Drehmoment-Drehzahl-Diagramm eines Kleinmotorrades?

Drehmoment gegen Drehzahl - (Technik, Auto, Physik)

3 Antworten

Vom Fragesteller als hilfreich ausgezeichnet

1)
Die Motordrehzahl wird direkt abgenommen und stimmt exakt.
Das Drehmoment wird an den Rollen gemessen, auf denen das Hinterrad läuft.

Abweichungen kommen vor allem durch den Schlupf des Rades zustande. Der Schlupf und damit die Verluste hängen nicht nur vom übertragenen Drehmoment, sondern auch von der Drehzahl des Rades ab. Je höher die Raddrehzahl, umso höher der Schlupf, weshalb im großen Gang weniger Leistung auf der Straße ankommt als beim kleinen Gang.
Deshalb laufen auch die Kurven speziell bei den hohen Drehzahlen auseinander.

2)
Ja, die Verluste sind unterwegs so hoch. Das Getriebe hat Verluste, aber am wenigsten. Die Kette erzeugt mehr Verluste und die höchsten Verluste treten durch den Schlupf des Rades auf. Das summiert sich dann und deine Berechnung ist durchaus plausibel.

3)
Maximale Leistung und Höchstgeschwindigkeit fallen nur dann exakt zusammen, wenn sie präzise aufeinander abgestimmt sind. Ist die Gesamtübersetzung etwas zu kurz, kann es sein, dass die Maximalleistung etwas höher ist, als die Geschwindigkeit erfordert, die das Moped bei der Nenndrehzahl fährt. Dann kann es noch weiter beschleunigen, bis sich die Kurven von abnehmender Motorleistung und zunehmender erforderlicher Leistung schneiden. Das passiert regelmäßig dann, wenn man zugunsten der Beschleunigung die Übersetzungen etwas zu kurz wählt. Legt man die Gesamtübersetzung so aus, dass die Maximalgeschwindigkeit bei Nenndrehzahl (Nenndrehzhal = Drehzahl bei maximaler Leistung) erreicht wird, hat man das Maximum an Geschwindigkeit rausgeholt, hat dafür aber eine etwas schlechtere Beschleunigung. Daher ist es bei Rennmaschinen so, dass man bei engen, beschleunigungsintensiven Strecken eine kürzere Getriebeübersetzung wählt als bei schnellen Hochgeschwindigkeitsstrecken. Das Optimum zwischen Beschleunigung und Höchstgeschwindigkeit findet man durch ausprobieren und messen der Rundenzeiten.

Du bist aber immer im höchsten Gang am Schnellsten, beschleunigst aber bei Nenndrehzahl am stärksten.

Am Berg ist man in der Regel am schnellsten, wenn man mit Nenndrehzahl hochfährt. Hier nützt überdrehen gar nichts.

4)
Je höher die Drehzahl, umso höher der Verschleiß. Schaltest du in den 2. zurück, kannst du evtl. schneller den Berg hochkommen, aber der Verschleiß erhöht sich leicht.

Du bist aber immer im höchsten Gang am Schnellsten, beschleunigst aber bei Nenndrehzahl am stärksten. 

Das verstehe ich nun nicht. Angenommen ich schaffe eine Steigung in der Dritten gerade mal mit maximal 30km/h 

Höchstgeschwindigkeit. Wenn ich nun in die Zweite schalte, habe ich ja (siehe mein Diagramm) aufgrund der höheren Drehzahl eine höhere Leistung bei der gleichen Geschwindigkeit, und ich würde erwarten, dass ich somit auch schneller bergauf fahren könnte. Ist hier ein Denkfehler enthalten? Ich habe es noch nicht ausprobiert, da ich erst gestern darauf aufmerksam wurde und es heute regnet...

Zum Verschleiß:

Einerseits sind die Abnutzungen natürlich höher, je größer die Drehzahl ist. Wie sieht es aber mit der Erwärmung aus? Beim Autofahren habe ich oft beobachtet, dass der Motor überhitzt, wenn man zu niedertourig fährt.

