DE102010036076A1

DE102010036076A1 - Vorrichtung mit einem rotationsfähigen Drehelement

Info

Publication number: DE102010036076A1
Application number: DE201010036076
Authority: DE
Inventors: Jalmar Matthiesen
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-08-23
Filing date: 2010-08-23
Publication date: 2012-02-23

Abstract

Die Vorrichtung weist mindestens ein rotationsfähiges Drehelement auf, wobei das Drehelement mit mindestens einer Schwungmasse gekoppelt ist. Die Schwungmasse ist relativ zum Drehelement federnd geführt. Darüber hinaus wird die Schwungmasse von mindestens einer Torsionsfeder mit dem Drehelement gekoppelt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung mit einem rotationsfähigen Drehelement, bei der das Drehelement mit mindestens einer Schwungmasse gekoppelt ist, die relativ zum Drehelement federnd geführt ist.
Gemäß einer konstruktiv sehr einfachen Ausführungsform besteht die Schwungmasse gemäß dem Stand der Technik aus scheibenartigen Gewichten, die zentrisch zu einer Drehachse angeordnet sind. Die Schwungmassen vergleichmäßigen eine Bewegung des Drehelementes und puffern Laststöße. Bei einer zunehmenden Rotationsgeschwindigkeit speichert die Schwungmasse kinetische Energie und gibt diese bei abnehmenden Rotationsgeschwindigkeit wieder ab.
Derartige massive Schwungmassen haben ein vergleichsweise großes Baugewicht und beeinträchtigen die Dynamik von Objekten, die zusätzlich zu Rotationsbewegungen auch Translationsbewegungen ausführen.
Aus der DE 201 10 135 U1 ist es bereits bekannt, Schwungmassen mit Federn zu koppeln. Durch entsprechende Spannungen der Federn kann zusätzliche kinetische Energie aufgenommen oder abgegeben werden. Gegenüber scheibenartigen Schwungmassen kann durch eine derartige Konstruktion das erforderliche Bauvolumen erheblich reduziert werden.
Gemäß der DE 201 10 135 U1 sind eine oder mehrere Schwungmassen in einer bezüglich der Rotationsachse radialen Richtung verschieblich angeordnet. In dieser radialen Richtung erfolgt ebenfalls eine Dehnung oder Komprimierung der verwendeten Federn. Bei einer derartigen Konstruktion ist eine Führung der Schwungmassen ist der radialen Richtung erforderlich. Da auf die Schwungmassen bei Beschleunigungen oder Verlangsamungen der Rotationsbewegung zusätzliche Kräfte in einer Umfangsrichtung der Rotationsbewegung einwirken, erweisen sich die Führungen bei einer nicht ausreichend stabilen Konstruktion oder bei einem Auftreten von Verschmutzungen als problematisch, da ein Klemmen auftreten kann. Es sind deshalb vergleichsweise aufwändige Gehäuse erforderlich, so daß nicht alle Anforderungen an eine kompakte Konstruktion erfüllt werden können.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung der einleitend genannten Art derart zu konstruieren, daß bei einer kompakten Konstruktion große Energiemengen gespeichert werden können und eine lang andauernde Funktionsfähigkeit gesichert ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Schwungmasse von mindestens einer Torsionsfeder mit dem Drehelement gekoppelt ist.
Durch die Verwendung der Torsionsfeder werden Führungen für die Schwungmasse vermieden. Es ist vielmehr ausreichend ein Ende der Torsionsfeder mit dem Drehelement zu verbinden und im Bereich des diesem Ende abgewandten weiteren Endes die Schwungmasse anzuordnen. Bei zunehmender Rotationsgeschwindigkeit wird die Torsionsfeder gespannt und durch die Federspannung kann kinetische Energie gespeichert werden. Aufgrund vergleichsweise großer Federkonstanten von Torsionsfedern ist es möglich, bei einer äußerst kompakten Konstruktion hohe Energiemengen abspeichern zu können. Bei einer abnehmenden Rotationsgeschwindigkeit entspannt sich die Torsionsfeder und gibt die Energie wieder ab.
Die Verwendung der Torsionsfeder ermöglicht es beispielsweise bei Motoren, Generatoren oder bei mit Rädern versehenen Fahrzeugen, Lastschwankungen auszugleichen. Insbesondere bei Motoren und Generatoren wird eine gleichmäßige Rotationsgeschwindigkeit unterstützt, die auch bei einem Auftreten von Lastschwankungen Stoßbelastungen der Lager vermeidet und hierdurch deutlich die Betriebsfähigkeit verlängert. Darüber hinaus ist es möglich, entsprechende Aggregate durch die Möglichkeit zur Aufnahme und Abgabe von Energie durch die federnd gelagerte Schwungmasse auch bei einem Auftreten von Lastschwankungen in einem optimalen Betriebsbereich zu betreiben und hierdurch den Wirkungsgrad zu erhöhen.
Eine besonders kompakte Konstruktion wird dadurch erreicht, daß die Torsionsfeder als Spiralfeder ausgebildet ist.
Insbesondere ist daran gedacht, daß sich die Spiralfeder im wesentlichen eben erstreckt.
