DE1253962B - Vorrichtung zum zeitweiligen Speichern kinetischer Energie - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

F16c

Deutsche Kl.: 47 b-28

Nummcx. 1253 962

Aktenzeichen: D 37408 XII/47 b

Anmeldetag: 8. November 1961

Auslegetag: 9. November 1967

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum zeitweiligen Speichern kinetischer Energie mit einer an einer Arbeitswelle kuppelbaren Nabe und einem dazu konzentrischen, relativ zur Nabe drehbaren Ring, zwischen denen mit radialem Spiel mindestens ein bandförmiges, die Form einer Spirale aufweisendes Element aus einem biegsamen, schweren Stoff angeordnet ist, dessen eines Ende mit der Nabe verbunden ist.

Die Verwendung eines Schwungrades zum Beschleunigen eines Körpers, insbesondere zum Anlassen eines Motors oder zum Antrieb eines Kraftfahrzeuges, bereitet deshalb Schwierigkeiten, weil das Schwungrad zur Energieabgabe nicht über eine einfache Schaltkupplung mit dem zu beschleunigenden Körper verbunden werden kann. Es muß hier ein Drehmomentenwandler mit veränderbarem Übersetzungsverhältnis zwischengeschaltet werden, was in den meisten Fällen die Verwendung eines Schwungrades unwirtschaftlich macht.

Bei einer bekannten Vorrichtung der eingangs genannten Art zum Anlassen eines Motors ist ein Drehmomentenwandler dadurch vermieden, daß der als Schwungrad ausgebildete Ring mit zwei koaxial angeordneten Naben mittels je einer Spiralfeder gekuppelt ist. Außerdem sind beide Naben mit je einer Feststellbremse versehen. Die Motorwelle ist wahlweise mit einer der beiden Naben verbindbar, während die Abtriebswelle starr mit der einen Nabe gekuppelt ist. Beim Stillsetzen der Arbeitsmaschine wird zunächst der Antriebsmotor noch nicht abgeschaltet. Durch die sich bis zum Stillstand verringernde Drehzahl der mit der Abtriebswelle gekuppelten Nabe wird die mit ihr verbundene Spiralfeder gespannt. Dabei vermindert sich auch die Drehzahl des Schwungrades, was zur Folge hat, daß auch die andere Spiralfeder gespannt wird. Sobald die beiden Spiralfedern gespannt sind, wird der Motor abgestellt. Die beiden Spiralfedern werden dadurch in ihrem gespannten Zustand gehalten, daß die beiden Feststellbremsen zur Wirkung gebracht werden. Zum Anlassen des Antriebsmotors wird die in den Spiralfedern gespeicherte Energie verwendet. Diese Energie ist jedoch verhältnismäßig gering, und zudem wird ein Teil zur Beschleunigung des Schwungrades benötigt. Wenn zum Anlassen des Motors eine große Energie erforderlich ist, insbesondere wenn der Motor auf eine große Drehzahl gebracht werden muß, ist daher diese bekannte Vorrichtung nicht verwendbar. Ebenso ist sie nicht zum Antrieb beispielsweise eines Fahrzeugs geeignet, da in diesem Anwendungsfall eine große Energie speicherbar sein muß, die dann Vorrichtung zum zeitweiligen Speichern
kinetischer Energie

Anmelder:

Olivier Durouchoux, Paris

Vertreter:

Dr.-Ing. W. Wolff und H. Bartels,
Patentanwälte, Stuttgart 1, Lange Str. 51

Als Erfinder benannt:
Olivier Durouchoux, Paris

Beanspruchte Priorität:

Frankreich vom 9. November 1960 (843 421),
vom 20. Oktober 1961 (876 578)

2

über einen längeren Zeitraum allmählich an das Fahrzeug abgegeben wird.

Eine andere bekannte Vorrichtung, bei der lediglieh eine Nabe mit einem zu ihr konzentrisch angeordneten, als Zahnrad oder Schwungrad ausgebildeten Ring mittels einer Spiralfeder gekuppelt ist, ist zum Anlassen eines Motors oder zum Antreiben eines Fahrzeugs noch weniger geeignet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum zeitweiligen Speichern kinetischer Energie zu schaffen, die eine Energieabgabe an einen zu beschleunigenden Körper in einfacher und mechanisch leicht zu verwirklichender Form ermöglicht.

Ausgehend von einer Vorrichtung der eingangs genannten Art ist diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das bandförmige Element zur Speicherung der kinetischen Energie vorgesehen und höchstens mit einer geringen Biegesteifigkeit ausgebildet ist.

