Drehmoment vs. Leistung - was macht die Beschleunigung
Hallo,
ich habe mir ein paar Gedanken um die Größen Drehmoment und Leistung beim Autofahren gemacht und mir ein paar Dinge dazu durchgelesen. Dabei habe ich oft gelesen, dass die Leistung ausschlaggebend für die Beschleunigung sei. Wenn ich mir aber jetzt überlege, dass die Winkelbeschleunigung an der Kurbelwelle ja direkt proportional zum Drehmoment des Motors ist, welche Rolle soll da die Leistung spielen? Ich hätte gerne ein klares Bild wie sich die aktuelle Leistung und das aktuelle Drehmoment beim Fahren bemerkbar machen, jedoch verwirre ich mich da glaube ich mit meinen Gedankenansätzen selbst.
Meine Ideen:
Ich weiß, dass Leistung und Drehmoment nicht unabhängig voneinander sind, sondern über die Drehzahl zusammenhängen. Wenn ich jetzt überlege was die Beschleunigung beim Fahren ausmacht, fallen mir zwei Argumentationen ein:
1) Die Beschleunigung ist proportional zur Winkelbeschleunigung der Kurbelwelle. Diese wiederum ist proportional zum anliegenden Drehmoment -> also bestimmt das Drehmoment die Beschleunigung.
2) Um ein Auto zu beschleunigen muss kinetische Energie übertragen werden. Die aktuelle Leistung des Motors gibt an, wie viel Energie pro Zeit er auf das Auto überträgt. -> also bestimmt die Leistung die Beschleunigung.
Welche der Aussagen ist richtig? Ist es überhaupt eine oder kann man beide irgendwie vereinen?
Viele Grüße
144 Antworten
Allein die Tatsache, dass in einem klassischen Verbrennungsmotor eine Hubbewegung in eine Kreisbewegung umgewandelt wird unter Spühl- und Reibungsverlusten. Anfahren und Beschleunigung frisst am meisten Sprit und das kann ein Elektromotor ohnehin viel besser, von daher ist die Kombination beider Technologien eigentlich längst als überfällig.
Ich fand schon immer interessant, dass man bspw. beim Diesel außerhalb des Turbolochs zwar das Drehmoment merkt, aber das Leistungsloch führt eben zu keiner guten Beschleunigung.
Was ich auch interessant finde: Drehmoment führt irgendwie gefühl immer zu weniger Vibration. Täuscht das oder herrscht einfach eine höhere Spannung in der Antriebseinheit durch mehr Kraft und dadurch hat man wengier mechanischen Spielraum?
Oder um es plakativ zu schreiben...
Welche Beschleunigung erwartet man von einem Auto mit leerem Tank/Akku?
Zitat:
@Rael_Imperial schrieb am 1. Juni 2023 um 19:57:36 Uhr:
Doch, die konkrete Frage des TE nach der Momentanbeschleunigung habe ich hier beantwortet:
https://www.motor-talk.de/.../...-die-beschleunigung-t7468961.html?...
und ich hier:
https://www.motor-talk.de/.../...-die-beschleunigung-t7468961.html?...Unsere beiden Antworten ergänzen sich vorzüglich. Leider scheint das ziemlich untergegangen zu sein, weil sich Leute um Nuancen zoffen. Deinen verlinkten Beitrag hatte ich ebenfalls überlesen.
Zitat:
@Reinbieger schrieb am 24. Mai 2023 um 21:20:22 Uhr:
1) Die Beschleunigung ist proportional zur Winkelbeschleunigung der Kurbelwelle. Diese wiederum ist proportional zum anliegenden Drehmoment -> also bestimmt das Drehmoment die Beschleunigung.
Ist absolut richtig und einfach zu berechnen. Ein Motor hat 300Nm das führt über die Übersetzungen von Getriebe und Differenzial zu einem Radmoment, das dann über den Radius des Reifens als Hebelarm als Kraft das Auto laut F=m x a beschleunigt.
