Frage von Fugia, 102

Mechanischer Widerstand messen aber wie?

Wie kann man den mechanischen Widerstand berechnen oder herausfinden. Er wird gebraucht um herauszufinden wie schnell ein Modellzug von 4KG mit 200W werden kann und wie gibt man den Widerstand an?

Hilfreichste Antwort - ausgezeichnet vom Fragesteller
von atoemlein, 39

Den totalen mechanischen Widerstand kannst du nur so messen:

Du machst alles 100% realistisch:
Du setzt deinen Zug auf die vorgesehenen Schienen, belädtst ihn mit allem, was du musst oder willst.

Dann spannst du eine Schnur oder ein Seil vor das Gefährt, nimmst eine Zugmaschine, hängst ein Newtonmeter (einen Kraftmesser) dazwischen (einen einfachen, federbestückten oder einen, der elektronisch loggen kann), und bringst dein Gefährt mit der Zugmaschine auf die Wunschgeschwindigkeit.

Erst dann siehst du, ob und wo der Luftwiderstand gegenüber den mechanischen Widerständen ins Gewicht fällt.
Nocheinmal: Die Leistung, die zur Überwindung des Luftwiderstands benötigt wird, steigt mit dritter Potenz der Geschwindigkeit! Aber bei einem Märklin-Bähnchen dürfte das wegen der kleinen Angriffsfläche erst spät eine Rolle spielen, bei grösseren Zügen aber schon früh.

Kommentar von atoemlein ,

Präzisierung: Mit "meiner" Methode misst du natürlich die Summe von mechanischem und Luft-Widerstand.
Er wird dann in Newton (Kraft-Einheit) angegeben.
Der rein mechanische Widerstand ist kaum von der Gschwindigkeit abhängig.
Der Luftwiderstand aber quadratisch (bezüglich Kraft) mit der Gschwindigkeit, und bezüglich Leistung eben mit der dritten Potenz.

Expertenantwort
von Peppie85, Community-Experte für Elektronik & Elektrotechnik, 59

dein Problem ist, dass die endgeschwindigkeit nicht maßgeblich vom mechanischen Widerstand, sondern viel mehr vom Luftwiderstand so wie der getriebeübersetzung etc. abhängt.

man könnte im Windkanal den Windwiderstandscoeffizienten (CW Wert) ermitteln (lassen) und daraus rein hypotehtisch hoch rechnen. damit wären aber immernoch nicht die fragen nach reibungsverlusten im antriebsstrang und der getriebeübersetzung beantwortet... dazu müsste das fahrzeug auf ein Dynamometer (rollenprüfstand) bei dem der Widerstand entsprechend des CW Wertes eingestellt ist...

bei all dem Aufwand wäre es aber einfacher, du dübelst dir die karre zusammen und heizt damit über eine lange gerade mit abgesteckten markierungen und stoppst eben die Zeit...

wichtig ist, dass die startmarkierung an einer stelle ist, wo das Fahrzeug seine (annähernde) endgeschwidndigkeit bereits erreicht hat.

lg, Anna

Antwort
von atoemlein, 26

Liebe(r) Fugia,
Ich finde es sehr bemühend, wenn du die gleiche Frage wieder stellst (ein bisschen anders), und sich immer wieder andere Leute den A... aufreissen, um dir zu helfen, aber du immer noch nicht mit den wesentlichen Punkten rausrückst!

Die Sache wurde eingehend hier schon angegangen:
https://www.gutefrage.net/frage/wie-schnell-kann-dies-werden?foundIn=list-answer...

Also bitte jetzt:

  • Wie "sieht" dein Zug aus???
  • Wie gross und lang ist er? Z.B. die Stirnfläche der Lok
  • Sind diese 4kg die Masse des ganzen Zugs inkl. deinem Wunsch-200-Watt-Motor? (oder was ist Gross KG??)(Scheint mir etwas unrealistisch)
  • Woher kommt die Energie für deinen Elektrozug??- Aus einer Batterie? Die ein Bruchteil dieser 4kg sein soll???- über die Schienen? ev. sogar mit Schleifkontakt?- über eine Oberleitung?- Oder vielleicht aus einem Kernreaktor?
  • Auf welcher Art Schienen soll er rollen? Oder ist es gar ein Pneu-Tram wie die U-Bahn von Paris?
Kommentar von Fugia ,

