WO2023078595A1 - Hydro-schwungrad und drehkraft-stabilisator hierfür - Google Patents

Hydro-schwungrad und drehkraft-stabilisator hierfür Download PDF

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WO2023078595A1
WO2023078595A1 PCT/EP2022/073336 EP2022073336W WO2023078595A1 WO 2023078595 A1 WO2023078595 A1 WO 2023078595A1 EP 2022073336 W EP2022073336 W EP 2022073336W WO 2023078595 A1 WO2023078595 A1 WO 2023078595A1
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flywheel
liquid
hydraulic
magnets
torque
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PCT/EP2022/073336
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Inventor
Karl Wieser
Katrin Wegner
Original Assignee
BURKHARD, Bernardi
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G—SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS; MECHANICAL-POWER PRODUCING DEVICES OR MECHANISMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR OR USING ENERGY SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G3/00—Other motors, e.g. gravity or inertia motors
    • F03G3/08—Other motors, e.g. gravity or inertia motors using flywheels
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F15/00—Suppression of vibrations in systems; Means or arrangements for avoiding or reducing out-of-balance forces, e.g. due to motion
    • F16F15/30—Flywheels

Definitions

  • the invention relates to a hydraulic flywheel.
  • the invention also relates to a torque stabilizer therefor.
  • the present invention therefore sets itself the task of creating an innovative flywheel with which a high torque is achieved despite its low dead weight. At the same time, the required start-up power is to be reduced enormously.
  • a hydraulic flywheel consisting of a round, rotatable hollow body with a funnel-shaped depression in the area of a pivot point.
  • Liquid is used as the mass, for example water or an oil. At rest, the liquid is in the funnel-shaped body of the container, directly in the area of the axis. When the hydro-flywheel starts to move, the fluid is pushed to an outer edge by the rotation and centrifugal force, where it generates a high torque due to the weight of the fluid.
  • the hollow body can be divided by several separating ribs, preferably vertical separating ribs; the liquid can thus be distributed evenly in the area of the outer ring due to the centrifugal force. It is useful that the separating ribs are short terminating in front of an outer wall so that when rotating, the liquid can be evenly distributed through a distance.
  • the separating ribs can have an opening at the lowest point so that the liquid can flow together in the stationary state and be distributed evenly over all chambers.
  • the liquid is subjected to a centrifugal force by the separating ribs and displaced from a first position into a second position.
  • the hollow body can have a round container and a body that is funnel-shaped in the middle toward the axis, with the body ending at the bottom.
  • it can be a closed, round container with a funnel-shaped body in the middle towards the axis, which ends downwards, the liquid being in the quiescent state in this recessed funnel.
  • the container is divided by several vertical separating ribs, whereby the liquid is brought into the appropriate rotation.
  • These ribs end at a certain distance from the outer ring so that the centrifugal force can distribute the liquid evenly in the area of the outer ring.
  • the separating or intermediate ribs have a triangular opening at the lowest point in the funnel, which ensures that the liquid flows evenly in all chambers when it is at rest can distribute. This ensures that no imbalance can occur when restarting.
  • a hydraulic flywheel according to the invention has the advantage that on the one hand a high torque is achieved, but on the other hand only a low starting power is required. A much lower drive is therefore sufficient, which not only means energy savings, but also enables a more versatile use of this system.
  • Significant advantages over the prior art are that the hydraulic flywheel works with a low starting power and the mass in the form of the liquid is automatically shifted from the center to the outer ring as the speed increases, thus creating an increased torque. If the speed is reduced again and the wheel comes to a standstill, the liquid flows back into the funnel-shaped area, close to the pivot point, again providing little resistance when restarted. Any desired torque can be generated by changing the amount of liquid, the size and the speed.
  • the drive motors can be dimensioned much smaller, which on the one hand means a more versatile use of the innovative hydraulic flywheel, but on the other hand also significant energy savings.
  • the entire hollow body can be made from lightweight materials, but in principle all usable materials are included within the scope of the invention. With the same function, the hollow body itself can also be designed with a different shape, but also with a different mass. The use of different liquids as well as oils is also possible.
  • a hydraulic flywheel consisting of a round, rotatable hollow body, a molded part such as in particular an intake cylinder, a turbine and a liquid tank.
  • the funnel of the flywheel is no longer used as a container for the liquid, but a separate liquid tank.
  • a suction cylinder that is submerged in the fluid in the fluid tank.
  • a turbine At the lower end there is a turbine, whereby the liquid is sucked in when the flywheel rotates and is forced into the flywheel by the centrifugal force via ribs arranged diagonally upwards. The liquid is pressed against the outer wall and kept in constant rotation by several separating ribs. This results in the torque. If the hydro-flywheel comes to a standstill, all the liquid flows back into the liquid tank and now offers minimal resistance when restarted.
  • any molded part can be provided via which liquid can be displaced or pumped from a separate liquid tank into the flywheel.
  • the suction cylinder if provided, is connected directly to the hydraulic flywheel and is immersed in the liquid tank.