Wird auch jeder so rechnen, mich eingeschlossen.
Aaaaber....
Zitat:
@Reinbieger schrieb am 24. Mai 2023 um 21:20:22 Uhr:
2) Um ein Auto zu beschleunigen muss kinetische Energie übertragen werden. Die aktuelle Leistung des Motors gibt an, wie viel Energie pro Zeit er auf das Auto überträgt. -> also bestimmt die Leistung die Beschleunigung.
... Das hier ist ebenfalls richtig, beschreibt aber die notwendige Energie dazu.
Nimm das Auto von vorhin, der Motor gibt 300Nm bei 2000U/min ab und es kommt zu einer Beschleunigung.
Jetzt mach das Ganze einen Gang tiefer und fahr mit 4000U/min und 300 Nm. Was passiert? Das Auto beschleunigt doppelt so schnell, das Motormoment ist aber gleich geblieben. Sicher kann (und wird man) wieder über die Momente rechnen, die andere Übersetzung berücksichtigen und zu einem höheren Radmoment kommen.
Aber was hat sich auf der Eingangsseite verändert? Was versetzt dich in die Lage einen niederen Gang zu wählen?
Es ist die höhere Eingangsleistung. 2000U/min bei 300Nm sind 62kW, bei 4000U/min sind's 124kW.
Und dann ist auch klar, dass die Energiemenge um eine Masse auf Geschwindigkeit zu bringen mit höherer Leistung schneller von statten geht.
Energie ist der Preis der für eine reelle Beschleunigung zu bezahlen ist, wenn man sich nicht auf einen Punkt unendlich kurzer Zeit konzentriert.
Grüße,
Zeph
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Zitat:
@Zephyroth schrieb am 2. Juni 2023 um 14:22:52 Uhr:
Alles was ich gesagt habe ist, dass man zum Aufrechterhalten der Kraft, die an einen beschleunigenden Körper angreift, eine Energie notwendig ist. Und da sie notwendig ist, kann sie keine Wirkung der Kraft sein.Das kannst du nicht abstreiten.
Die (im Kraftstoff chemisch gebundene) Energie ist eine Voraussetzung, um im Brennraum der verdichtenen Luft Wärme zuzuführen, die eine Druckerhöhung erzeugt, die wiederum eine Kraft auf den Kolben erzeugt, die zu einem Drehmoment führt, das im Antriebstrang gewandelt wird, dass dann auf das Rad wirkt, das eine Kraft erzeugt, die das Auto beschleunigt.
Das ist die Wirkkette. Letztendlich beschleunigt aber die Kraft das Fahrzeug.
Nach Deiner Logik, könnte man auch sagen: Es ist der Kraftstoff, der das Fahrzeug beschleunigt. Weil, wenn es keinen Kraftstoff gibt, wir keine Wärme (Wärme ist aus thermodynamischer Sicht gesehen eine Energieform (siehe 1. HS)) zugeführt und alles was danach kommt, funktioniert nicht.
Oder Du sagst, die Wärme beschleunigt das Fahrzeug, weil ohne Wärme keine Druckerhöhung, keine Krafterzeugung, kein Drehmoment, keine Drehmomentwandlung, keine Kraft, keine Beschleunigung.
Oder Du sagst, verrottete Pflanzen beschleunigen das Fahrzeug, weil ohne verrottete Pflanzen kein Erdöl und damit kein Kraftstoff und damit keine Wärmezufuhr im Zylinder usw.
Oder Du sagst, die Sonne beschleunigt das Fahrzeug, weil ohne Sonne keine Pflanzen usw.
Kannst Du auch alles nicht abstreiten.
Oder Du stellst den direkten Zusammenhang zwischen Beschleunigung und (resultierender) Kraft (nach Newton) her, weil die (resultierende) Kraft das direkte Bindeglied zur Beschleunigung ist.