Dadurch, daß das bandförmige Element eine geringe oder keine Biegesteifigkeit aufweist, kann es auf die Nabe aufgewickelt oder innen an den Ring angewickelt werden, je nachdem, ob die Winkelgeschwindigkeit der Nabe größer oder kleiner ist als die Winkelgeschwindigkeit des Ringes. Der Umwikkelvorgang stellt somit eine Verschiebung des Träg-

709 687/195

heitsradius des »Schwungrades« dar. Beim Aufwikkeln auf die Nabe verringert sich die Umfangsgeschwindigkeit des umgewickelten Abschnittes des bandförmigen Elementes, so daß dieser Abschnitt seine kinetische Energie ganz oder teilweise an die Nabe abgibt. Entsprechend wird beim Anwickeln an den Ring vom Band Energie aufgenommen und gespeichert. Der Ring selbst wird zur Speicherung der Energie nicht benötigt. Seine Aufgabe ist es, eine Anlagefläche für den äußeren Wickel des bandförmigen Elementes zu bilden. Daher ist es auch nicht notwendig, daß das äußere Ende des Bandes formschlüssig mit dem Ring verbunden ist.

Da das Band die Energie in Form kinetischer Energie speichert, braucht es keine Elastizität aufzuweisen. Es kann deshalb beispielsweise auch als Kette ausgebildet sein.

Das Aufladen des Energiespeichers kann durch Antreiben des Ringes erfolgen, wenn die Reibung zwischen dem Band und dem Ring ausreichend groß ist oder das Band am Ring befestigt ist. Infolge der Fliehkraft legt sich dann das Band an den Ring an. Es können aber auch gleichzeitig der Ring und die Nabe, natürlich mit verschiedenen Winkelgeschwindigkeiten, angetrieben werden. Ferner ist es möglich, nur die Nabe anzutreiben, von der sich dann das Band infolge der Fliehkraft abwickelt und an den Ring anwickelt.

Zur Abgabe von Energie, beispielsweise an einen hochzufahrenden Motor oder die Räder eines Fahrzeugs, braucht nur die Nabe mit der Arbeitswelle gekuppelt zu werden. Die in der Nabe gespeicherte kinetische Energie ist so gering, daß das unmittelbare Ankuppeln ohne Schwierigkeiten möglich ist. Die Drehzahlverminderung der Nabe beim Ankuppeln hat zur Folge, daß das Band beginnt, sich auf die Nabe aufzuwickeln. Dabei wird ständig Energie an die Nabe abgegeben, wodurch die Arbeitswelle beschleunigt wird. Die Zwischenschaltung eines Drehmomentenwandlers ist also nicht erforderlich.

Ein weiterer Vorzug des Erfindungsgegenstandes besteht darin, daß die Arbeitswelle auf sehr hohe Drehzahlen gebracht werden kann, was beispielsweise beim Anlassen von Turbinen erforderlich ist. Die maximal erreichbare Drehzahl der Arbeitswelle ist gleich der Drehzahl des Ringes, die während des gesamten Umwickelvorganges gleichbleiben kann. Es braucht daher nur die Ringdrehzahl entsprechend der erforderlichen Arbeitswellendrehzahl gewählt zu werden.

In der Zeichnung ist der Gegenstand der Erfindung beispielsweise und schematisch dargestellt. Es zeigt F i g. 1 einen Axialschnitt eines Schwungrades,

F i g. 2 eine Stirnansicht desselben nach Abnahme eines seitlichen Flansches,

F i g. 3 eine Stirnansicht einer Vorrichtung, die die Trägheitskräfte beim Beginn des Aufwickeins des Bandes auf die Nabe verringert,

F i g. 4 und 5 Axialschnitt und Querschnitt einer Radialführungseinrichtung für das biegsame Band,

F i g. 6 eine andere Radialführungseinrichtung für das Band,

F i g. 7 und 8 zwei verschiedene Darstellungen von Kombinationen mehrerer Schwungräder,

F i g. 9 eine Darstellung einer Antriebsvorrichtung für ein Schwungrad,

Fig. 10 eine abgewandelte Antriebsvorrichtung, die beim Abbremsen der Schwungradwelle die Rück

gewinnung eines Teils der Energie dieser Welle er·- möglicht,

Fig. 11 eine Abwandlung einer Antriebsvorrichtung, bei der Ring und Nabe durch ein Ausgleichsgetriebe verbunden sind,

Fig. 12 eine Antriebsvorrichtung, die die Umkehr der Drehrichtung der Nabe bei der Rückgewinnung der Energie des Ringes ermöglicht,

Fig. 13 und 14 eine Stirnansicht bzw. eine Ansicht einer Auswuchtvorrichtung, die aus mehreren phasenverschobenen Schwungrädern kombiniert ist.

