Die Erfindung betrifft ein Hydro-Schwungrad.

Des Weiteren betrifft die Erfindung einen Drehkraft-Stabilisator hierfür.

Derzeitige Schwungräder werden in unterschiedlichen Formen aus schweren Materialien wie Gusseisen hergestellt, wobei sich ein Hauptgewicht im Bereich eines Außenringes befindet. Aufgrund eines hohen Eigengewichtes ist ein entsprechend starker Antrieb erforderlich, um das Schwungrad in die gewünschte Rotation und auf Drehzahl zu bringen. Es bedarf somit eines hohen Energieaufwandes und eines entsprechend starken Antriebsmotors, um das Schwungrad vom Stillstand in die gewünschte Rotation zu bringen.

Die vorliegende Erfindung stellt sich daher die Aufgabe, ein innovatives Schwungrad zu schaffen, mit dem trotz geringem Eigengewicht ein hohes Drehmoment erreicht wird. Gleichzeitig soll die erforderliche Anlaufleistung enorm verringert werden.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Hydro-Schwungrad, bestehend aus einem runden, drehbaren Hohlkörper mit einer trichterförmigen Absenkung im Bereich eines Drehpunktes.

Die Vorteile eines derartigen Systems bzw. Hydro-Schwungrades ermöglichen höhere Leistungen bei geringem Energieaufwand, wobei bereits eine geringe Anlaufleistung reicht, um das Schwungrad in die gewünschte Drehbewegung zu bringen. Als Masse wird Flüssigkeit genutzt, beispielsweise Wasser oder ein Öl. Die Flüssigkeit befindet sich im Ruhezustand im trichterförmigen Körper des Behälters, direkt im Bereich der Achse. Setzt sich das Hydro-Schwungrad in Bewegung, wird die Flüssigkeit durch die Rotation und Fliehkraft an einen Außenrand verdrängt und erzeugt dort durch das Gewicht der Flüssigkeit ein hohes Drehmoment.

Der Hohlkörper kann durch mehrere Trennrippen, vorzugsweise senkrechte Trennrippen, unterteilt sein; die Flüssigkeit kann sich dadurch aufgrund der Fliehkraft im Bereich des Außenringes gleichmäßig verteilen. Dabei ist es zweckmäßig, dass die Trennrippen kurz vor einer Außenwand enden, damit sich bei Rotation die Flüssigkeit durch einen Abstand gleichmäßig verteilen kann.

Sind Trennrippen vorgesehen, können die Trennrippen am tiefsten Punkt eine Öffnung aufweisen, damit die Flüssigkeit im ruhenden Zustand zusammenfließen und sich gleichmäßig auf alle Kammern verteilen kann. Im Betrieb wird die Flüssigkeit durch die Trennrippen einer Fliehkraft ausgesetzt und von einer ersten Position in eine zweite Position verdrängt.

Im Rahmen der Erfindung ist es zweckmäßig, wenn die gesamte Flüssigkeit bei erhöhter Drehzahl an die zweite Position direkt an der Außenwand des Hydro-Schwungrades verdrängt wird und dort als Masse ein erhöhtes Drehmoment bewirkt.

In einer Variante kann der Hohlkörper einen runden Behälter und einen mittig zur Achse hin trichterförmigen Körper aufweisen, wobei der Körper nach unten endet. Im Besonderen kann es sich um einen geschlossenen, runden Behälter mit einem mittig gegen die Achse hin trichterförmigen Körper, welcher nach unten endet, handeln, wobei sich die Flüssigkeit im ruhenden Zustand in diesem vertieften Trichter befindet. So bildet sich bei Beginn einer Drehbewegung direkt im Zentrum des Behälters nur ein geringer Rotationswiderstand aus.

Der Behälter ist gegebenenfalls durch mehrere senkrechte Trennrippen unterteilt, wodurch die Flüssigkeit in die entsprechende Rotation gebracht wird. Diese Rippen enden in einem bestimmten Abstand vom Außenring, damit sich die Flüssigkeit durch die Fliehkraft im Bereich des Außenringes gleichmäßig verteilen kann.

