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Die Erfindung betrifft einen Abgasturbolader mit einer Magnetlagereinheit, eine Brennkraftmaschine mit einem solchen Abgasturbolader und ein Verfahren zur Ansteuerung eines solchen Abgasturboladers.
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Aus der
DE 100 05 246 C1 ist bereits ein Abgasturbolader mit einem Turbinenrad, einem Verdichterrad und einer Magnetlagereinheit, die für eine Lagerung des Turbinenrads und des Verdichterrads vorgesehen ist, sowie mit einer Steuer- und/oder Regeleinheit, die zu einer Einstellung der Magnetlagereinheit vorgesehen ist, bekannt. Aus der US 2012 / 0 321 458 A1 ist ein Auswuchtverfahren für eine Verdichterwelle eines Abgasturboladers bekannt. Eine Magnetlagereinheit ist nicht offenbart.
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Die
DE 10 2012 000 512 A1 beschreibt eine Vorrichtung mit einem Abgasturbolader, der ein Verdichterrad und ein Turbinenrad umfasst, die mittels einer Magnetlagereinheit gelagert sind. Ein Bremsbetriebsmodus mittels der Magnetlagereinheit ist nicht offenbart.
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Zudem sind bereits Abgasturbolader mit einem mechanischen Berstschutz bekannt.
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Der Erfindung liegt insbesondere die Aufgabe zugrunde, einen Abgasturbolader, eine Brennkraftmaschine mit einem Abgasturbolader und ein Verfahren zur Ansteuerung eines Abgasturboladers bereitzustellen, durch die ein Gewicht und Kosten für eine Herstellung des Abgasturboladers reduziert werden können. Die Aufgabe wird durch eine erfindungsgemäße Ausgestaltung entsprechend den Ansprüchen 1 und 7 und ein erfindungsgemäßes Verfahren entsprechend dem Anspruch 8 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
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Die Erfindung geht aus von einem Abgasturbolader mit einem Turbinenrad, einem Verdichterrad und einer Magnetlagereinheit, die für eine Lagerung des Turbinenrads und/oder des Verdichterrads vorgesehen ist, sowie mit einer Steuer- und/oder Regeleinheit, die zumindest zu einer Einstellung der Magnetlagereinheit vorgesehen ist.
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Es wird vorgeschlagen, dass die Steuer- und/oder Regeleinheit zumindest eine Einstellfunktion aufweist, die dazu vorgesehen ist, eine Bestromung der Magnetlagereinheit in Abhängigkeit von einer Drehzahl des Turbinenrads und/oder des Verdichterrads einzustellen. Indem die Magnetlagereinheit in Abhängigkeit von der Drehzahl des Turbinenrads und/oder des Verdichterrads eingestellt wird, kann über die Magnetlagereinheit aktiv die Drehzahl des Turbinenrads und/oder des Verdichterrads beeinflusst werden. Dadurch kann ein einfacher Überlastschutz für den Abgasturbolader realisiert werden, der verhindert, dass die Drehzahl einen kritischen Grenzwert überschreitet. Auf aufwendige konstruktive Maßnahmen, wie beispielsweise ein konstruktiv besonders stabiles Gehäuse, kann verzichtet werden, wodurch ein Gewicht und Kosten für die Herstellung des Abgasturboladers reduziert werden können. Unter einer „Magnetlagereinheit“ soll eine Einheit zur Lagerung des Turbinenrads und/oder des Verdichterrads verstanden werden, die zumindest ein aktives Magnetlager aufweist. Unter einem „aktiven Magnetlager“ soll insbesondere ein Lager verstanden werden, dass eine Spulenanordnung und eine Magnetanordnung aufweist, wobei die Kombination aus Spulenanordnung und Magnetanordnung zur Bereitstellung von axialen und/oder radialen Lagerkräften vorgesehen ist. Unter einer „Spulenanordnung“ soll insbesondere eine Anordnung mehrerer zusammengehöriger Magnetspulen verstanden werden. Unter einer „Magnetanordnung soll insbesondere eine Anordnung mehrerer zusammengehöriger Permanentmagnete verstanden werden. Unter einem „Einstellen einer Bestromung“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere verstanden werden, dass die Steuer- und/oder Regeleinheit eine Stromstärke eines elektrischen Stroms in den Magnetspulen einstellt, wobei die Steuer- und/oder Regeleinheit insbesondere dazu vorgesehen ist, in den einzelnen Magnetspulen einer Spulenanordnung unterschiedliche Stromstärken einzustellen. Vorzugsweise sind die Spulenordnung und die Magnetanordnung des zumindest einen Magnetlagers dazu vorgesehen, radiale und/oder axiale Lager bereitzustellen und/oder ein auf das Turbinenrad und/oder Verdichterrad wirkendes Drehmoment bereitzustellen. Unter „vorgesehen“ soll insbesondere speziell programmiert, ausgelegt und/oder ausgestattet verstanden werden.
