DE2552476A1

DE2552476A1 - Schwungrad mit mehreren kraenzen

Info

Publication number: DE2552476A1
Application number: DE19752552476
Authority: DE
Inventors: Johan A Friedericy; Dennis A Towgood
Original assignee: Garrett Corp
Current assignee: Garrett Corp
Priority date: 1974-11-29
Filing date: 1975-11-22
Publication date: 1976-08-12
Also published as: JPS5952307B2; FR2292898A1; JPS5177780A; GB1534395A; GB1534394A; JPS528265A; CA1047803A; DE2552476C2; GB1534393A; FR2292898B1; US4036080A

Description

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	Dipl.-lng. H. Graf
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The Garrett Corporation, 9851-9951 Sepulveda Blvd., Los Angeles

Schwungrad mit mehreren Kränzen Zusammenfassung:

Eine Vielzahl von ineinandergeschachtelten Kränzen ist auf Speichen eines Schwungradnabenbauteiles so befestigt, daß die Kranzanordnung eine nichtkreisförmige Gestalt besitzt, während das Schwungrad stillsteht. Eine Ausdehnung der Kranzanordnung und des Nabenbauteüßs während hoher Betriebsdrehzahlen des Schwungrades bewirkt, daß die Kranzanordnung eine kreisförmige Gestalt annimmt, wobei jeder Kranz in Reibeigriff mit den benachbarten Kränzen steht, während der innere Kranz durch die Speichen mit Heibschluß beaufschlagt wird.

Die Erfindung bezieht sich auf Schwungräder und insbesondere auf eine neuartige Schwungradkonstruktion, bei der eine aus mehreren Abschnitten bestehende Kranzanordnung eine kreisförmige Gestalt während des Laufes bei einer vorbestimmten Betriebsdrehzahl annimmt, ohne daß Spannbänder oder andere Einspannmittel, die bei bekannten Anordnungen verwendet werden, erforderlich sind.

Die Entwicklung städtischer Transportsysteme ist immer mehr darauf ausgerichtet worden, eine maximale Anzahl von Personen mit

Konto: Bayerische Vereinsbank (BLZ 750 20073) 5804248 Postscheckkonto München 893 69 - 801

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Gerichtsstand Regensburg

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einem minimalen Energieaufwand zu transportieren. Zusätzlich war es erwünscht» die Verschmutzung der Umwelt durch, die Fahrzeuge so gering wie möglich zu halten. Es sind deshalb neue Fahrzeugantriebssysteme erforscht worden. Eine derartige Vorrichtung ist das Schwungrad.

Ein Schwungrad kann als Primärenergiequelle für ein Fahrzeug oder als Hilfsenergiequelle zur Bereitstellung zusätzlicher Energie für die Beschleunigung verwendet werden. Energie wird im Schwungrad dadurch gespeichert, daß das Schwungrad mit hoher Drehzahl (häufig über 600 m/sec) um eine Nabe rotiert. Durch Befestigung des Schwungrades auf Lagern mit geringer Reibung und in einer evakuierten Kammer können die üinergieverluete erheblich herabgesetzt werden. Die Rotation des Schwungrades treibt einen Generator an, der elektrische Energie einspeist, um einen Motor zum Antrieb des Fahrzeuges zu betreiben. Während des Brems ens funktioniert die Motor- und Generatorschaltung so, daß Energie, die normalerweise in Form vcn Wärme während des Bremsvorganges verloren genen würde, dem Schwungrad wieder zugeführt und zur späteren Verwendung gespeichert wird. Das Schwungrad stellt somit; eine außerordentlich wirksame und einfache Torrichtung zur Speicherung von Energie in !fahrzeugen oder entsprechenden Vorrichtungen dar. ·

Die Konstruktion eines derartigen Schwungrades bringt jedoch erhebliche Schwierigkeiten mit sich. Beispielsweise sind bekannte Schwungräder so aufgebaut, daß sie einen kreisförmigen metallischen Kranz oder dgl. aufweisen, der über dünne Speichen mit; einer Nabe verbunden ist. Die Menge an in einem solchen Schwungrad gespeicherter Energie ist proportional der Masse des Kranzes und dem Quadrat der Drehzahl. Nimmt man ein massives Schwungrad und dreht das Bad mit zunehmenden Drehzahlen, kann beliebig viel Energie im Schwungrad gespeichert werden. Mit zunehmender Masse und zunehmender Drehzahl nimmt auch die Hingbeanspruchung, die sich aus der Zentrifugalkraft ergibt, zu, übersteigt letzlich. die Zugfestigkeit des Materiales und bewirkt, daß das Schwungrad auseinanderfliegt. Dieses Problem ist bei massiven Schwungrädern

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noch in stärkerem Maße vorhanden. Bas Material für ein Schwungrad muß somit eine sehr hohe Festigkeit sowohl in tangentialer als in radialer Eichtung besitzen.

