Forum: Mechanik, Gehäuse, Werkzeug Motor mit höchster Leistungsdichte?


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von A. B. (sfalbuer)


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Moin!

Ich habe mich gefragt ob es ein Diagramm gibt (gibts es bestimmt) welche 
Motortypen in welcher Leistungsklasse die beste Leistungsdichte 
aufweisen? Nicht nur Gewicht sondern auch Volumen. Die Frage ist 
natürlich nicht einfach zu beantworten, da ein DC-Motor bei hoher 
Drehzahl evtl. eine hohe Leistung hat, das Volumen durch ein benötigtes 
Getriebe wieder steigt weshalb z.b ein Schrittmotor letztlich besser 
abschneidet.

Ganz konkret geht es um den Vergleich von NEMA15 Motoren mit ähnlich 
großen DC-Getriebemotoren.


Gruss

A.B

von Harald W. (wilhelms)


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A. B. schrieb:

> Die Frage ist
> natürlich nicht einfach zu beantworten, da ein DC-Motor bei hoher
> Drehzahl evtl. eine hohe Leistung hat, das Volumen durch ein benötigtes
> Getriebe wieder steigt weshalb z.b ein Schrittmotor letztlich besser
> abschneidet.

Grundsätzlich wird ein Schrittmotor immer grösser und schwerer als
ein Gleichstrommotor mit gleicher Leistung sein.

: Bearbeitet durch User
von Rainer D. (rainer4x4)


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Hochtourige bürstenlose Motoren mit Neodyn Läufer erscheinen mir eine 
sehr hohe Leistungsdichte zu haben.
ZB die Motoren in Dyson Staubsaugern mit rund 350W bei etwa 100.000Umdr. 
von einem ca. 10mm x 10mm kleinen Läufer.

von Michael_Ohl (Gast)


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Selbst das Spielzeugmotörchen in meinem Kangoo ZE, Wassergekühlt und 
ohne Permanentmagnete leistet bis zu 100kW Dauerleistung nach aussage 
von Conti. Im Kangoo ist der auf 44kW Dauerleistung und 65kW 
Spitzenleistung eingestellt. Länge etwa 320mm Durchmesser 220mm.

mfG
Michael

von Praktiker (Gast)


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Hallo

wie du es schon selbst erwähnt hast ist das zuverlässig und ehrlich gar 
nicht so einfach zu sagen:

Wird auf die Dauerleistung oder eine zeitlich begrenzte Leistung Bezug 
genommen. Kann der Motor ohne bzw. mit konventioneller Kühlung 
(Ventilatorrad an der Welle) auskommen oder ist eine umfangreichere und 
aufwendigere Kühlung notwendig - welche die Leistungsdichte des 
Gesamtsystem Motorantrieb in der Nutzanwendung wieder senkt.
Wie hoch ist die angestrebte Nutzungsdauer ("Lebensdauer") des Motors - 
je geringer umso höher ist tendenziell die Leistungsdichte - siehe die 
BLDC Motoren im Hochleistung Modellbau welche teilweise 
Kurzzeitleistungen (aber schon über mehrere Minuten - also nicht 
vergleichbar mit den extrem kurzen Impulsleistungen in vielen Bereichen 
der E- und Lasertechnik wo teilweise mit MW bis zu GW "geprahlt" wird - 
was sich bei einmaligen Impulsen im µS oder gar nS Bereich dann aber 
sehr schnell wieder relativiert ) bis in den KW Bereich haben bei 
Baugrößen von deutlich kleiner als einer Coladose.


Wenn es um echte und zuverlässige Dauerleistung und Nutzungsdauer von 
vielen 1000 Betriebsstunden geht (Jahrzehnte lange Nutzung) würde ich 
sagen schaue dich im Bereich der Asynchron Kurzschlussläufermotoren im 
Bahnbereich um.
Falls es absolut um die höchste Leistungsdichte geht dann wohl BLCD im 
Modellbau (bei wenigen 10 Stunden "Lebensdauer") oder eventuell bei 
Motoren in der Medizintechnik und oder µMechanik (Piezo?) - du fragst ja 
rein nach der Leistungsdichte und nicht den eigentlichen Leistungen.

Praktiker

von MaWin (Gast)


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A. B. schrieb:
> Motor mit höchster Leistungsdichte?

BLDC mit Neodym hat die höchste Leistung, wassergekühlt oder noch 
krasser (Flüssigstickstoff), und je kurzlebiger sie sein dürfen 
(Modellbaumotor) um so höher.