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Weiter wird vorgeschlagen, dass der Abgasturbolader eine Sensoreinheit aufweist, die dazu vorgesehen ist, die Drehzahl des Turbinenrads und/oder des Verdichterrads zu erfassen. Dadurch kann die Drehzahl des Turbinenrads und/oder des Verdichterrads besonders einfach erfasst werden. Vorzugsweise umfasst der Abgasturbolader eine Verdichterwelle, welche das Turbinenrad und das Verdichterrad drehfest miteinander verbindet, wobei die Sensoreinheit dazu vorgesehen ist, die Drehzahl an der Verdichterwelle zu erfassen. Grundsätzlich kann die Sensoreinheit zumindest teilweise einstückig mit der Magnetlagereinheit ausgebildet sein.
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Vorzugsweise ist die Einstellfunktion als eine Regelfunktion zur Einstellung der Drehzahl des Turbinenrads und/oder des Verdichterrads ausgebildet. Dadurch kann die Drehzahl gezielt auf Werte unterhalb des kritischen Grenzwerts gehalten werden, wodurch auf konstruktive Sicherungsmaßnahmen zumindest weitgehend verzichtet werden kann. Der Abgasturbolader kann dadurch besonders einfach und kostengünstig ausgeführt werden. Unter einer „Regelfunktion“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere verstanden werden, dass die Steuer- und/oder Regeleinheit für die Einstellfunktion die Drehzahl bestimmt und anschließend eine Bestromung der Magnetlagereinheit einstellt, welche die Drehzahl beeinflusst.
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Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass in der Steuer- und/oder Regeleinheit ein Grenzwert für die Drehzahl des Turbinenrads hinterlegt ist. Dadurch kann die Begrenzung der Drehzahl besonders einfach realisiert werden. Zudem kann die Steuer- und/oder Regeleinheit durch Anpassung des Grenzwerts einfach auf unterschiedliche Abgasturbolader angepasst werden.
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Vorzugsweise weist die Steuer- und/oder Regeleinheit einen Normalbetriebsmodus auf, in dem die Steuer- und/oder Regeleinheit dazu vorgesehen ist, eine für einen Generatorbetrieb vorgesehene Bestromung einzustellen. Dadurch kann bei Werten der Drehzahl, die kleiner sind als der Grenzwert, eine mechanische Leistung, die das Turbinenrad bereitstellt, in elektrische Leistung umgewandelt werden und die für eine Versorgung elektrisch betriebener Komponenten genutzt werden kann. Unter einer „für einen Generatorbetrieb vorgesehenen Bestromung“ soll insbesondere eine Einstellung einer Bestromung verstanden werden, die auf eine induktive Wirkung der Magnetlagereinheit zurückzuführen ist. Alternativ oder zusätzlich kann die Steuer- und/oder Regeleinheit in dem Normalbetriebsmodus auch dazu vorgesehen sein, eine für einen Antriebsbetrieb vorgesehene Bestromung einzustellen, beispielsweise wenn eine von dem Turbinenrad bereitgestellte Leistung geringer ist als eine für einen Antrieb des Verdichterrads erforderliche Leistung. Der Normalbetriebsmodus ist vorzugsweise für Werte der Drehzahl, die kleiner als der Grenzwert sind, vorgesehen.