0
@michiwien22

Da muss man zwei Betriebszustände unterscheiden:

1) Höchstgeschwindigkeit auf ebener Strecke:
Hier müssen die Luft- und Reibungswiderstände überwunden werden. Die Energie des Fahrzeuges Eges = Ekin + Epot ändert sich nicht. Bei diesem Zustand bist du im höchsten Gang am schnellsten.

2) Beschleunigen und bergauf fahren:
Hier müssen nicht nur die Reib- und Luftwiderstände überwunden werden, hier wird die Gesamtenergie des Fahrzeuges erhöht. Beim Beschleunigen muss Ekin zugeführt werden, beim bergauf fahren muss Epot zugeführt werden. Die Energiezufuhr geschieht grundsätzlich am schnellsten bei höchster Leistung und die steht bei Nenndrehzahl zur Verfügung:

P = E/t
t = E/P

E ist durch den Endzustand vorgegeben und nicht beeinflussbar.
t wird aber umso kleiner, je größer P ist.


Zur Erwärmung:
Etwa 1/3 der zugeführten Kraftstoffenergie geht jeweils auf die Kurbelwelle, in das Kühlwasser und die Abgase (Faustformel).

Die Energie, die in das Kühlwasser geht, ist ungefähr so hoch, wie das, was an der Kurbelwelle ankommt. Diese Energie, die in das Kühlwasser gelangt, wird durch den Fahrtwind abgeführt. Schaltet man runter , wird mehr Leistung erzeugt und mehr Energie gelangt ins Kühlwasser. Andererseits wird der kühlende Fahrtwind durch die höhere Geschwindigkeit aber stärker und kann daher dem Kühlwasser mehr Wärme entziehen. Bei Autos liegt die Grenze meistens so bei etwa 80 km/h auf ebener Strecke. Darüber kühlt der Fahrtwind stärker, als die erforderliche Kühlleistung steigt, darunter ist die Hilfe des Kühlerventilators erforderlich oder eine zusätzliche Wärmeabfuhr über die Heizung.
Beschleunigungen mit erhöhtem Wärmeanfall dauern meist nur so kurz, dass das Kühlwasser das durch seine Wärmekapazität locker aufnehmen kann. Bei Bergauffahrten muss aber oft zusätzlich der Ventilator für kühlenden "Fahrtwind" sorgen, da der Wärmeanfall stärker aber der Fahrtwind schwächer ist als auf ebener Strecke.

Bei alten Autos war es oft so, dass die zusätzliche Ventilatorkühlung auch nicht ausgereicht hat und man musste am Berg eine Pause machen, damit der Motor wieder abkühlt. Beim Moped hängt es nun davon ab, ob er einen Ventilator hat und welche Leistung der bringt.

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@michiwien22

Ergänzung zur Überhitzung:
Durch die höhere Motordrehzahl erreicht man zwei zusätzliche Effekte:
Zwar wird durch die höhere Motordrehzahl auch mehr Reibungswärme erzeugt, aber andererseits steht pro Takt des Motors nicht mehr so viel Zeit zur Verfügung, dass Wärme durch die Zylinderwand in das Kühlwasser gelangt. Die obige Faustformel 1/3, 1/3, 1/3 verschiebt sich daher etwas vom Kühlwasser zur Temperatur der Abgase. Die werden bei hoher Drehzahl heißer, weniger Wärme gelangt in das Kühlwasser.

Zum anderen ist die Drehzahl der Wasserpumpe über den antreibenden Keilriemen mit der Drehzahl des Motors gekoppelt. Beim Runterschalten erhöht sich daher die Drehzahl der Wasserpumpe, das Wasser wird entsprechend schneller im Kühlkreislauf und kann dadurch mehr Wärme abtransportieren. Andersrum entsprechend, weshalb der Motor im hohen Gang bei niedriger Drehzahl wärmer werden kann, als bei höherer Drehzahl. Das liegt dann wie gesagt an der Drehzahl der Wasserpumpe.

