Schwungrad

Autor: Leandro Alegsa Erstellungsdatum: 3. November 2020

Ein Schwungrad ist eine schwere Scheibe oder ein Rad, das an einer rotierenden Welle befestigt ist. Schwungräder werden zur Speicherung von kinetischer Energie verwendet. Der Schwung des Schwungrads bewirkt, dass es seine Drehgeschwindigkeit nicht ohne weiteres ändert. Aus diesem Grund tragen Schwungräder dazu bei, dass sich die Welle mit der gleichen Geschwindigkeit dreht. Dies ist hilfreich, wenn sich das auf die Welle ausgeübte Drehmoment häufig ändert. Ein ungleichmäßiges Drehmoment kann die Rotationsgeschwindigkeit ändern. Da das Schwungrad Drehzahländerungen widersteht, verringert es die Auswirkungen von ungleichmäßigem Drehmoment. Motoren, die Kolben zur Leistungserzeugung verwenden, haben in der Regel ein ungleichmäßiges Drehmoment und verwenden Schwungräder, um dieses Problem zu beheben.

Es braucht Energie, um ein Rad (irgendein Rad) zum Drehen zu bringen. Wenn die Reibung gering ist (gute Lager), dreht es sich lange Zeit weiter. Wenn Energie benötigt wird, kann sie dem Rad wieder entzogen werden. Es ist also ein einfaches mechanisches Mittel, um Energie zu speichern. Die Menge der gespeicherten Energie ist eine Funktion des Gewichts und der Rotationsgeschwindigkeit - ein schwereres Rad schneller rotieren zu lassen, erfordert mehr Energie. Ein weiterer Faktor ist der Radius (die Grösse), denn je weiter ein Teil des Rades von der Achse entfernt ist, desto mehr Energie braucht es, um es in Drehung zu versetzen. Diese drei Faktoren können durch M (Masse) dargestellt werden, ω {\displaystyle \omega } $\omega$ (Winkelgeschwindigkeit) und R (Radius). Die Kombination der beiden nachstehenden Gleichungen ergibt ω {\displaystyle \omega } $\omega$ ^2MR2/4. Ein Schwungrad ist nicht irgendein Rad, sondern speziell zur Speicherung von Energie konzipiert. Es sollte also schwer sein und/oder sich schnell drehen. Einige Busse haben zum Beispiel ein Schwungrad, das zum Anhalten und Starten verwendet wird. Wenn der Bus anhält (z.B. für eine Ampel), ist das Schwungrad mit den Rädern verbunden, so dass die Rotationsenergie auf das Schwungrad übertragen wird, so dass der Bus langsamer wird, während das Schwungrad schneller wird. Dann, wenn der Bus wieder anfahren muss, wird er wieder angeschlossen und die Energie wird zurück übertragen. Natürlich möchte man kein schweres Rad auf einem Bus mit sich herumschleppen, deshalb ist er aus einem leichteren Material hergestellt, das einer extrem schnellen Rotation standhalten kann.

Einfaches Schwungrad in Bewegung. Konstruiert nach Zeichnungen von Leonardo da Vinci

Mathematik der Schwungräder

Die kinetische Energie eines rotierenden Schwungrads beträgt

E = 1 2 I ω 2 {\Anzeigestil E={\frac {1}{\frac {1}{2}}I\omega ^{2}}} $E={\frac {1}{2}}I\omega ^{2}$

Wenn das Trägheitsmoment der zentralen Masse gleich

I = 1 2 M R 2 {\Anzeigestil I={\frac {1}{\frac {1}{2}}MR^{2}}} $I={\frac {1}{2}}MR^{2}$

wobei I der Anzeigestil I das Trägheitsmoment der Masse um den Drehpunkt ist und ω der Anzeigestil \omega $\omega$ (omega) ist die Winkelgeschwindigkeit in Bogenmaßeinheiten.

Geschichte

Die Schwungscheibe wird seit der Antike verwendet, das häufigste traditionelle Beispiel ist die Töpferscheibe. In der industriellen Revolution trug James Watt zur Entwicklung des Schwungrads in der Dampfmaschine bei, und sein Zeitgenosse James Pickard verwendete ein Schwungrad.

Andere Bedeutungen

In der Welt des Risikokapitals wird der Begriff "Schwungrad" verwendet, um das wiederkehrende, Margen generierende Herz eines Unternehmens darzustellen.

Fragen und Antworten

F: Was ist ein Schwungrad?

A: Ein Schwungrad ist eine schwere Scheibe oder ein Rad, das an einer rotierenden Welle befestigt ist. Es dient zur Speicherung von kinetischer Energie und hilft dabei, die Welle mit der gleichen Geschwindigkeit rotieren zu lassen, indem es Geschwindigkeitsänderungen aufgrund eines ungleichmäßigen Drehmoments entgegenwirkt.

F: Wie speichert ein Schwungrad Energie?

A: Ein Schwungrad speichert Energie, indem es sie dem Rad entnimmt, wenn es sich dreht, und sie dann wieder abgibt, wenn Energie benötigt wird. Die Menge der gespeicherten Energie hängt von seiner Masse, der Winkelgeschwindigkeit und dem Radius ab.

F: Was sind einige Anwendungen von Schwungrädern?

A: Schwungräder werden in Motoren eingesetzt, die mit Kolben arbeiten, da sie das Problem des ungleichmäßigen Drehmoments beheben, das die Drehgeschwindigkeit verändert. Sie werden auch in Bussen zum Anhalten und Anfahren verwendet, wo die Rotationsenergie von den Rädern auf das Schwungrad übertragen wird, damit es abbremsen und gleichzeitig beschleunigen kann.

F: Welche Faktoren beeinflussen, wie viel Energie ein Schwungrad speichern kann?

A: Die Menge der in einem Schwungrad gespeicherten Energie hängt von seiner Masse, seiner Winkelgeschwindigkeit und seinem Radius ab. Schwerere Gewichte mit höherer Geschwindigkeit benötigen mehr Energie, um sie zu drehen, als leichtere Gewichte mit niedrigerer Geschwindigkeit.

F: Gelten alle Räder als "Schwungräder"?

A: Nein, nicht alle Räder werden als "Schwungräder" bezeichnet. Schwungräder sind speziell für die Speicherung kinetischer Energie konzipiert und müssen schwer sein oder sich schnell drehen, um dies effektiv zu tun.

F: Wie verwendet ein Bus ein Schwungrad?

A: Busse nutzen Schwungräder, indem sie sie beim Anhalten (z.B. an Ampeln) mit ihren Rädern verbinden. Auf diese Weise wird die Rotationsenergie von den Rädern auf das Schwungrad übertragen, so dass der Bus langsamer fahren kann, während er beim späteren Anfahren wieder schneller wird.