Das Schwungrad (gemäß F i g. 1 und 2) weist eine Nabe 2 auf, die auf einer Welle 1 zentriert und mit einer Kupplung 3 versehen ist, beispielsweise einer solchen, die ein Synchronisierorgan und Klauen aufweist und in Getrieben üblicher Art verwendet wird. Zwei Flansche 4 dienen zur Zentrierung eines um die Nabe 2 herum im Abstand angeordneten Ringes 5 und bilden mit dem Ring 5 und der Nabe 2 einen Ringraum, in dem mit einem gewissen Spiel ein Metallband 6 aufgewickelt ist. Dieses ist mit einem seiner Enden starr mit der Nabe 2 verbunden und kann mit seinem anderen Ende mit dem Ring 5 verbunden sein. Dieses andere Ende kann jedoch auch mit einem der Flansche 4 kraftschlüssig verbunden oder aber unverbunden gelassen werden, wobei es durch seine Trägheit natürlicherweise die Neigung hat, sich an den Ring 5 anzulegen, was man dadurch fördern kann, daß man die Maße oder die Reibungseigenschaften dieses Endes verstärkt. Eine Kupplung 7 dient zur Mitnahme des Ringes 5 und des Bandes 6.

Um in einem so aufgebauten Schwungrad Energie zu speichern, genügt es, den Ring 5 in Umdrehung zu versetzen, wobei die Nabe frei ist. Das Band 6 wird, selbst wenn es nicht mit dem Ring 5 verbunden ist, durch Reibung in Umdrehung versetzt, und seine Energie bewirkt sein Anwickeln an den Ring 5 mit aneinanderliegenden Windungen. Dieser Ladevorgang vollzieht sich in demselben Drehsinn wie der Entladevorgang und kann begünstigt werden durch gleichzeitigen Antrieb des Ringes 5 und der Nabe 2. Es ist auch möglich, nur die letztere anzutreiben. Das Band wird dann gestoßen und nicht gezogen oder nur der Zentrifugalkraft unterworfen.

Um den Ring 5 von seiner kinetischen Energie zu entladen, nachdem er auf große Geschwindigkeit gebracht worden ist, genügt es, mittels der Kupplung 3 die Nabe 2 und die Welle 1 kraftschlüssig miteinander zu verbinden. Dann spannt sich das Metallband und nimmt eine dynamische Gleichgewichtsform an, so daß seine Spannung den Trägheitskräften entgegenwirkt, wobei die Biegungskräfte in erster Annäherung unberücksichtigt bleiben können. Die dem Ring angewickelten Windungen werden fortschreitend auf die Nabe aufgewickelt und dadurch verlangsamt; ihre Trägheit übt auf die Nabe eine Tangentialkraft aus, die hauptsächlich vom Unterschied zwischen der Drehzahl der Nabe und der des Ringes abhängig ist. Am Ende dieses Aufwickelvorganges kann die Trägheit des Ringes einen Stoß verursachen, falls nicht durch eine Vorrichtung Nabe und Welle oder Ring und Band voneinander entkuppelt werden, wie es ein einfacher Reibantrieb für das Band, wie schon erwähnt, verwirklicht.

Immerhin ist es möglich, dem verwendeten Band auch eine gewisse Biegungssteifigkeit zu verleihen, um dessen Aufwickeln auf die Nabe oder aber auf

5 6

den Ring zu erleichtern. Diese Steifigkeit, durch die umlauf zu erzeugen. Will man die Form des Enteventuell ein Abknicken vermieden werden kann, ladungsimpulses ändern, so kann das Metallband läßt sich durch Vergrößerung der Bandstärke oder außerdem eine die Führung erleichternde konstante durch die Wahl eines gewellten Bandprofils erzielen. Gesamtbreite bekommen, während seine Stärke sowie Die Verformung des Bandes entspricht dann einer 5 seine effektive Breite beispielsweise durch Lochung zusätzlichen Arbeit, die die kinetische Kraft des verändert werden.
Bandes verstärkt oder verringert. Eine radiale Führung des Bandes kann erwünscht

Selbstverständlich könnte man auch umgekehrt, sein, um jeglichen Mangel an Stabilität desselben zu

obgleich dies von vornherein eine kompliziertere verringern, wenn es mit Spiel zwischen seinen Win-