  • a turbine is installed at a lower end of a suction cylinder, with which the liquid is sucked in and displaced upwards during a rotary movement. It can also be said that the turbine is located at the bottom of the cylinder. It is advantageous if there are several sloping separating ribs on the inner wall of the intake cylinder from the turbine to the flywheel in order to achieve better displacement of the liquid by centrifugal force.
  • liquid tank has a depression in the middle, where the liquid flows together directly in the area of the turbine and can be sucked off in concentrated form.
  • the turbine is conveniently located at the lower end of the cylinder.
  • the flywheel can be arranged horizontally or vertically or inclined.
  • the flywheel can be designed as a disk with a vertical shaft or as an elongated cylinder with a horizontal shaft.
  • the invention relates to the task of providing a torque stabilizer for various drive technologies for higher and more stable performance, in particular in combination with one of the hydraulic flywheels described above.
  • drives have to be dimensioned and aligned in such a way that they can cope with the loads when starting and when maintaining the required torque. If a larger torque is required at an increased speed, drive motors are exposed to a higher continuous load, which means that the drive motor has to be dimensioned larger and energy consumption is higher.
  • a torque stabilizer consisting of a stabilizer housing, a rotating round body with an outer ring and a magnet embedded in the outer ring, magnets embedded in the round body, a fixing disk and a shaft.
  • the Torque Stabilizer is a system that harnesses the power of repelling and rotating magnets.
  • the rotating round body or round body rotates on an axis within a fixed outer ring.
  • Several magnets are installed flush on the inside of the outer ring and on the outer edge of the rotating body. If the round body is set in rotation, the magnets of the rotating body must pass close to the outer rings, which results in a corresponding repulsion, a thrust force is generated in the direction of rotation and a corresponding torque results.
  • the positioning of the magnets and the intervals of the repulsion are coordinated in such a way that there is no braking effect and only one magnet from the rotating body hits one of the outer ring directly opposite.
  • three magnets can be arranged on the outer ring and ten magnets on the rotating body at a distance of 36°.
  • the number of magnets is matched to the size of the rotating body in order to achieve the desired stabilization of the rotational speed. It can also be expedient for the number of magnetic contacts and repulsions to increase as the speed increases, thereby setting a higher torque.
  • the inner round body depending on its size and material, to cause a moment of inertia itself and thereby ensure or contribute to an increase in an overall torque.
  • the torque stabilizer can be placed on the same shaft of the drive in order to avoid frictional resistance, for example due to toothed belt transmissions.
  • the magnets can be placed at an angle. A multi-row arrangement is also possible. It can also be provided that the magnets are distributed at irregular intervals. Irregular positioning of the outer magnets can cause repulsion in the direction of rotation. This also applies to an inclined arrangement of the magnets used.
  • the torque stabilizer is used in particular in combination with a hydraulic flywheel as described above.
  • a major advantage of this system is that it is possible to achieve a much higher torque with a small driving force (e.g. an electric motor). The lower the possible driving force, the more efficient the result of the system. This requires the two modules, hydro flywheel and torque stabilizer, to work together. If a hydraulic flywheel is used to drive a power generator or a water pump, resistance from a power generator would cause an additional load on the drive or require a more powerful motor. This can be prevented by combining the modules, as has been confirmed in a prototype. The torque of the hydraulic flywheel is stabilized and supported by a large number of repulsions of the magnets in the direction of rotation.
  • the invention thus relates to a combination of modules made up of a hydraulic flywheel, a torque stabilizer and a drive, the modules being coupled to one another.
  • FIG. 1 shows a schematic plan view of a first variant of a hydraulic flywheel
  • FIG. 2 shows a schematic section through the hydraulic flywheel according to FIG. 1;
  • FIG. 3 shows a section through a second variant of a hydraulic flywheel
  • Fig. 4 is a schematic representation of a horizontal section along the line A-A in Fig. 3;
  • Fig. 5 is a schematic representation of a horizontal section along the line B-B in Fig. 3;
  • Fig. 6 is a schematic representation of a horizontal section through a torque stabilizer
  • FIG. 7 is another schematic representation of a section through a torque stabilizer.
  • FIG. 1 shows a first variant of a hydraulic flywheel 1 according to the invention without a cover 10, with a housing 2, with separating ribs 3 and with an inclined funnel surface 4.
  • a first position 7 indicates a liquid at rest and a second position 8 indicates that of the liquid when the hydraulic flywheel 1 rotates.
  • FIG. 2 is a schematic representation of a section through the hydraulic flywheel 1 of FIG. 1 is shown. Visible is the housing 2, a bottom 5, the cover 10, the separating ribs 3, an opening 6, a distance 9 of the separating ribs 3 to the outer wall, the first position 7 of the liquid in the stationary state and the second position 8 of the liquid during rotary motion.
  • This section also shows a possible change in shape by shifting the inclined funnel surface 4 to a different position (dashed), which can prove to be advantageous for certain speeds and liquids.
  • the liquid is automatically pushed out evenly over a slope of the funnel and flows evenly between the separating ribs 3 to the outer ring. There, the liquid is evenly distributed and thus generates a high torque.
