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Archiv verlassen und diese Seite im Standarddesign anzeigen : Leistung vs. Drehmoment



FrankPat
02.10.2008, 18:58
"Leistung" und vor allem "Drehmoment" kommen immer wieder in den Beiträgen vor und vor allem das Drehmoment wird immer wieder als K.O.-Argument gebraucht. Vielleicht sollte man einmal diese Begriffe näher betrachten, was kann man daraus erkennen?
Um einen Fahrzeugantrieb ernsthaft bewerten zu können, sind sie aber zu wenig aussagefähig und man muss noch einiges mehr berücksichtigen. Worauf es dabei ankommt, möchte ich hier anschaulich beschreiben, also möglichst wenig Mathematik und Physik.

Zur Einstimmung:
Um ein Fahrzeug zu bewegen muss der Antrieb die Fahrwiderstände überwinden. Das sind Rollwiderstand, Luftwiderstand und Steigungswiderstand (der Beschleunigungswiderstand soll hier nicht interessieren). Sie wachsen mit Fahrgeschwindigkeit, Steigung und Gegenwind und hängen dann nur vom Fahrzeug (Gewicht, Abmessungen, Windschlüpfrigkeit, ...) ab, in einem exakten physikalischen Zusammenhang.
Ein guter Antrieb sollte daher diese Fahrwiderstände ohne zeitliche Unterbrechung (Schaltpause) im gesamten Geschwindigkeitsbereich möglichst genau abdecken.
(Bietet der Antrieb mehr Leistung als die momentanen Fahrwiderstände verlangen, kann der Überschuss zum Beschleunigen verwendet werden.)
Diese Forderung erfüllen alle, wirklich alle, unsere Automotoren leider überhaupt nicht. Sie haben nur einen geringen nutzbaren Drehzahlbereich und können nicht von selbst anlaufen. Sie benötigen daher eine Kupplung und ein Getriebe bei dem die Gänge gewechselt werden können. Sonst sind unsere Motoren in einem Fahrzeug nicht verwendungsfähig. Man muss also Motor, Kupplung und Wechselgetriebe immer als Einheit betrachten.
Millionen KFZ in aller Welt lassen vergessen, dass dieses Antriebskonzept vor über 100 Jahren aus der Not geboren wurde und seitdem nur im Detail (wie Synchrongetriebe, Getriebeautomatik, Turbo) sowie in Zuverlässigkeit und Lebensdauer verbessert wurde.
Aber z.B. die E-Motoren in der Bahn und auch die gute alte Dampflok können das hingegen recht gut. Täglich ziehen sie schwerste Züge über die Gebirge der Welt. Dazu benötigen sie weder Kupplung noch Wechselgetriebe.

Der Automotor:

Im Prospekt findet man 4 Angaben, die ihn recht gut kennzeichnen:
1. max. Leistung (kW oder PS)
2. Drehzahl bei dieser max. Leistung (U/min)
3. max. Drehmoment (Nm)
4. Drehzahl bei diesem max. Drehmoment (U/min)

Für den Fahrbetrieb von Bedeutung ist der Drehzahlbereich zwischen max. Leistung und max. Drehmoment. Dazu ein gewisser Bereich darunter, der ist recht klein beim Turbodiesel, größer bei Benzinmotoren.

Beispiel:
Diesel mit 100PS bei 4000U/min und 200Nm bei 2000U/min
Daraus kann man errechnen, dass er bei 4000U/min ein Drehmoment von 172Nm hat und bei 2000U/min eine Leistung von 57PS hat.

Die Kupplung:

Ihre Hauptaufgabe ist, das Anfahren zu ermöglichen. Dabei wird der Motor wird mit einer Drehzahl betrieben bei dem das abgegebene Drehmoment zum Anfahren ausreicht. Dann muss die Kupplung so lange schleifen, bis das Fahrzeug auf jene Geschwindigkeit gebracht wurde, die der vorgenannten Drehzahl entspricht. Eigentlich ein Gewaltakt, aber die modernen Kupplungen halten das aus.
Eine weitere Aufgabe der Kupplung ist die Krafttrennung beim Gangwechsel.

