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Die Physik rund ums KFZ - Der Physikthread

Themenstarteram 27. Juli 2020 um 11:22

Kaum ein anderer Alltagsgegenstand macht Physik und deren spannende Teilbereiche für den Alltagsbenutzer so greifbar, wie das Auto. Seien es die physikalischen Vorgänge der Thermodynamik, die im Verbrennungsmotor ihre Kraft entfalten, oder die newtonschen Gesetze die bestimmen, wie lange das Fahrzeug auf der Straße bleibt.

Besonders wenn unterschiedliche Baugruppen mit ihren Eigenschaften ineinandergreifen, muß man beim KfZ das Gesamtsystem betrachten und es kommt zu allerlei Interpretationen und Missverständnissen, die zu hitzigen Diskussionen führen und auch zur Schließung von anderen Threads, bei denen Physik nicht das Topic war.

Diesen Diskussionen/Fragen/Klarstellungen möchte ich hier einen Platz bieten. Egal ob Drehmoment vs. Leistung beim Motor, Beschleunigung eines Autos, Schaltstrategien, oder Vorgänge in der Kupplung. Hier ist Platz.

Daher, mit was legen wir los?

Noch kurz zu mir, ich bin selbst seit 20 Jahren Elektronikentwickler mit einem Hang zu Fahrzeugen und einem großen Interesse an Physik allgemein. In meiner beruflichen Tätigkeit habe ich gelernt, über die einzelne Komponente hinauszusehen und das gesamte System zu erfassen, was mich im Falle eines Autos schnell zur grundlegenden Physik bringt.

Grüße,

Zeph

Beste Antwort im Thema
Themenstarteram 27. Juli 2020 um 11:22

Kaum ein anderer Alltagsgegenstand macht Physik und deren spannende Teilbereiche für den Alltagsbenutzer so greifbar, wie das Auto. Seien es die physikalischen Vorgänge der Thermodynamik, die im Verbrennungsmotor ihre Kraft entfalten, oder die newtonschen Gesetze die bestimmen, wie lange das Fahrzeug auf der Straße bleibt.

Besonders wenn unterschiedliche Baugruppen mit ihren Eigenschaften ineinandergreifen, muß man beim KfZ das Gesamtsystem betrachten und es kommt zu allerlei Interpretationen und Missverständnissen, die zu hitzigen Diskussionen führen und auch zur Schließung von anderen Threads, bei denen Physik nicht das Topic war.

Diesen Diskussionen/Fragen/Klarstellungen möchte ich hier einen Platz bieten. Egal ob Drehmoment vs. Leistung beim Motor, Beschleunigung eines Autos, Schaltstrategien, oder Vorgänge in der Kupplung. Hier ist Platz.

Daher, mit was legen wir los?

Noch kurz zu mir, ich bin selbst seit 20 Jahren Elektronikentwickler mit einem Hang zu Fahrzeugen und einem großen Interesse an Physik allgemein. In meiner beruflichen Tätigkeit habe ich gelernt, über die einzelne Komponente hinauszusehen und das gesamte System zu erfassen, was mich im Falle eines Autos schnell zur grundlegenden Physik bringt.

Grüße,

Zeph

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Ähnliche Themen
99 Antworten
Themenstarteram 27. Juli 2020 um 11:48

Ein Thema zum Beispiel war, welche Belastungen so auf eine Kupplung während dem Anfahrvorgang wirken. Ich habe mir das Ganze in Excel angesehen und dargestellt. Als Fahrzeug dient mein S-MAX mit einer durchaus flotten Beschleunigung, wo der Motor um die 200Nm herum liefert. Das DKG hält den Motor bei ziemlich genau 2000U/min und die Dauer des Anfahrvorgangs habe ich mit 0,5sec angenommen.

Zum Hintergrund, das übertragbare Moment einer Kupplung ist proportional zum Anpressdruck der Scheiben. Sprich das übertragbare Moment steigt in meinem Beispiel linear mit der Zeit um bei 500ms eben jene 200Nm zu erreichen.

Daraus ergibt sich dann angehängte Verläufe.

Im ersten Bild sieht man, das das übertragene Moment linear mit der Zeit zunimmt, während die Drehzahl auf der Getriebeseite verzögert reagiert. Im zweiten Bild sind die abgegebene Leistung, die ins Getriebe geschickte Leistung und die Verlustleistung der Kupplung zu sehen. Gut zu erkennen ist, das die Kupplung offen (maximaler Drehzahlunterschied) aber kein Moment keine Verlustleistung hat, ebensowenig wenn sie voll geschlossen ist (volles Moment, keine Drehzahldifferenz).

Schön zu sehen ist die Spitzenleistung, die kurzzeitig in der Kupplung verheizt wird --> 16kW. Diese Werte werden, entsprechend einem Kavalierstart mit vollem Motormoment und noch höherer Drehzahl deutlich höher und können im Worst Case durchaus der Motorleistung entsprechen.

Grüße,

Zeph

Drehzahl und Moment vs. Zeit
Leistungen über Zeit

Da ich weder ein Auto,, noch Komponenten davon selber konstruieren will, ist dieser Thread eventuell sehr lehrreich, im im Prinzip aber sinnlos. Aber nur weiter, ich bin dabei.

