CH688582A5 - Verfahren und Einrichtung zur Speicherung kinetischer Energie in einer Schwungmasse. - Google Patents

Description

  
 



  Die bekannten Gyro- und anderen Schwungantriebe besitzen ein konstantes Massenträgheitsmoment. Dies wirkt sich insofern ungünstig aus, als sowohl beim Anfahren wie auch beim Erhöhen von durch Leistungsabgabe reduzierten Drehzahlen ein relativ hohes, vom Trägheitsmoment des Schwungrades abhängiges Antriebsmoment erforderlich ist. 



  Das Ziel der Erfindung besteht darin, diese durch konstantes Trägheitsmoment der Schwungmasse bedingten Nachteile zu beheben. Dies wird erfindungsgemäss durch das Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 und durch die Einrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 3 erreicht. 



  Im Ruhezustand und vorzugsweise auch bei kleineren Drehzahlen verharren die beweglichen Masseteile zunächst in Zentrumsnähe. Da das Trägheitsmoment noch klein ist, genügt ein kleineres Antriebsmoment. Mit zunehmender Drehzahl und zunehmender Zentrifugalkraft werden die beweglichen Masseteile nach aussen bewegt, sodass sich nun ein maximales Trägheitsmoment mit entsprechend erhöhter Energiespeicherungs-Kapazität der Schwungmasse einstellt. Bei Belastung verringert sich anderseits die Auslenkung der Masseteile mit reduzierter Drehzahl, sodass sich auch das Trägheitsmoment reduziert, weshalb wiederum zur Erhöhung der Drehzahl ein geringeres Antriebsmoment ausreicht, als bei konstantem maximalem Trägheitsmoment von Nöten wäre. 



  Das erfindungsgemässe Verfahren wird unter Bezugnahme auf das in der Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Einrichtung in folgendem beispielsweise erläutert und zwar zeigt: 
 
   Fig. 1 Schwungrad im Querschnitt und Grundriss im Stillstand, Masseteile sind ins Zentrum gerichtet. 
   Fig. 2 Schwungrad im Querschnitt und Grundriss in Drehbewegung, Masseteile vergrössern den Trägheitsdurchmesser infolge Zentrifugalkraft, durch Ausschwenken. 
 



  Die Masseteile 1 werden durch Federdruck und Eigengewicht der mitlaufenden Schwungscheibe über die Hubstangen im Stillstand und bei kleiner Drehzahl im Zentrum gehalten, dadurch ist der kleine Trägheitsdurchmesser gegeben. Wird nun das in Fig. 1 dargestellte Schwungrad in Drehbewegung gebracht, so werden die Massteteile 1 infolge der Zentrifugalkraft nach aussen gezogen wie dies   Fig. 2 zeigt. Durch das Ausschwenken der Masseteile 1 wird der Trägheitsdurchmesser vergrössert und der Radumfang der Masseteile erstellt, was gleichzeitig eine Vergrösserung des Trägheitsmo-mentes bewirkt. Die gesamte Schwungmasse wird mit zwei Lagern 7 montiert, wobei das untere zusätzlich mit einem Axiallager versehen ist. 



  Die markantesten Unterschiede zwischen dem herkömmlichen bekannten Schwungrad sind; das herkömmliche Schwungrad hat eine starre Schwungmasse und einen gleichbleibenden Trägheitsdurchmesser; dem gegenüber besitzt das erfindungsgemässe beschriebene Schwungrad eine variable Schwungmasse und ein in sich selbstveränderlichen  Kreisbahndurchmesser. Dies hat den Vorteil, dass das Trägheitsmoment vergrössert respektiv verkleinert werden kann, so dass bei Drehzahlabfall durch Belastung die Drehzahl mittels einer kleineren Antriebskraft wieder hergestellt werden kann, indem der Kreisbahndurchmesser verkleinert und bei Erreichen der optimalen Drehzahl sich der Kreisbahndurchmesser wieder bis auf das Maximum erweitert. 



