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Forum: Mechanik, Gehäuse, Werkzeug Ein paar Fragen zum Schwungrad


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von OMk (Gast)


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Ich hätte da einmal ein paar Fragen dazu:

Annahmen:

Ein funktionsfähiges Schwungrad mit einer Masse von 10.000 kg
Breite maximal ein Meter
Durchmesser 10 Meter
Umdrehungszahl Max. 10.000 U/min



Und nun meine Fragen dazu:

Welche Abmessungen können konkret erreicht werden?

Wie viel Energie kann es aufnehmen und kann man es sinnvoll wieder 
entnehmen? Könnte es auch schneller drehen? Würde es sich als 
Pufferspeicher eignen?

von Thomas F. (igel)


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OMk schrieb:
> Welche Abmessungen können konkret erreicht werden?

Die hast du dir doch schon ausgedacht.

> Wie viel Energie kann es aufnehmen?

Rechne es doch aus. Wie immer enthält Wikipedia alle nötigen Infos:

https://de.wikipedia.org/wiki/Rotationsenergie

von Christian M. (Firma: magnetmotor.ch) (chregu) Benutzerseite


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OMk schrieb:
> Durchmesser 10 Meter
> Umdrehungszahl Max. 10.000 U/min

Aus dem Bauch: Unmöglich!

Gruss Chregu

Beitrag #6177352 wurde vom Autor gelöscht.
von OMk (Gast)


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Thomas F. schrieb:
> OMk schrieb:
>> Welche Abmessungen können konkret erreicht werden?
>
> Die hast du dir doch schon ausgedacht.
>


Das sind Bedingungen die nicht überschritten werden dürfen.

von Christoph db1uq K. (christoph_kessler)


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https://de.wikipedia.org/wiki/Zentrifuge#Anwendungen

"Extrem große Zentrifugen mit einem Füllgewicht von bis zu 1.750 kg 
werden in der Zuckerindustrie eingesetzt. Außerdem werden 
Großzentrifugen beispielsweise zur Entwässerung von Klärschlamm in 
kommunalen Kläranlagen, in der chemischen Industrie oder im Bergbau zum 
Trennen von Mineralien eingesetzt."

Das sind vergleichbare Größenordnungen, aber 10m Durchmesser und 10 
Tonnen würde das noch übertreffen. Wenn sich das losreißt, gibt es kein 
Halten mehr.

Interessanter finde ich sie Speicheridee mit einem künstlichen Ayers 
Rock der auf einen unterirdischen Wasserspeicher drückt. Sieht sicher 
beeindruckend aus.

von Prometheus (Gast)


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> Welche Abmessungen können konkret erreicht werden?
Die Frage verstehe ich nicht, die Abmessungen hast Du doch vorgegeben?


> Wie viel Energie kann es aufnehmen und kann man es sinnvoll wieder
> entnehmen?
Bei den Angaben:

Annahme: Das Schwungrad ist eine Scheibe aus Vollmaterial. 
(Wikipediatabelle Fall C)
https://de.wikipedia.org/wiki/Tr%C3%A4gheitsmoment

J = 1/2  m  r² = 0,5*10000kg * (5m)² = 125000kgm²

Energie:
https://de.wikipedia.org/wiki/Schwungradspeicherung

E = 1/2  J  w² = 0,5 * 125000 kgm²  2 pi * 100000/60 s
E = 65,44 MJ = 18,2kWh

Das sind also um die 18kWh. Das sind knapp 2l Diesel.

> Könnte es auch schneller drehen?
Ja, warum nicht. Wenn das die Lager können. Die Umlaufgeschwinduigkeit 
am Rand sind ca. 5km/s. Das ist tüchtig schnell, aber bis zum 
therotischen Maximum ist noch viel Platz.

> Würde es sich als
> Pufferspeicher eignen?
Kommt auf die Randbedingungen an. Gehen tut vieles.
Wie lange soll gespeichert werden?
Kurzer Leistungsbedarf oder Langzeitspeicherung?
Lebensdauer der Lager?

von Basti (Gast)


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https://silo.tips/download/forschung-fr-die-energie-der-zukunft
Blatt 9, in Garching steht sowas.

In 10 s 150 MW verballern ist auch nicht schlecht. Scheint ne hellere 
Glühbirne zu sein...