Ausführung zu bedingen scheint, das biegsame Organ io düngen aufgewickelt wird. Ein einfaches Mittel dazu

dann aufladen, wenn es auf die Nabe aufgewickelt ist, eine teilweise Abwicklung dadurch vorzusehen,

wird, und den Ring mit der anzutreibenden Welle daß man das Band um eine zweckmäßige Länge eines

kraftschlüssig verbinden. Materials mit hohem Reibungskoeffizienten und ge-

Schließlich kann die zeitliche Schwankung des gebenenfalls geringerem Gewicht als das übrige Band, Drehmoments eines derartigen Schwungrades durch 15 beispielsweise eine Länge aus einer Kautschukart, Zwischenschaltung eines verformbaren elastischen verlängert. Man kann den Einbau einer radialen Füh-Organs oder eines anderen Schwungrades üblicher rungseinrichtung dazu benutzen, um der Vorrichtung Art zwischen die Nabe und die von ihm angetriebene eine Symmetrie zu verleihen, die bewirkt, daß sich Welle verringert werden. Es ist zu beachten, daß die die Wirkung derselben auf ihre Welle derjenigen Biegsamkeit des Bandes selbst in diesem Sinne gün- 20 einer gewöhnlichen Kupplung nähert. Dazu genügt stig wirken kann, beispielsweise dann, wenn sie die es, auf der Nabe die Enden von mindestens zwei Tendenz hat, das Band gegen den Ring zu drücken. Bändern statt eines einzigen symmetrisch so zu bein diesem Fall können der durch die Trägheit des festigen, daß diese Bänder gleichzeitig aufeinander Ringes bewirkte Impuls auf diese Weise verteilt und aufgewickelt werden oder, noch einfacher, nebeneindie Auswirkungen eines Stoßes vermieden werden. 35 ander angeordnet sind.

Eine vorteilhafte Ausführungsform einer Vorrich- In F i g. 4 und 5 ist ein Schwungrad dargestellt, lung, die zur Verringerung des Stoßes geeignet ist, bei dem in einem und demselben Ring zwei solche der normalerweise stattfindet, wenn die Nabe bei biegsame Bänder 6a und 6 b von gleicher Länge anihrem Einkuppeln plötzlich gebremst wird, ist in geordnet sind, deren äußere Befestigungsstellen 8 a F i g. 3 dargestellt. Die Nabe 2, an der das Ende des 30 und 8 b sowie ihre inneren diametral einander gegen-Bandes 6 befestigt ist, weist eine gewisse Anzahl über angeordnet sind. Die Bänder sind nebeneinander biegsamer Blätter 25 auf, die an ihr radial in regel- angeordnet. Zwei Rollen 9a und 9 b, deren Massen mäßigen Abständen befestigt sind. Das Aufwickeln nicht berücksichtigt bleiben können, sind auf einem des Bandes 6 hat also am Anfang fortschreitenden beweglichen Rahmen 10 so angeordnet, daß sie einCharakter, denn es bringt das Aufwickeln der ge- 35 ander diametral gegenüber bleiben und gegebenennannten Blätter mit sich, wodurch der Wickeldurch- falls gleichen Abstand von der Achse einhalten. Beim messer des Bandes verändert wird. Es ist selbstver- Aufladen des Schwungrades werden sie durch ihre ständlich, daß die Längen und Stärken der Blätter Trägheit an die aneinander anliegenden Windungen sowie gegebenenfalls auch ihre anderen mechanischen des ihnen zugeordneten Bandes angedrückt. Selbst-Eigenschaften (Steifigkeit, Masse) für diesen Zweck 40 verständlich werden durch das Stillsetzen der Nabe speziell gewählt werden können. Ferner gewährlei- und die damit verbundene Erhöhung der Bandspansten sie, wenn sie nicht nur biegsam, sondern elastisch nung die Rollen gegen den Umfang zu getrieben. Der sind, die zeitweise Anlage des Bandes am Ring 5, nicht zu aneinanderliegenden Windungen aufgewikbeispielsweise beim Stillstand. Zur Befestigung der kelte Teil hat dann die geringere Länge. Es genügt. Blätter und des Bandes an der Nabe kann gegebenen- 45 während des Aufladens den die Rollen tragenden falls eine Abrundung 36 vorgesehen sein, durch die Rahmen 10 leicht abzubremsen, um die Rollen nach die Biegungsbeanspruchungen verteilt werden. der Mitte hin zurückzubringen.