Zweckmäßig und weiter wesentlich ist es, dass bei Drehbewegung die Flüssigkeit automatisch über die Schräge des Trichters abgedrängt wird und gleichmäßig zwischen den T rennrippen zum Außenring strömt, dort gleichmäßig verteilt wird und somit ein hohes Drehmoment erzeugt.

Ebenso zweckmäßig und weiter wesentlich ist es, dass die Trenn- bzw. Zwischenrippen am tiefsten Punkt im Trichter eine dreieckige Öffnung aufweisen, wodurch gewährleistet wird, dass sich die Flüssigkeit im ruhenden Zustand in allen Kammern gleichmäßig verteilen kann. Damit wird gewährleistet, dass beim Neustart keine Unwucht entstehen kann.

Ein erfindungsgemäßes Hydro-Schwungrad hat den Vorteil, dass einerseits ein hohes Drehmoment erzielt wird, andererseits aber nur eine geringe Anlaufleistung notwendig ist. Es reicht also ein viel geringerer Antrieb, was nicht nur eine Energieeinsparung bedeutet, sondern auch eine vielseitigere Anwendung dieses Systems ermöglicht. Wesentliche Vorteile gegenüber dem Stand der Technik liegen darin, dass das Hydro-Schwungrad mit einer geringen Anlaufleistung funktioniert und die Masse in Form der Flüssigkeit sich bei steigender Drehzahl automatisch vom Zentrum gegen den Außenring verlagert und so ein erhöhtes Drehmoment bildet. Wird die Drehzahl wieder verringert und kommt das Rad zum Stillstand, fließt die Flüssigkeit wieder zurück in den trichterförmigen Bereich, dicht an den Drehpunkt und bildet so bei einem Neustart erneut nur einen geringen Widerstand. Durch Veränderung der Flüssigkeitsmenge, der Größe und der Drehzahl kann jedes gewünschte Drehmoment erzeugt werden. Die Antriebsmotoren können viel geringer dimensioniert werden, was einerseits einen vielseitigeren Einsatz des innovativen Hydro- Schwungrades bedeutet, andererseits aber auch erhebliche Einsparungen von Energie.

Der gesamte Hohlkörper kann aus leichten Materialien hergestellt werden, grundsätzlich sind aber alle verwendbaren Materialien im Rahmen der Erfindung umfasst. Der Hohlkörper selbst kann bei gleicher Funktion auch mit geänderter Form, aber auch unterschiedlicher Masse ausgebildet sein. Ebenso ist die Verwendung verschiedener Flüssigkeiten wie auch Öle möglich.

Die Aufgabe der Erfindung wird alternativ und mit noch weiteren Vorteilen gelöst durch ein Hydro-Schwungrad, bestehend aus einem runden, drehbaren Hohlkörper, einem Formteil wie insbesondere einem Ansaugzylinder, einer Turbine und einem Flüssigkeitstank.

Durch diese Weiterentwicklung kann Effizienz und Leistung eines Hydro-Schwungrades weiter erhöht und eine erforderliche Antriebsleistung reduziert werden. Nachdem die Flüssigkeit erst mit Zunahme der Rotation vom darunterliegenden Flüssigkeitstank in das eigentliche Schwungrad gesaugt wird, muss nur die Masse des leeren Schwungrades in Drehbewegung versetzt werden, wofür eine sehr geringe Anlaufleistung notwendig ist. Mit Zunahme der Flüssigkeitsmenge im Schwungrad erhöht sich konstant das Drehmoment und der Antriebsmotor wird daher weiter entlastet und hat lediglich die entsprechende Drehgeschwindigkeit zu halten. Der Energieaufwand wird dadurch enorm reduziert.