Erstens habe ich schon eine Antwort bekommen zum Tipp der zug ist 12x15x80 cm groß und +-4KG leicht mit Zuladung jedoch 15KG und wird über Akku oder Oberleitung und steht auf Alu-Räder mit 4cm Durchmesser und der Zug ist für enge kurven gedacht und hat ein 2-6KG Gewicht das auf der Höhe der Achse befestigt ist dass der Zug bei hoher Geschwindigkeit nicht umkippt dies produziert jedoch zusätzlich Luftwiderstand also ist alles gesagt ah ja es ist kugelgelagert

Antwort
von kuku27, 22

Eine voll verkleidete Garnitur mit auf Höchstgeschwindigkeit getrimmter Übersetzung wird vermutlich ein vielfaches schneller sein als eine offene Garnitur mit viel Windangriffsfläche und ausgelegt auf optimale Beschleunigung.

Alleine polierte Schienen und Räder, dann noch gute Schmierung der bewegten Teile mit leichtem Öl werden dann das erreichbare Limit verdoppeln gegenüber staubigem Standard.

Auch in der Formal 1 versuchen sie zu rechnen und müssen dann im Windkanal und Prüfstand wieder ausbessern.

Als allererstes brauchst eine Leistungskurve deines Motors dass du weißt bei welcher Drehzahl das beste Verhältnis Leistung und Drehmoment erreichbar ist. Danach die richtige Getriebeübersetzung wählen.

Möchtest es nur aus der Berechnung machen dann liefere die Werte: Rollwiderstand bei deinem verwendeten Schienen und Rädermaterial. Vergiss nicht die Schräge der Laufflächen mit zu berücksichtigen. Wieviele Gleitlager mit welchem Wert bei wie vielen Achsen? Verluste Deines Getriebes? Wirkungsgrad deines Motors? CW Wert der Garnitur?

Expertenantwort
von realistir, Community-Experte für Elektronik, 42

was für ein Bürokrat geht denn an solche Dinge?
Stellt da jemand die halbe Physik auf den Kopf?

Wie ist das mit sonstiger Analogie, wird bei einem Auto auch gefragt wie groß irgendein "Widerstand" ist um 2 Tonnen Fahrzeuggewicht auf Tempo 100 zu bringen?

Anstatt mit hypothetischem Widerstand wird dort mit Energie gerechnet und gemessen. Antriebsenergie und zwar die die der Energieerzeuger leisten können muss. Alle Verluste, Widerstände die dabei einwirken werden vernachlässigt, kümmert sich kaum jemand drum.

Eigentlich hast du doch schon die relevanten Werte. 200 Watt kann geleistet werden und 4 Kg müssen bewegt werden.

Dich interessiert nun, welche Geschwindigkeit  erreichbar wäre? Wie definierst du Geschwindigkeit bei Modellbahn? Und was meinst du mit Widerstand? Etwa wie gut die Räder auf der Schiene greifen, ob es Schlupf oder ähnliches gibt?

Kommentar von Fugia ,

Nein der Luft und Rollwiderstand muss man einkalulieren

Kommentar von realistir ,

wozu? Hast du eine Fabrik die Modellbahnen herstellt und du brauchst Verkaufsargumente? Kann im Moment nicht nachvollziehen was deine Modellbahn für eine ist und warum Luft- und Rollwiderstand interessieren, kalkuliert werden soll.

Kommentar von Fugia ,

Ich möchte beste Leistungen erreichen ohne Verluste

Kommentar von weckmannu ,

'ohne Verluste' geht es nicht. Die max. Geschwindigkeit ist dann erreicht, wenn die Summe der Verluste im Getrieben, durch Reibung der Räder und den Luftwiderstand gleich der verfügbaren 200W sind. Den Widerstand durch Reibung kann man berechnen, wenn man den Strom bei konstanter Geschwindigkeit mißt. Die verbrauchte Leistung steigt dann mit der Geschwindigkeit.

Kommentar von atoemlein ,

"Verbrauchte" Leistung sollte man nicht sagen. Eger benötigte oder beanspruchte Leistung. Leistung ist ja ein Momentanwert.
Dies im Gegensatz zu Energie, die ma zwar auch nicht verbrauchten kann, damit aber "umgesetzt" meint.

Kommentar von weckmannu ,

stimmt

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