EP4619651A1 - Verfahren zum vorwärmen eines einen temperaturabhängigen schmierstoff umfassenden lagers, computerprogramm und/oder computerlesbares medium, steuergerät, elektrischer antrieb, strömungsmaschine, fahrzeug, insbesondere nutzfahrzeug - Google Patents

Verfahren zum vorwärmen eines einen temperaturabhängigen schmierstoff umfassenden lagers, computerprogramm und/oder computerlesbares medium, steuergerät, elektrischer antrieb, strömungsmaschine, fahrzeug, insbesondere nutzfahrzeug

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Publication number
EP4619651A1
EP4619651A1 EP23806206.1A EP23806206A EP4619651A1 EP 4619651 A1 EP4619651 A1 EP 4619651A1 EP 23806206 A EP23806206 A EP 23806206A EP 4619651 A1 EP4619651 A1 EP 4619651A1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
rotor
bearing
electric drive
vehicle
temperature
Prior art date
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Pending
Application number
EP23806206.1A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Constantin Wohlers
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ZF CV Systems Global GmbH
Original Assignee
ZF CV Systems Global GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by ZF CV Systems Global GmbH filed Critical ZF CV Systems Global GmbH
Publication of EP4619651A1 publication Critical patent/EP4619651A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C33/00—Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
    • F16C33/30—Parts of ball or roller bearings
    • F16C33/66—Special parts or details in view of lubrication
    • F16C33/6603—Special parts or details in view of lubrication with grease as lubricant
    • F16C33/6633—Grease properties or compositions, e.g. rheological properties
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
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    • F16C17/12—Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement characterised by features not related to the direction of the load
    • F16C17/24—Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement characterised by features not related to the direction of the load with devices affected by abnormal or undesired positions, e.g. for preventing overheating, for safety
    • F16C17/243—Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement characterised by features not related to the direction of the load with devices affected by abnormal or undesired positions, e.g. for preventing overheating, for safety related to temperature and heat, e.g. for preventing overheating
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2362/00—Apparatus for lighting or heating
    • F16C2362/52—Compressors of refrigerators, e.g. air-conditioners
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2380/00—Electrical apparatus
    • F16C2380/26—Dynamo-electric machines or combinations therewith, e.g. electro-motors and generators

Definitions

  • Method for preheating a bearing comprising a temperature-dependent lubricant, computer program and/or computer-readable medium, control device, electric drive, turbomachine, vehicle, in particular commercial vehicle
  • the invention relates to a method for preheating a bearing comprising a temperature-dependent lubricant of an electric drive with a rotor and stator each designed for electromagnetic induction for a turbomachine for a vehicle, in particular a commercial vehicle, wherein the bearing can be heated together with the rotor and/or the stator, and the bearing is designed for the rotatable mounting of the rotor.
  • the invention also relates to a computer program and/or a computer-readable medium, a control device, an electric drive, a turbomachine and a vehicle, in particular a commercial vehicle.
  • the invention relates in particular to a cold start of a turbomachine, for example a compressor and/or expander.
  • the turbomachine can be driven electrically and/or comprises a rotor and a stator each designed for electromagnetic induction, wherein the electromagnetic induction takes place by applying an electric current to the rotor and/or stator in order to generate a torque and drive the turbomachine.
  • the bearing must reach a temperature predetermined by the lubricant so that the turbomachine can operate properly. Below the predetermined temperature, the lubricant can have a high viscosity and/or a non-liquid state and make operation of the turbomachine difficult or even impossible.
  • an oil-free, two-stage compressor comprises a number of bearings.
  • the bearings contain a grease as a lubricant.
  • the viscosity of the lubricant increases sharply and the friction within the bearing increases. Therefore, a comparatively large torque provided by an electric drive is required to start the compressor.
  • the electric machine can be dimensioned accordingly for this.
  • this is not efficient and not cost-effective, since the machine would have to be designed or dimensioned specifically with a view to starting at low temperatures, whereas a different design or dimensioning is advantageous in normal operation.
  • the electric compressor includes a detection unit for detecting a phase of a refrigerant in the electric compressor, a connection unit wound at a position adjacent to a passage of a housing for moving a refrigerant in the electric compressor, and a control unit for performing control according to the phase of the refrigerant by differentially controlling power applied to the connection unit in response to data detected by the detection unit.
  • the method includes aligning a position of a rotor after an electric compressor is turned on, determining whether a refrigerant is in a liquid phase or in a gas phase, preheating the refrigerant by applying power to the electric compressor according to the phase of the refrigerant, and controlling the electric compressor so that the electric compressor is normally operated after the refrigerant is preheated.
  • the invention is therefore based on the object of enriching the state of the art and creating an improved possibility for preheating a bearing with a temperature-dependent lubricant.
  • the object can be to achieve the most effective possible preheating of a bearing of an electric drive of a turbomachine.
  • a method for preheating a bearing comprising a temperature-dependent lubricant of an electric drive with a rotor and stator each configured for electromagnetic induction for a turbomachine for a vehicle, in particular a commercial vehicle, wherein the bearing can be heated together with the rotor and/or the stator, and the bearing is configured for rotatable mounting of the rotor.
  • the method comprises: detecting a rest state of the rotor; and applying, in the rest state, to the rotor and/or stator an alternating electrical current to heat the electric drive, wherein the alternating current has a predetermined frequency such that the rotor remains in the rest state.
  • the bearing is a machine element of the electric drive for the rotatable mounting of the rotor.
  • the rotor comprises a shaft which is arranged so that it can rotate by means of the bearing.
  • the lubricant is provided to improve the properties of the bearing and, for example, to reduce friction and increase the operational strength of the bearing.
  • the lubricant can, for example, comprise a non-Newtonian fluid and/or a dispersion, which can lead to the lubricant being temperature-dependent.
  • the composition and/or the application of the lubricant can result in a temperature below which the operation of the bearing is not effectively ensured.
  • the bearing can be heated together with the rotor and/or the stator. In other words, heat can be transferred from the bearing to the rotor and/or the stator or from the rotor and/or the stator to the bearing. This means that heating of the rotor and/or the stator causes heating of the bearing. This means that heat can be transported from the rotor and/or the stator to the bearing in order to heat the lubricant.
  • an alternating current is used to heat the electric drive in the idle state.
  • the alternating current can be applied to the rotor and/or the stator. It has been recognized that the alternating current enables the rotor and/or the stator to be heated much better than a direct current.
  • the alternating current not only leads to ohmic losses in the windings of the stator and/or rotor, but also to inductive losses or general remagnetization losses, which cause heat to be introduced into the stator and/or the rotor.
  • the alternating current has a predetermined frequency.
  • the frequency is determined in particular by the geometry and/or the electromagnetic properties of the rotor and/or the stator. With regard to the geometry and/or the electromagnetic properties, the frequency is determined in such a way that the frequency is low enough to achieve sufficient inductive losses for preheating and that the frequency is high enough to avoid vibrations of the electric drive and/or rotation of the rotor.