Wenn man sowas bei voller Rotation auf den Boden setzen könnte, so wie 
das Pressluftkugellager. Uiuiui

von OMk (Gast)


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Dann kann es wahrscheinlich über Wasser laufen?

von OMk (Gast)


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Prometheus schrieb:
>> Welche Abmessungen können konkret erreicht werden?
> Die Frage verstehe ich nicht, die Abmessungen hast Du doch vorgegeben?
>
>> Wie viel Energie kann es aufnehmen und kann man es sinnvoll wieder
>> entnehmen?
> Bei den Angaben:
>
> Annahme: Das Schwungrad ist eine Scheibe aus Vollmaterial.
>


Schwungscheiben bestehen eben nicht aus einer Scheibe Vollmaterial!

von OMk (Gast)


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OMk schrieb:
> Prometheus schrieb:
>>> Welche Abmessungen können konkret erreicht werden?
>> Die Frage verstehe ich nicht, die Abmessungen hast Du doch vorgegeben?
>>
>>> Wie viel Energie kann es aufnehmen und kann man es sinnvoll wieder
>>> entnehmen?
>> Bei den Angaben:
>>
>> Annahme: Das Schwungrad ist eine Scheibe aus Vollmaterial.
>>
>
> Schwungscheiben bestehen eben nicht aus einer Scheibe Vollmaterial!

https://de.m.wikipedia.org/wiki/Schwungrad#/media/Datei%3ASchwungrad02.jpg

von OMk (Gast)


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von Marek N. (Gast)


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OMk schrieb:
> Durchmesser 10 Meter
> Umdrehungszahl Max. 10.000 U/min


Ich überschlage als Tangentialgeschwindigkeit knapp 100-fache 
Schallgeschwindigkeit. Ist das plausibel???

von Jürgen von der Müllkippe (Gast)


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OMk schrieb:
> Schwungscheiben bestehen eben nicht aus einer Scheibe Vollmaterial!

Um das Massenträgheitsmoment zu erhöhen (= Fähigkeit Energie besser zu 
speichern), sollte man bei einer vorgegebener Masse, diese möglichst 
außen am Umfang platzieren und den inneren Teil des Schwungrades in 
Nabennähe mit leichten Speichen konstruieren.

von Franziska N. (bastler2004)


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OMk schrieb:
> Durchmesser 10 Meter
> Umdrehungszahl Max. 10.000 U/min

Absurd

Das zerlegt sich auf jeden Fall, egal aus welchem Material es 
hergestellt wird.

von Also jetzt Butter by the Fisches (Gast)


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Jürgen von der Müllkippe schrieb:
> Schwungscheiben

Vorsicht mit Behauptungen...

Beim Fusions-Experiment ASDEX Upgrade wird ein Schwungrad-Generator von 
400 Tonnen Gewicht verwendet, der einige Minuten benötigt, um von 800 
auf 3000 Touren hochzufahren, um dann die gespeicherte Energie innerhalb 
von Sekundenbruchteilen zum Aufheizen des Plasmas abrufen zu können.

Quelle Wikipedia: https://de.wikipedia.org/wiki/Schwungrad

von ● J-A V. (Firma: FULL PALATINSK) (desinfector) Benutzerseite


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wie kuppelt man sowas auf eine Welle?
mit sowas wie einer Wirbelstromkupplung?

von Gerald K. (geku)


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Franziska N. schrieb:
> Das zerlegt sich auf jeden Fall, egal aus welchem Material es
> hergestellt wird.

Außenlager?

Z.B. Aus einer geschlossenen Eisdecke mit einem Laser eine Scheibe 
ausschneiden und in Rotation versetzen. Das Wasser in der Fuge dient als 
Schmiermittel und bleibt aufgrund der Reibungswärme flüssig.

von Christoph db1uq K. (christoph_kessler)


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Ich hab diesen Pumpspeicher wiedergefunden:

https://www.wiwo.de/technologie/green/pumpspeicher-riesenbatterie-soll-kohlekraftwerke-ersetzen/13549178.html
"50 Meter tiefe Betonwanne mit einem Durchmesser von 200 Meter"

und eine Konkurrenzidee sogar "600 bis 800 Meter tiefes Loch mit einem 
Durchmesser von acht Meter...Der Deckel aus Beton für diesen Schacht 
soll 300 bis 400 Meter hoch sein, also die Hälfte des Loches ausfüllen."

wenn das undicht wird...

Bei dem Lanz-Traktor gibt es soweit ich weiß keinen Rückwärtsgang. Man 
wirft einfach das Schwungrad anders herum an.

