DE3228906C2

DE3228906C2 - Schwungrad-Energiespeicher

Info

Publication number: DE3228906C2
Application number: DE3228906A
Authority: DE
Inventors: Wilhelm G. 8510 Fürth Scheller
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1982-08-03
Filing date: 1982-08-03
Publication date: 1985-01-03
Also published as: DE3228906A1

Abstract

Es gibt einen Schwungrad-Energiespeicher, bei dem auf einer vertikalen Welle (9) ein drehbares Schwungrad (6, 8) sitzt und eine Lagerung des Schwungrades vorgesehen ist. Dabei ist es erwünscht, wenn der Ausnutzungsgrad der gespeicherten Bewegungsenergie verbessert ist, indem die Lagerung des Schwungrades durch Minderung der Reibungsverluste mit einfachen Mitteln verbessert ist. Dies ist erreicht, indem das Schwungrad als Magnetringgebilde (6) und zwischen diesem und der Welle (1) befindliches Distanzstück (8) ausgebildet ist und eine magnetische Lagerung des drehbaren Magnetringgebildes (6) an einem dazu konzentrisch angeordneten weiteren liegenden Magnetringgebilde (2) vorgesehen ist. Durch die Anwendung der magnetischen Lagerung kann sich das Schwungrad, wenn es mit einer bestimmten zugeführten Energie in Rotation versetzt ist, viel länger drehen als wenn es nur mechanisch gelagert ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Schwungrad-Energiespeicher, bei dem ein auf einer vertikalen Welle sitzendes drehbares Schwungrad einerseits mit einer Antriebseinrichtung lösbar kuppelbar ist und andererseits mit einer Abtriebseinrichtung zusammenwirkt und eine Lagerung des Schwungrades vorgesehen ist, die zur radialen Lagerung Kugel- oder Rollenlager aufweist.

Ein bekannter (DE-OS 27 16 960) Schwungrad-Energiespcicher dieser Art ist im Antrieb eines Kraftfahrzeuges vorgesehen. Im Schubbetrieb wird das Schwungrad in hochtourige Drehung versetzt. Die gespeicherte Bewegungsenergie wird bei Bedarf in ein hydrostatisch-mechanisches Getriebe eingespeist. Wenn das schwere Schwungrad fest auf der Welle sitzt und diese beiderends gelagert ist, so hat das untere Lager das Gewicht des Schwungrades aufzunehmen. Da die Reibungsverluste entsprechend hoch sind, geht ein großer Teil der Bewegungsenergie des Schwungrades durch Reibungswärme verloren.

Es ist auch bekannt (DE-OS 21 16 686), für drehende Gegenstände eine axiale magnetische Lagerung mittels eines drehbaren Magnetringgebildes an einem dazu konzentrisch angeordneten, weiteren liegenden Magnetringgebilde vorzusehen. Diese axiale magnetische Lagerung läßt sich zur Lagerung des bekannten Schwungrades zwar verwenden, doch müßte die magnetische Lagerung dann das Gewicht des Schwungrades und das Gewicht des drehbaren Magnetringgebildes tragen.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Schwungrad-Energiespeicher der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem der Verlust der gespeicherten 'Bewegungsenergie geringer ist, indem die Lagerung des Schwungrades durch Minderung der Reibungsverluste mit einfachen Mittein verbessert ist

Die Erfindung ist, diese Aufgabe lösend, dadurch gekennzeichnet, daß das Schwungrad als Magnetringgebilde und zwischen diesem und der Welle befindliches Distanzstück ausgebildet ist, wobei eine axiale magnetische Lagerung des drehbaren Magnetringgebildes an einem dazu konzentrisch angeordneten weiteren liegenden Magnetringgebilde vorgesehen isL Das Schwungrad schwebt sozusagen gegenüber dem weiteren Magnetringgebilde, und die mechanische Lagerung hat im wesentlichen nur noch radiale Kräfte aufzunehmen, da sie bezüglich nach unten gerichteter Kräfte entlastet ist Durch die Anwendung der magnetischen Lagerung kann sich das Schwungrad, wenn es mit einer bestimmten zugeführten Energie in Rotation versetzt ist, viel länger drehen, als wenn es nur mechanisch gelagert ist. Die Bauweise ist einfach, weil das Schwungrad selbst einen Teil der magnetischen Lagerung bildet und das drehbare Magnetringgebilde &>'; Lagerung darstellt.

Der erfindungsgemäße Schwungrad-Energiespeicher ist in der Regel bei einem Antrieb, insbesondere eines Kraftfahrzeuges, vorgesehen und weist ein schweres Schwungrad auf. Das Schwungrad ist z. B. auf der Welle drehbar, die unbeweglich angeordnet ist, oder es sitzt auf der Welle fest, die beiderends drehbar gelagert ist. Wesentlich für die Erfindung ist die magnetische Lagerung des Schwungrades und dessen Ausbildung als Magnetringgebilde. Die Magnetringgebtlde können Elektromagnete aufweisen, weisen aber der Einfachheit halber in der Regel Permanentmagnete auf. Das Distanzstück des Schwungrades ist in der Regel aus einem Werkstoff, der nicht magnetisch und nichtmagnetisierbar ist, z. B. Kunststoff oder wegen des Gewichtes Messing.