> Ganz konkret geht es um den Vergleich von NEMA15 Motoren mit ähnlich
> großen DC-Getriebemotoren

NEMA ist nur die Flanschgrösse, aber du kennst wohl nichts anderes als 
Schrittmotore darunter.

Die haben natürlich eine VIEL GERINGERE Leistungsdichte als DC Motore, 
mit oder ohne Bürsten.

von A. B. (sfalbuer)


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> NEMA ist nur die Flanschgrösse, aber du kennst wohl nichts anderes als
> Schrittmotore darunter.

Schon klar, aber ich meinte in dem Fall Schrittmotoren. Die Länge des 
Motors ist bei den Standarddinger begrenzt und damit auch das Volumen 
bzw. das Drehmoment.

>
> Die haben natürlich eine VIEL GERINGERE Leistungsdichte als DC Motore,
> mit oder ohne Bürsten.

Wie schon gesagt, das stimmt auf der ersten Blick, aber alle genannten 
Beispiele holen die Leistung aus der Drehzahl. Für ein 
Modellbau-Elektroflugzeug mag das ideal sein, für einen kleinen Antrieb 
mit viel Drehmoment aber wenig RPM brächte man wieder ein Getriebe. Das 
bedeutet Gewicht, Volumen und letztlich auch eine Minderung des 
Wirkungsgrades.

Dass die Leistung letztlich thermisch begrenzt ist stimmt auch, aber mir 
geht es um den Dauerbetrieb mit konstanter Leistung :)

: Bearbeitet durch User
von MaWin (Gast)


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A. B. schrieb:
> Das bedeutet Gewicht, Volumen und letztlich auch eine Minderung des
> Wirkungsgrades.

Irrelevant, Schrittmotore sind dennoch immer schlechter.

von was (Gast)


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Die Frage kann man nur mit konkretem Beispiel beantworten, allein schon 
weil die Leistungsdichte sich bei unterschiedlichen Motortypen in 
Abhängigkeit von der Baugröße unterschiedlich verändert.

Bei BLDCs bleibt die Leistungsdichte eher konstant, bei Steppern und 
Synchronmaschinen haben größere Maschinen eine zunehmend hohe 
Leistungsdichte und überholen die BLDCs irgendwann auch.

Schrittmotoren haben konkurrenzlos das höchste Drehmoment bei gegebener 
Baugröße, dafür lassen sich Bürsten-DC Motoren mit Abstand am besten in 
Überlast betreiben und BLDCs haben das beste 
Drehmoment/Trägheits-verhältnis und dadurch das dynamischste 
Beschleunigungsverhalten.

Hat alles seine Daseinsberechtigung.

von A. B. (sfalbuer)


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Vermutlich stimmt das, habe mir mal ein paar Datenblätter von Faulhaber 
angeschaut. Ein Getriebe frisst ca. 10% der Leistung, je nach 
Untersetzung. Bleibt also nur noch das Genauigkeits/Preisverhältnis wo 
der Schrittmotor punkten kann.

von Karl (Gast)


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A. B. schrieb:
> Für ein
> Modellbau-Elektroflugzeug mag das ideal sein, für einen kleinen Antrieb
> mit viel Drehmoment aber wenig RPM brächte man wieder ein Getriebe. Das
> bedeutet Gewicht, Volumen und letztlich auch eine Minderung des
> Wirkungsgrades.

Einen Drehzahlbereich an der Ausgangswelle hast du in der Frage nicht 
angegeben. Das Drehmoment ist auch mechanisch begrenzt, sodass dir die 
hohe Leistungsdichte des Motors ggf. nichts bringt. Die Definition von 
viel Drehmoment aber wenig RPM ist sehr schwammig. Zwischen 100 Watt bei 
30.000 U/min und 0,032 Nm und 100 Watt bei 1 U/min und 960 Nm ist halt 
gewaltig. bei letzterem muss die Welle (bei gleichem Material) 13mal so 
dick sein. Und da müssen dann noch Lager drum.

von Pandur S. (jetztnicht)


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Es gibt Langsamlaeufer und es gibt Schnellaeufer. jeder fuer seine 
Anwendung. Ein Getriebe ist generell ein Verlust und sollte vermieden 
werden.

von Volker B. (Firma: L-E-A) (vobs)


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Eine gute Ausgangsbasis für eine erste Abschätzung liefert die Essonsche 
Ausnutzungsziffer, siehe z.B.
https://de.wikipedia.org/wiki/Essonsche_Ausnutzungsziffer

Aus der angegebenen Formel kann man auch interessante Zusammenhänge 
entnehmen. So ist der Quotient Pi/n ein Drehmoment (es fehlt nur der 
Faktor 2 pi) und dieses Moment ist proportional zum Rotor- bzw. 
Bohrungsvolumen einer el. Maschine.