Das Getriebe:

Ein üblicher PKW hat einen nutzbaren Geschwindigkeitsbereich von 20-180(200) km/h. Das ist ein Verhältnis von 1:9 (1:10). Ein moderner Diesel hat einen nutzbaren Drehzahlbereich von 1:2 (2000-4000U/min) bis 1:3 (1500-4500U/min). Benziner sind da nicht grundlegend anders, nur die Drehzahlen liegen höher. Daher wird ein Wechselgetriebe eingebaut mit dem der nutzbare Drehzahlbereich des Motors wahlweise auf verschiedene Fahrgeschwindigkeitsbereiche gelegt werden kann. Da aber die Anzahl der Gänge nur begrenzt ist (heute 5-6) und sie auf den ganzen Geschwindigkeitsbereich aufgeteilt werden müssen, bleiben dazwischen Fahrgeschwindigkeiten, die nicht mit der Höchstleistung betrieben werden können. In unserem Beispiel nur 57PS statt 100PS.

Beim Gespann kommt dazu, dass die Getriebe auf die Höchstgeschwindigkeit des PKW ausgelegt sind, während ein Gespann deutlich langsamer gefahren wird. Geländefahrzeuge haben das gleiche Problem und daher oft ein Zusatzgetriebe, damit sie die Höchstleistung auch für den langsamen Geschwindigkeitsbereich zur Verfügung haben.
Wohnmobile sind da besser dran, da decken sich Auslegungsgeschwindigkeit und tatsächlicher Fahrbereich recht gut.

Automatikgetriebe mit hydraulischem Wandler passen sich besser an, auch haben sie keine Zugkraftunterbrechung (Schaltpause) zwischen den Gängen. Aber der hydraulische Wandler schluckt Leistung und das bedeutet Mehrverbrauch, wenn auch einen geringen. Dafür ist das Anfahren elegant.
Mit Abstand am besten wären natürlich stufenlose mechanische Getriebe (CVT). Diese werden bereits von einigen Firmen angeboten und haben statt Zahnrädern eine Gliederkette.
Das DSG-Getriebe im VW ist da ein recht guter Kompromiss.

Die Auswirkungen:

Trotz dieser Tatsachen fährt sich ein Solo-PKW damit recht gut, weil moderne PKW wesentlich mehr Leistung als nötig eingebaut haben. Damit kann die Unzulänglichkeit des Antriebes überspielt werden. Ein üblicher PKW benötigt bei 100km/h gerade mal 25PS in der Ebene, aber bei 100km/h und 5% Steigung schon 70PS.

Anders beim Gespannfahren und da womöglich noch am Berg, da wird öfters nahe am Vollgas gefahren. Gespannfahren ist ja für den Antrieb nichts anderes als dauerndes Bergauf. Ein übliches Gespann benötigt bei 100km/h um die 60PS in der Ebene, aber bei 100km/h und 5% Steigung schon 120PS.

Je schwerer ein Fahrzeug bzw. Gespann, desto mehr macht der Steigungswiderstand (und damit die Steigungsleistung) aus. Es muss ja das ganze Gewicht wie mit einem Kran gehoben werden. Bei unserem Gespann sind es bei nur 60km/h und 10% Steigung über 90PS.

