Zitat:
Zitat von Joe728i
Hallo, ich hoffe mir kann jemand das alles ganz genau erklären...
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Das kostet viel Zeit und ist auch anschaulicher bei einem Stammtisch/Treffen.
Stelle dir vor, Du sollt am nach vorn gestreckten Arm eine 1kg Hantel halten. An deinem Arm/Hebelarm greift deine Kraft an. Das bezeichnet man als Moment. Da der Arm eine Drehbewegung nach unten ausführen würde ist es ein Drehmoment.
Wie groß wäre es? (Hinweis ich nehme nicht genaue Zahlen, sondern anschlauliche gerundete, ebenso lasse ich die Winkel raus, es geht um das Verständnis).
Wenn dein Arm 1m lang ist und am Armende ein Gewicht gehalten wird ist es recht einfach. Zuerst die Kraft ausrechnen. Kraft ist Masse mal Beschleunigung. Auf der Erde gilt Erdbeschleunigung von 10m/s². Also ist die Kraft 10Newton kurz 10N.
Das Drehmoment ist Kraft mal Hebelarm, also 10N mal 1m sind 10Nm.
Wenn Du also den Arm so hältst, dreht Du mit 10Nm entgegen und das Gewicht bleibt an der Stelle, am gestreckten Arm vor Dir.
Wie ist das im Auto, und was ergibst dich daraus?
Wichtige Zusammenhänge sollte man vorher wissen.
Kraft ist Masse mal Beschleunigung. (oben schon verwendet)
Man benötigt mehr Kraft einen schweren Körper zu beschleunigen. Genau so ist bei gleicher Masse und größerer Beschleunigung die Kraft größer.
Arbeit ist Kraft mal Weg.
Je länger der Weg um so mehr Arbeit hat man. Wendet man bei gleichen Weg mehr Kraft auf, ist die Arbeit größer
Leistung ist Arbeit pro Zeit.
Je schneller man mit der Arbeit fertig ist, um so größer ist die Leistung.
Zurück zum Drehmoment.
Woher kommt es beim Motor? Durch die Explosion im Brennraum wird über einen Hebel der Kurbelwelle das Drehmoment erzeugt.
Je größer der Druck bei der Explosion um so größer ist das Drehmoment.
Wenn man mal inne hält und überlegt, wovon der Druck abhängt ist es recht einfach. Je größer der Hubraum ist, desto größer ist der Druck. Wenn man den Hubraum nicht erhöhen kann oder möchte, kann man einfach einen Turbo einbauen. Der Druck bei der Verbrennung nimmt zu und somit das Drehmoment.
Das hängt alles miteinander zusammen.
Es gibt eine allgemeine Formel für das Drehmoment eines Verbrennungsmotors:
Drehmoment = Druck * Volumen * Konstante Diese Konstante in der sind ein paar "Unwägbarkeiten" zusammengefast aber dadurch ist es anschaulicher
Das was jetzt noch stört ist, dass sich der Motor ja dreht. Er macht es dauernd, zu jedem Zeitpunkt einer Umdrehung. Um bei dem Bild mit dem ausgestrecktem Arm und der Hantel zu bleiben friert man den Motor einfach ein indem man ein Foto macht. Wenn also ein Motor 200Nm Drehmoment hat, könnte man es sich so als Foto vorstellen, dass an der Kurbelwelle ein Hebel mit einem Meter Länge montiert ist und am Ende ein Gewicht mit 20kg, wie der menschliche Arm, der 20kg vor sich hält.
Da alles relativ ist, kann man auch sagen, dass der Motor den Hebel immer mit 200N Kraft dreht. Das sind dann wieder die 200Nm.
Der Motor dreht sich. Was passiert dadurch und was ist eine Drehung? Die Drehung ist eine Bewegung, es wird eine Strecke zurückgelegt und das passiert innerhalb einer Zeit.
Stellt man sich nun am Motor einen angeschweißten Hebel von einem Meter Länge vor, dann legt das Ende Hebels einen Weg zurück. Das passiert bei jeder Umdrehung innerhalb einer gewissen Zeit, also pro Zeit.
Kraft mal Weg ist Arbeit. Der Motor verrichtet Arbeit. Und durch die Drehung macht er es innerhalb einer gewissen Zeit. Arbeit pro Zeit ist Leistung. Der Motor entwickelt eine Leistung wenn er sich dreht.
Man kann es wieder in eine Formel pressen.
Leistung = Drehmoment * Drehzahl * KonstanteXY
In der KonstanteXY sind auch ein paar "Unwägbarkeiten" zusammengefasst und dadurch ist es anschaulicher
Das Produkt zweier Konstanten ist auch eine Konstante diese ist etwa 0,000104712042. Wenn man nun alles zusammenfasst kommt man auf
Leistung = Drehmoment * Drehzahl * 0,000104712042
(die Leistung ist in kW, Drehmoment in Nm und Drehzahl in U/min)
Das ist wenn man so will die Tuningformel.
