DE4200824A1

DE4200824A1 - Dynamo-electric flywheel energy store - has rotor shaft with desired point of fracture which lies outside rotor bearings

Info

Publication number: DE4200824A1
Application number: DE4200824A
Authority: DE
Inventors: Gregor Fischer; Michael Bidlingmaier
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 1992-01-15
Filing date: 1992-01-15
Publication date: 1993-07-22

Abstract

The flywheel energy store is arranged in an evacuated housing and includes a flywheel rotor. Permanent magnets are fixed to the rotor concentrically to a symmetric axis. A stator is concentric within the rotor to the symmetric axis on a rotor shaft. Windings are positioned opposite the permanent magnets according to whether the electric dynamo flywheel store is to be driven as a motor or as a generator. The rotor shaft (32) has a desired point of fracture (57) which lies outside the bearings (29,30,33,34,59,60) of the rotor (3). ADVANTAGE - Is safer with respect to damage due to e.g. corrosion of rotor bearings.

Description

Die Erfindung betrifft einen dynamoelektrischen Schwung radspeicher gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a dynamo-electric swing Wheel memory according to the preamble of claim 1.

In der Zeitschrift "Elektrische Bahnen - eb" 87(1989) Heft 5, Seite 135 bis 140, ist in dem Artikel "Magnet-Mo tor-Antrieb für Nutzfahrzeuge und verbrauchs- und emissi onsoptimierte Nahverkehrsbusse" ein magnetdynamischer Speicher beschrieben. Dieser magnetdynamische Speicher ist ein rotierender Schwungradspeicher mit einer inte grierten elektrischen Maschine, die je nach Bedarf als Motor zum Laden des Speichers oder als Generator zum Ent laden des Speichers arbeitet. Als Energieträger dient ein hohlzylindrischer Glasfaserkunststoff-Rotor mit vertika ler Drehachse. Der freie Innenraum des Rotors enthält die Motor/Generator-Einheit, über die die Aufnahme und Abgabe elektrischer Energie erfolgt. Der Rotor ist so gelagert, daß keine bewegten mechanischen Teile nach außen geführt sind. Das Gehäuse ist evakuiert, wodurch die Luftrei bungsverluste auf ein Minimum reduziert sind. Ferner weist der Schwungradspeicher kein Getriebe und keine um laufenden elektrischen Teile auf. In der Regel ist ein solcher Rotor über Wälzlager auf einer Welle gelagert. Bei einem Versagen der Wälzlager ist es möglich, daß die Lager fressen und somit eine mehr oder weniger kraft schlüssige Verbindung zwischen dem Rotor und der Welle hergestellt wird. Bei einem solchen Lagerschaden kann es dazu kommen, daß die Welle aus dem Gehäuse ausreißt oder daß die Welle abschert. Durch den Wegfall der Welle als Führung für den Rotor wird der energiegeladene Rotor zer stört.In the magazine "electric railways - eb" 87 (1989) Booklet 5, pages 135 to 140, is in the article "Magnet-Mo Gate drive for commercial vehicles and consumption and emissi onsoptimized local buses "a magnet dynamic Memory described. This magnetic dynamic memory is a rotating flywheel accumulator with an inte electric machine that can be used as needed Motor to load the storage or as a generator to ent loading the memory works. A serves as an energy source hollow cylindrical fiberglass rotor with vertica axis of rotation. The free interior of the rotor contains the Motor / generator unit through which the intake and delivery electrical energy. The rotor is mounted that no moving mechanical parts are led to the outside are. The housing is evacuated, which eliminates the air Exercise losses are reduced to a minimum. Further the flywheel storage has no gearbox and none running electrical parts. Usually is a such rotor is mounted on a shaft via roller bearings. If the rolling bearing fails, it is possible that the Eat bearings and therefore a more or less force conclusive connection between the rotor and the shaft will be produced. With such bearing damage, it can In addition, the shaft pulls out of the housing or that the wave shears off. By eliminating the wave as Guide for the rotor is the energized rotor zer disturbs.

Ferner ist es bekannt, zwischen dem Fahrzeug und dem Schwungradspeicher elastische Glieder mit entsprechender Federung und Dämpfung vorzusehen, um die im Fahrbetrieb und bei Unfällen auftretenden Belastungen der Rotorlage rung zu begrenzen. Bei dem bekannten Schwungradspeicher sind zu diesem Zweck zwischen dem Schwungradspeicher und einem den Schwungradspeicher umgebenden Rahmen vier um 90° versetzt angeordnete, großvolumige Feder-Dämpferele mente vorgesehen.It is also known between the vehicle and the Flywheel storage elastic links with corresponding Suspension and damping to be provided in order to drive and loads on the rotor position in the event of accidents limit. In the known flywheel storage are for this purpose between the flywheel storage and a frame surrounding the flywheel storage four Large-volume spring damper elements arranged at 90 ° ment provided.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen dynamoelektrischen Schwungradspeicher zu schaffen, der sicherer gegenüber Beschädigungen bzw. Zerstörungen ist.The object of the invention is a dynamoelectric To create flywheel storage that is safer compared Is damage or destruction.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem gattungsge mäßen dynamoelektrischen Schwungradspeicher durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 ge löst.This object is inventively in a genus dynamoelectric flywheel storage through the Features of the characterizing part of claim 1 ge solves.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung einer vertikal stehenden Rotorwelle mit einer Sollbruchstelle wird er reicht, daß bei einem Blockieren des Rotors durch bei spielsweise einen Lagerschaden die Rotorwelle definiert abreißt. Die Sollbruchstelle ist so angeordnet, daß bei einem Bruch der Abschnitt der Welle, an dem der Rotor ge lagert ist, als Bauteil erhalten bleibt. Dieser Abschnitt der Welle ist mit Notlauflagern versehen, so daß der Ro tor definiert abgebremst werden kann. Die Notlauflager bestehen in radialer Richtung aus Gleitlagern, die vor zugsweise mit einem Festschmierstoff geschmiert sind. In axialer Richtung ist zwischen dem Gehäuse und der Stirn seite der Rotorwelle ein Lager angeordnet, das beispiels weise nur aus einer einzigen Kugel bestehen kann.Due to the inventive design of a vertical standing rotor shaft with a predetermined breaking point is enough that if the rotor is blocked by at for example, a bearing damage defines the rotor shaft tears off. The predetermined breaking point is arranged so that at a break in the section of the shaft on which the rotor ge is stored as a component is preserved. this section the shaft is provided with emergency bearings, so that the Ro defined gate can be braked. The emergency run camp consist of radial bearings in the radial direction are preferably lubricated with a solid lubricant. In axial direction is between the housing and the forehead Side of the rotor shaft a bearing arranged, for example can only consist of a single ball.