...und natürlich gilt das nur für "richtige" Maschinen. Bei 
"Spielzeugmotörchen" sind die Dreckeffekte nicht mehr vernachlässigbar, 
wie z.B. das Volumen von Kommutator und Bürstenhalter bei einer 
Gleichstrommaschine.

Grüßle
Volker

: Bearbeitet durch User
von Maxe (Gast)


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Als ich vor ein paar Jahren nach einem Motor mit 750W bei 3000u/min 
geschaut habe, waren permanentmagnetische Synchronmaschinen das 
Leichteste und Kompakteste, das ich finden konnte. Asynchronmaschinen 
waren doppelt so schwer und doppelt so gross (grob gesagt), bei 
aehnlicher Leistung.

von Udo S. (urschmitt)


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Sorry off-topic, aber so kann ich das nicht stehen lassen:

Praktiker schrieb:
> also nicht
> vergleichbar mit den extrem kurzen Impulsleistungen in vielen Bereichen
> der E- und Lasertechnik wo teilweise mit MW bis zu GW "geprahlt" wird

"geprahlt" wird eher im Modellbau, in der Forschung und Entwicklung 
werden eigentlich eher nüchtern nach bestem Wissen und Gewissen erzielte 
Werte angegeben. Dass Arbeit Leistung mal Zeit ist muss man den dort 
tätigen Personen nicht erklären.

A. B. schrieb:
> Ganz konkret geht es um den Vergleich von NEMA15 Motoren

Was hat die angefragte Motorgröße des TOs denn mit Bahnantrieben zu tun?

Praktiker schrieb:
> Wenn es um echte und zuverlässige Dauerleistung und Nutzungsdauer von
> vielen 1000 Betriebsstunden geht (Jahrzehnte lange Nutzung) würde ich
> sagen schaue dich im Bereich der Asynchron Kurzschlussläufermotoren im
> Bahnbereich um.

von Udo S. (urschmitt)


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A. B. schrieb:
> Wie schon gesagt, das stimmt auf der ersten Blick, aber alle genannten
> Beispiele holen die Leistung aus der Drehzahl. Für ein
> Modellbau-Elektroflugzeug mag das ideal sein, für einen kleinen Antrieb
> mit viel Drehmoment aber wenig RPM brächte man wieder ein Getriebe. Das
> bedeutet Gewicht, Volumen und letztlich auch eine Minderung des
> Wirkungsgrades.
>
> Dass die Leistung letztlich thermisch begrenzt ist stimmt auch, aber mir
> geht es um den Dauerbetrieb mit konstanter Leistung :)

Du solltest so langsam gemerkt haben, dass man mit so einer 
unspezifischen Frage wie deiner nur unspezifische Antworten bekommt, mit 
denen man in den meisten Fällen genau NICHTS bzgl. seines Problems 
anfangen kann.

Entweder du fasst jetzt mal alle Eckdaten deines konkreten Problems 
zusammen oder der Thread wird munter weitergehen ohne irgenwelche 
konkreten Ergebnisse zu liefern

Dein Problem, dein Thread, deine Entscheidung!

von Elektrofan (Gast)


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> ... "geprahlt" wird eher im Modellbau, in der Forschung und
> Entwicklung werden eigentlich eher nüchtern nach bestem Wissen
> und Gewissen erzielte Werte angegeben.

Vielleicht früher mal.
Die paar verbliebenen F&E-ler, die das heute noch so machen,
laufen verstärkt Gefahr, dass sie demnächst einfach durch die von
"uns" eingeladenen, neu hinzukommenden 'Fachkräfte/Innen'
substituiert werden ...

von Udo S. (urschmitt)


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jaja, das Übliche. Passiert mir auch, aber man sollte manchmal einen 
Schritt zurücktreten:
https://bildungswissenschaftler.de/5000-jahre-kritik-an-jugendlichen-eine-sichere-konstante-in-der-gesellschaft-und-arbeitswelt/

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