Auto mit Verbrennungsmotor und Schwungradspeicher

[Aldemarin]

Wie sinnvoll wäre es Autos mit Verbrennungsmotor zu bauen, die zusätzlich über einen Schwungradspeicher verfügen? Der Vorteil derartiger Fahrzeuge wäre, dass man bei den vielen Bremsmanövern, die uns die Obrigkeit mit ihren Schildern vorschreibt, Energie in das Schwungrad pumpen könnte, die man dann wieder zum Beschleunigen zur Verfügung hätte. Insgesamt käme man auf eine Kraftstoffersparnis. Oder?

[Kamikaze]

Das wird (oder wurde jedenfalls) in Rennautos verschiedener Klassen - u.a. Formel 1 eingesetzt. Ich meine dabei Trug es die Bezeichnung FIRS oder so ähnlich.

Das System kann den Kraftstoffverbrauch sicherlich senken oder die Antriebsleistung kurzzeitig steigern.
Allerdings ist das System relativ ineffizient aufgrund hoher Selbstentladung, hohen Speichergewichts und mechanischer Anfälligkeit.
Inzwischen sind Batteriespeicher mit E-Motor auch im Rennsport Stand der Technik (wenn auch noch nicht in allen Klassen als Hauptantrieb).

Weshalb sollte man eine so veraltete Technologie noch verwenden?

[Skeptiker]

Gab es auch schonmal bei Bussen (allerdings mit E-Antrieb hinter dem Schwungrad):

Ein Gyrobus ist ein Omnibus mit Elektroantrieb, dessen Energie ausschließlich aus einer Schwungradspeicherung in einem mitgeführten Schwungrad stammt. Der Wortteil Gyro stammt von griechisch γύρος ‚Kreisel‘, ‚Runde‘. Bereits in den 1950er Jahren wurden in der Schweiz erste Gyrobusse von der Maschinenfabrik Oerlikon (MFO) gebaut und bis 1960 betrieben. In den 1990er Jahren wurden Gyrobusse von MAN in München und Bremen eingesetzt.[1]

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

Bei Autos könnte das Problem das große Gewicht der Schwungscheibe und der Drehimpuls sein. Jedenfalls dürfte ein Auto so schnell damit nicht kippen

[Realist2014]

(22 Oct 2020, 15:08)

Wie sinnvoll wäre es Autos mit Verbrennungsmotor zu bauen, die zusätzlich über einen Schwungradspeicher verfügen? Der Vorteil derartiger Fahrzeuge wäre, dass man bei den vielen Bremsmanövern, die uns die Obrigkeit mit ihren Schildern vorschreibt, Energie in das Schwungrad pumpen könnte, die man dann wieder zum Beschleunigen zur Verfügung hätte. Insgesamt käme man auf eine Kraftstoffersparnis. Oder?

https://www.focus.de/auto/elektroauto/k ... 97441.html

[Kamikaze]

(22 Oct 2020, 17:51)

https://www.focus.de/auto/elektroauto/k ... 97441.html

Ein vom Stromnetz gespeister E-Motor setzt eine Scheibe in Gang, die immer mehr Fahrt aufnimmt bis sie schließlich mit rund 16.000 bis 18.000 Umdrehungen pro Minuten rotiert. Das klingt im ersten Moment unspektaktulär, doch wieviel Energie in so einem Brummkreisel steckt wird deutlich, wenn man den Strom abschaltet: Rund vier Tage lang dreht sich das in einer Art schwarzem Tank unter Vakuum und mit extrem reibungsarmen Lagern versehene Schwungrad dann noch weiter.

Wow! 25% Selbstentladung pro Tag sagt der Entwickler. Angenommen dieser Wert ist nicht schön gerechnet, wäre das System im Dauerbetrieb schon ein gewaltiger Energievernichter. Wie sieht das wohl in der Realität aus?

[Quatschki]

(23 Oct 2020, 06:32)

Wow! 25% Selbstentladung pro Tag sagt der Entwickler. Angenommen dieser Wert ist nicht schön gerechnet, wäre das System im Dauerbetrieb schon ein gewaltiger Energievernichter. Wie sieht das wohl in der Realität aus?

Da kannst du sehen, wieviel Energie durch Bremsen vernichtet wird...

Was mir eher Sorgen machen würde: Was passiert, wenn dieser Schwungkörper bei einem Verkehrsunfall eine Unwucht kriegt?

[3x schwarzer Kater]

(23 Oct 2020, 07:55)


Was mir eher Sorgen machen würde: Was passiert, wenn dieser Schwungkörper bei einem Verkehrsunfall eine Unwucht kriegt?

Das Schwungrad sitzt in der Ladestation und nicht im Auto.

[Kamikaze]

(23 Oct 2020, 07:55)

Da kannst du sehen, wieviel Energie durch Bremsen vernichtet wird...

Das ist (nicht nur mir) schon länger bekannt. Daher wird selbst bei den kleinsten Mild-Hybriden fleißig rekuperiert, ehe die Reibungsbremse loslegt.

Was mir eher Sorgen machen würde: Was passiert, wenn dieser Schwungkörper bei einem Verkehrsunfall eine Unwucht kriegt?

Der bezeichnete Schwungradspeicher von "Realist2014" befindet sich in der Ladesäule, bzw. einem Container in der Nähe.
Die schweizer Gyrobusse hatten aufgrund hoher Eigenmasse (und anscheinend ohne kritischen Unfall) damit kein Problem. Ob das heute noch TÜV-Konform wäre ist eine andere Frage.
Ich bleibe dabei: Diese Technik ist ineffizient und veraltet und sollte daher nur noch in Ausnahmefällen Anwendung finden.

