AT523777A2 - Schwungradsysteme und zugehörige Verfahren - Google Patents

Abstract

Ein Schwungradsystem (100) zur Energiespeicherung weist einen Schwungradrotor (104) auf, der eine Rotorscheibe (106) und eine Rotorwelle (108) umfasst und eine Längsachse (112) hat, die sich mittig durch die Rotorscheibe (106) und die Rotorwelle (108) erstreckt. Das System (100) weist ferner eine Zapfenanordnung (200) auf, die so ausgestaltet ist, dass sie die Drehung des Schwungradrotors (104) erleichtert. Die Zapfenanordnung (200) weist eine Hülse (204) mit einer Öffnung auf, die sich durch die Hülse (204) erstreckt, eine Stange (202), die zumindest teilweise in der Öffnung der Hülse (204) angeordnet ist, und ein mit einem Teil der Stange (202) verbundenes Befestigungsmittel bzw. Rückhalteelement, wie beispielsweise eine Mutter (206). Die Stange (202) hat eine größere Länge als die Hülse (204), so dass sich ein Teil der Stange (202) axial über das erste Ende der Hülse (204) hinaus erstreckt. Zur Herstellung des Schwungrads wird die Stange (202) mit der Rotorwelle (108) verbunden und das zweite Ende der Stange (202) gezogen, um die Stange (202) zu spannen. Die Mutter (206) hält die Vorspannung in der Stange (202) aufrecht, wenn sie mit ihr verbunden ist.

Description

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-1SCHWUNGRADSYSTEME UND ZUGEHÖRIGE VERFAHREN

PRIORITÄTSANSPRUCH Diese Anmeldung beansprucht den Nutzen des Anmeldedatums der USPatentanmeldung Serien-Nr. 16/291,895, eingereicht am 4. März 2019, für

„Schwungradsysteme und zugehörige Verfahren“.

TECHNISCHES GEBIET Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung beziehen sich auf ein Schwungrad-Energiespeichersystem. Insbesondere bezieht sich diese Offenbarung auf

Zapfenanordnungen zur Unterstützung der Drehung eines Schwungradrotors.

HINTERGRUND

Energie kann von einer Form in eine andere umgewandelt werden, z. B. von elektrischer Energie in kinetische Energie und umgekehrt. Ein Schwungrad ist ein Energiesystem, das Energie als kinetische Rotationsenergie speichert. Dementsprechend kann einem Motor, der ein Schwungrad drehen kann, elektrische Energie zugeführt werden. Die elektrische Energie kann zur Speicherung im Schwungrad aufgenommen werden. Der Schwung des Schwungrads ist eine Form der gespeicherten Energie. Der Motor kann auch als Generator eingesetzt werden und die kinetische Rotationsenergie des Schwungrads in elektrische Energie umwandeln. Sobald ein Schwungrad Schwung hat, kann es sich theoretisch unbegrenzt drehen. Allerdings können parasitäre Verluste wie Reibung und Luftwiderstand die Effizienz eines Schwungrads als Energiespeicher verringern. Dementsprechend kann es wünschenswert sein, den Wirkungsgrad eines SchwungradEnergiespeichersystems zu erhöhen. Außerdem können Reibung und Widerstand die Lebensdauer des Schwungradsystems verringern. Beispielsweise können die Lager, die das Schwungrad bei der Rotation unterstützen, infolge von Unwuchten des Schwungrads während

des Betriebs vorzeitig verschleißen.

OFFENBARUNG Verschiedene Ausführungsformen der Offenbarung weisen ein Schwungradsystem auf, das einen Schwungradrotor mit einer Rotorscheibe und einer Rotorwelle umfasst, wobei

der Rotor eine Längsachse aufweist, die sich mittig durch die Rotorscheibe und die

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-2Rotorwelle erstreckt. Das System weist ferner eine Zapfenanordnung auf, die so ausgestaltet ist, dass sie die Drehung des Schwungradrotors erleichtert. Die Zapfenanordnung weist eine Hülse mit einer Öffnung auf, die sich von einem ersten Ende zu einem gegenüberliegenden zweiten Ende erstreckt, und eine Längsachse der Hülse, die sich von dem ersten Ende zu dem zweiten Ende erstreckt. Das zweite Ende der Hülse ist mit der Rotorwelle verbunden. Die Zapfenanordnung weist ferner eine Stange auf, die zumindest teilweise in der Öffnung der Hülse angeordnet ist. Ein erstes Ende der Stange erstreckt sich axial über das erste Ende der Hülse hinaus und ein zweites Ende der Stange ist mit der Rotorwelle verbunden. Eine Längsachse der Stange erstreckt sich durch diese hindurch von dem ersten Ende zu dem zweiten Ende, wobei die Längsachsen der Hülse und der Stange koaxial mit der Längsachse des Schwungradrotors sind. Die Zapfenanordnung weist ferner ein Halteelement auf, das mit dem ersten Ende der Stange verbunden ist und sich axial über das erste Ende der Hülse hinaus erstreckt.

Ein Verfahren zur Verwendung eines Schwungradsystems weist die Drehung eines Schwungradrotors auf, der zwischen einer oberen Zapfenanordnung und einer unteren Zapfenanordnung angeordnet ist. Sowohl die obere Zapfenanordnung als auch die untere Zapfenanordnung sind mit dem Schwungradrotor gekoppelt und weisen eine Hülse mit einer Öffnung auf, die sich durch sie hindurch von einem ersten Ende zu einem gegenüberliegenden zweiten Ende erstreckt, eine Stange, die in der Öffnung der Hülse so angeordnet ist, dass sich ein Teil der Stange axial über das erste Ende der Hülse hinaus erstreckt, und ein Halteelement, das mit dem Teil der Stange gekoppelt ist, der sich axial über das erste Ende der Hülse hinaus erstreckt. Das Verfahren weist ferner auf, dass der Schwungradrotor axial zu einer oberen Lageranordnung und von einer unteren Lageranordnung weg angehoben wird, um eine axiale Druckkraft auf ein in der oberen Lageranordnung angeordnetes Lager auszuüben. Die obere Lageranordnung ist um die obere Zapfenanordnung herum angeordnet.

Ein Verfahren zur Herstellung eines Schwungradsystems weist die Verbindung einer Stange mit einer Schwungradrotorwelle auf. Die Stange hat ein erstes Ende und ein gegenüberliegendes Ende, wobei das erste Ende der Stange mit der Schwungradrotorwelle verbunden ist. Eine Hülse ist um die Stange herum angeordnet und mit der Schwungradrotorwelle gekoppelt. Die Hülse hat ein erstes Ende und ein gegenüberliegendes zweites Ende. Das erste Ende der Hülse ist mit der Schwungradrotorwelle verbunden. Das zweite Ende der Stange erstreckt sich axial über das zweite Ende der Hülse hinaus. Das

Verfahren weist ferner auf, dass das zweite Ende der Stange gezogen wird, um die Stange zu

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-3spannen, und dass ein Halteelement mit dem zweiten Ende der Stange verbunden wird, um die

Spannung in der Stange aufrechtzuerhalten.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Während die Beschreibung mit Ansprüchen schließt, die insbesondere aufzeigen und eindeutig beanspruchen, was als Ausführungsformen der Offenbarung angesehen wird, können verschiedene Merkmale und Vorteile von Ausführungsformen der Offenbarung leichter aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Offenbarung ermittelt werden, wenn sie in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen gelesen werden, in denen:

FIG. 1 eine Querschnittsansicht eines Schwungrad-Energiespeichersystems ist;

FIG. 2 eine Teilansicht eines Gehäuses des Schwungrad-Energiespeichersystems von

FIG. 1 ist;

FIG. 3 eine vergrößerte Querschnittsansicht einer oberen Anordnung ist, die die Verbindung zwischen einem Schwungradrotor und einem Motor und/oder Generator von FIG. 1 zeigt;

FIG. 4 eine vergrößerte Querschnittsansicht einer unteren Anordnung ist, die die Verbindung zwischen dem Schwungradrotor und einem Motor von FIG. 1 zeigt;

FIG. 5 eine perspektivische Ansicht einer Zapfenanordnung von FIG. 1 ist;

FIG. 6 eine perspektivische Ansicht einer Stange der Zapfenanordnung von FIG. 5 ist; und

FIG. 7 eine perspektivische Ansicht einer Hülse der Zapfenanordnung von FIG. 5 ist.

VERFAHREN ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG

Die hier gezeigten Abbildungen sind nicht als tatsächliche Ansichten eines bestimmten Bauteils, Geräts oder Systems zu verstehen, sondern stellen lediglich idealisierte Darstellungen dar, die zur Beschreibung von Ausführungsbeispielen der vorliegenden Offenbarung verwendet werden. Die folgende Beschreibung enthält spezifische Details von Ausführungsbeispielen der Offenbarung, um eine gründliche Beschreibung derselben bereitzustellen. Ein Fachmann wird jedoch verstehen, dass die Ausführungsbeispiele der Offenbarung auch ohne die Verwendung vieler solcher spezifischen Details umgesetzt werden können. In der Tat können die Ausführungsbeispiele der Offenbarung in Verbindung mit konventionellen Techniken, die in der Industrie verwendet werden, umgesetzt werden.

Darüber hinaus umfasst die nachstehende Beschreibung nicht alle Elemente, die eine

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„4 vollständige Struktur oder Anordnung bilden. Im Folgenden werden nur die Verfahrenshandlungen und -strukturen beschrieben, die zum Verständnis der Ausführungsbeispiele der Offenbarung erforderlich sind. Zusätzliche konventionelle Handlungen und Strukturen können verwendet werden. Außerdem ist zu beachten, dass alle Zeichnungen, die der Anmeldung beigefügt sind, nur der Veranschaulichung dienen und daher nicht maßstabsgetreu gezeichnet sind. Darüber hinaus können gleiche Elemente in den Figuren mit entsprechenden numerischen Bezeichnungen versehen sein.

umfassen“

Die Begriffe „aufweisen“ enthalten“, „gekennzeichnet durch“ und

a” a”

deren grammatikalische Äquivalente wie sie hier verwendet werden sind einschließende oder offene Begriffe, die zusätzliche, nicht aufgeführte Elemente oder Verfahrensschritte nicht ausschließen, aber auch die einschränkenderen Begriffe „bestehen aus“ und „im Wesentlichen bestehen aus“ und deren grammatikalische Äquivalente umfassen.

Der Begriff „kann“, wie er hier verwendet wird, in Bezug auf ein Material, eine Struktur, ein Merkmal oder eine Verfahrenshandlung zeigt an, dass ein solches Material, eine solche Struktur, ein solches Merkmal oder eine solche Verfahrenshandlung für die Verwendung bei der Umsetzung eines Ausführungsbeispiels der Offenbarung in Betracht gezogen wird, und dieser Begriff wird anstelle des restriktiveren Begriffs „ist“ verwendet, um jegliche Implikation zu vermeiden, dass andere kompatible Materialien, Strukturen, Merkmale und Verfahren, die in Kombination damit verwendet werden können, ausgeschlossen werden sollten oder müssen.