In der Regel bemerkt der Fahrer eines mit einem erfin dungsgemäßen dynamoelektrischen Schwungradspeicher verse henes Kraftfahrzeuges nicht das Auftreten einer Beschädi gung oder Zerstörung der Rotorwelle oder des Rotors, da der erfindungsgemäße dynamoelektrische Schwungradspeicher mit einem doppelwandigen Gehäuse versehen ist. Aus diesem Grund ist der erfindungsgemäße dynamoelektrische Schwungradspeicher mit einem Sensor versehen, der das Auftreten einer Beschädigung oder Zerstörung innerhalb des Gehäuses anzeigt. In der einfachsten Ausführungsform zeigt der Sensor den Wellenbruch an. Dies kann dadurch geschehen, daß eine Abrißleitung zwischen dem Gehäuse oder einem Gehäuseteil und der Rotorwelle angebracht ist, die bei einem Drehen der Rotorwelle getrennt wird. Auf diese Weise wird ein Signal erzeugt, das zum Fahrer des Fahrzeuges über optische und/oder akustische Mittel über tragen wird.Usually the driver notices one with an invented one dynamoelectric flywheel storage verse hen motor vehicle not the occurrence of damage or destruction of the rotor shaft or the rotor, because the dynamoelectric flywheel memory according to the invention is provided with a double-walled housing. For this The reason is the dynamoelectric according to the invention Flywheel storage with a sensor that the Occurrence of damage or destruction within of the housing. In the simplest embodiment the sensor indicates the wave break. This can be done happen that a tear line between the housing or a housing part and the rotor shaft is attached, which is separated when the rotor shaft is turned. On in this way a signal is generated which is sent to the driver of the Vehicle via optical and / or acoustic means will wear.

Wie beim Stand der Technik kann der erfindungsgemäße dy namoelektrische Schwungradspeicher sowohl als Generator als auch als Motor betrieben werden. Der Generatorbetrieb kann auch bei einem Störfall eingeschaltet werden, um den Rotor durch Leistungsentzug elektrisch abzubremsen. Dies kann selbsttätig über eine entsprechende Steuerung und/oder manuell durch den Fahrer erfolgen. Vorzugsweise wird durch das Abtrennen der Abrißleitung die Steurung veranlaßt, den Rotor abzubremsen, wodurch eine weitere Ladung verhindert wird. Ferner kann der Rotor in einem Störfall durch das Zuführen von Luft in den evakuierten Innenraum des Gehäuses abgebremst werden. Vorzugsweise erfolgt das Abbremsen des Rotors bei einem Störfall durch die Zufuhr einer Kühlflüssigkeit, die im Normalbetrieb zur Abführung der zwischen dem Rotor und dem Stator ent stehenden Wärme dient. Aufgrund der hohen Drehzahlen des Rotors, die zwischen 15 000 und 30 000 Umdrehungen pro Minute im Betrieb betragen, kann es beim Abbremsen durch die Kühlflüssigkeit zu einem Verdampfen der Kühl flüssigkeit und damit zu einem Druckanstieg im Gehäuse kommen. Zur Begrenzung des entstehenden Drucks ist im Ge häuse als separates oder integriertes Bauteil ein Über druckventil angeordnet bzw. ausgebildet.As in the prior art, the dy namoelectric flywheel storage both as a generator as well as being operated as a motor. The generator operation can also be switched on in the event of a malfunction Braking the rotor electrically by withdrawing power. This can automatically via a corresponding control and / or done manually by the driver. Preferably becomes the control by disconnecting the demolition pipe causes the rotor to brake, causing another Charge is prevented. Furthermore, the rotor can be in one Incident due to the supply of air to the evacuated Be braked inside the housing. Preferably the rotor is braked in the event of a malfunction the supply of a coolant that is in normal operation to remove the ent between the rotor and the stator standing heat. Due to the high speeds of the Rotors that are between 15,000 and 30,000 revolutions per Minute in operation, it can slow down the cooling liquid to evaporate the cooling liquid and thus an increase in pressure in the housing come. To limit the resulting pressure, Ge housing as a separate or integrated component pressure valve arranged or formed.

Zur Erhöhung der Lebensdauer sind zwischen zwei als Lage rung dienenden Kugellagern zwei Nadellager beabstandet zueinander zwischen der Rotorwelle und dem Rotor ange ordnet. Die Nadellager sind bei einem ordnungsgemäßen Sitz der Kugellager auf der Rotorwelle mit einem Spiel zum Rotor angeordnet. Die Größe diese Spiels ist so be messen, daß ab einem bestimmten Abnutzungsgrad der Kugel lager-Anlageflächen die entsprechenden Anlageflächen der Nadellager in Eingriff mit dem Rotor kommen.To increase the life span are between two as a layer tion serving ball bearings two needle bearings spaced to each other between the rotor shaft and the rotor arranges. The needle bearings are in order Seat the ball bearings on the rotor shaft with play arranged to the rotor. The size of this game is so big measure that from a certain degree of wear of the ball bearing contact surfaces the corresponding contact surfaces of the Needle bearings come into engagement with the rotor.

