DE20110135U1

DE20110135U1 - Schwungmassenvorrichtung für eine rotierende Welle

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Publication number: DE20110135U1
Application number: DE20110135U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2001-06-19
Filing date: 2001-06-19
Publication date: 2001-10-04
Anticipated expiration: 2011-06-20

Description

Schwungmassenvorrichtung für eine rotierende Welle

Die Erfindung betrifft eine Schwungmassenvorrichtung für eine rotierende Welle. Die Schwungmassenvorrichtung dient dazu, durch die Rotation der Welle Energie aufzunehmen und zu speichern. Bei einer Abnahme der Rotationsgeschwindigkeit der Welle wird die in der Schwungmassenvorrichtung gespeicherte Energie wieder der Welle als Rotationsenergie zur Verfügung gestellt.

Es ist bekannt, Schwungräder einzusetzen, die eine mitlaufende Masse für die Welle bilden. Ist die Schwungscheibe in Rotation versetzt, so stellt diese einen Energiespeicher dar. Nachteilig an bekannten Schwungscheiben ist, daß vergleichsweise große Massen eingesetzt werden müssen, um möglichst viel Rotationsenergie speichern zu können.

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Deutsche Bank AG Hamburg, Nr. 05 28497 (BLZ 200 700 24) ■ Postbank Hamburg, Nr. 28 42 206 (BLZ 200 100 20)
Dresdner Bank AG Hamburg, Nr. 933 60 35 (BLZ 200 800 00)

-2-

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schwungmassenvomchtung bereitzustellen, die bei geringer Masse eine große Energie für die Welle speichern kann.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Schwungmassenvorrichtung mit den Merkmalen aus Anspruch 1 gelöst.

Die erfindungsgemäße Schwungmassenvomchtung besitzt mindestens einen Massenkörper, der in radialer Richtung bezogen auf die Drehachse der Welle beweglich gelagert ist. Der radiale Abstand des Massenkörpers von der Drehachse ist veränderlich, so daß ebenfalls das Trägheitsmoment der Schwungmassenvorrichtung veränderlich ist. Bei der erfindungsgemäßen Schwungmassenvorrichtung ist mindestens ein Federelement vorgesehen, das in seinem gespannten Zustand auf den Massenkörper eine Kraft in radialer Richtung entgegen der an dem Massenkörper angreifenden Fliehkraft angreift. In dem gespannten Zustand des Federelements besitzt die Schwungmassenvorrichtung nicht nur die Rotationsenergie des Massenkörpers und des Federelements, sondern auch die in dem gespannten Federelement in Form von potentieller Energie gespeicherte Energie. Indem das Federelement entgegen der an dem Massenkörper angreifenden Fliehkraft gespannt ist, entspannt sich die Feder, wenn die angreifende Fliehkraft nachläßt und die Federkraft drückt das Massenelement radial nach innen, wodurch sich das Trägheitsmoment ändert und die

-3-Rotationsbewegung
der Welle beschleunigt wird. Somit wird ohne eine Vergrößerung der rotierenden Masse, lediglich durch eine Veränderung der Position der Massenkörper zusätzlich Energie freisetzt.

In einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Schwungmassenvorrichtung übt das Federelement im gespannten Zustand eine Zugkraft und/oder eine Druckkraft auf den Massenkörper aus. Das Federelement wird also durch den Massenkörper entweder extrahiert oder komprimiert. Zur Steigerung des Effektes ist es ebenfalls möglich, zwei Federelemente vorzusehen, von denen das eine bei der Bewegung des Massenkörpers in radialer Richtung komprimiert und das andere extrahiert wird. Insbesondere bei großen Rotationsgeschwindigkeiten kann durch den Einsatz von zwei entsprechend dimensionierten Federelementen besonders viel Energie gespeichert werden.

Um eine zuverlässige Bewegung des Massenkörpers in radialer Richtung sicher zustellen, ist bevorzugt eine umlaufende Führungseinrichtung an der Welle gelagert, entlang der sich der Massenkörper in radialer Richtung bewegen kann. In einer bevorzugten Ausgestaltung ist als Führungseinrichtung ein Führungsrohr vorgesehen, das die Bewegung der Schwungmasse begrenzt. In einer alternativen Ausgestaltung ist als Führungseinrichtung für die Schwungmasse ein radial ausgeführter Führungsstift vorgesehen, entlang dem der Massenkörper sich bewegt. Bevorzugt ist der Massenkörper in Form einer Kugel ausgebildet, die eine zentrale Durchgangsbohrung

-4-aufweist.
Für den so ausgestalteten Massenkörper kann der Führungsstift mit Anschlagflächen versehen sein, die eine Bewegung des Massenkörpers auf dem Führungsstift begrenzen. Bevorzugt ist die Anschlagsfläche mit einer elastischen Pufferelement versehen, das den Aufschlag des Massenkörpers dämpft.