Was bedeutet das in der Praxis?
Bei einem 5-Gang-Getriebe gibt es nur 5 Fahrgeschwindigkeiten bei denen der Motor seine max. Leistung abgeben kann. Bei jeder anderen Geschwindigkeit ist die abgebbare Leistung zum Teil empfindlich geringer. (siehe Beispiel)
Beim Beschleunigen am Berg spürt man das deutlich. Man zieht die 2. hoch mit 100PS und hat dann in der 3. nur mehr 57PS. Das kann dann zu wenig sein und man muss wieder in die 2. zurück. Oder umgekehrt, man fährt mit Vollgas am Berg und es wird steiler. Dann fällt die Drehzahl zurück, womöglich unter die Drehzahl des max. Drehmomentes. Schaltet man dann nicht sofort zurück, würgt man den Motor ab. Beim Zurückschalten kann es aber dazu kommen, dass man dann den Motor überdrehen würde. Man muss dann noch mehr mit dem Tempo zurück, damit der Motor dann im geringeren Gang eine vernünftige Drehzahl hat. Es gibt da also Geschwindigkeitsbereiche, in denen man nicht fahren kann.

Diese beschriebenen Auswirkungen kennt jeder Autofahrer und der Gespannfahrer ganz besonders.
Daher bemüht sich die Industrie „elastische“ und „bullige“ Motoren zu entwickeln, also mit möglichst hohem Drehmoment und großem Drehzahlbereich. Auch wird die Anzahl der Gänge erhöht (LKW haben bis zu 20 und mehr Gänge).

Die „Elastizität“:

Das ist eigentlich ein sehr schwammiger Begriff, aber mit folgender Formel lässt sich wirklichkeitsnahe ein Vergleichswert errechnen:
Elastizitätswert El=(M2:M1).(n1:n2)

M2...max. Drehmoment
M1...Drehmoment bei Drehzahl der max. Leistung (findet man nicht im Prospekt und muss aus den anderen Werten errechnet werden)
n1...Drehzahl der max. Leistung
n2...Drehzahl des max. Drehmomentes

Übliche Elastizitätswerte sind (Internetangaben von 50 Motoren in der 100-120PS-Klasse ausgewertet):
Turbo-Diesel 2,5 bis 3,4
Saug-Benziner 1,5 bis 2,7
Turbo-Benziner 2,7 bis 3,9
Diese Werte zeigen, was Turbo-Diesel-Fahrer schon lange wissen: der moderne Turbo-Diesel hat den heutigen Saug-Benziner an Elastizität überholt. In der Praxis wird der Saug-Benziner allerdings etwas besser sein als seine Werte vermuten lassen, da bei ihm das Drehmoment unterhalb von n2 weniger stark abfällt als beim Turbo-Diesel. (Anfahrschwäche des Turbo-Diesel)
Der Turbo-Benziner wäre noch besser, insbesondere der Kompressor von VW.ist aber in Anschaffung und Betrieb teurer. (und ob er für längere Fahrten nahe am Vollgas konstruiert ist?)
Eine ganz neue Entwicklung ist der Benziner mit Turbo und Kompressor von VW (TSI) mit einer Elastizität von enormen 4,6 bei 140PS und 4,7 bei 170PS (aus nur 1390ccm!)

Treibstoffverbrauch:
Da wird der Diesel immer besser sein. Er lässt sich wesentlich höher verdichten, und das bringt bessere Kraftstoffausnützung. Der Benziner liegt zusätzlich noch im Teillastbereich schlechter. Die Industrie arbeitet daran, ist aber durch den Kat (Lambda-Sonde) und die Abgasvorschriften (sie sind aber wichtig für die Umwelt) stark behindert.

Zusammenfassung:
Die heutigen Autoantriebe mit Handschaltgetriebe können nicht bei jeder Fahrgeschwindigkeit die Prospektleistung zur Verfügung stellen. Bei gewissen Geschwindigkeiten sinkt die tatsächlich abgegebene Leistung (trotz Vollgas) stark ab, im Beispiel bis fast auf die Hälfte. Das wirkt sich im Gespannbetrieb oder beim Wohnmobil sehr stark in den Fahrleistungen aus, denn da wird sehr viel nahe am Vollgasbereich gefahren.
Bei gegebener Prospektleistung sollte der Motor daher möglichst „elastisch“ sein und das Getriebe möglichst viele Gänge haben. Die interessanteste heute erhältliche Kombination wäre daher ein Turbo-Diesel mit 6-Gang-Getriebe. Benziner mit gleicher Prospektleistung müssten mit höheren Drehzahlen (Lautstärke, Verbrauch, ...) gefahren werden, öfter und genauer geschalten werden und wären trotzdem eher langsamer.
Stufenlose Automatikgetriebe (CVT) wären antriebsmäßig das Allerbeste und würden die ganze angeführte Problematik vergessen lassen. Sie werden aber erst von wenigen Firmen in wenigen Modellen angeboten.

