DE3041044A1 - Plastics flywheel, esp. for energy storage in vehicles - has reinforcing fibres in rim stiffer than those in spokes - Google Patents
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Abstract
Description
Schwungrad mit einem gewickelten Rotationsring aus mitFlywheel with a coiled rotating ring made with
Kunstharz getränkten Fasern Die Erfindung bezieht sich auf ein Schwungrad mit einem aus mit Kunstharz getränkten Fasern gewickelten Rotationsring, einer metallischen Nabe und aus mit Kunstharz getränkten Fasern bestehenden Speichen.Synthetic resin impregnated fibers The invention relates to a flywheel with a rotary ring wound from fibers soaked with synthetic resin, a metallic one Hub and spokes made of synthetic resin impregnated fibers.
Schwungräder der gattungsgemäßen Art kennen als Energiespeicher eingesetzt werden. Wegen der gegenüber Schwungrädern mit metallischen Rotationsringen geringen Masse einerseits und den sehr hohen. erreichbaren Drehzahlen andererseits ist es möglich, mit Schwungrädern der gatt;ungsgemäßen Art die gleiche Energie zu Speichern wie mit Schwungrädern mit metallischem RotationSrtag mit einer mehrfachen Masse. Schwungräder der gattUngsgemßen Art bieten sich daher als Energiespeicher in 9chXzeugen an. Dabei besteht noch der Vorteil, daß Zerstörungen des Rotationsringes im allgemeinen ungefährlich ablaufen.Flywheels of the generic type are used as energy stores will. Because of the small amount compared to flywheels with metallic rotation rings Mass on the one hand and the very high ones. achievable speeds on the other hand, it is possible to store the same energy with flywheels of the generic type like with flywheels with metallic rotational srtag with a multiple mass. Flywheels of the generic type can therefore be used as energy stores in 9chX generators at. There is still the advantage that destruction of the rotation ring generally run safely.
Normal sind Ablösungen von Schichten und dabei auftretender Energieverbrauch durch Wärmeerzeugung. Es können daher auch Schwungräder der gattungsgemäßen Art in sehr viel leichteren Schutzgehäusen untergebracht werden.It is normal for layers to become detached and the resulting energy consumption by generating heat. It can therefore also flywheels of the generic type be housed in much lighter protective housings.
Bei einem bekannten Schwungrad der gattungsgemäßen Art sind die Speichen nach Art der Speichen eines Fahrrades gewickelt, und zwar aus einem durchgehenden Faserstrang, der dabei einmal um die Achsnabe außen herum gewickelt ist, gegen die er dann Jeweils tangential herangeführt ist. Andererseits wird der Faserstrang,Uber den die Speichen gewickelt werden, außen um den Rotationsring herum geführt, der damit mittels des die Speichen bildenden Faserstranges käfigartig umschlossen ist.In a known flywheel of the generic type, the spokes are wound like the spokes of a bicycle, from a continuous one Fiber strand, which is wrapped once around the outside of the axle hub, against the it is then brought up tangentially in each case. On the other hand, the fiber strand, Uber the spokes are wrapped around the outside of the rotating ring, the so that it is enclosed in a cage-like manner by means of the fiber strand forming the spokes.
Bei diesen bekannten Schwungrädern kommt es immer wieder zu ringförmigen Ablösungen innerhalb des Rotationsringes.With these known flywheels there are always ring-shaped ones Detachments within the rotation ring.
Aufgabeder Erfindung ist es, ein Schwungrad der genannten Art zu schaffen, bei dem Auflösungen des Rotationsringes leichter vermeidbar sind als bei den bekannten Schwungrädern.The object of the invention is to create a flywheel of the type mentioned, with the dissolution of the rotating ring are easier to avoid than with the known ones Flywheels.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Speichen an der Innenseite des Rotationsringes durch Klebung befestigt sind und daß der Rotationsring aus Fasern mit einem Elastizitätsmodul gewickelt ist, der etwa dem Vierfachen des Elastizitätsmoduls der Fasern entspricht, aus dem die Speichen bestehen.This object is achieved according to the invention in that the spokes are attached to the inside of the rotation ring by gluing and that the rotation ring is wound from fibers with a modulus of elasticity about four times the The modulus of elasticity of the fibers that make up the spokes.