In einer weiteren Ausgestaltung ist als Führungseinrichtung ein Führungsrohr vorgesehen, das mitlaufend an der Welle gelagert ist. In dem Führungsrohr kann der Massenkörper sich in radialer Richtung bewegen. Bevorzugt ist das Führungsrohr in einem an der Welle gelagerten Gehäuse angeordnet, durch das die Welle geführt ist.

Um einen Luftwiderstand des sich drehenden Führungsrohres zu vermeiden, ist das Gehäuse abgedichtet und evakuiert.

In einer ebenfalls bevorzugten Ausgestaltung sind mehrere Massenkörper gleichmäßig beabstandet um die Welle angeordnet, bevorzugt zwei bis sechs Massenkörper. Die Massenkörper sind so angeordnet, daß eine Unwucht an der Welle weitgehend vermieden wird. Um eine Unwucht an der Welle durch einzelne Massenkörper zu vermeiden, kann der Massenkörper alternativ auch als Kreissegment ausgebildet sein.

Ist der Massenkörper in Form von einer Kugel ausgestaltet, so können in der Oberfläche der Kugel eine oder mehrere Vertiefungen vorgesehen sein, um den Luftwiderstand der sich bewegenden Kugel zu reduzieren. Bevorzugt können die

Vertiefungen dabei auf der der Bewegungsrichtung der Kugel abgewandten Seiten vorgesehen sein.

Die erfindungsgemäße Schwungmassenvorrichtung wird anhand von zwei Ausführungsbeispielen nachfolgend näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 die erfindungsgemäße Schwungmassenvorrichtung mit zwei Massenkörpern an der Narbe eines Fahrrads und

Fig. 2 die erfindungsgemäße Schwungmassenvorrichtung mit drei Massenkörpern.

Figur 1 zeigt den Ausschnitt einer Welle, wie sie beispielsweise bei einem Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug oder einen Motor vorliegen kann. Die Welle ist durch ein Gehäuse 12 geführt, das einen Hohlraum 14 um einen Abschnitt der Welle bildet. Das Gehäuse 12 besitzt an seinen Enden Ansatzstücke 16. Die Ansatzstücke 16 bestehen aus einem ringförmigen Anlageelement 18, das die Welle 10 umgibt. Das Anlageelement 18 besitzt an seiner von der Welle fortweisenden Seite eine Vertiefung, die ein umlaufendes Dichtungselement 20 aufnimmt. Ein korrespondierendes Ansatzelement 22 ist mit dem Gehäuse 12 verbunden und besitzt eine dem Dichtungselement 20 entsprechende Vertiefung.

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Die Schwungmassenvorrichtung besteht aus einem gegenüberliegenden Paar von Führungsrohren 24, die über ein Ansatzstück 26 fest an der Welle 10 über Stifte 28 gelagert ist. Um die Welle können mehrere Paare von Führungsrohren, beispielsweise auch drei oder vier Paare angeordnet sein. Die Massenkörper 30 sind über eine Feder 32 mit dem Ansatzstück 26 verbunden.

Figur 1 zeigt die Massenkörper 20 im entspannten Zustand der Feder. Erhöht sich die Rotationsgeschwindigkeit, so werden die Massenkörper 30 in die gestrichelt dargestellte Position 34 gezogen. In der Position 34 ist die Feder 32 auseinandergezogen, so daß die Feder auf den Massenkörper 30 eine Kraft entgegen der Fliehkraft ausübt. Im gespannten Zustand besitzt die Schwungmassenvorrichtung die Rotationsenergie der Massenkörper in der Position 34 und die potentielle Energie, die in der Federdehnung gespeichert ist. Ändert sich nun die Rotationsgeschwindigkeit der Welle, ändert sich die Position des Massenkörpers, so daß sich dieser entgegen der Fliehkraft bewegt. Dabei verrichtet die Feder Arbeit, die in eine Rotationsbewegung der Welle umgesetzt wird, was der Drehimpulserhaltung entspricht. Verglichen mit einer Schwungmassenvorrichtung, bei der der Massenkörper starr in der Position 34 angeordnet ist, kann bei der in Fig. 1 gezeigten Schwungmassenvorrichtung bei gleicher Masse eine größere Energie gespeichert werden.

Die Feder 32 ist über einen Stift und eine Öse 33 mit dem Ansatzstück 26 verbunden.