Zitat:

@Zephyroth schrieb am 27. Juli 2020 um 11:48:45 Uhr:

Ein Thema zum Beispiel war, welche Belastungen so auf eine Kupplung während dem Anfahrvorgang wirken. Ich habe mir das Ganze in Excel angesehen und dargestellt. Als Fahrzeug dient mein S-MAX mit einer durchaus flotten Beschleunigung, wo der Motor um die 200Nm herum liefert. Das DKG hält den Motor bei ziemlich genau 2000U/min und die Dauer des Anfahrvorgangs habe ich mit 0,5sec angenommen.

Zum Hintergrund, das übertragbare Moment einer Kupplung ist proportional zum Anpressdruck der Scheiben. Sprich das übertragbare Moment steigt in meinem Beispiel linear mit der Zeit um bei 500ms eben jene 200Nm zu erreichen.

Daraus ergibt sich dann angehängte Verläufe.

Im ersten Bild sieht man, das das übertragene Moment linear mit der Zeit zunimmt, während die Drehzahl auf der Getriebeseite verzögert reagiert. Im zweiten Bild sind die abgegebene Leistung, die ins Getriebe geschickte Leistung und die Verlustleistung der Kupplung zu sehen. Gut zu erkennen ist, das die Kupplung offen (maximaler Drehzahlunterschied) aber kein Moment keine Verlustleistung hat, ebensowenig wenn sie voll geschlossen ist (volles Moment, keine Drehzahldifferenz).

Schön zu sehen ist die Spitzenleistung, die kurzzeitig in der Kupplung verheizt wird --> 16kW. Diese Werte werden, entsprechend einem Kavalierstart mit vollem Motormoment und noch höherer Drehzahl deutlich höher und können im Worst Case durchaus der Motorleistung entsprechen.

Grüße,

Zeph

Du kannst dann ja gleich mal berechnen, ab welcher Zeitdauer das Kriechen, in Relation zum Fahrwiderstand, von Fz des VW-Konzerns mit dem Trockenkupplungs-DSG zu einer thermischen Überlastung führt.

ganz im Ernst:

Der Bedarf an physikalischen Hintergründen, näheren Erläuterungen usw. ist in diesem Forum teilweise leider sehr begrenzt....schon nach kurzer Zeit wird i.d.R. jemand die Sinnfrage stellen...

Themenstarteram 27. Juli 2020 um 14:33

Das Problem sind nicht die Leute, die das Thema nicht interessiert. Das Problem sind Leute, die meinen Physik verstanden zu haben und beginnen Unsinn zu posten. Es musste deswegen schon ein Thread geschlossen werden, weil man über gut 20 Seiten über Physik gestritten hat. Genau sowas soll hier rein.

Grüße,

Zeph

Ich denke der Unsinn wird auch hier siegen.

Nun redet doch nicht gleich alles schlecht. Den Ansatz finde ich schonmal gut. Was ihr draus macht liegt allerdings an euch.

Naja, ein Thread in dem auch einiges erklärt wird (z.B. das dass Drehmoment am Rad zählt und nicht am Motor) ist doch schon sehr interessant...

Ist ja auch richtig, wenn man die Verluste durch Getriebe und Achsdifferential abzieht, weil die ja nicht mehr zum Beschleunigen zur Verfügung stehen.

Ein schräg verzahntes Getriebe läuft zwar deshalb schön leise, aber dazu muss das Getriebe stabiler sein und wird deshalb schwerer, was auch bremst und die Schrägverzahnung hat eine höhere Reibung, was auch wieder Leistung kostet. Das läppert sich zusammen. Und auch die außermittige Anflanschung der Kardanwelle an das Achsdifferential kostet wegen der dafür nötigen Hypoidverzahnung richtig Leistung. Und so weiter und so fort.

und wenn man das dann noch weiter treibt, wird es doch wieder für einige zu schwierig/anstrengend und es besteht dann die Gefahr des "Verbeißens".

Guter Thread!

"Thema: Leistung, Drehmoment, Fahrleistungen, Getriebe":

https://www.motor-talk.de/.../Attachment.html?attachmentId=673475

Zitat:

@dodo32 schrieb am 27. Juli 2020 um 17:37:48 Uhr:

Guter Thread!

"Thema: Leistung, Drehmoment, Fahrleistungen, Getriebe":

https://www.motor-talk.de/.../Attachment.html?attachmentId=673475

Wenn man einen Fachbeitrag o.ä. schreibt, geht das ja auch...

Wenn du in einem normalen Thread lediglich umfangreicher zu einem Thema schreibst, geht das häufig nicht so gut, denn du kannst die Leute, die letztendlich nur herumnölen wollen, nicht am Schreiben hindern.

In deiner Formel wird sicher noch die Temperatur eingehen, bzw. die Einkuppelzeit. Der Reibwert des Belages ist bestimmt temperaturabhängig. (?)

Themenstarteram 27. Juli 2020 um 22:21

Die Einkuppelzeit ja, die Temperatur nein. Ich verwende das einfachste Modell, eine ideale Reibkupplung. Klar gibt es mit Sicherheit eine Abhängigkeit von der Belagstemperatur und anderen Dingen. Die kann ich aber nicht berücksichtigen, da ich sie nicht kenne und nichtmal abschätzen kann.

Grüße,

Zeph

Manchmal kann man sich gar nicht so verschätzen wie man sich verrechnen kann....

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