F: Wirkungsgrad

Hallo,

wenn man davon ausgeht, das Kraftstoff (Benzin, Diesel) 100% Energie ist, dann kommt bedingt durch Verluste durch Kühlwasser, durch Abgase, durch Strahlung und Konvektion, durch Wasserpumpe, Aggregaten usw. an der Schwungscheibe lt. einem Lernbuch von DB noch ca. 43% Bewegungsenergie an.

Beim Motorboot kommen da jetzt noch das Getriebe und die Wellenlager mit Reibungsverlusten hinzu. Ein ganz großer Faktor ist dann mit Sicherheit noch der Schlupf der Schraube.

Nun die konkrete Frage: Wieviel % bleiben dann letztlich nur noch für den Vortrieb über?

Bitte keine hochwissenschaftlichen und ellenlange Antworten und keinen Streit um Begriffe und Richtigkeit von Vorgaben. Nur eine ungefähre Zahl, damit ich selbst mal bei Nachfrage da eine halbwegs richtige Antwort geben kann.

Mit freundlichem Gruß

Klaus-Werner Olderdissen

Hallo !

Nur eines schon mal vorweg :

Der Slip des Propellers wird nicht mit in diese Rechnung einbezogen, da er immer wechselt.
Es gibt negativen wie positiven Slip, durch Wind und Strömung.

Gruß max

Hallo !

Die genaue Antwort darauf wird Dir wohl keiner geben können.
Du mußt sämtliche von den Herstellern angebenen Wirkungsgrade, also immer Zahlen mit einer Null vor dem Komma, miteinander multiplizieren. Diese aber wieder ins Verhältnis setzen zum Leistungsverbrauch. Eine Minipumpe mit einem Wirkungsgrad von 0,85 fällt natürlich nicht so weit ins Gewicht, wie eine große Pumpe mit dem gleichen Wirkungsgrad.

Man macht sich dafür am besten ein Wärmeflußbild. Das ist ein dicker Balken als Anfang und bedeutet die Energiezufuhr. (1 kg Dieselöl in kcal oder Jaule).
Der letzte Verlust ist dann die Wärme des Abgases.
Und was dann hinten raus kommt, das ist übrig geblieben und man kann es in % berechnen.

Also, Du brauchst schon sämtliche Werte der einzelnen Verbraucher und die des Motors, so wie er Fundament gesetzt wird.

Gruß max

Hallo !

Die genaue Antwort darauf wird Dir wohl keiner geben können.

(schnipp)

Also, Du brauchst schon sämtliche Werte der einzelnen
Verbraucher und die des Motors, so wie er Fundament gesetzt
wird.

Genau das wollte ich vermeiden. Nur eine „Pi mal Daumen“ Zahl. Das reicht schon.

Mit freundlichem Gruß

Klaus-Werner Olderdissen

Hallo,

jetz folgt leider keine richtige Expertenantwort, aber mir spukt die Größenordnung von 10 % Getriebeverlust und zusätzlich 25 % Verlust durch die Schraube im Kopf herum, bei Sport(Segel)booten bis zu 50 %. Habe das mal irgendwo gelesen, falls Du genauere Angaben brauchst mail mir doch Bitte, ich gehe dann nochmal auf die Suche. Etwas verifiziert werden diese Angaben durch diese Internetseite, die ich auf die Schnelle gegoogelt habe :

http://www.bics.be.schule.de/son/verkehr/presse/2000…

Wie gesagt, nur Größenordnungen, und zu allem Überfluss bin ich kein Kenner der Materie

viele Grüße Uli

Hallo,

jetz folgt leider keine richtige Expertenantwort, aber mir
spukt die Größenordnung von 10 % Getriebeverlust und
zusätzlich 25 % Verlust durch die Schraube im Kopf herum, bei
Sport(Segel)booten bis zu 50 %.

50% durch Propeller??? Slip??

Wenn dann der Wirkungsgrad des Motors und der angehängten Pumpen usw abgezogen wird, bliebe ja noch 20%.
Na, na, na!!!

gruß max

Hallo,

genauso habe ich es in Erinnerung, aber wie schon gesagt, Experte bin ich darin nicht.
Es gibt als Leistungsmerkmal doch auch den Begriff " Pfahlzug ", die Kraft, die ein schleppendes Fahrzeug übertragen kann.
Auf einem Segelboot, auf dem ich öfter unterwegs bin, ist die Schraube passend zu den Motor- und Bootssmerkmalen bestellt worden. Nach der Dimensionierung hinsichtlich Durchmesser und Steigung etc. wurde vom Werk aus ein Pfahlzug von maximal 1,2 Tonnen, in Fahrt maximal einer Tonne ( rechnerisch ) ermittelt.
Die Motorleistung beträgt 64 PS…
Vielleicht kann ja einer hier aus diesen Leistungsmerkmalen den Wirkungsgrad ausrechnen ? Ich kann es leider nicht, das Ergebnis würde mich auch interessieren.