Da ich gerade als Hobbyprojekt einige alte Laptop-Akkus upcycle: Batteriezellen mit mehr als 2% Selbstentladung PRO MONAT verwende ich nicht mehr, da zu ineffizient.
Nur um die 25% PRO TAG mal ins Verhältnis zu setzen...

[Quatschki]

So ein stationärer Schwungradspeicher lohnt sich aber vielleicht doch, wenn man ihn mit "Müllstrom" speist, der andernfalls verloren wäre, also z.B. Wind- und Solaranlagen.
Der Hauptvorteil ist in dem Fall, dass man keine Spezialrohstoffe benötigt und deshalb die Investitionskosten bei industrieller Fertigung in großer Stückzahl und vermutlich auch die Betriebskosten viel günstiger sind als bei anderen Speicherarten.

[Skeptiker]

(23 Oct 2020, 08:48)
So ein stationärer Schwungradspeicher lohnt sich aber vielleicht doch, wenn man ihn mit "Müllstrom" speist, der andernfalls verloren wäre, also z.B. Wind- und Solaranlagen.
Der Hauptvorteil ist in dem Fall, dass man keine Spezialrohstoffe benötigt und deshalb die Investitionskosten bei industrieller Fertigung in großer Stückzahl und vermutlich auch die Betriebskosten viel günstiger sind als bei anderen Speicherarten.

Bei 25% Energieverlust am Tag, ist das eher ein Kurzzeitspeicher. Wesentlich dafür, ob er sinnvoll ist, wäre auch, wie sich der Gesamtwirkungsgrad rechnet. Ich könnte mir aber vorstellen, dass der recht gut ist, weil es hier zu einer fast direkten Umformung von elektrischer in kinetischer Energie kommt - ohne irgendwelche Zwischenstufen.

Auch die Energieverluste könnte man sicherlich verkleinern. Mit rein elektromagnetischer Lagerung im Vakuum sollte ein sehr geringer Energieverlust möglich sein.

Aber das ist natürlich nicht Thema dieses Stranges, weil hier geht es ja um Autos mit Verbrennungsmotor und Schwungradspeicher. Da sehe ich aufgrund des hohen Gewichtes eher wenig Möglichkeiten.

[H2O]

Vor 60 Jahren habe ich in der TU Berlin den Schwungradspeicher als gefährlichen Energiespeicher in Fahrzeugen vermittelt bekommen. Da war von einer Anwendung im Autobus die Rede, wobei der Schwungradspeicher an einigen Haltestellen wieder auf Touren gebracht wurde. Bei einem Unfall (soll's ja schon einmal geben...) bleibt dann wohl kein Auge trocken. Aber eigene Erfahrungen habe ich damit nicht!

[Papaloooo]

(22 Oct 2020, 15:08)

Wie sinnvoll wäre es Autos mit Verbrennungsmotor zu bauen, die zusätzlich über einen Schwungradspeicher verfügen? Der Vorteil derartiger Fahrzeuge wäre, dass man bei den vielen Bremsmanövern, die uns die Obrigkeit mit ihren Schildern vorschreibt, Energie in das Schwungrad pumpen könnte, die man dann wieder zum Beschleunigen zur Verfügung hätte. Insgesamt käme man auf eine Kraftstoffersparnis. Oder?

Ein Schwungrad wäre im Auto wenig sinnvoll, bei einem Zug würde es viel mehr Sinn machen.

Wenn du z.b. in einer Kurve die Energie in ein Schwungrad speicherst, dann wird die daraus resultierende Massenträgheit, welche durch die hohe Rotationszahl ja noch ein Vielfaches ist von einem stehenden Schwungrad, das Auto daran behindern um die Kurve zu fahren.

Ein schnell rotierendes Schwungrad lässt sich entlang der der Achsrotation nur sehr schlecht bewegen.

[Skeptiker]

(23 Oct 2020, 10:55)
Vor 60 Jahren habe ich in der TU Berlin den Schwungradspeicher als gefährlichen Energiespeicher in Fahrzeugen vermittelt bekommen. Da war von einer Anwendung im Autobus die Rede, wobei der Schwungradspeicher an einigen Haltestellen wieder auf Touren gebracht wurde. Bei einem Unfall (soll's ja schon einmal geben...) bleibt dann wohl kein Auge trocken. Aber eigene Erfahrungen habe ich damit nicht!

Ja, das müssen wohl die Busse gewesen sein, die ich oben erwähnt hatte.

Ich bin ja schon bei einer Flex sehr respektvoll und hoffe jedesmal, dass die Scheibe keinen Riss hat. Wenn ein mehrere hundert Kilo schwere Scheibe mit >10000 Umdrehungen zerbirst, dann ist die Wirkung die einer Bombe. Es wäre also eine echte Herausforderung das sicher zu bekommen.

[Realist2014]

(23 Oct 2020, 08:05)

Der bezeichnete Schwungradspeicher von "Realist2014" befindet sich in der Ladesäule, bzw. einem Container in der Nähe.
Ich bleibe dabei: Diese Technik ist ineffizient und veraltet und sollte daher nur noch in Ausnahmefällen Anwendung finden.
..

Du scheinst den Zweck von obigem nicht verstanden zu haben...