Die Schmierung der Lager erfolgt in einfacher Weise durch die Anordnung von mindestens einem mit Schmierstoff ge tränkten Sinterring, der oberhalb des oberen Kugellagers angeordnet ist. Das Kugellager weist an seinem festste henden Innenring eine rinnenförmige Auffangvorrichtung für den während des Betriebs aus dem Sinterring herunter tropfenden Schmierstoff auf. Dazu passend ist am umlau fenden Außenring eine schaufelartige Verteilervorrichtung angeordnet, die den in der Auffangvorrichtung angesammel ten Schmierstoff wieder nach oben in das Lager zurück be fördert. In einer anderen Ausführungsform ist die Anord nung der Auffangvorrichtung und der Verteilervorrichtung umgekehrt, so daß an dem feststehenden Teil die Vertei lervorrichtung und am drehenden Teil die Auffangvorrich tung befestigt ist. Ein zweiter mit Schmierstoff getränk ter Sinterring kann zwischen den beiden Rollenlagern an geordnet sein. Durch eine entsprechende Ausbildung von Kanälen oder dergleichen ist es möglich, daß durch den oberen Sinterring neben dem Kugellager noch das darunter befindliche Rollenlager geschmiert werden kann. In glei cher Weise kann Schmierstoff vom zweiten Sinterring durch eine entsprechende Ausbildung von Kanälen durch das Na dellager zu dem unteren Kugellager gelangen. Auch dieses Kugellager kann mit einer Auffangvorrichtung und einer Verteilervorrichtung für den Schmierstoff versehen sein.The bearings are easily lubricated by the arrangement of at least one with lubricant impregnated sintered ring, the one above the upper ball bearing is arranged. The ball bearing points at its hardest inner ring a gutter-shaped collecting device for the down from the sinter ring during operation dripping lubricant. Matching is umlau the outer ring a shovel-like distribution device arranged, which accumulated in the catcher the lubricant back up into the bearing promotes. In another embodiment the arrangement is tion of the collecting device and the distribution device vice versa, so that on the fixed part the distribution device and on the rotating part the catchment device device is attached. A second drink with lubricant The sintered ring can be between the two roller bearings be ordered. With the appropriate training from Channels or the like, it is possible that through the upper sintered ring next to the ball bearing and the one below roller bearings can be lubricated. In the same Lubricant can pass through from the second sintered ring an appropriate formation of channels through the Na reach the lower ball bearing. This too Ball bearing can with a fall arrester and a Distribution device for the lubricant may be provided.

Zur Abführung der beim Betrieb des erfindungsgemäßen dy namoelektrischen Schwungradspeichers entstehenden Wärme ist ein Kühlkreislauf vorgesehen. Zu diesem Zweck ist die Rotorwelle als Hohlwelle ausgebildet, in die ein koaxial angeordnetes Rohr so eingefügt ist, daß die durch das Rohr hindurchströmende Kühlflüssigkeit am verschlossenen unteren Ende der Rotorwelle aus dem Rohr heraustritt und zwischen Rohraußenwand und der Wellenoberfläche nach oben strömt. Das obere Ende der Welle ist zwischen dem Rohr und dem Hohlraum der Welle abgedichtet. Unterhalb der Dichtung verläuft eine radial nach außen verlaufende Boh rung oder Ausnehmung, die in eine axial verlaufende Boh rung oder Ausnehmung mündet. Die axiale Bohrung führt zu den Rückseiten von Magnetblechen des Stators. An diesen Rückseiten strömt die Kühlflüssigkeit vorbei und an schließend über eine weitere axiale Bohrung oder Ausneh mung wieder nach außen, beispielsweise in einen Wärmetau scher, in dem die in der Kühlflüssigkeit gespeicherte Wärme abgeführt wird. Zur Vergrößerung der Kühlflächen an den Magnetblechen sind diese stufenartig oder versetzt zueinander angeordnet.To dissipate the dy Namoelectric flywheel storage heat generated a cooling circuit is provided. For this purpose, the Rotor shaft designed as a hollow shaft into which a coaxial arranged tube is inserted so that by the Coolant flowing through the pipe at the closed bottom end of the rotor shaft comes out of the tube and between the outer tube wall and the shaft surface upwards flows. The top of the shaft is between the tube and the cavity of the shaft sealed. Below the Seal runs a radially outward Boh tion or recess that in an axially extending Boh tion or recess opens. The axial bore leads to the back of magnetic sheets of the stator. On this The coolant flows past and on the back closing over another axial bore or recess back to the outside, for example in a heat rope shear in which the stored in the coolant Heat is dissipated. To enlarge the cooling surfaces the magnetic sheets are stepped or offset arranged to each other.

Für die Ausführungsform, bei der die Kühlflüssigkeit zum Abbremsen des Rotors bei einem Störfall dient, ist die Sollbruchstelle so angeordnet, daß beim Bruch der Rotor welle eine Verbindung zwischen dem Kühlkreislauf und dem Innenraum des Rotorgehäuses entsteht. Vorzugsweise ist diese Stelle dort ausgebildet, an der eine Querschnitts verringerung durch die radiale Bohrung oder Ausnehmung für den Kühlkreislauf bereits vorhanden ist. Eine weitere Querschnittsverringerung kann dadurch bewirkt werden, daß eine umlaufende Nut oder Kerbe in Höhe der radialen Aus nehmung oder Bohrung an der Außenfläche der Rotorwelle ausgebildet ist.For the embodiment in which the cooling liquid for Braking the rotor in the event of a malfunction is the The predetermined breaking point is arranged so that the rotor breaks a connection between the cooling circuit and the The interior of the rotor housing is created. Preferably this place trained there at a cross section reduction through the radial bore or recess for the cooling circuit already exists. Another Cross-sectional reduction can be brought about by a circumferential groove or notch in the amount of the radial Aus Take or bore on the outer surface of the rotor shaft is trained.

Das Schwungrad besteht aus einem Faserverbund, der insbe sondere aus einem glasfaserverstärkten Kunststoff (GFK), aus einem aramidfaservertärktem Kunststoff und/oder aus einem kohlefaserverstärkten Kunststoff (CFK) hergestellt ist.The flywheel consists of a fiber composite, in particular especially made of a glass fiber reinforced plastic (GRP), made of an aramid fiber reinforced plastic and / or a carbon fiber reinforced plastic (CFRP) is.