Viele Grüße Uli

Hallo Max!

Wenn dann der Wirkungsgrad des Motors und der angehängten
Pumpen usw abgezogen wird, bliebe ja noch 20%.
Na, na, na!!!

Finde ich gar nicht so unrealistisch. Selbst die anfänglich erwähnten 43% sind ja schon ein recht guter Wert, der sicherlich nur von größeren Dieselaggregaten erreicht wird - und selbstverständlich nur unter Volllast.
Im Teillastbereich mußt du ja schon froh sein, wenn allein der Motorenwirkungsgrad jenseits der 20% bleibt.

Es ist halt eine traurige Tatsache dass Wärmekraftmaschinen bzw. -antriebe in der Praxis meist mit erbärmlich niedrigen Wirkungsgraden laufen.

Und zur Ursprungsfrage: Der Gesamtwirkungsgrad lässt sich (je nach dem wie genau der Kraftstoffverbrauch und die Gesamtmasse des Fahrzeugs bestimmt werden werden kann) ganz leicht berechnen:
Man beschleunige das Fahrzeug auf eine bestimmte Geschwindigkeit (sollte wesentlich kleiner sein als die Höchstgeschwindigkeit) und berechne die Kinetische Energie die dabei aufgebaut wurde. Diesen Betrag dividiert man nun durch den Energieinhalt des für die Beschleunigung verbrauchten Kraftstoffs. Je nach persönlicher Präferenz noch mit 100% multiplizieren - fertig ist der Gesamtwirkungsgrad.

Gruß

Stefan

Im Teillastbereich mußt du ja schon froh sein, wenn allein der
Motorenwirkungsgrad jenseits der 20% bleibt.

Es ist hier aber nicht von Teillastbereichen die Rede, sondern von Wirkungsgrad und der berechnet sich immer bei 100% Last.

Es ist halt eine traurige Tatsache dass Wärmekraftmaschinen
bzw. -antriebe in der Praxis meist mit erbärmlich niedrigen
Wirkungsgraden laufen.

Man beschleunige das Fahrzeug auf eine bestimmte

Geschwindigkeit (sollte wesentlich kleiner sein als die
Höchstgeschwindigkeit) und berechne die Kinetische Energie die
dabei aufgebaut wurde. Diesen Betrag dividiert man nun durch
den Energieinhalt des für die Beschleunigung verbrauchten
Kraftstoffs. Je nach persönlicher Präferenz noch mit 100%
multiplizieren - fertig ist der Gesamtwirkungsgrad.

Ja, das ist eine einfache Methode. Aber erklär sie doch mal in einfachen Worten. Vor allem die Berechnung der kinet. Energie.
Vielleicht haben Boote ja eine Knautschzone, und je nach Eindruck läßt sich die kinet. Energie ablesen.

Gruß max

Hallo Max!

Es ist hier aber nicht von Teillastbereichen die Rede, sondern
von Wirkungsgrad und der berechnet sich immer bei 100% Last.

Hmm, davon kann ich weder im Ausgangsposting etwas entdecken, noch ist das grundsätzlich so. Wenn Betriebszustände nicht explizit angegeben werden ist meistens der maximale Wirkungsgrad des Systems gemeint, und der liegt bei einem Verbrennungsmotor nicht unbedingt bei 100%Last, sondern oft irgendwo im Lastbereich zwischen 80 und 100%. Ist hier aber eigentlich auch unerheblich…

Ja, das ist eine einfache Methode. Aber erklär sie doch mal in
einfachen Worten. Vor allem die Berechnung der kinet. Energie.
Vielleicht haben Boote ja eine Knautschzone, und je nach
Eindruck läßt sich die kinet. Energie ablesen.

