Funktion des Schwungradspeichers

Schwungräder speichern Energie in Form von rotierenden Massen. Der HYDRAD-Speicher ist ein hydraulischer Schwungradspeicher, der durch seine spezielle Konstruktion und Funktionsweise eine effiziente Energiespeicherung ermöglicht.

Funktion am Beispiel

Wenn dem Schwungrad externe Energie zugeführt wird, erhöht sich seine Drehzahl, wodurch Flüssigkeit aufgrund des steigenden Zentrifugaldrucks in den äußeren (Hohl-) Zylinder gedrückt wird. Dies bewirkt eine Änderung des Trägheitsmoments und damit des Drehimpulses. Obwohl die Energiezufuhr zu einer leichten Drehzahlerhöhung führt, wird somit der Großteil der zugeführten Energie primär in der Erhöhung des Trägheitsmoments gespeichert.

Dieses Prinzip kann auch mit einer Eiskunstläuferin veranschaulicht werden, welche während einer Pirouette ihre Arme ausbreitet, wodurch sie sich langsamer dreht.

Allerdings stellt die Eiskunstläuferin ein geschlossenes System dar, wohingegen bei dem HYDRAD-Speicher Energie in Form von Drehmoment mit anderen Maschinen ausgetauscht wird.

Der HYDRAD-Speicher funktioniert ähnlich wie eine Eiskunstläuferin, die ihre Drehgeschwindigkeit durch Armbewegungen steuert, aber er kann Energie mit externen Maschinen austauschen.

Aufbau des HYDRAD-Speichers

Der HYDRAD-Speicher besteht aus zwei konzentrischen Zylindern, den äußeren Hohlzylinder und den Zentralzylinder. Diese beiden Zylinder sind im unteren Bereich offen miteinander verbunden und zu Teilen mit einem Fluid gefüllt. Die verbleibenden Hohlräume in den Zylindern sind mit Gasen unter unterschiedlichen, aber definierten Drücken gefüllt. Diese Konstruktion ermöglicht die spezifische Funktionsweise des HYDRAD-Speichers.

Der Speicher besteht aus zwei Zylindern, die mit einem Fluid und Gasen mit unterschiedlichen Drücken gefüllt sind.

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Funktionsweise bei Rotation

Wird der HYDRAD-Speicher in Rotation versetzt, wird das Fluid durch die Zentrifugalbeschleunigung nach außen in den Hohlzylinder gedrückt. Es entsteht ein Druckgleichgewicht zwischen dem Gasdruck im Hohlzylinder und dem Druck, der durch die Kombination von Gasdruck im Zentralzylinder und Zentrifugaldruck entsteht.

Bei Rotation wird das Fluid durch die Zentrifugalkraft in den äußeren Zylinder gedrückt, bis sich ein Druckgleichgewicht einstellt.

Fluid

Gas mit hohem Druck

Gas mit niedrigem Druck

Energieaufnahme und -speicherung

Wenn der HYDRAD-Speicher durch ein äußeres Drehmoment weiter beschleunigt wird, erhöht sich dessen Drehzahl leicht, und das Fluid wird weiter nach außen in den Hohlzylinder gedrückt. Dabei wird Energie nicht nur in der Drehzahlerhöhung, sondern primär in der Erhöhung des Trägheitsmoments und der Verdichtung des Gases im Hohlzylinder gespeichert. Deshalb bleibt die Drehzahl nahezu konstant.

Energie wird gespeichert, indem das Trägheitsmoment erhöht und das Gas im Hohlzylinder stärker verdichtet wird, während die Drehzahl nahezu konstant bleibt.

Fluid

Gas mit hohem Druck

Gas mit niedrigem Druck

Energieabgabe und Rückführung des Fluids

Bei einer leichten Reduktion der Drehzahl verringert sich auch die Zentrifugalbeschleunigung und das Gas im Hohlzylinder drückt das Fluid zurück in den Zentralzylinder. Hierdurch wird die zuvor gespeicherte Energie freigesetzt, indem das Trägheitsmoment verringert wird und ein antreibendes Drehmoment entsteht.

Bei Verringerung der Drehzahl wird das Fluid zurück in den Zentralzylinder gedrückt, wodurch gespeicherte Energie freigesetzt wird.

Fluid

Gas mit hohem Druck

Gas mit niedrigem Druck