Besonders zweckmäßig und vorteilhaft ist es. wenn die radiale Abmessung des Distanzstückes gleich oder größer als die radiale Abmessung des drehbaren Ma gnetringgebildes ist. Das Distanzstück ist also nicht nur eine Art Nabe, mit der das Magnetringgebilde auf der Welle sitzt, sondern vom Radius des Schwungrades her gesehen ein erheblicher Teil des Schwungrades. Das Magnetringgebilde stellt den Kranz des Schwungrades dar.

Besonders zweckmäßig und vorteilhaft ist es. wenn eine magnetische Lagerung angewendet ist. bei der die Magnetringgebilde einander gleichnamige Pole zukehren und das drehbare Magnetringgebilde mit einem wc-

sentlichen Anteil seiner Höhe oberhalb des liegenden Magnetringgebildes schwebend angeordnet ist Bei dieser Bauweise sind Laufdauer und Tragkraft verbessert, obzwar die Übereinanderanordnung mit erhöhtem Raumbedarf verbunden ist. Je schwerer das drehbare Magnetringgebilde ist, desto tiefer taucht es in das liegende Magnetringgebilde ein.

Besonders zweckmäßig und vorteilhaft ist es auch, wenn — wie an oich bekannt — der Innendurchmesser des liegenden Magnetringgebildes deutlich größer ist als der Außendurchmesser des drehbaren Magnetringgebildes und beide Magnetringgebilde in radialer Richtung magnetisiert die Pole an den Innen- und Außenmantelflächen aufweisen. Bei dieser Lagerung sind Tragkraft und Laufdauer weiter verbessert Das Schwungrad schwebt überhalb der Höhlung des liegenden Magnetringgebildes und ist durch Abstoßung der beiden Magnetfelder getragen.

Besonders zweckmäßig und vorteilhaft ist es sodann, wenn die Magnetringgebilde mit Weicheisenringen versehen sind, die als Ringreifen ausgebildet sind, von denen einer am Außenumfang des drehbaren unu ein anderer am Innenumfang des liegenden Magnetringgebildes angeordnet sind. Die Weicheisenringe, die bei magnetischen Lagerungen die Magnetfelder im Hinblick auf größere Tragkraft günstig beeinflussen, sind in einer für den vorliegenden Anwendungsfall zweckmäßigen Weise angeordnet.

Besonders zweckmäßig und vorteilhaft ist es noch, wenn das radial wirkende Kugel- oder Rollenlager mittels eines Käfigs aus nichtmagnetischem Material gegen das Magnetfeld der Magnetringgebilde geschützt ist Diese Kugel- oder Rollenlager, deren Käfig z. B. aus Kunststoff besteht, werden von den Magnetfeldern der Magnetringgebilde nicht beeinflußt, was letztlich die Laufdauer erhöht.

In der Zeichnung ist schematisch eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung dargestellt und zeigt

F i g. 1 eine Seitenansicht eines Schwungrad-Energiespeichers und Fig. 2 einen Schnitt gemäß Linie H-II in Fig. 1.

Der Schwungrad-Energiespeicher gemäß Zeichnung gehört in nicht näher gezeigter Weise zu einem Kraftfahrzeug-Antrieb und ist mit einer Antriebseinrichtung, ζ. B. einem Motor kuppelbar, um das Schwungrad in hohe Drehzahl zu bringen und mit Rotationsenergie aufzuladen. Nach Beendigung des Aufladevorganges wird die Antriebseinrichtung abgekuppelt. Durch die Drehung des Schwungrades wird eine Abtriebseinrichtung in Gang gesetzt bzw. gehalten, die z. B. ein elektrischer Generator ist, der eine Batterie speist, die an einen Elektromotor angeschlossen ist.