[Skeptiker]

(23 Oct 2020, 12:01)

Ein Schwungrad wäre im Auto wenig sinnvoll, bei einem Zug würde es viel mehr Sinn machen.

Wenn du z.b. in einer Kurve die Energie in ein Schwungrad speicherst, dann wird die daraus resultierende Massenträgheit, welche durch die hohe Rotationszahl ja noch ein Vielfaches ist von einem stehenden Schwungrad, das Auto daran behindern um die Kurve zu fahren.

Ein schnell rotierendes Schwungrad lässt sich entlang der der Achsrotation nur sehr schlecht bewegen.

Grundsätzlich kann die Achse des Schwungrades nur vertikal verlaufen. Alles andere hätte, so wie du es beschreibst, direkten und inakzeptablen Einfluss auf die Fahrdynamik.

Was das Gieren des Fahrzeuges angeht, so könnte der Schwungradspeicher wie ein Stabilisator wirken - er ist ja quasi ein riesen Gyroskop.

[schokoschendrezki]

Die deutschen "Mekkas" des Obus-Betriebs sind Solingen und vor allem Eberswalde in Brandenburg. Eingesetzt werden Busse der polnischen Firma Solaris aus Posen/Poznan (Trollino). Diese basieren ursprünglich auf den Entwürfen der Firma Abraham Ganz aus Ungarn im 19.Jahrhundert. Sie überbrücken (inzwischen) oberleitungsfreie Strecken durch Akkubetrieb und die Akkus können Strom in die Netze zurückspeichern.

An sich ist das Konzept "O-Bus" doch ziemlich genial. Keine aufwändige Gleisanlagenmontage und -Wartung und dennoch elektrischer Betrieb. Die Gefährlichkeit dieser Schwungräder wurde - meines Wissens - immer als Gegenargument aufgeführt, aber mit dem Akkubetrieb hat sich das doch eigentlich erledigt. Also: Warum nicht überall O-Busse in Deutschland. Zumindest als Ersatz oder Gegenkonzeot für Straßenbahnen?

[schokoschendrezki]

Irgendjemand versuchte mir mal zu erklären, dass ein Bus kein Fahrrad, Staubsauger oder Rasenmäher ist und dass man deshalb auch mit großen Riesenakkus und deshalb mit reinen Elektrobussen ohne Oberleitung auskomme. Ich glaub das aber nicht so ganz. Beziehungsweise: Ich sehe es nach wie vor so, dass Akkus und Batterien umwelttechnisch gesehen eigentlich Teufelszeug sind. Zumindest wenn es keine handfesten Gründe gegen die Verwendung von Kabeln oder Oberleitungen gibt.

[Aldemarin]

Ist nicht ein Oberleitungsbus besonders schwer zu fahren, weil man stets beachten muß, daß der Stromabnehmer nicht die Oberleitung verläßt? Darf eigentlich jeder Busfahrer überhaupt Oberleitungsbusse fahren oder ist das noch einmal eine eigene Führerscheinklasse?

[Papaloooo]

(23 Oct 2020, 14:18)

Ist nicht ein Oberleitungsbus besonders schwer zu fahren, weil man stets beachten muß, daß der Stromabnehmer nicht die Oberleitung verläßt? Darf eigentlich jeder Busfahrer überhaupt Oberleitungsbusse fahren oder ist das noch einmal eine eigene Führerscheinklasse?

Ohne eine Notstromversorgung über Akkus oder ohne ein Zusatzverbrennermotor würde es nicht funktionieren.
Es sind ja manchmal auch keine Unterbrechungen, die sonst Probleme machen:
- vereiste Leitungen im Winter
- hochgewirbelte Plastiktüten
- Übergangsstellen von einem gespannten Leiter zum Nächsten,
denn straffe Leitungen lassen sich nun mal nicht um Kurven führen.

[Papaloooo]

(23 Oct 2020, 13:21)

Grundsätzlich kann die Achse des Schwungrades nur vertikal verlaufen. Alles andere hätte, so wie du es beschreibst, direkten und inakzeptablen Einfluss auf die Fahrdynamik.

Das leuchtet ein, danke!
Allerdings muss es dann bei Glatteis ausgeschaltet werden, sonst dreht sich das Auto im Kreis herum.
Es sei denn man baut es aus zwei gegenläufig rotierenden Scheiben auf.

[Teeernte]

(23 Oct 2020, 13:21)

Grundsätzlich kann die Achse des Schwungrades nur vertikal verlaufen. Alles andere hätte, so wie du es beschreibst, direkten und inakzeptablen Einfluss auf die Fahrdynamik.

Was das Gieren des Fahrzeuges angeht, so könnte der Schwungradspeicher wie ein Stabilisator wirken - er ist ja quasi ein riesen Gyroskop.

Man könnte kardanisch aufhängen - und über eine flexible Leitung speisen.

[franzmannzini]

Hat denn jemand schon mal ausgerechnet, welches Gewicht dieses Schwungrad haben müßte?

[Papaloooo]

(23 Oct 2020, 16:40)

Hat denn jemand schon mal ausgerechnet, welches Gewicht dieses Schwungrad haben müßte?

Das Drehmoment errechnet sich immer aus Gewicht und Umdrehungsgeschwindigkeit.
Es ist also die Frage, bis zu welcher Umdrehungsgeschwindigkeit ist es noch sinnvoll,
das Schwungrad zu drehen.
Und dann ist es auch eine Frage für das Gewicht des Autos:
ist das Auto ein SUV, dann braucht es ein viel höheres Drehmoment,
als wenn es sich um einen Mini handelt.