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Erfindungsgemäß weist die Steuer- und/oder Regeleinheit einen Bremsbetriebsmodus auf, in dem die Steuer- und/oder Regeleinheit dazu vorgesehen ist, eine für einen Bremsbetrieb vorgesehene Bestromung einzustellen. Dadurch können das Turbinenrad und/oder das Verdichterrad aktiv abgebremst werden, wodurch sicher vermieden werden kann, dass die Drehzahl den kritischen Grenzwert überschreitet. Somit kann ein Überlastungsschutz realisiert werden, der eine Überlastung des Turbinenrads und/oder des Verdichterrads sicher vermeidet, und es kann eine besonders hohe Betriebssichereinheit erreicht werden. Unter einer „für einen Bremsbetrieb vorgesehenen Bestromung“ soll insbesondere eine Bestromung der Magnetlagereinheit verstanden werden, bei der die Steuer- und/oder Regeleinheit eine Stromquelle für die Magnetlagereinheit bildet, wobei die Magnetlagereinheit aufgrund der Bestromung ein Drehmoment bereitstellt, das eine Verzögerung in einer Drehbewegung des Turbinenrads und/oder das Verdichterrads bewirkt. Der Bremsbetriebsmodus ist vorzugsweise für Werte der Drehzahl, die größer als der Grenzwert sind, vorgesehen.
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Die Magnetlagereinheit weist in einer bevorzugten Ausgestaltung zumindest ein Axiallager und zumindest ein Radiallager auf. Dadurch kann eine besonders vorteilhafte Abstützung des Turbinenrads und/oder des Verdichterrads erreicht werden. Insbesondere kann eine Ausgestaltung der Magnetlagereinheit, die den Generatorbetrieb oder den Bremsbetrieb ermöglicht, einfach realisiert werden. Unter einem „Axiallager“ soll dabei insbesondere ein Magnetlager zur Bereitzustellung axialer Lagerkräfte verstanden werden. Unter einem „Radiallager“ soll dabei insbesondere ein Magnetlager zur Bereitstellung radialer Lagerkräfte verstanden werden. Die Begriffe „axial“ und „radial“ sollen dabei insbesondere mit Bezug auf eine Lagerachse des Turbinenrads und/oder des Verdichterrads verstanden werden.
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Weiter wird eine Brennkraftmaschine mit einem erfindungsgemäßen Abgasturbolader vorgeschlagen.
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Zudem wird ein Verfahren zur Ansteuerung des erfindungsgemäßen Abgasturboladers mit einer Magnetlagereinheit vorgeschlagen, bei dem eine Bestromung der Magnetlagereinheit in Abhängigkeit von einer Drehzahl eines Turbinenrads und/oder eines Verdichterrads des Abgasturboladers eingestellt wird. Dadurch kann ein einfacher Überlastschutz für den Abgasturbolader realisiert werden, der verhindert, dass die Drehzahl einen kritischen Grenzwert überschreitet. Auf aufwendige konstruktive Maßnahmen, wie beispielsweise ein konstruktiv besonders stabiles Gehäuse, kann verzichtet werden, wodurch ein Gewicht und Kosten für die Herstellung des Abgasturboladers reduziert werden können.
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Weitere Ausführungsvarianten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Figurenbeschreibung. In den Figuren sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
- 1 zeigt schematisiert eine Brennkraftmaschine mit einem Abgasturbolader,
- 2 zeigt den Abgasturbolader in einem schematisierten Querschnitt,
- 3 zeigt ein Ablaufdiagramm für ein Verfahren zur Ansteuerung einer Magnetlagereinheit des Abgasturboladers in einem Betrieb.
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1 zeigt schematisiert ein Ausführungsbeispiel einer Brennkraftmaschine 15. Die Brennkraftmaschine 15 ist als ein Dieselmotor ausgebildet. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Brennkraftmaschine 15 eine Leerlaufdrehzahl von ca. 600 U/min auf. Die Brennkraftmaschine 15 ist damit als ein Schnellläufer ausgebildet. Eine Maximaldrehzahl der Brennkraftmaschine 15 beträgt in dem dargestellten Ausführungsbeispiel ca. 2200 U/min. Die Brennkraftmaschine 15 umfasst je nach Bauart zwischen 8 und 20 Zylinder, von denen lediglich ein Teil dargestellt ist, wobei zur Vereinfachung alle Zylinder 16 mit dem gleichen Bezugszeichen versehen sind. Jeder der Zylinder 16 der Brennkraftmaschine 15 weist ein Zylindervolumen von zumindest 4,77 1 auf. Eine Zylinderleistung der Brennkraftmaschine 15 beträgt zumindest 150 kW. Der Dieselmotor ist damit für eine Leistung zwischen 1200 kW und 3000 kW vorgesehen. Grundsätzlich kann der Dieselmotor aber auch andere Motordaten aufweisen.
