Download het artikel in 
Denk aan toepassingen in het openbaar vervoer en distributie -tram, bus, taxi,...- maar ook het ‘racewereldje’ stopte al Kinetic Energy Recovery Systems (KERS) in hun Formule 1 wagens. In 2009 bij McLaren, Ferrari, BMW,... Nu blijkt die technologie niet alleen te werken maar ook een stevige return te leveren en misschien niet eens zo heel erg duur te zijn.
De Porsche 911 GT3 R Hybrid heeft een 4.0 zescilinder die 353 kW op de achterwielen zet. Op de voorwielen trekken twee elektromotoren van elk 60 kW. Dat doen ze slechts gedurende zes tot acht seconden. Die acht keer 120 kW of 960 kJ is puur gerecycleerde remenergie die gestockeerd wordt in een vliegwiel. Porsche ging voor het systeem van Williams Hybrid Power. Bij remmen wekken de elektromotoren stroom op die naar een elektromotor loopt die op zijn beurt gekoppeld is aan het vliegwiel. Dat wiel wordt aangetrokken tot 40.000 t/min. Wanneer de wagen meer vermogen vraagt, duwt het vliegwiel zijn energie in de elektromotor die stroom levert aan de motoren op de voorwielen.
Twee jaar geleden zetten ook Jaguar Land Rover, Ford, Prodrive, Torotrak, Xtrac, Flybrid Systems en Ricardo een consortium op om de vliegwieltechnologie voor luxewagens te onderzoeken. Deze groep, geleid door Jaguar Land Rover, ontwikkelt een vliegwiel-hybride systeem dat zorgt voor een extra 60 kW bij een 20% minder brandstofverbruik. Bij het remmen gaat de kinetische energie via een kleine traploze automatische versnellingsbak (CVT) op de achterste differentieel naar een vliegwiel. Trapt de bestuurder op de gaspedaal dan stuurt het vliegwiel -dat 60.000 tpm maakt- zijn energie via de CVT naar de wielen. De energie wordt op geen enkel ogenblik omgezet in elektriciteit en er komt dus ook geen batterij aan te pas. Dit puur mechanische vliegwielsysteem zou zo’n 65 kg wegen in een XF-sedan.
Oud nieuws is ook nieuws
Vorige herfst testte Volvo Car Corporation de technologie op de openbare weg op een wagen die daarmee tot 20% minder brandstof moet verbruiken. Tegelijk bezorgt het een viercilinder het acceleratievermogen van een zescilinder. Begin mei wil het nu met zijn S60 TTA racewagen, die eveneens uitgerust is met Flywheel KERS (Kinetic Energy Recovery System), aan de start komen van de Swedish Racing Elite League in Karlskoga.
Voor het ontwikkelen van zijn remrecuperatietechnologie kreeg het project van Volvo Cars, Volvo Powertrain en SKF bijna €750.000 subsidies van het Swedish Energy Agency. Bij vertragen of remmen brengt de remenergie het vliegwiel aan het draaien. Wanneer de wagen weer optrekt, wordt de rotatie van het vliegwiel via een speciale transmissie op de achterwielen gezet. Dat kan goed zijn voor een extra 80 pk. Zodra de chauffeur remt, wordt de verbrandingsmotor uitgeschakeld. De energie van het vliegwiel bezorgt de wagen die eerste push wanneer hij weer optrekt maar kan ook later, wanneer de wagen al op kruissnelheid is, aangesproken worden voor wat extra. Die kortstondige ‘plus’ heeft echter een belangrijk effect op het brandstofverbruik.
Het vliegwiel is bij Volvo eigenlijk ‘oud nieuws’. In de tachtigerjaren testte de constructeur al vliegwielen op een Volvo 240 als bijkomende aandrijving. De zware en volumineuze stalen vliegwielen van toen haalden niet denderend veel toeren. Nu gebruikt Volvo een vliegwiel in koolstofvezel dat in een vacuümkamer tot 60.000 tpm haalt. De unit weegt nauwelijks zes kilogram en heeft een diameter van 20 cm. Volvo is naar verluidt de eerste constructeur die de technologie op de achteras van de wagen zet terwijl de verbrandingsmotor de voorwielen aandrijft. De technologie, die gecombineerd kan worden met andere aandrijvingen, zou ‘niet zo duur’ zijn -als puur elektrisch rijden, bijvoorbeeld- en dus ook relatief snel in middengamma wagens kunnen komen. Het past alvast in Volvo’s DRIVe Towards Zero strategie.
Specials gaan vliegwielen
Het Duitse KAMAG, producent van ‘specials’ en zware transporten voor de staalindustrie, scheepvaart en offshore, werkt met rosseta Technik GmbH aan een vliegwieltechnologie met rotor in koolstofvezel. “Het is belangrijk om ook op speciale transporters het brandstofverbruik naar beneden te halen”, zegt Thomas Riek, managing director bij het KAMAG Transporttechnik uit Ulm. Zijn hybride oplossing combineert een diesel- en elektrische motor met een vliegwiel dat bij het remmen aanzwengelt. Bij ‘dynamisch’ rijden -veelvuldige start/stopoperaties- zorgt dat voor brandstofbesparing en minder uitstoot. Een bijkomend voordeel is alvast dat de dieselmotor voortaan ook een heel pak kleiner kan. “Een derde en meer.”