[H2O]

Es sei denn man baut es aus zwei gegenläufig rotierenden Scheiben auf.

Da werden irrwitzige Kreiselkräfte gegeneinander wirken, wenn ein solches Fahrzeug eine Kurvenfahrt abarbeitet.

Ich erinnere mich an Kreiselkompasse, die sich in Richtung Drehachse der Erde ausrichten. Unter Tage wohl der Richtungsgeber im Markscheidewesen. Spannendes Thema... da muß ich jetzt einmal in Wiki nachstöbern zur Auffrischung!
https://wissenstexte.de/physik/kreiselkompass.htm

Und vor 60 Jahren die Sensation des Laserkreisels zum Nachweis von Winkeländerungen. Da werden Erinnerungen wach!
https://de.wikipedia.org/wiki/Laserkreisel

Wozu doch Diskussionen über Autos mit Verbrennungsmotoren und Schwungradspeicher taugen!

[Papaloooo]

(23 Oct 2020, 18:17)

Da werden irrwitzige Kreiselkräfte gegeneinander wirken, wenn ein solches Fahrzeug eine Kurvenfahrt abarbeitet.

Ich erinnere mich an Kreiselkompasse, die sich in Richtung Drehachse der Erde ausrichten. Unter Tage wohl der Richtungsgeber im Markscheidewesen. Spannendes Thema... da muß ich jetzt einmal in Wiki nachstöbern zur Auffrischung!
https://wissenstexte.de/physik/kreiselkompass.htm

Und vor 60 Jahren die Sensation des Laserkreisels zum Nachweis von Winkeländerungen. Da werden Erinnerungen wach!
https://de.wikipedia.org/wiki/Laserkreisel

Wozu doch Diskussionen über Autos mit Verbrennungsmotoren und Schwungradspeicher taugen!

Wie Skeptiker ja schon richtig gesagt hatte,
dürften die Achsen der Schwungscheiben nur vertikal angeordnet sein.

Aber ja, aus dem Grunde wegen der, aus den Fliehkräften gewonnenen Massenzuwachs,
und aus dem daraus resultierenden zusätzlichen Trägheitsmoment halte ich das für unpraktikabel.

Bei einem Hybrid-Fahrzeug könnte man mit einem Kondensator mit extrem hoher Kapazität (etliche Farad)
die Energie recht schnell abspeichern und diese Energie schnell wieder freigeben.

[H2O]

(24 Oct 2020, 07:03)

Wie Skeptiker ja schon richtig gesagt hatte,
dürften die Achsen der Schwungscheiben nur vertikal angeordnet sein.

Stellen Sie sich das Fahrverhalten auf einer Buckelpiste einmal vor. Etwa auf dem dänischen Landrücken....

Aber ja, aus dem Grunde wegen der, aus den Fliehkräften gewonnenen Massenzuwachs,
und aus dem daraus resultierenden zusätzlichen Trägheitsmoment halte ich das für unpraktikabel.

Bei einem Hybrid-Fahrzeug könnte man mit einem Kondensator mit extrem hoher Kapazität (etliche Farad)
die Energie recht schnell abspeichern und diese Energie schnell wieder freigeben.

Diese Technik setzt Toyota doch ein, wenn es über Land auf Strecke geht. Die Dauerlast trägt der Verbrenner in einem besonders sparsamen Betriebszustand, und wenn es ans Beschleunigen oder Klettern geht, dann schaltet sich automatisch die Batterie dazu. Betrachten wir die Batterie doch eben auch als riesigen Kondensator...

Damit das niemand in den falschen Hals bekommt: Im Stadtverkehr versucht dieser Hybrid ganz ohne Verbrennungsmotor aus zu kommen. Dazu wurde eine elektrische Nachlademöglichkeit geschaffen... für Kohlestrom, aber immerhin.

[Papaloooo]

(24 Oct 2020, 07:59)

Stellen Sie sich das Fahrverhalten auf einer Buckelpiste einmal vor. Etwa auf dem dänischen Landrücken....

Ja, wenn man oben auf einer Kuppe scharf abbremst,
dann geht es ein Stück weit horizontal durch die Luft weiter,
bis das Auto dann ein Stück weiter vorn im Parabelflug auf die Straße schlägt.
Nicht praktikabel!

(24 Oct 2020, 07:59)Diese Technik setzt Toyota doch ein, wenn es über Land auf Strecke geht. Die Dauerlast trägt der Verbrenner in einem besonders sparsamen Betriebszustand, und wenn es ans Beschleunigen oder Klettern geht, dann schaltet sich automatisch die Batterie dazu. Betrachten wir die Batterie doch eben auch als riesigen Kondensator...

Damit das niemand in den falschen Hals bekommt: Im Stadtverkehr versucht dieser Hybrid ganz ohne Verbrennungsmotor aus zu kommen. Dazu wurde eine elektrische Nachlademöglichkeit geschaffen... für Kohlestrom, aber immerhin.

Wusste ich nicht,
ist aber ein toller Ansatz.
Kondensatoren von ausreichender Kapazität können wesentlich schneller Energie aufnehmen und abgeben,
als es Akkus tun könnten, haben aber eine geringere Energiedichte.

Vielleicht werden in naher Zukunft beide Vorteile miteinander kombiniert.

[Skeptiker]

(24 Oct 2020, 07:03)
Wie Skeptiker ja schon richtig gesagt hatte,
dürften die Achsen der Schwungscheiben nur vertikal angeordnet sein.
...