Das Schwungrad übt auf seine Welle eine Tangen- Ein derartiger Rahmen kann durch zwei Nuten tialkraft aus, die infolge einer Drehreaktion dieser gebildet werden, die im gleichen Durchmesser auf Welle ein Drehmoment liefert. Es ist daher wün- 50 den beiden Seiten eines beiden Bändern gemeinsehenswert, eine Zentriervorrichtung vorzusehen, die samen Mittelflansches angeordnet sind, oder aber die dynamischen Wirkungen dieser veränderlichen aus einem ein doppeltes Parallelogramm bildenden Kraft verringert und beispielsweise elastisch angeord- Gestänge, wie es in F i g. 4 und 5 dargestellt ist. net ist. Die vorhandenen Schwingungen werden damit Eine derartige Vorrichtung arbeitet ausschließlich durch die Masse des Schwungrades selbst gedämpft 55 mit Schwenkungen und ohne jede Gleitbewegung und und verringern außerdem die Reibung der Windun- gewährleistet gleichzeitig eine Phasenverschiebung gen unter sich. der beiden Rollen um 180° und das Einhalten eines

Eine derartige Arbeitsweise stellt verschiedene gleichen Abstandes derselben von der Achse,

technische Probleme bezüglich der Führung des Man kann aber auch eine in F i g. 6 dargestellte

Bandes und der Auswuchtung sowie des Antriebs des 60 vereinfachte Variante konstruieren. Hier tragen die

Schwungrades. Flansche 4 je Band 6 eine Verbindungsachse 26, die

Will man die Reibung verringern, so kann die Sei- die Symmetrie gewährleistet. Diese Achsen sind symtenführung mittels innerer Gegenflansche erfolgen, metrisch in der Zwischenzone zwischen den beiden die mit dem Ring nicht drehfest verbunden sind. Die Endstellungen des Bandes angeordnet, die dieses einallgemeine Reibung kann ebenfalls verringert werden, 6₅ nimmt, wenn es auf die Nabe bzw. auf den Ring ganz und zwar, indem man das Ganze unter Unterdruck aufgewickelt ist. Auf diesen Achsen 26 drehen sich setzt oder auch durch Vorsehen geeigneter Öffnun- Ringe 27, deren Durchmesser so gewählt ist, daß der gen, um im Ring einen zweckmäßig gerichteten Gas- Ring durch Anliegen an dem bereits auf die Nabe 2

aufgewickelten Bandteil 28 geschwenkt wird und seine von der Nabe am weitesten entfernte Zone damit im wesentlichen dem noch im Ring 5 aufgewickelten Bandteil 29 gegenüberliegt. Die Zeichnung stellt den Lade- und den Entladezustand dar.

Selbstverständlich können mehrere Rollenserien mit verschiedenen Eigenschaften kombiniert werden.

Auch kann ein symmetrisches, ausgewuchtetes Aggregat dadurch geschaffen werden, daß mehrere exzentrische Ringe auf den zugeordneten Bändern aufliegen und die Ringe mit einer Vorrichtung versehen werden, die lediglich dazu dient, sie in der richtigen Phasenverschiebung zu halten, beispielsweise durch Anordnung eines auf der Achse zentrierten Rahmens 20, der mit zur Achse symmetrisch angeordneten und an den Ringen 5 anliegenden Rollen 19 versehen ist. Eine derartige Vorrichtung ist schematisch in F i g. 13 und 14 dargestellt. Man kann ferner auf einer Welle eine gewisse Anzahl Schwungräder der beschriebenen Art anordnen, die nacheinander durch einen Motor geringer Leistung aufgeladen und nacheinander oder gleichzeitig eingesetzt werden. Unter den möglichen Ausführungsformen stellt F i g. 7 eine Anordnung von Schwungrädern gemäß der Erfindung dar, bei der jeder Ring 51,52 usw. mit der benachbarten Nabe 22 bzw. 23 usw. kraftschlüssig verbunden ist. Das aufgeladene System kann also dann während eines längeren Zeitraums ein Drehmoment ausüben, dessen Höchstwert dem eines einzigen Schwungrades entspricht.

F i g. 8 zeigt schematisch eine Parallelschaltung, bei der allen Bändern ein einziger Ring 5 gemeinsam ist. Das Gesamtdrehmoment ist dann die Summe der Drehmomente der einzelnen Schwungräder.

Als Lade- und Entladeeinrichtungen dieser Schwungräder können zahlreiche bekannte Vorrichtungen, wie ausrückbare Kupplungen, elektromagnetische und hydrodynamische Kupplungen, Freiläufe und Kraftendschalter, benutzt werden, insbesondere mit einem elastischen Organ oder einem Schwungrad arbeitende Kupplungen. Daher dienen die nachstehend aufgeführten Schemazeichnungen insbesondere dem Ziel, die Wirkungsweise eines Schwungrades gemäß der Erfindung lediglich grundsätzlich zu beschreiben.