De oplossing van KAMAG heeft naast een kleinere dieselmotor en elektrische generator, één of twee vliegwielen en een elektrische motor die gekoppeld is aan de drijfas. Een vliegwiel ontwikkelt zoveel kracht dat het -als een gyroscoop- een voertuig uit zijn koers kan halen. Daarom zal wellicht eerder geopteerd worden voor het integreren van twee vliegwielen die in tegengestelde richting lopen.
Op MobiliTec -de vakbeurs voor hybride en elektrische aandrijvingen, mobiele energieopslag en alternatieve mobiliteitsoplossingen die deel uitmaakt van de Hannover Messe eind april- showt rosseta Technik, die in 2006 de serieproductie van zijn T2 vliegwiel startte, wordt nu de T4. Het vliegwiel van KAMAG en rosseta, is gebouwd uit koolstofvezel en haalt 50.000 toeren per minuut. De rotor draait in een vacuümkamer. De T4 heeft een topvermogen van 60 tot 150 kW met een nuttige energie van 1,5 kWu.
De hele component heeft een diameter van 460 mm, is 690 mm hoog en weegt 100 tot 250 kg naargelang het topvermogen. Het vliegwiel lijdt aan ‘zelfontlading’. Op twee uur tijd is het 20 tot 50% van zijn energie kwijt.
Bij KAMAG hoopt men de technologie uiteindelijk standaard in te bouwen in zijn brede portfolio. Eerst, tegen eind dit jaar, komt een prototype op een TruckWiesel ‘Wechselbrückenhubwagen’. Deze WBH 25P is een semi-trailer, hydrostatisch aangedreven tractor/containertruck die KAMAG al twee jaar op de markt heeft. Het is moeilijk er nu al een prijskaartje op te kleven.
“We zitten nog in de prototypefase”, zegt Riek die rekent dat, eenmaal in serieproductie, vliegwiel en de nodige elektronica een extra investering van zo’n €20.000 kan betekenen op de truck. Anderzijds wordt bespaard op het minderverbruik en de kleinere dieselmotor. “Die motor zal ook steeds optimaal lopen wat minder onderhoud vergt en een langere levensduur garandeert.” De vliegwielen zouden een levensduur van 20 jaar halen of zo’n 5 miljoen cycli op vollast. Als je die parameters vergelijkt met de prestaties en levensduur van eender welke andere batterij, dan klopt het vliegwiel met vlag en wimpel de competitie op prijs per kWu.
Bij de buren
Eind 2006 explodeerde bij CCM -Centre for Concepts in Mechatronics- in Nuenen een koolstofvezelversterkt vliegwiel, dat een 22.000 tpm kon halen. Het bedrijf deed al meer dan 20 jaar onderzoek op vliegwielen en testte die ooit op Phileas, het innoverende openbare vervoersysteem, op de Autotram (Intermediate Transport Vehicle) i.s.m. Fraunhofer Gesellschaft en de Avanto (Light Rail Vehicle) i.s.m. Siemens. Met het Franse Alstom heeft het een contract om er trams mee uit te rusten. Een stalen vliegwiel van CCM werd in 2010 ook getest op de drijvende kraan Cornelius Tromp van Maja Stuwadoors in de haven van Amsterdam. De kraan, met diesel-elektrische aandrijving, trekt bij het vieren van de last het vliegwiel aan. Die energie wordt aangesproken bij de volgende hijscyclus. Met dit vliegwiel, dat 3.000 toeren haalt, werd 30 tot 40% brandstof uitgespaard maar kon men ook het aantal generatoren halveren en alsnog een gelijkmatiger belasting realiseren, m.a.w. een langere levensverwachting.
Eind vorig jaar ontwikkelde Drivetrain Innovations BV (DTI) uit Eindhoven in het project MecHybrid een vliegwiel dat het rechtstreeks koppelt aan een transmissiesysteem dat een traploos schakelen tussen het ingangs- en uitgangstoerental mogelijk maakt. In dit MecHybrid-project zitten ook SKF, Bosch, Punch Powertrain, TU/e en Centre for Concepts in Mechatronics. << (foto’s: KAMAG, LDS)
Kader:
Onze laatste gyrobus
In het Antwerpse Vlatam -het Vlaamse tram en busmuseum- staat nog één van de drie gyrobussen die van 1956 tot 1959 tussen Gent-Zuid en Merelbeke reden. Het laatste exemplaar ter wereld. De gyrobus nam driefasig elektriciteit op via zijn pneumatische ‘sprieten’ die tegen een laadmast gehouden werden. De elektromotor joeg een smeedstalen vliegwiel aan dat een diameter had van 160 cm en meer dan 1.200 kg woog. Het draaide tot 3.200 tpm in een met helium gevuld vat. Het vermogen van de gyrobus werd berekend op 9 kWu bij 3.000 tpm waarvan 5,5 kWu rechtstreeks bruikbaar waren tussen 2.950 en 1.800 tpm. Dat bracht de gyrobus, die 70 plaatsen telde, zowat twee kilometer verder waar hij -op de tijd dat passagiers in- en uitstapten- zijn vliegwiel weer oplaadde. Bouwer van de ElectroGyro was het Zwitserse Oerlikon.
“Het grote probleem met deze gyrobussen was dat ze op de ‘steenweg’ ingezet werden. De trillingen op die kasseien zorgden voor talrijke breuken tussen de elektromotor en de as van het vliegwiel”, zegt conservator Eric Keutgens. Ook werkte het vliegwiel als een ‘gyro’ wat het sturen in bochten bemoeilijkte. Uiteindelijk bleek de exploitatie met een gewone autobus makkelijker. Ook in Belgisch Congo liepen er ooit een dozijn gyrobussen. <<