Der Begriff „ausgestaltet“, wie er hier verwendet wird, bezieht sich auf die Größe, die Form, die Materialzusammensetzung und die Anordnung mindestens einer Struktur und mindestens einer Vorrichtung, die den Betrieb einer oder mehrerer der Strukturen und der Vorrichtung in einer bestimmten Weise erleichtern.

Im vorliegenden Text umfassen die Singularformen nach „ein/e“ und „der/die“, wie hier verwendet, auch die Pluralformen, sofern aus dem Kontext nicht eindeutig etwas anderes hervorgeht.

Der hier verwendete Begriff „und/oder“ umfasst alle Kombinationen von einem oder mehreren der aufgeführten Punkte.

Wie hier verwendet, können räumlich relative Begriffe wie „unterhalb“

links“

unten“,

3”

„untere/r‘“, „unten“, „oben“, „obere/r“, „vorne“, „hinten““ rechts“ und dergleichen

3” 3” 3” a” 3” 3” 3”

der Einfachheit halber verwendet werden, um die Beziehung eines Elements oder Merkmals

zu einem anderen Element oder Merkmal oder anderen Merkmalen zu beschreiben, wie die

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-5Elemente und Merkmale in den Figuren dargestellt und ausgerichtet sind. Sofern nicht anders angegeben, sollen die räumlich relativen Begriffe verschiedene Ausrichtungen der Materialien zusätzlich zu der in den Figuren dargestellten Ausrichtung umfassen.

Wie hier verwendet, beziehen sich die Begriffe „längs“, „in Längsrichtung“, „axial“

3” a”

oder „in axialer Richtung“ auf eine Richtung, die parallel zu einer Rotationsachse einer oder mehrerer Komponenten des hier beschriebenen Schwungrad-Energiespeichersystems verläuft, einschließlich, aber nicht beschränkt auf den hier beschriebenen Schwungradrotor. Zum Beispiel bedeutet „Längsbewegung“ oder „axiale Bewegung“ eine Bewegung in einer Richtung, die im Wesentlichen parallel zur Drehachse des hier beschriebenen SchwungradEnergiespeichersystems verläuft.

Wie hierin verwendet, beziehen sich die Begriffe „radial“ oder „in radialer Richtung“ auf eine Richtung quer zur Drehachse einer oder mehrerer Komponenten des hier beschriebenen Schwungrad-Energiespeichersystems, einschließlich, aber nicht beschränkt auf den hier beschriebenen Schwungradrotor. Zum Beispiel bedeutet „radiale Bewegung“ eine Bewegung in einer Richtung, die im Wesentlichen quer (z. B. senkrecht) zur Drehachse einer oder mehrerer Komponenten des hier beschriebenen Schwungrad-Energiespeichersystems verläuft.

Wie hier verwendet, bedeutet der Begriff „im Wesentlichen“ in Bezug auf einen bestimmten Parameter, eine Eigenschaft oder eine Bedingung und umfasst ein Ausmaß, das ein normaler Fachmann so verstehen würde, dass der bestimmte Parameter, die Eigenschaft oder die Bedingung mit einer gewissen Abweichung erfüllt wird, beispielsweise innerhalb akzeptabler Fertigungstoleranzen. Beispielsweise kann je nach Parameter, Eigenschaft oder Bedingung, die im Wesentlichen erfüllt ist, der Parameter, die Eigenschaft oder die Bedingung zu mindestens 90,0 %, zu mindestens 95,0 %, zu mindestens 99,0 %, zu mindestens 99,9 % oder sogar zu 100,0 % erfüllt sein.

Wie hier verwendet, schließt „etwa“ oder „ungefähr“ in Bezug auf einen numerischen Wert für einen bestimmten Parameter den numerischen Wert und einen Grad der Abweichung von dem numerischen Wert ein, der für einen Fachmann innerhalb akzeptabler Toleranzen für den bestimmten Parameter liegt. Beispielsweise kann „etwa“ oder „ungefähr“ in Bezug auf einen numerischen Wert zusätzliche numerische Werte innerhalb eines Bereichs von 90,0 Prozent bis 110,0 Prozent des numerischen Werts umfassen, wie etwa innerhalb eines Bereichs von 95,0 Prozent bis 105,0 Prozent des numerischen Werts, innerhalb eines Bereichs

von 97,5 Prozent bis 102,5 Prozent des numerischen Wertes, innerhalb eines Bereichs von

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-699,0 Prozent bis 101,0 Prozent des numerischen Wertes, innerhalb eines Bereichs von 99,5 Prozent bis 100,5 Prozent des numerischen Wertes oder innerhalb eines Bereichs von 99,9 Prozent bis 100,1 Prozent des numerischen Wertes.

FIG. 1 ist eine Querschnittsansicht eines Schwungrad-Energiespeichersystems 100. Das System 100 umfasst ein Gehäuse 102, in dem ein Schwungradrotor 104 untergebracht ist. Der Rotor 104 weist eine Rotorscheibe 106 und eine Rotorwelle 108 mit einer zentralen Achse 112 auf. Das System 100 ist so ausgestaltet, dass sich der Rotor 104 im Betrieb um die Achse 112 drehen kann. Dementsprechend kann die Achse 112 hier auch als Rotationsachse bezeichnet werden. Das System 100 ist ferner so ausgestaltet, dass es im Betrieb entlang der Achse 112 axial verschiebbar ist. Die Rotorwelle 108 bezieht sich auf einen Abschnitt an und/oder benachbart zu einer radialen Mitte des Rotors 104 und erstreckt sich axial über die Rotorscheibe 106 hinaus. Die Rotorwelle 108 weist eine obere Welle 108a (FIG. 3) auf, die sich axial über eine obere Fläche 103 der Rotorscheibe 106 erstreckt, und eine untere Welle 108b (FIG. 9), die sich axial über eine untere Fläche 105 der Rotorscheibe 106 erstreckt. Die obere Welle 108a und die untere Welle 108b können jeweils vorspringende (z. B. abgestufte) Merkmale 107a bzw. 107b (FIG. 3 und 4) aufweisen, um den Rotor 104 mit einer oberen Zapfenanordnung 200a (FIG. 3) bzw. einer unteren Drehanordnung 200b (FIG. 4) zu verbinden. In einigen Ausführungsbeispielen kann das Innere des Gehäuses 102 einem Unterdruck ausgesetzt sein, um den aerodynamischen Widerstand des Rotors 104 während des Betriebs zu verringern.

Der Rotor 104 kann aus einem magnetischen Metall oder einer Metalllegierung bestehen. Insbesondere kann der Rotor 104 magnetischen Stahl aufweisen. In einigen Ausführungsbeispielen wird der Rotor 104 aus 4340er Stahl hergestellt. Andere geeignete Materialien können AISI 4330, 5330, 17-14PH (ausscheidungsgehärtet), M300 und andere hochfeste Stähle umfassen. In weiteren Ausführungsbeispielen kann der Rotor 104 aus einem beliebigen Metall oder einer Metalllegierung bestehen, das bzw. die einer Belastung von mindestens 140 ksi (968 MPa) in der radialen und axialen Mitte des Rotors 104 standhält.

In einigen Ausführungsbeispielen kann die Welle 108 einstückig mit der Rotorscheibe 106 ausgebildet sein, so dass die Rotorscheibe 106 und die Welle 108 eine einzige, monolithische Einheit bilden. In anderen Ausführungsbeispielen können die obere und untere Welle 108a, 108b separat geformt (z. B. maschinell bearbeitet) und z. B. durch Schweißen an der Rotorscheibe 106 befestigt werden. Ohne die oberen und unteren Wellen 108a, 108b kann

die Rotorscheibe 106 eine im Wesentlichen gleichmäßige Dicke T106 über einen Durchmesser

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„7 Dı06 aufweisen. Der hier verwendete Begriff „Scheibe“ bedeutet und umfasst einen zylindrischen Körper mit einem Durchmesser, der größer als eine Dicke ist. Die Dicke T106 der Rotorscheibe 106 kann in einem Bereich von etwa 15,24 Zentimetern bis etwa 45,72 Zentimetern liegen und kann insbesondere etwa 30,48 Zentimeter (z. B. 30,988 Zentimeter) betragen. Der Durchmesser Dı06 der Rotorscheibe 106 kann in einem Bereich von etwa 121,92 Zentimetern bis etwa 243,84 Zentimetern liegen und kann insbesondere etwa 203,2 Zentimeter betragen. Das Gewicht des Rotors 104 kann in einem Bereich von etwa 5443,1084 Kilogramm bis etwa 8164,6627 Kilogramm liegen und kann insbesondere etwa 6803,8855 Kilogramm oder etwa 7711,0703 kg (z. B. 7801,7888 kg) betragen.

Das System 100 weist ferner einen Entlademagneten 114 auf, der innerhalb des Gehäuses 102 angeordnet ist. Der Entlademagnet 114 kann mit einem oberen Gehäuseteil 116 gekoppelt (z. B. befestigt) sein. In einigen Ausführungsbeispielen kann der Entlademagnet 114 einen Elektromagneten aufweisen, der so ausgestaltet ist, dass er eine axiale Kraft auf den Rotor 104 ausübt, um den Rotor 104 nach oben in Richtung der oberen Lageranordnung 128 (z.B. in axialer Richtung) anzuziehen (z.B. anzuheben).

Ein erstes äußeres Gehäuse 118 kann mit dem oberen Gehäuseteil 116 an einer Außenseite des Gehäuses 102 gekoppelt werden. Eine Motor-/Generatoranordnung 124 kann an (z. B. über) dem ersten äußeren Gehäuse 118 angeordnet und mit diesem gekoppelt sein. Eine obere Lageranordnung 128 kann innerhalb des ersten äußeren Gehäuses 118 angeordnet sein. Eine untere Lageranordnung 130 kann mit einem unteren Gehäuseteil 124 an einer Außenseite des Gehäuses 102 gekoppelt sein. Ein Zahnradantriebssystem 126 kann mit der unteren Lageranordnung 130 gekoppelt sein.

