Hi, habe mal eine grundsätzliche Frage zu: Wieso hat der E-Motor ab der ersten Umdrehung sein volles Drehmoment (gehe jetzt nicht vom Asynchron-Motor aus) und der Otto/Dieselmotor erst ab einer bestimmten Nenndrehzahl?? Auch ist auffällig das bei beiden Motoren ab einer bestimmten Drehzahl die Leistung+Drehmoment drastisch abfällt was ich mir auf Magnetische/Mechanische Verluste erklären kann beim Otto/Dieselmotor erkläre ich mir das aufgrund der Mechanischen Verluste. Ist die Annahme richtig das beide Motoren beim Höchsten Drehmoment im besten Wirkungsgrad laufen?. MFG Patrick :)
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Patrick F. schrieb: > Wieso hat der E-Motor ab der ersten Umdrehung sein volles Drehmoment > (gehe jetzt nicht vom Asynchron-Motor aus) Weil dort bei niedrigen Drehzahlen die gleichen magnetischen Fräfte wirken wie bei höherer Drehzahl. Das Moment ist bei niedriger Drehzahl sogar noch höher, weil die Gegen-EMK nicht so stark wirkt.
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okay danke :) Und wieso hat der Verbrenner dann so eine komische Drehmoment-Drehzahl Kurve?
Patrick F. schrieb: > okay danke :) > Und wieso hat der Verbrenner dann so eine komische Drehmoment-Drehzahl > Kurve? Weil ein Verbrenner deutlich komplexer ist. Du hast das Frischgas, das angesaugt wird und das Abgas, das ausgestoßen wird. Da der Motor in 4 takten (meistens) arbeitet passiert das nicht kontinuierlich sondern Zyklisch. Die Masse muss dann aber beschleunigt werden, bzw. da das Gas kompressibel ist fängt das auch noch ggf. an zu schwingen. Zusätzlich hast du das Problem daß die Verbrennung auch nicht in der Zeit 0 erfolgt und dein Brennraum alles andere als geometrisch optimal ist. Das heisst du hast je nach Last, Gasstellung und Drehzahl fluid und thermodynamisch gesehen sehr unterschiedliche Systeme, und du kannst den Motor nur auf einen bestimmten Bereich hin optimieren.
9. Klasse Physik: Wieso benötigt ein 'E-Motor' keine Gangschaltung bzw. warum wird eine Gangschaltung bei Verbrennermotoren benötigt? Die Antworten darauf beantworten gleichzeitig Deine Frage und klären zudem, warum die Zuliefererindustrie vor E-Mobility zittert.
Eigentlich sollte klar sein, dass ein Benziner, oder allg. Verbrenner, nicht ab Drehzahl Null ein Drehmoment bringt. Nein ? Was ist der Witz der Kupplung ? Ein Asynchronmotot bringt genauso bei Drehzahl Null ein Drehmoment. Vielleicht sollte man nicht grad das volle Netz zuschalten, sondern eher eine FU verwenden.
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@Patrick F. (nuernie66): ------------------------- >okay danke :) >Und wieso hat der Verbrenner dann so eine komische Drehmoment-Drehzahl >Kurve? -------------------- Hallo Patrick, der Hauptgrund für die "komische Drehmoment-Drehzahl Kurve" sind die "Fliehkräfte/Massenträgheit" der Kolben + Pleuel. Natürlich spielen auch andere Faktoren eine Rolle, aber die lassen wir für die rein mechanische Erklärung mal weg. Machen wir mal ein Gedankenexperiment: ---------------------------------------- Von einem Motor entfernen wir den Zylinderkopf(=keine Kompression) und treiben ihn mit einem Elektromotor an = reine Drehbewegung. Was passiert? Du verwandelst eine Drehbewegung(Kurbelwelle=KW) in eine geradlinige Bewegung der Kolben (Auf/Ab). Alles ist fest verbunden, d.h. wer nicht mitspielt(KW oder Kolben) bremst das System aus. Die KW freut sich, Drehbewegung mein Metier, hier habe ich den besten Wirkungsgrad. Der Kolben kotzt aber ab: -------------------------- Mann erst werde ich nach oben gejagdt(oberer Totpunkt) und gleich wieder nach unten