Durch die Ausbildung der äußeren Schale des Gehäuses als ein Teil der Fahrzeugstruktur ist es möglich, daß die in dem dynamoelektrischen Schwungradspeicher erzeugten Kräfte großflächig über das Gehäuse in die Fahrzeugstruk tur weitergeleitet werden können. Beispielsweise kann die äußere Schale des Gehäuses ähnlich wie eine Reserverad mulde im Bodenblech des Fahrzeuges ausgeformt sein. Im wesentlichen aus Sicherheitsgründen ist dieses Gehäuse in etwa in der Fahrzeugmitte ausgebildet, so daß bei einem Seiten-, Heck- oder Frontalaufprall das Gehäuse weitestgehend geschützt liegt. Ferner liegt das Gehäuse ungefähr im Fahrzeug-Bewegungsschwerpunkt, so daß nur eine geringe Beeinflussung der Fahrzeugbewegungen auf den erfindungsgemäßen dynamoelektrischen Schwungradspeicher stattfindet.By designing the outer shell of the housing as part of the vehicle structure it is possible that the in the dynamoelectric flywheel storage Large forces over the housing into the vehicle structure can be forwarded. For example, the outer shell of the housing similar to a spare wheel recess in the floor pan of the vehicle. in the This housing is essential for security reasons formed approximately in the middle of the vehicle, so that at one Side, rear or frontal impact the housing is largely protected. The housing is also located approximately in the center of gravity of the vehicle, so that only a slight influence on vehicle movements on the Dynamoelectric flywheel memory according to the invention takes place.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist das äußere Ge häuse durch ein deckelartiges Teil verschlossen. Das äußere Gehäuse kann zur Gewichtsreduzierung an unproble matischen Stellen mit Öffnungen versehen sein. Innerhalb des äußeren Gehäuses befindet sich ein inneres Gehäuse, wobei zwischen den beiden Gehäusen oder Schalen Feder- und/oder Dämpferelemente angeordnet sind. Diese Feder- und/oder Dämpferelemente können metallisch, hydraulisch, pneumatisch und/oder elastomer sein. Durch eine entspre chende räumliche Verteilung der Feder- und/oder Dämpfer elemente und der Abstimmung im Feder-/Dämpfungsverhalten lassen sich gezielt für alle Betriebsbedingungen und Kraftrichtungen die erforderlichen Eigenschaften einstel len. So kann z. B. das innere Gehäuse in vertikaler Rich tung weich und in Fahrtrichtung steif gelagert sein. Die Verwendung mehrerer Feder- und/oder Dämpferelemente läßt eine leichte Einstellung der gewünschten dynamischen Ei genschaften zu. Dadurch ergibt sich eine hohe Redundanz beim Ausfall eines Elementes. Da die innere Schale keine Punktlasten aufnehmen muß, kann sie nach Dichtig keitskriterien ausgelegt werden. Durch den zweischaligen Aufbau wird eine gute Isolierung von Körper- und Luft schall erreicht. Ferner dient das zweite, äußere Gehäuse als eine zweite Abschirmung sowohl gegen Schäden am Rotor als auch bei einem Crash.In a preferred embodiment, the outer Ge housing closed by a lid-like part. The outer housing can be unproble to reduce weight be provided with openings. Within the outer case is an inner case, where between the two housings or shells spring and / or damper elements are arranged. This feather and / or damper elements can be metallic, hydraulic, be pneumatic and / or elastomeric. By a correspond Adequate spatial distribution of the spring and / or damper elements and the coordination in spring / damping behavior can be targeted for all operating conditions and Force directions set the required properties len. So z. B. the inner case in a vertical direction be soft and stiff in the direction of travel. The Using several spring and / or damper elements can an easy setting of the desired dynamic egg properties. This results in a high level of redundancy if an element fails. Since the inner shell is none Must pick up point loads, they can be leakproof criteria are interpreted. Through the double-shell Build-up becomes a good insulation of body and air reached sound. The second, outer housing also serves as a second shield against both damage to the rotor as well as in a crash.

Ausführungsformen der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnungen beispielshalber beschrieben. Dabei zei gen:Embodiments of the invention are described below the drawings described by way of example. Here zei gene:

Fig. 1 eine Schnittansicht von der Seite des dynamo elektrischen Schwungradspeichers, Fig. 1 is a sectional view from the side of the dynamo-electric flywheel storage means,

Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung eines Teils der als Kühlflächen dienenden Magnetblech-Rücksei ten und Fig. 2 is an enlarged view of a portion of the serving as cooling surfaces magnetic sheet rear and

Fig. 3 eine Prinzipdarstellung im Schnitt der Wälzla geranordnung und der dazugehörigen Schmierung. Fig. 3 is a schematic diagram in section of the Wälzla geranordnung and the associated lubrication.

Die Fig. 1 zeigt den Aufbau eines dynamoelektrischen Schwungradspeichers 1. Der dynamoelektrische Schwungrad speicher 1, der nachfolgend kurz Schwungradspeicher ge nannt wird, besteht im wesentlichen aus einem Stator 2 und einem Rotor 3, die in einem evakuierten Gehäuse 4 an geordnet sind. Um das evakuierte innere Gehäuse 4 ist ein äußeres Gehäuse 5 vorgesehen, das in die Fahrzeugstruk tur, beispielsweise in das Bodenblech 6 der Fahrzeugka rosserie, integriert ist. Die Kraftübertragung zwischen dem äußeren und dem inneren Gehäuse 5, 4 erfolgt durch Feder- und/oder Dämpferelement 7 bis 11. Diese Feder- und/oder Dämpferelemente können als geschlossene Ringe oder als Ringsegmente ausgebildet sein. Fig. 1 shows the structure of a dynamoelectric flywheel memory 1. The dynamo-electric flywheel memory 1 , which is referred to below as shortly flywheel memory, consists essentially of a stator 2 and a rotor 3 , which are arranged in an evacuated housing 4 . Around the evacuated inner housing 4 , an outer housing 5 is provided which is integrated in the vehicle structure, for example in the floor panel 6 of the vehicle body. The force transmission between the outer and the inner housing 5 , 4 takes place by means of spring and / or damper elements 7 to 11 . These spring and / or damper elements can be designed as closed rings or as ring segments.