Als Behälter für die Flüssigkeit wird im Vergleich mit der vorstehend erläuterten ersten Ausführung nicht mehr der Trichter des Schwungrades genutzt, sondern ein getrennter Flüssigkeitstank. An der Unterseite des Schwungrades befindet sich ein Ansaugzylinder, der in die Flüssigkeit im Flüssigkeitstank eintaucht. Am unteren Ende befindet sich eine Turbine, wodurch bei Drehbewegung des Schwungrades die Flüssigkeit angesaugt und durch die Fliehkraft über schräg nach oben angeordnete Rippen in das Schwungrad verdrängt wird. Die Flüssigkeit wird gegen die Außenwand gepresst und durch mehrere trennende Rippen in konstanter Rotation gehalten. Daraus resultiert das Drehmoment. Kommt das Hydro-Schwungrad zum Stillstand, fließt die gesamte Flüssigkeit wieder zurück in den Flüssigkeitstank und bildet bei einem Neustart nunmehr einen minimalen Widerstand. Statt des Ansaugzylinders kann jedes Formteil vorgesehen sein, über welches Flüssigkeit von einem getrennten Flüssigkeitstank in das Schwungrad verdrängt oder gepumpt werden kann.

Zweckmäßigerweise ist der Ansaugzylinder, sofern vorgesehen, direkt mit dem Hydro- Schwungrad verbunden und ist in den Flüssigkeitstank eingetaucht angeordnet.

Vorteilhafterweise ist an einem unteren Ende eines Ansaugzylinders eine Turbine eingebaut, womit bei Drehbewegung die Flüssigkeit angesaugt und nach oben verdrängt wird. Es kann auch gesagt werden, dass die Turbine am unteren Ende des Zylinders befindlich ist. Von Vorteil ist es, wenn von der Turbine bis zum Schwungrad an der Innenwand des Ansaugzylinders mehrere schräg verlaufende Trennrippen bestehen, um ein besseres Verdrängen der Flüssigkeit durch die Fliehkraft zu erreichen.

Zweckmäßig und weiter wesentlich ist, dass bei Drehbewegung des Hydro-Schwungrades die Flüssigkeit von der Turbine automatisch angesaugt und infolge der Fliehkraft wieder über schräg nach oben angeordnete Trennrippen in das Schwungrad verdrängt wird, wo dann die rotierende Flüssigkeit zu einem entsprechenden Drehmoment führt. Zweckmäßig und weiter wesentlich ist es, dass im ruhenden Zustand des Schwungrades die Flüssigkeit wieder in den Flüssigkeitstank zurückfließt und so bei einem Neustart nur einen minimalen Rotationswiderstand bewirkt.

Zweckmäßig und weiter wesentlich ist, dass der Flüssigkeitstank mittig eine Vertiefung aufweist, wo die Flüssigkeit direkt im Bereich der Turbine zusammenfließt und konzentriert abgesaugt werden kann. Die Turbine befindet sich zweckmäßigerweise am unteren Ende des Zylinders.

Durch die Vertiefung können Verwirbelungen der Flüssigkeit durch die Turbine über den ganzen Flüssigkeitstank vermieden werden, was die Effizienz der Turbine erheblich erhöht und möglichen Lärm durch Verwirbelungen ausschließt.

In beiden Lösungen eines Hydro-Schwungrades kann das Schwungrad horizontal oder vertikal oder geneigt angeordnet sein. Das Schwungrad kann bei vertikaler Welle als Scheibe oder bei horizontaler Welle als länglicher Zylinder ausgebildet sein.

In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung die Aufgabe, einen Drehkraft-Stabilisator für verschiedene Antriebstechniken für höhere und stabilere Leistungen bereitzustellen, insbesondere in Kombination mit einem der vorstehend beschriebenen Hydro- Schwungräder.

Gemäß dem Stand der Technik müssen Antriebe nämlich so bemessen und ausgerichtet werden, dass diese den Belastungen beim Start und bei der Aufrechterhaltung des erforderlichen Drehmomentes gerecht werden. Wird ein größeres Drehmoment mit erhöhter Drehzahl benötigt, werden Antriebsmotoren einer höheren Dauerbelastung ausgesetzt, was eine größere Dimensionierung des Antriebsmotors und einen höheren Energieverbrauch bedeutet.