gerissen(alles fest verbunden). Eigentlich wollte der Kolben auch in seiner Bewegungsrichtung bleiben(Massenträgheit), doch die KW sagt: "Jetzt gehts abwärts". Somit arbeitet der Kolben am Umkehrpunkt(en) gegen das System. Erhöhst du die Drehzahl, sträubt sich der Kolben auf Grund der Massenträgheit immer mehr. -> Du musst auch mehr Leistung reinpumpen bei höheren Drehzahlen. -> Diese Verlustleistung fehlt dir am Wirkungsgrad. -> Je schneller der Motor dreht, um so mehr Verluste. -> Deshalb fällt die Drehzahlkurve ab und bleibt nicht konstant zur Energiezufuhr. Nun zur Kunst der Motorenentwickler: --------------------------------------- MassenTrägheit = Masse(Kolben) x Beschleunigung. Die Massenträgheit sollte klein sein, also 2 Faktoren wo man spielen kann. Den Rest kann sich jeder selbst ausrechnen... Deshalb wurde von Graugußkolben -> Alukolben -> .... gewechselt. Ansatzpunkt war die Masse vom Objekt. Hoffe es etwas verständlich erklärt zu haben. Gruß Stevko
Matthias B. schrieb: > 9. Klasse Physik: Wieso benötigt ein 'E-Motor' keine Gangschaltung bzw. > warum wird eine Gangschaltung bei Verbrennermotoren benötigt? Kupplung OK. Aber ein E-Auto ohne Gangschaltung wäre einem Verbrenner mit nur 2 Gängen noch deutlich unterlegen. typisches Beispiel: Erster Gang mit 1/4 Übersetzung, Drehmomentkurve +70% ab 1/5 der Nenndrehzahl, dan Abfall im letzten drittel, Endgeschwindigkeit 200km/h --> fast 7-fache Beschleunigung ab etwa 10km/h --> 1.7 fache Beschleunigung ab 50km/h bis etwa 140 --> dann langsame Abfall auf die Leistung des E-Motors bis 200.
Patrick F. schrieb: > Ist die Annahme richtig das beide Motoren beim Höchsten Drehmoment im > besten Wirkungsgrad laufen?. Nein. E-Motoren haben ein Drehmoment abhängig vom Magnetfeld, und das hängt vom Strom ab, und der dauerhaft maximale Strom vom Drahtwiderstand udn der Wärmeableitung. So lange die Spulen bei der Kommutierung gegen ihre Induktivität ausreichend schnell mit Strom beschickt werden, kann das Drehmoment gleich hoch bleiben. Wenn der Motor mit eigenem Lüfterrad sich kühlt geht aber bei geringerer Drehzahl nur weniger Dauerleistung. Beim Verbrenner hängt es von der Verwirbelung und Ansaugung etc. ab, geht bei blöden Drehzahlen alles schlechter.
Stevko R. schrieb: > der Hauptgrund für die "komische Drehmoment-Drehzahl Kurve" > sind die "Fliehkräfte/Massenträgheit" der Kolben + Pleuel. Das sehe ich anders. > Von einem Motor entfernen wir den Zylinderkopf Moment mal, man kann doch nicht ein entscheidendes Bauteil von Verbrennungsmotoren weglassen. Schließlich saugen sie ihr Gasgemisch durch die Einlassventile des Zylinderkopfes an. Je höher die Drehzahl, desto weniger Zeit steht für den Ansaugvorgang zur Verfügung. Aufgrund der Strömungswiderstände kann der Zylinder ab einer gewissen Drehzahl nicht mehr hinreichend mit dem Gasgemisch gefüllt werden und die abgegebene Leistung nimmt ab. Ein beliebtes Mittel zur Leistungssteigerung ist es deshalb, sogenannte "scharfe" Nockenwellen einzusetzen. Diese führen zu schnelleren Öffnungs- und Schließvorgängen der Ventile, ermöglichen also eine längere effektive Ventilöffnungsdauer.
Stevko R. schrieb: > Erhöhst du die Drehzahl, sträubt sich der Kolben auf Grund der > Massenträgheit immer mehr. Naja, das Prinzip an sich sträubt sich nicht irgendwie, auch nicht bei höheren Geschwindigkeiten. Im Gegensatz z.B. zu einem Pendel, den man verlustfrei nicht schneller als mit seiner Pendelfrequenz antreiben kann, hat ein System aus Kurbelwelle und Kolben keine Vorzugsgeschwindigkeit oder einen Energieverlust. Abgesehen von der Reibung an Lauffläche und Kugellager.
