Zusammenfassung
Um die Motivation und Vorgehensweise des Designs jener Rotoren, welche unter Abschn. 7.4 und 7.5 noch genau beschrieben werden besser zu verstehen sind im folgenden Abschnitt die wesentlichen mechanischen Grundlagen zusammengefasst. Unter Abschn. 7.2 wird der Stand der Technik erhoben bzw. analysiert. Es ist anzumerken, dass das Kapitel Rotor an dieser Stelle nur vom Gesichtspunkt der Energiedichte und dem maschinendynamischen Verhalten betrachtet wird. Rotorspezifische Berst- und Versagensszenarien werden im Kapitel Gehäuse (vergleiche Kap. 8) betrachtet.
This is a preview of subscription content, log in via an institution.
Buying options
Tax calculation will be finalised at checkout
Purchases are for personal use only
Learn about institutional subscriptionsNotes
- 1.
Auf „Packebene“, welche Gehäuse, Balancingplatine und Kühlung beinhaltet, sinkt die spezifische Energie weiter ab.
- 2.
Der Begriff „dauerfest“ wurde durch August Wöhler (∗ 22. Juni 1819 in Soltau; † 21. März 1914 in Hannover) geprägt. Er erforschte die Werkstoffe Stahl und Eisen. Die nach ihm benannte „Wöhlerlinie“ stellt für einen Werkstoff unter Schwingbelastung den Zusammenhang zwischen Bruchlastspielzahl und Ausschlagsspannung dar [21].
- 3.
Das „E“ in der Bezeichnung hat den historischen Hintergrund, dass diese Glasfasern ursprünglich für elektrische Anwendungen entwickelt wurden.
- 4.
Das „S“ in der Bezeichnung kommt vom englischen Wort „stiff“ (steif) und deutet bereits auf eine erhöhte Zugfestigkeit hin.
- 5.
Bei einem Innenläufer würde eine CF-Bandage um den elektrisch aktiven Rotor den Luftspalt der Maschine vergrößern und somit den Wirkungsgrad verschlechtern.
- 6.
Ein „gutmütigeres“ Berstverhalten des Rotors ermöglicht den Einsatz eines leichteren Berstgehäuses und steigert somit ebenfalls die spezifische Energie (Wh/kg) des Systems.
- 7.
MAGNETBONDER HT-01 der Firma Vakuumschmelze mit einer Dichte von 1,1 g/cm3 und einer maximalen Schubspannung von 7100 N/cm2.
- 8.
Die Ausschöpfung dieses Reduktionspotenzials hängt nicht nur vom Materialpreis ab, sondern bedingt auch optimierte, kostengünstige Fertigungsverfahren!
Literatur
J. Feldhusen und K.-H. Grote (2007) Dubbel – Taschenbuch für den Maschinenbau, 22. Auflage. Springer, Berlin, Heidelberg, Deutschland
P Selke und B. Assmann (2006) Technische Mechanik – Band 2: Festigkeitslehre, 16. Auflage, 2006. Oldenburg Wissenschaftsverlag GmbH, München, Deutschland.
F. Strößenreuther (1996) Machbarkeitsstudie und Konzept einer stationären Schwungradanlage zur dezentralen, verbraucherorientierten Energiespeicherung (Diplomarbeit), Lehrstuhl für Dampf- und Gasturbinen, Aachen, Deutschland.
G. Genta (1985) Kinetic Energy Storage: Theory and Practice of Advanced Flywheel Systems. Butterworths, London, UK.
P. von Burg (1996) Schnelldrehendes Schwungrad aus Faserkunststoff, ETH Zürich, Schweiz.
S. Renner-Smith (1980) Energy Storage: Search for the Perfect Flywheel. Popular Science, Ausgabe Januar 1980.
O.J. Fiske und M.R. Ricc (2005) Third Generation Flywheels For High Power Electricity Storage. LaunchPoint Technologies, Goleta, California, USA.
A. Kubo, H. Kameno und R. Takahata (2003) Development of a Compact Flywheel Energy Storage System. Koyo Engineering Journal, Nr. English Edition No. 163E.
J. Carter (2014) The use of the Gyrodrive hybrid system in bus, truck and off highway vehicles. GKN Hybrid Power, Grove UK.
J. Arseneaux (2011) 20 MW Flywheel Energy Storage Plant. Beacon Power LLC, Wilmington, Massachusetts, USA.
T. Dever (2013) Development of a High Specific Energy Flywheel Module and Studies to Quantify Its Mission Applications and Benefits. NASA, USA.
A. J. Deakin (2014) High performance and low CO2 from a Flybrid® mechanical kinetic energy recovery system. Torotrak Group PLC. Preston, Lancashire, UK.
R.J. Hayes, J.P. Kajs, R.C. Thompson and J.H. Beno (1999) Design and Testing of a Flywheel Battery for a Transit Bus. SAE International Congress and Exposition, Detroit, Michigan, USA.