Streng genommen ist es demzufolge eigentlich auch nicht richtig zu sagen, dass das Motormoment das Fahrzeug beschleunigt, weil der Reifen ja die Systemgrenze ist und der Reifen die Kraft überträgt.
ABER: Nachdem die Kraft am Rad direkt proportional zur Beschleunigung über dem gesamten Beschleunigungsvorgang ist (im Gegensatz zur Leistung), ist das m. E. so zulässig.
Können wir uns darauf einigen?
Viele Grüße
Christian
Ja,und wenn der Hund nicht geschissen hätte,hätte er den Hasen gekriegt.
Wie lange wollt Ihr den Scheiß noch weiter machen?
Den TE interessiert das sowieso nicht mehr!!
Zitat:
Und dann ist auch klar, dass die Energiemenge um eine Masse auf Geschwindigkeit zu bringen mit höherer Leistung schneller von statten geht.
Ändert aber nichts daran, das Leistung immer das Ergebnis einer wirkernden Kraft ist.
Ergo, die Kraft ist die Wirkursache, die Leistung ist das Ergebnis davon.
Und wenn ich innerhalb einer Mitute 4.000 mal eine Kraft von 300Nm wirken lasse, habe ich innerhalb dieser Minute eine Summe von 1.200.000Nm einwirken lassen.
Lasse ich innerhalb einer Minute 2.000 mal 300nM wirken, dann habe ich innerhalb dieser Minute nur eine Summe von 600.000Nm einwirken lassen.
Logisch, das die daraus resultierende Arbeitsleistung auch nur halb so groß ist. Verursacht hat sie aber in beiden Fällen, das einwirkende Kraftmoment.
Wir können es ja auch mal umdrehen, idntische Drezahl mit unterschiedlichem Drehmoment.
Hier ist eindeutig das höhere Drehmoment entscheidend dafür, dass das Auto, bei identischer Ausgangsdrehzahl schneller beschleunigt. Die Höhe des Drehmoments entscheidet also darüber, wieviel Leistung, bei identischer Drehzahl, als Ergebnis dieser Krafteinwirkung zustande kommt.
Letztendlich ist ja auch die Drehzahl ein Ergebnis der Karfteinwirkung. Denn ohne Kraft wird sich die Kurbelwelle nicht drehen und kann somit auch keine Leistung abgeben.
Um das Drehmoment zu erhöhen wirst du mehr Einspritzen müssen. Ergo mehr Energie zuführen und die Leistung erhöhen.Erst dann wird sich auch das Drehmoment erhöhen und keine Nanosekunde vorher.
@ Rainer_EHST
So, jetzt kann ichs erst nicht lassen zu dieser Endlosschleife noch eimal etwas zu sagen.
Bei einer bestimmten Motordrehzahl und einem Motormoment und mit einer bestimmen Übersetzung kannst du das Moment an den Rädern und damit die Antiebskraft ausrechnen. Das stimmt, keine Frage.
Nur, du kannst das Motordrehmoment gegen Motordrehzahl eintauschen, du brauchst dafür nur eine andere Übersetzung. Ob du motorseitig 2000 U/min und 400 Nm hast oder 4000 U/min und 200 Nm, ergibt, unter der Voraussetzung das du im zweiten Fall die doppelte Überstzung hast, an der Rädern das gleiche Drehmoment.
In beiden Fällen hast du die gleiche Motorleistung.
Mit Drehmoment und Übersetzung zu rechnen ist nicht falsch, du brauchst dafür die Motordrehzahl, das Motormoment und die Übersetzung. Wenn du die Antriebskraft wissen willst brauchst du dafür auch noch den effektiven Radradius.
Mr = Mm . i
F = Mr / r
v = r . w (w = n . Pi /30)
Wenn dir die Leistung bekannt ist brauchst du nur noch die Geschwindigkeit.
F = P/v
Natürlich hängt es jetzt davon ab welche Parmeter dir bekannt sind, wie es sinnvoller zu rechnen ist.