Die Speichen sind dabei vorzgsweise durch kreiseektorfrmig gewickelte Speichenringe gebildet, die an der Sektorspitze abgeflacht und der Sektorspitze gegendber kreiBbogen£8tmig auSgebildet sind. Die Soheibenringe sind dabei vorzugweise so ausgebildet, daß sie mit ihren radialen Schenkeln aneinanderliegend eine auf dem Umfang geschlossene Speichenscheibe bilden. Eine solche Speichenscheibe weist zweckmEßig sechs Speichenringe auf.The spokes are preferably wound in the shape of a circular sector Spoke rings are formed, which are flattened at the sector tip and the sector tip AREA ARE EDUCATED IN THE AREA £ 8. The Soheibenringe are preferably designed so that they lie against one another with their radial legs one Form a closed spoke disc on the circumference. Such a spoke disk suitably has six spoke rings.
Die Nabe weist vorzugsweise eine umlaufende Nut auf, deren Boden als Polyeder mit einer Flächenzahl entsprechend der Anzahl der Speichenringe ausgebildet ist und für die Befestigung der Speichenringe sind in den Nabenschenkeln achsparallele Bohrungen vorgesehen, in die Befestigungsbolzen einsteckbar sind, die gegen die Innenseite der abgeflachten Spitze der Speichenringe anliegen.The hub preferably has a circumferential groove, the bottom of which as Polyhedron formed with an area number corresponding to the number of spoke rings is and for the attachment of the spoke rings are axially parallel in the hub legs Bores are provided, can be inserted into the fastening bolts against the Make contact with the inside of the flattened tip of the spoke rings.
Vorzugsweise weist ein Schwungrad eine Mehrzahl von nebeneinander liegenden Speichenscheiben mit je einer Nabe auf.A flywheel preferably has a plurality of side by side lying spoke discs with one hub each.
Es ist damit mit einem Grundelement möglich, modulartig Schwungräder mit unterschiedlichen Rotationsmassen zu fertien.It is thus possible with one basic element, modular flywheels to manufacture with different rotational masses.
Bei der Anordnung einer Mehrzahl von Spcichsnscheiben werden zwischen den kreisbogenförmigen Abschnitten der Speichenringe benachbarter Speichenscheiben zweckmäßig Abstandsringe eingeklebt. Die Speichenscheiben können auch auf.ihrem Umfang mit einem durchgehenden Wickelzylinder für den Rotationsring verklebt sein. Vorzugsweise sind die radialen Schenkel benachbarter Speichenringe miteinander verklebt.When arranging a plurality of Spcichsnenscheibe between the circular arc-shaped sections of the spoke rings of adjacent spoke discs expediently glued spacer rings. The spoke discs can also be placed on your Be glued circumference with a continuous winding cylinder for the rotation ring. The radial legs of adjacent spoke rings are preferably glued to one another.
Die Erfindung ist in der Zeichnung in einem Ausführungsbeispiel veranschaulicht und im nachstehenden im einzelnen anhand der Zeichnung beschrieben.The invention is illustrated in the drawing in one embodiment and described in detail below with reference to the drawing.
Fig. 1 zeigt in einem Schnitt längs der Linie I-I in Fig. 2 eine achssymmetrische Hälfte eines Schwungrades gemäß der Erfindung.Fig. 1 shows in a section along the line I-I in Fig. 2 an axially symmetrical Half of a flywheel according to the invention.
Fig. 2 zeigt einen Schnitt längs der Linie II-II in Fig. 1.FIG. 2 shows a section along the line II-II in FIG. 1.