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Die Brennkraftmaschine 15 umfasst einen Ansaugtrakt 17 und ein Abgassystem 18. In einem Betrieb wird den Zylindern 16 über den Ansaugtrakt 17 eine Brennluft zugeführt. Die Brennluft wird in den Zylindern 16 oder in dem Ansaugtrakt 17 mit einem Kraftstoff vermischt. Die Brennluft und der Kraftstoff bilden in den Zylindern 16 ein zündfähiges Luft-Kraftstoffgemisch. In einer bevorzugten Ausgestaltung weist die Brennkraftmaschine 15 eine Mehrzahl von Injektoren 19 auf, welche dazu vorgesehen sind, den Kraftstoff direkt in die Zylinder 16 einzuspritzen. Alternativ sind auch andere Ausgestaltungen denkbar. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Kraftstoff als Dieselkraftstoff ausgebildet. Das Luft-Kraftstoffgemisch entzündet sich bei einer Kompression selbstständig. Ein bei einer Verbrennung des Luft-Kraftstoffgemischs entstehendes Abgas wird dem Abgassystem 18 zugeführt.
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Die Brennkraftmaschine 15 umfasst weiter einen Abgasturbolader 1. Der Abgasturbolader 1 ist dazu vorgesehen, einen Ladedruck für die Versorgung der Zylinder 16 mit der Brennluft bereitzustellen. Der Ladedruck entspricht einem Druck, um den die Brennluft bezogen auf einen Umgebungsdruck verdichtet ist. Der Abgasturbolader 1 ist dazu vorgesehen, Frischluft aus einer Umgebung anzusaugen und zu komprimieren. Die Frischluft wird den Zylindern 16 zugeführt. Die Brennluft kann Abgas enthalten, dass der Frischluft über eine nicht näher dargestellte Abgasrückführung zugesetzt wurde. Der Abgasturbolader 1 ist dazu vorgesehen, eine kinetische Energie des aus den Zylindern 16 ausgestoßenen Abgases zu nutzen, um die Frischluft zu verdichten.
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Der Abgasturbolader 1 umfasst ein Gehäuse 20, ein Verdichterrad 3 und ein Turbinenrad 2. Das Verdichterrad 3 und das Turbinenrad 2 sind mechanisch miteinander verbunden. Das Turbinenrad 2 ist in dem Abgassystem 18 angeordnet. In einem Betrieb durchströmt das Abgas das Turbinenrad 2 und treibt das Turbinenrad 2 an. Das Turbinenrad 2 treibt das Verdichterrad 3 an. Das Verdichterrad 3 verdichtet die aus der Umgebung angesaugte Frischluft.
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Der Abgasturbolader 1 umfasst eine Verdichterwelle 21, welche das Turbinenrad 2 und das Verdichterrad 3 drehfest miteinander verbindet. Das Turbinenrad 2 und das Verdichterrad 3 sind auf der Verdichterwelle 21 angeordnet. Die Verdichterwelle 21 ist gegenüber dem Gehäuse 20 drehbar gelagert. Das Turbinenrad 2 und das Verdichterrad 3 sind damit über die drehbare Verdichterwelle 21 gelagert. Zur Lagerung des Verdichterrads 3 und des Turbinenrads 2 umfasst der Abgasturbolader 1 eine Magnetlagereinheit 4, welche die Verdichterwelle 21 gegen das Gehäuse 20 abstützt.
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Die Magnetlagereinheit 4 umfasst ein Axiallager 12, das dazu vorgesehen ist, eine axiale Position der Verdichterwelle 21 festzulegen. Das Axiallager 12 umfasst eine Scheibe 22, die fest mit der Verdichterwelle 21 verbunden ist. Weiter umfasst das Axiallager 12 zwei Spulenanordnungen 23, 24 mit jeweils zumindest einer Magnetspule. Die Magnetspulen sind fest mit dem Gehäuse 20 des Abgasturboladers 1 verbunden. Die Scheibe 22 ist zwischen den Spulenanordnungen 23, 24 angeordnet. In Abhängigkeit einer Bestromung der Spulenanordnungen 23, 24 des Axiallagers 12 wirkt auf die Scheibe 22 eine Kraft, die in Richtung der ersten Spulenanordnung 23 oder in Richtung der zweiten Spulenanordnung 24 gerichtet ist. Eine von dem Axiallager 12 bereitgestellte Lagerkraft hängt damit von der Bestromung der Spulenanordnungen 23, 24 ab. Die Bestromung der Spulenanordnungen 23, 24 des Axiallagers 12 legt die axiale Position der Verdichterwelle 21 fest.