In einigen Ausführungsbeispielen kann der Rotor 104 mindestens eine Nut 111 aufweisen, die so bemessen und ausgestaltet ist, dass sie ein oder mehrere Gewichte aufnimmt, um den Rotor 104 für die Rotation mit dem Gehäuse 102 auszubalancieren. Die Nut 111 kann sich ringförmig und in der Nähe des Umfangs der Rotorscheibe 106 in der oberen Fläche 103 und/oder der unteren Fläche 105 erstrecken. Der Rotor 104 kann nach dem Zusammenbau des Rotors 104 mit den Zapfenanordnungen 200a, 200b innerhalb des Gehäuses 102 ausgewuchtet werden. Dementsprechend kann das Gehäuse 102, wie in der Teilquerschnittsansicht des Gehäuses 102 in FIG. 2 dargestellt, eine oder mehrere geflanschte Öffnungen 113 aufweisen, durch die Gewichte geführt werden können, um in den Nuten 111 angeordnet zu werden. Das System 100 kann ferner mindestens einen Beschleunigungsmesser

aufweisen, der mit dem Umfang der Lager 136 (FIG. 3 und 4) gekoppelt und/oder um sie

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-8herum angeordnet ist, um den Grad der Unwucht des Rotors 104 zu messen. Ein Tachometer oder eine andere Vorrichtung kann auch betriebsmäßig mit dem Rotor 104 gekoppelt und im Gehäuse 102 vorgesehen sein, um die Rotationsgeschwindigkeit des Rotors 104 zu messen. Dementsprechend liefern die vom Beschleunigungsmesser gemessenen Amplituden der Beschleunigung Informationen über eine Masseunwucht der Rotorscheibe 106, wenn die Rotationsgeschwindigkeit des Rotors 104 vom Tachometer gemessen wird. Der Ort der Masseunwucht kann so bestimmt werden, dass ein Gewicht in der Nut 111 platziert werden kann, um den Rotor 104 auszuwuchten. Auf den oberen und unteren Flächen 103, 105 des Rotors 104 können Markierungen, wie z. B. Winkelgradmarkierungen, angebracht werden, um die korrekte Platzierung der Gewichte zu erkennen. Als nicht einschränkendes Beispiel können Gradmarkierungen in Abständen von 5 Grad auf der oberen Fläche 103 und/oder der unteren Fläche 105 des Rotors 104 angebracht werden. Das Auswuchten des Rotors 104 verringert mögliche Schäden am Rotor 104 aufgrund von Unwuchten, wie z. B. Rotorschwingungen und -vibrationen, sowie den vorzeitigen Verschleiß der Lager 136, die aus solchen Unwuchten resultieren können. Insgesamt kann das Auswuchten des Rotors 104 die Nutzungsdauer des Schwungradsystems 100 verlängern.

FIG. 3 und 4 sind vergrößerte Querschnittsansichten einer oberen Lageranordnung 128 bzw. einer unteren Lageranordnung 130 aus FIG. 1. Die obere und die untere Lageranordnung 128, 130 sind mit dem Rotor 104 an der oberen bzw. unteren Welle 108a, 108b funktionsfähig gekoppelt.

Unter weiterer Bezugnahme auf FIG. 3 weist die obere Lageranordnung 128 ein äußeres Gehäuse 132 und ein inneres Gehäuse 134 auf. Das äußere Gehäuse 132 erstreckt sich um das innere Gehäuse 134 (z. B. umschließt es dieses). Das äußere Gehäuse 132 kann ortsfest sein und am oberen Gehäuseteil 116 befestigt (z. B. angekoppelt) werden. Das innere Gehäuse 134 kann innerhalb des äußeren Gehäuses 132 axial verschiebbar (z. B. beweglich) sein. Ein oder mehrere Dichtungselemente können um das innere Gehäuse 134 und zwischen dem inneren Gehäuse 134 und dem äußeren Gehäuse 132 vorgesehen sein, um zu verhindern, dass Fluid aus der oberen Lageranordnung 128 in das Gehäuse 102 fließt. Ein oder mehrere Befestigungselemente, wie z. B. Stifte oder Dübel, können zwischen dem inneren Gehäuse 134 und dem äußeren Gehäuse 132 vorgesehen sein, um eine Drehung des inneren Gehäuses 134 relativ zum äußeren Gehäuse 132 zu verhindern. Die Lager 136 können innerhalb des inneren Gehäuses 134 und um die obere Lageranordnung 200a herum angeordnet sein (z. B.

umschlossen von diesem).

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„9

Die Lager 136 können mechanische Lager wie Kugellager aufweisen, die eine Vielzahl von Kugeln in einer Laufbahn enthalten. In einigen Ausführungsbeispielen können die oberen und unteren Lageranordnungen 128, 130 jeweils ein einzelnes Kugellager aufweisen, das eine Vielzahl von Lagerelementen (z. B. Kugellager) innerhalb einer Laufbahn umfasst. In anderen Ausführungsbeispielen können die oberen Lageranordnungen 128, 130 jeweils zwei oder mehr Lageranordnungen aufweisen, die axial nebeneinander gestapelt sind. Die Lager 136 können Schrägkugellager aufweisen, die so ausgestaltet sind, dass sie radiale und axiale Lasten während des Betriebs des Schwungradsystems 100 aufnehmen.

Eine Platte 138 kann an einem ersten, oberen Ende 139 des äußeren Gehäuses 132 angeordnet sein. Eine Druckplatte 140 kann an einem ersten, oberen Ende 142 des inneren Gehäuses 134 angeordnet sein. Eine Wägezelle 144 kann axial zwischen der ersten Platte 138 und der Druckplatte 140 angeordnet sein. Die Druckplatte 140 kann mit dem inneren Gehäuse 134 axial verschiebbar sein und eine Kraft gegen die Wägezelle 144 ausüben, wenn der Rotor 104 während des Betriebs angehoben wird, so dass die Wägezelle 144 so angeordnet und ausgestaltet ist, dass sie eine Kraft misst, die während des Betriebs des Systems 100 auf die Lager 136 in der oberen Lageranordnung 128 ausgeübt wird. An einem zweiten, unteren Ende 145 des inneren Gehäuses 134 kann eine Dichtungsplatte 147 angeordnet sein. Die Dichtungsplatte 147 ist so angeordnet und ausgestaltet, dass sie eine Dichtung zwischen einer Vakuumumgebung innerhalb des Gehäuses 102 und einer atmosphärischen Umgebung innerhalb der oberen Lageranordnung 128 bildet und Fluid innerhalb der oberen Lageranordnung 130 abdichtet, so dass das Fluid nicht in das Gehäuse 102 fließt.

Ein Fluidzirkulationssystem kann mit mindestens einer der oberen Lageranordnung 128 und der unteren Lageranordnung 130 gekoppelt sein. Das Fluidzirkulationssystem ist so ausgestaltet, dass es den Lagern 136 ein Fluid, wie z. B. Öl, zur Schmierung zuführt und einen Fluidstrom zwischen dem äußeren Gehäuse 132 und dem inneren Gehäuse 134 der oberen Lageranordnung 128 (FIG. 3) und zwischen einem äußeren Gehäuse 170 und einem inneren Gehäuse 172 der unteren Lageranordnung 130 (FIG. 4) bereitstellt, um Schwingungen zu dämpfen, die durch eine Unwucht des Schwungradrotors 104 während des Betriebs des Schwungradsystems 100 entstehen können.

Mit Bezug auf FIG. 3 können das äußere Gehäuse 132 und das innere Gehäuse 134 eine Vielzahl von Öffnungen (z. B. Blenden, Kanäle usw.) aufweisen, durch die Fluid in der oberen Lageranordnung 128 zirkuliert werden kann. Das äußere Gehäuse 132 weist eine erste

Öffnung 146 auf, die sich in der Nähe des ersten Endes 139 befindet und sich von einer

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- 10 Außenfläche des äußeren Gehäuses 132 bis zu einem ersten Kanal 148 erstreckt. Der erste Kanal 148 erstreckt sich axial innerhalb des äußeren Gehäuses 132 zwischen der ersten Öffnung 146 und einer zweiten Öffnung 150. Die zweite Öffnung 150 befindet sich zwischen (z. B. mittig) dem ersten Ende 139 und einem zweiten, gegenüberliegenden Ende 141 des äußeren Gehäuses 132. Die ersten und zweiten Öffnungen 146, 150 befinden sich an gegenüberliegenden Enden des ersten Kanals 148, so dass die erste Öffnung 146, der erste Kanal 148 und die zweite Öffnung 150 in Fluidverbindung mit einem Fluideinlass 152 stehen, durch den Fluid in die obere Lageranordnung 128 eingeleitet werden kann.

Das äußere Gehäuse 132 weist eine Vielzahl von dritten Öffnungen 154 auf, die sich in der Nähe des zweiten Endes 141 befinden und sich von der Innenfläche des äußeren Gehäuses 132 zu einem Sammelbehälter 156 erstrecken. Die dritten Öffnungen 154 können in Umfangsrichtung um das äußere Gehäuse 132 herum beabstandet sein. Der Sammelbehälter 156 weist einen Hohlraum auf, der sich ringförmig innerhalb des äußeren Gehäuses 132 erstreckt. Ein zweiter Kanal 158 erstreckt sich in axialer Richtung innerhalb des äußeren Gehäuses 132 zwischen dem Sammelbehälter 156 und dem ersten Ende 139. Eine vierte Öffnung 160 befindet sich in der Nähe des ersten Endes 139 und erstreckt sich von dem zweiten Kanal 158 bis zur Außenfläche des äußeren Gehäuses 132. Die dritten Öffnungen 154, der Sammelbehälter 156, der zweite Kanal 158 und die vierte Öffnung 160 können in Fluidverbindung stehen, so dass Fluid, das durch die dritten Öffnungen 154 in den Sammelbehälter 156 fließt, durch eine Spülpumpe, die mit dem Sammelbehälter 156 gekoppelt sein kann, aus dem Sammelbehälter 156 durch den zweiten Kanal 158, die vierte Öffnung 160 und einen Fluidauslass 168 entfernt werden kann.

Das innere Gehäuse 134 weist eine erste Nut 162 auf, die sich ringförmig um seine Außenfläche erstreckt und in der Nähe des ersten Endes 142 angeordnet ist. Eine Vielzahl von ersten Öffnungen 164 erstreckt sich durch das innere Gehäuse 134 zwischen der ersten Nut 162 und einer Innenfläche des inneren Gehäuses 134. Die ersten Öffnungen 164 können in Umfangsrichtung um das innere Gehäuse 134 herum beabstandet sein. Eine Vielzahl von zweiten Öffnungen 166 kann in der Nähe des zweiten Endes 145 des inneren Gehäuses 134 vorgesehen sein und sich zwischen der Innenfläche und der Außenfläche des inneren Gehäuses 134 erstrecken. Eine zweite Nut 163 erstreckt sich ringförmig um die Außenfläche des Gehäuses in der Nähe des zweiten Endes 141. Die zweite Nut 163 steht in Fluidverbindung mit den zweiten Öffnungen 166. Das innere Gehäuse 134 ist innerhalb des

äußeren Gehäuses 132 so angeordnet, dass die erste Nut 162 im Wesentlichen mit der zweiten

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-11Öffnung 150 des äußeren Gehäuses 132 fluchtet und in Fluidverbindung steht und dass die zweiten Öffnungen 166 des inneren Gehäuses 134 in Fluidverbindung mit den dritten Öffnungen 154 des äußeren Gehäuses 132 stehen.

