung des Brennstoffzellensystems (20) reduziert wird und/oder • eine Leistungsdynamik des Brennstoffzellensystems (20) reduziert wird und/oder • eine Abschalthäufigkeit des Verdichters (24) und reduziert wird.Method according to Claim 8 in which, depending on the wear • a maximum power of the fuel cell system (20) is reduced and / or • a power dynamics of the fuel cell system (20) is reduced and / or • a Abschalthäufigkeit the compressor (24) and is reduced. Brennstoffzellensystem (20), vorzugsweise in einem Fahrzeug, umfassend ein Steuergerät (26) zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 8 oder 9.Fuel cell system (20), preferably in a vehicle, comprising a control unit (26) for carrying out a method according to one of Claims 8 or 9 ,
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