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Weiter umfasst die Magnetlagereinheit 4 zwei Radiallager 13, 14, die dazu vorgesehen sind, eine radiale Position der Verdichterwelle 21 festzulegen. Jedes der Radiallager 13, 14 umfasst eine Spulenanordnung 25, 26 mit zumindest zwei Magnetspulen. Die Magnetspulen sind fest mit dem Gehäuse 20 des Abgasturboladers 1 verbunden. Die Radiallager 13, 14 sind axial beabstandet zueinander angeordnet. Die Magnetlagereinheit 4 umfasst einen zwischen den Radiallagern 13, 14 angeordneten magnetischen Isolator, der die Radiallager 13, 14 voneinander trennt. Die Radiallager 13, 14 stellen eine Lagerkraft bereit, die von einer Bestromung der Spulenanordnungen 25, 26 abhängt. Die Bestromung der Spulenanordnungen 25, 26 der Radiallager 13, 14 legt die radiale Position der Verdichterwelle 21 fest.
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Der Abgasturbolader 1 umfasst eine Steuer- und Regeleinheit 5, die zur Ansteuerung der Magnetlagereinheit 4 vorgesehen ist. Die Steuer- und Regeleinheit 5 ist dazu vorgesehen, durch Einstellung der Bestromung der Spulenanordnungen 23, 24, 25, 26 die radiale Position und die axiale Position der Verdichterwelle 21 einzustellen. Um die radiale Position und die axiale Position der Verdichterwelle 21 zu erfassen, umfasst die Magnetlagereinheit 4 eine Sensoreinheit 7 mit einem Positionssensor, der an die Steuer- und Regeleinheit 5 angebunden ist. Der Positionssensor stellt ein Sensorsignal bereit, in dessen Abhängigkeit die Steuer- und Regeleinheit 5 die Bestromungen der Spulenanordnungen 23, 24, 25, 26 einstellt. Durch Einstellung der Bestromungen regelt die Steuer- und Regeleinheit 5 die radiale Position und die axiale Position der Verdichterwelle 21 auf einen Sollwert ein.
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Die Sensoreinheit 7 ist weiter dazu vorgesehen, eine Drehzahl der Verdichterwelle 21 zu erfassen. Der Positionssensor kann zusätzlich dazu vorgesehen sein, ein Sensorsignal bereitzustellen, welches der Drehzahl der Verdichterwelle 21 entspricht. Es ist auch denkbar, dass die Sensoreinheit 7 einen Drehzahlsensor aufweist, der die Drehzahl der Verdichterwelle 21 erfasst. Die Steuer- und Regeleinheit 5 wertet die von der Sensoreinheit 7 erfasste Drehzahl der Verdichterwelle 21 aus. Da das Turbinenrad 2 und das Verdichterrad 3 drehfest mit der Verdichterwelle 21 verbunden sind, weisen das Turbinenrad 2, das Verdichterrad 3 und die Verdichterwelle 21 stets die gleiche Drehzahl auf.
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Die Steuer- und Regeleinheit 5 weist eine Einstellfunktion 6 auf, die dazu vorgesehen ist, die Bestromung der Magnetlagereinheit 4 in Abhängigkeit der Drehzahl des Turbinenrads 2 und des Verdichterrads 3 einzustellen. Die Einstellfunktion 6 ist dazu vorgesehen, das Sensorsignal, das der Drehzahl des Turbinenrads 2 und des Verdichterrads 3 entspricht, auszuwerten. In einer alternativen Ausgestaltung ist es auch denkbar, dass das Verdichterrad 3 und das Turbinenrad 2 voneinander entkoppelt oder voneinander entkoppelbar sind. Die Sensoreinheit 7 ist vorzugsweise zumindest dazu vorgesehen, die Drehzahl des Turbinenrads 2 zu erfassen. Die Einstellfunktion 6 ist insbesondere dazu vorgesehen, die Bestromung der Magnetlagereinheit 4 in Abhängigkeit von der Drehzahl des Turbinenrads 2 einzustellen. Die Drehzahl des Turbinenrads 2 hängt insbesondere von einem Volumenstrom des Abgases, welches das Turbinenrad 2 durchströmt, ab.