  • the opening 6 ensures that the liquid can again be evenly distributed in all chambers when it is at rest.
  • FIG. 3 to 5 show a second variant of a hydraulic flywheel 1.
  • the representation in the hydraulic flywheel 1 shows separating ribs 3, a housing 2, a position of a liquid during a rotary movement, a suction cylinder 12, which is directly connected to the flywheel and which into the liquid immerses.
  • Fig. 3 also shows how the liquid gets from a first position 7 in the liquid tank 17 to a second position 8 of the flywheel. If the flywheel with the suction cylinder 12 and the turbine 13 is set in rotation, the liquid is sucked in by the turbine 13 from the liquid tank 17 and forced into the flywheel by the centrifugal force via the separating ribs 3 running diagonally upwards.
  • Fig. 4 shows a section along the line A-A in Fig. 3 for the hydraulic flywheel 1 in this variant.
  • Fig. 5 shows a section along the line B-B in Fig. 3 for the hydraulic flywheel 1 in this variant.
  • the torque stabilizer 18 comprises a stabilizer housing 19, first magnets 20 embedded in an outer ring and second magnets 21 embedded in a round body 24. Furthermore, repulsion positions (first repulsion position 26, second repulsion position 27, third repulsion position 28) of the first magnets 20 and second Magnets 21 shown and it is a possible inclination 31 of the magnets is shown in dashed lines. Finally, a rotary shaft 23 with a direction of rotation 30 can also be seen.
  • a torque stabilizer 18 according to the invention is used in particular in combination with a hydraulic flywheel 1 as explained above.

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Abstract

Zusammenfassung Die Erfindung betrifft ein Hydro-Schwungrad (1). Erfindungsgemäß besteht das Hydro-Schwungrad (1) aus einem runden, drehbaren Hohlkörper mit einer trichterförmigen Absenkung im Bereich eines Drehpunktes. Alternativ besteht das Hydro-Schwungrad (1) erfindungsgemäß aus einem runden, drehbaren Hohlkörper, einem Formteil wie insbesondere einem Ansaugzylinder (12), einer Turbine (13) und einem Flüssigkeitstank (17). Des Weiteren betrifft die Erfindung einen Drehkraft-Stabilisator (18) bestehend aus einem Gehäuse (2), einem rotierenden Rundkörper (24) mit einem Außenring und im Außenring eingelassenen ersten Magneten (20), eingelassenen zweiten Magneten (21) im Rundkörper (24), einer Fixierscheibe (22) und einer Drehwelle (23).

Description

Hydro-Schwungrad und Drehkraft-Stabilisator hierfür
Die Erfindung betrifft ein Hydro-Schwungrad.
Des Weiteren betrifft die Erfindung einen Drehkraft-Stabilisator hierfür.
Derzeitige Schwungräder werden in unterschiedlichen Formen aus schweren Materialien wie Gusseisen hergestellt, wobei sich ein Hauptgewicht im Bereich eines Außenringes befindet. Aufgrund eines hohen Eigengewichtes ist ein entsprechend starker Antrieb erforderlich, um das Schwungrad in die gewünschte Rotation und auf Drehzahl zu bringen. Es bedarf somit eines hohen Energieaufwandes und eines entsprechend starken Antriebsmotors, um das Schwungrad vom Stillstand in die gewünschte Rotation zu bringen.
Die vorliegende Erfindung stellt sich daher die Aufgabe, ein innovatives Schwungrad zu schaffen, mit dem trotz geringem Eigengewicht ein hohes Drehmoment erreicht wird. Gleichzeitig soll die erforderliche Anlaufleistung enorm verringert werden.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Hydro-Schwungrad, bestehend aus einem runden, drehbaren Hohlkörper mit einer trichterförmigen Absenkung im Bereich eines Drehpunktes.
Die Vorteile eines derartigen Systems bzw. Hydro-Schwungrades ermöglichen höhere Leistungen bei geringem Energieaufwand, wobei bereits eine geringe Anlaufleistung reicht, um das Schwungrad in die gewünschte Drehbewegung zu bringen. Als Masse wird Flüssigkeit genutzt, beispielsweise Wasser oder ein Öl. Die Flüssigkeit befindet sich im Ruhezustand im trichterförmigen Körper des Behälters, direkt im Bereich der Achse. Setzt sich das Hydro-Schwungrad in Bewegung, wird die Flüssigkeit durch die Rotation und Fliehkraft an einen Außenrand verdrängt und erzeugt dort durch das Gewicht der Flüssigkeit ein hohes Drehmoment.
Der Hohlkörper kann durch mehrere Trennrippen, vorzugsweise senkrechte Trennrippen, unterteilt sein; die Flüssigkeit kann sich dadurch aufgrund der Fliehkraft im Bereich des Außenringes gleichmäßig verteilen. Dabei ist es zweckmäßig, dass die Trennrippen kurz vor einer Außenwand enden, damit sich bei Rotation die Flüssigkeit durch einen Abstand gleichmäßig verteilen kann.