Wenn man mehr Leistung haben möchte muss man "nur" die Drehzahl oder das Drehmoment erhöhen oder beides zusammen.
Der Drehmoment ist abhängig vom Druck und Volumen, aber das hatten wir ja schon oben.
Das gilt für Diesel und Benziner gleichermaßen.
Der Vorteil des Diesel ist der höhere Druck bei der Verbrennung (viel Drehmoment), leider kann er nicht so hoch drehen. Den geringeren Druck macht der Benziner durch eine höhere Drehzahl wieder wett.
Wenn man sich mal die Zahlenwerte vor Augen hält wird es deutlich.
Leistung = Drehmoment * Drehzahl
Wenn ein Motor 300Nm Drehmoment hat und 4500U/min dreht ist es rechnerisch genau so wie ein Motor mit 400Nm nur 3375U/min dreht. Geringe Drehzahlerhöhungen schlagen sich in großen Leistungsunterschieden wieder.
Sehr deutlich wird es beim Motorrad. Wenn man die doppelte Leistung haben möchte, muss der Motor doppelt so schnell drehen. Das ist weitaus einfacher als der Drehmoment zu verdoppeln.
Dummerweise ist das Drehmoment nicht immer konstant hoch. Man kann sich ja mal ein paar Diagramme ansehen. Man erkennt ganz leicht in den Diagrammen die Leistung als Produkt aus Drehzahl und Drehmoment.
Wenn nun ein Auto auf 100km/h beschleunigt werden soll, ist eine Leistung notwendig.
Wie oben: Leistung = Arbeit /Zeit und Arbeit = Kraft * Weg und Kraft = Masse * Beschleunigung
Alles einsetzen:
Leistung = Masse * Beschleunigung * Weg / Zeit
Umstellen nach Beschleunigung:
Beschleunigung = (Leistung * Zeit) / (Masse * Weg)
Wenn man sich mal nun Leistung und Weg ansieht erkennt man etwas sehr wesentliches. Die Leistungsentfaltung, je kürzer der Weg um so mehr Leistung wird entfaltet.
Dadurch ergeben sich die wensentlichen Unterschiede bei der Beschleunigung.
Da der Diesel mehr Drehmoment bei niedrigen Drehzahlen hat wird das bei der Übersetzung genutzt. Dadurch ergeben sich die anderen Differentiale bei Diesel und Benziner. Ebenso verschiedene Getriebe.
Das hat man nicht nur bei Benzin oder Diesel. Als Beispiel kann man gut den E32 nehmen. Einmal als 740i und einmal als 750i. Die Leistung unterscheidet sich nur um 15PS. Das Drehmoment um 50Nm zu Gunsten des 750i.
Die Fahrleistungen sind nahezu gleich. Der Unterschied ist die Automatik! Der 740 hat einen 5-Gang und der 40er einen 4-Gang. Der 40er entfaltet die Leistung besser weil er einen Gang mehr hat und somit das Produkt aus Drehmoment und Drehzahl immer hoch halten kann. Der 740 fühlt sich auch dadurch sportlicher an. Der 750 zieht einfach durch weil er durch das höhere Drehmoment per se schon mehr Leistung entwickelt. Hätte der 750 einen 5-Gang Automaten, dann wäre der 740 deutlich unterlegen.
Früher, als die ersten TDI auf den Markt kamen war es sehr deutlich. Vorher ist man einem Diesel eigentlich immer weggefahren. Mit den ersten TDI musste man dann doch mal in den 4. Schalten um mehr Leistung zu haben.
Ganz allgemein kann vielleicht sagen, dass die Leistung eines Wagens die Endgeschwindigkeit angibt und das Drehmoment die Beschleunigung.
Daher kommt auch der Spruch - Hubraum ist durch nichts zu ersetzen, außer durch mehr Hubraum. Der Hubraum gibt ja indirekt das Drehmoment an. Drehzahl hat man ja immer und deswegen fällt die Leistung "nebenbei" als Produkt immer ab und das im wahrsten Sinne des Wortes.
Das Feld wird jedoch immer enger. Viele Benziner haben mittlerweile Turbos um ebenfalls wie die Turbodiesel permanent ein hohes Drehmoment zu haben. Um noch mehr Drehmoment zu erzeugen werden Elektromotoren eingesetzt usw. Die Diesel bauen zwei oder auch drei Turbos ein.
Der Schlüssel für geringen Verbrauch ist viel Drehmoment bei geringen Drehzahlen. Hohe Drehzahlen sollten vermieden werden. Moderne "haltbare" Turbomotoren erzeugen derzeit etwa 90kW/Liter Hubraum.
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Wie war das noch mal mit dem Drehmoment??
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