  • a current intensity of the alternating current and/or the predetermined frequency is dependent on a temperature of the electric drive.
  • the temperature of the electric drive can provide information about the temperature of the bearing and/or the lubricant.
  • the temperature of the electric drive can be a temperature that characterizes a winding of the rotor and/or the stator.
  • the temperature of the bearing can be determined from the temperature of the winding.
  • the current intensity can, for example, be selected to be greater if a larger temperature increase is to be achieved than if a smaller temperature increase is to be achieved.
  • the current intensity can be selected to be zero above a first temperature threshold, which means that the application of an alternating current can be omitted, since it can be assumed that the temperature of the lubricant is high enough to ensure effective operation of the electric machine.
  • the frequency can be designed with regard to the geometry and/or the electromagnetic properties in such a way that the power loss is imposed on certain sections of the rotor and/or the stator, for example to promote heat transport to the bearing.
  • the application of the alternating current causes a drive torque, and the drive torque is less than the starting torque of the electric drive.
  • a starting torque is caused by possible solidification of the lubricant.
  • the starting torque is a threshold value for a torque applied to the rotor, whereby the rotor remains at rest at a torque below the starting torque and is set in rotation at a torque above the starting torque.
  • a drive torque can be caused by the application of the alternating current.
  • the drive torque does not lead to rotation of the rotor if the drive torque is less than the starting torque. In this case, all the energy impressed by the electric current is converted into heat and the rotor does not rotate.
  • the method comprises: detecting a temperature relating to the electric drive; and determining a period of time for applying the electric drive with the alternating electric current taking into account the recorded temperature.
  • the temperature can be measured, for example, via a
  • Temperature sensor can be used to detect the temperature.
  • the electric drive has a temperature sensor for measuring the temperature of the windings of the rotor and/or the stator. Based on estimates and/or model calculations, a period of time can be determined within which the electric drive must be supplied with alternating current in order to heat the bearing lubricant to such an extent that the electric drive can be operated effectively.
  • the method preferably comprises: terminating the application depending on a measured and/or calculated temperature of the electric drive. This ensures that the temperature does not exceed a critical temperature. For example, it is to be avoided that the temperatures of the stator and/or the rotor exceed a Curie temperature of a magnetic material of the rotor and/or the stator. Furthermore, the application can be terminated when the temperature of the electric drive has exceeded a second temperature threshold, since it can be assumed that at a temperature above the second temperature threshold, enough heat has already been transported from the rotor and/or stator to the bearing.
  • a computer program and/or computer-readable medium comprises instructions which, when the program or the instructions are executed by a computer, cause the computer to carry out the method described here and/or the steps of the method described here.
  • the computer program and/or computer-readable medium can comprise instructions to carry out steps of the method described as optional and/or advantageous in order to achieve a corresponding technical effect.
  • a control device for a turbomachine for a vehicle in particular a commercial vehicle.
  • the control device is designed to carry out the method described here.
  • the control device can be designed to be optional and/or advantageously to carry out the steps of the method described in order to achieve a corresponding technical effect.
  • an electric drive for a turbomachine for a vehicle in particular a commercial vehicle
  • the electric drive comprises a rotor and a stator each configured for electromagnetic induction, a bearing comprising a temperature-dependent lubricant for supporting the rotor, wherein the bearing can be heated together with the rotor and/or the stator, and wherein the bearing is configured for rotatable mounting of the rotor, and a control device described herein.
  • the control device is configured to carry out the method described here.
  • the control device can be configured to carry out steps of the method described as optional and/or advantageous in order to achieve a corresponding technical effect.
  • a turbomachine for a vehicle, in particular a commercial vehicle.
  • the turbomachine has the electric drive described here with the control unit.
  • the control unit can be set up to carry out steps of the method described as optional and/or advantageous in order to achieve a corresponding technical effect.
  • a vehicle in particular a commercial vehicle, is provided.
  • the vehicle has the turbomachine described here with the electric drive and the control unit.
  • the control unit can be set up to carry out steps of the method described as optional and/or advantageous in order to achieve a corresponding technical effect.
  • the vehicle comprises a heat transfer arrangement for heating the bearing together with the rotor and/or the stator of the electric drive.
  • Fig. 1 is a schematic representation of an overview of a vehicle, in particular a commercial vehicle, according to an embodiment of the invention
  • Fig. 2 is a schematic representation of an overview of a vehicle, in particular a commercial vehicle, according to a further embodiment of the invention
  • Fig. 3 is a schematic representation of a flow chart of a method according to an embodiment of the invention.
  • Figure 1 shows a schematic representation of an overview of a vehicle 10a, in particular a commercial vehicle 10b, according to an embodiment of the invention.
  • the vehicle 10a in particular commercial vehicle 10b, is referred to below as vehicle 10a, 10b.
  • vehicle 10a, 10b is a land vehicle and, for example, a truck, a bus, a trailer and/or a multi-unit vehicle.
  • the vehicle 10a, 10b is designed to carry out the method 100 described with reference to Figure 3.
  • the vehicle 10a, 10b in the embodiment shown in Figure 1 has a turbomachine 11.
  • the flow machine 11 is, for example, a compressor for a pneumatic braking system of the vehicle 10a, 10b.
  • the flow machine 11 is a scroll compressor.
  • the turbomachine 11 comprises one or more impellers (not shown) mounted on a rotatable shaft 18, which are connected in a rotationally fixed manner to the shaft 18, for compressing air introduced into the turbomachine 11.
  • the turbomachine 11 can be two-stage, with compressed air being passed from one stage to another stage for further compression.
  • the turbomachine 11 comprises an electric drive 15.
  • the electric drive 15 comprises a rotor 16 and a stator 17 each configured for electromagnetic induction L.
  • the rotor 16 is mounted so that it can rotate about an axis of rotation defined by the shaft 18.
  • the electric drive 15 has a bearing 20 for the rotatable mounting of the rotor 16.
  • the bearing 20 is, for example, a roller bearing or a plain bearing.
  • One bearing 20 is shown in each of the schematic figures 1 and 2. In other embodiments (not shown), the electric drive 15 has several bearings 20 for the rotatable mounting of the rotor 16. This can improve the mounting of the rotor 16 and/or increase the operational stability of the electric drive 15.
  • the bearing 20 comprises a temperature-dependent lubricant 25 for lubricating components of the bearing 20 that can rotate relative to one another (not shown).
  • the lubricant 25 is, for example, a grease.
  • the lubricant 25 is temperature-dependent. Below a temperature determined by the lubricant 25 in a range of, for example, -40 °C to -25 °C, the lubricant 25 can become largely solid and/or assume such a high viscosity that rotation of the rotor 16 by the electric drive 15 is not possible or only possible with difficulty.
  • the rotor 16 and the stator 17 each have one or more laminated cores and windings wound around the laminated core(s) (not shown).
  • the windings comprise, for example, a lacquered and/or coated copper wire.