Während schwerere Materialien als für eine Schwungradkonstruktion geeigneter erscheinen, wurde festgestellt, daß eine Verringerung der Masse gestattet, das Schwungrad bei wesentlich höheren Drehzahlen bei gleicher Materialfestigkeit zu betreiben. Da die gespeicherte Energie proportional der ersten Potenz der Masse und der zweiten Potenz der Winkelgeschwindigkeit ist, ermöglicht die Verwendung leichterer Materialien vergleichbarer Festigkeit, daß Schwungräder größere Energiemengen speichern. Bei der Auswahl vonM-aterialien für ein Schwungrad ist somit eine Hauptforderung ein hohe* Verhältnis von Festigkeit zu Dichte.

Es haben sich ausgezeichnete Ergebnisse dadurch erzielen lassen, daß der Kranz aus einem Fasermaterial hergestellt wurde, das in einer Richtung in eine Matrix gewickelt wurde. Ein Beispiel für eine derartige Konstruktion ist Fiberglas, das in einen entsprechenden Epoxydharz gewickelt wurde. Versuche mit Schwungrädern aus derartigen Materialien haben gezeigt, daß die Hingfestigkeit, die durch die gewickelten Fäden erzielt wurde, die tangentialen Beanspruchungen, diedem Schwungrad aufgegeben wurden, leicht überstiegen. Die radialen Beanspruchungen waren jedoch größer als die Festigkeit der Matrix, so daß das Schwungrad aufblätterte, d.h. in konzentrische Binge aufbrach.

Man war deshalb der Auffassung, daß eine bessere Sohwungradkonstruktion eine solche Konstruktion wäre, die eine Vielzahl von ineinandergeschachtelten konzentrischen kreisförmigen Zylindern aufwies, von denen jeder aus einem gewickelten Fasermaterial in einer Matrix bestand. Die Dicke eines jeden Kranzteiles eines solchen Schwungrades ist begrenzt, so daß die

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radiale Beanspruchung an dem !Teil etwa gleichförmig verläuft, d.h. die Änderung von der inneren Oberfläche zur äußeren Oberfläche ist nicht so groß, daß ein Abblättern des Zylinders auftritt .

Während diese Konstruktion bisher als ideal angesehen wurde, war man nicht in der Lage, ein betriebefähiges Schwungrad mit einem Hehrfachkranz zu bauen. Da Schwungräder mit hohen Drehgeschwindigkeiten rotieren müssen, was insbesondere auf Schwungräder zutrifft, die aus einem Material geringer Dichte bestehen, ist die auf das Schwungrad einwirkende Zentrifugalkraft erheblich und nimmt gegen die äußere Oberfläche des Schwungrades wesentlich zu. Dies ergibt eine sehr hohe radiale Zunahme, wenn das Schwungrad sich der Betriebsgeschwindigkeit nähert. Die Kranzabschnitte tendieren somit dazu, sich voneinander und von der Nabe zu lösen und dies führt zur Zerstörung des Schwungrades.

Bisherige Versuche zur Lösung dieses Problemes gingen von der Verwendung von Spannbändern oder anderen Einspannungen aus, um die Schwungrad-Kranzabschnitte zusammenzuhalten und die Kranzanordnung an der Nabe zu halten. Hit keiner dieser Methoden war es bisher möglich, ein Schwungrad herzustellen, das mit praktischen Energiedichtewerten betrieben werden kann.

Gemäß vorliegender Erfindung wird ein Schwungrad vorgeschlagen, das die Verwendung einer Mehrfachkranzanordnung ermöglicht, die bauliche Integrität des Schwungrades von Null bis zu einer maximalen Betriebsgeschwindigkeit aufrechterhält und gewährleistet, daß das Schwungrad bei Betriebsgeschwindigkeit eine einwandfreie dynamisch abgeglichene Konfiguration besitzt.

Das Schwungrad nach vorliegender Erfindung weist eine Mehrsegment-Kranzanordnung auf, die auf einer üabe mit einer vorbestimmten Anzahl von Speichen befestigt ist. Der Radius der

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Innenfläche der Kranz anordnung ist in Ruhestellung kleiner als der Badius der Speichen, auf der sie befestigt werden soll, so daß die Kranz anordnung auf den Speichen in nichtkreisförmiger Konfiguration "befestigt ist. Wenn das Schwungrad bei der Geschwindigkeit, für die es ausgelegt ist, betrieben werden soll, wirkt eine Zentrifugalkraft auf die Komponenten des Schwungrades ein und bewirkt, daß die Kranzanordnung eine kreisförmige Gestalt in einwandfreiem dynamischem Abgleicn ergibt, wobei jedes Segment der Kranz anordnung mit benachbarten Segmenten und dem inneren Segment der Kranz anordnung in Eingriff steht, das mit den Speichen verbunden ist oder in Reibeingriff mit den Speichen steht.

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Nachstehend wird, die Erfindung in Verbindung mit der
Zeichnung anhand von Ausführungsbeispielen erläutert.
Es zeigen:

Ig. 1 eine Endansicht eines Schwungrades gemäß der Erfindung in Ruhestellung,

Fig. 2 eine perspektivische Darstellung eines Armsternes zur Verwendung im Schwungrad nach Fig. 1,

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht einer Kranzanordnung zur Verwendung im Schwungrad nach Fig. 1,

Fig. 4 eine Querschnittsansicht längs der Linie 4--Λ der
Fig. 1,

Fig. 5 eine Endansicht ähnlich der nach Fig. 1 eines mit Betriebsdrehzahl umlaufenden Schwungrades,

Fig. 6 eine Endansicht einer abgeänderten Ausführungsform des Schwungrades nach der Erfindung,

Fig. 7 eine Endansicht einer anderen Ausführungsform der

Erfindung,.

