Ein Schwungrad ist eine Maschine, die Rotationsenergie speichert, indem sie Änderungen der Rotationsgeschwindigkeit widersteht. Die gespeicherte Energie verhält sich proportional zum Quadrat der Rotationsgeschwindigkeit. Man kann die erhaltene Energie der Maschine ändern, indem man ein Drehmoment anlegt, um die Rotationsgeschwindigkeit zu erhöhen oder zu verringern. Eine Maschine oder ein Fahrzeug verliert jedes Mal an Schwung, wenn es langsamer wird oder anhält. Ein Schwungrad gleicht diesen verlorenen Schwung aus, indem es aus seiner reservierten Kraft liefert. In dieser kurzen Anleitung werden wir besprechen, wie ein Schwungrad funktioniert und was es tut.
Was ist ein Schwungrad an einem Auto?
Ein Schwungrad ist ein gewichtiges Rad, das viel Kraft benötigt, um sich um seine Achse zu drehen. Wenn das Rad mit einer hohen Geschwindigkeit in Bewegung ist, wird es sich weiter drehen, es sei denn, Sie stoppen es, indem Sie viel Kraft aufwenden. Wenn es sich dreht, bewahrt es eine große Menge an kinetischer Energie, die es später verwendet, um ein Fahrzeug oder eine Maschine beim Starten des Motors oder beim Beschleunigen anzutreiben.
Was ist ein Schwungrad in einem Auto? Technisch erklärt ist das Schwungrad (bei einem Schaltgetriebe) bzw. die Flexplatte (bei einem Automatikgetriebe) eine Scheibe, die hinten am Motor mit der Kurbelwelle verschraubt ist. Sie dient vielen Zwecken:
- Bei einem Auto mit Schaltgetriebe bildet sie eine der Reibflächen für die Kupplung. Die Kupplungsdruckplatte ist mit ihr verschraubt und die Kupplungsscheibe liegt dazwischen.
- Bei einem Auto mit Automatikgetriebe wird sie eigentlich als Flexplatte bezeichnet und der Drehmomentwandler des Getriebes ist mit ihr verschraubt.
An ihrem äußeren Rand befindet sich ein Zahnring, den der Anlasser dreht, um den Motor zu starten. Aufgrund der großen Scheibe (im Verhältnis zur Kurbelwelle) hat der Anlasser dadurch eine größere Hebelwirkung auf den Motor.
Sie dient auch dazu, bestimmte Ziele des Motorbetriebs zu erreichen. Obwohl massivere Schwungräder mehr Energie benötigen, um sich zu drehen, gewinnen sie, sobald sie sich drehen, mehr Schwung und helfen dem Motor, ruhiger zu laufen und bei höheren Drehzahlen sanfter zu schalten.
Wie funktioniert ein Schwungrad?
Wie funktioniert ein Schwungrad zur Speicherung der Energie? Nun, man kann es mit dem Mechanismus einer mechanischen Batterie vergleichen. Während die Batterie die Energie in chemischer Form speichert, bewahrt ein Schwungrad die Energie in Form von Bewegung, genauer gesagt in Form von kinetischer Energie.
Ein Schwungrad kann mehr Energie speichern, wenn es sich mit einer höheren Geschwindigkeit dreht oder ein höheres Trägheitsmoment hat, also größer ist. Es funktioniert jedoch immer am besten, wenn man es schneller dreht, anstatt seine Masse zu erhöhen. Zum Beispiel wird ein Rad doppelt so viel Energie erzeugen wie eines, das nur halb so viel wiegt, vorausgesetzt, beide werden mit der gleichen Geschwindigkeit gedreht. Dreht man hingegen das leichtere Rad doppelt so schnell, vervierfacht sich die gespeicherte Energiemenge.
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Aus diesem Grund ist es immer besser, leichtere, schnelllaufende Räder zu verwenden, als solche mit einem hohen Gewicht. Auch in Rennwagen sind kompakte Schwungräder sinnvoll, weil sie für hohe Geschwindigkeiten möglichst leicht sein müssen.
Wie funktioniert ein Schwungrad, wenn man die Geschwindigkeit immer weiter erhöht? Es ist nicht möglich, weil es einen Punkt gibt, an dem das Material des Rades nicht mehr in der Lage ist, die Kraft zu bewältigen und in Fragmente zu zerschmettern.
Was sind die Funktionen eines Schwungrades?
Bevor wir uns mit dem Funktionsprinzip von Schwungrädern für Autos beschäftigen, ist es wichtig, ihre Funktionen zu kennen. Sie wird in fast allen Arten von Automobilen verwendet, einschließlich Rennwagen, Zügen und Bussen. In der Vergangenheit hatten sie einen großen Durchmesser mit Speichen und einem sperrigen Metallrand. Die modernen Exemplare sind jedoch kompakter, da sie aus Verbundwerkstoffen oder Karbonfasern hergestellt werden. Man muss das Rad kräftig anschieben, um es in Bewegung zu setzen. In den meisten Fahrzeugen dient es hauptsächlich diesen Funktionen:
Motorstart
Die in den Umfang des Schwungrads eingeschnittene Verzahnung unterstützt das Starten des Motors. Im Anlasser des Motors ist ein kleines Zahnrad (ein sogenanntes Bendix-Zahnrad), das beim Drehen des Schlüssels mit dem Schwungrad in Eingriff kommt. Die Kombination aus Bendix-Getriebe und Anlasser dreht das Schwungrad, wodurch sich die Kurbelwelle dreht und der Kompressionszyklus beginnt, der zum Starten des Motors erforderlich ist. Nach dem Starten des Motors zieht sich das Bendix-Getriebe zurück, damit sich das Schwungrad frei drehen kann.