Das in der Zeichnung dargestellte Schwungrad weist eine metallische Nabe 2, aus mit Kunstharz getränkten Fasern gewickelte Speichenelemente 4 und einen aus Kunstharz getränkten Fasern gewickelten Rotationsring 6 auf. Die Nabe weist eine Bohrung 8 auf mit Keilnuten zum Aufsetzen der Nabe auf eine entsprechend ausgebildete Welle. Außen ist die Nabe zylindrisch ausgefAhrt,und in der Mitte der Nabe ist eine ringförmige Nut 10 vorgesehen, deren Boden 12 als Polyeder, hier als Rechteck ausgebildet ist. Die Nabe ist weiter im Abstand radial auswärts des Nutbodens 12 mit jeweils zwei im Abstand voneinander liegenden achsparallelen Bohrungen 14 versehen.The flywheel shown in the drawing has a metallic one Hub 2, spoke elements 4 wound with synthetic resin impregnated fibers and one Rotation ring 6 wound from synthetic resin impregnated fibers. The hub points a bore 8 with keyways for placing the hub on a suitably formed Wave. The outside of the hub is cylindrical, and there is one in the middle of the hub annular groove 10 is provided, the bottom 12 of which is designed as a polyhedron, here as a rectangle is. The hub is further at a distance radially outward of the groove bottom 12 with each two axially parallel bores 14 located at a distance from one another are provided.
Die Speichenelemente sind nach Art eines Kreissektora aus mit Kunstharz getränkten Fasern gewickelten Ringen ausgebildet.The spoke elements are made of synthetic resin in the manner of a circular sector soaked fibers are formed into coiled rings.
Diese Ringe sind an der Sektorspitze mit einem abgeflachten Abschnitt 16'versehen, mit dem sie gegen eine der Flächen am Boden der Ringnut anliegen. Die achsparallelen Bohrungen in der Nabe 2 sind dabei so angeordnet, daß in sie Bolzen-18 einsteckbar sind, die dann im Bereich der Krümmung zwischen dem abgeflachten Abschnitt 16 und den radialen Abschnitten 20 gegen den abgeflachten Abschnitt 16 anliegend einsteckbar sind. Durch die Bolzen werden damit die Speichenringe an der Nabe gehaltert, wobei über die Bolzen gleichzeitig die Drehmomente in die Speichen eingeleitet werden.These rings are at the top of the sector with a flattened section 16 'provided with which they rest against one of the surfaces on the bottom of the annular groove. the axially parallel bores in the hub 2 are arranged so that bolts 18 can be inserted, which then in the area of curvature between the flattened section 16 and the radial sections 20 against the flattened section 16 are pluggable. The spoke rings are held on the hub by the bolts, the torques being introduced into the spokes at the same time via the bolts.
Der Sektorspitze gegenüber liegt ein kreisbogenförmiger Abschnitt 22 des Speichenringes. Die Speichenringe sind so ausgebildet und so in die Nabe eingesetzt, daß sie mit den Außenseiten ihrer radialen Schenkel 20 gegeneinander liegen.Opposite the sector tip is an arcuate section 22 of the spoke ring. The spoke rings are designed and so in the hub used that they with the outer sides of their radial legs 20 against each other lie.
