Warum haben Autos keine Motor Umdrehungszahlen bis 30.000 min. Der Kurvelwelle?
10 Antworten
Salue
Jeder Kolben beschleunigt pro Umdrehung der Kurbelwelle bei 6000/Min zweimal von Null auf die maximale Geschwindigkeit und wieder auf Null zurück. Das sind also 200 Mal pro Sekunde. Dabei wird der Pleuel jedesmal ein paar Tausenstel Millimeter zusammengestaucht und wieder in die Länge gedehnt. Verdoppel man die Drehzahl auf 12000/Min wird die Belastung der Kolben und des Pleues bereits 4x (!) grösser. Steigert man die Drehzahl um das Vierfache (24000/Min) ist es 16 mal mehr.
Das Material könnte man zwar verstärken, aber dann wird es noch schwerer und die Kräfte werden noch grösser. So bleibt nur ein Lösung, das Material muss leichter und kleiner sein. Das ist bei ganz kleinen Motoren wie z.B. bei Modellflugzeugen der Fall.
Auf den Containerschiffen, auf denen ich mitgefahren bin, drehte der schwere Hauptmotor mit rund 450/Min. Das nennt man bei einem Grossdiesel bereits einen Schnellläufer.
Bei Rennwagen setzt man, neben teurem Material, deshalb auf kleine Hubräume und viele Zylinder. So wird jeder Zylinder kleiner und es sind höhere Drehzahlen möglich.
Tellensohn
Weil es unnötig bei den Motoren, ihrer Lebensdauer und der gewollten Arbeit erscheint. Man muss immer bedenken, dass jede Steigerung der Umdrehungen pro Zeiteinheit auch die wirkenden Kräfte und den Verschleiß steigern.
Bei allem, auch bei dem, was DU machst, gibt es eine Grenze, die im Einzelfall jeweils nicht überschritten wird. Zum Beispiel hast du in dieser Frage so wenige Buchstaben verwendet, dass man das mit niedrigen Umdrehungszahlen vergleichen könnte. Dir schien es auch nicht wert zu sein, da noch mehr zu schreiben.
Vielleicht bringt die Zukunft der Elektromotoren da höhere Zahlen.
https://www.weltderphysik.de/gebiet/technik/news/2018/der-schnellste-motor-der-welt/
was sollte sich so schnell drehen?
Es gibt 2 Gründe.
- je höher mehr Umdrehungen in einer Zeiteinheit, umso größer sind die Fliehkräfte. Solange es keine unterschiedliche Masseverteilung gibt, ist das weniger problematisch, kleine Abweichungen führen aber sehr schnell zum Schwingen. Das wirkt sich sehr nachteilig auf die Lager aus. So ein Auto wird auch mehr hüpfen als fahren. Deshalb werden Autoräder auch ausgewuchtet, heißt dort wo weniger Masse ist, werden Bleigewichte angebracht. Völlig ohne Unwucht geht das aber nicht, denn jedes Steinchen im Reifen ändert die Gewichtsverteilung.
- Kennst du das Prinzip des Kreiselkompass? Darin wird ein Kreisel (der Anker eines Motors) auf eine hohe Geschwindigkeit gebracht. Einmal auf Geschwindigkeit gebracht, kann man so ein Gebilde praktisch nicht mehr verdrehen. Würde das die Kurbelwelle eines Motors sein, kann man mit dem Auto nur noch geradeaus fahren.
So muss ein Düsenjäger, der in München Richtung Rostock fliegt, über Berlin schon zur Kurve ansetzten, um nicht bis Schweden zu fliegen. Die Turbinen wirken wie Kreisel und lassen einfach keine solchen Wende-Manöver zu.
Man wird also auch so etwas nicht in Autos haben können.
Außerdem kommt hinzu, dass schnell drehende Massen sehr viel Energie speichern.
Bei einem Lagerschaden könnte die Kurbelwelle das Auto zerreißen und selbständig noch viele Kilometer wie ein Tornado alles verwüsten. Das ist dann das gleiche Prinzip.
Das entscheidende Kriterium liegt in den Fliehkräften, die im oberen und unteren Totpunkt auftreten, wenn sich die Bewegungsrichtung des Kolbens ändert. Werden bei zu hoher Drehzahl die Fliehkräfte zu groß, reißt das Pleuel ab. Das ist auch der typische Motorschaden, wenn man einen Motor überdreht. Das Pleuel reißt ab und die beiden losen Teile schlagen wild um sich, wobei vor allem der untere Teil dann gerne das Kurbelgehäuse durchschlägt, worauf eine starke Ölwolke austritt. In der Rennfahrersprache spricht man dann davon, dass der Motor explodiert ist, weil das wie eine Explosion aussieht, ordentlich Krach macht und ein ziemllich großes Loch im Motorblock zu sehen ist. Gerne entzündet sich der Ölnebel dann auch mal am heißen Abgaskrümmer.
Das sieht dann so aus...in dem Video hört man auch deutlich, wie der Motor immer höher dreht und irgendwann ist eben mal Schluss (ab ca. 4:20):
Weil das völliger Blödsinn wäre. Die Kräfte wären so hoch, das die Lebensdauer bei fast 0 liegt.
Es gab Mal F1 Motoren die 19.000 1/min gedreht haben. Haltbarkeit etwa 600km.