Sind Trennrippen vorgesehen, können die Trennrippen am tiefsten Punkt eine Öffnung aufweisen, damit die Flüssigkeit im ruhenden Zustand zusammenfließen und sich gleichmäßig auf alle Kammern verteilen kann. Im Betrieb wird die Flüssigkeit durch die Trennrippen einer Fliehkraft ausgesetzt und von einer ersten Position in eine zweite Position verdrängt.
Im Rahmen der Erfindung ist es zweckmäßig, wenn die gesamte Flüssigkeit bei erhöhter Drehzahl an die zweite Position direkt an der Außenwand des Hydro-Schwungrades verdrängt wird und dort als Masse ein erhöhtes Drehmoment bewirkt.
In einer Variante kann der Hohlkörper einen runden Behälter und einen mittig zur Achse hin trichterförmigen Körper aufweisen, wobei der Körper nach unten endet. Im Besonderen kann es sich um einen geschlossenen, runden Behälter mit einem mittig gegen die Achse hin trichterförmigen Körper, welcher nach unten endet, handeln, wobei sich die Flüssigkeit im ruhenden Zustand in diesem vertieften Trichter befindet. So bildet sich bei Beginn einer Drehbewegung direkt im Zentrum des Behälters nur ein geringer Rotationswiderstand aus.
Der Behälter ist gegebenenfalls durch mehrere senkrechte Trennrippen unterteilt, wodurch die Flüssigkeit in die entsprechende Rotation gebracht wird. Diese Rippen enden in einem bestimmten Abstand vom Außenring, damit sich die Flüssigkeit durch die Fliehkraft im Bereich des Außenringes gleichmäßig verteilen kann.
Zweckmäßig und weiter wesentlich ist es, dass bei Drehbewegung die Flüssigkeit automatisch über die Schräge des Trichters abgedrängt wird und gleichmäßig zwischen den T rennrippen zum Außenring strömt, dort gleichmäßig verteilt wird und somit ein hohes Drehmoment erzeugt.
Ebenso zweckmäßig und weiter wesentlich ist es, dass die Trenn- bzw. Zwischenrippen am tiefsten Punkt im Trichter eine dreieckige Öffnung aufweisen, wodurch gewährleistet wird, dass sich die Flüssigkeit im ruhenden Zustand in allen Kammern gleichmäßig verteilen kann. Damit wird gewährleistet, dass beim Neustart keine Unwucht entstehen kann.
Ein erfindungsgemäßes Hydro-Schwungrad hat den Vorteil, dass einerseits ein hohes Drehmoment erzielt wird, andererseits aber nur eine geringe Anlaufleistung notwendig ist. Es reicht also ein viel geringerer Antrieb, was nicht nur eine Energieeinsparung bedeutet, sondern auch eine vielseitigere Anwendung dieses Systems ermöglicht. Wesentliche Vorteile gegenüber dem Stand der Technik liegen darin, dass das Hydro-Schwungrad mit einer geringen Anlaufleistung funktioniert und die Masse in Form der Flüssigkeit sich bei steigender Drehzahl automatisch vom Zentrum gegen den Außenring verlagert und so ein erhöhtes Drehmoment bildet. Wird die Drehzahl wieder verringert und kommt das Rad zum Stillstand, fließt die Flüssigkeit wieder zurück in den trichterförmigen Bereich, dicht an den Drehpunkt und bildet so bei einem Neustart erneut nur einen geringen Widerstand. Durch Veränderung der Flüssigkeitsmenge, der Größe und der Drehzahl kann jedes gewünschte Drehmoment erzeugt werden. Die Antriebsmotoren können viel geringer dimensioniert werden, was einerseits einen vielseitigeren Einsatz des innovativen Hydro- Schwungrades bedeutet, andererseits aber auch erhebliche Einsparungen von Energie.
Der gesamte Hohlkörper kann aus leichten Materialien hergestellt werden, grundsätzlich sind aber alle verwendbaren Materialien im Rahmen der Erfindung umfasst. Der Hohlkörper selbst kann bei gleicher Funktion auch mit geänderter Form, aber auch unterschiedlicher Masse ausgebildet sein. Ebenso ist die Verwendung verschiedener Flüssigkeiten wie auch Öle möglich.
Die Aufgabe der Erfindung wird alternativ und mit noch weiteren Vorteilen gelöst durch ein Hydro-Schwungrad, bestehend aus einem runden, drehbaren Hohlkörper, einem Formteil wie insbesondere einem Ansaugzylinder, einer Turbine und einem Flüssigkeitstank.
Durch diese Weiterentwicklung kann Effizienz und Leistung eines Hydro-Schwungrades weiter erhöht und eine erforderliche Antriebsleistung reduziert werden. Nachdem die Flüssigkeit erst mit Zunahme der Rotation vom darunterliegenden Flüssigkeitstank in das eigentliche Schwungrad gesaugt wird, muss nur die Masse des leeren Schwungrades in Drehbewegung versetzt werden, wofür eine sehr geringe Anlaufleistung notwendig ist. Mit Zunahme der Flüssigkeitsmenge im Schwungrad erhöht sich konstant das Drehmoment und der Antriebsmotor wird daher weiter entlastet und hat lediglich die entsprechende Drehgeschwindigkeit zu halten. Der Energieaufwand wird dadurch enorm reduziert.