Okay Beim E-motor ist es mir klar aber da so viele unterschiedliche antworten zum verbrenner kamen Bin ich jetzt verwirrt.
J.-u. G. schrieb: > Stevko R. schrieb: >> der Hauptgrund für die "komische Drehmoment-Drehzahl Kurve" >> sind die "Fliehkräfte/Massenträgheit" der Kolben + Pleuel. > Das sehe ich anders. > >> Von einem Motor entfernen wir den Zylinderkopf > Moment mal, man kann doch nicht ein entscheidendes Bauteil von > Verbrennungsmotoren weglassen. doch natürlich und wenn man in diesem Gedankenexperiment noch ein zweites Teil weg lässt, nämlich die Reibung.. Frag ich mich grad, wo die Energie denn hin verschwindet..?? ;-)
Die obere Drehzahl bei einem Verbrenner ist auch gegeben durch die Explosion des Gemisches. Die Flammenfront hat eine endliche Geschwindigkeit.
und die ist sogar druckabhängig. Namaste
Achim S. schrieb: > Aber ein E-Auto ohne Gangschaltung wäre einem Verbrenner mit nur 2 > Gängen noch deutlich unterlegen. Auf welchen Motorleistungen und Drehmomenten beruht diese Annahme? > Aber ein E-Auto ohne Gangschaltung wäre einem Verbrenner mit nur 2 > Gängen noch deutlich unterlegen. > typisches Beispiel Also enwickelt sich die Autoindustrie mit ihren 6 und mehr Ganggetrieben vollkommen in die falsche Richtung. Achim S. schrieb: > hat ein System aus Kurbelwelle und Kolben keine Vorzugsgeschwindigkeit > oder einen Energieverlust. Mach in einem Gedankenexperiment den Kolben einfach mal 1 Tonne schwer. Und dann bewege ihn mehr oder weniger schnell auf&ab. Und zum selben Thema eine Frage: warum wird versucht, einen "Leichtbaukolben" herzustellen? http://www.schule-bw.de/schularten/berufliche_schulen/berufsschule/gewerblich_technische_berufe/giesserei/fortbildung/2008_guss_und_auto/2008_03_12_Kamp_Neue_Kolbentechnologie_Guss_und_Auto.pdf > Abgesehen von der Reibung an Lauffläche und Kugellager. Nur mal angenommen, ich drehe an der Welle eines Verbrennermotors ganz ohne Kraftstoffzufuhr und Zündung. Die dafür nötige Kraft, Leistung und Energie geht auf jeden Fall im Normalbetrieb "flöten". Und dann drehe ich an der Welle eines Elektromotors. Ich spüre einen Unterschied...
J.-u. G. schrieb: >> Von einem Motor entfernen wir den Zylinderkopf > Moment mal, man kann doch nicht ein entscheidendes Bauteil von > Verbrennungsmotoren weglassen. Doch. Man kann: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/b/b8/Opposite_piston_engine_anim.gif
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Und da gab's doch noch die Kreiskolbenverbrenner waren die nicht auch völlig kopflos? ;) Namaste
Lothar M. schrieb: > Mach in einem Gedankenexperiment den Kolben einfach mal 1 Tonne schwer. > Und dann bewege ihn mehr oder weniger schnell auf&ab. als Gedankenexperiment zeigt das was? wo geht die Energie hin?
Lothar M. schrieb: > Mach in einem Gedankenexperiment den Kolben einfach mal 1 Tonne schwer. MAN Schiffsdiesel: Ich weiss zwar nicht wie schwer Kolben und Pleuel sind, aber bei einer Zylinderbohrung von 1m Durchmesser und 2,7m Hub kommt schon etwas Masse zusammen. Besonders wenn man alle 14 Zylinder zusammenzählt.
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A. K. schrieb: > MAN Schiffsdiesel: Ich weiss zwar nicht wie schwer Kolben und Pleuel > sind, aber bei einer Zylinderbohrung von 1m Durchmesser und 2,7m Hub > kommt schon etwas Masse zusammen. Hmm, der dreht aber auch nur mit knapp 100 rpm.