Kein Problem. Eine Knautschzone zur Umwandlung der kinetischen Energie in Deformationsenergie brauchst du übrigens gar nicht, da du die E kin. direkt aus Masse und Geschwindigkeit des Fahrzeugs berechnen kannst.
Ekin= m/2 * v². Wenn man SI-Einheiten einsetzt kommen auch ebensolche heraus. Sprich: Masse in Kilogramm durch zwei, mal dem Quadrat der Geschwindigkeit in Meter/Sekunde ergibt die kinetische Energie in Joule.
Die chemische Energie des Kraftstoffs läßt sich als Produkt von Kraftstoffmasse und Heizwert bestimmen. Auch hier in SI-Einheiten rechnen, dann kann man den Wirkungsgrad direkt wie folgt ausrechnen:

n = E kin / E chem

Über die SI-Einheiten gibt eigentlich jedes Physikbuch Auskunft, Heizwerte findest du dort vielleicht auch, kann ich bei Bedarf aber gerne mal nachschlagen. Bei Interesse einfach mal im Forum Biologie und Chemie nachfragen.

PS: Die Geschwindigkeit bis zu der beschleunigt wird sollte deshalb möglichst niedrig gewählt werden, damit der Einfluß des Strömungswiederstandes am Bootsrumpf nicht so sehr ins Gewicht fällt. Ich würde für die Messung auf etwa 1/4 bis 1/3 der Höchstgeschwindigkeit beschleunigen.

Gruß

Stefan

Kein Problem. Eine Knautschzone zur Umwandlung der kinetischen
Energie in Deformationsenergie brauchst du übrigens gar nicht,
da du die E kin. direkt aus Masse und Geschwindigkeit des
Fahrzeugs berechnen kannst.
Ekin= m/2 * v². Wenn man SI-Einheiten einsetzt kommen auch
ebensolche heraus. Sprich: Masse in Kilogramm durch zwei, mal
dem Quadrat der Geschwindigkeit in Meter/Sekunde ergibt die
kinetische Energie in Joule.

Aha, und ich Dummerchen dachte immer, das hängt auch von der Form des Bootskörpers ab. Denn - bei einem Boot/Schiff bringt Länge Geschwindigkeit. Ein Boot, plötzlich um , sagen wir 2 m, verlängert, fährt damit erheblich schneller.
Dann könnte man doch die vielen Schiffbauversuchsanstalten dicht machen. Bei solch einfacher Berechnung!!!

Hallo Max!

Aha, und ich Dummerchen dachte immer, das hängt auch von der
Form des Bootskörpers ab. Denn - bei einem Boot/Schiff bringt
Länge Geschwindigkeit. Ein Boot, plötzlich um , sagen wir 2 m,
verlängert, fährt damit erheblich schneller.
Dann könnte man doch die vielen Schiffbauversuchsanstalten
dicht machen. Bei solch einfacher Berechnung!!!

Ich glaube du verwechselst hier zwei Dinge, nämlich die kinetische Energie und den Strömungswiderstand. Die Kinetische Energie ist nur von Masse und Geschwindigkeit abhängig.
Der Strömungswiederstand dagegen von der Viskosität bzw. Dichte des Wassers, der Geschwindigkeit und selbstverständlich von der Form des Bootskörpers. Und genau in diese Richtung gehen wohl auch die Experimente in den Schiffbauversuchsanstalten, dort will man sicherlich den Strömungswiderstand möglichst weit verringern.
Mit der kinetischen Energie hat das aber kaum zu tun, außer man betrachtet zwei gleich motorisierte und gleich schwere Boote unterschiedlicher Bauform, da kann natürlich das strömungsgünstigere aus eigenem Antrieb eine höhere kinetische Energie aufbauen.

Genau die Sache mit dem Strömungswiderstand gilt es aber aus der Berechnung des _Antriebs_wirkungsgrades herauszuhalten, daher ja auch der Hinweis, die Messung bei möglichst geringen Geschwindigkeiten durchzuführen.
Wollte man den Antriebswirkungsgrad bei Höchstgeschwindigkeit des Schiffes berechnen wollen, müßte man den exakten Strömungswiederstand des Schiffes kennen. Ob sich der allerdings z.B. aus dem cwA-Wert des Rumpfes bei dem entsprechenden Tiefgang und der Dichte des Wassers ausreichend genau berechnen läßt kann ich aus dem Stegreif leider nicht beurteilen.

Gruß

Stefan

allerdings z.B. aus dem cwA-Wert des Rumpfes bei dem
entsprechenden Tiefgang und der Dichte des Wassers ausreichend
genau berechnen läßt kann ich aus dem Stegreif leider nicht
beurteilen.

Du hast hier viel Zeit!! Laß den Stegreif weg und erklär uns mal, wie Du die effektive Leistung eines Propellers aus der kinet. Energie berechnest.

