Ab einem gewissen Zeitpunkt bauten immer mehr Hersteller von Modellbahnfahrzeugen Schwungmassen an die Elektromotoren an.
Sie sollten den Auslauf von Loks bei Stromabschaltung verlängern, ein „sanfteres" Fahren ermöglichen und dem Rastmoment des Elektromotors entgegenwirken.
Es soll nachgewiesen werden, dass Schwungmassen diese Erwartungen kaum erfüllen.
Der generatorische Effekt eines nachlaufenden Motors dürfte hinreichend bekannt sein. Diesen zu unterbinden bedarf es elektronischer Schaltungen.
Das Rastmoment durch den permanent magnetisierten Eisenrotor in Erscheinung tretend, ist zwar beim Drehen des Motors per Hand, je nach dessen Eigenschaften, deutlich spürbar, dürfte jedoch auf den Rundlauf des Ankers von untergeordneter Bedeutung sein.
Bereits bei 1000U/min, die als Mindestdrehzahl eines Motors hier generell zugrunde gelegt werden sollen,
entstehen entsprechend der Polzahl ab 50 „Ripel“ pro Sekunde. Diese sind nicht mehr als „unrunder“ Lauf wahrnehmbar.
Die Berechnung des Schwungrades als Energiespeicher ist dieser Formel zu entnehmen. Dabei tritt die Geschwindigkeit im Quadrat auf, was nichts anderes bedeutet, dass die Drehzahl des Motors die ausschlaggebende Größe bei der Dimensionirung eines entsprechenden Antriebs ist.
E= 1/2J x wxquadrat
E Rotationsenergie
J Massenträgheitsmoment
w Winkelgeschwindigkeit
Im Maschinenbau wird die Schwungmasse an Elektromotoren für die Glättung der Drehmomentabgabe eingesetzt. Durch Schwungräder können kurzzeitig Energiemengen gespeichert werden, die in Press-, Schmiede-, Stanz-, Walz- und Schneidvorgängen in typisch einer halben Sekunde aufgebraucht werden, um elektromotorisch in mehreren Sekunden danach wieder nachgeliefert zu werden.
Weitere Größen beeinflussen die Speicherkapazität, von denen wiederum der Durchmesser der Schwungscheibe entscheidend ist.
Das Verhältnis der kinetischen Energie zwischen einem Schwungrad von 10mm zu 20mm Durchmesser, bei gleicher Masse, beträgt 1:3,7.
Die Speicherkapazität muss entsprechend dem Omega-Quadrat in Form einer Parabel ansteigen.
Die gespeicherte Energie bei 10.000U/min, d=20mm beträgt 0,27Ws, bei 1.000U/min hingegen nur noch 0,0027Ws.
Es ist eindeutig zu erkennen, dass ein Modellbahnfahrzeug im letzten Drittel des Drehzahlbereichs eine wirksame Energiespeicherung vornimmt.
Das Argument, dass eine Schwungmasse ein sanfteres Anfahren ermöglichen soll, ist geradezu absurd.
Bedenkt man welch geringe Motorleistung für die Energiespeicherung von 0,0027J benötigt werden, so überwiegen die mechanischen Reibungen von Motor und Getriebe welche durch den Motor überwunden werden müssen.
Berechnung eines Schwungrades:
Masse: 10Gramm
Durchmesser 20mm
Drehzahl: 10.000U/min
Kinetische Energie: 0,27J = 0,27Ws
Masse: 10Gramm
Durchmesser 20mm
Drehzahl: 1.000U/min
Kinetische Energie: 0,0027J
Masse: 10Gramm
Durchmesser 10mm
Drehzahl: 10.000U/min = 1m/min
Kinetische Energie: 0,068J
Masse: 10Gramm
Durchmesser 10mm
Drehzahl: 1.000U/min = 1m/min
Kinetische Energie: 0,00068J
Gruß Wolfgang