Robert L. schrieb: > als Gedankenexperiment zeigt das was? Dass du den Kolben nur begrenzt schnell hin- und herschleudern. > wo geht die Energie hin? Da habe ich übersteuert, vergiss das mit der Energie. Beim Wenden des Kolbens steht der (im Idealfall) still und seine Energie wurde in die Nockenwelle abgegeben.
>Dass du den Kolben nur begrenzt schnell hin- und herschleudern.
ja, maximal mit e
Lothar M. schrieb: > Nockenwelle Lothar M. schrieb: > seine Energie wurde in die > Nockenwelle abgegeben. Du solltest mal 'ne Runde an der Matratze horchen? Namaste
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Lothar M. schrieb: > Dass du den Kolben nur begrenzt schnell hin- und herschleudern. Hallo Lothar, mir ist nicht klar, worauf Du hinaus willst. Das eine hohe Schwungmasse nicht schön ist, weil große Kräfte wirken und viel Energie gespeichert wird, d'acord. Und das Materialeigenschaften endlich sind, auch. Aber ob ein Kolben eine Tonne wiegt oder 10, ob er 1000 rpm macht oder 10.000, solange es nicht relativistisch wird spielt es keine Rolle. Das ganze bleibt eine harmonische Bewegung, ohne Reibung läuft sie unendlich lange. Oder habe ich Dich irgendwie missverstanden?
Dieses Thema gerne getrennt: Lothar M. schrieb: > Achim S. schrieb: >> Aber ein E-Auto ohne Gangschaltung wäre einem Verbrenner mit nur 2 >> Gängen noch deutlich unterlegen. > Auf welchen Motorleistungen und Drehmomenten beruht diese Annahme? Es gilt für jeden Wagen, der mit Leistung X die Endgeschwindigkeit 200km/h hat. Also bei dem die Leistung X dem Fahrtwiderstand bei 200km/h entspricht und das Getriebe so ausgelegt ist, dass bei maximaler Leistung (= maximale Drehzahl) genau 200 gefahren werden. >> Aber ein E-Auto ohne Gangschaltung wäre einem Verbrenner mit nur 2 >> Gängen noch deutlich unterlegen. >> typisches Beispiel > Also enwickelt sich die Autoindustrie mit ihren 6 und mehr Ganggetrieben > vollkommen in die falsche Richtung. Nein, eben nicht. Das es mehr Gänge werden zeigt, dass ein Elektroauto bei gleicher Motorleistung auch Gänge braucht. Das dort meist ein Planetengetriebe reicht und alles viel kleiner sein kann, geschenkt. Ein E-Auto ohne Gangschaltung, dass 200 fahren soll und (als Beispiel) 100kW hat, hat bei 20km/h halt nur 10kW. Das macht wenig Spaß und ist bei Steigungen beispielsweise nicht akzeptabel.
> Ein E-Auto ohne Gangschaltung, dass 200 fahren soll und (als Beispiel) > 100kW hat, hat bei 20km/h halt nur 10kW. Nein. Man fängt bei halber Höchstgeschwindkeit (oder früher) mit der Feldschwächung an, dann wären es im Beispiel 20kW bei 20km/h (oder mehr).