Die effekt. leistung ist am einfachsten mit einem Torsionsmeßgerät an der Propellerwelle zu berechnen. Und das ist der übliche Weg. Alles andere ist viel zu umständlich und führt zu keinem Ergebnis.
Zugeführte Energie des Heizöles zu Leistung am Torsionsmeßgerät, das ist der Vergleich aus dem man den Wirkungsgrad errechnen kann.

gruß Max

Hallo Max!

Du hast hier viel Zeit!!

Über meine Zeit urteile ich wohl schon selber, danke!

Laß den Stegreif weg und erklär uns
mal, wie Du die effektive Leistung eines Propellers aus der
kinet. Energie berechnest.

Wozu? Du verrenst dich hier völlig sinnlos in ein Teilproblem, nach dem eigentlich gar nicht gefragt war. Die Ursprungsfrage lautete - Achtung, Zitat:
„Nun die konkrete Frage: Wieviel % bleiben dann letztlich nur noch für den Vortrieb über?“
Man beachte die Bedeutung der Worte „bleiben letztlich über“ und vor allem „für den Vortrieb“!

Jetzt erkläre du erstmal wofür ich dabei die effektive Leistung des Propellers brauche?

Warum soll man denn kompliziert den Energiefluss en détail über all die vielen Teilsysteme des Antriebs verfolgen, wenn ich auch auf direktem Weg zum Ziel kommen kann: Den Antrieb eine bestimmte Vortriebsarbeit verrichten lassen, und diese Arbeit dann ins Verhältnis zum Energieinhalt des verbrauchten Kraftstoffs setzten. Fertig.

Die effekt. leistung ist am einfachsten mit einem
Torsionsmeßgerät an der Propellerwelle zu berechnen. Und das
ist der übliche Weg. Alles andere ist viel zu umständlich und
führt zu keinem Ergebnis.

Für den letzten Satz - insbesondere die letzten vier Worte - hätte ich gerne mal eine fundierte Begründung.

Zugeführte Energie des Heizöles zu Leistung am
Torsionsmeßgerät, das ist der Vergleich aus dem man den
Wirkungsgrad errechnen kann.

Bitte mit Rechenweg. Bisher erkenne ich nur, dass du die nötigen Meßwerte hast, um das Drehmoment am Propeller zu messen.
Nehmen wir mal die Propellerdrehzahl dazu, dann weißt du sogar, mit welcher Leistung der Propeller angetrieben wird. Das ist aber immer noch die Energie die in den Propeller _hineingesteckt_ wird (also der Wirkungsgrad vom Tank bis zum Propeller), was davon real in Vortrieb umgewandelt wird, ist noch völlig unbekannt.

Nur mal um das Problem zu verdeutlichen: Wenn der Anstellwinkel der Propellerblätter ungünstig genug ist, kannst du Gigawatt auf die Welle buttern und auch tolle Zahlen mit deinem Torsionsmeßgerät aufzeichnen, der Pott bewegt sich aber trotzdem keinen Millimeter vorwärts, weil das Wasser nur radial (also senkrecht zur Längsachse des Schiffs) beschleunigt wird, wobei es halt eben keinen Vortrieb erzeugt.
Kommst du in diesem Fall mit der Torsionsmessung auch auf einen Gesamtwirkungsgrad von null? Wenn ja, dann erkläre mir bitte wie.

Wie willst du denn die reale Vortriebsleistung bzw. -Arbeit selbst bestimmen, wenn nicht durch Beschleunigen oder Anschieben (mit Kraft- und Geschwindigkeitsmessung) des zu vermessenden Fahrzeugs?

Eh gleich die Frage kommt, was das mit dem Schieben soll: Kraft mal Geschwindigkeit ergibt die reale Fortbewegungsleistung. Diese kann man dann wieder mit der für eine Fahrt aus eigener Kraft mit gleicher Geschwindigkeit aufgewendeten Leistung (Kraftstoffverbrauch pro Zeit mal Brennwert) ins Verhältnis setzen und erhält ebenso den Gesamtwirkungsgrad des Antriebs (der bei mir auch den Propeller einschließt).

Der große Vorteil beim Schieben gegenüber der Beschleunigungsmethode ist übrigens, dass die Messung grundsätzlich bei jeder beliebigen Geschwindigkeit durchgeführt werden kann.
Die Beschleunigungsmethode läßt sich dagegen ohne aufwändiges Equipment von jedem selbst durchführen.

Gruß

Stefan

Wozu? Du verrenst dich hier völlig sinnlos in ein Teilproblem,
nach dem eigentlich gar nicht gefragt war. Die Ursprungsfrage
lautete - Achtung, Zitat:
„Nun die konkrete Frage: Wieviel % bleiben dann letztlich nur
noch für den Vortrieb über?“
Man beachte die Bedeutung der Worte „bleiben letztlich über“
und vor allem „für den Vortrieb“!