Der Rotor 3 ist ein Schwungrad, das in der vorliegenden Ausführungsform aus Sicherheitsgründen aus einem Kunst stoff-Faserverbund hergestellt ist. Das die Schwungmasse bildende Teil 12 ist ein ringförmiger Körper mit einer koaxialen, inneren Aussparung oder Öffnung 13. Zwischen der Schwungmasse 12 und der Öffnung 13 des Rotors 3 ist ein weiteres ringförmiges Teil oder eine Nabe 14 mit der Schwungmasse 12 verbunden, die in der gezeigten Ausfüh rungsform aus zwei Ringen 15 und 16 gebildet ist. Die Ringe 15 und 16 sind derart geformt, daß das ringförmige Teil 14 im Querschnitt eine nach oben hin offene ringför mige Aussparung 19 aufweist.The rotor 3 is a flywheel, which is made in the present embodiment for safety reasons from a plastic-fiber composite. The part 12 forming the flywheel is an annular body with a coaxial, internal recess or opening 13 . Between the flywheel 12 and the opening 13 of the rotor 3 , a further annular part or a hub 14 is connected to the flywheel 12 , which is formed from two rings 15 and 16 in the embodiment shown. The rings 15 and 16 are shaped such that the annular part 14 has an upwardly open ringför shaped recess 19 in cross section.

An der unteren Stirnseite 20 des Teils 16 ist ein ring förmiger Permanentmagnet 21 waagrecht angeordnet. Gegen über diesem Permanentmagneten 21 ist ein gleich großer Permanentmagnet 22 mit entgegengesetzter Polarität am in neren Gehäuse 4 befestigt. Die beiden Permanentmagenten 21 und 22 dienen zur schwimmenden Lagerung des Rotors 3 im Gehäuse 4 um eine Symmetrieachse 23. An einer zur Symmetrieachse 23 gerichteten Fläche 17 des Ringes 15 sind Permanentmagnete 24 aus Kreissegmenten befestigt. On the lower end face 20 of part 16 , a ring-shaped permanent magnet 21 is arranged horizontally. A permanent magnet 22 of the same size, with opposite polarity, is fastened on the inner housing 4 opposite this permanent magnet 21 . The two permanent magnets 21 and 22 serve for the floating mounting of the rotor 3 in the housing 4 about an axis of symmetry 23 . Permanent magnets 24 made of circular segments are fastened to a surface 17 of the ring 15 directed towards the axis of symmetry 23 .

Gegenüber den Permanentmagneten 24 sind Wicklungen 26 über Magnetbleche 28 am Stator 2 befestigt. Zwischen den Permanentmagneten 24 und den Wicklungen 26 ist ein Spalt 25 ausgebildet.Compared to the permanent magnets 24 , windings 26 are attached to the stator 2 via magnetic sheets 28 . A gap 25 is formed between the permanent magnets 24 and the windings 26 .

Die Lagerung des Rotors 3 erfolgt in der vorliegenden Ausführungsform über Kugellager 29, 30, die zum einen an einer zur Symmetrieachse 23 ausgebildeten Fläche 31 des Ringes 16 und zum anderen an einer Rotorwelle 32 beab standet voneinander angeordnet sind. Zwischen den Kugel lagern 29, 30 sind in der vorliegenden Ausführungsform Nadellager 33, 34 angeordnet. Der Sitz der Nadellager 33, 34 zwischen den jeweiligen Laufringen oder dem gemeinsa men Laufring 35 und der entsprechend gegenüberliegenden Fläche des Rotors 3, 16 ist so bemessen, daß die Nadella ger 33, 34 erst ab einem vorgegebenen Abnutzungsgrad der Kugellager 29, 30 in Eingriff mit dem Rotor 3 kommen. Zwischen den Nadellagern 33, 34 ist ein ringförmiges Spannelement 37 zur lagerichtigen Positionierung der Na dellager 33, 34 in axialer Richtung angeordnet. Die Schmierung der Lager 29, 30 und 33, 34 erfolgt in der vorliegenden Ausführungsform über einen mit Schmierstoff getränkten Sinterring 38. Oberhalb einer oberen Stirn seite 40 des ringförmigen Teils 14 ist der Sinterring 38 am Rotor 3 befestigt.The bearing of the rotor 3 takes place in the present embodiment via ball bearings 29 , 30 , which are arranged spaced apart from one another on a surface 31 of the ring 16 formed on the axis of symmetry 23 and on the other hand on a rotor shaft 32 . Between the ball bearings 29 , 30 needle bearings 33 , 34 are arranged in the present embodiment. The seat of the needle bearings 33 , 34 between the respective races or the common race 35 and the corresponding opposite surface of the rotor 3 , 16 is dimensioned so that the Nadella ger 33 , 34 only from a predetermined degree of wear of the ball bearings 29 , 30 in engagement come with the rotor 3 . Between the needle bearings 33 , 34 an annular clamping element 37 is arranged for the correct positioning of the Na dellager 33 , 34 in the axial direction. In the present embodiment, the bearings 29 , 30 and 33 , 34 are lubricated via a sintered ring 38 soaked with lubricant. Above an upper end face 40 of the annular part 14 , the sintered ring 38 is attached to the rotor 3 .

Die Rotorwelle 32 ist an einem rotationssymmetrischen Teil 41 über rotationssymmetrische Klemmelemente 42 mit beispielsweise keilförmigem Querschnitt am inneren Ge häuse 4 befestigt. Die Rotorwelle 32 ist mit einer Sack bohrung oder mit einer entsprechenden Aussparung 43 ver sehen, in die bis zum Ende der Sackbohrung 43 ein koaxial angeordnetes Rohr 44 führt. Das Rohr ist an seinem unte ren Ende 45 offen. Zwischen der Rohraußenwand 46 und der Innenfläche der Sackbohrung 43 ist ein Ringspalt 47 als Steigleitung für einen Kühlkreislauf ausgebildet. Am obe ren Ende 48 der Rotorwelle 32 ist unterhalb der Klemm elemente 42 mindestens eine radial verlaufende Bohrung 49 vorgesehen, die durch das rotationssymmetrische Teil 41 geht und in den Ringspalt 47 mündet. Parallel zur Sym metrieachse 23 verläuft eine weitere Bohrung bzw. ein Ka nal 50, der in einen ringförmigen Spalt 51 zwischen den Rückseiten 52 der Magnetbleche 28 und dem rotationssymme trischen Teil 41 führt. Die Abdichtung des Spaltes 51 er folgt durch Dichtungen 53, 54, insbesondere durch O- Ringe. Die Kühlflüssigkeit 55 verläßt über eine in den Spalt 51 mündende Leitung 56 den Schwungradspeicher 1.The rotor shaft 32 is attached to a rotationally symmetrical part 41 via rotationally symmetrical clamping elements 42 with, for example, a wedge-shaped cross section on the inner housing 4 . The rotor shaft 32 is seen with a blind bore or with a corresponding recess 43 , into which a coaxially arranged tube 44 leads to the end of the blind bore 43 . The tube is open at its lower end 45 . Between the outer tube wall 46 and the inner surface of the blind bore 43 , an annular gap 47 is formed as a riser for a cooling circuit. At the upper end 48 of the rotor shaft 32 below the clamping elements 42 at least one radially extending bore 49 is provided which passes through the rotationally symmetrical part 41 and opens into the annular gap 47 . Parallel to the symmetry axis 23 is a further bore or a channel 50 which leads into an annular gap 51 between the rear sides 52 of the magnetic plates 28 and the rotationally symmetrical part 41 . The sealing of the gap 51 he follows through seals 53 , 54 , in particular through O-rings. The coolant 55 leaves the flywheel accumulator 1 via a line 56 opening into the gap 51 .