In diesem Bereich sind die radialen Schenkel 20 benachbarter Speichenringe 4 vorzugsweise miteinander verklebt. Bei der Herstellung werden die Speichenringe vor dem Aushärten des Kunstharzes zweckmäßig in einer Vorrfantung mit ihren Spitzen in die Ringnut der Nabe eingeschoben. Durch die beim Wickeln unvermeidliche geringe Wölbung der radialen Schenkel 20 auf ihrer Außenseite kommt es dabei zu einer Pressung an den Außenseiten, wodurch der Kontakt unterstützt wird. Sofern das Tränkharz nicht ausreicht für eine Klebeverbindung, kann auf den Außenseiten der radialen Schenkel ein Klebstoff aufgebracht werden. Nach dem Zusammenbau werden die so gebildeten Speichenscheiben dann in bekannter Weise durch Wärmeeinwirkung oder dergleichen ausgehärtet. Nach dem Aushärten wird dann eine Mehrzahl von derart ausgebildeten Speichenscheiben in Achsrichtung mit den Naben aneinanderliegend zusammengesteckt und Rnschließend im Bereich ihres äußeren Umfangs miteinander verbunden. Diese Verbindung kann wie in Fig. 2 dargestellt durch Zwischenringe 24 erfolgen, die jeweils zwischen'den Abschnitten 22 der Speichenringe im Bereich des äußeren Umfangs der Speichenscheiben eingeklebt werden. Zusätzlich werden zweckmäßig an den Schwungradenden Ringe 26 angeklebt, die dann frei vorstehen. Auf den so gebildeten Außenzylinder des Schwungradkerns mit den Speichen wird dann der Rotationsring 6 gewickelt. Es ist auch möglich, außen auf die Speichenscheiben einen Wickelzylinder aufzusetzen, der dann mit dem äußeren Umfang der Speichenscheiben verklebt wird und auf den dann der Rotationsring 6 gewickelt wird.The radial legs 20 of adjacent spoke rings are in this area 4 preferably glued together. The spoke rings are made during manufacture before the resin hardens, it is useful in a Vorrfantung with their tips pushed into the ring groove of the hub. By when changing inevitable slight curvature of the radial legs 20 on their outside occurs a pressure on the outside, whereby the contact is supported. Provided the impregnating resin is not sufficient for an adhesive connection, can be found on the outside an adhesive can be applied to the radial leg. After assembly will be the spoke disks thus formed then in a known manner by the action of heat or the like cured. After hardening, a plurality of such trained spoke disks in the axial direction with the hubs pushed together adjacent to one another and subsequently connected to one another in the area of their outer circumference. This connection can be done as shown in Fig. 2 by intermediate rings 24, each between'den Sections 22 of the spoke rings in the area of the outer circumference of the spoke disks be glued in. In addition, rings 26 are expediently attached to the flywheel ends glued on, which then protrude freely. On the outer cylinder of the flywheel core formed in this way the rotating ring 6 is then wound with the spokes. It is also possible outside to put a winding cylinder on the spoke disks, which then connects to the outer The circumference of the spoke disks is glued and the rotary ring 6 is then wound onto it will.
Wesentlich für das beschriebene Schwungrad ist die Paarung der Fasern, aus denen einmal die Speichenrinp:e und zum andern der otationsring gewickelt ist Für den Rotationsring werden dabei Fasern mit einem ElaStizltMtsmodul verwendet, der vierfach gröber ist als der E1astizittsmodul der Fasern, aus denen die Speichenringe gewickelt werden. Für das Wickeln des Rotationsringes können beispielsweise hochfeste Kohlefasern vom Typ HT verwendet werden mit einem Elastizitätsmodul im Verbund von 135.000 N/mm2, während für das Wickeln der Speichenringe Fasern verwendet werden, die im Verbund einen Elastizitätsmodul von 34".000 N/mm2 ergeben, wie beispielsweise Aramidfasern, die unter der Bezeichnung "Kevlar" vertrieben werden. Andere Materialpaarungen sind möglich, sofern das erwähnte Verhältnis der Elastizitätsmodule eingehalten wird.The pairing of the fibers is essential for the flywheel described, from which the spoke ring is wound on the one hand and the otation ring on the other Fibers with an elastic module are used for the rotation ring, which is four times coarser than the modulus of elasticity of the fibers that make up the spoke rings to be wrapped. For the winding of the rotary ring, for example, high-strength Carbon fibers of the type HT are used with a modulus of elasticity in the composite of 135,000 N / mm2, while fibers are used to wind the spoke rings, which in the composite result in a modulus of elasticity of 34 ".000 N / mm2, such as Aramid fibers under the designation "Kevlar" are distributed. Other material pairings are possible as long as the mentioned ratio of the modulus of elasticity is adhered to.