Wir sehen also, "Drehmoment" und "Leistung" sind wirklich nur Schlagworte. Man muss Motor und Getriebe als Einheit betrachten. Nur dann kann man sich einen Eindruck von der Brauchbarkeit eines Antriebes verschaffen.

Gruß
Frank

Richard
03.10.2008, 01:28
ok frank,

nur wirst du nie im leben die "sogenannten" werte der autoindustrie in der praxis umsetzen können.

denn eines ist untrennbar verbunden, das ist leistung und drehmoment. denn eines gibt schon zu denken (und ich war mit motoren lange genug beschäftigt), vw gibt z.b. bei der 1,9 liter maschine mit 90 ps ein höheres drehmoment wie ein motor mit 2,9 liter und 150 ps an (beides turbodiesel). dieses noch dazu bei 1.750 u/min gegenüber der grossen maschine mit 2.000 u/min.

bei aller liebe, aber da ist eine diskrepanz sondergleichen drinnen. nun könnte man da über die seriosität von vw oder so manch anderen herstellern diskutieren.

ich kann mir auch nicht vorstellen, dass sich die physik in den letzten 50 jahren derart verändert haben sollte ;).

kerstan
03.10.2008, 08:45
...
Die interessanteste heute erhältliche Kombination wäre daher ein Turbo-Diesel mit 6-Gang-Getriebe.
...

Gruß
Frank


Hallo, DANKE für den ausführlichen Bericht
Das bekommt man aber nicht! Denn die heutigen so modernen 6-Gang-Getriebe haben doch nur einen noch länger übersetzeten 6. Gang (nach meiner Erfahrung) und dieser ist im Gespannbetrieb nahezu nutzlos. also fährt erst wieder nur mit 5 Gängen.
Enger ist das 6GangGetriebe aber meiner Erfahrung nach nicht abgestuft. es hat nur einen zusätzlichen Gang
ist halt so wie früher, als der 5.Gang moderm geworden ist. Das senkt im "Normalbetrieb" bei Reisegeschwindigkeit den Verbrauch.

holiday
03.10.2008, 09:10
Hallo, DANKE für den ausführlichen Bericht
Das bekommt man aber nicht! Denn die heutigen so modernen 6-Gang-Getriebe haben doch nur einen noch länger übersetzeten 6. Gang (nach meiner Erfahrung) und dieser ist im Gespannbetrieb nahezu nutzlos. also fährt erst wieder nur mit 5 Gängen.
Enger ist das 6GangGetriebe aber meiner Erfahrung nach nicht abgestuft. es hat nur einen zusätzlichen Gang
ist halt so wie früher, als der 5.Gang moderm geworden ist. Das senkt im "Normalbetrieb" bei Reisegeschwindigkeit den Verbrauch.


das mag vieleicht für PKW zutreffen,ich kann nur aus eigener erfahrung sagen das zb der 6te gang beim transit sehr viel bringt und nicht nur ein langer 5ter ist

abo
03.10.2008, 10:26
nur wirst du nie im leben die "sogenannten" werte der autoindustrie in der praxis umsetzen können.

denn eines ist untrennbar verbunden, das ist leistung und drehmoment. denn eines gibt schon zu denken (und ich war mit motoren lange genug beschäftigt), vw gibt z.b. bei der 1,9 liter maschine mit 90 ps ein höheres drehmoment wie ein motor mit 2,9 liter und 150 ps an (beides turbodiesel). dieses noch dazu bei 1.750 u/min gegenüber der grossen maschine mit 2.000 u/min.