Diese Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch einen Drehkraft-Stabilisator, bestehend aus einem Stabilisatorgehäuse, einem rotierenden Rundkörper mit einem Außenring und einem im Außenring eingelassenen Magneten, eingelassenen Magneten im Rundkörper, einer Fixierscheibe und einer Welle. Dies resultiert in dem Vorteil, dass für gleiche Leistungsansprüche schwächere Antriebsmotoren eingesetzt werden können, was einen geringeren Verschleiß der Motoren, eine längere Lebensdauer und Einsparung von Energiekosten bedeutet. Ebenso ist eine Nachrüstung als Kombination und Erweiterung von bestehenden Antrieben möglich und zweckmäßig, um höhere Leistungen bei gleichzeitiger Einsparung von Energie zu erreichen. Ein Drehmoment, aber auch eine Drehzahl eines Antriebes kann mit einem erfindungsgemäßen Drehkraft-Stabilisator unterstützt und konstant gehalten werden, wodurch ein Antriebsmotor erheblich entlastet wird. Dieses neue System kann somit bei zahlreichen Antrieben als Zusatzkomponente eingesetzt werden, insbesondere auch im Zusammenhang mit einem der vorstehend erläuterten Hydro-Schwungräder.

Im Besonderen handelt es sich bei dem Drehkraft-Stabilisator um ein System, mit dem die Kraft von abstoßenden und rotierenden Magneten genutzt wird. Der rotierende Rundkörper bzw. runde Körper rotiert innerhalb eines fixen Außenringes auf einer Achse. An einer Innenseite des Außenringes sowie am Außenrand des rotierenden Körpers sind mehrere Magnete flächenbündig eingesetzt. Wird der runde Körper in Drehbewegung versetzt, müssen die Magnete des rotierenden Körpers dicht an den Außenringen vorbei, wodurch eine entsprechende Abstoßung entsteht, eine Schubkraft in Drehrichtung erzeugt wird und ein entsprechendes Drehmoment resultiert.

Die Positionierung der Magnete und Intervalle der Abstoßung sind so abgestimmt, dass kein Bremseffekt entsteht und immer nur ein Magnet vom rotierenden Körper mit einem des Außenringes direkt gegenüber trifft. Beispielsweise können am Außenring drei Magnete und am rotierenden Körper zehn Magnete im Abstand von 36° angeordnet sein.

Zweckmäßig und wesentlich ist es, dass durch die gezielte Anordnung der Magnete eine gleichmäßige Abstoßung in der Drehrichtung erfolgt. Das Drehmoment des Antriebes wird dadurch zusätzlich erhöht, in dessen Drehbewegung stabilisiert und ein Antriebsmotor entlastet.

Zweckmäßig und weiter wesentlich ist es, dass die Anzahl der Magnete mit der Größe des rotierenden Körpers abgestimmt ist, um die gewünschte Stabilisierung der Drehzahl zu erreichen. Zweckmäßig kann es weiter sein, dass bei steigender Drehzahl eine Anzahl der Magnetkontakte und Abstoßungen erhöht und dadurch ein höheres Drehmoment eingestellt wird.

Weiter kann es zweckmäßig sein, dass der innere Rundkörper je nach Größe und Material bereits selbst ein Trägheitsmoment bewirkt und dadurch für eine Erhöhung eines gesamten Drehmomentes sorgt bzw. hierzu beiträgt.

Weiter kann es zweckmäßig sein, dass der Drehkraft-Stabilisator auf derselben Welle des Antriebes aufgesetzt wird, um Reibungswiderstände, beispielsweise durch Zahnriemenübertragungen, zu vermeiden.