Der Hinweis von Teeernte ist aber zu beachten. Wenn der Speicher kardanisch aufgehängt ist, dann ist er von der Fahrdynamik entkoppelt, weil er keine Momente mehr auf das Fahrzeug ausüben kann.

Trotzdem bleibt die große Masse natürlich ein Problem.

[H2O]

(24 Oct 2020, 08:17)

Ja, wenn man oben auf einer Kuppe scharf abbremst,
dann geht es ein Stück weit horizontal durch die Luft weiter,
bis das Auto dann ein Stück weiter vorn im Parabelflug auf die Straße schlägt.
Nicht praktikabel!


Wusste ich nicht,
ist aber ein toller Ansatz.
Kondensatoren von ausreichender Kapazität können wesentlich schneller Energie aufnehmen und abgeben,
als es Akkus tun könnten, haben aber eine geringere Energiedichte.

Vielleicht werden in naher Zukunft beide Vorteile miteinander kombiniert.

Das ist schon wahr; der Pferdefuß ist aber die Energiedichte und die elektrische Feldstärke. Als ich mich noch mit HW befaßt habe, waren kommerzielle Elektrolythkondensatoren in der Größenordnung von 10 mF = 10.000 µF das höchste der Gefühle. Und die Umgebungstemperatur des Kondensators sollte zwischen -40 °C und +70 °C liegen. Im Automobilbau ist die obere Temperaturgrenze besonders kritisch.

Die gespeicherte Ladung Q wird in Ampèresekunden A * s beschrieben, die der Kondensator je Spannungssprung aufnehmen kann:

1 F = 1 A*s/V ; mit 1 V / 1 V erweitet = W*s/V²
also 10.000 µF * 60 * 60 = 36 Ws lassen sich in diesem Kondensator speichern.

Natürlich könnte man einige -zig Kondensatoren parallel schalten. Um also in die Größenordnung von kWh zu kommen... also, da wird der Einsatz von Kondensatoren albern.

Der Einsatz scheitert an den technischen Abmessungen. Nur zur Abschätzung: Eine Antriebsbatterie für einen reinen Stromer liegt bei etwa 60 kWh. In einem Hybridantrieb werden das immer noch 5 kWh Energiespeicherung sein.

[Papaloooo]

(24 Oct 2020, 09:08)

Der Hinweis von Teeernte ist aber zu beachten. Wenn der Speicher kardanisch aufgehängt ist, dann ist er von der Fahrdynamik entkoppelt, weil er keine Momente mehr auf das Fahrzeug ausüben kann.

Trotzdem bleibt die große Masse natürlich ein Problem.

Stimmt, aber dann braucht man dadurch,
dass das ja drei Freiheitsgrade hat für die Kraftübertragung drei Karndanwellen (also Kardan-Gelenke)
welche entweder sich sehr schnell drehen, oder sehr viel Kraft übertragen können,
mit zugleich möglichst wenig Verschleiß.
Das bringt die Sache an den Rand des noch machbaren (oder weit darüber hinaus),
wenn es dann noch ein nennenswertes Drehmoment ausüben sollte.
Es geht ja um mehr als eine Tonne Masse,
wenn ein Auto in fünf Sekunden um mehre, Dutzend km/h herunter bremst,
ist das eine ordentliche Energie!

[H2O]

(24 Oct 2020, 09:08)

Der Hinweis von Teeernte ist aber zu beachten. Wenn der Speicher kardanisch aufgehängt ist, dann ist er von der Fahrdynamik entkoppelt, weil er keine Momente mehr auf das Fahrzeug ausüben kann.

Trotzdem bleibt die große Masse natürlich ein Problem.

Die Schwungmasse müßte dann idealerweise ein elektrischer Generator sein, der in einem 3-D-Käfig werkelt und elektrische Leistung für den Antriebsmotor über Schleifringe abgibt. Irgendwie muß die Leistung/Energie den Käfig ja verlassen.

[Skeptiker]

(24 Oct 2020, 09:32)
Die Schwungmasse müßte dann idealerweise ein elektrischer Generator sein, der in einem 3-D-Käfig werkelt und elektrische Leistung für den Antriebsmotor über Schleifringe abgibt. Irgendwie muß die Leistung/Energie den Käfig ja verlassen.

Ich bin bei den e-Motoren nicht so bewandert, aber Schleifkontakte würden bei dem Konzept, welches auf extreme Reibungsarmut aufbaut, wohl das falsche Mittel sein. Das muss über Magnetfelder passieren.

Die Schwungmasse ist sozusagen der Anker in der Mitte, aufgebaut als Kugel. Drum herum die Magneten für die Lagerung der Kugel. Durch entsprechende Wicklungen außen herum müsste der Anker entweder in der Rotation beschleunigt, oder aber durch Induktion gebremst werden. So meine naive Sicht als Maschinenbauer.

Das ganze Konzept würde in einem Fahrzeug aber immer nur als Zwischenspeicher sinnvoll sein, weil es bei der Speicherung Umwandlung von Rotationsenergie in eine lineare Bewegung (der selben Masse) Grenzen gibt. Kann man ja für eine bestimmte Form und Masse ausrechnen, aber es ist eine Illusion einen kleinen Ball aufzuladen und damit durch Deutschland zu fahren. Das ist also kein "Tank", sondern eher eine "Feder" mit der man eine ständige Umwandlung der Bewegungsenergie des Fahrzeuges vornimmt.