bei aller liebe, aber da ist eine diskrepanz sondergleichen drinnen. nun könnte man da über die seriosität von vw oder so manch anderen herstellern diskutieren.

ich kann mir auch nicht vorstellen, dass sich die physik in den letzten 50 jahren derart verändert haben sollte ;).

hallo

leistung und drehmoment ist noch viel enger mit einander verbunden als du glaubst

nämlich über die simple formel: "Leistung ist Drehmoment mal Drehzahl"

das drehmoment ist weder etwas was man in dieser form in einem motor "einbauen" kann noch ist es ein besonderes "qualitätsmerkmal"

mein alter S2 hatte 1991 - als serienfahrzeug, vor dem umbau - ein drehmoment von 350Nm bei 1950Upm. und das war durchaus spürbar...

bei drehmoment kann man als hersteller wenig schummeln. du kannst es auf jedem motorprüfstand ausgeben lassen. es ist nix anderes als die angabe bei welcher drehzahl der motor wieviel leistung hat.

nicht mehr, und nicht weniger

lg
g

georgf.
03.10.2008, 10:36
Hallo!

Da bin ich froh, dass unser alter, (hautzutage schon stark untermotorisierter) Nissan noch so langsam übersetzt ist. (Genau genommen: untersetzt, der Motor dreht ja in fast allen Gängen schneller als die Räder) So zieht er mit seinen 55 KW locker unser Gespann mit Tandem am Dach und Rädern am Heck(auch mit Tempo 100).
Wenn (was hoffentlich noch ein paar Jahre dauern wird) ein neues Auto fällig wird, stellt sich die Frage nach einem neuen. Saugdiesel gibt es ja keine mehr, es wird also ein Turbodiesel werden. Ein bisserl mehr Leistung als die 55KW bei gut 4000U/min (Drehmoment steht leider nicht im Typenschein) würde nicht schaden, aber mehr als nötig möcht ich auch nicht, kostet einen Haufen Steuer und Versicherung für nix.
Dazu meine Frage: Turbodiesel haben doch, soweit ich das sehe, eher verrückte Höchstleistungen, aber dazu relativ schwache Dauerleistungen beim Ziehen. Auf welche Leistung mösste ich also inetwa zielen, wenn ein Turbodiesel etwasgleich gut ziehen soll, wie früher ein Saugdiesel mit 90PS?

lg!

Robert55
03.10.2008, 13:19
Hallo

Ich bin der Meinung, dass Leistung bzw. Drehmoment nicht alleine für die Wohnwagentauglichkeit reichen, ich hatte einen Peugeot Turbodiesel mit 90 PS. Der ging mit meinem 1300 kg WW tadellos, wennst aber bei jedem Hügelchen dann nur mehr nach der Wassertemperaturanzeige fahren kannst, macht es auch keinen richtigen Spaß. Halbwegs Bergfahren war nur bei unter 10 Grad Lufttemperatur möglich.
Soviel ich weiß, hatte der Richard auch einmal einen Renault mit jeder Menge Leistung, aber auch viel zu wenig Kühlung.
Zur Zeit fahre ich mit einem Citroen Turbodiesel mit 135 PS und 2,2 l, dem ist alles wurscht.

Mit freundlichen Grüßen
Robert

Richard
03.10.2008, 14:22
hi georg,

mit der verrückten höchstleistung und dauerzugleistung liegst, so meine ich, ein bißchen falsch.

gerade der lader bringt bereits im unteren drehzahlbereich einen durchzug, der sonst nur mit einem grossen hubraum erreicht werden kann. und genau da liegt der vorteil beim gespannfahren.

ideal sind z.b. variable lader, die dem motor ein höchstmaß an ladedruck in allen drehzahlbereichen liefern.

ich bin da den neuen 2 literdiesel von renault mit 173 ps gefahren, der böllert schon ab dem leerlauf ohne loch los. wenn ich da so an den 200er/8 mit seinen gewaltigen 60 ps denk.....;).