Fig. 8 eine Teilschnittansicht einer weiteren Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 9 eine Schnittansicht längs der Linie 9-9 der Fig. 8,

Fig. IO eine Teilschnittansicht ähnlich der nach Fig. 8 einer abgeänderten Ausführungsform eines Schwungrades,

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Fig. 11 und 12 Querschnittsansichten anderer Ausführungsformen gemäß der Erfindung und

Fig. 13 eine Teilschnittansicht einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 1 zeigt ein Schwungrad 10 gemäß der Erfindung mit einer Naben- und Speichenanordnung 12 bzw. einem Armstern 12 und einer Kranzanordnung 14.

Der Armstern 12 ist am besten den Fig. 1, 2 und 4- zu entnehmen und weist einen zentrischen oder Nabenteil 16 auf, von welchem eine Vielzahl von Speichen 18 ausgehen. Die Speichen haben eine beliebige Gestalt, vorzugsweise jedoch eine solche Formgebung, daß die Zentrifugalbeanspruchung in den Speichen möglichst gering ist. Dies ermöglicht die Verwendung leichter Materialien, z.B. Aluminium, bei der Herstellung des Armkreuzes. Ein äußerer Teil 20 einer jeden Speiche 18 kann soweit vergrößert werden, daß die Befestigung der Kranzanordnung 14- in einer nachbeschriebenen Weise möglich ist. Eine Welle 22 kann mit dem Armstern 12 befestigt oder einteilig mit ihm ausgebildet sein, damit die Befestigung des Schwungrades auf (nicht dargestellten) Lagern geringer Reibung im Betrieb möglich ist.

Die Kranzanordnung 14 ist in den Fig. 1, 3 und 4 gezeigt und weist vorzugsweise eine Vielzahl von ineinandergeschachtelten, rohrförmigen Kranzbauteilen 24 mit einem inneren Kranz 24a und einem äußeren Kranz 24b auf. Bei der bevorzugten Ausführungsform ist die Kranzanordnung in der Weise aufgebaut, daß jeder Kranz aus Fasermaterial auf eine geeignete Form in einem entsprechen Matrixmaterial aufgebracht bzw. aufgezogen wird. Ist der innere Kranz 24a aufgezogen, wird er getrocknet und gehärtet. Der zweite Kranz 24 wird dann über den inneren Kranz 24a aufgebracht und die Kombination getrocknet und gehärtet. Dieser Vorgang wird wiederholt, bis der äußere Kranz 24b auf-

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gebracht ist. Die Herstellung der Kranzanordnung 14 wird dann durch abschließendes Trocknen und Härten der gesamten Anordnung abgeschlossen. Es kann erforderlich sein, eine weitere Materialschicht, z.B. einen Kunststoffilm aus "Mylar" zwischen die Kränze.einzusetzen, um ein Haften an den Eingriff sflachen benachbarter Kränze zu verhindern. Die Eandanordnung kann zylindrisch aufgebaut sein. Wie nachstehend jedoch ausgeführt wird, können im Rahmen vorliegender Erfindung auch andere Konfigurationen gewählt werden.

Gemäß der Erfindung ist die Kranzanordnung 14 so aufgebaut, daß der innere Radius des inneren Kranzes 24a kleiner ist als der Radius der Speichen 18 des Armsternes 12, wenn das Schwungrad 10 stillsteht. Die Kranzanordnung 14- kann nicht einfach auf dem Armstern 12 befestigt werden. Um eine Befestigung zu erreichen, muß die Kranzanordnung 14, die zylindrisch ausgebildet ist, in eine nicht-lcreisformige Gestalt verzerrt werden, wie sie in Fig. 1 gezeigt ist, so daß der innere Radius des inneren Kranzes 24a etwa gleich dem Radius der Speichen 18 an einer Vielzahl von Stellen 26 ist, wobei die Anzahl von Stellen 26 mit der Anzahl von Speichen 18 des Armsternes 12 übereinstimmt.

Es kann erwünscht sein, die Kranzanordnung 14 etwa in der in Fig. 1 dargestellten Gestalt zu formen, um einen großen Teil der oder die gesamte Deformation zu vermeiden, die erforderlich ist, um eine zylindrisch geformte Kranζanordnung auf den Armstern 12 aufzuziehen.

Wenn nach Fig. 5 cLas Schwungrad 10 durch Drehen mit der Betriebsdrehzahl, die über-600 m/sec betragen kann, in Betrieb ist, bewirkt die Zentrifugalkraft, daß das gesamte Schwungrad in radialer Richtung expandiert und bewirkt, daß die Kranz-

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anordnung 14 in Umfangsrichtung expandiert. Aufgrund dieser Expansion nimmt die äußere Oberfläche des Kranzes 24b eine Gestalt an, die etwa kreisförmigen Querschnitt besitzt, wodurch das Schwungrad 10 eine außerordentlich stabile Konfiguration während des Laufes erhält. Der übrige Teil der Randbauteile 24, der einer geringeren Zentrifugalkraft ausgesetzt ist, behält jedoch eine geringfügig nicht kreisförmige Konfiguration bei. Es wird somit ein erheblicher Eeibeingriff zwischen benachbarten Kränzen und zwischen dem inneren Kranz 24a sowie den äußeren Teilen 20 der Speichen 18 aufrechterhalten. Die Integrität des Schwungrades 10 wird somit ohne Verwendung von Spanngurten oder anderen speziell hierfür vorgesehenen Halterungen beibehalten, und zwar auch bei hohen Drehgeschwindigkeiten, die erforderlich sind, damit ein Schwungrad eine effektive Energiespeichervorrichtung bilden kann.