Als Behälter für die Flüssigkeit wird im Vergleich mit der vorstehend erläuterten ersten Ausführung nicht mehr der Trichter des Schwungrades genutzt, sondern ein getrennter Flüssigkeitstank. An der Unterseite des Schwungrades befindet sich ein Ansaugzylinder, der in die Flüssigkeit im Flüssigkeitstank eintaucht. Am unteren Ende befindet sich eine Turbine, wodurch bei Drehbewegung des Schwungrades die Flüssigkeit angesaugt und durch die Fliehkraft über schräg nach oben angeordnete Rippen in das Schwungrad verdrängt wird. Die Flüssigkeit wird gegen die Außenwand gepresst und durch mehrere trennende Rippen in konstanter Rotation gehalten. Daraus resultiert das Drehmoment. Kommt das Hydro-Schwungrad zum Stillstand, fließt die gesamte Flüssigkeit wieder zurück in den Flüssigkeitstank und bildet bei einem Neustart nunmehr einen minimalen Widerstand. Statt des Ansaugzylinders kann jedes Formteil vorgesehen sein, über welches Flüssigkeit von einem getrennten Flüssigkeitstank in das Schwungrad verdrängt oder gepumpt werden kann.
Zweckmäßigerweise ist der Ansaugzylinder, sofern vorgesehen, direkt mit dem Hydro- Schwungrad verbunden und ist in den Flüssigkeitstank eingetaucht angeordnet.
Vorteilhafterweise ist an einem unteren Ende eines Ansaugzylinders eine Turbine eingebaut, womit bei Drehbewegung die Flüssigkeit angesaugt und nach oben verdrängt wird. Es kann auch gesagt werden, dass die Turbine am unteren Ende des Zylinders befindlich ist. Von Vorteil ist es, wenn von der Turbine bis zum Schwungrad an der Innenwand des Ansaugzylinders mehrere schräg verlaufende Trennrippen bestehen, um ein besseres Verdrängen der Flüssigkeit durch die Fliehkraft zu erreichen.
Zweckmäßig und weiter wesentlich ist, dass bei Drehbewegung des Hydro-Schwungrades die Flüssigkeit von der Turbine automatisch angesaugt und infolge der Fliehkraft wieder über schräg nach oben angeordnete Trennrippen in das Schwungrad verdrängt wird, wo dann die rotierende Flüssigkeit zu einem entsprechenden Drehmoment führt. Zweckmäßig und weiter wesentlich ist es, dass im ruhenden Zustand des Schwungrades die Flüssigkeit wieder in den Flüssigkeitstank zurückfließt und so bei einem Neustart nur einen minimalen Rotationswiderstand bewirkt.
Zweckmäßig und weiter wesentlich ist, dass der Flüssigkeitstank mittig eine Vertiefung aufweist, wo die Flüssigkeit direkt im Bereich der Turbine zusammenfließt und konzentriert abgesaugt werden kann. Die Turbine befindet sich zweckmäßigerweise am unteren Ende des Zylinders.
Durch die Vertiefung können Verwirbelungen der Flüssigkeit durch die Turbine über den ganzen Flüssigkeitstank vermieden werden, was die Effizienz der Turbine erheblich erhöht und möglichen Lärm durch Verwirbelungen ausschließt.
In beiden Lösungen eines Hydro-Schwungrades kann das Schwungrad horizontal oder vertikal oder geneigt angeordnet sein. Das Schwungrad kann bei vertikaler Welle als Scheibe oder bei horizontaler Welle als länglicher Zylinder ausgebildet sein.
In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung die Aufgabe, einen Drehkraft-Stabilisator für verschiedene Antriebstechniken für höhere und stabilere Leistungen bereitzustellen, insbesondere in Kombination mit einem der vorstehend beschriebenen Hydro- Schwungräder.
Gemäß dem Stand der Technik müssen Antriebe nämlich so bemessen und ausgerichtet werden, dass diese den Belastungen beim Start und bei der Aufrechterhaltung des erforderlichen Drehmomentes gerecht werden. Wird ein größeres Drehmoment mit erhöhter Drehzahl benötigt, werden Antriebsmotoren einer höheren Dauerbelastung ausgesetzt, was eine größere Dimensionierung des Antriebsmotors und einen höheren Energieverbrauch bedeutet.
