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Drehträgheitsasymmetrischer
Rotor Bei dieser jüngsten Entwicklung handelt es sich um einen Rotor, der in einer besonderen, bis jetzt nicht angewandten Form gefertigt ist. Der Rotor wird als Schwungscheibe, also als Speichermittel für mechanische Drehenergie benutzt. Sein konstruktiver Aufbau ergibt verschiedene Massenträgheitsmomente im Links- bzw. Rechtslauf. Bewirkt wird dies allein durch die Formgebung und das dadurch manipulierte Wirken der Flieh- und Beharrungskräfte (Trägheitskräfte). Als technische Anwendung ist der Einsatz als Speicher und Puffer für mechanische Energien angedacht. Weiterhin können sämtliche, in eine Vorzugsrichtung betriebenen rotierenden Maschinenteile, wie Felgen, Räder, Wellen zusätzlich mit Schwunggewichten in der aufgezeigten Form ausgerüstet werden, was die Leistungsfähigkeit und den Energieverbrauch günstig beeinflussen wird. Auch Luftschrauben und Propeller können mit der aufgezeigten Form energetisch aufgewertet werden.
Aufbau des Rotors: Die Gestaltung ist stark an den Flugsamen eines Ahornbaumes angelehnt. Eine weitere Rotorart zeigt die Struktur einer Balkenspiralgalaxis mit denselben Effekten der asymmetrischen Drehträgheit. Wichtig zur wirksamen Auslegung ist der Umstand, daß Fliehkraftangriffspunkte nie zentral, also mittig auf die Achse gelegt werden sollten, es muß stets ein resultierender Hebel, bzw. entstehender Winkel zur Zentralachse in Bezug auf die Vektorrichtung der Fliehkraft gewählt werden. Ohne dieses besondere Merkmal wird die Rotorform symetrisch, wie die bisher gebrauchten und benutzten Systeme.
Auf der Skizze erkennt man eine einfache, zweiarmige Ausführung eines Asymmetrierotors. Auf zwei flachen, stabilen und verwindungssteifen Tragebögen (Spiralarme) sind außen zwei scheibenförmige Massen fixiert. Die Mitteltragstrebe sitzt mittig auf der Antriebswelle (Rotorachse) und ist leicht geschränkt.
Erklärungsvariante 1: Die rechtwinkeligen Massenhalter sind nach innen gekröpft. Dies bewirkt eine resultierende Scherkraft auf den Bogen, nach aussen vorne in Betriebsrichtung gerichtet. Erklärungsvariante 2: Die radial nach außen wirkende Zentrifugalkraft kann aufgrund der besonderen spiralförmigen Konstruktion nur am Punkt F angreifen. Der Kraftvektor spannt mit der Verbindungslinie F-R einen Winkel ungleich 0 auf. Dadurch erzeugt sie ein Drehmoment in Betriebsrichtung, welches sowohl beim Beschleunigen als auch beim Bremsen antreibend wirkt. Dadurch wird der Eindruck unterschiedlicher Massenträgheiten erweckt Die eingezeichnete Betriebsrichtung ist damit die Vorzugsdrehrichtung. Hier wird die Fliehkraft sofort bei der Beschleunigung des Rotors aktiv, man könnte auch vorlaufende Kraft dazu sagen.
Meßtechnik: In der nachfolgend aufgeführten Drehmoment- Drehzahlmessung ist der Einbruch des Beschleunigungswiderstandes in der Vorzugsrichtung (Linksdrehung, gegen Uhrzeigersinn) deutlich zu sehen. Die obere Kurve stellt das Drehmoment, die untere die Drehzahl dar. In der linken Diagrammhälfte wird beschleunigt, in der rechten Diagrammhälfte gebremst. Das Verhältnis zwischen Drehmoment Bremsen zu Drehmoment Beschleunigung beträgt in der Regel zuverlässig das 1,5 fache. Es ist wichtig, eine gewisse Mindestbeschleunigungs-und Bremssequenz zu wählen, um das Wirken der Fliehkraftvektoren in die richtige Richtung, in Bezug auf die winkeligen Anlenkungen des Rotors, zu ermöglichen. Ein Leistungsdefizit ist außer einer falschen Formgebung lediglich mit falschen Beschleunigungswerten zu erklären. Bei optimalem Einsatz aller Hilfsmittel erreichen wir auch leicht in einem Turnus Trägheitsunterschiede von über Faktor 2.
Messverfahren: Das Ermitteln von Drehmoment, Drehzahl und Zeit erfolgt über Messaufnehmer und anschliessendes Speichern und Auswerten durch ein Zweikanalspeicheroszilloskop. Es wird in Verbindung mit einer geeichten Drehmomentmesswelle von HBM ein Meßfehler von weniger als 2% erreicht. Das anschließende Auswerten der effektiven INPUT und OUTPUT Drehenergiewerte erfolgt über Leistungsermittlung durch Erstellen einer Kurvenfunktion Drehmoment mal Drehzahl = Leistung und anschließendem Vergleich der beiden dargestellten Flächen, die die gesamte eingebrachte Energie, wie auch die abgegebene darstellen. Dies wird mit Hilfe von Flächenberechnung über Integral und Differentialrechnung bewerkstelligt. Die obere Messwertkurve ist der Graph des Drehmomentes, abgenommen von der Drehmomentenmesswelle, in Volt angezeigt, mit der Zeit von links nach rechts. Über der Mittellinie, die Null darstellt, ist das Moment positiv, also wird Drehenergie durch den Antriebsmotor in den Rotor als Beschleunigung zugeführt, im Ausschlag nach unten wird gebremst, das Moment hat negatives Vorzeichen und es wird Energie zurückgespeist. Die Abgabeenergie wird durch den Motor, der auf Bremsung geschalten wird, in Wärme verbrannt.
Der letztendliche Schritt zum Vergleich der Eingabeenergie zur Abgabeenergie (gesamt verrichtete Leistung über die Zeit) werden die beiden Flächen geometrisch miteinander verglichen. Durch Integration kann man aus der Differenz der beiden Flächeninhalte absolut schlüssig den Wirkungsgrad feststellen. Dies ist auf dem unteren Teil des Diagramms ersichtlich. Die vorliegenden Ergebnisse geben zu der Hoffnung Anlaß, daß beim Einsatz moderner rückspeisefähiger Drehzahlregelgeräte mit geringen Eigenverlusten ein Intervallbetrieb möglich wird, bei welchem im Mittel deutlich mehr Energie zurückgespeist als verbraucht wird. |
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Im
unteren Teil des Diagramms erkennt man das Drehzahlsignal, ebenfalls
in V geschrieben, über die Zeit, geliefert durch einen Tachogenerator
eines kleinen Gleichstrommotors. Aus den beiden Werten, Drehzahl
und Drehmoment, wird dann für jeden Zeitpunkt das Produkt gebildet,
die Momentanleistung. Über die Zeit beschreibt diese dann eine
Kurve, die eine Fläche umschliesst.