Im Betrieb kann den Lagern 136 Fluid zur Schmierung zugeführt werden, indem Fluid in den Fluideinlass 152, durch die erste Öffnung 146, den ersten Kanal 148 und die zweite Öffnung 150 des äußeren Gehäuses 132 und radial nach innen von der zweiten Öffnung 150 zu der ersten Nut 162 und den ersten Öffnungen 164 des inneren Gehäuses 134 eingeleitet wird. Die ersten Öffnungen 164 befinden sich axial über den Lagern 136, so dass Fluid in die Lager 136 und durch die Lager 136 strömt, um gegen die Dichtungsplatte 147 zu prallen. Das Fluid wird an der Dichtungsplatte 147 radial nach außen zu den zweiten Öffnungen 166, durch die dritten Öffnungen 154 und in den Sammelbehälter 156 umgeleitet.

Außerdem sind das innere Gehäuse 134 und das äußere Gehäuse 132 so dimensioniert und ausgestaltet, dass dazwischen ein Fluidstrom entsteht. Ein Teil des inneren Gehäuses 134 und des äußeren Gehäuses 132, der die Lager 136 umgibt, kann so dimensioniert und ausgestaltet sein, dass ein Fluid in einem ringförmigen Raum zwischen dem inneren Gehäuse 134 und dem äußeren Gehäuse 132 fließen und einen Fluidfilm eines Quetschfilmdämpfers bilden kann. Der ringförmige Raum kann sich radial zwischen dem inneren Gehäuse 134 und dem äußeren Gehäuse 132 und axial zwischen der ersten Nut 162 und der zweiten Nut 163 des inneren Gehäuses 134 erstrecken. Im Betrieb kann Fluid in den Fluideinlass 152, durch die erste Öffnung 146, den ersten Kanal 148 und die zweite Öffnung 150 des äußeren Gehäuses 132, von der zweiten Öffnung 150 zur ersten Rille 162, axial von der ersten Nut 162 zur zweiten Nut 163, und in den Sammelbehälter 156 durch die dritten Öffnungen 154 des äußeren Gehäuses 132 eingeleitet werden. In einigen Ausführungsbeispielen kann der Durchmesser der ersten Öffnungen 164 so gewählt werden, dass die Strömungsgeschwindigkeit des Fluids durch die Öffnungen 164 eingeschränkt (z.B. verengt) wird und ein Fluiddruck stromaufwärts der ersten Öffnungen 164 aufgebaut wird, z.B. innerhalb der ersten Nut 162 und des ersten Kanals 148. In anderen Ausführungsbeispielen kann in den ersten Öffnungen 164 eine Vorrichtung zur Begrenzung des Fluidstroms, z. B. eine Düse, vorgesehen sein, um den Fluidstrom durch diese Öffnungen zu begrenzen und stromaufwärts von den ersten Öffnungen 164 einen Fluiddruck aufzubauen. Der Durchmesser der ersten Öffnungen 164 und/oder der Vorrichtung zur Begrenzung des Fluidstroms wird so

gewählt, dass die Geschwindigkeit, mit der Fluid durch den Fluideinlass 154 zugeführt wird

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„12 (z. B. die Durchflussrate), größer ist als die Geschwindigkeit, mit der das Fluid durch die ersten Öffnungen 164 und in die Lager 136 zugeführt wird.

Die Druckfilmdämpfung tritt auf, wenn die mit den radialen und/oder axialen Schwingungen verbundene Kraft von einer oberen Lageranordnung 200a auf die Lager 136 und auf den Fluidfilm zwischen den Gehäusen 132, 134 übertragen wird. Der Fluidfilm übt eine Gegenkraft zu jeder radialen und/oder axialen Schwingung aus, um Schwingungen zu verhindern (z. B. zu dämpfen oder abzuschwächen). Darüber hinaus übt der Fluidfilm eine radiale Kraft auf die Lager 136 und die Zapfenanordnung 200a aus, um die Drehung der Zapfenanordnung 200a radial zu zentrieren. Gemäß diesem Prinzip ist ein gemeinsames Fluidzirkulationssystem vorgesehen, um die Lager 136 zu schmieren und Schwingungen während des Betriebs des Schwungradsystems 100 zu dämpfen, wodurch der vorzeitige Verschleiß der Lager 136 verringert wird. Das Verhindern von Abweichungen der Achse 112 um die sich der Rotor 104 dreht, und das Dämpfen von Vibrationen führt zu einer erhöhten Lebensdauer des Schwungradsystems 100. Das Fluid (z. B. Öl), das durch die obere Lageranordnung 128 fließen soll, wird so ausgewählt, dass es eine Viskosität im Bereich von etwa 5 Centistokes (cSt) bis etwa 50 cSt aufweist, wenn das Fluid innerhalb der Lager 136 fließt, und eine Viskosität im Bereich von etwa 5 cSt bis etwa 30 cSt, wenn das Fluid zwischen den Gehäusen 132, 134 fließt.

Mit Bezug auf FIG. 4 weist die untere Lageranordnung 130 ähnlich wie die obere Lageranordnung 128 das äußere Gehäuse 170 auf, das sich um das innere Gehäuse 172 erstreckt. Das äußere Gehäuse 170 kann stationär und fest mit dem unteren Gehäuseteil 124 verbunden sein. Das innere Gehäuse 172 kann innerhalb des äußeren Gehäuses 170 axial verschiebbar sein. Ein oder mehrere Dichtungselemente können um das innere Gehäuse 172 und zwischen dem inneren Gehäuse 172 und dem äußeren Gehäuse 170 vorgesehen sein, um zu verhindern, dass Fluid aus der unteren Lageranordnung 130 in das Gehäuse 102 fließt. Ein oder mehrere Befestigungselemente können zwischen dem inneren Gehäuse 172 und dem äußeren Gehäuse 170 vorgesehen sein, um eine Drehung des inneren Gehäuses 172 relativ zum äußeren Gehäuse 170 zu verhindern. Die Lager 136 können innerhalb des inneren Gehäuses 172 und um die untere Lageranordnung 200b angeordnet sein.

Eine erste Dichtungsplatte 176 kann an einem ersten, oberen Ende 175 des inneren Gehäuses 172 angeordnet sein, und eine zweite Dichtungsplatte 179 kann an einem zweiten, unteren Ende 177 des inneren Gehäuses 172 angeordnet sein. Die erste Dichtungsplatte 176

ist so angeordnet und ausgestaltet, dass sie die Vakuumumgebung innerhalb des Gehäuses

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„13 102 von einer atmosphärischen Umgebung innerhalb der unteren Lageranordnung 130 abdichtet. Die zweite Dichtungsplatte 179 ist so angeordnet und ausgestaltet, dass sie Fluid innerhalb der unteren Lageranordnung 130 abdichtet, so dass kein Fluid in das Zahnradantriebssystem 126 fließt. Das Zahnradantriebssystem 126 kann angrenzend an das zweite Ende 177 des inneren Gehäuses 172 angeordnet sein. Das Zahnradantriebssystem 126 weist einen Schrittmotor 180 auf, der mit einem mittleren Ritzel 183 gekoppelt ist. Das mittlere Ritzel 183 ist mit den Zahnrädern 181 verschraubt. Eine oder mehrere Wellen 187 können sich zwischen den Zahnrädern 181 und der Druckplatte 178 erstrecken und mit diesen in Eingriff stehen. Eine Wägezelle 174 kann zwischen der zweiten Dichtungsplatte 179 und der Druckplatte 178 angeordnet sein. Die Wägezelle 174 ist so angeordnet und ausgestaltet, dass sie eine Kraft misst, die während des Betriebs des Systems 100 auf die Lager 136 in der unteren Lageranordnung 130 wirkt. Das Zahnradantriebssystem 126 kann so ausgestaltet sein, dass es eine auf die Lager 136 ausgeübte Last einstellt. Der Schrittmotor 180 kann das mittlere Ritzel 183 so drehen, dass die Drehung des mittleren Ritzels 183 die Zahnräder 181 dreht. Durch die Drehung der Zahnräder 181 werden die damit verbundenen Wellen 187 axial angehoben oder abgesenkt, und die Wellen 187 heben oder senken die Druckplatte 178 entsprechend. Das Anheben der Druckplatte 178 kann eine axial nach oben gerichtete Kraft auf die Wägezelle 174 der unteren Lageranordnung 130 ausüben.

Das Fluidzirkulationssystem kann außerdem mit der unteren Lageranordnung 130 gekoppelt sein. Das äußere Gehäuse 170 und das innere Gehäuse 172 können eine Vielzahl von Öffnungen aufweisen, durch die Fluid in der unteren Lageranordnung 130 zirkuliert werden kann. Das äußere Gehäuse 170 weist eine erste Öffnung 182 auf, die sich in der Nähe eines ersten, unteren Endes 171 befindet und sich von einer Außenfläche des äußeren Gehäuses 170 zu einem ersten Kanal 184 erstreckt. Der erste Kanal 184 erstreckt sich axial innerhalb des äußeren Gehäuses 170 zwischen der ersten Öffnung 182 und einer zweiten Öffnung 186. Die zweite Öffnung 186 befindet sich in der Nähe eines zweiten, oberen Endes 173 des äußeren Gehäuses 170. Die ersten und zweiten Öffnungen 182, 186 befinden sich an gegenüberliegenden Enden des ersten Kanals 184, so dass die erste Öffnung 182, der erste Kanal 184 und die zweite Öffnung 186 in Fluidverbindung mit einem Fluideinlass 185 stehen, durch den Fluid in die untere Lageranordnung 130 eingeleitet werden kann. Eine dritte Öffnung 188 befindet sich in der Nähe des ersten Endes 171 und erstreckt sich von der

Innenfläche zu der Außenfläche des äußeren Gehäuses 170.

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„14 -

Das innere Gehäuse 172 weist eine erste Nut 190 auf, die sich ringförmig um die Außenfläche erstreckt und in der Nähe des ersten Endes 175 angeordnet ist. Eine Vielzahl von ersten Öffnungen 192 erstreckt sich durch das innere Gehäuse 172 zwischen der ersten Nut 190 und einer Innenfläche. Eine zweite Nut 191 erstreckt sich ringförmig um die Außenfläche des inneren Gehäuses 172 und befindet sich zwischen dem ersten Ende 175 und dem zweiten Ende 177 des inneren Gehäuses 172. Die zweite Nut 191 steht in Fluidverbindung mit einer Vielzahl von zweiten Öffnungen 194. Die zweiten Öffnungen 194 erstrecken sich durch das innere Gehäuse 172 zwischen der zweiten Nut 191 und der Innenfläche. Die ersten und zweiten Öffnungen 192, 194 können in Umfangsrichtung um das innere Gehäuse 172 herum beabstandet sein. Eine dritte Öffnung 196 kann vorgesehen werden, die sich durch das Gehäuse 172 in der Nähe des zweiten Endes 177 desselben erstreckt. Das innere Gehäuse 172 ist in dem äußeren Gehäuse 170 so angeordnet, dass die erste Nut 190 in Fluidverbindung mit der zweiten Öffnung 186 des äußeren Gehäuses 170 steht und dass die dritte Öffnung 196 des inneren Gehäuses 172 in Fluidverbindung mit der dritten Öffnung 186 des äußeren Gehäuses 170 steht.