Wenn das Schwungrad 10 bis zum Stillstand verzögert wird, kehrt die Randanordnung 14 in die in Fig. 1 gezeigte Konfiguration zurück. Wird das Schwungrad mit einer Drehzahl betrieben, die kleiner ist als die Betriebsdrehzahl, liegt die angenommene Gestalt der Kranzanordnung 14 zwischen den in den Figuren 1 und 5 dargestellten Konfigurationen.

Bei der Herstellung eines Schwungrades gemäß vorliegender Erfindung hängen die Dimensionen der verschiedenen Komponenten von einer Reihe von Veränderlichen ab, einschließlich der Materialien, aus denen der Armstern 12 und die KranζanOrdnung 14 aufgebaut sind, von der zu speichernden Energiemenge, der gewünschten Drehgeschwindigkeit und der Gewichtsverteilung des Schwungrades.

Zum besseren Verständnis der Erfindung wird nachstehend eine praktische Ausführungsform eines Schwungrades nach vorliegender Erfindung erläutert, im Rahmen der Erfindung können öecloch wesentliche Abweichungen in den angegebenen Parametern vorge-

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nommen werden.

Das Schwungrad 10 nach, den Figuren 1-5 kann vollständig aus leichten Materialien aufgebaut sein. Wenn die Speichen 18 so ausgestaltet sind, daß die Zentrifugalbeanspruchungen auf ein Minimum herabgesetzt werden, wie nach der Form nach Fig. 1, kann der Armstern 12 aus Aluminium hergestellt sein. Die Kränze 24 der Kranz anordnung 14 sind aus Fäden aus Glasfaser der Art, die «als Ε-Glas in einer Epoxydmatrix bekannt sind. Jeder Kranz ist etwa 0,625 cm dick und besitzt eine Dichte von 0,000192 lb-sec / in . Die Kranzanordnung 14 besteht aus vier Kränzen 24 und besitzt einen Außendurchmesser von etwa 64cm und einen Innendurchmesser von etwa 59 cm.

Die Drehzahl dieses Schwungrades ist so gewählt, daß die tangentiale Beanspruchung aufgrund der Drehung auf 100.000 psi in der äußeren Trommel begrenzt wird. Damit wird die Drehgeschwindigkeit auf etwa 570 m/sec festgelegt.

Beim Betrieb mit 570 m/sec treten verschiedene Dimensionsänderungen auf , deren jede ohne Schwierigkeiten berechnet werden kann. Der äußere Kranz 24b erfährt eine Radiuszunahme von etwa 0,45cm; zusätzlich erfährt die Kran ζ anordnung 14 eine Abnahme der Dicke um etwa 0,008 cm aufgrund der hohen Tangentialbeanspruchung bei dieser Geschwindigkeit. Der Armstern aus Aluminium erfährt bei dieser hohen Drehgeschwindigkeit eine Zunahme des Radius von etwa 0,042cm. Dies ist erheblich kleiner als die Zunahme des Radius der Kranz anordnung 14. Damit muß der Außendurchmesser des Armsternes 12 in Ruhestellung wesentlich größer sein, damit die Zunahme bei Betriebsgeschwindigkeit aufgenommen werden kann, so daß der Kranz in Kontakt mit den Speichen bleibt. Zusätzlich ist es erwünscht, eine Sicherheit von 5% einzubauen, so daß eine Trennung nicht auftreten kann, bis das Schwungrad 10 einen Wert von 105% der Betriebsgeschwindigkeit erreicht hat. Demnach

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wird der Armstern mit einem Außendurchmesser von 60 cm hergestellt. Dies übersteigt den Innendurchmeseer der Kranzanordnung 14 um etwa 0,9cm und verhindert, daß die Kranzanordnung 14 auf dem Armstern 12 in Kreisform befestigt ist, jedoch genügend nahe, damit eine Befestigung der Kranζanordnung 14- bei der in Fig. 1 dargestellten Konfiguration möglich ist.

Bei der Festlegung der Anzahl von Kränzen 24 und der Dicke eines jeden Kranzes ist es stets erforderlich, wie weiter oben angedeutet, die Verteilung der radialen Beanspruchung über den Kranz zu berücksichtigen, so daß ein Abblättern verhindert wird, das sonst auftreten kann. Bei der Auslegung eines Schwungrades nach vorliegender Erfindung ist es jedoch auch erforderlich, zu berücksichtigen, daß die Kranζanordnung 14 eine Konfiguration für den Zusammenbau des Schwungrades nach Fig. 1 annehmen muß, ferner eine etwa kreisförmige Konfiguration bei Betriebsgeschwindigkeit. Somit dürfen die Kränze 24 nicht so dick sein, daß sie eine Tendenz zum Brechen zeigen oder sonst während der physikalischen Deformierung beschädigt werden.