Die Rotorwelle 32 ist mit einer Sollbruchstelle 57 ver sehen, die in der vorliegenden Ausführungsform in Höhe der Bohrung bzw. des Kanals 49 liegt. Die Sollbruchstelle 57 weist als weitere Querschnittsverminderung eine umlau fende Nut 58 auf, deren Form eine vorbestimmte Kerbwir kung hat. Unterhalb der Sollbruchstelle 57 ist vor der oberen Stirnseite 40 des Rotorringes 16 ein erstes Gleit lager 59 angeordnet. Unterhalb des Permanentmagneten 21 ist im inneren Gehäuse 4 ein zweites Gleitlager 60 vorge sehen. Die in der Regel senkrecht stehende Rotorwelle ist in axialer Richtung an ihrem unteren Ende 61 über ein La ger 62 axial gelagert, wobei dieses Lager nur aus einer Kugel 63 bestehen kann. Die Gleitlager 59 und 60 sind vorzugsweise Sinterlager mit einem Festschmierstoff, der beispielsweise Teflon sein kann. Die Gleitlager 59, 60 sind so ausgelegt, daß ein Abbremsen des Rotors 3 von seiner Höchstgeschwindigkeit, die bei 30 000 Umdrehun gen/Minute liegen kann, auf den Stillstand des Rotors möglich ist. Auf das rotationssymmetrische Teil 41 bzw. auf die Rotorwelle 32 ist ein Deckel 64 geschraubt, wobei zwischen dem Deckel 64 und der Rotorwelle 32 Dichtungen 65 und 66 vorgesehen sind. Ferner sind oberhalb und un terhalb der Stelle 67, an der der Kanal 49 in die Welle 32 mündet, Dichtungen 68 und 69 vorgesehen. The rotor shaft 32 is seen with a predetermined breaking point 57 , which in the present embodiment lies at the level of the bore or the channel 49 . The predetermined breaking point 57 has, as a further reduction in cross section, a circumferential groove 58 , the shape of which has a predetermined notch effect. Below the predetermined breaking point 57 , a first sliding bearing 59 is arranged in front of the upper end face 40 of the rotor ring 16 . Below the permanent magnet 21 , a second slide bearing 60 is seen in the inner housing 4 . The generally perpendicular rotor shaft is axially supported at its lower end 61 axially via a bearing 62 , this bearing being able to consist of only one ball 63 . The slide bearings 59 and 60 are preferably sintered bearings with a solid lubricant, which can be Teflon, for example. The plain bearings 59 , 60 are designed so that the rotor 3 can be braked from its maximum speed, which can be 30,000 revolutions per minute, to a standstill of the rotor. On the rotationally symmetrical part 41 or to the rotor shaft 32 is screwed a lid 64, between the lid 64 and the rotor shaft 32. Seals 65 and 66 are provided. Furthermore, seals 68 and 69 are provided above and below the point 67 at which the channel 49 opens into the shaft 32 .

Die Sollbruchstelle 57 ist für den Fall vorgesehen, daß der Rotor 3 blockiert, beispielsweise wenn die Kugellager 29, 30 fressen. Beim Blockieren des Rotors 3 reißt die Rotorwelle 32 an der vorgesehenen Sollbruchstelle 57 ab. Die Sollbruchstelle 57 ist so angeordnet, daß beim Bruch eine Verbindung zwischen dem Kühlkreislauf 44, 47, 49 usw. und einem Innenraum 70 des inneren Gehäuses 4 herge stellt wird. Aufgrund des im inneren Gehäuse 4 vorherr schenden Unterdruckes strömt die Kühlflüssigkeit, insbe sondere Kühlwasser, in das innere Gehäuse 4 ein. Die Kühlflüssigkeit dient gleichzeitig zur Abbremsung und Kühlung des Rotors. Aufgrund der beim Abbremsen auftre tenden Wärmeentwicklung kann es zu einer Dampfbildung und damit zu einem Überdruck im inneren Gehäuse 4 kommen. Zum Ausgleich des Überdruckes kann im Gehäuse eine Berstmem bran oder ein Überdruckventil 71 angeordnet sein, damit sich der im Schadensfall auftretende Dampfdruck abbauen kann.The predetermined breaking point 57 is provided in the event that the rotor 3 blocks, for example when the ball bearings 29 , 30 eat. When the rotor 3 is blocked, the rotor shaft 32 tears off at the intended breaking point 57 . The predetermined breaking point 57 is arranged so that a break between the cooling circuit 44 , 47 , 49 , etc. and an interior 70 of the inner housing 4 is Herge at break. Due to the prevailing negative pressure in the inner housing 4 , the cooling liquid, in particular special cooling water, flows into the inner housing 4 . The coolant also serves to brake and cool the rotor. Due to the heat generated during braking, steam can form and thus overpressure in the inner housing 4 . To compensate for the excess pressure, a bursting membrane or a pressure relief valve 71 can be arranged in the housing so that the steam pressure occurring in the event of damage can be reduced.