Motordrehzahlglättung
Nach dem Starten des Motors wandelt die Kurbelwelle die Auf- und Abbewegung der Kolben in eine Drehbewegung um. Diese Bewegung ist jedoch ruckartig, da während einer Motorumdrehung nur zweimal (bei einem Vierzylindermotor) bzw. viermal (bei einem Achtzylinder) Leistung erzeugt wird. Die Masse des Schwungrads sorgt dafür, dass sich die Kurbelwelle des Motors zwischen jedem dieser Kolbenzündungen weiterdreht, so dass die Drehzahl der Kurbelwelle konstant gehalten wird und der Motor ruhig läuft.
Auswuchten des Motors
Da die Kolben aus der Mitte der Kurbelwelle versetzt sind, vibriert und wackelt der Motor folglich, da jeder Kolben in einem anderen Winkel feuert. Das schwere Gewicht des Schwungrads unterdrückt diese seitliche Bewegung und hilft, den Motor auf seinen Lagern zu stabilisieren und auszubalancieren und die Vibrationen im gesamten Fahrzeug zu reduzieren.
Stressreduzierung im Antriebsstrang
Indem das Schwungrad die Bewegung des Motors stabilisiert und seine Geschwindigkeit glättet, begrenzt es den Verschleiß anderer Komponenten des Antriebsstrangs. Obwohl die Motor- und die Getriebewelle parallel zueinander verlaufen, sind die Verbindungen zwischen der Achse und dem Getriebe nicht parallel; die Antriebswelle verwendet Kreuzgelenke, die bei ihrer Drehung ständig den Winkel ändern. Schwungräder helfen, den Verschleiß dieser Gelenke zu reduzieren.
Gewichtsmanipulation
Das Schwungradgewicht ist eine der Einstellungen, die Motorenbauer verwenden, um die Leistung ihres Motors für bestimmte Zwecke anzupassen.
- Schwerere Schwungräder erlauben es den Motoren, unter Lasten zu arbeiten, die den Motor zum Stocken bringen könnten; daher sollten Fahrzeuge, die ständig schwere Anhänger ziehen, von einem größeren Schwungrad profitieren.
- Motoren, die mit hohen Drehzahlen laufen – wie z.B. Rennwagenmotoren – profitieren von einem leichteren Schwungrad für eine bessere Beschleunigung bei der Geschwindigkeit; was es schwieriger machen kann, den Motor im Leerlauf ruhig zu halten und schwieriger, aus dem Stillstand heraus zu beschleunigen. Aus diesem Grund müssen Rennfahrer ihre Boxencrews anschieben, um ihre Autos zu starten.
Top 5 Symptome für ein schlechtes Schwungrad
Brandgeruch
Dieser Geruch entsteht, wenn die Kupplung unsachgemäß benutzt wird, sei es durch ein schlechtes Schwungrad oder einen unerfahrenen Fahrer. Die Beläge der Kupplung haben Materialien, die die Geräuschentwicklung der Kupplung während des Betriebs reduzieren sollen. Die Beläge der Kupplung erzeugen durch die Reibung bei unsachgemäßem Gebrauch eine große Hitze, die die Oberfläche durch die Hitze regelrecht verglasen lässt. Die Folge ist ein stark stechender, beißender Geruch, der sich deutlich bemerkbar machen kann.
Kupplungsrattern
Anstatt sanft einzurasten, „hüpft“ die Kupplung am Schwungrad entlang. Die Kupplung greift wiederholt und lässt los, was sich wie ein Stottern oder eine Vibration anfühlt, wenn die Kupplung losgelassen wird. Das kann in jedem Gang passieren, ist aber am häufigsten beim Anfahren aus dem Stand. Während ein verzogenes Schwungrad manchmal die Ursache ist, kann Kupplungsrattern schwierig zu diagnostizieren sein, da die Druckplatte, die Kupplungsscheibe oder das Ausrücklager oft Schuld sind, egal ob die Teile verschlissen, gebrochen, verzogen oder durch Öl aufgrund eines Motor- oder Getriebelecks verunreinigt sind.
Kupplungsrutschen
Wenn Sie versuchen, während der Fahrt zu schalten, kann es vorkommen, dass die Gänge rutschen. Dies geschieht typischerweise, wenn Sie feststellen, dass keine Kraft auf die Räder übertragen wird. Dies ist oft eine direkte Folge einer verschlissenen Kupplung. Die rutschende Kupplung führt schließlich dazu, dass sich auch das Schwungrad abnutzt. Sie können Schleifgeräusche von der Druckplatte hören und schließlich werden das Schwungrad und andere Teile in der Kupplungsbaugruppe überhitzt und verziehen sich oder brechen sogar.
Kupplungsschleifen
Dies ist das Gegenteil von einer rutschenden Kupplung. Anstatt dass die Kupplung ausrastet, lässt sie sich einfach nicht vollständig lösen. Sie werden verschiedene Stufen des Gangschleifens beim Schalten erleben oder sogar den kompletten Ausfall des Einlegens des ersten Gangs beim Anfahren aus dem Stand.
Kupplungsschleifen ist eigentlich kein Ausfall des Schwungrads selbst. Es ist das Lager oder die Buchse im Schwungrad oder in der Kurbelwellenbaugruppe.
Kupplungspedal vibriert
Auch vom Kupplungspedal oder vom Boden Ihres Fahrzeugs können bei jeder Betätigung der Kupplung Vibrationen ausgehen. Diese Vibrationen deuten darauf hin, dass die Federbefestigung des Schwungrads schlecht geworden ist. Wie Sie vielleicht wissen, reduziert der Federmechanismus normalerweise die Vibrationen, die durch das Betätigen der Kupplung erzeugt werden.