Ich brauche einen Leistungemesser für dynamische Rotationskräfte für die Brechnung der Leistung bei Fährrädern und Mofas. Angeschlossen wird die angetriebene Achse, z.B. auf einer Rolle auf der das Antriebsrad steht. Die Genauigkeitsanforderungen liegen im Bereich 2%. Ich habe mir überlegt, einen Elektromotor, bzw einen Generator zu nehmen und den zu kalibieren, um einfach die elektrische Leistung zurückzurechnen. Einen Lastwiderstand würde Ich beschaffen können. Mit welchen Leistungen kann man da rechnen? Wie kalibiert mal das System ein Einfachsten?
Falls jemand einen Generator kennt, den man kalibieren kann oder der es schon ist und der dafür taugt, wäre Ich natürlich auch dankbar. Schönen Feiertag noch!
Gast
#5043419
Strom und Spannung messen was der Generator liefert, und dann: Leistung = Spannung * Strom P = U * I Wirkungsgrad des Generators ermitteln und das dann noch dazu addieren.
Ja, so ungefähr. Über die Verluste habe Ich mir schon Gedanken gemacht, weil ja die Rollen einen Widerstand haben, wie auch der Anpressdruck der Reifen. Meine Frage ist halt, welchen Generator man da am Besten nimmt und wie man den vermisst und betreibt. Ein Fahrraddynamo wäre ein solches System, aber der nimmt nicht genug Leistung auf, weil er im Kurzschluss entweder nicht genug bremst, oder durchrutscht. Der Motor muss mindestens soviel Leistung aufnehmen können, wie von den Reifen auf die Strasse gehen. Ich habe jetzt mal angenommen, dass es 2kW sein müssten, weil die gedrosselten Mopeds mit 50ccm, in etwa 3PS haben. Radfahrer sollten da nicht drankommen. Hat jemand einen Tipp? Laufen soll das wie hier: http://www.sick-fm.de/m/synchron-2.html Wenn Ich es richtig verstanden habe, brauche Ich nur einen Lastwiderstand als Ohmschen Verbraucher, z.B. Heizwiderstände und muss dann Strom und Spannung AC-mässig messen. Brauche Ich dann exakte Wechselstrombetachtung mit einer Integration für dP = I x U dt für alle Phasenwinkel oder kann man das mit dem gemittelten AC Effektivwert und dem Spannungswert durch Multiplikation? Die zu messenden Leistungen sind jeweils über 10 Sekunden konstant, damit man es messen kann.
Naja, wenn der Generator Wechselstrom macht, sollte man diesen Wechselstrom messen und auch so verrechenen. Was ist schwierig daran ? Und wie lange die Leistung konstant ist, ob 1 ms oder 100 ms sollte ja egal sein. Dabei ist anzumerken, dass ein effektivwert auf einer kurzen Zeitskala gar nicht existiert. Ein Effektivwert ist eine gemittelte Groesse. Also ja. Die Instantane Leistung ueber die Zeit aufintegrieren. Das macht jeder Controller nebenher, dh ohne Vollast.
2% Genauigkeit sind sportlich. Hast du dir Gedanken über die Walkarbeit zwischen Reifen und Rolle gemacht? Die ist nicht zu vernachlässigen. Als Generator könntest du zwei 14V/150A "Lichtmaschinen" vom Schrottplatz nehmen. Als Lastwiderstände kann man Glühkerzen vom Diesel nehmen, die dann in Wasser stecken. Für kurze Messungen reicht eine Badewanne, sonst muss es ein richtiger Kreislauf sein mit Pumpe und Kühler+Lüfter. Eine reine Luftkühlung der Lastwiderstände wird schwierig werden. Ein völlig anderer Ansatz ist eine Halbachse vom PKW mit innen belüfteter Scheibenbremse dran (auch vom Schrott). Diese Bremsen können problemlos einige kW Dauerleistung. Der Bremsdruck lässt sich per Kolben/Spindel gut einstellen. Die Leistungsmessung ist dann das Bremsmoment (Kraft und Hebelarm), gemessen per preiswerte Waage. Viel Spaß bei dem Projekt!