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Die Einstellfunktion 6 ist als eine Regelfunktion zur Einstellung der Drehzahl des Turbinenrads 2 ausgebildet. In einem Betrieb stellt die Steuer- und Regeleinheit 5 für die Spulenanordnungen 23, 24, 25, 26 der Magnetlagereinheit 4 eine Bestromung ein, durch die auf die Verdichterwelle 21 ein Drehmoment wirkt. Je nach Ausgestaltung der Magnetlagereinheit 4 können unterschiedliche Bestromungen notwendig sein. Die Steuer- und Regeleinheit 5 ist insbesondere dazu vorgesehen, als Bestromung in den einzelnen Magnetspulen der Spulenanordnungen 23, 24, 25, 26 unterschiedliche elektrische Ströme einzustellen.
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In der Steuer- und/oder Regeleinheit 5 ist ein Grenzwert für die Drehzahl des Turbinenrads 2 hinterlegt, der eine zulässige Maximaldrehzahl des Turbinenrads 2 definiert. Durch die Einstellfunktion 6 ist die Steuer- und Regeleinheit 5 dazu vorgesehen, die Drehzahl des Turbinenrads 2 auf Werte einzuregeln, welche kleiner sind als der Grenzwert. Die Einstellfunktion 6 für die Bestromung der Magnetlagereinheit 4 bildet eine Schutzfunktion aus, die dazu vorgesehen ist, die Drehzahl des Turbinenrads 2 und damit auch die Drehzahlen der Verdichterwelle 21 und des Verdichterrads 3 unterhalb eines kritischen Grenzwerts zu halten. Der in der Steuer- und Regeleinheit 5 hinterlegte Grenzwert liegt dabei unterhalb des kritischen Grenzwerts, ab dem eine Beschädigung des Abgasturboladers 1 zu erwarten ist. Die Einstellfunktion 6 ist zur Ausbildung eines elektronischen Berstschutzes vorgesehen.
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Die Steuer- und/oder Regeleinheit 5 weist einen Normalbetriebsmodus 8 auf, in dem die Steuer- und Regeleinheit 5 dazu vorgesehen ist, eine für einen Generatorbetrieb 9 vorgesehene Bestromung einzustellen. In dem Normalbetriebsmodus 8 nutzt die Steuer- und Regeleinheit 5 eine in zumindest eine der Spulenanordnungen 23, 24, 25, 26 induzierte Spannung, um die Bestromung einzustellen. Der elektrische Strom, den die Magnetlagereinheit 4 bereitstellt, wird vorzugsweise in ein Bordnetz des Kraftfahrzeugs eingespeist. Eine in dem Normalbetriebsmodus 8 von der Magnetlagereinheit 4 bereitgestellte elektrische Leistung kann beispielsweise in einer Batterie des Kraftfahrzeugs gespeichert werden oder für einen Betrieb von elektrischen Komponenten verwendet werden. Der Normalbetriebsmodus 8 der Steuer- und Regeleinheit 5 ist für Werte der Drehzahl, die kleiner als der Grenzwert sind, vorgesehen.
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Weiter weist die Steuer- und Regeleinheit 5 einen Bremsbetriebsmodus 10 auf, in dem die Steuer- und Regeleinheit 5 dazu vorgesehen ist, eine für einen Bremsbetrieb 11 vorgesehene Bestromung einzustellen. In dem Bremsbetriebsmodus 10 stellt die Steuer- und Regeleinheit 5 aktiv einen elektrischen Strom in der Magnetlagereinheit 4 ein. Die Magnetlagereinheit 4 wirkt dabei beispielsweise in Form einer Wirbelstrombremse, welche auf die Verdichterwelle 21 ein Bremsmoment ausübt. Je nach Ausgestaltung kann die Magnetlagereinheit 4 alternativ oder zusätzlich auch in Form eines Elektromotors wirken, dessen Moment als Bremsmoment einer Drehbewegung der Verdichterwelle 21 entgegenwirkt. Der Bremsbetriebsmodus 10 ist für Werte der Drehzahl, die größer als der Grenzwert sind, vorgesehen.