Dann müsste man sich automatisch fragen, "Warum so und nicht anders?". Immerhin braucht es einen triftigen Grund, sich eine so große Masse an Bord zu holen.

[H2O]

(24 Oct 2020, 10:19)

Ich bin bei den e-Motoren nicht so bewandert, aber Schleifkontakte würden bei dem Konzept, welches auf extreme Reibungsarmut aufbaut, wohl das falsche Mittel sein. Das muss über Magnetfelder passieren.

Die Schwungmasse ist sozusagen der Anker in der Mitte, aufgebaut als Kugel. Drum herum die Magneten für die Lagerung der Kugel. Durch entsprechende Wicklungen außen herum müsste der Anker entweder in der Rotation beschleunigt, oder aber durch Induktion gebremst werden. So meine naive Sicht als Maschinenbauer.

Das ganze Konzept würde in einem Fahrzeug aber immer nur als Zwischenspeicher sinnvoll sein, weil es bei der Speicherung Umwandlung von Rotationsenergie in eine lineare Bewegung (der selben Masse) Grenzen gibt. Kann man ja für eine bestimmte Form und Masse ausrechnen, aber es ist eine Illusion einen kleinen Ball aufzuladen und damit durch Deutschland zu fahren. Das ist also kein "Tank", sondern eher eine "Feder" mit der man eine ständige Umwandlung der Bewegungsenergie des Fahrzeuges vornimmt.

Dann müsste man sich automatisch fragen, "Warum so und nicht anders?". Immerhin braucht es einen triftigen Grund, sich eine so große Masse an Bord zu holen.

Schon richtig, daß Schleifringe oder gar Kollektoren für Gleichstrom eine üble Bilanz mit sich bringen. Aber magnetische Felder verlustarm von A nach B zu führen, etwa wie bei einem Trafo mit Schnittbandkern, das ist auch nicht so einfach. Ich vermute, daß Sie an Ihr Smartphone denken, das doch über ein Magnetfeld nachgeladen wird. Jetzt geht es aber um ganz beträchtliche Energiemengen und möglichst geringe Verluste an den Schnittstellen... kleinstmögliche Luftspalte im magnetischen Leiter, und das unter Drehbewegung.

[Kamikaze]

(24 Oct 2020, 08:17)
Kondensatoren von ausreichender Kapazität können wesentlich schneller Energie aufnehmen und abgeben,
als es Akkus tun könnten, haben aber eine geringere Energiedichte.

Vielleicht werden in naher Zukunft beide Vorteile miteinander kombiniert.

Es ist zwar richtig, dass Kondensatoren bei gleichem Energiegehalt diese Energie wesentlich schneller aus- und Einspeichern könnnen, als chemische Batterien - allerdings wird dieser "Vorteil" schnell obsolet, wenn man sich mal ansieht, wie leistungsfähig die Akkus in modernen E-Autos sind.
Üblicherweise kann ein Traktions-Akkusystem mit dem gleichen Strom be- und entladen werden.
Im Fall des Tesla Model X sind das über 300kW Leistung, die der Akku abgeben oder eben aufnehmen kann. Diese Leistung müssen die Reifen erst mal übertragen bekommen. (-> So lange es keine Vollbremsung ist, schafft das Akkusystem die Bremsung zumindest theoretisch allein, und sobald das ABS anspricht ist es eh aus mit Rekuperation - dann gehts nur noch mechanisch.)
Angesichts der Tatsache, dass es ganz ohne Reibungsbremse nicht funktionieren kann (Rekuperation funktioniert bloß bis zu einer bestimmten Geschwindigkeit - danach kann nur noch mechanisch gebremst werden, weil die Ladespannung, die der Motor erzeugt zu gering wird), stellt sich die Frage, ob man für diese "paar kWh" das zusätzliche Gewicht der Kondensatoren mit schleppen will, das ja wiederum auch Energie kostet beim Beschleunigen und Rollen.
Aktuell sehe ich in der Leistungsfähigkeit der Akkus allenfalls einen sehr weiten "Flaschenhals", was die möglichst effiziente Energienutzung angeht. Akkusysteme in den Größen, die in E-Autos verbaut sind sind auch ohne Kondensator-Unterstützung in der Lage mit großen Leistungen und Energiemengen um zu gehen.
Als es die Litium-Akkutechnik noch nicht gab und Blei der Stand der Technik auf diesem Gebiet war, da hatten sowohl Schwungrad-Antriebe, als auch Superkondensatoren ihre Daseinsberechtigung, um die geringe Leistungsfähigkeit der Akkus zu unterstützen bzw. zu substituieren. Heute sehe ich diesen Bedarf nicht mehr.
Schwungradspeicher brauchen zwar keine seltenen Erden (soweit ich weiß), aber der Energieverlust durch mechanische Reibung ist im Vergleich zur Effizienz anderer Technik einfach unterirdisch. Dazu kommt, dass ja immer wieder beschworen wird, die EE seien kaum in der lage den Strommarkt komplett zu übernehmen - gleichzeitig würde mit solcher Technik extrem viel Energie ungenutzt "vernichtet". Wie geht das zusammen? Energie muss EFFIZIENT genutzt werden, und dazu taugen Schwungradspeicher (insbesondere mit 25%+ Selbstentladung pro Tag) nicht.