Unterhalb der Sollbruchstelle 57 ist ein Sensor 72 zwi schen der Rotorwelle 32 und dem rotationssymmetrischen Teil 41 angeordnet. Der Sensor 72 dient zur Anzeige, ob ein Schadensfall vorliegt, d. h. ob sich die Rotorwelle 32 nach einem Bruch mit dem Rotor 3 dreht. In der vorlie genden Ausführungsform handelt es sich bei dem Sensor 72 um eine dünne elektrische Abrißleitung. Beim Abscheren der Rotorwelle 32 wird diese Abrißleitung 72 abgetrennt. Dadurch kann ein elektrischer Stromkreis unterbrochen werden, der zur Anzeige des Schadensfalles und/oder zum Freischalten des elektrischen Antriebes für den Rotor 3 dient.Below the predetermined breaking point 57 , a sensor 72 is arranged between the rotor shaft 32 and the rotationally symmetrical part 41 . The sensor 72 serves to indicate whether there is a damage, ie whether the rotor shaft 32 rotates with the rotor 3 after a break. In the vorlie embodiment, the sensor 72 is a thin electrical tear line. When the rotor shaft 32 is sheared off, this tear-off line 72 is cut off. As a result, an electrical circuit can be interrupted, which is used to indicate the event of damage and / or to enable the electrical drive for the rotor 3 .

Durch den oben beschriebenen Aufbau des Schwungradspei chers 1 ergibt sich somit eine Notlagerung beim Blockie ren des Rotors 3, eine Kühlung der Bauteile beim Rotor- Crash sowie ein Abbremsen des Rotors 3 durch das einströ mende Kühlmittel.The structure of the Schwungradspei chers 1 described above thus results in an emergency storage when blocking the rotor 3 , a cooling of the components in the rotor crash and a braking of the rotor 3 by the inflowing coolant.

Gegenüber der Mantelfläche 73 des Rotors 3 ist ein Schutzring 74 als Berstschutz für einen Schadensfall an der Innenfläche 75 des inneren Gehäuses 4 angeordnet. Der Schutzring 74 besteht vorzugsweise aus einem Material mit einem niedrigen Schmelzpunkt, um beim Abbremsen des Ro tors 3 im Schadensfall die gespeicherte Energie in Schmelzwärme umzuwandeln. In der in der Fig. 1 gezeigten Ausführungsform ist der Schutzring 74 mit umlaufenden und voneinander beabstandeten Stegen 76 versehen. In einer anderen Ausführungsform können die Zwischenräume 27 zwi schen den Stegen 76 mit einem Material mit einem niedri gen Schmelzpunkt gefüllt sein. In der Regel ist der Schutzring 74 aus Leichtmetall oder aus Kunststoff herge stellt.A protective ring 74 is arranged opposite the outer surface 73 of the rotor 3 to protect the inner surface 75 of the inner housing 4 from bursting. The protective ring 74 is preferably made of a material with a low melting point in order to convert the stored energy into heat of fusion when the rotor 3 is braked in the event of damage. In the embodiment shown in FIG. 1, the protective ring 74 is provided with circumferential and spaced apart webs 76 . In another embodiment, the spaces 27 between the webs 76 may be filled with a material with a low melting point. As a rule, the protective ring 74 is made of light metal or plastic.

Zwischen dem inneren Gehäuse 4 und dem äußeren Gehäuse 5 sind die Feder- und/oder Dämpferelemente 7 bis 11 ange ordnet. Die Anzahl und Lage der Feder- und/oder Dämpfer elemente richtet sich nach den vorgegebenen Betriebsbe dingungen. Neben der in der Fig. 1 gezeigten Ausfüh rungsform ist es möglich, lediglich zwei Feder- und/oder Dämpferelemente vorzusehen, die in etwa die Lage der Fe der- oder Dämpferelemente 8 und 10 haben. In einer ande ren Ausführungsform ist es möglich, Feder- und/oder Dämp ferelemente so vorzusehen, wie es der Lage der Feder- und/oder Dämpferelemente 7, 9 und 11 entspricht. Daneben gibt es eine Vielzahl weitere Kombinationsmöglichkeiten.Between the inner housing 4 and the outer housing 5 , the spring and / or damper elements 7 to 11 are arranged. The number and position of the spring and / or damper elements depends on the specified operating conditions. In addition to the embodiment shown in FIG. 1, it is possible to provide only two spring and / or damper elements which have approximately the position of the spring or damper elements 8 and 10 . In another embodiment, it is possible to provide spring and / or damper elements as it corresponds to the position of the spring and / or damper elements 7 , 9 and 11 . There are also a variety of other possible combinations.

Wie in der Fig. 1 dargestellt ist, ist das äußere Ge häuse 5 zweiteilig aufgebaut. Dabei ist ein unteres Teil 77 Bestandteil der Fahrzeugstruktur. Die von der Maschine 1 eingeleiteten Kräfte können somit großflächig aufgenom men werden. Gleichzeitig trägt das äußere Gehäuse 5 zur Steifigkeit des Fahrzeugs bei. Das äußere Gehäuse 5 kann aus Grunden der Gewichtsreduzierung mit Öffnungen verse hen sein. Auf das untere Teil 77 kann ein als Deckel aus gebildetes oberes Teil 78 befestigt sein. Die Lage und Ausführung des Deckels 78 kann so ausgeführt werden, daß von diesem nur geringe Kräfte aufgenommen werden müssen. In einer anderen Ausführungsform sind die Teile ver tauscht, so daß das untere Teil 77 als ein Deckel ausge bildet ist und das obere Teil 78 ein Teil der Fahr zeugstruktur ist.As shown in Fig. 1, the outer Ge housing 5 is constructed in two parts. A lower part 77 is part of the vehicle structure. The forces introduced by the machine 1 can thus be recorded over a large area. At the same time, the outer housing 5 contributes to the rigidity of the vehicle. The outer housing 5 may be hen verses for reasons of weight reduction with openings. An upper part 78 formed as a cover can be attached to the lower part 77 . The position and design of the cover 78 can be designed so that only small forces have to be absorbed by it. In another embodiment, the parts are interchanged ver, so that the lower part 77 is formed as a cover and the upper part 78 is part of the vehicle structure.

In der Fig. 2 ist eine Teilansicht der Magnetbleche 28 dargestellt. Zur Erzeugung einer größeren Kühlfläche sind die in den Spalt 51 des Kühlkreislaufes ragenden Enden der Magnetfläche versetzt zueinander ausgebildet.In FIG. 2 is a partial view of the magnetic plates 28 is shown. To generate a larger cooling surface, the ends of the magnetic surface projecting into the gap 51 of the cooling circuit are offset from one another.

