Title: FE-Modellierung und -Analyse eines Composite-Flywheel-Rotors und Optimierungsbetrachtungen
Other Titles: Finite element modelling and analysis of a composite flywheel rotor and optimization considerations
Language: Deutsch
Authors: Hinterdorfer, Thomas
Qualification level: Diploma
Advisor: Pettermann, Heinz 
Issue Date: 2010
Number of Pages: 94
Qualification level: Diploma
Abstract: 
Flywheels dienen zum Speichern kinetischer Energie. Durch das Antriebsmoment eines Elektromotors wird ein Schwungrad in Rotation versetzt und damit geladen. Die gespeicherte Energie kann über das Lastmoment eines Generators bei Bedarf wieder entnommen werden.
Schwungräder werden schon lange als Maschinenelemente verwendet. Durch das Aufkommen von Faserverbundwerkstoffen um 1970 und die Entwicklung von Magnetlagern um 1980 ist auch eine effiziente Nutzung als Energiespeicher möglich. Die anfängliche Entwicklung wurde sehr von der NASA gefördert mit dem Ziel, die primäre Energieversorgung von Weltraummissionen durch Flywheels zu gewährleisten. In einer Zeit, in der Klimaschutz und der bewusste Umgang mit Energie immer mehr im Fokus stehen, bieten Flywheels viele Einsatzmöglichkeiten und sind daher ein sehr aktiver Bereich der Forschung.
Durch den Einsatz von Verbundwerkstoffen lassen sich sehr hohe Drehzahlen erreichen. Die Verwendung von Magnetlagern und der Betrieb in luftleerem Raum ermöglichen sehr geringe Verluste.
Im Rahmen dieser Arbeit wurden für zwei verschiedene Bauformen die Materialien und die Geometrie bei vorgegebenem Design ermittelt, die zu einem Minimum an Materialkosten des Rotors führten. Die Kosten der Verarbeitung und Fertigung wurden nicht berücksichtigt. Dabei wurde gefordert, dass der Energieinhalt einen bestimmten Wert annimmt und der bei maximaler Winkelgeschwindigkeit vorliegende Spannungszustand mit einer bestimmten Sicherheit unter der Versagensgrenze liegt. Des Weiteren sollte das Trägheitsmoment um die Rotationsachse gleich dem Trägheitsmoment um einen Durchmesser sein und die Eigenfrequenzen des Rotors um einen bestimmten Faktor über der Betriebsdrehzahl liegen.
Für die Spannungsanalyse wurde ein Modell mit einem modifiziertem generalisiertem ebenem Verzerrungszustand als auch ein axialsymmetrisches FE-Modell, erstellt mit COMSOL, verwendet. Die Frequenzanalyse wurde mit ANSYS durchgeführt. Außerdem wurde ein Modell entwickelt um die bei der Fertigung entstehenden Restspannungen im Rotor zu berücksichtigen.
Die Ergebnisse der untersuchten Bauformen wurden gegenübergestellt und deren Vor- und Nachteile erarbeitet.
Keywords: Finite Elemente; Flywheel; Verbundwerkstoffe; Optimierung; modifizierter generalisierter ebener Verzerrungszustand
finite elements; flywheel; composite materials; optimization; modified generalized plain strain
URI: https://resolver.obvsg.at/urn:nbn:at:at-ubtuw:1-42326
http://hdl.handle.net/20.500.12708/12234
Library ID: AC07809506
Organisation: E317 - Institut für Leichtbau und Struktur-Biomechanik 
Publication Type: Thesis
Hochschulschrift
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