Lendkerék – definíció, energiatárolás, működés és alkalmazások

Lendkerék: részletes útmutató a működésről, energiatárolásról és alkalmazásokról — ipari, jármű- és megújuló energia megoldások példáival és gyakorlati tippekkel.

Szerző: Leandro Alegsa

10-01-2026 21:26

Lendkerék (angolul flywheel) egy nagy tehetetlenségű, általában korong alakú test, amely egy forgó tengelyhez rögzítve a mozgási energia tárolására szolgál. A lendkerék saját lendülete miatt nem változtatja meg könnyen a forgási sebességét, ezért gyakran alkalmazzák olyan gépeknél és rendszereknél, ahol a tengelyre ható nyomaték időben változik. Különösen hasznos olyan motorokban, amelyek dugattyúkat használnak, mert ezeknél a hajtás pillanatnyi nyomatéka jelentősen ingadozhat; a lendkerék kisimítja ezeket az ingadozásokat és stabilizálja a fordulatszámot.

Működés és képletek

Egy forgó kerék tárolt energiája a rotációs (forgási) kinetikus energia, amely a tehetetlenségi nyomatékból és a szögsebességből adódik. Általános képlete:

Rotációs energia: E = 1/2 I ω², ahol I a tehetetlenségi nyomaték (kg·m²), ω pedig a $\omega$ (szögsebesség, rad/s).
Ha a lendkerék egyszerű, homogén korong (vagy henger), akkor I = 1/2 M R², ahol M a tömeg és R a sugár. Ebből következik, hogy a tárolt energia: E = 1/4 M R² ω².

A rotációs sebesség gyakran fordulatszámban (rpm) van megadva; a kapcsolat: ω = 2π·(rpm)/60. A tárolt energia SI-mértékegysége a joule (J); gyakorlati alkalmazásoknál néha wattórára (Wh) vagy kilowattórára (kWh) konvertálják.

Tervezés és anyagok

A lendkerék célzottan energiatárolásra tervezett kerék, ezért a tervezésnél két fő megközelítés lehetséges:

Masszív, nehéz peremű kialakítás: acél vagy öntöttvas alapanyag, nagy tömeg a külső peremen — alacsonyabb fordulatszámon is jelentős energiát tárolhat.
Könnyű, nagy fordulatszámú kompozit megoldások: szénszálas vagy más kompozit anyagból készült, alacsony tömeg, de nagyon nagy fordulatszám (több tízezer 1/min). Az energia itt elsősorban a nagy szögsebesség miatt növekszik.

A hatékonyság és a biztonság érdekében a korszerű lendkerekeket gyakran vákuumházzal és speciális csapágyakkal (pl. mágneses csapágy) látják el, hogy minimalizálják a súrlódási veszteségeket. A peremre helyezett tömeg hatása nagyobb az I növelésére, ezért a legtöbb tervezés a tömeg peremre koncentrálására törekszik.

Alkalmazások

A lendkerekeket sokféle helyen használják:

Járművek: regeneratív fékezés és indítás segítése (például néhány busznál a fékezéskor a kerék energiáját a lendkerék veszi át, majd indításkor visszaadja), csökkentve az üzemanyag-fogyasztást és kopást.
Energiatárolás és kiegyenlítés: ipari berendezések, hajtások és megújuló energia-rendszerek rövid távú hálózati ingadozásainak kisimítása.
UPS (szünetmentes tápegységek) és tartalék energiaforrások: gyors energiaátadás, nagy ciklus- és élettartam előnyökkel a kémiai akkumulátorokhoz képest.
Szenzorok és műholdak: reakciókereket (reaction wheel) alkalmaznak a pozíció/irányítás szabályozására — ezek is alapvetően kis lendkerekek speciális célra.

Előnyök és hátrányok

Előnyök: nagy ciklusszám (sok töltés/kisütés), gyors energiaátadás, környezetbarát (nincs kémiai reakció), kis karbantartás mellett hosszú élettartam, magas hatékonyság rövid távon.
Hátrányok: viszonylag alacsony energiasűrűség a kémiai akkumulátorokhoz képest (a pontos érték a kialakítástól függ — néhány Wh/kg-tól több tíz Wh/kg-ig terjedhet), mechanikai biztonsági követelmények (szélsőséges centripetális feszültségek), a nagy sebesség miatt szükséges erős burkolat és biztonsági rendszerek.

Biztonság és karbantartás

A lendkerekek tervezésénél kiemelten fontos a mechanikai ellenőrzés és a tartósság. A fő biztonsági szempontok:

Megfelelő anyagválasztás és gyártási minőség a repedések, fáradás és szétszakadás elkerülésére.
Védőburkolat (konténment) a rotor körül, különösen magas fordulatszámú rendszereknél, hogy törés esetén a darabok ne okozzanak sérülést vagy nagyobb károkat.
Csapágyak és kenés karbantartása, a vákuum- és hűtőrendszerek ellenőrzése a veszteségek minimalizálása érdekében.
Speciális megoldások, például mágneses csapágyak és vákuumházak, amelyek csökkentik a kopást és növelik az élettartamot.