Einen Widerstand zu verwenden ist natuerlich Schrott. Die Kennlinie des Widerstandes bezueglich der Drehzahl ist quadratisch, weil die Spannung linear zur Drehzahl ist, und die zugehoerige Leistung quadratisch. Und dann noch Gluehlampen, die haben kalt einen viel geringeren Widerstand wie warm. Und sind empfindlich auf Ueberspannung. Gewisse Motore haben eine bevorzugte Drehzahl, und dort sollte man auch messen. Noch besser misst man die Leistung in Abhaengigkeit der Drehzahl. Bedeutet, die Last muss einstellbar sein. Alternativ kann man auch eine Pumpe antreiben, per Ventil belasten, und dabei Druck und Volumenstrom messen.
Sapperlot W. schrieb: > Einen Widerstand zu verwenden ist natuerlich Schrott. Die Kennlinie des > Widerstandes bezueglich der Drehzahl ist quadratisch, weil die Spannung > linear zur Drehzahl ist, und die zugehoerige Leistung quadratisch. Die Lösung ist üblicherweise, dass man die Erregung des Generators mit geeigneter Software steuert.
Gast
#5044507
Also eigentlich ist die Kennlinie der Last ja egal, solange man Strom und Spannung der erzeugten Leistung hat. Hauptsache man hat das Verhälnis der mechanischen Eingangsleistung zur elektrischen Umsetzung. Das zu eichen, dürfte das Problem werden.
Rechner schrieb: > Das zu eichen Den meisten Nutzern von Motorprüfständen geht es weniger um die absoluten Werte als um eine Optimierung. Insofern ist alles relativ... Wer absolut messen muss (für Zulassungen zB), der braucht eichfähige Gerätschaften und keinen Eigenbau.
Gast
#5044897
> Wer absolut messen muss (für Zulassungen zB), der braucht eichfähige > Gerätschaften und keinen Eigenbau. DKD-Kalibrierung geht auch ... --- Als Messmethode wäre auch die Verwendung von Drehmoment- und Drehzahlmesser denkbar. Die mechanische Leistung könnte von einer (zur Not von Hand) einstellbaren Bremse aufgenommen werden.
Habe hier mal was gefunden: Ich hatte das hier einst angedacht, um eine ungefähre Angabe zu haben. Ist ein Fahrradtrainer mit Luftwirbelbremse, an die eine elektrische Bremse angeschlossen war. Damit konnte man die Last regeln und indirekt auf die Gesamtlast schließen. Zum Einstellen kann man Ausrollversuche machen und die Gleichung aufstellen, für den Luftwiderstand und den Rollwiderstand und durch Änderungen der Übersetzungen plausibilieren. Die Verluste der Ketten sind dabei ungefähr linear zur Drehzahl, weil sie zunächst quadratisch sind und invers linear zur Spannung = Drehmoment. Ausserdem gibt es Drehmomentmesser fürs Fahrrad, die in der Kurbel stecken, einseitig und zweiseitig. Damit könnte man das Gesamtsystem kalibrieren. Ein Problem ist der Rollwiderstand der Reifen, der ist bei geringen Drehzahlen relativ etwas höher, als bei höheren, wegen der endlichen Dekompressionsgeschwindigkeit des Gummis. D.h. die Verlsute wachsen nicht ganz linear. Probleme machen da auch Noppenreifen. Die zittern und rutsch und haben Schlupf und ein nichtlineares Verhalten. Dazu gibt es Schwingungseffekte und Resonanzen. Den Wirkungsgrad des Motors habe Ich angenähert, indem ich zwei verwendet habe und den einen mit dem anderen angetrieben habe. Kurve aufnehmen für allemöglichen Drehzahlen. Dann einfach der Wg über den Strom bestimmen und die Wurzel ziehen. Leistungen fürs Fahrrad wären bis zu 200 U/min im Leerlauf, real bis 120 bei Vollast (2/s), Sprinterleistungen gehen in Richtung 2000 Watt. Bei Fahrradleistungen ist zu berücksichtigen, dass bei hohen Trittfrequenzen und geringen Lasten, das Meiste in die Beinbeschleunigung geht, die nur zu 40% in Drehleistung umgesetzt werden kann.D.h. die biomechanischen Verluste steigen mit der Drehzahl mehr, als linear an. Für 80 UPM kann man 30 Watt Verluste annehmen, bei 120 UPM sind es schon an die 90 Watt.