Im Betrieb kann den Lagern 136 zur Schmierung Fluid zugeführt werden, indem Fluid in den Fluideinlass 185 und durch die erste Öffnung 182, den ersten Kanal 184 und die zweite Öffnung 186 des äußeren Gehäuses 170 sowie durch die zweite Öffnung 186, die erste Nut 191 und die ersten Öffnungen 192 des inneren Gehäuses 172 eingeführt wird. Das innere Gehäuse 172 und das äußere Gehäuse 170 können so angeordnet sein, dass die ersten Öffnungen 192 axial über den Lagern 136 liegen, um einen Fluidstrom in die Lager 136 und durch die Lager 136 zu ermöglichen, der auf die zweite Dichtungsplatte 179 auftrifft. Das Fluid wird an der zweiten Dichtungsplatte 179 radial nach außen zur dritten Öffnung 196 des inneren Gehäuses 172, zur dritten Öffnung 196 des äußeren Gehäuses 170 und zu einem Fluidauslass 198 umgeleitet.

Das innere Gehäuse 172 und das äußere Gehäuse 170 sind ferner so dimensioniert und ausgestaltet, dass zwischen ihnen ein Fluidstrom fließt, um einen Quetschfilmdämpfer um die Lager 136 der unteren Lageranordnung 130 zu bilden, wie zuvor in Bezug auf die obere Lageranordnung 128 erörtert. Ein Teil des inneren Gehäuses 172 und des äußeren Gehäuses 170, das die Lager 136 umgibt, kann so dimensioniert und ausgestaltet sein, dass ein ringförmiger Raum für die Fluidströmung dazwischen vorgesehen ist. Der ringförmige Raum kann radial zwischen dem inneren Gehäuse 172 und dem äußeren Gehäuse 170 und axial

zwischen der ersten Nut 190 und der zweiten Nut 191 des inneren Gehäuses 172 vorgesehen

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„15 sein. Dementsprechend kann Fluid in den Fluideinlass 185, durch die erste Öffnung 182, den ersten Kanal 184 und die zweite Öffnung 186 des äußeren Gehäuses 170, von der zweiten Öffnung 186 zur ersten Nut 190, axial von der ersten Nut 190 zur zweiten Nut 191, durch die zweiten Öffnungen 194 radial nach innen durch das innere Gehäuse 172, gegen die zweite Dichtungsplatte 179 stoßend, und radial nach außen durch die dritte Öffnung 196, die dritte Öffnung 186 und den Fluidauslass 198 eingeleitet werden. Wie zuvor in Bezug auf die ersten Öffnungen 164 beschrieben, können die ersten Öffnungen 192 so gewählt werden, dass sie einen Durchmesser haben und/oder eine Vorrichtung zur Begrenzung des Fluidstroms umfassen, die den Fluidstrom durch sie und in die Lager 136 einschränkt und den Fluiddruck stromaufwärts von den ersten Öffnungen 192 aufbaut, beispielsweise in der ersten Nut 191 und/oder dem ersten Kanal 184.

In Bezug auf die FIG. 3 und 4 umgeben die obere Lageranordnung 128 und die untere Lageranordnung 130 zumindest einen Teil der oberen Lageranordnung 200a bzw. der unteren Drehanordnung 200b (z. B. umschließen sie diese). Die obere und untere Drehanordnung 200a, 200b sind vom Rotor 104 trennbar und mit diesem gekoppelt. FIG. 5 ist eine perspektivische Ansicht einer Lageranordnung 200 zur Verwendung in den oberen und unteren Lageranordnungen 128, 130. FIG. 6 und 7 zeigen eine perspektivische Ansicht einer Stange 202 bzw. einer Hülse 204 der Zapfenanordnung 200, wenn die Zapfenanordnung 200 demontiert ist. Die obere und die untere Lageranordnung 200a, 200b können zur Drehung mit dem Schwungradrotor 104 vorgesehen sein und drehen sich in der oberen und unteren Lageranordnung 128, 130.

Unter weiterer Bezugnahme auf die FIG. 5 bis 7 kann jede Zapfenanordnung 200 eine Stange 202, eine Hülse 204 und ein Rückhalteelement 206 aufweisen. Wie in FIG. 6 am besten dargestellt, kann die Stange 202 eine monolithische Einheit aufweisen, die einen Kopf 208, eine verlängerte Welle 210 und einen ringförmigen Flansch 212 zwischen dem Kopf 208 und der verlängerten Welle 210 umfasst. Der Kopf 208 kann sich an einem ersten Ende 214 der Stange 202 befinden, und ein oder mehrere Verbindungsmerkmale 216 (z. B. ein Gewinde) können in der Nähe eines zweiten, gegenüberliegenden Endes 218 der Stange 202 angeordnet sein. Die Verbindungselemente 216 können vorgesehen sein, um die Stange 202 und das Halteelement 206 zu verbinden. Das Halteelement 206 kann eine Nut sein und/oder ein entsprechendes Gewinde oder andere Verbindungsmerkmale aufweisen.

Der Flansch 212 erstreckt sich radial über eine Außenfläche des länglichen Schafts 210 und des Kopfs 208 hinaus. In einigen Ausführungsbeispielen und wie am besten in FIG. 6

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- 16 dargestellt, kann ein Umfang des Flansches 212 eine polygonale Form haben. Beispielsweise kann der Flansch 212 eine sechseckige Form haben. Ein Umfang von mindestens einem der vorstehenden Merkmale 107a, 107b der Schäfte 108a, 108b kann ebenfalls eine polygonale Form haben und eine entsprechende Anzahl von Seiten wie die Polygonform des Flansches 212 aufweisen. In einigen Ausführungsbeispielen kann der Flansch 212 mindestens eine Öffnung 213 aufweisen, die sich durch ihn hindurch erstreckt, und die Welle 108a, 108b kann eine Vielzahl von Aussparungen darin umfassen. Während des Zusammenbaus der Zapfenanordnung 200 mit dem Rotor 104 können die Öffnungen 213 des Flansches 212 mit Aussparungen in der Welle 108a, 108b ausgerichtet werden, um die Seiten der polygonalen Form des Flansches 212 und die vorstehenden Merkmale 107a, 107b richtig auszurichten (z.B. zu fluchten). In den Öffnungen 213 des Flansches 212 und den Aussparungen der vorstehenden Elemente 107a, 107b kann ein mechanisches Befestigungselement vorgesehen werden, um die Ausrichtung der Stange 202 am Rotor 104 zu unterstützen.

Wie in FIG. 7 am besten dargestellt, kann die Hülse 204 eine monolithische Einheit aufweisen, die einen länglichen (z. B. axial verlaufenden) Schaft 220 und einen vergrößerten Kopf 222 umfasst, der sich axial und radial vom Schaft 220 erstreckt. Die Hülse 204 kann ferner eine Öffnung 224 aufweisen, die sich axial durch sie hindurch von einem ersten Ende 226 zu einem zweiten, gegenüberliegenden Ende 228 erstreckt. Die Öffnung 224 der Hülse 204 ist so dimensioniert und ausgestaltet, dass sie mindestens einen Teil der Stange 202 aufnehmen kann. Die Hülse 204 umfasst ein oder mehrere Verbindungselemente 230, die in der Nähe des zweiten Endes 228 angeordnet sind. Solche Verbindungselemente 230 können vorgesehen werden, um die Hülse 204 der oberen Zapfenanordnung 200a mit der Motor/Generatoranordnung 124 funktionell zu verbinden.

Ein Teil der Öffnung 224 innerhalb des Kopfes 222 der Hülse 204 kann komplementär zu den vorspringenden Merkmalen 107a, 107b der Rotorwelle 108 geformt sein. Dementsprechend kann eine Innenfläche der Hülse 204, die einen Teil der Öffnung 224 innerhalb des Kopfes 222 definiert, eine polygonale Form haben, die der polygonalen Form des Flansches 212 und der vorstehenden Merkmale 107a, 107b entspricht. Die entsprechenden Formen des Flansches 212, der Öffnung 224 und der vorstehenden Merkmale 107a, 107b verhindern eine Drehung der Stange 202, der Hülse 204 und des Rotors 104 relativ zueinander während des Betriebs des Schwungradsystems 100.

Wenn die Stange 202 und die Hülse 204 der oberen und unteren Zapfenanordnung

200a, 200b zusammengebaut sind, wie in den FIG. 3 bis 5 am besten dargestellt, erstreckt sich

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„17 die längliche Welle 210 durch die Öffnung 224 der Hülse 204. Im zusammengebauten Zustand können eine Längsachse, die sich mittig durch die Öffnung 224 der Hülse 204 zwischen deren erstem und zweitem Ende 226, 228 erstreckt, und eine Längsachse, die sich mittig durch die Stange 202 zwischen dem ersten und zweiten Ende 214, 218 erstreckt, koaxial sein. Ein wesentlicher Teil (z. B. die Mehrheit) des Schafts 210 der Stange 202 kann innerhalb des Schafts 220 der Hülse 204 gehalten und von diesem umschlossen werden. Die Stange 202 kann eine größere Länge als die Hülse 204 haben. Dementsprechend kann die Stange 202 in der Hülse 204 so angeordnet sein, dass sich zumindest ein Teil des Schafts 210 axial über das zweite Ende 228 der Hülse 204 hinaus erstreckt, wenn die Stange 202 darin angeordnet ist, und dass die Verbindungselemente 216 zugänglich und nicht von dem Schaft 220 umgeben sind. Zwischen dem Schaft 210 der Stange 202 und dem Schaft 220 der Hülse 204 kann innerhalb der Öffnung 224 entlang eines Großteils der Länge der Schäfte 210, 220 eine gleitende Spielpassung vorgesehen sein. Zwischen dem Schaft 210 der Stange 202 und dem Schaft 220 der Hülse 204 kann an den zweiten Enden 218, 228 der Schäfte 210, 220, an denen das Rückhalteelement 206 vorgesehen ist, eine Gleitpassung vorgesehen werden. Dadurch, dass die Länge der Stange 202 größer ist als die Länge der Hülse 204, wird eine Durchbiegung der Stange 202 innerhalb der Hülse 204 verhindert, wie z. B. ein Kippen der Längsachse der Stange 202 relativ zur Längsachse der Hülse 204 und/oder der Drehachse 112 des Rotors 104, und die Erzeugung einer Biegespannung innerhalb der Stange 202 während des Betriebs des Systems 100 verhindert.

Wenn die Stange 202 mit der Hülse 204 zusammengebaut ist, kann sie unter Spannung gehalten und dementsprechend als „Zugstange‘“ bezeichnet werden. In einigen Ausführungsbeispielen wird die Vorspannkraft auf die Stange 202 ausgeübt, wenn die Stange 202 in der Hülse 204 angeordnet ist. Eine Vorspannkraft kann auf die Stange 202 durch mechanisches Ziehen in axialer Richtung an dem zweiten Ende 218 der Stange 202 ausgeübt werden. Eine Druckkraft kann auf die Hülse 204 ausgeübt werden, während die Vorspannkraft auf die Stange 202 ausgeübt wird. Das erste Ende 214 der Stange 202 kann in der Ausnehmung 103 der Rotorwelle 108 angeordnet sein, während die Vorspannkraft auf das zweite Ende 218 der Stange 202 ausgeübt wird. Die Vorspannkraft kann so lange aufgebracht werden, bis die in der Stange 202 gemessene Vorspannkraft in einem Bereich von etwa 10.000 Ibf bis etwa 20.000 Ibf liegt, beispielsweise etwa 12.000 Ibf. Wenn die gewünschte Zugkraft in der Stange 202 gemessen wird, wird die Druckkraft auf die Hülse 204

aufgehoben, und das Halteelement 206 kann mit der Stange 202 verbunden werden. Das

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„18 Rückhalteelement 206 hält die Vorspannkraft in der Stange 202 während des Betriebs des Schwungradsystems 100 aufrecht. Die Vorspannkraft innerhalb der Stange 202 kann ein Kippen der Stange 202 relativ zur Hülse 204 verhindern, so dass die Stange 202 und die Hülse 204 während des Betriebs des Systems 100 in einer koaxialen Anordnung gehalten werden. Die Vorspannkraft in der Stange 202 kann auch die Steifigkeit der Zapfenanordnungen 200a, 200b erhöhen und ein Taumeln (z. B. ein Kippen) der Anordnungen 200a, 200b relativ zum Rotor 104 weiter verhindern.

Wenn die Zapfenanordnungen 200a, 200b mit dem Rotor 104 zusammengebaut sind, wie am besten in den FIG. 3 und 4 dargestellt, kann die Stange 202 mit dem Rotor 104 gekoppelt (z. B. befestigt) werden. In einigen Ausführungsbeispielen umfassen die obere und die untere Welle 108, 108b jeweils eine obere und eine untere Aussparung 103a, 103b, die darin ausgebildet sind, um die Stange 202 mit dem Rotor 104 zu verbinden. Die Ausnehmungen 103a, 103b sind so dimensioniert und ausgestaltet, dass sie den Kopf 208 einer Stange 202 der Zapfenanordnungen 200a bzw. 200b aufnehmen. Insbesondere sind die Ausnehmungen 103a, 103b so dimensioniert und ausgestaltet, dass sie den Kopf 208 der Stange 202 durch mechanisches Übermaß oder eine Presspassung und insbesondere durch eine Presspassung darin halten. Alternativ oder zusätzlich können die Innenflächen der Wellen 108a, 108b in den Ausnehmungen 103a, 103b ein oder mehrere Kupplungsmerkmale, wie z. B. ein Gewinde, aufweisen, und eine Außenfläche des Kopfes 208 der Stange 202 kann entsprechende Kupplungsmerkmale aufweisen, so dass der Kopf 208 der Stange 202 in den Rotorwellen 108a, 108b gehalten werden kann. Die Lager 136 können durch eine gewindelose Verbindung, z. B. durch Presspassung, an der Hülse 204 gehalten werden.

Wie in den FIG. 3 und 4 weiter dargestellt, kann die Hülse 204 mit dem Rotor 104 gekoppelt werden. Wenn die Hülse 204 mit dem Rotor 104 zusammengebaut ist, kann sich zumindest ein Teil des Kopfes 222 der Hülse 204 über die vorstehenden Merkmale 107a, 107b der Wellen 108a, 108b erstrecken (z. B. sie umschließen). Die vorstehenden Merkmale 107a, 107b der Wellen 108a, 108b und der Flansch 212 der Stange 202 können innerhalb eines Teils der Öffnung 224 im Kopf 222 der Hülse 204 angeordnet sein. Gemäß dieser Anordnung kann der Flansch 212 axial zwischen der Hülse 204 und dem Rotor 104 angeordnet sein. Die Öffnung 224 ist so bemessen und ausgestaltet, dass der Kopf 222 der Hülse 204 mit den Wellen 108a, 108b durch mechanischen Presssitz (z. B. Presspassung), wie z. B. Presspassung, verbunden werden kann. Die Presspassung zwischen der Hülse 204 und

der Stange 202 verhindert ein Taumeln der Hülse 204 und der Stange 202 relativ zueinander

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„19 und relativ zum Rotor 104 und hält die Hülse 204 und die Stange 202 so, dass die Hülse 204 und die Stange 202 koaxial angeordnet sind. Der Kopf 222 der Hülse 204 kann in Umfangsrichtung um die vorspringenden Merkmale 107a, 107b angeordnet sein, und der Kopf 222 übt eine radiale Druckkraft auf die vorspringenden Merkmale 107a, 107b aus. Die radiale Druckkraft koppelt die Hülse 204 mit dem Rotor 104, verhindert eine Drehung der Hülse 204 relativ zum Rotor 104 und/oder verhindert ein Taumeln (z. B. eine Neigung des Rotors 104 entlang einer Achse quer zur Achse 112) des Rotors 104 relativ zu der Anordnung 200a, 200b während des Betriebs des Schwungradsystems 100. Die radiale Druckkraft ist so gewählt, dass die Neigung der Hülse 202 relativ zum Rotor 104 auf etwa 0,000001 Zoll begrenzt ist. Die radiale Druckkraft kann so gewählt werden, dass sie sich in einem Bereich von etwa 500 Ilbf bis etwa 1500 Ibf, beispielsweise etwa 1025 Ibf, erstreckt. Im montierten Zustand können die Längsachsen der Hülse 204 und der Stange 202 sowie die Achse 112 des Rotors 102 koaxial sein.

Unter weiterer Bezugnahme auf die FIG. 3 und 4 kann eine Dichtungslauffläche 230 um die Hülse 204 herum vorgesehen werden und so ausgestaltet sein, dass er eine axiale Bewegung der Lager 136 entlang der Hülse 204 verhindert. Die Dichtungslauffläche 230 kann axial zwischen den Lagern 136 und dem Kopf 222 der Hülse 204 angeordnet sein. Die Dichtungslauffläche 230 kann radial zwischen der Hülse 204 und den jeweiligen Dichtungsplatten 147, 179 der oberen und unteren Lageranordnung 128, 130 angeordnet sein. Die Dichtungslauffläche 230 kann durch eine gewindelose Verbindung, z. B. durch eine Presspassung, an der Hülse 204 gehalten werden. Um die Hülse 204 kann eine Dichtung 232 vorgesehen sein, die zwischen der Dichtungslauffläche 230 und der Welle 220 zusammengedrückt wird. Die Dichtung 232 kann einen O-Ring, eine Unterlegscheibe oder ein anderes Element aufweisen, das so ausgestaltet ist, dass es den Fluidstrom aus den Lagern 136 daran hindert (z. B. verhindert), zwischen der Dichtungslauffläche 230 und der Hülse 204 und in das Gehäuse 102 zu fließen.

Im Betrieb ist der Motor/Generator 124 über die obere Zapfenanordnung 200a mit dem Rotor 104 gekoppelt und so ausgestaltet, dass er elektrische Energie in kinetische Rotationsenergie umwandelt, indem er Energie in das System 100 einspeist, um den Rotor 104 zu drehen (z. B. in Rotation zu versetzen) und/oder die kinetische Rotationsenergie des Rotors 104 in elektrische Energie umzuwandeln. Dementsprechend kann Energie im Rotor 104 gespeichert und/oder ihm entnommen werden. Um den Rotor 104 zu drehen, kann der

Rotor 104 mit Hilfe des Entlademagneten 106 angehoben werden. Wenn der Rotor 104

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„20 zumindest angehoben ist, wird das Gewicht des Rotors 104 von den Lagern 136 der unteren Lageranordnung 130 getragen. In einigen Ausführungsbeispielen wird dem Entlademagneten 106 ein Strom zugeführt, um eine Magnetkraft zu erzeugen, die auf den Rotor 104 einwirkt, um eine axiale Hubkraft (z.B. in einer Richtung parallel zur Achse 112 des Rotors 104) auf den Rotor 104 in Richtung des oberen Gehäuseteils 116 zu erzeugen.

Zunächst wird ein Strom an den Entlademagneten 106 angelegt, der ausreicht, um den Rotor 104 innerhalb des Gehäuses 102 schweben zu lassen, so dass im Wesentlichen keine axiale Kraft (z. B. eine Kraft, die direkt parallel zur Achse 112 gemessen wird) durch den Rotor 104 auf die Lager 136 ausgeübt wird. Während das Schweben des Rotors 104 innerhalb des Gehäuses 102 während des gesamten Schwungradbetriebs den Wirkungsgrad des Schwungradsystems 100 durch Verringerung der Reibungsverluste im System 100 maximieren kann, ist eine Kraft, die durch den Rotor 104 auf die Lager 136 ausgeübt werden kann, um zu verhindern, dass die Kugeln in den Lagern 136 während des gesamten Betriebs rutschen, nicht durchführbar. Dementsprechend kann der an den Entlademagneten 106 angelegte Strom während des Betriebs des Rotors 104 eingestellt werden, um eine vorbestimmte Last auf den Lagern 136 in der oberen Lageranordnung 128 aufrechtzuerhalten. Zusätzlich kann das mit der unteren Lageranordnung 130 gekoppelte Zahnradantriebssystem 126 während des Betriebs des Rotors 104 so eingestellt werden, dass eine vorbestimmte Last auf den Lagern 136 in der unteren Lageranordnung 130 aufrechterhalten wird. In einigen Ausführungsbeispielen wird die vorbestimmte Kraft, die auf die Lager 136 der oberen und unteren Lageranordnung 128, 130 wirkt und von den Wägezellen 144, 174 gemessen wird, so gewählt, dass sie im Wesentlichen gleich ist. In anderen Ausführungsbeispielen kann auf die Lager der oberen und unteren Lageranordnungen 128, 130 eine unterschiedliche Kraft ausgeübt werden. Beispielsweise kann auf jedes der Lager 136 eine Last in einem Bereich zwischen etwa 45,3592 kg und etwa 226,796 kg oder etwa 136,078 kg ausgeübt und von den jeweiligen Wägezellen 144, 174 gemessen werden.

Eine Last kann auf das Lager 136 aufgebracht und von der Wägezelle 144 in der oberen Lageranordnung 128 gemessen werden, indem der Rotor 104 mit dem Entlademagneten 106 axial verschoben wird und eine oder mehrere Komponenten der oberen Zapfenanordnung 200a und der oberen Lageranordnung 128 zwischen dem Rotor 104 und der Platte 138 des äußeren Gehäuses 132 zusammengedrückt werden. Wenn der Rotor 104 angehoben wird, werden die Dichtungslauffläche 230, das Lager 136, das innere Gehäuse

134, die Druckplatte 140 und die Wägezelle 144 entsprechend mit der oberen

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-21Zapfenanordnung 200a, die mit dem Rotor 104 gekoppelt ist, angehoben. Wenn die Komponenten der oberen Lageranordnung 128 innerhalb des stationären äußeren Gehäuses 132 axial verschoben werden, wird die Wägezelle 144 zwischen der Druckplatte 140 und der Platte 138 zusammengedrückt. Wenn die Wägezelle 144 zusammengedrückt wird und eine Last von der Wägezelle 144 gemessen wird, kann eine Druckkraft auf und zwischen axial benachbarten Komponenten der oberen Lageranordnung 128 ausgeübt werden. Dementsprechend kann der Rotor 104 eine Druckkraft auf die Hülse 204 ausüben, die Hülse 204 kann eine Druckkraft auf die Dichtungslauffläche 230 ausüben, die Dichtungslauffläche 230 kann eine Druckkraft auf die Laufbahn des Lagers 136 ausüben, die Laufbahn des Lagers 136 kann eine Druckkraft auf das innere Gehäuse 134 ausüben, die Druckplatte 140 kann eine Druckkraft auf die Wägezelle 144 ausüben, und die Wägezelle 144 kann eine Druckkraft auf die Platte 138 ausüben. Jede der vorgenannten Druckkräfte kann in axialer Richtung parallel zur Mittelachse 112 ausgeübt werden.

Eine Last kann auf das Lager 136 aufgebracht und von der Wägezelle 174 in der unteren Lageranordnung 130 gemessen werden, indem die Druckplatte 178 des Zahnradantriebssystems 126 axial verschoben wird und eine oder mehrere Komponenten der unteren Zapfenanordnung 200a und der unteren Lageranordnung 130 zwischen dem Rotor 104 und der am Zahnradantriebssystem 126 befestigten Druckplatte 178 zusammengedrückt werden. In dem Zahnradantriebssystem 126 kann der Schrittmotor 180 das mittlere Ritzel 183 drehen, so dass die Zahnräder 181 gedreht werden. Die Drehung der Zahnräder 181 wird in eine axiale Bewegung der Wellen 187 umgewandelt, die mit den Zahnrädern 181 gekoppelt sind. Die axiale Bewegung der Wellen 187 hebt oder senkt die Druckplatte 178 entlang der Mittelachse 112. Wenn die Druckplatte 178 angehoben wird, werden die untere Zapfenanordnung 200b und eine oder mehrere Komponenten der unteren Lageranordnung 130 entsprechend angehoben. Wenn die Druckplatte 178 angehoben wird, werden die Wägezelle 174, die erste Dichtungsplatte 176, das innere Gehäuse 172, die Lager 136, die Dichtungslauffläche 230 und die Hülse 204 entsprechend angehoben und innerhalb des stationären äußeren Gehäuses 170 axial verschoben, so dass die Wägezelle 174 zwischen der Druckplatte 178 und der zweiten Dichtungsplatte 179 zusammengedrückt wird. Wenn die Wägezelle 174 zusammengedrückt wird und eine Last von der Wägezelle 174 gemessen wird, kann eine Druckkraft auf und zwischen axial benachbarten Komponenten der unteren Lageranordnung 130 ausgeübt werden. In solchen Ausführungsbeispielen kann die zweite

Dichtungsplatte 179 eine Druckkraft auf das innere Gehäuse 172 ausüben, das innere Gehäuse

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„22 172 kann eine Druckkraft auf die Laufbahn des Lagers 136 ausüben, die Laufbahn des Lagers 136 kann eine Druckkraft auf die Dichtungslauffläche 230 ausüben, die Dichtungslauffläche 230 kann eine Druckkraft auf die Hülse 204 ausüben, und die Hülse 204 kann eine Druckkraft auf den Rotor 104 ausüben. Jede der vorgenannten Druckkräfte kann in axialer Richtung parallel zur Mittelachse 112 ausgeübt werden.

In einigen Ausführungsbeispielen sind das Zahnradantriebssystem 126 und der Entlademagnet 106 mit mindestens einer Steuerung gekoppelt, die eine von den Wägezellen 144, 174 gemessene Last überwacht (z. B. misst) und auf der Grundlage der gemessenen Last den an den Entlademagneten 106 angelegten Strom und/oder die axiale Position der Druckplatte 178 so einstellen kann, dass eine vorbestimmte Last an die Wägezellen 144, 174 angelegt wird. In einigen Ausführungsbeispielen können das Zahnradantriebssystem 126 und der Entlademagnet 106 mit separaten Steuerungen gekoppelt sein. Das Zahnradantriebssystem 126 und der Entlademagnet 106 können separat einstellbar sein. Die Steuerung kann einen rückgekoppelten Regelkreis verwenden, wie z. B. einen proportional-integral-abgeleiteten (PID) Regelkreis. Die PID-Regelschleife berücksichtigt einen aktuellen Zustand des Schwungradsystems 100 (z. B. die aktuelle Last an den Wägezellen 144, 174) in Bezug auf einen gewünschten Sollwert oder die vorgegebene Last (proportional), die Akkumulation vergangener Fehler im Schwungradsystem 100 (integral) und eine Vorhersage zukünftiger Fehler des Schwungradsystems (derivativ), um einen an den Entlademagneten 106 angelegten Strom einzustellen oder beizubehalten und/oder eine Position der Druckplatte 178 einzustellen oder beizubehalten.

Weitere, nicht einschränkende Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung

sind im Folgenden aufgeführt:

Ausführungsbeispiel 1: Schwungradsystem, das folgendes aufweist: einen Schwungradrotor, der eine Rotorscheibe und eine Rotorwelle aufweist, wobei sich eine Längsachse des Schwungradrotors mittig durch die Rotorscheibe und die Rotorwelle erstreckt; eine Zapfenanordnung, die so ausgestaltet ist, dass sie die Drehung des Schwungradrotors erleichtert, wobei die Zapfenanordnung folgendes aufweist: eine Hülse mit einer Öffnung, die sich durch diese von einem ersten Ende zu einem gegenüberliegenden zweiten Ende erstreckt, wobei das zweite Ende der Hülse mit der Rotorwelle gekoppelt ist und eine Längsachse der Hülse sich durch diese von dem ersten

Ende zu dem zweiten Ende erstreckt; eine Stange, die zumindest teilweise in der Öffnung

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„23 der Hülse angeordnet ist, wobei sich ein erstes Ende der Stange axial über das erste Ende der Hülse hinaus erstreckt und ein zweites Ende der Stange mit der Rotorwelle gekoppelt ist, wobei sich eine Längsachse der Stange von dem ersten Ende zu dem zweiten Ende durch diese hindurch erstreckt, wobei die Längsachsen der Hülse und der Stange koaxial mit der Längsachse des Schwungradrotors sind; und ein Halteelement, das mit dem ersten Ende der Stange gekoppelt ist und sich axial über das erste Ende der Hülse hinaus erstreckt.

Ausführungsbeispiel 2: Das Schwungradsystem nach Ausführungsbeispiel 1, bei dem die Stange mit einer Kraft von 12.000 Ibf oder mehr gespannt ist.

Ausführungsbeispiel 3: Das Schwungradsystem nach Ausführungsbeispiel 2, bei dem die Zugkraft durch das Rückhalteelement in der Stange gehalten wird.

Ausführungsbeispiel 4: Das Schwungradsystem nach einem der Ausführungsbeispiele 1 bis 3, wobei die Stange einen länglichen Schaft am ersten Ende, einen Kopf am zweiten Ende und einen Flansch zwischen dem länglichen Schaft und dem Kopf aufweist.

Ausführungsbeispiel 5: Das Schwungradsystem nach Ausführungsbeispiel 4, bei dem die Rotorwelle eine darin ausgebildete Aussparung aufweist, die so bemessen und ausgestaltet ist, dass sie den Kopf der Stange durch mechanische Einwirkung darin festhält.

Ausführungsbeispiel 6: Das Schwungradsystem nach Ausführungsbeispiel 4, wobei die Hülse einen länglichen Schaft am ersten Ende und einen Kopf am zweiten Ende aufweist, und wobei ein Teil der Öffnung, die sich durch den Kopf der Hülse erstreckt, so bemessen und ausgestaltet ist, dass die Hülse durch mechanisches Zusammenwirken um die Rotorwelle gehalten wird.

Ausführungsbeispiel 7: Das Schwungradsystem nach einem der Ausführungsbeispiele 1-6, das ferner eine Lageranordnung aufweist, die die Zapfenanordnung umgibt, wobei die Lageranordnung Lager aufweist, die zwischen einem inneren Gehäuse und einem äußeren Gehäuse angeordnet sind.

Ausführungsbeispiel 8: Das Schwungradsystem nach Ausführungsbeispiel 7, bei dem sich ein ringförmiger Raum radial zwischen dem inneren Gehäuse und dem äußeren Gehäuse um die Lager herum erstreckt, wobei der ringförmige Raum so bemessen und ausgestaltet ist, dass er einen Quetschfilmdämpfer um die Lager herum bildet.

Ausführungsbeispiel 9: Das Schwungradsystem nach Ausführungsbeispiel 7 oder 8

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wobei das innere Gehäuse relativ zum äußeren Gehäuse axial verschiebbar ist.

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Ausführungsbeispiel 10: Das Schwungradsystem nach einem der Ausführungsbeispiele 7-9, bei dem das innere Gehäuse relativ zum äußeren Gehäuse drehfest ist.

Ausführungsbeispiel 11: Verfahren zur Verwendung eines Schwungradsystems, das folgendes aufweist: Drehen eines Schwungradrotors, der zwischen einer oberen Zapfenanordnung und einer unteren Zapfenanordnung angeordnet ist, wobei sowohl die obere Zapfenanordnung als auch die untere Zapfenanordnung mit dem Schwungradrotor gekoppelt ist und folgendes aufweist: eine Hülse mit einer Öffnung, die sich durch sie hindurch von einem ersten Ende zu einem gegenüberliegenden zweiten Ende erstreckt; eine Stange, die in der Öffnung der Hülse so angeordnet ist, dass sich ein Abschnitt der Stange axial über das erste Ende der Hülse hinaus erstreckt; und ein Halteelement, das mit dem Abschnitt der Stange gekoppelt ist, der sich axial über das erste Ende der Hülse hinaus erstreckt; und Anheben des Schwungradrotors axial in Richtung auf eine obere Lageranordnung und weg von einer unteren Lageranordnung, um eine axiale Druckkraft auf ein Lager auszuüben, das in der oberen Lageranordnung angeordnet ist, wobei die obere Lageranordnung um die obere Zapfenanordnung herum angeordnet ist.