Diese Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch einen Drehkraft-Stabilisator, bestehend aus einem Stabilisatorgehäuse, einem rotierenden Rundkörper mit einem Außenring und einem im Außenring eingelassenen Magneten, eingelassenen Magneten im Rundkörper, einer Fixierscheibe und einer Welle. Dies resultiert in dem Vorteil, dass für gleiche Leistungsansprüche schwächere Antriebsmotoren eingesetzt werden können, was einen geringeren Verschleiß der Motoren, eine längere Lebensdauer und Einsparung von Energiekosten bedeutet. Ebenso ist eine Nachrüstung als Kombination und Erweiterung von bestehenden Antrieben möglich und zweckmäßig, um höhere Leistungen bei gleichzeitiger Einsparung von Energie zu erreichen. Ein Drehmoment, aber auch eine Drehzahl eines Antriebes kann mit einem erfindungsgemäßen Drehkraft-Stabilisator unterstützt und konstant gehalten werden, wodurch ein Antriebsmotor erheblich entlastet wird. Dieses neue System kann somit bei zahlreichen Antrieben als Zusatzkomponente eingesetzt werden, insbesondere auch im Zusammenhang mit einem der vorstehend erläuterten Hydro-Schwungräder.
Im Besonderen handelt es sich bei dem Drehkraft-Stabilisator um ein System, mit dem die Kraft von abstoßenden und rotierenden Magneten genutzt wird. Der rotierende Rundkörper bzw. runde Körper rotiert innerhalb eines fixen Außenringes auf einer Achse. An einer Innenseite des Außenringes sowie am Außenrand des rotierenden Körpers sind mehrere Magnete flächenbündig eingesetzt. Wird der runde Körper in Drehbewegung versetzt, müssen die Magnete des rotierenden Körpers dicht an den Außenringen vorbei, wodurch eine entsprechende Abstoßung entsteht, eine Schubkraft in Drehrichtung erzeugt wird und ein entsprechendes Drehmoment resultiert.
Die Positionierung der Magnete und Intervalle der Abstoßung sind so abgestimmt, dass kein Bremseffekt entsteht und immer nur ein Magnet vom rotierenden Körper mit einem des Außenringes direkt gegenüber trifft. Beispielsweise können am Außenring drei Magnete und am rotierenden Körper zehn Magnete im Abstand von 36° angeordnet sein.
Zweckmäßig und wesentlich ist es, dass durch die gezielte Anordnung der Magnete eine gleichmäßige Abstoßung in der Drehrichtung erfolgt. Das Drehmoment des Antriebes wird dadurch zusätzlich erhöht, in dessen Drehbewegung stabilisiert und ein Antriebsmotor entlastet.
Zweckmäßig und weiter wesentlich ist es, dass die Anzahl der Magnete mit der Größe des rotierenden Körpers abgestimmt ist, um die gewünschte Stabilisierung der Drehzahl zu erreichen. Zweckmäßig kann es weiter sein, dass bei steigender Drehzahl eine Anzahl der Magnetkontakte und Abstoßungen erhöht und dadurch ein höheres Drehmoment eingestellt wird.
Weiter kann es zweckmäßig sein, dass der innere Rundkörper je nach Größe und Material bereits selbst ein Trägheitsmoment bewirkt und dadurch für eine Erhöhung eines gesamten Drehmomentes sorgt bzw. hierzu beiträgt.
Weiter kann es zweckmäßig sein, dass der Drehkraft-Stabilisator auf derselben Welle des Antriebes aufgesetzt wird, um Reibungswiderstände, beispielsweise durch Zahnriemenübertragungen, zu vermeiden.
Die Magnete können schräg gestellt sein. Auch eine mehrreihige Anordnung ist möglich. Dabei kann auch vorgesehen sein, dass die Magnete in unregelmäßigen Abständen verteilt sind. Eine unregelmäßige Positionierung der Außenmagnete kann eine Abstoßung in die Drehrichtung bewirken. Dies gilt auch für eine schräge Anordnung der eingesetzten Magnete.
Der Drehkraft-Stabilisator kommt insbesondere in Kombination mit einem Hydro- Schwungrad wie vorstehend beschrieben zum Einsatz. Ein wesentlicher Vorteil dieses Systems besteht darin, dass es möglich ist, mit einer geringen Antriebskraft (beispielsweise ein Elektromotor) ein vielfach erhöhtes Drehmoment zu erreichen. Je geringer eine mögliche Antriebskraft, umso effizienter ist das Resultat des Systems. Hierfür ist ein Zusammenwirken beider Module, Hydro-Schwungrad und Drehkraft- Stabilisator, erforderlich. Wird ein Hydro-Schwungrad für den Antrieb eines Stromgenerators oder einer Wasserpumpe verwendet, würde ein Widerstand eines Stromgenerators eine Mehrbelastung des Antriebes bewirken bzw. einen leistungsstärkeren Motor erfordern. Durch die Kombination der Module kann dies verhindert werden, wie sich dies bei einem Prototyp bestätigt hat. Durch eine Vielzahl von Abstößen der Magnete in Drehrichtung wird ein Drehmoment des Hydro-Schwungrades stabilisiert und unterstützt. Der vom Stromgenerator erzeugte Widerstand wird somit vom Drehkraft-Stabilisator kompensiert und wirkt sich nicht mehr auf die Leistung des Antriebsmotors aus, welcher nur mehr für eine stabile Drehzahl belastet wird. In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung somit eine Kombination von Modulen aus einem Hydro-Schwungrad, einem Drehkraft-Stabilisator und einem Antrieb, wobei die Module miteinander gekoppelt sind.
Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkungen der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgend dargestellten Ausführungsbeispielen. In den Zeichnungen, auf welche dabei Bezug genommen wird, zeigen:
Fig. 1 eine schematische Draufsicht auf eine erste Variante eines Hydro-Schwungrades; Fig. 2 einen schematischen Schnitt durch das Hydro-Schwungrad gemäß Fig. 1;
Fig. 3 einen Schnitt durch eine zweite Variante eines Hydro-Schwungrades;
Fig. 4 eine schematische Darstellung eines horizontalen Schnittes entlang der Linie A-A in Fig. 3;
Fig. 5 eine schematische Darstellung eines horizontalen Schnittes entlang der Linie B-B in Fig. 3;
Fig. 6 eine schematische Darstellung eines horizontalen Schnittes durch einen Drehkraft- Stabilisator;
Fig. 7 eine weitere schematische Darstellung eines Schnittes durch einen Drehkraft- Stabilisator.
In Fig. 1 ist eine erste Variante eines erfindungsgemäßen Hydro-Schwungrades 1 ohne Abdeckung 10, mit einem Gehäuse 2, mit Trennrippen 3 und mit einer schrägen Trichterfläche 4 gezeigt. Eine erste Position 7 kennzeichnet eine Flüssigkeit im ruhenden Zustand und eine zweite Position 8 jene der Flüssigkeit bei Drehbewegung des Hydro- Schwungrades 1 an.
In Fig. 2 ist eine schematische Darstellung eines Schnittes durch das Hydro- Schwungrad 1 aus Fig. 1 gezeigt. Ersichtlich ist das Gehäuse 2, ein Boden 5, die Abdeckung 10, die Trennrippen 3, eine Öffnung 6, ein Abstand 9 der Trennrippen 3 zur Außenwand, die erste Position 7 der Flüssigkeit im ruhenden Zustand und die zweite Position 8 der Flüssigkeit bei Drehbewegung. In diesem Schnitt ist auch eine mögliche Veränderung der Form durch Verschiebung der schrägen Trichterfläche 4 in eine andere Position (strichliert) gezeigt, was sich für bestimmte Drehzahl und Flüssigkeiten als vorteilhaft erweisen kann. Im Betrieb wird die Flüssigkeit automatisch über eine Schräge des Trichters gleichmäßig abgedrängt und strömt gleichmäßig zwischen den Trennrippen 3 zum Außenring. Dort wird die Flüssigkeit gleichmäßig verteilt und erzeugt somit ein hohes Drehmoment. Durch die Öffnung 6 wird gewährleistet, dass sich die Flüssigkeit im ruhenden Zustand in allen Kammern wieder gleichmäßig verteilen kann.
Fig. 3 bis Fig. 5 zeigen eine zweite Variante eines Hydro-Schwungrades 1. In Fig. 3 ist eine schematische Darstellung eines Schnittes durch ein Hydro-Schwungrad 1 gezeigt, samt einem darunterliegenden Flüssigkeitstank 17 für eine Flüssigkeit und mit einer Tankvertiefung 15 und einem Tankboden 16 sowie einen Ansaugzylinder 12. In Fig. 3 zeigt die Darstellung im Hydro-Schwungrad 1 Trennrippen 3, ein Gehäuse 2, eine Position einer Flüssigkeit bei einer Drehbewegung, einen Ansaugzylinder 12, welcher direkt mit dem Schwungrad verbunden ist und welcher in die Flüssigkeit eintaucht. Fig. 3 zeigt auch den Ablauf, wie die Flüssigkeit aus einer ersten Position 7 im Flüssigkeitstank 17 in eine zweite Position 8 des Schwungrades gelangt. Wird das Schwungrad mit dem Ansaugzylinder 12 und der Turbine 13 in Drehbewegung versetzt, wird die Flüssigkeit von der Turbine 13 vom Flüssigkeitstank 17 angesaugt und durch die Fliehkraft über die schräg nach oben verlaufenden Trennrippen 3 in das Schwungrad verdrängt. Dort wird die Flüssigkeit gegen die Außenwand des Schwungrades gepresst und von den Trennrippen 3 in konstante Drehbewegung gebracht, wodurch das entsprechende Drehmoment resultiert. Kommt das Schwungrad zum Stillstand, fließt die gesamte Flüssigkeit wieder zurück in den Flüssigkeitstank 17 in die erste Position 7.
Fig. 4 zeigt für das Hydro-Schwungrad 1 in dieser Variante einen Schnitt entlang der Linie A-A in Fig. 3. Fig. 5 zeigt für das Hydro-Schwungrad 1 in dieser Variante einen Schnitt entlang der Linie B-B in Fig. 3.