Eine andere Ausführungsform des Schwungrades nach vorliegender Erfindung ist in Fig. 6 dargestellt; hierbei ist eine Kranzanordnung 14 eines Schwungrades 1OA auf einem Armstern 12A befestigt, der ähnlich dem Armstern 12 nach Fig. 2 ausgebildet ist, mit der Ausnahme, daß er drei Speichen 18 besitzt. Die Kranzanordnung 14 ist in einer nicht kreisförmigen Konfiguration auf dem Armstern 12A befestigt und expandiert in eine etwa kreisförmige Konfiguration, wenn das Schwungrad 1OA seine Betriebsgeschwindigkeit erreicht.

In Figur 7 ist ein Schwungrad 1OB dargestellt, dessen Kranzanordnung 14 auf einem Armstern 12B befestigt ist, der zwei .Speichen 18 besitzt. Während der Ruhestellung unterscheidet sich-die KranζanOrdnung 14 wiederum von dem anderen dargestellten Ausführungsbeispiel. Theorie und Wirkungsweise des

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Schwungrades 1OB sind jedoch die gleichen

Während es theoretisch möglich ist, Schwungräder mit einer beliebigen Anzahl von Speichen 18 zu bauen, wird durch die Forderung, daß der Innenradius der Kranζanordnung 14 kleiner als der Radius der Speichen 18 und trotzdem auf die Speichen aufgesetzt sein muß, stets eine Grenze nach oben gesetzt. An einer bestimmten Stelle abhängig von dem dimensionsmäßigen Unterschied zwischen diesen Radien, die durch die Betriebsparameter des Schwungrades erforderlich sind, ist es nicht möglich, zusätzliche Speichen vorzusehen und dann noch die Kranzanordnung auf dem Armstern ohne Beschädigung aufzuziehen. Aus Gründen der Befestigung und der Stabilität wird ein Armstern mit drei oder vier Speichen 18 bevorzugt.

Eine Methode, nach der die durch ein Schwungrad zu speichernde Energiemenge erhöht werden kann, besteht darin, daß Schwungrad längs seiner Achse zu verlängern, so daß seine Masse vergrößert wird,was zur Energiemenge, die gespeichert werden kann, beiträgt. Die Figuren 8-12 zeigen verschiedene Ausführungsformen, mit denen dies mit dem Schwungrad nach der Erfindung erzielt werden kann.

Die Figuren 8 und 9 zeigen ein Schwungrad 30 mit einem Armstern 32 und einer Kranzanordming 34; wie am besten der Fig. zu entnehmen ist, ist der Aufbau des Schwungrades 30 etwa der gleiche wie der desSchwungrades 10, mit der Ausnahme, daß die KranζanOrdnung 34 und ein Nabenteil 36 sowie Speichen 38 des Armsternes 32 in eine Richtung längs der Achse des Schwungrades verlängert sind.

Eine ähnliche Konstruktion kann durch Verwendung von weniger Material innerhalb des Armsternes erzielt werden, indem ein Schwungrad 40 nach Fig. 10 mit einer Armsternanordnung 42 und einer Kranzanordnung 44 vorgesehen wird. Die Armsternanordnung

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42 "besteht aus einer Vielzahl von Armsternteilen 42a, die in unmittelbarer Nähe voneinander angeordnet sind und Speichen 48 aufweisen, die damit ausgerichtet sind. Die Armsternteile sind durch einen Spannbolzen 50 befestigt, derjin ausgerichteten axialen Bohrungen 52 in den Armsternteilen 42a angeordnet ist. Zwei Muttern 5^ sind auf den Spannbolzen 50 aufgeschraubt und halten die Armsternanordnung 42 zusammen. Endteile 50a des Spannbolzens 50 können als Befestigungswelle für das Schwungrad dienen.

Bei dieser Konstruktion kann das Schwungrad 40 mit beliebiger Länge ausgeführt werden, indem einfach die Anzahl von Armsternteilen 42a, die bei der Konstruktion der Armsternanordnung 42 miteinander verbunden sind, verändert werden. Die Kranzanordnung 44 wird dann in einer entsprechenden Länge hergestellt und auf den Speichen 48 befestigt. Bei dieser Ausführungsform ist eine einwandfreie Ausrichtung der Speichen 48 benachbarter Armsternteile kritisch, da eine Fehlausrichtung einen Zusammenbau des Schwungrades 40 vollständig verhindern könnte. Somit sind eine Vielzahl von Führungsgliedern 50b auf dem Spannbolzen 50 in Führungen 53 angeordnet, um eine Ausrichtung der Armsternteile zu gewährleisten.