: Bearbeitet durch User
von ● J-A V. (Firma: FULL PALATINSK) (desinfector) Benutzerseite


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> Es besteht aus einer 50 Meter tiefen Betonwanne
> mit einem Durchmesser von 200 Meter.

wieviel Zement muss man dafür wohl brennen?
so ganz ohne CO2 geht das dann aber auch nicht.

von blub (Gast)


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Gerald K. schrieb:
> Z.B. Aus einer geschlossenen Eisdecke mit einem Laser eine Scheibe
> ausschneiden und

Das Eis an den Polen schmilzt ja gerade weg...

von Sebastian L. (sebastian_l72)


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OMk schrieb:
> Schwungscheiben bestehen eben nicht aus einer Scheibe Vollmaterial!

Prometheus hat das für dich gerechnet. Das war gratis. Wenn man Oak 
liest vielleicht auch umsonst.
Selber rechnen macht schlauer.
Oak musst halt nur das Massenträgheitsmoment des konkreten Körpers 
bestimmen. Das kann man heute mit finite Element Metode machen. Damals 
machte man das mit Näherungsformeln, weil numerische Integration mit 
Rechenschieber ein Grauen ist.
https://de.m.wikipedia.org/wiki/Trägheitsmoment

Alles überhalb Mach 1 an Tangentialgeschwindigkeit sollte man 
überdenken.

Lagern kann man das schwimmend wenn man will. Der Leckstrom des Fluids 
kühlt dann auch die Imperfektionen des Lagers weg.

Wenn man Schwungräder kuppeln will kann man das vielfältig machen. Man 
muss sich nur vorher überlegen was für den Einsatzzweck geeignet ist.
- Riementriebe
- el. Wirbelströme
- hydrodynamisch (aka Föttinger-Prinzip)
- ...

Damals(R) als man noch Wellentriebe durch Fabrikhallen hatte, war das 
ein allgegenwärtiges Problem. Da hat man viele Lösungen gefunden.

von OMk (Gast)


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Marek N. schrieb:
> OMk schrieb:
>> Durchmesser 10 Meter
>> Umdrehungszahl Max. 10.000 U/min
>
> Ich überschlage als Tangentialgeschwindigkeit knapp 100-fache
> Schallgeschwindigkeit. Ist das plausibel???

rechne mal neu, nicht überschlagen...

Rotierende Masse

Mit Materialien wie z. B. faserverstärkten Kunststoffen (GFK, CFK) kann 
mehr Elektrizität gespeichert werden. Aufgrund ihrer Festigkeit halten 
sie eine extrem schnelle Rotation aus – bis zu 100.000 U/min sind 
denkbar. Der begrenzende Faktor sind die Umfangsgeschwindigkeiten, sie 
liegen heute bei 700 bis 1.000 m/s – bis zu 2.000 m/s gelten als 
erreichbar, allerdings nur unter Vakuum-Bedingungen. Wichtig ist auch 
ein „gutmütiges“ Berstverhalten, wenn es denn einmal soweit kommen 
sollte.

Quelle: 
http://www.bine.info/publikationen/projektinfos/publikation/kinetische-speicherung-von-elektrizitaet/kinetisches-prinzip/

von OMk (Gast)


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In den 90er Jahren wurden in München und Bremen Busse mit 
Schwungradspeichern eingesetzt.[5] Diese Busse bezogen ihre Energie für 
den Elektroantrieb ausschließlich von einem Schwungrad (Speicherinhalt 
9,15 kWh). Sie konnten ohne Verbindung mit dem Stromnetz etwa 20 
Kilometer zurücklegen. Dann mussten sie an Haltepunkten jeweils an das 
Stromnetz andocken
Quelle:

https://de.wikipedia.org/wiki/Schwungrad

Alte Technik neu entdeckt!

von A. B. (sfalbuer)


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Bei Achterbahnen mit Abschuss gibt es auch Schwungradspeicher um die 
Lastspitzen abzufedern. So muss der Betreiber keine neue Stromleitung 
ein seinen Park legen. Die Rekordbahnen hingegen arbeiten mit 
Hydraulikmotoren und Stickstoffspeicher der zwischen den Abschüssen 
komprimiert und über die Motoren entladen wird.