Sicher, es setzt voraus das du die Motorleistung bei einer bestimmten Geschwindigkeit kennst. Sonst musst du erst wieder mit Übersetzung und Raddurchmesser die Geschwindigkeit oder umgekehrt die Motordrehzahl berechnen.
Fest steht aber dass die Parameter Motorleistung und Fahreschwindigkeit genügen um eine Antriebskraft berechnen zu können.
So, nun noch das Thema Kraft und Energie:
Wenn du einen Ball gegen einen anderen Ball wirfst so überträgt sich die Energie des einen Balls auf den anderen Ball (Stoßgesetze). Bei der Energieübetragung wirkt eine Kraft der beiden Bälle gegeneinander. Energieübertragung bewirkt also eine Kraft, oder die Kraft ist das Mittel der Energieübertragung.
Wenn der zweite Ball größer ist verhält sich die Geschwindigkeit der beiden Bälle nachher im umgekehrten Verhältnis ihrer Masse, wobei die Geschwindigkeit des ersten kleineren Balls in der Richtung umgekehrt wird.
Wenn man einen Ball gegen Wand wirft dann hat der Ball nacher (praktisch) die gleiche Geschwindigkeit aber eben in die Gegenrichtung.
Bei der Energieübetragung entsteht eine Kraft auch wenn die Energie nur in die Gegenrichtung "übertragen" wird.
Den mittleren Fall haben wir im Motor wenn sehr viele sehr kleine Moleküle einen Teil iherer Energie an den Kolben übertragen. Dabei entsteht eine Kraft wie wenn der kleinere Ball einen Teil seiner Energie an den größeren Ball abgibt. Nur der Größenunterschied ist hier ein ganz anderer dafür sind es aber sehr viele Moleküle.
Die Energie (bzw. Arbeit) auf die Zeit bezogen ist dann die Leistung.
W = F . s bzw.
F = W / s
je nachdem wie man es sehen mag oder welche Parameter man kennt und welche man berechen will.
Die Leistung ist dann Energie auf die Zeit bezogen:
P = W / t = F . s / t = F . v bzw.
F = P / v
So genug ists, wie immer das jeder gerne sehen mag.
Als Laie sehr interessante Verständnisstunde das alles zu lesen. Viel Gehirnfutter mit Schmalz. Danke allen.
Zitat:
@Bloetschkopf schrieb am 3. Juni 2023 um 21:46:08 Uhr:
Ja,und wenn der Hund nicht geschissen hätte,hätte er den Hasen gekriegt.
Wie lange wollt Ihr den Scheiß noch weiter machen?
Für Dich gibt es jetzt drei Möglichkeiten.
Die erste (man muss es Dir ja sagen, weil Du da noch nicht von alleine drauf gekommen bist):
Du klickst einfach nicht mehr auf den Thread.
Dann kannst Du es auch so wie meine dreijährige Nichte machen: Stampf ganz feste mit dem Fuß auf den Boden und sag "ich will aber". Wahlweise kannst Du dabei auch noch das Flennen anfangen. Und wenn Du ganz dolle dran glaubst, vielleicht hört dann jemand auf Dich.
Dein Verhalten erinnert mich aber an eine Mitschülerin aus der zweiten Klasse. Die konnte niemand leiden, weil sie es nicht ertragen konnte, wenn nicht alles nach ihrem Willen lief. Sie lief dann immer zur Lehrerin und ging petzen.
So auch, als ich mal mit meinen Freunden während der Pause mit einem Tennisball Fußball spielte. Weil sie das nicht ab konnte, rief sie zur Pausenaufsicht in ihrem weinerlichen Tonfall: "die dürfen das aber nicht".
Und weißt Du, was die Lehrerin sagte? "Doch!". Für Ihren Gesichtsausdruck würde ich heute noch Geld bezahlen! :-)
Also, geh' petzen. Am besten beim Admin. Vielleicht fühlst Du Dich dann irgendwie besser.
PS: *plonk*
Ich finde es einfach super, dass ich nie wieder was von Dir lesen muss.