  • a magnetic field is induced in the windings by applying an electric current to the windings, and a magnetic field causes an electric current.
  • the electric drive 15 has a control unit 14.
  • the control unit 14 is set up to carry out the steps of the method 100 described with reference to Figure 3.
  • the control unit 14 has a processor 31 and a memory 32.
  • the processor 31 is set up to process input information and/or information stored in the memory.
  • the control unit 14 is designed to determine a rest state R of the rotor 16.
  • the control unit 14 is connected to a speed sensor 36.
  • the speed sensor 36 is designed to measure a speed and/or angular velocity of the rotor 16 and/or the shaft 18.
  • the control unit 14 can be connected to a position sensor (not shown). This allows an angular position of the rotor 16 and/or the shaft 18 at a standstill to be identified in order to be able to specifically determine a frequency F.
  • the control unit 14 is designed to detect a temperature T of the electric drive 15.
  • the control unit 14 is connected to a temperature sensor 35.
  • the temperature sensor 35 is designed, for example, to measure the temperature T of a winding of the rotor 16 and/or the stator 17.
  • the control unit 14 is designed to supply the rotor 16 with an alternating current I.
  • the control unit 14 has appropriate power electronics or an inverter.
  • the control unit 14 uses a modulated pulse width control (PWM control) to supply the rotor 16 with the alternating current I.
  • PWM control modulated pulse width control
  • the rotor 16 can be set in rotation in order to drive the shaft 18.
  • the control unit 14 is designed to supply the rotor 16 with an alternating electrical current I in the rest state R for heating Q' the electric drive 15, the alternating current I having a predetermined frequency F such that the rotor 16 remains in the rest state R.
  • ohmic and inductive losses are induced in the stator 17 and in the rotor 16.
  • the losses in the stator 17 and in the rotor 16 cause the electric drive 15 and in particular the stator 17 and the rotor 16 to heat Q'.
  • the heat can, for example, be transported from the stator 17 via housing components of the electric drive 15 to the bearing 20 and heat the bearing 20 and the lubricant 25.
  • the control unit 14 is designed to impress the alternating current I onto the rotor 16 with a current intensity IA over a period of time t.
  • Figure 2 shows a schematic representation of an overview of a vehicle 10a, in particular a commercial vehicle 10b, according to a further embodiment of the invention.
  • Figure 2 is described with reference to Figure 1 and its description. The differences between the embodiments of Figures 1 and 2 are described.
  • the vehicle 10a, 10b according to Figure 2 has a heat transfer arrangement 12.
  • the heat transfer arrangement 12 can be designed as a cooling arrangement in normal operation in order to cool the stator 17, the rotor 16 and the bearing 12 together during operation.
  • the heat transfer arrangement 12 can have a line arrangement and a heat transfer fluid that is movable in the line arrangement.
  • the heat transfer arrangement 12 is designed to transport heat from the bearing 20 to the rotor 16 and to the stator 17 or from the rotor 16 and/or the stator 17 to the bearing 20.
  • FIG 3 shows a schematic representation of a flow chart of a method 100 according to an embodiment of the invention.
  • the method 100 is a method 100 for preheating Q a bearing 20 comprising a temperature-dependent lubricant 25 of an electric drive 15 with a rotor 16 and stator 17 each set up for electromagnetic induction L for a turbomachine 11 for a vehicle a, in particular commercial vehicle 10b, wherein the bearing 20 can be heated together with the rotor 16 and/or the stator 17.
  • a vehicle 10a, 10b is shown in Figures 1 and 2.
  • Figure 3 is described with reference to Figures 1 and 2.
  • the method 100 comprises detecting 110 a rest state R of the rotor 16. For this purpose, for example, a rotational speed of the rotor 16 is detected.
  • the rotor 16 and/or stator 17 is supplied 120 with an alternating electrical current I in the resting state R in order to heat Q' the electrical Drive 15.
  • the alternating current I has a predetermined frequency F such that the rotor 16 remains in the rest state R.
  • a current intensity IA of the alternating current I and the predetermined frequency F are dependent on a temperature T of the electric drive 15.
  • the current intensity IA and the frequency F influence the energy of an electromagnetic field brought about by induction L.
  • the loading 120 requires a drive torque M1, and the drive torque M1 is smaller than a starting torque M2 of the electric drive 15.
  • the rotor 16 therefore remains in the rest state R.
  • the starting torque M2 results from the viscosity of the lubricant 25 and the specific geometry and nature of the electric drive 15.
  • a temperature T relating to the electric drive 15 is detected 130.
  • the temperature T of the electric drive 15 is measured by means of the temperature sensor 35.
  • a time period t for applying 120 the electric drive 15 to the alternating electric current I is determined 140, taking into account the recorded temperature T.
  • the determination 140 is carried out by estimation and/or by computer-aided evaluation of a model.
  • the model can be a thermal model that models the energy balance of the electric drive 15 and/or its components.
  • the application 120 is terminated 150 depending on a measured and/or calculated temperature T of the electric drive 15.
  • T a measured and/or calculated temperature
  • the application 120 is terminated. Whether the lubricant 25 is sufficiently heated can be determined by a temperature measurement and/or by the thermal model.
  • steps of the method 100 may deviate from the order shown in Figure 2. Steps of the method 100 may be carried out simultaneously, i.e. at least partially at the same time, and/or in a different order.
  • the detection 130 of the electrical drive 15 relevant temperature? at any time i.e. permanently.
  • the determination 140 of the time period t can be carried out at any time before the termination 150 of the application 120 and after the detection of the temperature T.
  • Temperature T and/or determining 140 the time period t before applying 120 may be performed to induce and introduce a well-defined amount of heat into the bearing 20.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Sliding-Contact Bearings (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Abstract

Verfahren (100) zum Vorwärmen (Q) eines einen temperaturabhängigen Schmierstoff (25) umfassenden Lagers (20) eines elektrischen Antriebs (15) mit je einem zur elektromagnetischen Induktion (L) eingerichteten Rotor (16) und Stator (17) für eine Strömungsmaschine (11) für ein Fahrzeug(10a), insbesondere Nutzfahrzeug (10b), wobei das Lager (20) zusammen mit dem Rotor (16) und/oder dem Stator (17) erwärmbar ist, und das Lager (20) zur drehbaren Lagerung des Rotors (16) eingerichtet ist, wobei das Verfahren (100) aufweist: Erfassen (110) eines Ruhezustands (R) des Rotors (16); und Beaufschlagen (120), in dem Ruhezustand (R), des Rotors (16) und/oder Stators (17) mit einem elektrischen Wechselstrom (I) zum Erwärmen (Q') des elektrischen Antriebs (15), wobei der Wechselstrom (I) eine derart vorbestimmte Frequenz (F) aufweist, dass der Rotor (16) in dem Ruhezustand (R) verbleibt.