Eine Vergleichmäßigung der durchgeführten Bewegungen wird insbesondere dadurch erreicht, daß die Torsionsfeder eine Wicklung derart aufweist, daß die Torsionsfeder bei einer zunehmenden Drehzahl spannbar ist.
Zu einer kompakten Konstruktion trägt es ebenfalls bei, daß die Torsionsfeder im wesentlichen zentrisch zu einer Drehachse des Drehelementes angeordnet ist.
Eine vorteilhafte Krafteinleitung wird dadurch unterstützt, daß die Torsionsfeder sich um die Welle herum erstreckt.
Gemäß einer typischen Ausführungsform ist daran gedacht, daß das Drehelement als ein Rad ausgebildet ist.
Großtechnische Anwendungen werden dadurch erschlossen, daß das Drehelement als ein elektrischer Rotor ausgebildet ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist auch vorgesehen, daß das Drehelement als ein Antriebsmotor ausgebildet ist.
In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigen:
1 eine schematisierte Darstellung eines radähnlichen Drehelementes mit Schwungmasse und Torsionsfeder in einem entspannten Zustand und
2 die Anordnung gemäß 1 in einem teilweise gespannten Zustand der Torsionsfeder bei einer erhöhten Drehzahl des Drehelementes.
Gemäß der Ausführungsform in 1 ist ein rotationsfähiges Drehelement (1) ähnlich zu einem Rad ausgebildet. Das Drehelement (1) besitzt gemäß diesem Ausführungsbeispiel eine Felge (2), die einen Reifen (3) trägt. Die Felge (2) ist über Speichen (4) mit einer Radnabe (5) verbunden, die auf einer Welle (6) rotationsfähig gelagert ist.
Im Bereich der Radnabe (5) ist eine Torsionsfeder (7) befestigt. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Torsionsfeder (7) als eine Spiralfeder ausgebildet. Ein der Welle (6) zugewandtes Ende der Torsionsfeder (7) ist am Drehelement (1) fixiert. Ein der Welle (6) abgewandtes Ende der Torsionsfeder (7) ist relativ zum Drehelement (1) beweglich angeordnet. Im Bereich dieses der Welle (6) abgewandten Endes der Torsionsfeder (7) ist eine Schwungmasse (8) befestigt. Für das Drehelement (1) ist in einem Arbeitszustand eine Drehrichtung (9) vorgesehen.
1 zeigt einen Betriebszustand, bei dem sich das Drehelement (1) in einem Ruhezustand befindet beziehungsweise nur langsam rotiert. Die Torsionsfeder (7) ist in diesem Zustand entspannt. Gemäß dem Betriebszustand in 2 liegt eine erhöhte Drehzahl in Drehrichtung (9) vor. Aufgrund der auf die Schwungmasse (8) einwirkenden Fliegkräfte wird die Torsionsfeder (7) gespannt und speichert hierdurch Energie. Mit einer zunehmenden Rotationsgeschwindigkeit wird die Torsionsfeder (7) zunehmend gespannt.
Gemäß dem Ausführungsbeispiel in 1 und 2 ist die Torsionsfeder (7) in einem Ruhezustand mit aneinander anliegenden Spiralwicklungen gefertigt und wird zur Energiespeicherung auseinandergedrückt. Grundsätzlich ist es ebenfalls denkbar, die Torsionsfeder (7) derart zu wickeln, daß in einem Ruhezustand ein Abstand zwischen den einzelnen Wicklungen vorgesehen ist und daß die Spannung durch ein Zusammenziehen der Wicklungen erfolgt. Bei einer derartigen Ausführungsform würde die Torsionsfeder (7) relativ zur Drehrichtung (9) umgekehrt zur Anordnung gemäß den 1 und 2 positioniert werden.
Gemäß den Ausführungsformen in 1 und 2 fällt somit eine Spannrichtung (10) der Torsionsfeder (7) mit der Drehrichtung (9) zusammen. Dies führt dazu, daß bei einer Lasteinwirkung, die zu einer Verlangsamung der Rotation führt, eine Entspannung der Torsionsfeder (7) und somit eine Energieabgabe verursacht wird, die der Verlangsamung der Rotationsgeschwindigkeit entgegenwirkt und somit zu einer Vergleichmäßigung des Betriebes führt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 20110135 U1 [0004, 0005]

Claims

Vorrichtung mit mindestens einem rotationsfähigen Drehelement, bei der das Drehelement mit mindestens einer Schwungmasse gekoppelt ist, die relativ zum Drehelement federnd geführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwungmasse (8) von mindestens einer Torsionsfeder (7) mit dem Drehelement (1) gekoppelt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Torsionsfeder (7) als Spiralfeder ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Spiralfeder im wesentlichen eben erstreckt.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Torsionsfeder (7) eine Wicklung derart aufweist, daß die Torsionsfeder (7) bei einer zunehmenden Drehzahl spannbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Torsionsfeder (7) im wesentlichen zentrisch zu einer Drehachse des Drehelementes (1) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Torsionsfeder (7) sich um die Welle (6) herum erstreckt.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Drehelement (1) als ein Rad ausgebildet ist.