Achim S. schrieb: >>> Aber ein E-Auto ohne Gangschaltung wäre einem Verbrenner mit nur 2 >>> Gängen noch deutlich unterlegen. >> Auf welchen Motorleistungen und Drehmomenten beruht diese Annahme? > > Es gilt für jeden Wagen, der mit Leistung X die Endgeschwindigkeit > 200km/h hat Na ja. Richtig ist, daß ein Getriebe das Drehmoment bei geringer Geschwindigkeit steigert, während wir ja wissen, daß der Elektromotor eher nur konstantes Drehmoment abgibt. Um also als Elektromotor bei geringer Drehzahl schon das Drehmoment aufbringen zu können (und damit die Beschleunigung des Wagens erreichen zu können) die ein Verbrennungsmotor mit Getriebe erreicht, muss er deutlich mehr Nennleistung haben (Nennleistung wäre ja die Leistung bei hoher Drehzahl, da Drehmoment konstant steigt Leistung direkt mit Drehzahl und ist bei geringer Drehzahl also niedrig.). ABER: Ein Elektromotor bringt seine Nennleistung bei Dauerlast. Niemand beschleunigt dauernd. In der kurzzeitigen Beschleunigungsphase kann man einem Elektromotor dank thermischer Trägheit deutlich mehr Leistung abverlangen und Strom durchschicken. Wie viel mehr, ist Auslegungssache (vor allem der ansteuernden Elektronik, wie viel Strom die bringt), und die Autohersteller (Tesla, bekannt für gute Beschleunigung) dimensionieren so, daß die (kurzzeitige Beschleunigungs-)leistung des Elektromotors auch ohne Getriebe dem Verbrenner mit Getriebe in nichts nachsteht. Um dann mit geringem Tempo, z.B. 50km/h, nach der Beschleunigung weiter zu fahren, reicht problemlos 25% der Nennleistung bei 200km/h, also dasselbe Drehmoment wie bei 200 nur mit 1/4 der Drehzahl, so daß der Motor auch nicht überhitzt. Die (Elektro-)autohersteller bauen eine gute Überwachung um jederzeit zu wissen, wie viel Leistung sie dem Motor abverlangen können, je nach dem ob dauerhaft, kurzzeitig, ob nach einer Phase hoher Leistung wenn er warm ist, oder kurz zum Bremsen, und moderne Elektromotoren im Auto arbeiten mit Wasserkühlung und anderen Tricks, um hohe Leistung bei kleinem Gewicht zu erbringen. Also: Auch wenn die Theorie sagt, ein Getriebe bringt mehr Drehmoment, ist es bei Elektromotoren verzichtbar.
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Michael B. schrieb: > Niemand > beschleunigt dauernd. In der kurzzeitigen Beschleunigungsphase kann man > einem Elektromotor dank thermischer Trägheit deutlich mehr Leistung > abverlangen und Strom durchschicken. Das ist richtig. Aber dann muss man das auch sagen, für die Leute die Drehmoment und Leistung verwechseln. Also im Klartext: Wenn man aussagt, das Drehmoment eines Elektromotors ist über die Drehzahl konstant (z.B. weil die Ströme nicht höher werden dürfen), dann ist die Fahrleistung ohne Getriebe bescheiden. Akzeptabel ist sie nur, wenn das Drehmoment eben überhaupt nicht konstant ist.
Der Luftwiderstand geht doch quadratisch ein. D.h. Wenn ein Auto 200km/h schafft, dann wird bei 50km/h nur 1/16 der Leistung benötigt. Diese muss dafür 4mal so lange bereit gestellt werden.
Matthias x. schrieb: > Der Luftwiderstand geht doch quadratisch ein. D.h. Wenn ein Auto 200km/h schafft, dann wird bei 50km/h nur 1/16 der Leistung benötigt Das ist wieder eine ganz andere Baustelle, hat mit der Motorkennlinie nichts zu tun, betrifft die Beschleunigung nur indirekt, ist in "unserem" Fahrempfinden schon eingefunden und gilt z.B. nicht für bergauf / Gegenwind.
Gefühlte Daten? oder alternative s.c.n.r. Namaste
Ein Elektromotor dreht wesentlich höher. Ein aktueller Diesel hat aufgrund der Zündverzögerung eine maximale Drehzahl im Bereich 5000 U/Min, der Teslamotor dreht bis zu 18.000 U/Min. Dadurch ist der E-Motor von Haus aus drei-vier mal starker untersetzt und hat entsprechend bei niedrigeren Geschwindigkeiten mehr Drehzahl und Drehmoment. Der E-Motor läuft prakisch immer im ersten Gang, nur dass der eben bis 200 geht. Dazu kommt noch, dass der aus dem Stand heraus Drehmoment liefert. Gruss Axel
Ist ja lustig was hier alles verbreitet wird :) Das ist keine erklärung für mich, das ist nur daher geschmarrtes halbwissen.