-7-Figur
2 zeigt in einer schematischen Ansicht die erfindungsgemäße Schwungmassenvorrichtung für das Rad eines Fahrrades. In Figur 2 sind sechs Speichen 36 dargestellt. Es können jedoch durchaus mehr oder weniger Speichen an dem Rad vorgesehen sein. Auch kann die erfindungsgemäße Vorrichtung bei Scheibenrädern ohne Speichen eingesetzt werden. Zwischen den Speichen in gegenüberliegender Position sind zwei Federn 38 in dem Rad gelagert. Die Federn 38 sind wie die Speichen in radialer Richtung ausgerichtet. Bei dem dargestellten Beispiels sind die Federn ausgebildet derart, daß eine Auslenkung der Feder aus ihrer radialen Ausrichtung durch eine starke Beschleunigung oder Verzögerung ds Rades nicht erfolgt. An den freien Enden der Federn 38 ist jeweils ein Massenkörper 40 gelagert. Der Massenkörper 40 besitzt beispielsweise ein Gewicht von ungefähr 250g. Der Massenkörper ist mit einer Durchgangsbohrung versehen, durch die die Feder 38 geführt ist. Die Durchgangsbohrung 42 ist an ihrer zu der Feder 38 gewandten Seite mit einer Verbreiterung 44 zur Aufnahme der Feder 38 versehen. Das von dem Drehzentrum fortweisenden Ende der Feder 38 ist mit einem Gewinde 44 für eine Sicherungsmutter 46 versehen.

Wird das Rad in Richtung der mit A gekennzeichneten Pfeile gedreht, so werden die Massenkörper 40 radial nach außen gezogen. Gegen die Feder 38 wird Arbeit verrichtet. Ist eine Endgeschwindigkeit erreicht, so verbleiben die Massenkörper 40 in ihrer Position. Das Trägheitsmoment des Rades hat sich während dieses Vorgangs vergrößert. Nimmt nun die Geschwindigkeit des Rades ab, so stehen die an dem

Massenkörper 40 angreifende Fliehkraft und die Federkraft 38 nicht länger im Gleichgewicht, so daß die Feder 38 den Massenkörper näher zum Drehzentrum zieht. Hierbei wird gegen die Fliehkraft Arbeit verrichtet, so daß sich die Rotationsgeschwindigkeit des Rades erhöht. Bei diesem Vorgang wird das Trägheitsmoment des Rades verkleinert.

Der Massenkörper 40 besitzt eine Vertiefung 48 auf der von der Bewegungsrichtung A abgewandten Seite. Die Vertiefung 48 führt dazu, daß der Luftwiderstand des umströmten Massenkörpers 40 geringer ist.

Die Form des Massenkörpers kann in einem großen Bereich beliebig gewählt werden, solange die Form keine Unwucht in dem sich drehenden Rad bedingt.

Claims

1. Schwungmassenvorrichtung für eine rotierende Welle, mit

- mindestens einem Massenkörper, der in radialer Richtung relativ zu der Drehachse der Welle beweglich gelagert ist, und

- mindestens einem Federelement, das im gespannten Zustand auf den Massenkörper eine Kraft in radialer Richtung entgegen der am Massenkörper angreifenden Fliehkraft ausübt.

2. Schwungmassenvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement im gespannten Zustand eine Zugkraft auf den Massenkörper ausübt.

3. Schwungmassenvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement im gespannten Zustand eine Druckkraft auf den Massenkörper ausübt.

4. Schwungmassenvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein erstes Federelement im gespannten Zustand eine Druckkraft und ein zweites Federelement im gespannten Zustand eine Zugkraft auf den Massenkörper ausübt.

5. Schwungmassenvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine umlaufende Führungseinrichtung für den Massenkörper vorgesehen ist.

6. Schwungmassenvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Führungseinrichtung ein Führungsrohr vorgesehen ist, das eine Bewegung des Massenkörpers begrenzt.

7. Schwungmassenvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Führungsrohr in einem an der Welle gelagerten Gehäuse angeordnet ist.

8. Schwungmassenvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse gegenüber der Umgebung abgedichtet und evakuiert ist.

9. Schwungmassenvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Führungseinrichtung ein Führungsstift vorgesehen ist, entlang dem sich der Massenkörper bewegt und um den das Federelement gewickelt ist.

10. Schwungmassenvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Führungsstift einen Anschlag für den Massenkörper aufweist.

11. Schwungmassenvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlag einen elastischen Puffer aufweist.

12. Schwungmassenvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Massenkörper gleichmäßig beabstandet um die Welle angeordnet sind, bevorzugt zwei bis sechs Massenkörper.

13. Schwungmassenvorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Massenkörper im wesentlichen die Form eines Kreissegments aufweist.

14. Schwungmassenvorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Massenkörper die Form einer Kugel mit einer Durchgangsbohrung in Längsrichtung aufweist.

15. Schwungmassenvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Massenkörper eine oder mehrere Vertiefungen aufweist.

16. Schwungmassenvorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefung auf der von der Bewegungsrichtung abgewandten Seite liegt.