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@Hamburger02

Ich habe einen luftgekühlten Motor. Die Frag ist: kann ich den Motor kaputtmachen, wenn ich lange in einem zu hohen Gang bergauf fahre? Z.B. Vollgas in der Dritten, mit vmax=30km/h. Hätte ich die zweite verwendet und somit eien höhere Drehzahl, wäre ich evtl auf 40km/h gekommen. Was ist nun besser?

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@michiwien22

Tja, das ist alleine von der Theorie her nicht präzise zu beantworten. Womöglich wäre im 2. mit 30 km/h, also ohne Vollgas, noch die beste Alternative.

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Ich komme zwar aus dem Bereich Elektromotoren, hoffe dennoch dir etwas weiterhelfen zu können. Deshalb bitte ich auch um Verzeihung, falls ich bei etwas falsch liege und um Korrektur in den Kommentaren.

1) Das kommt auf den Prüfstand an. Entweder der klassische "KFZ Prüfstand", wo das Gefährt auf den Rollen steht, oder ein Motorprüfstand, wo nur der Motor(+Getriebe) gemessen wird.

Bei ersterem kann es schon zu "größeren" Messfehlern kommen, als bei der direkten Motorprüfung.

Aus deinen Graphen entnehme ich, dass vermutlich an der Abtriebswelle des Getriebes gemessen wurde oder am Rad und dann auf das Drehmoment des Motors "gerechnet" wurde, da mit den Gängen das Drehmoment an der Abtriebswelle ja abnimmt. Ansonsten müsste nämlich zwischen Motor und Getriebe noch ein M-Messgerät sein. In dieser "Rechnung" sind dann schon nahezu alle Fehler drin. In der Regel schaut es so aus, dass der Motorhersteller einen Motor komplett durchtestet und dann P_max/M_max bei n angiebt. Das sind die Verschönigungen des Herstellers -> Stichwort: Dieselgate.

2) Ja, ich kam auf das selbe Ergebnis.

3) Du meinst vermutlich Drehmoment bei 9000 rpm. Soweit ich weiß, kennt ein Verbrenner zwei Grenzen: Drehmoment oder Drehzahl. Ab einer bestimmten Drehzahl (die ist ja gewisser maßen an die Geschwindigkeit gekoppelt, je nach Gang) kann der Motor kein Drehmoment mehr aufbringen, was ja letztendlich für eine Steigerung der Geschwindigkeit notwendig ist.

Ähm ... joa weiß hier auch nicht so recht. Beim Auto schalte ich schon nochmal runter, wenn es sehr steil wird. Sonst trete ich das Pedal durch und werde trotzdem langsamer.

4) Hier kann ich ehrlich gesagt nur noch spekulieren, da es, wie gesagt, nicht mein Fachgebiet ist.

Ich könnte mir vorstellen, dass auf Grund der hohen Drehzahl und folglich der thermisch höheren Belastung der Zylinder, hier eher ein Schaden auftreten könnte. Sehr hohe und schwankende Momente sind ebenfalls nicht gut für alle Beteiligten.

Abschließend: Bei den Prüfständen des Herstellers handelt es sich um absolut ideale Konditionen, die du in der Realität nie finden wirst. Ein anderer Treibstoff hat afaik auch recht viel Einfluss auf das Endergebnis.

Wenn ich mich da nicht verrechnet habe, komme ich auf eine
Maximalleistung von 8,5 PS. Laut Typenschein und technischen Daten hat
das Motorrad aber 12PS bei 9000U/min. Wieso ist hier so ein großer
Unterschied? Sind das Verluste durch Reibung von Motor bis Rad? Das wäre
ja sehr viel...

Hi lieber michiwien22,

du mußt hierbei natürlich den "Schlupf" beachten:
https://de.wikipedia.org/wiki/Schlupf

Gruß siola55

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