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Danke schon mal, bei den Recherchen habe Ich gesehen, dass es vom Drehmoment bei den E-biks knapp werden kann! Hat jemand einen Tip, woraus man die Rollen bauen könnte, damit sie Haftung haben? @Juergen: Diese Drehmomentmessgeräte beim Fahrrad habe Ich gefunden, sind aber entsetzlich teuer!!!! @Elektrofran: Könntest Du diese "DKD" Kalibrierung etwas ausführen?
Kai D. schrieb: > woraus man die Rollen bauen könnte, damit sie Haftung haben Ich kann dir nur sagen, was nicht funktioniert: Stahl mit 100mm Durchmesser, Oberfläche stark aufgeraut. Nach weniger als 10 Betriebsstunden war der Reifen zur Glatze geworden. Die Rolle muss einen möglichst großen Durchmesser haben. Die Oberfläche könnte durch Sandstrahlen besser werden.
Gast
#5057739
Kai D. schrieb: > > Mit welchen Leistungen kann man da rechnen? > Wie kalibiert mal das System ein Einfachsten? Kai D. schrieb: > Ich brauche einen Leistungemesser für dynamische Rotationskräfte > für die > Brechnung der Leistung bei Fährrädern und Mofas. Angeschlossen wird die > angetriebene Achse, z.B. auf einer Rolle auf der das Antriebsrad steht. > > Mit welchen Leistungen kann man da rechnen? > Wie kalibiert mal das System ein Einfachsten? Baue eine Glühbirne an und vergleiche die Helligkeit. Geht am schnellsten.
Georg G. schrieb: > Ich kann dir nur sagen, was nicht funktioniert: Stahl mit 100mm > Durchmesser, Oberfläche stark aufgeraut. Nach weniger als 10 > Betriebsstunden war der Reifen zur Glatze geworden. Erstaunlich. Bei den Trainingsgeräten mit Luftbremse haben die auch nur so 3cm Durchmesser. Allerdings sind die glatt und man darf nicht beliebig hart beschleunigen oder Bremsen, weil die Haftung nicht reicht und der Reifen sonst durchrutscht und einen Bremsplatten bei bei der Formel1 erzeugt :D > Die Oberfläche könnte durch Sandstrahlen besser werden. Die sind (spätestens nach einer Weile) spiegelglatt. Kritisch ist der Anpressdruck. Der variiert mit dem Reifendruck, der sich beim Fahren durch die Erwärmung erhöht. Eigentlich müsste man das immer wieder neu kalibrieren. Für die physiologischen Leistungsmessungen nimmt man daher den Druck an der Kurbel und bei der Spiroergometrie direkt den Sauerstoffverbrauch.
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Jürgen S. schrieb: > weil die Haftung nicht reicht und der Reifen sonst durchrutscht und > einen Bremsplatten bei bei der Formel1 erzeugt :D Und ich hab mich schon immer gefragt, wo die Bremsplatten in der Formel1 hergekommen. Die Tour de France-Strampler sind schuld, wenn sie beim Warmfahren auf der Rolle zu dolle reintreten. Scnr
Gast
#5060354
@ Kai Delling: http://www.ptb.de/cms/de/metrologische-dienstleistungen/dkd.html (ist wahrscheinklich auch zu teuer ...)
Gast
#5060484
Wie wäre es statt einer Rolle ein Förderband oder einen entsprechend breiten Reifen zu verwenden? 2% über einen größeren Dynamikbereich wird sich nur mit einen Drehmomentgeber (https://www.hbm.com/de/)realisieren lassen, speziell wenn Du die Unsicherheit mit Kraftübertragung Reifen berücksichtigst.
Gast
#5060679
Die Polizei hat doch solche portablen Dinger, mit denen sie die Mopeds testen. Die könnten Leistung und Drehzahl und damit hätte man auch das Drehmoment. Sind möglicherweise nicht besonders genau. Mit einem Stromgenerator müsste die Aufgabe eigentlich am Einfachsten sein - oft bekommt man sogar schon eine Drehmoment und Wirkungsgradkurve zu den Typen. @Petra: Solche Förderbänder sind nicht für hohe Geschwindigkeiten gemacht. Ich sehe das bei unserem Laufband: Das ist für 25km/h Maximum ausgelegt. Da kannst Du nicht mal rennen, ohne dass es schlingert und stockt. Die Mopeds fahren doppelt so schnell.