F i g. 9 stellt einen kraftschlüssigen Antrieb für verschiedene bewegbare Organe dar. Alle diese Antriebseinrichtungen sind mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, obgleich man verschiedene Arten derselben zusammen verwenden kann. Der Ring 5 ist durch die Kupplung 7 mit einem Auflademotor 11 verbunden. Dieser treibt über eine zweite Kupplung 13 das Vorgelege 12 an. Der Motor kann in bekannter Weise ein Elektromotor, ein hydraulischer Motor oder auch eine Turbine sein, wobei dieses Organ den Druckunterschied zwischen Auspuff- oder Ansaugdruck des Hauptmotors ausnutzt. Es sind nur zwei Kupplungen erforderlich, und bei 7 oder 13 können Freiläufe verwendet werden.

Fig. 10 zeigt eine Anordnung, die zur teil weisen Rückgewinnung der Bewegungsenergie eines Fahrzeugs beim Bremsen verwendet werden kann. Dabei ist es dann erwünscht, den Ring in einfacher Weise durch die Radwelle anzutreiben, auch wenn die Leistung nicht sehr hoch ist. Zu diesem Zweck trägt die Welle 1 Planetenräder 14, die einerseits mit einer mit dieser Welle konzentrischen und mit dem Ring 5 kraftschlüssig verbindbaren Pinole 15 und andererseits mit dem mit einer Bremse 17 versehenen Außenzahnkranz 16 im Eingriff stehen. Die Kupplung 3 ist wie oben beschrieben ausgebildet. Die Kupplung 7 ermöglicht eine Verringerung der Reibung bei großen Relativgeschwindigkeiten und kann zweckmäßig ein Freilauf sein, der die Pinole 15 daran hindert, eine höhere Geschwindigkeit als der Ring 5 anzunehmen.

Beim Bremsen wird die Bremse 17 gleichzeitig mit

ίο der üblichen Vorrichtung in Tätigkeit gesetzt, beispielsweise am Anfang des Hubes des Betätigungsfußhebels. Da der Zahnkranz 16 die Neigung hat, zum Stillstand zu kommen, wächst die Drehzahl der Pinole 15, und der Ring 5 wird durch den Freilauf 7 mitgenommen, wodurch er die Rückgewinnung eines beträchtlichen Teiles der Fortbewegungsenergie des Fahrzeugs ermöglicht. Diese wird dann im gewünschten Augenblick durch die Kupplung 3 wieder auf die Welle 1 übertragen.

Die Pinole 15 kann übrigens mit einem Hilfsmotor kraftschlüssig verbunden bleiben, der die Aufladung des Schwungrades außerhalb der Bremszeiten oder auch eines vom Hauptmotor angetriebenen Vorgeleges unter gewissen Bedingungen ermöglicht, in Fällen, in denen gewöhnlich nicht seine ganze Leistung ausgenutzt ist.

Fig. 11 stellt eine Anordnung dar, die den Differentialcharakter eines Schwungrades gemäß der Erfindung erkennen läßt. Eine Antriebswelle 30, beispielsweise eines Verbrennungsmotors, ist mit einer Abtriebswelle 31 über ein Ausgleichsgetriebe verbunden, dessen dritte Welle durch die zur Abtriebswelle konzentrisch angeordneten Pinole 32 gebildet ist und bei dem die Abtriebswelle Klauen 33 trägt und mit dem Ring 5 durch einen Freilauf 34 verbunden ist. Mittels einer zweiten Reihe Klauen 35 kann die Nabe 2 mit der Abtriebswelle 31 verbunden werden. Eine derartige Anordnung ermöglicht den Antrieb der Welle 31 durch die Antriebswelle 30; es genügt dazu, daß die Klauen 33 nach links verschoben und dadurch die Wellen 31 und 32 miteinander verbunden werden. Das Auskuppeln dieser Klauen 33 ermöglicht eine andere, rein dynamische Arbeitsweise, da die Anordnung eines Ausgleichgetriebes ja ein konstantes Verhältnis der Drehmomente mit sich bringt, die auf die Wellen 31 und 32 wirken. Übersteigt das Drehmoment des Motors das auf die Abtriebswelle 31 ausgeübte, so wird der Energieüberschuß, den dieser Motor liefern kann, im Ring 5 gespeichert, dessen Drehzahl steigt.