Description

Verfahren zum Vorwärmen eines einen temperaturabhängigen Schmierstoff umfassenden Lagers, Computerprogramm und/oder computerlesbares Medium, Steuergerät, elektrischer Antrieb, Strömungsmaschine, Fahrzeug, insbesondere Nutzfahrzeug
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Vorwärmen eines einen temperaturabhängigen Schmierstoff umfassenden Lagers eines elektrischen Antriebs mit je einem zur elektromagnetischen Induktion eingerichteten Rotor und Stator für eine Strömungsmaschine für ein Fahrzeug, insbesondere Nutzfahrzeug, wobei das Lager zusammen mit dem Rotor und/oder dem Stator erwärmbar ist, und das Lager zur drehbaren Lagerung des Rotors eingerichtet ist. Die Erfindung betrifft auch ein Computerprogramm und/oder ein computerlesbares Medium, ein Steuergerät, einen elektrischen Antrieb, eine Strömungsmaschine und ein Fahrzeug, insbesondere Nutzfahrzeug.
Die Erfindung betrifft insbesondere einen Kaltstart einer Strömungsmaschine, beispielsweise eines Kompressors und/oder Expanders. Die Strömungsmaschine ist elektrisch antreibbar und/oder umfasst je einen zur elektromagnetischen Induktion eingerichteten Rotor und Stator, wobei die elektromagnetische Induktion durch Beaufschlagung des Rotors und/oder Stators mit einem elektrischen Strom erfolgt, um ein Drehmoment zu erzeugen und ein Antreiben der Strömungsmaschine zu bewerkstelligen.
Es ist bekannt, dass das Lager eine durch den Schmierstoff vorbestimmte Temperatur erreichen muss, damit die Strömungsmaschine funktionsgemäß betrieben werden kann. Unterhalb der vorbestimmten Temperatur kann der Schmierstoff eine hohe Viskosität und/oder einen nicht-flüssigen Zustand aufweisen und einen Betrieb der Strömungsmaschine erschweren oder gar unmöglich machen.
Beispielsweise umfasst ein ölfreier, zweistufiger Kompressor eine Mehrzahl von Lagern. Die Lager enthalten ein Fett als einen Schmierstoff. Bei Temperaturen von beispielsweise weniger als - 40 °C steigt die Viskosität des Schmierstoffs stark und die Reibung innerhalb des Lagers erhöht sich. Daher wird zum Anlaufen des Kompressors ein vergleichsweise großes durch einen elektrischen Antrieb bereitgestelltes Drehmoment benötigt. Dafür kann die elektrische Maschine entsprechend dimensioniert sein. Dies ist jedoch nicht effizient und nicht kosteneffektiv, da die Maschine speziell mit Hinblick auf das Anlaufen bei niedrigen Temperaturen ausgelegt beziehungsweise dimensioniert sein müsste, während im Regelbetrieb eine andere Auslegung beziehungsweise Dimensionierung vorteilhaft ist.
Alternativ ist es aus dem Stand der Technik bekannt, ein Lager durch ein Beaufschlagen des elektrischen Antriebs mit einem Gleichstrom vorzuwärmen, um ohmsche Verluste in Form von Wärme herbeizuführen und den Schmierstoff in dem Lager zu erwärmen und so eine mit dem kalten Schmierstoff verglichene geringe Viskosität bereitstellen zu können. Jedoch führt ein Gleichstrom zu einer verbesserungswürdigen Verlustdichte in Wicklungen des Rotors und/oder Stators. Die Erwärmung ist nur recht langsam und/oder erfolgt verhältnismäßig lokalisiert, was zu einem ungenügenden Wärmetransport fort von den Wicklungen hin zum Lager führen kann.
DE 10 2015 000 134 T5 offenbart einen elektrischen Kompressor und ein Verfahren zum Steuern desselben. Der elektrische Kompressor enthält eine Erfassungseinheit zum Erfassen einer Phase eines Kältemittels in dem elektrischen Kompressor, eine Verbindungseinheit, die bei einer Position benachbart zu einem Durchgang eines Gehäuses zur Bewegung eines Kältemittels in dem elektrischen Kompressor gewickelt ist, und eine Steuereinheit zum Durchführen einer Steuerung gemäß der Phase des Kältemittels durch unterschiedliches Steuern einer an die Verbindungseinheit angelegten Leistung in Ansprechen auf durch die Erfassungseinheit erfasste Daten. Das Verfahren enthält ein Ausrichten einer Position eines Rotors, nachdem ein elektrischer Kompressor eingeschaltet wird, ein Bestimmen, ob ein Kältemittel in einer Flüssigphase oder in einer Gasphase ist, ein Vorwärmen des Kältemittels durch Anlegen einer Leistung an den elektrischen Kompressor gemäß der Phase des Kältemittels, und ein Steuern des elektrischen Kompressors, so dass der elektrische Kompressor normal betrieben wird, nachdem das Kältemittel vorgewärmt wird. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, den Stand der Technik zu bereichern und eine verbesserte Möglichkeit zum Vorwärmen eines Lagers mit einem temperaturabhängigen Schmierstoff zu schaffen. Insbesondere kann die Aufgabe sein, ein möglichst effektives Vorwärmen eines Lagers eines elektrischen Antriebs einer Strömungsmaschine zu erzielen.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 sowie den Gegenständen nach den weiteren unabhängigen Ansprüchen gelöst. Die Unteransprüche geben bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung an.
Gemäß der Erfindung wird ein Verfahren zum Vorwärmen eines einen temperaturabhängigen Schmierstoff umfassenden Lagers eines elektrischen Antriebs mit je einem zur elektromagnetischen Induktion eingerichteten Rotor und Stator für eine Strömungsmaschine für ein Fahrzeug, insbesondere Nutzfahrzeug, wobei das Lager zusammen mit dem Rotor und/oder dem Stator erwärmbar ist, und das Lager zur drehbaren Lagerung des Rotors eingerichtet ist, bereitgestellt. Dabei weist das Verfahren auf: Erfassen eines Ruhezustands des Rotors; und Beaufschlagen, in dem Ruhezustand, des Rotors und/oder Stators mit einem elektrischen Wechselstrom zum Erwärmen des elektrischen Antriebs, wobei der Wechselstrom eine derart vorbestimmte Frequenz aufweist, dass der Rotor in dem Ruhezustand verbleibt.
Das Lager ist ein Maschinenelement des elektrischen Antriebs zur drehbaren Lagerung des Rotors. Der Rotor umfasst dafür eine Welle, die mittels des Lagers drehbar gelagert angeordnet ist. Der Schmierstoff ist vorgesehen, um Eigenschaften des Lagers zu verbessern und beispielsweise Reibung zu verringern und die Betriebsfestigkeit des Lagers zu erhöhen. Der Schmierstoff kann beispielsweise eine nicht-newtonsche Flüssigkeit und/oder eine Dispersion umfassen, was zu einer Temperaturabhängigkeit des Schmierstoffs führen kann. Insbesondere kann die Zusammensetzung und/oder die Applikation des Schmierstoffs eine Temperatur bedingen, unterhalb derer ein Betreiben des Lagers nicht effektiv sichergestellt ist.