Durch die Verwendung von unterschiedlichen Fasern, von denen die für das Wickeln des Rotationsringes verwendete Faser einen vierfach höheren Elastizitätsmodul hat als die Fasern, aus denen die Speichenringe gewickelt sind, wird erreicht, daß die radiale Dehnung der radialeS Schenkel der Speichenringe,durch die die eigentlichen Speichen gebildet werden, gleich der radialen Dehnung des Rotationsringes ist, und zwar ueber den gesamten Geschwindigkeitsbereich. Dadurch wird die Verbindung zwischen dem Umfang der Speichenscheiben und dem Rotationsring nur in Umfangsrichtung durch die zu Ubertragenden Drehmomente belastet, nicht jedoch in radialer Richtung. Eine radiale Belastung, beispielsweise dadurch, daß die radiale Dehnung des Rotåtionsringes größer ist als die radiale Dehnung der Speichen, würde zu einem Abschälen im Bereich der bogenförmigen Ringecken am Übergang der radialen Schenkeln in den kreisbogenrörmigen Abschnitt 22 führen und damit zu einem Lösen der Verbindung auf dem Umfang der Speichenscheiben. Würde die radiale Dehnung der Speichen größer sein als die des Rotationsringes, würden sich diese krümmen, so daß die radiale Zentrierung des Rotationsringes gefährdet wäre.By using different fibers, one of which is for the winding of the rotary ring used fiber a four times higher modulus of elasticity than the fibers from which the spoke rings are wound, it is achieved that the radial expansion of the radialS legs of the spoke rings through which the actual Spokes are formed, is equal to the radial expansion of the rotation ring, and over the entire speed range. This establishes the connection between the circumference of the spoke disks and the rotating ring only in the circumferential direction the torques to be transmitted are loaded, but not in the radial direction. One radial load, for example in that the radial expansion of the Rotåtionsringes greater than the radial elongation of the spokes would result in peeling in the area the arcuate ring corners at the transition of the radial legs into the arcuate ones Section 22 lead and thus to a loosening of the connection on the circumference of the spoke disks. If the radial expansion of the spokes would be greater than that of the rotation ring, these would bend, so that the radial centering of the rotating ring is endangered were.
Die Ausbildung der Speichen durch die beschriebenen Speiohenringe ermdglicht eine einfache und mit hoher Genauigkeit reproduzierbare Fertigung der Speichensheib'en. Grundsätzlich wären aber auch andereSpeichenausbi1dungen möglich, sofern die obengenannten Bedingungen hinsichtlich der Materialpaarung eingehalten werden. Da die Speichen keine Zugkräfte übertragen, werden sie ausschließlich auf Biegung beanSprucht. Das notwendige Widerstandsmoment im Bereich der Speichen läßt sich dabei leicht durch entsprechende Auslegung der Dicke dieses Ringes festlegen. Grundsätzlich nicht ausgeschlossen ist die Anordnung von radialen Zwischenstücken zwischen den radialen Schenkeln der Speichenringe, die dann beispielsweise beim Zusammensetzen der Speichenscheiben zwischen die radialen Schenkel eingeklebt werden.The formation of the spokes by the described Speiohenringe enables simple production of the Spoke discs. In principle, however, other spoke designs would also be possible, provided that the above conditions regarding the material pairing are met will. Since the spokes do not transmit any tensile forces, they are exclusively on Bending demands. The necessary moment of resistance in the area of the spokes easy by appropriate design of the thickness of this Set the ring. In principle, the arrangement of radial ones is not excluded Intermediate pieces between the radial legs of the spoke rings, which then, for example Glued between the radial legs when assembling the spoke disks will.
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| DE3041044C2 (en) | 1984-11-29 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
| D2 | Grant after examination | ||
| 8364 | No opposition during term of opposition | ||
| 8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |