Hallo,
mich würde mal interessieren, wie das zu Stande kommt, dass verschiedene Motoren,elektrischer Motor oder Verbrennungsmotora, gleicher Leistung, immer bei anderen Drehzahlen ihre Maximalleistung erreichen.
Wovon hängt das alles ab?
Zum Verbrennungsmotor:
Je größer man den Hub macht, desto Länger wird der Hebelarm, desto weniger kann man aber Umdrehungen pro Minute machen, da das Gas ja eine gewisse Zeit braucht um sich auszudehnen.
Zum Elektromotor:
Je weiter man den Hebelarm macht, bei gleicher magnetischer Flussdichte, desto größer wird das Drehmoment. Aber da die Elektronen in der Leiterschleife bei der Rotation schneller „unterwegs“ sind, da sie ja jetzt weiter außen sind bei größerem Hebelarm, wird eher eine Gegenspannung induziert und dadurch wird die Umdrehung des Motors insgesamt nicht so schnell.
Das ist bestimmt nur grob (wenn die oben ausgeführten Annahmen richtig sind), aber was sind denn so die Einzelheiten, die dazu führen, dass die Drehzahlen, bei denen die gleiche Leistung erreicht wird, jeweils bei Verbrennungsmotor und Elektromotor, so unterschiedlich ausfallen?
Noch was zum Schluss:
Wodruch wird denn die Drehzahl eines Motor ohne Drehzahlbegrenzer begrenzt?
Beim Verbrennungsmotor könnte ich mir vorstellen, durch das Gas, das eben nur eine gewisse Expansionsgeschwindigkeit erreicht,
beim Elektromoter, der magnetische Fluss, der eine gewisse Zeit braucht, bis die Änderung durch die Leiterschleife bemerkbar wird. Dreht er zu schnell, wird die Änderung des Flusses durch die Schleife nicht mehr bemerkbar, da die Änderung eben auch eine gewisse Zeit braucht.
Noch was zum Schluss:
Wodruch wird denn die Drehzahl eines Motor ohne
Drehzahlbegrenzer begrenzt?
Beim Verbrennungsmotor könnte ich mir vorstellen, durch das
Gas, das eben nur eine gewisse Expansionsgeschwindigkeit
erreicht,
beim Elektromoter, der magnetische Fluss, der eine gewisse
Zeit braucht, bis die Änderung durch die Leiterschleife
bemerkbar wird. Dreht er zu schnell, wird die Änderung des
Flusses durch die Schleife nicht mehr bemerkbar, da die
Änderung eben auch eine gewisse Zeit braucht.
Mir ist nicht bekannt das es Verbrennungsmotoren ohne Drehzahlbegrenzung gibt. Wenn es aber welche geben sollte dan könnte ich mir eine Drehzahlbegrenzung mechanisch bedingt Vorstellen, es kann nicht mehr so viel Gas/Luft (Kraftstoffluftgemisch) einströmen als es zum weiteren Beschleunigen der Rotationsbewegung/-geschwindigkeit benötigt würde. Bei einem 4T-Motor ist bei einer Drehzahl von 6000U/min eine Einlassventilöffnungszeit von gerademal 0,007sec. Wenn der motor dann noch höher dreht dann verkürzt sich die Ventilöffnungszeit noch weiter und man hat einen so geringen Füllungsgrad das der Motor nicht höher drehen kann.
Bei Elektromotoren gibt es bei immer höheren Drehzahlen eine immer größere induzierte Gegenspannung: die Ankerspannung. Ein Teil der Klemmspannung wird nach der Lenz`schen Regel von der induzierten Ankerspannung aufgehoben. Klemmspannung ist immer höher als die Ankerspannung und wenn diese sehr nahe beieinander sind dann kann der el. Motor nicht höher drehen.
beim Elektromoter, der magnetische Fluss, der eine gewisse
Zeit braucht, bis die Änderung durch die Leiterschleife
bemerkbar wird. Dreht er zu schnell, wird die Änderung des
Flusses durch die Schleife nicht mehr bemerkbar, da die
Änderung eben auch eine gewisse Zeit braucht.
Das kommt ganz auf den Motorentyp an.
Bei Synchron- und Asynchronmotoren wird die Drehzahl durch die Frequenz des Drehfeldes vorgegeben. Die Drehzahl kannst du nur über die Frequenz steuern. Schon alleine wegen der Induktivität nimmt aber der Strom mit der Frequenz ab.
Bei Schrittmotoren, das sind ja eigentlich Synchronmotore, hat man teilweise 12V Spulen mit 100V betrieben (Also mit einer Stromquelle) um hohe Drehzahlen erreichen zu können.
Bei Gleichstrom-Motoren spielen die Induktivität, die Eisenverluste und die Bürsten eine Rolle. Bei grösseren Gleichstrommotoren kommt noch die Mechanik hinzu, ohne Last kann die Drehzahl ohne weiteres so gross werden, dass es den Motor mechanisch zerreisst.