Die Fig. 3 zeigt eine prinzipielle Darstellung der An ordnung und Schmierung der Rotorlagerung. Insbesondere ist aus der Fig. 3 erkennbar, daß an den umlaufenden Außen- oder Laufringen 79, 80 der Kugellager 29, 30 je weils eine schaufel- und/oder hackenförmige Schmierstof fördereinrichtung 81, 82 vorgesehen ist, die jeweils in eine rinnenförmige Schmierstoff-Sammeleinrichtung 83, 84 hineinragt. Durch die Fördereinrichtungen 81, 82 wird der sich aus den Sinterringen 38, 39 tropfende Schmierstoff wieder nach oben gefördert, so daß eine ausreichende Schmierung gewährleistet ist. Durch die Ausbildung von Kanälen zwischen dem Kugellager 29 und dem Nadellager 33 bzw. dem Nadellager 34 und dem Kugellager 30 wird eine ausreichende Verteilung des Schmierstoffes zwischen den Kugel- und den Nadellagern erreicht. Fig. 3 shows a schematic representation of the order and lubrication of the rotor bearing. In particular, it can be seen from FIG. 3 that on the rotating outer or races 79 , 80 of the ball bearings 29 , 30 a scoop and / or hook-shaped lubricant delivery device 81 , 82 is provided, each in a channel-shaped lubricant collecting device 83 , 84 protrudes. The lubricants dripping from the sintered rings 38 , 39 are conveyed upwards again by the conveying devices 81 , 82 , so that adequate lubrication is ensured. Through the formation of channels between the ball bearing 29 and the needle bearing 33 or the needle bearing 34 and the ball bearing 30 , an adequate distribution of the lubricant between the ball and needle bearings is achieved.

Claims

1. Dynamoelectric flywheel accumulator, which is arranged in an evacuated housing, the flywheel accumulator consisting of a rotor provided with a flywheel, to which concentric magnets are attached to an axis of symmetry, with a stator, which is concentric with the axis of symmetry on a rotor shaft within the rotor is provided, with corresponding windings in relation to the permanent magnets being designed to operate the dynamo-electric flywheel storage as a motor or as a generator, characterized in that the rotor shaft ( 32 ) has a predetermined breaking point ( 57 ) which is outside of a bearing ( 29 , 30 ; 33 , 34 ; 59 , 60 ) of the rotor ( 3 ).

2. Dynamoelectric flywheel storage according to claim 1, characterized in that the main bearing of the rotor ( 3 ) consists of two spaced-apart ball bearings ( 29 , 30 ) and that if necessary an additional storage comes after a corresponding wear of the main bearing, the two voneinan the spaced needle bearing ( 33 , 34 ) and that further emergency bearing in the event of a break egg ner rotor shaft ( 32 ) at the predetermined breaking point ( 57 ) is seen before, which consists of two correspondingly arranged plain bearings ( 59 , 60 ).

3. Flywheel accumulator according to claims 1 or 2, characterized in that the lubrication of the bearings ( 29 , 30 ; 33 , 34 ) via appropriately arranged and lubricated sintered rings ( 38 , 39 ) he follows.

4. Flywheel accumulator according to one or more of the preceding claims, characterized in that a sensor ( 72 ) for displaying damage, in particular a break in the rotor shaft ( 32 ) and possibly for braking the rotor, below the predetermined breaking point ( 57 ) is provided.

5. Flywheel accumulator according to one or more of the preceding claims, characterized in that the braking of the rotor ( 3 ) in the event of a break in the rotor shaft ( 32 ) by the supply of a coolant ( 55 ) from a cooling circuit into an interior ( 70 ) of the inner housing ( 4 ).

6. Flywheel accumulator according to one or more of the preceding claims, characterized in that a pressure relief valve ( 71 ) is provided at least in the inner housing ( 4 ).

7. Flywheel storage according to one or more of the preceding claims, characterized in that the cooling circuit consists of a coaxially arranged tube ( 44 ) which projects into a blind bore or recess ( 43 ) formed in the rotor shaft ( 32 ) that between the The outer wall ( 46 ) of the tube ( 44 ) and the inner surface of the cutout ( 43 ) have an annular gap ( 47 ) as a riser in which the cooling liquid ( 55 ) rises up to a radially formed channel ( 49 ) that axially parallel, a channel ( 50 ) leads into an annular gap ( 51 ) into which the ends of the magnetic sheets ( 28 ) protrude and that a line ( 56 ) runs outwards.

8. Flywheel storage according to one or more of the preceding claims, characterized in that on the lower end face ( 20 ) of an annular hub ( 14 ) an annular permanent magnet ( 21 ) be fastened that compared to this permanent magnet ( 21 ) an equal-sized permanent magnet ( 22 ) on the inner housing ( 4 ) is fastened in such a way that the repulsive effect of the permanent magnets ( 21 , 22 ) results in a floating support bearing of the rotor ( 3 ).

9. Flywheel memory according to one or more of the preceding claims, characterized in that the flywheel ( 12 ) made of a fiber-reinforced plastic, in particular in a composite construction, is Herge.

10. Flywheel accumulator according to one or more of the preceding claims, characterized in that on the inner surface ( 75 ) of the inner housing ( 4 ) a protective ring ( 74 ) relative to the outer surface ( 73 ) of the rotor ( 3 ) is arranged.

11. Flywheel accumulator according to one or more of the preceding claims, characterized in that the inner housing ( 4 ) is surrounded by an outer housing ( 5 ) and that between the two housings ( 4 , 5 ) spring and / or damping elements ( 7th to 11 ) are arranged.

12. Flywheel accumulator according to one or more of the preceding claims, characterized in that the outer housing ( 5 ) is part of the vehicle structure.

13. Flywheel accumulator according to one or more of the preceding claims, characterized in that the housing ( 5 ) consists of a lower part ( 77 ) and an upper part ( 78 ), a part ( 77 ) essentially for receiving the in the forces generated by the flywheel memory ( 1 ) and the other part ( 78 ) covers the opposite part ( 77 ).

14. Flywheel accumulator according to one or more of the preceding claims, characterized in that the spring and / or damper elements ( 7 to 12 ) are arranged and designed such that the required properties can be set specifically for all operating conditions and directions of force.