[Papaloooo]

(24 Oct 2020, 15:51)

Es ist zwar richtig, dass Kondensatoren bei gleichem Energiegehalt diese Energie wesentlich schneller aus- und Einspeichern könnnen, als chemische Batterien - allerdings wird dieser "Vorteil" schnell obsolet, wenn man sich mal ansieht, wie leistungsfähig die Akkus in modernen E-Autos sind.
Üblicherweise kann ein Traktions-Akkusystem mit dem gleichen Strom be- und entladen werden.
Im Fall des Tesla Model X sind das über 300kW Leistung, die der Akku abgeben oder eben aufnehmen kann. Diese Leistung müssen die Reifen erst mal übertragen bekommen. (-> So lange es keine Vollbremsung ist, schafft das Akkusystem die Bremsung zumindest theoretisch allein, und sobald das ABS anspricht ist es eh aus mit Rekuperation - dann gehts nur noch mechanisch.)
Angesichts der Tatsache, dass es ganz ohne Reibungsbremse nicht funktionieren kann (Rekuperation funktioniert bloß bis zu einer bestimmten Geschwindigkeit - danach kann nur noch mechanisch gebremst werden, weil die Ladespannung, die der Motor erzeugt zu gering wird), stellt sich die Frage, ob man für diese "paar kWh" das zusätzliche Gewicht der Kondensatoren mit schleppen will, das ja wiederum auch Energie kostet beim Beschleunigen und Rollen.
Aktuell sehe ich in der Leistungsfähigkeit der Akkus allenfalls einen sehr weiten "Flaschenhals", was die möglichst effiziente Energienutzung angeht. Akkusysteme in den Größen, die in E-Autos verbaut sind sind auch ohne Kondensator-Unterstützung in der Lage mit großen Leistungen und Energiemengen um zu gehen.
Als es die Litium-Akkutechnik noch nicht gab und Blei der Stand der Technik auf diesem Gebiet war, da hatten sowohl Schwungrad-Antriebe, als auch Superkondensatoren ihre Daseinsberechtigung, um die geringe Leistungsfähigkeit der Akkus zu unterstützen bzw. zu substituieren. Heute sehe ich diesen Bedarf nicht mehr.
Schwungradspeicher brauchen zwar keine seltenen Erden (soweit ich weiß), aber der Energieverlust durch mechanische Reibung ist im Vergleich zur Effizienz anderer Technik einfach unterirdisch. Dazu kommt, dass ja immer wieder beschworen wird, die EE seien kaum in der lage den Strommarkt komplett zu übernehmen - gleichzeitig würde mit solcher Technik extrem viel Energie ungenutzt "vernichtet". Wie geht das zusammen? Energie muss EFFIZIENT genutzt werden, und dazu taugen Schwungradspeicher (insbesondere mit 25%+ Selbstentladung pro Tag) nicht.

Dass das mit dem Schwungradspeicher eine Schnapsidee war, darin sind wir uns einig.
Da es hier um Verbrennungsmotoren geht, gehe ich mehr auf dem Hybrid ein.
Aber die Ladung eines Akkus beim Auto ist das A und O für die Lebensdauer des Akkus.
Und der Akku ist das fragilste Bauteil beim E-Antrieb, ja selbst noch beim Hybrid-Antrieb.
Hohe Ladeströme sind zwar möglich, aber sie kosten der Batterie genau so Lebensdauer,
wie hohe Beschleunigungen bei starker Entladung.
Wenn man also Geld sparen will, oder Umwelt schonen will,
dann sind weder starke Ladungen noch Entladungen der Batterie angesagt.
Man muss ja nicht von 0 auf 100 in 5 Sekunden.
Und richtig, von 100 auf 0 in Notfällen verlässt man sich dann auch nicht mehr auf die magnetische Bremskraft.
Die "Scharchladung" über Nacht in der Garage oder auf den Stellplatz ist am akkuschonendsten.
Kann man den Strom bei schneller Ladung (Bremsen) und schnellem Entladen (Anfahren)
aber statt im Akku in einem Leistungskondensator speichern,
dann hat man länger was von der Autobatterie.
Und deren hohe Lebensdauer ist essenziell für die Lukrativität eines E-Autos oder Hybrid-Fahrzeuges
in ökonomischer und ökologischer Hinsicht.

[Kamikaze]

(25 Oct 2020, 06:41)

Und der Akku ist das fragilste Bauteil beim E-Antrieb, ja selbst noch beim Hybrid-Antrieb.
Hohe Ladeströme sind zwar möglich, aber sie kosten der Batterie genau so Lebensdauer,
wie hohe Beschleunigungen bei starker Entladung.