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Die für den Normalbetriebsmodus 8 vorgesehene Bestromung und die für den Bremsbetriebsmodus 10 vorgesehene Bestromung hängen von einer Ausgestaltung der Magnetlagereinheit 4 ab. Die Bestromung hängt insbesondere von den Spulenanordnungen 23, 24, 25, 26 ab. Je nach Anordnung der Magnetspulen ergeben sich unterschiedliche elektrische Ströme, die für den Normalbetriebsmodus 8 und den Bremsbetriebsmodus 10 notwendig sind. Die für den Normalbetriebsmodus 8 vorgesehene Bestromung und die für den Bremsbetriebsmodus 10 vorgesehene Bestromung werden dabei stets mit der Bestromung kombiniert, die für eine Erzeugung der Lagerkräfte notwendig ist. Die Steuer- und Regeleinheit 5 ist dazu vorgesehen, für die einzelnen Magnetspulen erforderlichen Stromstärken in Abhängigkeit von der Drehzahl und der Position der Verdichterwelle 21 zu berechnen.
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Die Einstellfunktion 6 weist einen Regelalgorithmus auf, der periodisch die Drehzahl ermittelt (3). In einem ersten Schritt 27 prüft die Steuer- und Regeleinheit 5, ob der Wert der Drehzahl größer ist als der Grenzwert. Ist der Grenzwert größer, wird der Bremsbetriebsmodus 10 aktiviert. Ist der Wert der Drehzahl gleich oder kleiner als der Grenzwert, wird der Normalbetriebsmodus 8 aktiviert.
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In dem Normalbetriebsmodus 8 überprüft die Steuer- und Regeleinheit 5 zunächst die Position der Verdichterwelle 21. In einem ersten Schritt 28 des Normalbetriebsmodus 8 erfolgt ein Soll-Ist-Abgleich der axialen Position der Verdichterwelle 21. In einem zweiten Schritt 29 erfolgt ein Soll-Ist-Abgleich der radialen Position der Verdichterwelle 21. Anschließend stellt die Steuer- und Regeleinheit 5 den Generatorbetrieb 9 ein, indem die Steuer- und Regeleinheit 5 die für den Normalbetriebsmodus 8 vorgesehene Bestromung einstellt.
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In dem Bremsbetriebsmodus 10 stellt die Steuer- und Regeleinheit 5 zunächst den Bremsbetrieb 11 ein, indem die Steuer- und Regeleinheit 5 die für den Bremsbetriebsmodus 10 vorgesehene Bestromung einstellt. Schritte für einen Soll-Ist-Abgleich der Position der Verdichterwelle 21 können in dem Bremsbetriebsmodus 10 entfallen. Werden beispielsweise Werte der Bestromung während des Normalbetriebsmodus 8 gespeichert, können die zuletzt gespeicherten Werte zumindest für eine begrenzte Zeitspanne verwendet werden, um die Positionierung der Verdichterwelle 21 aufrechtzuerhalten.
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Für den Bremsbetriebsmodus 10 kann in der Steuer- und Regeleinheit 5 ein zweiter Grenzwert hinterlegt sein, der oberhalb des ersten Grenzwerts liegt. Der zweite Grenzwert kann beispielsweise dazu genutzt werden, für den Bremsbetriebsmodus 10 eine Bestromung einzustellen, die ein höheres Bremsmoment bewirkt als die Bestromung, die die Steuer- und Regeleinheit 5 nach Aktivierung des Bremsbetriebs 11 eingestellt hat. In der dargestellten Einstellfunktion 6 ist für den Bremsbetriebsmodus 10 ein zusätzlicher Schritt 30 vorgesehen, in dem die Steuer- und Regeleinheit 5 die Drehzahl mit dem zweiten Grenzwert vergleicht und entsprechend die Bestromung für den Bremsbetrieb 11 anpasst. Dabei ist es beispielsweise auch denkbar, dass die Steuer- und Regeleinheit 5 einen zeitlichen Verlauf der Drehzahl der Verdichterwelle 21 speichert, um in Abhängigkeit des Verlaufs unterschiedliche Werte der Bestromung einzustellen.
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In einem letzten Schritt 31 prüft die Steuer- und Regeleinheit 5 ein Motor-Stop-Signal. Erkennt die Steuer- und Regeleinheit 5, dass die Brennkraftmaschine 15 gestoppt wurde, wird die Einstellfunktion 6 verlassen. Ist die Brennkraftmaschine 15 weiter in Betrieb, springt die Einstellfunktion 6 wieder zum ersten Schritt 27 und die Einstellfunktion 6 wird erneut ausgeführt.