In Fig. 6 ist ein horizontaler Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Drehkraft- Stabilisators 18 dargestellt. Der Drehkraft-Stabilisator 18 umfasst ein Stabilisatorgehäuse 19, in einem Außenring eingelassene erste Magnete 20 und in einem Rundkörper 24 eingelassene zweite Magnete 21. Des Weiteren sind Abstoßungspositionen (erste Abstoßposition 26, zweite Abstoßposition 27, dritte Abstoßposition 28) der ersten Magnete 20 und zweiten Magnete 21 dargestellt und es ist eine mögliche Schrägstellung 31 der Magnete strichliert angezeigt. Schließlich ist auch eine Drehwelle 23 mit Drehrichtung 30 ersichtlich.
In Fig. 7 ist für den Drehkraft-Stabilisator 18 das Gehäuse 2, die im Außenring eingelassenen Magnete, die im Rundkörper 24 eingelassenen Magnete sowie die Drehwelle 23, der Rundkörper 24, ein Magnetabstand 25 der Magnete sowie ein Wellenlager 29 und eine Fixierscheibe 22 in einem anderen Schnitt ersichtlich.
Ein erfindungsgemäßer Drehkraft-Stabilisator 18 findet insbesondere Anwendung in Kombination mit einem Hydro-Schwungrad 1 wie dieses zuvor erläutert wurde.

Claims

Patentansprüche
1. Hydro-Schwungrad (1), bestehend aus einem runden, drehbaren Hohlkörper mit einer trichterförmigen Absenkung im Bereich eines Drehpunktes.
2. Hydro-Schwungrad (1) nach Anspruch 1, wobei der Hohlkörper durch mehrere Trennrippen (3) unterteilt ist.
3. Hydro-Schwungrad (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennrippen (3) kurz vor einer Außenwand enden, damit sich bei Rotation die Flüssigkeit durch einen Abstand (9) gleichmäßig verteilen kann.
4. Hydro-Schwungrad (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennrippen (3) am tiefsten Punkt eine Öffnung (6) aufweisen, damit die Flüssigkeit im ruhenden Zustand zusammenfließen und sich gleichmäßig auf alle Kammern verteilen kann.
5. Hydro-Schwungrad (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit durch die Trennrippen (3) einer Fliehkraft ausgesetzt und von einer ersten Position (7) in eine andere zweite Position (8) verdrängt wird.
6. Hydro-Schwungrad (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die gesamte Flüssigkeit bei erhöhter Drehzahl an die zweite Position (8) direkt an der Außenwand des Hydro-Schwungrades (1) verdrängt wird und dort als Masse ein erhöhtes Drehmoment bewirkt.
7. Hydro-Schwungrad (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Hohlkörper einen runden Behälter und einen mittig zur Achse hin trichterförmigen Körper aufweist, wobei der Körper nach unten endet.
8. Hydro-Schwungrad (1), bestehend aus einem runden, drehbaren Hohlkörper, einem Formteil wie insbesondere einem Ansaugzylinder (12), einer Turbine (13) und einem Flüssigkeitstank (17).
9. Hydro-Schwungrad (1) nach Anspruch 8, wobei der Ansaugzylinder (12) direkt mit dem Hydro-Schwungrad (1) verbunden und in den Flüssigkeitstank (17) eingetaucht ist.
10. Hydro-Schwungrad (1) nach einem der Anspruch 8 oder 9, wobei an einem unteren Ende des Ansaugzylinders (12) eine Turbine (13) eingebaut ist, womit bei Drehbewegung die Flüssigkeit angesaugt und nach oben verdrängt wird.
11. Hydro-Schwungrad (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei von der Turbine (13) bis zum Schwungrad an der Innenwand des Ansaugzylinders (12) mehrere schräg verlaufende Trennrippen (3) bestehen, um ein besseres Verdrängen der Flüssigkeit durch die Fliehkraft zu erreichen.
12. Hydro-Schwungrad (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass der Flüssigkeitstank (17) im Bereich der Turbine (13) eine Vertiefung aufweist, um eine günstigere Ansammlung von Flüssigkeit im Bereich der Turbine (13) zu erreichen.
13. Drehkraft-Stabilisator (18), bestehend aus einem Stabilisatorgehäuse (19), einem rotierenden Rundkörper (24) mit einem Außenring und einem im Außenring eingelassenen Magneten, eingelassenen Magneten im Rundkörper (24), einer Fixierscheibe (22) und einer Drehwelle (27).
14. Drehkraft-Stabilisator (18) nach Anspruch 13, wobei ein Magnetabstand (25) zwischen den Magneten so ausgelegt ist, dass eine größte Abstoßungskraft erzielt wird.
15. Drehkraft-Stabilisator (18) nach Anspruch 13 oder 14, wobei die Magnete eine runde Form haben.
16. Drehkraft-Stabilisator (18) nach einem der Ansprüche 13 bis 15, wobei die Magnete schräggestellt sind.
17. Drehkraft-Stabilisator (18) nach einem der Ansprüche 13 bis 16, wobei die Magnete mehrreihig angeordnet sind.
18. Drehkraft-Stabilisator (18) nach einem der Ansprüche 13 bis 17, wobei die Magnete in unregelmäßigen Abständen verteilt sind.
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