Leute, erst mal vielen Dank das Ihr Euch mit meiner Frage auseinander setzt. Ich bin aber nach wie vor noch nicht schlauer.

Ich versuche es noch einmal.

Laut einem Diagramm der Fa. DB habe ich an der Schwungscheibe nur noch 43 %.

Siehe Graphik unter
http://home.t-online.de/home/olderdissen/drss/db.pdf

So und jetzt geht es ab der Schwungscheibe weiter. Im Getriebe habe ich durch Zähne, Lager usw. weitere Verluste durch Reibung. Dann durch die Wellenlager, Stopfbuchse und was weiß ich noch alles noch weitere Verluste durch Reibung. So und jetzt bin ich an der Schraube. Diese hat im Wasser auch keine Haftreibung wie ein Autoreifen auf der Straße, sondern da ist Schlupf. Beim Anfahren mehr und bei der Fahrt weniger Schlupf. Auf alle Fälle geht dadurch auch reichlich Vortriebsenergie verloren. So und was bleibt nun von meinen 100 % Energie die ich in den Tank eingefüllt habe letztlich über. Ich schätze so zwischen 5 bis 10 %. Ist diese Zahl annähernd richtig? Mehr will ich doch nicht wissen.

Mit freundlichem Gruß

Klaus-Werner Olderdissen

Hallo Uli!

Vielleicht kann ja einer hier aus diesen Leistungsmerkmalen
den Wirkungsgrad ausrechnen ? Ich kann es leider nicht, das
Ergebnis würde mich auch interessieren.

Die Werte allein scheinen mir noch nicht ausreichend zu sein. Wenn du aber die Steigung der Schraube hast und die maximale Propellerdrehzahl, dann könnte ich noch mal versuchen ob ich’s hinkriege.

Gruß

Stefan

Hallo nochmal,

Wenn du aber die Steigung der Schraube hast und die maximale
Propellerdrehzahl, dann könnte ich noch mal versuchen ob ich’s
hinkriege.

Machen wir’s weniger kompliziert - welche Höchstgeschwindigkeit kann das beschriebene Fahrzeug allein durch den Motorantrieb erreichen? Vielleicht komme ich auch schon mit diesem Wert auf einen grünen Zweig.

Gruß

Stefan

Hallo, Stefan,

die maximale Geschwindigkeit beträgt (ohne Gegenwind und Wellen )8 Knoten, vielleicht hilft Dir das ja schon, ansonsten suche ich am Wochenende fehlende Werte heraus.

viel Erfolg beim rechnen Uli

Hallo Uli!

Ich habe mal mit der heißen Nadel eine Excel-Tabelle gestrickt, in der ich nach bestem Wissen und Gewissen berechnet habe, was beim Beschleunigen eines Schiffes so in etwa passieren dürfte.

Ich erhebe bezüglich dieser Rechnungen keinen Anspruch auf Richtigkeit, behaupte aber einfach mal, dass von dem, was aus deinem 64PS-Motor 'rauskommt ungefähr 35% in reale Vortriebsleistung umgewandelt wird.

Wie ich darauf komme soll nun kein Geheimnis bleiben, die Tabelle kann in gezippter Form die nächsten 30 Tage unter folgendem Link heruntergeladen werden:

http://www.gmx.net/de/cgi/dfs_guest?linkid=xFu9FwgwP…
(Der Link ist bis zum 24.3.2003 gültig.)

Ich habe zu der Tabelle und meinen Gedankengängen jetzt keinerlei Dokumentation geschrieben (wie gesagt: mit der heißen Nadel gestrickt) aber mit etwas Excel-Kenne und etwas physikalischem Grundwissen sollte eigentlich klar werden, was ich wie berechnet habe.
Achte übrigens bei der Tabelle mal drauf, ob ich die Geschwindigkeit richtig von Knoten in m/s umgerechnet habe, ich hab in Ermangelung genauerer Werte einfach angenommen, dass 1kn etwa 1,6km/h entspricht.

Wenn entsprechendes Interesse an der Diskussion dieser Berechnung vorhanden ist, erläutere ich gerne noch Gedankengänge und Rechenwege zu der Tabelle.

Gruß

Stefan

Schlimm, schlimm!

Zumindest ein Grundwissen sollte da sein, bei so einer Rechnung.

Obwohl ich die Rechnung einfach nicht erkenne.

1 kn sind 1852 m/h

Gruß max