Das Lager ist zusammen mit dem Rotor und/oder dem Stator erwärmbar. Mit anderen Worten kann Wärme von dem Lager zu dem Rotor und/oder zu dem Stator bzw. von dem Rotor und/oder dem Stator zu dem Lager transportiert werden. Damit bedingt eine Erwärmung des Rotors und/oder des Stators eine Erwärmung des Lagers. Damit kann Wärme von dem Rotor und/oder Stator zu dem Lager transportiert werden, um den Schmierstoff zu erwärmen.
Es wurde erkannt, dass insbesondere bei einem ruhenden Rotor die Möglichkeit besteht, dass sich das Lager bzw. dessen Schmierstoff in einem Zustand befindet, der ein effektives Betreiben des Lagers nicht sicherstellt, da die Temperatur des Schmierstoffs zu gering ist. Daher wird ein Ruhezustand des Rotors erfasst, um festzustellen, dass der Rotor nicht rotiert, d. h., eine Winkelgeschwindigkeit des Rotors null ist. Bevor der elektrische Antrieb betrieben werden kann, wird der Schmierstoff beziehungsweise das Lager erwärmt, also wird das Lager vorgewärmt.
Erfindungsgemäß wird in dem Ruhezustand ein Wechselstrom zum Erwärmen des elektrischen Antriebs verwendet. Der Wechselstrom kann dabei dem Rotor und/oder dem Stator aufgeprägt werden. Es wurde erkannt, dass der Wechselstrom ein wesentlich besseres Erwärmen des Rotors und/oder des Stators ermöglicht als ein Gleichstrom. Dabei führt der Wechselstrom nicht nur zu ohmschen Verlusten in den Wicklungen des Stators und/oder Rotors, sondern zusätzlich zu induktiven Verlusten beziehungsweise allgemeiner Ummagnetisierungsverlusten, die einen Wärmeeintrag in dem Stator und/oder dem Rotor bewirken.
Dabei weist der Wechselstrom eine vorbestimmte Frequenz auf. Die Frequenz ist insbesondere durch die Geometrie und/oder die elektromagnetischen Eigenschaften des Rotors und/oder des Stators bestimmt. Dabei wird mit Hinblick auf die Geometrie und/oder die elektromagnetischen Eigenschaften die Frequenz derart bestimmt, dass die Frequenz niedrig genug ist, um für das Vorwärmen ausreichende induktive Verluste zu erzielen, und dass die Frequenz hoch genug ist, um Vibrationen des elektrischen Antriebs und/oder eine Rotation des Rotors zu vermeiden.
Beispielsweise kommen dafür Frequenzen im Bereich von 500 Hz bis 100 kHz in Betracht. Vorzugsweise ist eine Stromstärke des Wechselstroms und/oder die vorbestimmte Frequenz abhängig von einer Temperatur des elektrischen Antriebs. Die Temperatur des elektrischen Antriebs kann Aufschluss über die Temperatur des Lagers und/oder des Schmierstoffs geben. Insbesondere kann die Temperatur des elektrischen Antriebs eine Temperatur sein, die eine Wicklung des Rotors und/oder des Stators charakterisiert. Durch eine Schätzung und/oder ein thermisches Modell des elektrischen Antriebs kann von der Temperatur der Wicklung auf die Temperatur des Lagers geschlossen werden. Die Stromstärke kann beispielsweise bei einer größeren zu erzielenden Temperaturerhöhung größer gewählt werden als bei einer kleineren zu erzielenden Temperaturerhöhung. Die Stromstärke kann oberhalb einer ersten Temperaturschwelle als null gewählt werden, womit die Applikation eines Wechselstroms ausbleiben kann, da davon ausgegangen werden kann, dass die Temperatur des Schmierstoffs hoch genug ist, um ein effektives Betreiben der elektrischen Maschine sicherzustellen. Die Frequenz kann im Hinblick auf die Geometrie und/oder die elektromagnetischen Eigenschaften derart ausgelegt werden, um die Verlustleistung bestimmten Abschnitten des Rotors und/oder des Stators aufzuprägen, beispielsweise um einen Wärmetransport zum Lager zu begünstigen.
Vorzugsweise bedingt das Beaufschlagen ein Antriebsmoment, und das Antriebsmoment ist kleiner als ein Anlaufmoment des elektrischen Antriebs. Dabei wurde erkannt, dass durch eine mögliche Verfestigung des Schmierstoffs ein Anlaufmoment bedingt ist. Das Anlaufmoment ist ein Schwellwert für ein an dem Rotor anliegendes Drehmoment, wobei der Rotor bei einem Drehmoment unterhalb des Anlaufmoments im Ruhezustand verbleibt und bei einem Drehmoment oberhalb des Anlaufmoments in eine Rotation versetzt wird. Durch das Beaufschlagen mit dem Wechselstrom kann ein Antriebsmoment bedingt sein. Das Antriebsmoment führt jedoch nicht zu einer Rotation des Rotors, wenn das Antriebsmoment kleiner ist als das Anlaufmoment. Damit wird in diesem Fall sämtliche durch den elektrischen Strom eingeprägten Energie in Wärme umgewandelt und eine Rotation des Rotors bleibt aus.
Vorzugsweise weist das Verfahren auf: Erfassen einer den elektrischen Antrieb betreffenden Temperatur; und Ermitteln eines Zeitraums zum Beaufschlagen des elektrischen Antriebs mit dem elektrischen Wechselstrom unter Berücksichtigung der erfassten Temperatur. Die Temperatur kann beispielsweise über einen
Temperatursensor erfasst werden. Beispielsweise weist der elektrische Antrieb einen Temperatursensor zur Messung einer Temperatur von Wicklungen des Rotors und/oder des Stators auf. Anhand von Schätzungen und/oder Modellrechnungen kann ein Zeitraum ermittelt werden, innerhalb dessen ein Beaufschlagen des elektrischen Antriebs mit dem Wechselstrom notwendig ist, um den Schmierstoff des Lagers derart zu erwärmen, dass ein effektives Betreiben des elektrischen Antriebs möglich ist.