In Fig. 11 ist ein Schwungrad 60 dargestellt, das einen Armstern 62 und eine Vielzahl von Kranzanordnungen 64 aufweist. Der Armstern 62 besitzt eine längliche Welle 66. Speichen 68 sind in versetzten Abständen längs der Welle angeordnet und gehen radial von diesen Speichen aus. Die Speichen sind so ausgelegt, daß jede Gruppe von Speichen 68 eine Anordnung bildet, die ähnlich den Armsternen 12, 12A oder 12B ist, welche in den Fig. 1, 6 und 7 dargestellt sind. Ein Vorteil des Schwungrades 60"ist, daß jede der Kranzanordn-ungen 64 identisch ist. Eine Änderung der Länge des Schwungrades 60 macht keine Änderung deis Aufbaues der Kranzanordnung notwendig. Es ist nur erforderlich, eine zusätzliche Kranzanordnung 64 an einen angefügten

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Satz von Speichen 68 hinzuzufügen.

Fig. 12 zeigt ein Schwungrad 70 mit einer Arm sternanordnung 72 und einer Kranζanordnung 74-. Bei dieser Ausführungsform weist die Armsternanordnung 72 eine Vielzahl von Armsternteilen 76 auf, deren Jede eine Vielzahl von Speichen 78 besitzt. Die Armsternteile an Jedem Ende der Armsternanordnung 72 besitzen vorzugsweise ein Wellenteil 80 auf einer Seite. Verbindungsteile 82 auf den Armsternteilen 76 sind in solcher Weise befestigt bzw. verschraubt, daß die Armsternanordnung 72 gebildet wird. Auch hier ist wieder darauf zu achten, daß die Speichen 78 auf benachbarten Armsternteilen 76 ausgerichtet sind, so daß die Kranzanordnung 74- darauf befestigt werden kann.

Jedes Paar von Kranzanordnungen 74- kann aus einer Vielzahl von Kränzen 84 gebildet sein. Die Kranzanordnung 74- zeigt eine versetzte Zylinderanordnung, wobei Kranzbauteile unterschiedlicher Längen verwendet werden, wobei die Kranzbauteile einer Lage sich überlappen und in Eeibeingriff mit zwei oder mehr Kranzbauteilen auf der darunterliegenden Lage stehen. Durch Verwendung einer versetzten Anordnung in Verbindung mit der geschweißten Armsternanordnung 72 kann ein Schwungrad 70 beliebiger Länge bei Verwendung einer geringen Anzahl von Normteilen aufgebaut werden.

Fig. 13 zeigt eine abgeänderte Ausführungsform, bei der ein Schwungrad 90 ein Paar von Armsternen 92a und 92b besitzt, die eine Kranzanordnung 94- aufnimmt; individuelle Kranzbauteile 96 der Kranzanordnung 94- sind dabei an ihren Endteilen durch Endträger 97 auf Speichen 98 der Armsterne 92a und 92b abgestützt. Jeder Armstern kann aus mehreren Teilen bestehen, z.Bi der Armstern 92a oder aus einem einzigen Stück bestehen, wie z.B. der Armstern 92b; vorzugsweise kann ein Spannbolzen

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100 verwendet werden, der durch die Mutter 102 gegen eine Metallscheibe 104- festgezogen wird, die die Steifigkeit der Anordnung ergibt. Führungsteile 100a des Spannbolzens 100 sind in Führungen 106 in den Armsternen 92a und 92b angeordnet, um eine einwandfreie Ausrichtung zu erreichen.

Bei dieser Konfiguration können die Kranzbauteile 96 an benachbarten Kranzbauteilen in der Kranzanordnung 94 anliegen oder im Abstand davon angeordnet sein; jedes Kranzbauteil wird dabei individuell abgestützt und in einer nichtkreis-;förmigen Konfiguration an den Endteilen gehalten, wenn das Schwungrad 90 stillsteht.

Wird dasSchwungrad 90 bei hohen Drehgeschwindigkeiten betrieben, expandiert jedes der Kranzbauteile 96 in radialer Richtung und nimmt eine etwa kreisförmige Konfiguration an. Wenn die Randbauteile 96 in der in Fig. 13 dargestellten Weise versetzt sind, ergibt sich ein Reibeingriff zur Aufrechterhaltung der Drehgeschwindigkeit eines jeden Kranzbauteiles nicht aufgrund eines Reibeingriffes zwischen benachbarten Kranzbauteilen. In diesem Fall wird jedes Kranzbauteil an den Endteilen durch die Armsterne 92 beaufschlagt, so daß die bauliche Integrität des Schwungrades aufrechterhalten wird.

Man hat bei der Konstruktion des Schwungrades nach vorliegender Erfindung festgestellt, daß es nicht immermöglich ist, die Kranzanordnung mit der exakten Gewichtsverteilung herzustellen, die für optimales dynamisches Gleichgewicht und Stabilität erforderlich ist, während das Schwungrad mit seiner Betriebsgeschwindigkeit umläuft. Aufgrund der Konstruktion des erfindungsgemäßen Schwungrades tendiert das Schwungrad dazu, die Gleichgewichtseigenschaften während des Betriebes zu verbessern. Da keine Spanngurte oder andere Einspannmittel bei dem erfindungsgemäßen Schwungerad verwendet werden und die Kranzbauteile der Kranzanordnung nur in Reibeingriff miteinander stehen und sonst nicht miteinander befestigt sind, ist eine Drehverschiebung der Kranzbauteile innerhalb der Kranzanordnung nach physikalischen Gesichtspunkten möglich, so daß das rotierende Schwungrad eine Konfiguration annimmt,

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die durch das dynamische Gleichgewicht und die Stabilität bei Laufgeschwindigkeit am besten zur Wirkung bringt.