Die Magnete können schräg gestellt sein. Auch eine mehrreihige Anordnung ist möglich. Dabei kann auch vorgesehen sein, dass die Magnete in unregelmäßigen Abständen verteilt sind. Eine unregelmäßige Positionierung der Außenmagnete kann eine Abstoßung in die Drehrichtung bewirken. Dies gilt auch für eine schräge Anordnung der eingesetzten Magnete.

Der Drehkraft-Stabilisator kommt insbesondere in Kombination mit einem Hydro- Schwungrad wie vorstehend beschrieben zum Einsatz. Ein wesentlicher Vorteil dieses Systems besteht darin, dass es möglich ist, mit einer geringen Antriebskraft (beispielsweise ein Elektromotor) ein vielfach erhöhtes Drehmoment zu erreichen. Je geringer eine mögliche Antriebskraft, umso effizienter ist das Resultat des Systems. Hierfür ist ein Zusammenwirken beider Module, Hydro-Schwungrad und Drehkraft- Stabilisator, erforderlich. Wird ein Hydro-Schwungrad für den Antrieb eines Stromgenerators oder einer Wasserpumpe verwendet, würde ein Widerstand eines Stromgenerators eine Mehrbelastung des Antriebes bewirken bzw. einen leistungsstärkeren Motor erfordern. Durch die Kombination der Module kann dies verhindert werden, wie sich dies bei einem Prototyp bestätigt hat. Durch eine Vielzahl von Abstößen der Magnete in Drehrichtung wird ein Drehmoment des Hydro-Schwungrades stabilisiert und unterstützt. Der vom Stromgenerator erzeugte Widerstand wird somit vom Drehkraft-Stabilisator kompensiert und wirkt sich nicht mehr auf die Leistung des Antriebsmotors aus, welcher nur mehr für eine stabile Drehzahl belastet wird. In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung somit eine Kombination von Modulen aus einem Hydro-Schwungrad, einem Drehkraft-Stabilisator und einem Antrieb, wobei die Module miteinander gekoppelt sind.

Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkungen der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgend dargestellten Ausführungsbeispielen. In den Zeichnungen, auf welche dabei Bezug genommen wird, zeigen:

Fig. 1 eine schematische Draufsicht auf eine erste Variante eines Hydro-Schwungrades; Fig. 2 einen schematischen Schnitt durch das Hydro-Schwungrad gemäß Fig. 1;

Fig. 3 einen Schnitt durch eine zweite Variante eines Hydro-Schwungrades;

Fig. 4 eine schematische Darstellung eines horizontalen Schnittes entlang der Linie A-A in Fig. 3;

Fig. 5 eine schematische Darstellung eines horizontalen Schnittes entlang der Linie B-B in Fig. 3;

Fig. 6 eine schematische Darstellung eines horizontalen Schnittes durch einen Drehkraft- Stabilisator;

Fig. 7 eine weitere schematische Darstellung eines Schnittes durch einen Drehkraft- Stabilisator.

In Fig. 1 ist eine erste Variante eines erfindungsgemäßen Hydro-Schwungrades 1 ohne Abdeckung 10, mit einem Gehäuse 2, mit Trennrippen 3 und mit einer schrägen Trichterfläche 4 gezeigt. Eine erste Position 7 kennzeichnet eine Flüssigkeit im ruhenden Zustand und eine zweite Position 8 jene der Flüssigkeit bei Drehbewegung des Hydro- Schwungrades 1 an.

In Fig. 2 ist eine schematische Darstellung eines Schnittes durch das Hydro- Schwungrad 1 aus Fig. 1 gezeigt. Ersichtlich ist das Gehäuse 2, ein Boden 5, die Abdeckung 10, die Trennrippen 3, eine Öffnung 6, ein Abstand 9 der Trennrippen 3 zur Außenwand, die erste Position 7 der Flüssigkeit im ruhenden Zustand und die zweite Position 8 der Flüssigkeit bei Drehbewegung. In diesem Schnitt ist auch eine mögliche Veränderung der Form durch Verschiebung der schrägen Trichterfläche 4 in eine andere Position (strichliert) gezeigt, was sich für bestimmte Drehzahl und Flüssigkeiten als vorteilhaft erweisen kann. Im Betrieb wird die Flüssigkeit automatisch über eine Schräge des Trichters gleichmäßig abgedrängt und strömt gleichmäßig zwischen den Trennrippen 3 zum Außenring. Dort wird die Flüssigkeit gleichmäßig verteilt und erzeugt somit ein hohes Drehmoment. Durch die Öffnung 6 wird gewährleistet, dass sich die Flüssigkeit im ruhenden Zustand in allen Kammern wieder gleichmäßig verteilen kann.