Vorzugsweise weist das Verfahren auf: Beenden des Beaufschlagens in Abhängigkeit einer gemessenen und/oder errechneten Temperatur des elektrischen Antriebs. Damit wird sichergestellt, dass die Temperatur eine kritische Temperatur nicht übersteigt. Beispielsweise ist zu vermeiden, dass die Temperaturen des Stators und/oder des Rotors eine Curie-Temperatur eines Magnetwerkstoffes des Rotors und/oder des Stators überschreitet. Ferner kann das Beaufschlagen beendet werden, wenn die Temperatur des elektrischen Antriebs einen zweiten Temperaturschwellwert überschritten hat, da davon ausgegangen werden kann, dass bei einer Temperatur oberhalb des zweiten Temperaturschwellwert bereits genug Wärme von dem Rotor und/oder Stator zu dem Lager transportiert werden konnte.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Computerprogramm und/oder computerlesbares Medium bereitgestellt. Das Computerprogramm und/oder computerlesbare Medium umfasst Befehle, die bei der Ausführung des Programms bzw. der Befehle durch einen Computer diesen veranlassen, das hier beschriebene Verfahren und/oder die Schritte des hier beschriebenen Verfahrens durchzuführen. Das Computerprogramm und/oder computerlesbare Medium kann Befehle umfassen, um als optional und/oder vorteilhaft beschriebene Schritte des Verfahrens durchzuführen, um einen entsprechenden technischen Effekt zu erzielen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Steuergerät für eine Strömungsmaschine für ein Fahrzeug, insbesondere Nutzfahrzeug, bereitgestellt. Das Steuergerät ist dazu eingerichtet, das hier beschriebene Verfahren durchzuführen. Das Steuergerät kann dazu eingerichtet sein, als optional und/oder vorteilhaft beschriebene Schritte des Verfahrens durchzuführen, um einen entsprechenden technischen Effekt zu erzielen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein elektrischer Antrieb für eine Strömungsmaschine für ein Fahrzeug, insbesondere Nutzfahrzeug, bereitgestellt. Der elektrische Antrieb umfasst je einen zur elektromagnetischen Induktion eingerichteten Rotor und Stator, ein einen temperaturabhängigen Schmierstoff umfassendes Lager zur Lagerung des Rotors, wobei das Lager zusammen mit dem Rotor und/oder dem Stator erwärmbar ist, und wobei das Lager zur drehbaren Lagerung des Rotors eingerichtet ist, und ein hierin beschriebenes Steuergerät. Das Steuergerät ist dazu eingerichtet, das hier beschriebene Verfahren durchzuführen. Das Steuergerät kann dazu eingerichtet sein, als optional und/oder vorteilhaft beschriebene Schritte des Verfahrens durchzuführen, um einen entsprechenden technischen Effekt zu erzielen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Strömungsmaschine für ein Fahrzeug, insbesondere Nutzfahrzeug, bereitgestellt. Die Strömungsmaschine weist den hier beschriebenen elektrischen Antrieb mit dem Steuergerät auf. Das Steuergerät kann dazu eingerichtet sein, als optional und/oder vorteilhaft beschriebene Schritte des Verfahrens durchzuführen, um einen entsprechenden technischen Effekt zu erzielen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Fahrzeug, insbesondere Nutzfahrzeug, bereitgestellt. Das Fahrzeug weist die hier beschriebene Strömungsmaschine mit dem elektrischen Antrieb und dem Steuergerät auf. Das Steuergerät kann dazu eingerichtet sein, als optional und/oder vorteilhaft beschriebene Schritte des Verfahrens durchzuführen, um einen entsprechenden technischen Effekt zu erzielen.
Vorzugsweise umfasst das Fahrzeug eine Wärmeübertragungsanordnung zum Erwärmen des Lagers zusammen mit dem Rotor und/oder dem Stator des elektrischen Antriebs. Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung sowie deren technische Effekte ergeben sich aus den Figuren und der Beschreibung der in den Figuren gezeigten bevorzugten Ausführungsformen. Dabei zeigen
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Übersicht eines Fahrzeugs, insbesondere Nutzfahrzeugs, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; und Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Übersicht eines Fahrzeugs, insbesondere Nutzfahrzeugs, gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung; und
Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Ablaufschemas eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Übersicht eines Fahrzeugs 10a, insbesondere Nutzfahrzeugs 10b, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
Das Fahrzeug 10a, insbesondere Nutzfahrzeug 10b, wird im Folgenden als Fahrzeug 10a, 10b bezeichnet. Das Fahrzeug 10a, 10b ist ein Landfahrzeug und beispielsweise ein Lastkraftwagen, ein Bus, ein Anhänger und/oder ein mehrgliedriges Fahrzeug.
Das Fahrzeug 10a, 10b ist dazu eingerichtet, das mit Bezug zu Figur 3 beschriebene Verfahren 100 durchzuführen. Dafür weist das Fahrzeug 10a, 10b in der in Figur 1 gezeigten Ausführungsform eine Strömungsmaschine 11 auf.
Die Strömungsmaschine 11 ist beispielsweise ein Kompressor für ein pneumatisches Bremssystem des Fahrzeugs 10a, 10b. Beispielsweise ist die Strömungsmaschine 11 ein Scroll-Kompressor.
Die Strömungsmaschine 11 umfasst ein oder mehrere auf einer rotierbaren Welle 18 drehfest mit der Welle 18 verbundene Schaufelräder (nicht gezeigt) zur Kompression von in die Strömungsmaschine 11 eingebrachter Luft. Insbesondere kann die Strömungsmaschine 11 zweistufig sein, wobei komprimierte Luft von einer Stufe zu einer anderen Stufe zur weiteren Kompression geleitet wird. Um die Schaufelräder anzutreiben, umfasst die Strömungsmaschine 11 einen elektrischen Antrieb 15. Der elektrische Antrieb 15 umfasst je einen zur elektromagnetischen Induktion L eingerichteten Rotor 16 und Stator 17.
Der Rotor 16 ist um eine durch die Welle 18 definierte Rotationsachse drehbar gelagert. Dafür weist der elektrische Antrieb 15 ein Lager 20 zur drehbaren Lagerung des Rotors 16 auf. Das Lager 20 ist beispielsweise ein Wälzlager oder ein Gleitlager. In den schematischen Figuren 1 und 2 ist jeweils ein Lager 20 dargestellt. In anderen Ausführungsformen (nicht gezeigt), weist der elektrische Antrieb 15 mehrere Lager 20 zur drehbaren Lagerung des Rotors 16 auf. Damit kann die Lagerung des Rotors 16 verbessert und/oder die Betriebsfestigkeit des elektrischen Antriebs 15 erhöht werden.
Das Lager 20 umfasst einen temperaturabhängigen Schmierstoff 25 zum Schmieren von gegeneinander rotierbaren Bestandteilen (nicht gezeigt) des Lagers 20. Der Schmierstoff 25 ist beispielsweise ein Fett. Der Schmierstoff 25 ist temperaturabhängig. Unterhalb einer durch den Schmierstoff 25 bestimmten Temperatur in einem Bereich von beispielsweise - 40 °C bis - 25 °C kann der Schmierstoff 25 weitgehend fest werden und/oder eine derart hohe Viskosität annehmen, dass ein Rotieren des Rotors 16 durch den elektrischen Antrieb 15 nicht oder nur schwerlich möglich ist.
Damit Induktion L zwischen dem Rotor 16 und dem Stator 17 erfolgen kann weisen der Rotor 16 und der Stator 17 jeweils ein oder mehrere Blechpakete und um das oder die Blechpakete gewickelte Wicklungen auf (nicht gezeigt). Die Wicklungen umfassen beispielsweise einen lackierten und/oder beschichteten Kupferdraht. In den Wicklungen wird durch Beaufschlagen der Wicklungen mit einem elektrischen Strom ein Magnetfeld induziert und ein Magnetfeld bedingt einen elektrischen Strom.