@ robert, stimmt, ich hatte mit der renault safrane mit der temp. meine liebe not. nur das hing seinerzeit konstuktionsbedingt mit den kleinen französischen vorderen nummernschildern zusammen. unsere grossen schilder störten den luftstrom gewaltig und der motor bekam zuwenig luft. das erkannten aber die franzmänner dann doch irgendwann und heute gibts da keine probs mehr.

gary
03.10.2008, 15:26
gerade der lader bringt bereits im unteren drehzahlbereich einen durchzug, der sonst nur mit einem grossen hubraum erreicht werden kann.

also mein ducato bringt im unteren drehzahlbereich zuerst mal ein grosses loch... :mad:

zusatz: da frage ich doch gleich mal die experten... wäre ein kompressor nicht besser und die leistungssteigerung wesentlich linearer?
wenn ja, warum werden dann keine eingebaut?

(2,5 l mit 116 ps, oder 110? weiss es auswendig nicht.)

Richard
03.10.2008, 15:38
hi gary,

kompressor nur bedingt, da dieser wieder unnötige leistung verschlingt, die du beim lader ziemlich gratis bekommst.

ideal, entweder der verstellbare lader oder mit einem kleinen und grossen lader. der kleine spricht schneller an und bringt schon hohen druck ab dem leerlauf. für die grosse leistung dann den etwas trägeren lader, der aber mehr auf grosse luftmengen ausgelegt ist. opel und ford hat sich da vor einiger zeit damit stark gemacht.

kerstan
03.10.2008, 15:49
das mag vieleicht für PKW zutreffen,ich kann nur aus eigener erfahrung sagen das zb der 6te gang beim transit sehr viel bringt und nicht nur ein langer 5ter ist
wir haben ja bisher auch nur von PKW gesprochen ... :rolleyes:
dein Transit ist halt für etwas anderes (Lasten transportieren) ausgelegt, und da wird das Getriebe auch dem entsprechend angepasst sein.
ein "moderner" PKW ist ja nicht fürs Wohnwagenziehen ausgelegt, sondern fürs schnellfahren, ok ... fürs sparsame reisen.
warum gibts keine PKW die Vmax 150 kmh gehen, aber trotzdem mühelos Wowas wiehen können UND wenig verbrauchen.
mir genügt das!

Richard
03.10.2008, 15:54
hi kerstan,

das sind fromme wünsche, die du nie bekommen wirst, denn egal wie gross oder klein die maschine ist, das gewicht des gespannes fordet eben den treibstofftribut...

kerstan
03.10.2008, 16:09
hi kerstan,

das sind fromme wünsche, die du nie bekommen wirst, denn egal wie gross oder klein die maschine ist, das gewicht des gespannes fordet eben den treibstofftribut...

schon klar, das "wenig verbrauchen" war auch nur für den Solobetrieb gemeint.

georgf.
05.10.2008, 11:12
Hallo Richard, ahllo alle anderen!

(Ich konnte erst jetzt wieder in Forum reinschauen.)
V. A. Richard: Danke für die Info, die Entwicklung ist also sehr differenziert, ich muss dann das einzelne Auto anschauen, wenn ein Neukauf ansteht.
Gespannfahrer, deren 90-PS Peugeot Probleme beim Ziehen hatte, habe ich übrigens auch getroffen, auch deren Erfahrungen haben mich ein bisschen zum Grübeln gebracht. An sich kann ja sowohl ein Saugdiesel als auch ein Turbodiesel auf Dauerbetrieb in höheren Lastbereichen gebaut werden, offensichtlich sind das nur nicht alle. Und vielleicht werden in ein paar Jahren sogar Autos gebaut, deren Elektronik keine Sperenzchen macht. Das Prinzip Hoffnung lebt ja.

lg!