Robert Hebner, Joseph Beno and Alan Walls (2002) Flywheel Batteries Come Around Again. IEEE Spectrum, pp. 46-51, Ausgabe April 2002. https://spectrum.ieee.org/energy/the-smarter-grid/flywheel-batteries-come-around-again
M. A. Pichot, J. M. Kramer, R. C. Thompson, R. J. Hayes und J. H. Beno (1997) The Flywheel Battery Containment Problem. 1997 SAE International Congress and Exposition, Detroit, Michigan, USA.
NEXUS Projects SL (2012) Durability of Composites – Fatigue. Martorell, Barcelona, Spanien. http://nexusprojectes.com/durabilidad.aspx?lang=en. [Zugriff am 17. August 2016].
Anthony J. Colozza (2000) High Energy Flywheel Containment Evaluation. NASA, Brook Park, Ohio, USA.
S.K. Ha, K.K. Jin und Y Huang (2008) Micro Mechanics of Failure (MMF) for Continuous Fiber Reinforced Composites. Journal of Composite Materials, Bd. 42 (18) pp. 1873–1895 Ausgabe Juli 2008.
J. Koyanagi (2011) Durability of filament-wound composite flywheel rotors. Mechanics of Time-Dependent Materials, Bd. 16, Nr. 1, pp. 71–83.
H. P. Luckett (1979) PS/What’s News. Popular Mechanics, p. 75, Ausgabe Oktober 1979.
B. Nearing (2011) Flywheels fail at energy project. TimesUnion, Ausgabe 19. 10. 2011.
Universal Science (2012) Thermal Conductivity of Materials. http://www.universal-science.com/wp-content/uploads/2012/08/Thermal-conductivity-table.pdf. [Zugriff am 08. Januar 2016].
Böhler (2012) Werkzeugstähle Schnellarbeitsstähle. Lieferprorgamm BÖHLER – Stahl für die Besten der Welt, Nr. Ausgabe Mai 2012 pp. 10–74.
T. Tian (2011) Anisotropic Thermal Property Measurement of Carbon-fiber/Epoxy Composite Materials. University of Nebraska, Lincoln, Nebraska, USA.
A. Dasgupta und R. K. Agarwal (1992) Orthotropic thermal conductivity of plain-weave fabric composites using a homogenization technique. Journal of Composite Materials, Nr. Edition 26, pp. 2736–2758.
R. D. Sweeting (2004) Measurement of thermal conductivity for fibre-reinforced composites. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, pp. 933–938.
R. C. Wetherhold und J. Wang (1994) Difficulties in the theories for predicting transverse thermal conductivity of continuous fiber composites. Journal of Composite Materials, pp. 1491–1498.
A. Storer (2015) What is the maximum temperature stability of carbon fiber composite and glass fiber composite? https://www.quora.com/What-is-the-maximum-temperature-stability-of-carbon-fiber-composite-and-glass-fiber-composite. [Zugriff am 08. Januar 2016].
P.E. Mason, K. Atallah und D. Howe (1999) Hard and Soft Magnetic Composites in High Speed Flywheels, ICCM-12 Paris, Frankreich.
GKN Hybrid Power (2014) Gyrodrive by GKN Hybrid Power – Driving Efficient Transport,“ Unit 1 Pentagon South, Abingdon Science Park, Barton Lane, Abingdon, Oxford OX14 3PZ, UK.
L.A. Bisby (2003) Fire behaviour of fibre-reinforced polymer (FRP) reinforced or confined concrete,“ (Dissertation), Queen’s University, Kingston, Ontario, Kanada.
Clean Motion Offensive (2011) Projektinhalt. Clusterland Oberösterreich GmbH, Hafenstraße 47-51, 4020 Linz, Österreich. http://www.cleanmotion.at/index.php?id=19. [Zugriff am 20. Februar 2016].
Klima- und Energiefonds (2011) CMO – Clean Motion Offensive. Klima- und Energiefonds, Gumpendorferstr. 5/22, 1060 Wien, Österreich. https://www.klimafonds.gv.at/unsere-themen/e-mobilitaet/leuchttuerme/cmo-clean-motion-offensive/. [Zugriff am 20. Februar 2016]
VAC – Vacuumschmelze (2013) Weichmagnetische Kobalt-Eisen-Legierungen (Datenblatt VACOFLUX und VACODUR). Vacuumschmelre, Hanau, Deutschland.
E. Lindsley (1973) Hybrid Car: Part-Time Engine + Part-Time Flywheel = Full-Time Transportation. Popular Science, Ausgabe. August 1973.
A. P. Armagnac (1974) Flywheel Brakes Store New Train’s Energy for Electricity-Saving Starts. Popular Science, pp. 70–72, Ausgabe Februar 1974.