"Der LSM-Antrieb von Formule X benötigt während des zweisekündigen 
Launchs eine Spitzenleistung von 450 Kilowatt, die aufgrund des 
mechanischen Energiespeichers jedoch nicht vom Stromnetz des Parks 
bereitgestellt werden muss. Stattdessen bringt ein 125 Kilowatt-Motor 
ein vier Tonnen schweres Schwungrad auf die Nenndrehzahl von 1500 
Umdrehungen pro Minute. Während des Starts wandelt ein Generator die 
Rotationsenergie des Schwungrades in elektrische Energie um und liefert 
einen Spitzenstrom von 750 Ampere"

http://www.coastersandmore.de/rides/formulex/formulex.php

Es gab in den 70ern schon Anlagen die rein mechanisch die Energie vom 
Schwungrad auf den Achterbahnzug übertragen haben:

http://schwarzkopf-coaster.net/ESshuttlelooptyp2GF.htm

Das Problem war allerdings die Haltbarkeit der Kupplung. Bei der Anlage 
auf den Fotos in Belgien roch es im Starttunnel immer dezent nach 
verbrannter Kupplung. Mittlerweile wurde diese Anlage auf lineare 
Induktionsmotoren umgerüstet.

: Bearbeitet durch User
von Marek N. (Gast)


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OMk schrieb:
> rechne mal neu, nicht überschlagen...

OK neuer Versuch

Durchmesser d := 10 m
=> Radius r = d/2 = 5 m
Drehzahl n := 10000 min^-1

Drehzahl in "pro Sekunde" umrechnen: n = 10000 min^-1 / (60 s / min) = 
166,67 s^-1
Winkelgeschwindigkeit omega = 2  pi  n = 1046,7 rad/s

Tangentialgeschwindigkeit v_t = omega * r = 1046,7 rad/s * 5 m = 5233 
m/s

Schallgeschwindigkeit c_s := 340 m/s

=> Machzahl Ma = v_t / c_s = 15,4

OK, irgendwo einen Faktor 2 pi zuviel reingeschmuggeln, als ich knapp 
100 Mach überschlagen hatte, sorry.

Aber Mach 15 ist trotzdem böse!

von Christoph db1uq K. (christoph_kessler)


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wie sind die Busse um die Ecke gekommen? Hatten die zwei gegenläufige 
Schwungräder?

von OMk (Gast)


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Christoph db1uq K. schrieb:
> wie sind die Busse um die Ecke gekommen? Hatten die zwei
> gegenläufige
> Schwungräder?

Ich wohne nicht in München, vieleicht helfen Presseberichte weiter...

von Stefan L. (stefan_l134)


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Christoph db1uq K. schrieb:
> wie sind die Busse um die Ecke gekommen? Hatten die zwei gegenläufige
> Schwungräder?

Vielleicht verlief die Drehachse senkrecht und die Busse waren nur in 
der Ebene unterwegs. Oder das Schwungrad war kardanisch gelagert...so 
viele Möglichkeiten...

Zitat Wikipedia: https://de.wikipedia.org/wiki/Gyrobus
"Das um eine senkrechte Achse rotierende Schwungrad bewirkt bei 
Änderungen der Steigung der Straße Kippkräfte auf das Fahrzeug. Durch 
Verwendung zweier gegenläufiger Schwungräder lässt sich dieser Effekt 
jedoch aufheben."

von OMk (Gast)


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Ob da mal einer umgekippt ist?

von ● J-A V. (Firma: FULL PALATINSK) (desinfector) Benutzerseite


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ich könnte mir vorstellen dass sich ein Goggo,
in den man ein Flugzeugmotor eingebaut,
so wie ein Gyro-Spielzeug seitlich wegdrehen kann

https://www.youtube.com/watch?v=GbibgwmYDBM

:D

von Weg mit dem Troll ! Aber subito (Gast)


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> Alles überhalb Mach 1 an Tangentialgeschwindigkeit sollte man
überdenken.

der die Schallgeschwindigkeit wegmachen. Mit Vakuum. Bei Normaldruck hat 
man einfach einen Luefter.

von A. G. (grtu)


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Prometheus schrieb:
> 2 pi * 100000/60

Hast du da nicht das Quadrat vergessen?

von Reinhard R. (reirawb)


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Kauft euch einfach eins, zwar keine 10t sondern nur eine halbe, aber 
immerhin 25.500 U/min, 'ne viertel Tonne sogar bis 50.000 U/min.
http://www.rosseta.de/srsdaty.htm

von Walter S. (avatar)


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Reinhard R. schrieb:
> Kauft euch einfach eins, zwar keine 10t sondern nur eine halbe, aber
> immerhin 25.500 U/min, 'ne viertel Tonne sogar bis 50.000 U/min.
> http://www.rosseta.de/srsdaty.htm

zu spät, geht nicht mehr:
... führten zur Insolvenz am 21.06.2013.

von Reinhard R. (reirawb)


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