hier gibts a interessante Grafik: http://www.cbcity.de/wp-content/uploads/2012/07/Vergleich-Beschleunigung-Tesla-Roadster-S-und-20TFSI.png und a bissl text: http://www.cbcity.de/zur-laengsdynamik-des-tesla-roadster-s
Patrick F. schrieb: > Ist ja lustig was hier alles verbreitet wird :) > > Das ist keine erklärung für mich, das ist nur daher geschmarrtes > halbwissen. Da du Recht hast hier die Kurzform: E-Motor Das Lorenzsche Prinzip(motorprinzip) ist wirkt Feldabhängig der Emotor ist je nach Polkonstruktion und Commutatorkonstruktion einem nahe zu Konstanten Moment des Feldes ausgesetzt. Überlappende Stromflussphasen Bei rotierenden Elektromaschinen kann die Drehzahl deshalb von 0 bis zur strukturellen Belastbarkeit gehen. der Verbrenner arbeitet hingegen Taktzyklisch Die Kontinuität des Kraftflusses wird erst durch die Schwungmasse möglich. Deren Energie ist drehzahlabhängig. Untere Grenze ist jene, bei der der Motor das System über den gesamten Kreisprozess am laufen halten kann. Obere ist jene bei der die Reibungswiderstände die Motorleistung aufzehren bzw. die Verbrennungsgeschwindigkeit von der Kolbengeschwindigkeit eingeholt wird läuft der Kolben schneller als die Flammfront drosselt der Motor sich selbst (Schiebebetrieb/ Motorbremse). Dies entspricht dem Generatorbetrieb einer rotierende E-maschine und ist abhängig vom Erregerfeld.
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@Achim S. > Wenn man aussagt, das Drehmoment eines Elektromotors ist über die > Drehzahl konstant (z.B. weil die Ströme nicht höher werden dürfen), ... Nochmal, zum Mitschreiben: Oberhalb der üblicherweise genutzen Feldschwächung ist die LEISTUNG konstant ... Andersherum betrachtet ist, bezogen auf die Höchstgeschwindigkeit, das Drehmoment bei kleiner Geschwindigkeit höher (ja, und konstant).
Achim S. schrieb: > Ein E-Auto ohne Gangschaltung, dass 200 fahren soll und (als Beispiel) > 100kW hat, hat bei 20km/h halt nur 10kW. Das macht wenig Spaß und ist > bei Steigungen beispielsweise nicht akzeptabel. Wenn man das annimmt, was wie oben beschrieben ja nicht die ganze Wahrheit ist, dann ist zumindest ein Zweiganggetriebe den Fahrleistungen durchaus zuträglich, keine Frage. Aber 10kW bei 20km/h sind auch keine Kleinigkeit. Wenn man nicht gerade einen Sportwagen hat, oder sich für einen Rennfahrer hält, dann kommt man damit schon ganz schön flott voran.
Achim S. schrieb: > Aber ob ein Kolben eine Tonne wiegt oder 10, ob er 1000 rpm macht oder > 10.000, solange es nicht relativistisch wird spielt es keine Rolle. > Das ganze bleibt eine harmonische Bewegung, ohne Reibung läuft sie > unendlich lange. Ähm... Um die Richtung der Kolbenmasse umzukehren muss ich doch Energie aufwenden. Irgendwie steh ich jetzt aufm Schlauch.
Gu. F. schrieb: > Um die Richtung der Kolbenmasse umzukehren muss ich doch Energie > aufwenden. Irgendwie steh ich jetzt aufm Schlauch. Ohne Betrachtung der Kurbelwelle ist das tatsächlich schwer zu verstehen.
Gu. F. schrieb: > Um die Richtung der Kolbenmasse umzukehren muss ich doch Energie > aufwenden. Rate mal, warum Verbrennungsmotoren eine Schwungmasse besitzen.
Passt nicht 100% zur Frage, geht aber in die Richtung und hat hübsch animierte Bilder: http://www.brucewilles.de/massenausgleich.html
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Gu. F. schrieb: > Um die Richtung der Kolbenmasse umzukehren muss ich doch Energie > aufwenden. Irgendwie steh ich jetzt aufm Schlauch. Mit ein wenig Nachdenken bin ich auch auf den Dreh gekommen: die Richtung des Kolbens wird nicht "ruckartig" umgekehrt. Denn der Kolben bewegt sich zum "Umkehrzeitpunkt ja schon gar nicht mehr, sondern er hat seine gesamte Bewegungsenergie in die Kurbelwelle abgegeben. Und ab dem Umkehrzeitpunkt verlagert die Kurbelwelle wieder Energie in den Kolben, die der bald danach wieder in die Kurbelwelle abgibt. Usw...
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