D. Scott (1980) Hydrobus, gyrobus use brake-generated energy. Popular Science, pp. 76–77, 1980.
D. Scott (1961) Fith Wheel Runs Bus… Stops it Too! Popular Science, pp. 98–102, Ausgabe Mai 1961.
R. C. Clerk, J. Adams und J. A. Howell (1970) Flywheel aided power surge. Commercial Motor Archive, 30 Oktober 1970.
W. Novy (2008) Start-Stopp – aber mit Schwung! Kietische Energiespeicher als Alternative zu Akkumulatoren und Kondensatoren. AUTOMOTIVE, pp. 64–66, Ausgabe 11 2008.
P. Dietrich (1999) Gesamtenergetische Bewertung verschiedener Betriebsarten eines Parallel-Hybridantriebes mit Schwungradkomponente und stufenlosem Weitbereichsgetriebe für einen Personenwagen (Dissertation).p. 86. ETH Zürich, Schweiz.
Parry People Movers Ltd. (2009) PPM Technology. Parry People Movers Ltd, Overend Road, Cradley Heath, West Midlands, B64 7DD, UK. http://www.parrypeoplemovers.com/technology.htm. [Zugriff am 20. August 2016].
H. Schreck (1977) Konzeptuntersuchung Realisierung und Vergleich eines Hybrid-Antriebes mit Schwungrad mit einem konventionellen Antrieb. Fakultät für Maschinenwesen der Rheinisch-Westfälischen Technischen Hochschule, Aachen, Deutschland.
N. N. Gulia, (1986) Der Energiekonserve auf der Spur. Verlag Harri Deutsch, Thun, Deutschland.
Compact Dynamics (2008) KERS – Energy Recovery System (Version 08). Compact Dynamics, Moosstrasse 9, D-82319 Starnberg, Deutschland.
B. Schweighofer, M. Recheis, P. Fulmek und H. Wegleiter (2013) Rotor Losses in a Switched Reluctance Motor – Analysis and Reduction Methods. EPJ Web of Conferences, Volume 40, 2013. JEMS 2012 – Joint European Magnetic Symposia. https://doi.org/10.1051/epjconf/20134017008
E. Chiao (2012) Amber Kinetics DOE Peer Review. U.S. Department of Energy, Washington D.C., USA.
Grosschädl Stahl (2016) Lager-Preisliste, Stabstahl 42CrMo4 + QT. Graz, Österreich.
Edelstahl Service Schulz (2016) Übersicht über die verarbeiteten Werkstoffe – Nichtrostende Stähle (austenitisch) – Sonderstähle. Edelstahl Service Schulz, Augustenstr. 10 a, 70178 Stuttgart, Deutschland.
D. Breslavsky (2011) European steel and alloy grades and numbers. National Technical University, KhPI, 21 Frunze Str., Kharkov 61002,Ukraine. http://www.steelnumber.com/en/steel_composition_eu.php?name_id=335. [Zugriff am 22. Juli 2016].
BI-WAT GmbH. – Bad Ischler Wassertechnik und Edelstahldesign (2013) Edelstahl-Information | Chemische Beständigkeit. Marie-Luisenstraße 1A, 4820 Bad Ischl, Österreich.
Thyssen Krupp Materials International (2008) Werkstoffblatt TK 34CrMo(S)4 bis 42CrMo(S)4, p.3. Thyssenkrupp AG, Essen, Deutschland.
A. Buchroithner, I. Andrasec und M. Bader (2012) Optimal system design and ideal application of flywheel energy storage systems for vehicles. 2012 IEEE International Energy Conference and Exhibition (ENERGYCON). Florenz, Italien. DOI: 10.1109/EnergyCon.2012.6348295
P. M. Rudeloff (1909) Der Einfluß erhöhter Temperaturen auf die mechanischen Eigenschaften der Metalle. Polytechnisches Journal, Berlin, Deutschland. http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj324/ar324182
C. Brummer (2013) Licht hilft beim Formen anspruchsvoller Materialien – Laserunterstütztes Metalldrücken verbessert Formänderungsverhalten hochfester Werkstoffe. Industrieanzeiger Future Trends, Ausgabe 22. April 2013. Konradin-Verlag Robert Kohlhammer GmbH, Leinfelden-Echterdingen, Deutschland.
Grosschädl Stahl (2016) Lager-Preisliste, Stabstahl 42CrMo4 + QT. Grosschädl Stahl Graz, Südbahnstraße 10, A-8020 Graz, Österreich.
Author information
Authors and Affiliations
Rights and permissions
Copyright information
© 2019 Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH, ein Teil von Springer Nature
About this chapter
Cite this chapter
Buchroithner, A. (2019). Rotoren für mobile Schwungradspeicher. In: Schwungradspeicher in der Fahrzeugtechnik. Springer Vieweg, Wiesbaden. https://doi.org/10.1007/978-3-658-25571-8_7
Download citation
DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-658-25571-8_7
Published:
Publisher Name: Springer Vieweg, Wiesbaden
Print ISBN: 978-3-658-25570-1
Online ISBN: 978-3-658-25571-8
eBook Packages: Computer Science and Engineering (German Language)