Ich habe das Projekt erst einmal etwas herunterpriorisiert, bis noch etwas Theorie geklärt ist: Beitrag "Modellierung der Magnetisierung von Metallen"
Sapperlot W. schrieb: > Einen Widerstand zu verwenden ist natuerlich Schrott. Die Kennlinie des > Widerstandes bezueglich der Drehzahl ist quadratisch, weil die Spannung > linear zur Drehzahl ist, und die zugehoerige Leistung quadratisch. Das fände Ich jetzt aber nicht hinderlich. Bei Messtechnikschaltungen werden auch Kalibrierzweige verwendet, wo Widerstände zur Kompensation eingesetzt werden. Die werden zwar nicht übermässig heiss, ändern aber dennoch ihren Widerstand. Dieser wird gemessen und damit kann man sogar das Verhalten, welches von dem idealen P=I*I*R abweicht, über das R(T) bestimmen. Indirekt geschieht das schon über die Messung von I und U, wenn man beides genau genug hat. U sollte kein Problem sein, für I braucht es gfs einen galvanisch entkoppelten Stromsensor, der das System nicht belastet. Ich denke, dass der Motor und seine Kennlinie eher das Problem sein dürfte.
Jürgen S. schrieb: > Ein Problem ist der Rollwiderstand der Reifen, der ist bei geringen > Drehzahlen relativ etwas höher, als bei höheren, wegen der endlichen > Dekompressionsgeschwindigkeit des Gummis. D.h. die Verlsute wachsen > nicht ganz linear. Probleme machen da auch Noppenreifen. Die zittern und > rutsch und haben Schlupf und ein nichtlineares Verhalten. Dazu gibt es > Schwingungseffekte und Resonanzen. Warum ist das relevant? Interessant ist doch die Leistung am Rad, und die bekommst du nur abzüglich der Walkverluste. Wenn dich die Leistung der Antriebsmaschine/Mensch interessiert, müsstest du auch noch Kettenverluste, Planschverluste im Öl und vieles mehr im Antriebsstrang berücksichtigen.
Ja, wobei die Kettenverluste und alles, was von den Lagern kommt relativ konstant ist und damit leicht berechenbar bleibt. Der Anpressdruck des Reifens ändert sich aber schon beim Einfahren durch die Erwärmungung. Das kann man regelrecht spüren. Das wird schwer zu kalibrieren sein. Die professionellen Geräte, die heute im Sport eingesetzt werden, haben daher auch eine Regelung der Last, bzw man spannt sie direkt in den Hinterbau und umgeht damit einen Teil der Probleme. Der eleganteste Weg ist die Messung der Pedalkraft oder der Kurbelkaft. Dann hast Du sogar Kraftvektoren und die Pulse ohne die Dämpfung des Systems. Leider braucht man dann in jeder Pedal / Kurbel ein Messsystem.
Ich hatte ehrlich gesagt, die wage Hoffnung, daß solche Spiele wie Reifendrücke, Alterung, Befestigungseffekte und andere Verluste, durch regelmäßiges Kalibrieren wegbekomme. Die Idee wäre, statt des Testobjekts einen Elektroantrieb mit bekannter Leistung einzuspeisen und dann den Testantrieb zu vermessen.
Das bringt mich auf eine andere Idee: Es geht wieder um die rekursive Leistungsmessung, also einmal den Motor als Antrieb und einmal als Generator und damit den Wirkungsgrad ausmessen: Wie wäre es denn, wenn Du das angetriebene Fahrzeug in den Leerlauf bringst, also Schub auf das System gibst? Der Motor (vormals Generator) schiebt dann das System an und anhand der Leistung im Gleichgewicht teilen sich beide die Verluste des Systems. Zudem könnte man den Motor als Unbekannte mit die Gleichung nehmen und dann einmal Leer (ohne Testfahrzeug) fahren und den Motor die Verluste bei dieser Drehzahl überwinden lassen. Damit müssten sich die Verluste, die von der Last und vom Motor kommen, von denen, die vom Testfahrzeug und dessen Reifendruck kommen, trennen und berechnen lassen.
Die Idee ist nicht über, aber dann doch zu kompliziert. Elektrofan schrieb: > (ist wahrscheinklich auch zu teuer ...) Gerongfügig. Ich habe das Projekt gekippt.