Fig. 3 bis Fig. 5 zeigen eine zweite Variante eines Hydro-Schwungrades 1. In Fig. 3 ist eine schematische Darstellung eines Schnittes durch ein Hydro-Schwungrad 1 gezeigt, samt einem darunterliegenden Flüssigkeitstank 17 für eine Flüssigkeit und mit einer Tankvertiefung 15 und einem Tankboden 16 sowie einen Ansaugzylinder 12. In Fig. 3 zeigt die Darstellung im Hydro-Schwungrad 1 Trennrippen 3, ein Gehäuse 2, eine Position einer Flüssigkeit bei einer Drehbewegung, einen Ansaugzylinder 12, welcher direkt mit dem Schwungrad verbunden ist und welcher in die Flüssigkeit eintaucht. Fig. 3 zeigt auch den Ablauf, wie die Flüssigkeit aus einer ersten Position 7 im Flüssigkeitstank 17 in eine zweite Position 8 des Schwungrades gelangt. Wird das Schwungrad mit dem Ansaugzylinder 12 und der Turbine 13 in Drehbewegung versetzt, wird die Flüssigkeit von der Turbine 13 vom Flüssigkeitstank 17 angesaugt und durch die Fliehkraft über die schräg nach oben verlaufenden Trennrippen 3 in das Schwungrad verdrängt. Dort wird die Flüssigkeit gegen die Außenwand des Schwungrades gepresst und von den Trennrippen 3 in konstante Drehbewegung gebracht, wodurch das entsprechende Drehmoment resultiert. Kommt das Schwungrad zum Stillstand, fließt die gesamte Flüssigkeit wieder zurück in den Flüssigkeitstank 17 in die erste Position 7.

Fig. 4 zeigt für das Hydro-Schwungrad 1 in dieser Variante einen Schnitt entlang der Linie A-A in Fig. 3. Fig. 5 zeigt für das Hydro-Schwungrad 1 in dieser Variante einen Schnitt entlang der Linie B-B in Fig. 3.

In Fig. 6 ist ein horizontaler Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Drehkraft- Stabilisators 18 dargestellt. Der Drehkraft-Stabilisator 18 umfasst ein Stabilisatorgehäuse 19, in einem Außenring eingelassene erste Magnete 20 und in einem Rundkörper 24 eingelassene zweite Magnete 21. Des Weiteren sind Abstoßungspositionen (erste Abstoßposition 26, zweite Abstoßposition 27, dritte Abstoßposition 28) der ersten Magnete 20 und zweiten Magnete 21 dargestellt und es ist eine mögliche Schrägstellung 31 der Magnete strichliert angezeigt. Schließlich ist auch eine Drehwelle 23 mit Drehrichtung 30 ersichtlich.

In Fig. 7 ist für den Drehkraft-Stabilisator 18 das Gehäuse 2, die im Außenring eingelassenen Magnete, die im Rundkörper 24 eingelassenen Magnete sowie die Drehwelle 23, der Rundkörper 24, ein Magnetabstand 25 der Magnete sowie ein Wellenlager 29 und eine Fixierscheibe 22 in einem anderen Schnitt ersichtlich.

Ein erfindungsgemäßer Drehkraft-Stabilisator 18 findet insbesondere Anwendung in Kombination mit einem Hydro-Schwungrad 1 wie dieses zuvor erläutert wurde.