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Claims

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1. Verfahren zur Speicherung von Energie in einem Schwungrad mit öiner Welle mit Speichen eines vorbestimmten Durchmessers und einer KranζanOrdnung mit einem inneren Durchmesser, der kleiner ist als der Radius der Speichen,

dadurch gekennzeichnet, daß die KranζanOrdnung auf den Speichen der Welle in einer nichtkreisförmigen Gestalt angeordnet wird und daß das Schwungrad mit einer Geschwindigkeit in Drehbewegung versetzt wird, bei der die Kranzanordnung eine im wesentlichen kreisförmige Gestalt annimmt.

2. Verfahren zum Herstellen eines Schwungrades mit einer Welle mit Speichen vorbestimmter radialer Abmessung, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von ineinander gefügten zylindrischen Kränzen mit einem Innenradius, der kleiner als die vorbestimmte radiale Dimension ist, ausgebildet wird, daß die zylindrischen Kranze so deformiert werden, daß sie eine Vielzahl von erweiterten Stellen auf den Kränzen mit einer radialen Dimension erhalten, die nicht kleiner als die vorbestimmte radiale Dimension ist, daß die Kränze auf den Speichen mit den erweiterten Stellen mit Speichen ausgerichtet sind, und daß die Kränze frei so angeordnet werden, daß sie mit den Speichen fest in Eingriff kommen.

3. Verfahren zum Herstellen eines Schwungrades mit wenigstens zwei um eine Nabe herum angeordneten Kränzen, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster und ein zweiter rohrförmiger Kranz hergestellt werden, daß der zweite rohrförmige Kranz auf den ersten rohrförmigen Kranz ohne Adhäsion zwischen den beiden Kränzen angeordnet wird, und daß der erste und der zweite Kranz auf einer Nabe befestigt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 3? dadurch gekennzeichnet, daß die Nabe eine Vielzahl von Speichen aufweist, und daß die Befestigung der ersten und zweiten Kränze auf der Nabe dadurch vorgenommen

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wird, daß die Kränze in einer nichtkreisförmigen Gestalt gehalten werden, so ausgelegt ist, daß sie auf die Speichen paßt, daß die Kränze um die Speichen herum angeordnet werden und daß die Kränze so freigegeben werden, daß sie mit den Speichen antriebsmäßig in Eingriff kommen.

5. Schwungrad mit einer Nabenvorrichtung, die eine Vielzahl von

χ ti— Speichen aufweist, und einer Vielzahl von einandergefügten, auf den Speichen angeordneten Kränzen, dadurch gekennzeichnet, daß die Kränze (14, 24, 24a, 24b; 34, 44, 64, 72, 84, 96) eine nichtkreisförmige Gestalt aufweisen, wenn das Schwungrad (10, 1OA, 1OB, 30, 40, 60, 70, 90) stillsteht, und daß sie eine kreisförmige Gestalt aufweisen, wenn das Schwungrad eiefe. mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit rotiert.

6. Schwungrad nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die

Vielzahl von ineinandergesetzten Kränzen (14 96) eine äußere

Oberfläche, eine innere Oberfläche und eine Vielzahl von Eingriffsflächen aufweisen, daß die äußere Oberfläche eine im wesentlichen

kreisförmige Gestalt besitzt, wenn das Schwungrad (10 90) mit

der vorbestimmten Drehzahl umläuft und daß die innere Fläche und die Eingriffsflächen eine im wesentlichen nicht kreisförmige Gestalt aufweisen, wenn das Schwungrad mit der vorgewählten Geschwindigkeit umläuft.

7. Schwungrad nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Speichen (18; 38; 48; 68; 98) einen vorbestimmten Radius besitzt, daß die ineinandergefügten Kränze (14 96) mit im

wesentlichen zylindrischer Gestalt giormt sind, und daß die innere Oberfläche einen Radius besitzt, der kleiner ist als der vorbestimmte Radius der Speichen.

8. Schwungrad nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die ineinandergeschachtelten Kränze (24) eine nichtkreisförmige Gestalt aufweisen, und daß die Innenfläche der Vielzahl von Kränzen eine Vielzahl von erweiterten Stellen (26) beätzt, deren Anzahl

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gleich der Anzahl der Speichen (18) ist.

9. Schwungrad nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Speichen (18) eine vorbestimmte radiale Dimension hat und daß die Innenfläche an jeder der erweiterten Stellen (26) eine radiale Dimension "besitzt, die etwa gleich der radialen Dimension der Speichen (18) ist.

10. Schwungrad nach Anspruch 5? gekennzeichnet durch eine zusätzliche Nabenanordnung (42, 42a; 92a, 92b), eine Vielzahl von Speichen (48, 98) auf der zusätzlichen Nabenanordnung, und eine Vorrichtung (50, 52; 100, 102) zur Befestigung beider Nabenanordnungen mit den Speichen auf der Nabenanordnung, die mit den Speichen auf der zusätzlichen NabenanOrdnung ausgerichtet ist.