Älter E-Loks haben, unter anderem aus diesem Grund, einen Schleuderschutz, welcher bei durchdrehenden Rädern die Drehzahl begrenzt.
Übrigens, auch Verbrennungsmotoren kann man überdrehen. Ganz besonders gut geht das zusammen mit einem Turbolader. Deshalb haben aufgeladene Motore eigentlich immer auch eine Drehzahlbegrenzung.
Zum Verbrennungsmotor:
Je größer man den Hub macht, desto Länger wird der Hebelarm,
desto weniger kann man aber Umdrehungen pro Minute machen, da
das Gas ja eine gewisse Zeit braucht um sich auszudehnen.
Das ist nicht ganz richtig formuliert: es gibt Hubraum und Hublänge.
Hochdrehende Motoren haben eine kurze Hublänge und benötigen, da sie so hoch drehen wenig Hubraum. Bei kurzen Hüben brauch sich der Kolben nicht mit so schnell hin und herbewegen (die mittlere Kolbengeschwindigkeit ist nicht so hoch), jedoch deht sich die Kurbelwelle flink! Leistung aus Drehzahl (wenig Drehmoment)
Hubraum-„Riesen“ haben einen langen Kolbenhub. Die mittlere Kolbengeschwindigkeit ist hoch im Vergleich zur Rotationsgeschwindigkeit der Kurbelwelle, da lange Hebel an der Kurbelwelle. Leistung aus Hubraum/Drehmoment (geringe Drezahlen)
Wodruch wird denn die Drehzahl eines Motor ohne
Drehzahlbegrenzer begrenzt?
Mir ist nicht bekannt das es Verbrennungsmotoren ohne
Drehzahlbegrenzung gibt.
Einfache Gebrauchsmotoren, nicht elektronisch geregelt, haben idR keine Drehzahlbegrenzung. Ohne Last und mit Vollgas jubeln die so hoch, dass es Probleme geben kann : Schwachstellen sind hier die Ventile (Abreissen wegen der hohen Massenkräfte) oder Lagerschäden (Abreissen des Schmierfilms wegen der hohen Umfangsgeschwindigkeit).
Das Motorengeräusch steigt dabei so gewaltig an, dass (fast) jedermann dabei mit dem Fuß vom Gaspedal geht. Das ist hier der Regler.
Wenn es aber welche geben sollte dann könnte ich mir eine
Drehzahlbegrenzung mechanisch bedingt vorstellen,
Als Motore noch nicht elektronisch geregelt waren, hatten bei weitem nicht alle mechanische Drehzahlbegrenzer, idR hochwertigere Motore.
es kann nicht mehr so viel Gas/Luft
(Kraftstoffluftgemisch) einströmen als es zum weiteren
Beschleunigen der Rotationsbewegung/-geschwindigkeit benötigt
würde. Bei einem 4T-Motor ist bei einer Drehzahl von 6000U/min
eine Einlassventilöffnungszeit von gerademal 0,007sec. Wenn
der motor dann noch höher dreht dann verkürzt sich die
Ventilöffnungszeit noch weiter und man hat einen so geringen
Füllungsgrad das der Motor nicht höher drehen kann.
Das trifft nicht zu : die Gaswechselmenge, die bei Vollgas unter voller Last und Maximaldrehzahl bewegt wird, ist so groß, dass bei Wegnahme der Last (zB Auskuppeln und Gaspedal durchgetreten lassen) jede Menge „Luft“ für eine enorme Drehzahlüberhöhung vorhanden ist.
Verbrennungsmotore können - entsprechend ausgelegt - sehr wohl höher als 6000 rpm drehen, zB Motorräder/Rennwagen bis 12000 rpm. Allerdings dann mit Abstrichenbei der Lebensdauer.
Gruß
Karl
Verbrennungsmotore können - entsprechend ausgelegt - sehr wohl
höher als 6000 rpm drehen, zB Motorräder/Rennwagen bis 12000
rpm. Allerdings dann mit Abstrichenbei der Lebensdauer.
Ich nahm das Beispiel nur mal, da ich das mal ausrechnete.
Motoräder oder F1 Motoren drehen unter anderem bis zu 15000 rpm und Ausnahmen auch höher.
Bei so alten Motoren ohne Drehzahlbegrenzer ist dann auch die Zündeinrichtung mechanisch, so das es da auch zu Unterbrecherkontakschwierigkeiten/-flattern (Kontaktprellen) kommt. Wird weiterhin auch kein Zündfunken erzeugt. Der Unterbrecher schließt nicht mehr ausreichend lang. Die Zeit zum Aufbau eines Ausreichenden Primärstromes/Magnetfeldes in der Zündspule ist dann nicht mehr gewährleistet!