Man kann auch die Wellen 31 und 32 mittels der Klauen 33 wieder miteinander kuppeln, wenn die von der Abtriebswelle aufgenommene Leistung, die schließlich die gleiche Größenordnung wie die des Ringantriebsmotors erreicht, ganz gering wird. Das Kuppeln der Nabe 2 mit der Abtriebswelle 31 bei 35 bewirkt das Aufwickeln des Bandes auf diese Nabe und eine Relativbeschleunigung des Ringes gegenüber dieser, was durch den Freilauf 34 ermöglicht wird.

Ein vorübergehender Leistungsüberschuß kann also auf die Welle 31 übertragen werden. Man sieht also, daß das Schwungrad eine Ableitung der augenblicklichen Energieüberschüsse ermöglicht und somit als Regler wirkt, so daß der Motor der Welle 30 ein im wesentlichen konstantes Drehmoment haben kann. Es versteht sich, daß Varianten möglich sind und daß insbesondere der Ring mit dem Planetenradträger kraftschlüssig verbunden sein kann, während An-

triebs- und Abtriebswelle eine symmetrische Rolle spielen.

Fig. 12 schließlich stellt eine Anordnung dar, bei der die Nabe 2 auf zweierlei Weise mit einer Welle 1 kraftschlüssig verbunden werden kann. Die Anordnung zeigt wieder die bereits in F i g. 9 dargestellte Antriebseinrichtung für den Ring, nämlich einen Elektromotor 11, der den Ring 5 über eine mit einer Verzahnung und mit Klauen versehene Pinole 7 antreibt. Die Nabe 2 ist mit einer der Wellen 37 eines Ausgleichsgetriebes verbunden, dessen beide andere Wellen die Welle 1 und der Planetenradträger 38 sind. Dieser trägt eine Anhaltevorrichtung, beispielsweise eine Bremse 39, und eine Vorrichtung 40, die sein Verkuppeln mit der Welle 1 ermöglicht.

Es ist jederzeit möglich, durch Verbinden der Welle 1 mit dem Planetenradträger 38 die Entladung auf die Welle 1 des Schwungrades zu bewirken, dessen Ring dann vorher auf große Geschwindigkeit gebracht werden muß. Steht die Welle 1 still, so entspricht das Aufwickeln des Bandes auf die Nabe keiner Arbeit, und die Energie des Schwungrades kann nur durch Steigerung der Drehzahl des Ringes 5 und der auf ihn noch aufgewickelten Windungen konstant gehalten werden. Eine derartige Beschleunigung kann, wie schon oben gesagt, und obgleich ihr Wert dann geringer ist, noch festgestellt werden, wenn die Welle 1 sich dreht und das von ihr übertragene entgegenwirkende Drehmoment einer gewissen Arbeit entspricht.

Die Drehrichtung der Welle 1 ist jedoch gleichgültig, und durch eine Änderung der Drehrichtung der Nabe 2 wird lediglich die Form des vom Schwungrad auf diese Welle übertragenen Impulses geändert. Dieser Impuls kann entweder kurz und stark sein, wenn Nabe und Ring sich in entgegengesetzten Richtungen drehen, oder er kann lang und von mäßiger Stärke sein.

Durch das Anziehen der feststehenden Backen der Bremse 39 wird bei Stillsetzen des Planetenradträgers 38 und Erteilung einer der Welle 1 entgegengesetzten Winkelgeschwindigkeit an die Pinole 37 die Wahl einer anderen Impulsart ermöglicht als derjenigen, die man durch Einkuppeln der Klauen 40 erreichen würde.

Wenn man die Organe 39 und 40 auswechselt, können Vorrichtungen, die eine Regelung der Kraftübertragung zwischen den drei Wellen des Ausgleichsgetriebes auf andere Werte als die gesamte oder gar keine Kraft ermöglichen, in die genannte Anordnung eingebaut werden. Ferner ist es offensichtlich, daß diese Ausführungsformen lediglich beispielsweise gegeben wurden und keineswegs alle Möglichkeiten erschöpfend darstellen sollen. Ein solches Schwungrad kann beispielsweise wie ein bekanntes Schwungrad verwendet werden.