Bei dem Schwungrad-Energiespeicher liegt auf einer Bodenplatte 1 ein größeres Magnetringgebilde 2, das aus blockartigen, länglichen Permanentmagneten 3 zusammengesetzt ist, deren Längserstreckung vertikal verläuft. Die Permanentmagnete 3 sind z. B. dicht an dicht angeordnet, können aber zur Not auch auf Abstand voneinander angeordnet sein. Jeder Permanentmagnet 3 ist so magnetisiert, daß radial innen der Nordpol N und radial außen der Südpol 5 angeordnet ist. Die Permanentmagnete 3 liegen innen an einem rohrstückartigen Weicheisenring 4 an, dessen Höhe der vertikalen Länge der Permanentmagnete 3 entspricht. Außen sind die Magnete von einei Halterung 5 umfaßt. 6j

Oberhalb der Höhlung des liegenden Magnetringgebildes 2 schwebt ein kleine:es, drehbares Magnetringgebilde 6. das nicht oder nur geringfügig in die Höhlung eintaucht. Die radiale Abmessung des Spaltes bzw. Abstandes 7 zwischen den beiden Magnetringgebilden richtet sich nach den jeweiligen Gegebenheiten und ist hier so gewählt, daß sie kleiner ist als der Außenradius des drehbaren Magnetringgebildes 6. Das Magnetringgebilde 6 sitzt auf einem mittigen Distanzstück 8 und bildet zusammen mit diesem ein Schwungrad. Das Distanzstück 8 ist kreisrund, besteht aus einem nichtmagnetisierbaren Material, z. B. aus Kunststoff, und stellt das Innenstück eines Rades dar. Das Schwungrad bzw. das Distanzstück 7 sitzt fest auf einer Welle 9 aus nichtmagnetisierbarem MateriaL

Das kleinere Magnetringgebilde 6 ist aus kleineren, blockartigen, länglichen Permanentmagneten 10 zusammengesetzt, deren Längserstreckung* vertikal verläuft. Die Permanentmagnete 10 sind z. B. dicht an dicht angeordnet, können aber auch auf Abstand voneinander angeordnet sein. Jeder Permanentmagnet 10 ist so magnetisiert, daß radial nach außen der Nordpol N und radial innen der Südpol S angeordnet ist. D/; Permanentmagnete iö liegen außen an einem rohoitückarligen Weicheisenring 11 an, dessen Höhe der vertikalen Länge der Permanentmagnete 10 entspricht.

Oberhalb des drehbaren Magnetringgebildes 6 erstreckt sich ein Querbalken 12. Die Welle 9 ist in dem Querbalken und in der Bodenplatte 1 jeweils mittels eines Lagers 13 gelagert, das einen Kunststoffkäfig aufweist und primär radiale Kräfte aufzunehmen hat.

Zwischen jedem Permanentmagnet 10 und dem Distanzstück 8 ist ein Blechpiättchen bzw. eine Platine vorgesehen, das bzw. die den Permanentmagnet abschirmt und die Bildung von Wirbelfeldern verhindert. Der Haltering 5 hat nur die Wi^rkung einer Halterung und kann auch durch eine Drahtwindung ersetzt sein. Der Zutritt von Magnetismus zu den Lagern der Welle 9 wird verhindert, indem die Welle und/oder das Distanzstück aus einem nichtmagnetisierbaren Material, z. B. Messing besteht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schwungrad-Energiespeicher, bei dem ein auf einer vertikalen Welle sitzendes drehbares Schwungrad einerseits mit einer Antriebseinrichtung lösbar kuppelbar ist und andererseits mit einer Abtriebseinrichtung zusammenwirkt und eine Lagerung des Schwungrades vorgesehen ist, die zur radialen Lagerung Kugel- oder Rollenlager aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das Schwungrad als Magnetringgebilde (6) und zwischen diesem und der Welle (9) befindliches Distanzstück (8) ausgebildet ist, wobei eine axiale magnetische Lagerung des drehbaren Magnetringgebildes (6) an einem dazu konzentrisch angeordneten, weiteren liegenden Magnetringgebilde (2) vorgesehen ist

2. Schwungrad-Energiespeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die radiale Abmessung des Distanzstüdces (8) gleich der oder größer als die radiale Abmessung des drehbaren Magnetringgebiides (6) ist

3. Schwungrad-Energiespeicher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetringgebilde (2,6) einander gleichnamige Pole (N, S) zukehren und das drehbare Magnetringgebilde (6) mit einem wesentlichen Anteil seiner Höhe oberhalb des liegenden Magnetringgebildes (2) schwebend angeordnet ist

4. Schwungrad-Energiespeicher nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadu.ch gekennzeichnet, daß der Innendurchmesser des liegenden Ma^netringgebildes (2) deutlich größer ist als der Außendurchmesser des drehbaren Magnetringgebildes (f* und beide Magnetringgebiide in radialer Richtung magnetisiert die Pole (N, S) an den Innen- und Außenmantelflächen aulweisen.

5. Schwungrad-Energiespeicher nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetringgebilde (2,6) mit Weicheisenringen (4,11) versehen sind, die als Ringreifen ausgebildet sind, von denen einer am Außenumfang des drehbaren und ein anderer am Innenumfang des liegenden Magnetringgebildes (2,6) angeordnet ist

6. Schwungrad-Energiespeicher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das radial wirkende Kugel- oder Rollenlager (13) mittels eines Käfigs aus nichtmagnetischem Material gegen das Magnetfeld der Magnetringgebilde (6,2) geschützt ist.