Ausführungsbeispiel 12: Das Verfahren nach Ausführungsbeispiel 11, wobei die obere Lageranordnung folgendes aufweist: ein inneres Gehäuse; eine erste Platte, die auf einer oberen Fläche des inneren Gehäuses angeordnet ist; ein äußeres Gehäuse, das das innere Gehäuse umgibt; eine zweite Platte, die auf einer oberen Fläche des äußeren Gehäuses angeordnet ist; und eine Wägezelle, die zwischen der ersten Platte und der zweiten Platte angeordnet ist.

Ausführungsbeispiel 13: Das Verfahren nach Ausführungsbeispiel 12, bei dem das axiale Anheben des Schwungradrotors in Richtung der oberen Lageranordnung eine axiale Verschiebung des inneren Gehäuses innerhalb des äußeren Gehäuses aufweist, so dass die Wägezelle zwischen der ersten Platte und der zweiten Platte zusammengedrückt wird.

Ausführungsbeispiel 14: Das Verfahren nach Ausführungsbeispiel 12 oder Ausführungsbeispiel 13, das ferner aufweist, dass ein Fluid in die obere Lageranordnung durch eine Vielzahl von Öffnungen, die in dem inneren Gehäuse und/oder dem äußeren Gehäuse ausgebildet sind, in einen von dem Lager eingenommenen Bereich strömt.

Ausführungsbeispiel 15: Das Verfahren nach Ausführungsbeispiel 14, bei dem der von dem Lager eingenommene Bereich einen ringförmigen Raum aufweist, der sich

zwischen dem inneren Gehäuse und dem äußeren Gehäuse befindet.

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Ausführungsbeispiel 16: Das Verfahren nach Ausführungsbeispiel 15 weist ferner die Bildung eines Quetschfilmdämpfers in dem vom Lager eingenommenen Bereich unter Verwendung des strömenden Fluids auf.

Ausführungsbeispiel 17: Verfahren zur Herstellung eines Schwungradsystems, das folgendes aufweist: Verbinden eines ersten Endes einer Stange mit einer Schwungradrotorwelle, wobei die Stange ein erstes Ende und ein gegenüberliegendes zweites Ende aufweist, wobei das erste Ende der Stange mit der Schwungradrotorwelle verbunden ist; Anordnen einer Hülse um die Stange und Koppeln der Hülse mit der Schwungradrotorwelle, wobei die Hülse ein erstes Ende und ein gegenüberliegendes zweites Ende aufweist, wobei das erste Ende der Hülse mit der Schwungradrotorwelle gekoppelt ist und ein gegenüberliegendes zweites Ende der Stange sich axial über das zweite Ende der Hülse hinaus erstreckt; Ziehen des zweiten Endes der Stange, um die Stange zu spannen; und Koppeln eines Halteelements mit dem zweiten Ende der Stange, um die Spannung in der Stange aufrechtzuerhalten.

Ausführungsbeispiel 18: Das Verfahren nach Ausführungsbeispiel 17 weist ferner auf, dass eine Druckkraft auf die Hülse ausgeübt wird, während am zweiten Ende der Stange gezogen wird.

Ausführungsbeispiel 19: Das Verfahren nach Ausführungsbeispiel 17 oder 18, bei dem das Koppeln des ersten Endes der Stange mit der Schwungradrotorwelle das Anordnen des ersten Endes der Stange in einer in der Schwungradrotorwelle ausgebildeten Aussparung aufweist, wobei das erste Ende der Stange mit der Schwungradrotorwelle durch mechanisches Zusammenwirken gekoppelt ist.

Ausführungsbeispiel 20: Das Verfahren nach einem der Ausführungsbeispiele 1719, wobei das Verbinden des ersten Endes der Hülse mit der Schwungradrotorwelle das Anordnen eines Teils der Hülse in Umfangsrichtung um die Schwungradrotorwelle aufweist, wobei das erste Ende der Hülse mit der Schwungradrotorwelle durch mechanisches Zusammenwirken verbunden ist.

Obwohl die vorliegende Erfindung hier in Bezug auf bestimmte Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, wird der Fachmann erkennen und würdigen, dass sie nicht in dieser Weise eingeschränkt ist. Vielmehr können viele Ergänzungen, Streichungen und Änderungen an den dargestellten Ausführungsbeispielen vorgenommen werden, ohne dass der Umfang der Erfindung, wie er im Folgenden beansprucht wird, einschließlich der zugelassenen

Äquivalente, verlassen wird. Darüber hinaus können Merkmale eines Ausführungsbeispiels

Rahmen des von den Erfindern vorgesehenen Erfindungsumfangs sprengt.

Claims (1)

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„27 ANSPRÜCHE

1. Schwungradsystem, das folgendes aufweist: einen Schwungradrotor, der eine Rotorscheibe und eine Rotorwelle aufweist, wobei eine Längsachse des Schwungradrotors mittig durch die Rotorscheibe und die Rotorwelle verläuft; eine Zapfenanordnung, die so ausgestaltet ist, dass sie die Drehung des Schwungradrotors erleichtert, wobei die Zapfenanordnung folgendes aufweist: eine Hülse mit einer Öffnung, die sich von einem ersten Ende zu einem gegenüberliegenden zweiten Ende erstreckt, wobei das zweite Ende der Hülse mit der Rotorwelle verbunden ist und eine Längsachse der Hülse sich vom ersten Ende zum zweiten Ende erstreckt; eine Stange, die zumindest teilweise in der Öffnung der Hülse angeordnet ist, wobei sich ein erstes Ende der Stange axial über das erste Ende der Hülse hinaus erstreckt und ein zweites Ende der Stange mit der Rotorwelle gekoppelt ist, wobei sich eine Längsachse der Stange von dem ersten Ende zu dem zweiten Ende durch diese hindurch erstreckt, wobei die Längsachsen der Hülse und der Stange koaxial mit der Längsachse des Schwungradrotors sind; und ein mit dem ersten Ende der Stange verbundenes Rückhalteelement, das sich axial

über das erste Ende der Hülse hinaus erstreckt.

2. Schwungradsystem nach Anspruch 1, wobei die Stange mit einer Kraft von

12.000 Ibf oder mehr gespannt ist.

3. Schwungradsystem nach Anspruch 2, wobei die Vorspannkraft durch das

Rückhalteelement in der Stange gehalten wird. 4. Schwungradsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Stange

einen länglichen Schaft am ersten Ende, einen Kopf am zweiten Ende und einen Flansch

zwischen dem länglichen Schaft und dem Kopf aufweist.

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-285. Schwungradsystem nach Anspruch 4, wobei die Rotorwelle eine darin ausgebildete Aussparung aufweist, die so bemessen und ausgestaltet ist, dass der Kopf der

Stange durch mechanisches Zusammenwirken darin festgehalten wird.

6. Schwungradsystem nach Anspruch 4, wobei die Hülse einen länglichen Schaft am ersten Ende und einen Kopf am zweiten Ende aufweist, und wobei ein Teil der Öffnung, die sich durch den Kopf der Hülse erstreckt, so bemessen und ausgestaltet ist,

dass die Hülse durch mechanisches Zusammenwirken um die Rotorwelle gehalten wird.

7. Schwungradsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, das ferner eine Lageranordnung aufweist, die die Zapfenanordnung umgibt, wobei die Lageranordnung Lager aufweist, die zwischen einem inneren Gehäuse und einem äußeren Gehäuse

angeordnet sind.

8. Schwungradsystem nach Anspruch 7, wobei sich ein ringförmiger Raum radial zwischen dem inneren Gehäuse und dem äußeren Gehäuse um die Lager herum erstreckt, wobei der ringförmige Raum so bemessen und ausgestaltet ist, dass er einen

Quetschfilmdämpfer um die Lager herum bildet.

9. Schwungradsystem nach Anspruch 7, wobei das innere Gehäuse relativ zum

äußeren Gehäuse axial verschiebbar ist.

10. Schwungradsystem nach Anspruch 7, wobei das innere Gehäuse relativ zum

äußeren Gehäuse drehfest ist.

11. Ein Verfahren zur Verwendung eines Schwungradsystems, das folgendes aufweist:

Drehen eines Schwungradrotors, der zwischen einer oberen Zapfenanordnung und einer unteren Zapfenanordnung angeordnet ist, wobei sowohl die obere Zapfenanordnung als auch die untere Zapfenanordnung mit dem Schwungradrotor gekoppelt ist und folgendes aufweist: eine Hülse mit einer Öffnung, die sich von einem ersten Ende zu einem

gegenüberliegenden zweiten Ende erstreckt;

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„29 eine Stange, die in der Öffnung der Hülse so angeordnet ist, dass sich ein Teil der Stange axial über das erste Ende der Hülse hinaus erstreckt; und ein Rückhalteelement, das mit dem Teil der Stange verbunden ist, der sich axial über das erste Ende der Hülse hinaus erstreckt; und Anheben des Schwungradrotors axial in Richtung einer oberen Lageranordnung und weg von einer unteren Lageranordnung, um eine axiale Druckkraft auf ein in der oberen Lageranordnung angeordnetes Lager auszuüben, wobei die obere Lageranordnung

um die obere Zapfenanordnung herum angeordnet ist.

12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei die obere Lageranordnung folgendes aufweist:

ein inneres Gehäuse;

eine erste Platte, die auf einer oberen Fläche des inneren Gehäuses angeordnet ist;

ein äußeres Gehäuse, das das innere Gehäuse umgibt;

eine zweite Platte, die auf der Oberseite des äußeren Gehäuses angeordnet ist; und

eine Wägezelle, die zwischen der ersten Platte und der zweiten Platte angeordnet ist.

13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei das axiale Anheben des Schwungradrotors in Richtung der oberen Lageranordnung eine axiale Verschiebung des inneren Gehäuses innerhalb des äußeren Gehäuses aufweist, so dass die Wägezelle

zwischen der ersten Platte und der zweiten Platte zusammengedrückt wird.

14. Verfahren nach Anspruch 12 oder Anspruch 13, das ferner aufweist, dass ein Fluid in die obere Lageranordnung durch eine Vielzahl von Öffnungen, die in dem inneren Gehäuse und/oder dem äußeren Gehäuse ausgebildet sind, in einen von dem Lager

eingenommenen Bereich fließt. 15. Verfahren nach Anspruch 14, wobei der von dem Lager eingenommene

Bereich einen ringförmigen Raum aufweist, der sich zwischen dem inneren Gehäuse und

dem äußeren Gehäuse befindet.