  Bei Gebrauch der beschriebenen Einrichtung erzielt man folgende Vorteile: 



  Mit einer kleinen Antriebskraft (Elektromotor oder andere Antriebsquelle) kann über die Achse eine vorerst kleine Schwungmasse mit kleinem Radumfang Fig. 1 in Drehbwegung gebracht werden, wobei nur ein kleines Trägheitsmoment auftritt. Sobald durch die Drehbewegung die Masseteile 1 infolge der Zentrifugalkraft ausgefahren sind, hat sich auch der Trägheitsdurchmesser vergrössert und der Radumfang Fig. 2 ist erstellt, wobei sich gleichzeitig auch das Trägheitsmoment vergrössert hat. Solange die Schwungmasse sich im Solldrehzahlbereich hält, kann die Antriebskraft klein gehalten werden. Bei Drehzahlabfall verkleinert sich der Trägheitsdurchmesser automatisch und der Antrieb bringt die verkleinerte Schwungmasse wieder auf die Solldrehzahl, ohne dass ein Unterbruch oder Stillstand eintritt.

   Diese Trägheitsdurchmesservariabilität bringt naturgemäss recht beträchtliche Zentrifugalkraft, welche sich in kinetischer Energie in der Schwungmasse speichert. 



  Mit der beschriebenen Einrichtung kann infolge Energiespeicherung eine verlängerte Energie-Abnahme erzielt werden. Diese verlängerte Energie-Abnahme wirkt sich  besonders günstig bei einer elektrischen Antriebskraft aus, insbesondere, wenn der Antriebsmotor durch eine Batterie oder einem Solargenerator gespiesen wird. 



  Durch den variablen Trägheitsdurchmesser wird sowohl das Trägheitsmoment als auch die Zentrifugalkraft recht erheblich verändert. 



  Die Erhöhung der Speicherung von kinetischer Energie bringt einen besseren Wirkungsgrad als üblich bei und zwar insofern, dass durch die Speicherung von kinetischer Energie eine längere Nutzungsdauer der Antriebskraft möglich wird. 

Claims (6)

1. Verfahren zur Speicherung kinetischer Energie in einer Schwungmasse, dadurch gekennzeichnet, dass durch Abstandsveränderung von beweglichen Masseteilen (1) der Schwungmasse von einer Drehachse (2) der Trägheitsradius und damit das Massenträgheitsmoment der gesamten Schwungmasse während der Rotation kontinuierlich verändert wird.

2. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Antriebsquelle für die Rotation der Schwungmasse ein DC Elektromotor verwendet wird, insbesondere gespiesen von einer Batterie oder einem Solargenerator.

3. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Patentanspruch 1, gekennzeichnet durch eine bewegliche Masseteile umfassende Schwungmasse, wobei die beweglichen Masseteile (1) der kontinuierlichen Veränderung des Massenträgheitsmomentes der gesamten Schwungmasse zwischen zwei Extremwerten dienen.

4.

Einrichtung nach Patentanspruch 3, gekennzeichnet durch ein Tellerfederpaket (6), das eine axialverstellbare mitlaufende Schwungscheibe (5) nach unten drückt und dazu dient, bei Stillstand und bei gegenüber einer Solldrehzahl kleineren Drehzahlen die beweglichen Masseteile (1) gegen die Drehachse (2) hin zu halten.

5. Einrichtung nach Patentanspruch 3, gekennzeichnet durch ein horizontal angeordnetes Schwungrad.

6. Einrichtung nach Patentanspruch 3, gekennzeichnet durch ein Schwungrad, bestehend aus einem oberen Schwungmassehaltekreuz (3), acht ausschwenkbaren Schwungmassehaltearmen mit vier Masseteilen (1) der Schwungmasse sowie acht Hubstangen (4), verbunden mit einer axialverstellbaren mitlaufenden Schwungscheibe (S) und mit einem Tellerfederpaket (6), das um die Drehachse (2) angelegt ist.