Der elektrische Antrieb 15 weist ein Steuergerät 14 auf. Das Steuergerät 14 ist dazu eingerichtet, die mit Bezug zu Figur 3 beschriebenen Schritte des Verfahrens 100 durchzuführen. Dafür weist das Steuergerät 14 einen Prozessor 31 und einen Speicher 32 auf. Der Prozessor 31 ist zur Verarbeitung von eingegeben Informationen und/oder in dem Speicher gespeicherten Informationen eingerichtet. Das Steuergerät 14 ist dazu eingerichtet, einen Ruhezustand R des Rotors 16 festzustellen. Dafür ist das Steuergerät 14 mit einem Drehzahlsensor 36 verbunden. Der Drehzahlsensor 36 ist dazu eingerichtet, eine Drehzahl und/oder Winkelgeschwindigkeit des Rotors 16 und/oder der Welle 18 zu messen. Alternativ kann das Steuergerät 14 mit einem Positionssensor (nicht gezeigt) verbunden sein. Damit kann eine Winkelposition des Rotors 16 und/oder der Welle 18 im Stillstand identifiziert werden, um eine Frequenz F gezielt ermitteln zu können.
Das Steuergerät 14 ist dazu eingerichtet, eine Temperatur T des elektrischen Antriebs 15 zu erfassen. Dafür ist das Steuergerät 14 mit einem Temperatursensor 35 verbunden. Der Temperatursensor 35 ist beispielsweise dazu eingerichtet, die Temperatur T einer Wicklung des Rotors 16 und/oder des Stators 17 zu messen.
Das Steuergerät 14 ist dazu eingerichtet, den Rotor 16 mit einem Wechselstrom I zu beaufschlagen. Dafür weist das Steuergerät 14 eine entsprechende Leistungselektronik beziehungsweise einen Inverter auf. Das Steuergerät 14 verwendet eine modulierte Pulsbreitensteuerung (pulse width modulation control, PWM control), um den Rotor 16 mit dem Wechselstrom I zu beaufschlagen. Bei einer geeigneten Frequenz F des Wechselstroms I kann der Rotor 16 in Rotation versetzt werden, um die Welle 18 anzutreiben.
Das Steuergerät 14 ist dazu eingerichtet, in dem Ruhezustand R, den Rotors 16 mit einem elektrischen Wechselstrom I zum Erwärmen Q‘ des elektrischen Antriebs 15 zu beaufschlagen, wobei der Wechselstrom I eine derart vorbestimmte Frequenz F aufweist, dass der Rotor 16 in dem Ruhezustand R verbleibt. Dabei werden ohmsche und induktive Verluste in dem Stator 17 und in dem Rotor 16 induziert. Durch die Verluste in dem Stator 17 und in dem Rotor 16 erfolgt ein Erwärmen Q‘ des elektrischen Antriebs 15 und insbesondere des Stators 17 und des Rotors 16. Die Wärme kann beispielsweise von dem Stator 17 über Gehäusebauteile des elektrischen Antriebs 15 zum Lager 20 transportiert werden und das Lager 20 und den Schmierstoff 25 erwärmen. Zusätzlich wird Wärme von dem Rotor 16 über die Welle 18 zu dem Lager 20 zum Erwärmen Q‘ des Lagers 20 und somit des Schmierstoffs 25 transportiert. Dadurch kann ein Vorwärmen Q des Lagers 20 erfolgen, ohne dass eine Rotation des Rotors 16 induziert wird. Das Steuergerät 14 ist dazu eingerichtet, den Wechselstrom I dem Rotor 16 mit einer Stromstärke IA über einen Zeitraum t aufzuprägen.
Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung einer Übersicht eines Fahrzeugs 10a, insbesondere Nutzfahrzeugs 10b, gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. Figur 2 wird unter Bezugnahme auf Figur 1 und deren Beschreibung beschrieben. Dabei werden die Unterschiede zwischen den Ausführungsformen der Figuren 1 und 2 beschrieben.
Das Fahrzeug 10a, 10b gemäß Figur 2 weist eine Wärmeübertragungsanordnung 12 auf. Die Wärmeübertragungsanordnung 12 kann im Regelbetrieb als eine Kühlanordnung ausgebildet sein, um im Betrieb den Stator 17, den Rotor 16 und das Lager 12 gemeinsam zu kühlen. Dafür kann die Wärmeübertragungsanordnung 12 eine Leitungsanordnung und ein in der Leitungsanordnung bewegliches Wärmeübertragungsfluid aufweisen. Die Wärmeübertragungsanordnung 12 ist dazu eingerichtet, Wärme von dem Lager 20 zu dem Rotor 16 und zu dem Stator 17 bzw. von dem Rotor 16 und/oder dem Stator 17 zu dem Lager 20 zu transportieren.
Figur 3 zeigt eine schematische Darstellung eines Ablaufschemas eines Verfahrens 100 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Das Verfahren 100 ist ein Verfahren 100 zum Vorwärmen Q eines einen temperaturabhängigen Schmierstoff 25 umfassenden Lagers 20 eines elektrischen Antriebs 15 mit je einem zur elektromagnetischen Induktion L eingerichteten Rotor 16 und Stator 17 für eine Strömungsmaschine 11 für ein Fahrzeug a, insbesondere Nutzfahrzeug 10b, wobei das Lager 20 zusammen mit dem Rotor 16 und/oder dem Stator 17 erwärmbar ist. Ein derartiges Fahrzeug 10a, 10b ist in Figuren 1 und 2 gezeigt. Figur 3 wird unter Bezugnahme auf Figuren 1 und 2 beschrieben.
Das Verfahren 100 weist ein Erfassen 110 eines Ruhezustands R des Rotors 16 auf. Dafür wird beispielsweise eine Drehzahl des Rotors 16 erfasst.
Es erfolgt ein Beaufschlagen 120, in dem Ruhezustand R, des Rotors 16 und/oder Stators 17 mit einem elektrischen Wechselstrom I zum Erwärmen Q‘ des elektrischen Antriebs 15. Dabei weist der Wechselstrom I eine derart vorbestimmte Frequenz F auf, dass der Rotor 16 in dem Ruhezustand R verbleibt. Eine Stromstärke IA des Wechselstroms I und die vorbestimmte Frequenz F sind abhängig von einer Temperatur T des elektrischen Antriebs 15. Die Stromstärke IA und die Frequenz F beeinflussen die Energie eines durch Induktion L herbeigeführten elektromagnetischen Feldes.
Das Beaufschlagen 120 bedingt ein Antriebsmoment M1 , und das Antriebsmoment M1 kleiner ist als ein Anlaufmoment M2 des elektrischen Antriebs 15. Damit verbleibt der Rotor 16 im Ruhezustand R. Das Anlaufmoment M2 ergibt sich aus der Viskosität des Schmierstoff 25 und der konkreten Geometrie und Beschaffenheit des elektrischen Antriebs 15.