Tesla hat auf dem letzten "Battery Day" ihre "Million Mile Battery" vorgestellt.
Der chinesische Batteriehersteller Contemporary Amperex Technology Ltd. (CATL) (aktuell einer der größten Hersteller am Markt) hat schon vor einiger Zeit angekündigt, dass sie "bereit sind eine "Million Mile Battery"-Produktion auf zu bauen.
Eine Million Meilen entspricht ca. 1,6Mio km.
Angenommen, diese Batterien halten im Realbetrieb "nur" 1Mio km, wäre das immer noch weit außerhalb der Haltbarkeit des restlichen Autos.
Insofern sehe ich hier allenfalls in den nächsten paar Jahren überhaupt noch Bedarf in diese Richtung.
Dazu kommt (wie weiter oben von H2O schon festgestellt) das Problem des extrem hohen Leistungsgewichts von (Super-)Kondensatoren. Da Gewicht eine der kritischen Größen beim Bau effizienter Fortbewegungsmittel ist, ist dieser Nachteil leider nicht ganz unerheblich.
Dazu kommt die charakteristische (Ent-)Ladespannungskurve von Kondensatoren. Diese können leider kein stabiles Spannungsniveau bereitstellen, sondern fallen in der Spannung sehr schnell ab, bei Entladung und die Spannung steigt entsprechend schnell und annähernd linear bei Ladung. Das macht das Handling sehr kompliziert, da die gesamte Regel-Elektronik idR. auf ein stabiles Spannungsniveau angewiesen ist. Chemische Batterien verlieren mit zunehmender Entladung zwar auch an Spannung, aber eben nur in einem sehr begrenzten (und damit handhabbaren) Bereich. (z.B. Li-Ion-Zelle voll: ~4,2V, leer: ~3,7V, und diese Technik ist im Automotive-Sektor im Prinzip bereits veraltet. LiFePo4 z.B. schwankt noch weniger)
Dazu kommt, dass man Batteriezellen in Reihe schalten kann und sich so der Energiegehalt der Zellen addiert.
Schaltet man hingegen Kondensatoren (die ja auch nur bis zu bestimmten Spannungen belastet werden dürfen) in Reihe verhält sich die Energie im Faktor 1/C.
Was das für den Einsatz als Energieträger in Gefährten bedeutet lässt sich damit wohl etwa erahnen.
Kurz und gut: Kondensatoren sind absolut sinnvoll um Spannungsspitzen ab zu federn und so Batterien oder Netzteile zu entlasten (Pufferfunktion). Das wird aber bei zunehmender Leistung immer schwieriger aufwändiger und vor allem schwerer. Daher sind Superkondensatoren (>= 1Farad) im Automotive-Sektor kaum zu finden und finden allenfalls bei großen Hifi-Installationen Verwendung, um dort die Extremen Kurzzeitleistungen (mehrere kW über <=1/10sek) der Komponenten ab zu puffern und die Batterie zu schonen. Für den Fahrbetrieb machen solche Kondensatoren nur sehr sehr bedingt Sinn.

Lesetipp zur Million Mile Battery: https://www.latimes.com/business/story/ ... t-is-known

[Papaloooo]

(26 Oct 2020, 08:56)

Tesla hat auf dem letzten "Battery Day" ihre "Million Mile Battery" vorgestellt.
Der chinesische Batteriehersteller Contemporary Amperex Technology Ltd. (CATL) (aktuell einer der größten Hersteller am Markt) hat schon vor einiger Zeit angekündigt, dass sie "bereit sind eine "Million Mile Battery"-Produktion auf zu bauen.
Eine Million Meilen entspricht ca. 1,6Mio km.
Angenommen, diese Batterien halten im Realbetrieb "nur" 1Mio km, wäre das immer noch weit außerhalb der Haltbarkeit des restlichen Autos.
Insofern sehe ich hier allenfalls in den nächsten paar Jahren überhaupt noch Bedarf in diese Richtung.
Dazu kommt (wie weiter oben von H2O schon festgestellt) das Problem des extrem hohen Leistungsgewichts von (Super-)Kondensatoren. Da Gewicht eine der kritischen Größen beim Bau effizienter Fortbewegungsmittel ist, ist dieser Nachteil leider nicht ganz unerheblich.
Dazu kommt die charakteristische (Ent-)Ladespannungskurve von Kondensatoren. Diese können leider kein stabiles Spannungsniveau bereitstellen, sondern fallen in der Spannung sehr schnell ab, bei Entladung und die Spannung steigt entsprechend schnell und annähernd linear bei Ladung. Das macht das Handling sehr kompliziert, da die gesamte Regel-Elektronik idR. auf ein stabiles Spannungsniveau angewiesen ist. Chemische Batterien verlieren mit zunehmender Entladung zwar auch an Spannung, aber eben nur in einem sehr begrenzten (und damit handhabbaren) Bereich. (z.B. Li-Ion-Zelle voll: ~4,2V, leer: ~3,7V, und diese Technik ist im Automotive-Sektor im Prinzip bereits veraltet. LiFePo4 z.B. schwankt noch weniger)
Dazu kommt, dass man Batteriezellen in Reihe schalten kann und sich so der Energiegehalt der Zellen addiert.
Schaltet man hingegen Kondensatoren (die ja auch nur bis zu bestimmten Spannungen belastet werden dürfen) in Reihe verhält sich die Energie im Faktor 1/C.
Was das für den Einsatz als Energieträger in Gefährten bedeutet lässt sich damit wohl etwa erahnen.
Kurz und gut: Kondensatoren sind absolut sinnvoll um Spannungsspitzen ab zu federn und so Batterien oder Netzteile zu entlasten (Pufferfunktion). Das wird aber bei zunehmender Leistung immer schwieriger aufwändiger und vor allem schwerer. Daher sind Superkondensatoren (>= 1Farad) im Automotive-Sektor kaum zu finden und finden allenfalls bei großen Hifi-Installationen Verwendung, um dort die Extremen Kurzzeitleistungen (mehrere kW über <=1/10sek) der Komponenten ab zu puffern und die Batterie zu schonen. Für den Fahrbetrieb machen solche Kondensatoren nur sehr sehr bedingt Sinn.

Lesetipp zur Million Mile Battery: https://www.latimes.com/business/story/ ... t-is-known

Wünschen wir Herrn Musk,
Dass er mit den 1 600 000 km Recht behalten wird.
Er neigt dazu, zu sehr nach den Sternen zu greifen!