Eine besonders vorteilhafte Anwendungsform eines derartigen Schwungrades ist eine Vorrichtung zur raschen Beschleunigung des Rotors einer Turbine. Es ist bekannt, daß Turbinen, insbesondere Gasturbinen, in dieser Hinsicht durch die große Trägheit und die erhebliche Bewegungsenergie ihres Rotors benachteiligt sind. Jedoch ist es möglich, wenn sich die Notwendigkeit dazu, mindestens während gewisser Zeiten, ergibt, einen Rotor eine sehr schnelle Beschleunigung zu erteilen. Kuppelt man während dieser Zeiten den Ring eines erfindungsgemäßen Schwungrades mit dem Rotor, so wird durch Stillsetzen der Nabe dieses Schwungrades das gewünschte Ergebnis in einfacher Weise erreicht.

Claims (16)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum zeitweiligen Speichern kinetischer Energie mit einer an eine Arbeitswelle kuppelbaren Nabe und einem dazu konzentrischen, relativ zur Nabe drehbaren Ring, zwischen denen mit radialem Spiel mindestens ein bandförmiges, die Form einer Spirale aufweisendes Element aus einem biegsamen, schweren Stoff angeordnet ist, dessen eines Ende mit der Nabe verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß das bandförmige Element (6) zur Speicherung der kinetischen Energie höchstens mit einer geringen Biegesteifigkeit ausgebildet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das bandförmige Element (6) kraftschlüssig mit dem Ring (5) verbunden ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring (5) unabhängig von der Nabe (2) an einen Antrieb kuppelbar ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring (5) mittels einer Schaltkupplung (7) mit dem Antrieb gekuppelt ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der folgenden mechanischen Eigenschaften des bandförmigen Elementes (6), nämlich die Masse pro Längeneinheit, der Reibungskoeffizient und die Biegesteifigkeit, örtlich im Bereich der Länge des Bandes veränderlich ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Flansche (4) zur seitlichen Führung des bandförmigen Elementes (6) vorgesehen sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß symmetrisch um die Achse der Nabe (2) Rollen (9 a, 9 b) zur radialen Führung mehrerer bandförmiger Elemente (6 a, 6 b) vorgesehen sind, deren Enden symmetrisch an der Nabe (2) befestigt sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein biegsames Blatt (25) von geringerer Länge als das bandförmige Element (6) zusätzlich an der Nabe (2) befestigt ist, durch das der Aufrolldurchmesser des bandförmigen Elementes (6) bei Beginn seines Aufrollens schnell vergrößerbar ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Nabe (2) an den Befestigungsstellen des bandförmigen Elementes und des Blattes (25) je eine Abrundung (36) aufweist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die biegsamen Blätter (25) zur Begünstigung des Haltens des bandförmigen Elementes (6) am Ring (2) elastisch sind.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Naben mit je einem bandförmigen Element und einem Ring gleichachsig in Reihe angeordnet sind und jede Nabe (22, 23) mit dem vorhergehenden Ring (52, 51) verbunden ist oder aus einem Stück besteht.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere gleichachsig angeordnete, unabhängige Naben (2)

709 687/195

mit je einem bandförmigen Element (6 a, 6 b, 6 c) einen gemeinsamen Ring (5) aufweisen.

13. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der konzentrisch zur Arbeitswelle (1) angeordnete Ring (5) einen unabhängig vom Antrieb der Arbeitswelle (1) arbeitenden Antrieb (11, 12) aufweist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der konzentrisch zur Arbeitswelle (1) angeordnete Ring (5) mit einem An- Schluß (15) eines Planetengetriebes (14) gekuppelt ist, dessen beide andere Anschlüsse durch die Arbeitswelle (1) gebildet bzw. mit einer Bremse (17) versehen sind, und daß die Kupplung zwischen dem Ring (5) und dem zugeordneten Anschlußglied (15) als Überholkupplung ausgebildet ist, die abschaltet, wenn die Arbeitswelle (1) sich schneller als der Ring (5) dreht.

15. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der konzentrisch zur Arbeits-

welle (31) angeordnete Ring (5) mindestens in einer Drehrichtung kraftschlüssig mit einem Anschluß (32) eines Ausgleichsgetriebes gekuppelt ist, der mittels einer Kupplung (33) mit der Arbeitswelle (31) verbindbar ist, und daß die beiden anderen Anschlüsse des Ausgleichsgetriebes durch die Arbeitswelle (31) bzw. eine Antriebswelle (30) gebildet sind.

16. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitswelle (1) und die konzentrisch zu ihr angeordnete Nabe (2) je .mit einem Glied eines Ausgleichsgetriebes verbunden sind, dessen drittes Glied mit einer Bremse (39) und einer Kupplung (40) zum Ankuppeln an die Arbeitswelle (1) versehen ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 307 456;
britische Patentschrift Nr. 273 145.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

709 687/195 10.67 © Bundesdruckerei Berlin