Példa a gyakorlati működésre

Gondoljunk azokra a buszokra, amelyeknél a lendkerék szerepet kap az indításnál és megállásnál: amikor a busz megáll (például piros lámpánál), a hajtás átvezeti a jármű kinetikus energiáját a lendkerékre, így a jármű gyorsan lelassul, miközben a lendkerék felgyorsul. Később, a továbbinduláskor a lendkerék energiája visszakerül a meghajtásba, segítve az elindulást. Mivel nem szeretnénk egy túl nehéz tömeget cipelni, ilyenkor gyakran könnyű, de nagy fordulatszámra tervezett anyagokat (pl. kompozitokat) alkalmaznak, amelyek képesek biztonságosan nagy energiát tárolni.

Összefoglalva: a lendkerék egyszerű, de hatékony mechanikus energiatároló eszköz, amelyet a stabil fordulatszám, a rövid távú energiatárolás és a gyors energiaátadás igénye indokol. A modern anyagok és kialakítások révén egyre több helyen versenyképes alternatívává válik a hagyományos akkumulátorok mellett vagy azok helyett.

\omega

Tengelyes lendkerék

Egyszerű lendkerék mozgásban. Leonardo da Vinci rajzai alapján készült.

A lendkerekek matematikája

A forgó lendkerék mozgási energiája

E = 1 2 I ω 2 {\displaystyle E={\frac {1}{2}}}I\omega ^{2}} $E={\frac {1}{2}}I\omega ^{2}$

Ahol a tömegközéppont tehetetlenségi nyomatéka egyenlő

I = 1 2 M R 2 {\displaystyle I={\frac {1}{2}}MR^{2}}} $I={\frac {1}{2}}MR^{2}$

ahol I {\displaystyle I} a tömeg tehetetlenségi nyomatéka a forgás középpontja körül és ω {\displaystyle \omega } $\omega$ (omega) a szögsebesség radián egységekben.

Történelem

A lendkereket már az ókor óta használják, a legelterjedtebb hagyományos példa a fazekaskorong. Az ipari forradalomban James Watt hozzájárult a lendkerék kifejlesztéséhez a gőzgépben, és kortársa, James Pickard is lendkereket használt.

Egyéb jelentések

A kockázati tőke világában a "lendkerék" kifejezést a vállalkozás visszatérő, árrést termelő szívére használják.

Kérdések és válaszok

K: Mi az a lendkerék?

V: A lendkerék egy nehéz korong vagy kerék, amely egy forgó tengelyhez van rögzítve. A mozgási energia tárolására szolgál, és segít a tengelyt azonos fordulatszámon tartani azáltal, hogy ellenáll az egyenetlen nyomaték okozta sebességváltozásoknak.

K: Hogyan tárolja a lendkerék az energiát?

V: A lendkerék úgy tárolja az energiát, hogy forgás közben elveszi azt a keréktől, majd újra leadja, amikor energiára van szükség. A tárolt energia mennyisége a tömegétől, a szögsebességétől és a sugarától függ.

K: Melyek a lendkerekek alkalmazásai?

V: A lendkerekeket olyan motorokban használják, amelyek dugattyúkat használnak az energiaellátáshoz, mivel segítenek megoldani a forgási sebességet változtató egyenetlen nyomaték problémáját. Buszokban is használják őket megállításra és indításra, ahol a kerekek forgási energiáját a lendkerékre adják át, hogy az lassítani tudjon, miközben gyorsít.

K: Milyen tényezők befolyásolják, hogy egy lendkerék mennyi energiát képes tárolni?

V: A lendkerékben tárolt energia mennyisége függ a tömegétől, a szögsebességétől és a sugarától. A nagyobb sebességű, nehezebb súlyok forgatásához több energiára van szükség, mint a kisebb sebességű, könnyebb súlyokéhoz.

K: Minden kerék "lendkeréknek" minősül?

V: Nem, nem minden kerék tekinthető "lendkeréknek". A lendkerekeket kifejezetten a mozgási energia tárolására tervezték, és ahhoz, hogy ezt hatékonyan tehessék, nehéznek kell lenniük, vagy gyorsan kell forogniuk.

K: Hogyan használ egy busz lendkereket?

V: A buszok úgy használnak lendkereket, hogy megálláskor (pl. közlekedési lámpáknál) a kerekekhez csatlakoztatják őket. Ezáltal a kerekekről a lendkerékre kerül a forgási energia, így az le tud lassulni, miközben a későbbi újrainduláskor ismét felgyorsul.

Keres