Es erfolgt ein Erfassen 130 einer den elektrischen Antrieb 15 betreffenden Temperatur T. Dafür wird mittels des Temperatursensors 35 die Temperatur T des elektrischen Antriebs 15 gemessen.
Es erfolgt ein Ermitteln 140 eines Zeitraums t zum Beaufschlagen 120 des elektrischen Antriebs 15 mit dem elektrischen Wechselstrom I unter Berücksichtigung der erfassten Temperatur T. Das Ermitteln 140 erfolgt durch Schätzung und/oder durch computergestütztes Auswerten eines Modells. Das Modell kann ein thermisches Modell sein, dass die Energiebilanz des elektrischen Antriebs 15 und/oder dessen Komponenten modelliert.
Es erfolgt ein Beenden 150 des Beaufschlagens 120 in Abhängigkeit einer gemessenen und/oder errechneten Temperatur T des elektrischen Antriebs 15. Wenn der Schmierstoff 25 hinreichend erwärmt ist, wird das Beaufschlagens 120 beendet. Ob der Schmierstoff 25 hinreichend erwärmt ist, kann durch eine Temperaturmessung und/oder durch das thermische Modell ermittelt werden.
Der Fachmann erkennt, dass Schritte des Verfahren 100 in einer von der in Figur 2 gezeigten Reihenfolge abweichen können. Schritte des Verfahren 100 können simultan, also wenigstens teilweise zeitgleich, und/oder in einer anderen Reihenfolge durchgeführt werden. Beispielsweise kann das Erfassen 130 der den elektrischen Antrieb 15 betreffenden Temperatur ? jederzeit, also dauerhaft erfolgen. Das Ermitteln 140 des Zeitraums t kann jederzeit vor dem Beenden 150 des Beaufschlagens 120 und nach dem Erfassen der Temperatur T erfolgen. Insbesondere können das Erfassen 130 der den elektrischen Antrieb 15 betreffenden
Temperatur T und/oder das Ermitteln 140 des Zeitraums t vor dem Beaufschlagen 120 durchgeführt werden, um eine wohldefinierte Menge von Wärme zu Induzieren und in das Lager 20 einzubringen.
Bezugszeichen (Teil der Beschreibung):
10a Fahrzeug
10b Nutzfahrzeug
11 Strömungsmaschine
12 Wärmeübertragungsanordnung
14 Steuergerät
15 elektrischer Antrieb
16 Rotor
17 Stator
18 Welle
20 Lager
25 Schmierstoff
31 Prozessor
32 Speicher
35 Temperatursensor
36 Drehzahlsensor
100 Verfahren
110 Erfassen eines Ruhezustands
120 Beaufschlagen
130 Erfassen einer Temperatur
140 Ermitteln
150 Beenden
F Frequenz
I Wechselstrom
IA Stromstärke
L Induktion
M1 Antriebsmoment
M2 Anlaufmoment
Q Vorwärmen
Q‘ Erwärmen
R Ruhezustand t Zeitraum
T Temperatur

Claims

Patentansprüche:
1. Verfahren (100) zum Vorwärmen (Q) eines einen temperaturabhängigen Schmierstoff (25) umfassenden Lagers (20) eines elektrischen Antriebs (15) mit je einem zur elektromagnetischen Induktion (L) eingerichteten Rotor (16) und Stator (17) für eine Strömungsmaschine (11 ) für ein Fahrzeug(10a), insbesondere Nutzfahrzeug (10b), wobei das Lager (20) zusammen mit dem Rotor (16) und/oder dem Stator (17) erwärmbar ist, und das Lager (20) zur drehbaren Lagerung des Rotors (16) eingerichtet ist, wobei das Verfahren (100) aufweist:
- Erfassen (110) eines Ruhezustands (R) des Rotors (16); und
- Beaufschlagen (120), in dem Ruhezustand (R), des Rotors (16) und/oder Stators (17) mit einem elektrischen Wechselstrom (I) zum Erwärmen (Q‘) des elektrischen Antriebs (15), wobei der Wechselstrom (I) eine derart vorbestimmte Frequenz (F) aufweist, dass der Rotor (16) in dem Ruhezustand (R) verbleibt.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei eine Stromstärke (IA) des Wechselstroms (I) und/oder die vorbestimmte Frequenz (F) abhängig von einer Temperatur (T) des elektrischen Antriebs (15) ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Beaufschlagen (120) ein Antriebsmoment (M1) bedingt, und das Antriebsmoment (M1) kleiner ist als ein Anlaufmoment (M2) des elektrischen Antriebs (15).
4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Verfahren (100) aufweist:
- Erfassen (130) einer den elektrischen Antrieb (15) betreffenden Temperatur (T); und
- Ermitteln (140) eines Zeitraums (t) zum Beaufschlagen (120) des elektrischen Antriebs (15) mit dem elektrischen Wechselstrom (I) unter Berücksichtigung der erfassten Temperatur (T).
5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Verfahren (100) aufweist:
- Beenden (150) des Beaufschlagens (120) in Abhängigkeit einer gemessenen und/oder errechneten Temperatur (T) des elektrischen Antriebs (15).
6. Computerprogramm und/oder computerlesbares Medium, umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Programms bzw. der Befehle durch einen Computer diesen veranlassen, das Verfahren (100) und/oder die Schritte des Verfahrens (100) nach einem der vorherigen Ansprüche durchzuführen.
7. Steuergerät (14) für ein Fahrzeug (10a), insbesondere Nutzfahrzeug (10b), wobei das Steuergerät (14) dazu eingerichtet ist, das Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 durchzuführen.
8. Elektrischer Antrieb (15) für eine Strömungsmaschine (11 ) für ein Fahrzeug (10a), insbesondere Nutzfahrzeug (10b), umfassend:
- je einen zur elektromagnetischen Induktion (L) eingerichteten Rotor (16) und Stator (17),
- ein einen temperaturabhängigen Schmierstoff (25) umfassendes Lager (20) zur Lagerung des Rotors (16), wobei das Lager (20) zusammen mit dem Rotor (16) und/oder dem Stator (17) erwärmbar ist, und wobei das Lager (20) zur drehbaren Lagerung des Rotors (16) eingerichtet ist, und
- ein Steuergerät (14) nach Anspruch 7.
9. Strömungsmaschine (11 ) für ein Fahrzeug (10a), insbesondere Nutzfahrzeug (10b), umfassend einen elektrischen Antrieb (15) nach Anspruch 8.
10. Fahrzeug (10a), insbesondere Nutzfahrzeug (10b), umfassend eine Strömungsmaschine (11 ) nach Anspruch 9.
11. Fahrzeug (10a), insbesondere Nutzfahrzeug (10b) nach Anspruch 10, umfassend eine Wärmeübertragungsanordnung (12) zum Erwärmen (Q‘) des Lagers (20) zusammen mit dem Rotor (16) und/oder dem Stator (17) des elektrischen Antriebs
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