11. Schwungrad nach Anspruch 10, dadurch,gekennzeichnet, daß die Vielzahl von einandergeschachtelten Kränzen (44; 96) auf den Speichen (98; 48) beider Nabenanordnungen angeordnet ist.

12. Schwungrad nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch eine zusätzliche Vielzahl von ineinandergeschachtelten Kränzen, die auf den Speichen der zusätzlichen Nabenanordnung angeordnet sind.

13· Schwungrad, gekennzeichnet durch einen Armstern (12) mit einer Nabe (16) und einer Vielzahl von Speichen (18), welche von der Nabe ausgehen und eine radiale Dimension besitzen, sowie ineinandergeschachtelte Kränze (24) mit einer mittleren radialen Dimension, die kleiner als die radiale Dimension der Speichen ist und die auf dem Armstern in nichtkreisförmiger Gestalt befestigt sind.

14. Schwungrad nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die ineinandergeschachtelten Kränze (24) eine kreisförmige Gestalt aufweisen, wenn das Schwungrad (10) mit der Betriebsgeschwindigkeit umläuft.

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15. Schwungrad nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch eine zusätzliche Armsternvorrichtung (4-2, 42a; 62; 72, 76; 92a, 92b), und eine We11enanOrdnung (50, 50a, 66, 80, 100), die die Naben der Armsternvorrichtung miteinander verbindet.

16. Schwungrad nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellenanordnung (66) einteilig mit der Armsternvorrichtung (62) ausgebildet ist.

17· Schwungrad nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß ein Wellensegment (82) auf jeder Nabe ausgebildet ist, und daß die Wellensegmente zu der Wellenanordnung verbunden sind.

18. Schwungrad nach Anspruch I5, dadurch gekennzeichnet, daß die ineinandergeschachtelten Kränze (44, 64, 84) auf den Speichen (48, 68, 78) der Armsterne befestigt sind.

19. Schwungrad nach Anspruch I5, dadurch gekennzeichnet, daß die ineinandergeschachtelte KranζanOrdnung (96) eine erste Vielzahl von ineinandergeschachtelten Kränzen, die auf den Speichen eines der Armsterne (9.2a, 92b) befestigt ist, und eine zweite Vielzahl von ineinandergeschachtelten Kränzen, die auf den Speichen (98) des anderen Armsternes befestigt sind, aufweist.

20. Schwungrad nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die ineinandergeschachtelte Kranzanordnung (7^) eine Vielzahl von ineinandergeschachtelten Kranzschichten (84) aufweist, von denen eine Schicht zwei Kranzsegmente und eine andere der Schichten zwei Kranzsegmente, die die Kranzsegmente der einen Schicht überlappen aufweist.

21. Schwungrad, gekennzeichnet durch eine erste Armsternanordnung mit einer Vielzahl von Speichen, deren jede eine erste Endstütze mit einer ersten radialen Dimension und eine zweite Endstütze mit einer zweiten radialen Dimension aufweist, eine zweite Armsternanordnung, mit einer Vielzahl von Speichen, deren jede eine

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erste Endstützte mit der ersten radialen Dimension und eine zweite Endstütze mit der zweiten radialen Dimension aufweist, eine erste rohrförmige Kranzanordnung mit einer mittleren inneren radialen Dimension, die kleiner ist als die erste radiale Dimension und mit Endteilen, die auf den ersten Endstützen der Armsterne in nichtkreisförmiger Gestalt befestigt sind, eine zweite rohrförmige Kranzanordnung mit einer mittleren inneren radialen Dimension, die kleiner ist als die zweite radiale Dimension und mit Endteilen, die auf den zweiten Endstützen der Armsterne in nichtkreisförmiger Gestalt befestigt sind, und eine Vorrichtung zur Befestigung der Armsternanordnung mit den Speichen der ersten Armsternanordnung, die mit den Speichen der zweiten Armsternanordnung ausgerichtet ist.

22. Schwungrad nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Kranζanordnung Ränder besitzt und daß die Armsterne eine Vorrichtung aufweisen, die in Reibeingriff mit den Rändern der Kranzanordnung während der Drehung des Schwungrades steht.

23. Schwungrad mit einer Nabenvorrichtung und ineinandergeschachtelten Kranzvorrichtung auf der Nabenvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die Kranzvorriclrfrung eine Vielzahl von individuellen Kränzen besitzt und Vorkehrungen aufweist, die eine Adhäsion zwischen benachbarten Kränzen verhindern.

24-. Schwungrad nach Anspruch 23, dadurchgekennzeichnet, daß die eine Adhäsion verhindernden Vorkehrungen bahnförmiges Material, das zwischen benachbarten Kränzen angeordnet ist, sind.

25. Schwungrad nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß das bahnförmige Material Kunststofffilm ist.

26. Schwungrad nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die ineinandergeschachtelte Kranzvorrichtung einen ersten, auf der Nabe befestigten Kranz und einen zweiten, auf dem ersten Kranz

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"befestigten Kranz aufweist, und daß der erste Kranz antriebsmäßig mit dem zweiten Kranz in "Verbindung steht, wenn das Schwungrad
rotiert.

27· Schwungrad nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Nabe mit dem ersten Kranz zur Rotation der ineinandergeschachtelten Randanordnung in Reibeingriff steht.

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