Leistung und Verluste

[Axel Krug]

Hallo allerseits,
es wird hier im Forum ja gern über Leitungsmessung und Verluste diskutiert. Die Verluste auf dem Weg vom Motor zur Straße werden da oft mit ca. 20% angegeben. Mich würde da jetzt mal interessieren wo die nun genau verloren gehen. Im Diff? Im Getriebe? Wenn ich mal rechne sind das bei angenommenen 100 kW des Motors 20kW und die müßten dann doch wie Verluste nun mal so sind in Wärme umgesetzt werden. Mit einer 20kW-Heizleistung kann ich ein durchschnittliches Einfamilienhaus heizen, müßten denn dann nich alle Teile hinter dem Motor, also Getriebe, Kardanwelle, Diff und Antriebswellen glühen? Wo liegt denn da mein Rechenfehler?
Daraus resultiert dann natürlich auch das doch speziell bei diesen 20% ein gutes Potential zur Leistungssteigerung steckt wenn man da was verbessern kann.
Weiß hier vielleicht jemand was genaueres zu sagen? Vielen Dank schonmal für alle Antworten.
Gruß
Axel

[chilterngreen]

Hallo Axel,

also, wenn ich mich korrekt an die dunklen Tage meines Physik-Unterrichts erinnere, wird schon alleine dafür Kraft aufgewendet, eine Masse in Bewegung zu setzen - ohne Wärmeabgabe. Dafür gibt es auch irgend eine Formel, die besagt, in welchem Maße aus einer potentiellen Energie (Brennstoff oder eine Masse an einem Gefälle) kinetische Engergie (Bewegungsenergie) erzeugt wird. Nur beim Bremsen wird fast der gesamte Kraftaufwand (Verzögerungsenergie) in (Reibungs-) Wärme umgesetzt.

Hope this helps,

Michael

[Dieser Beitrag wurde von chilterngreen am 16.02.2005 editiert.]

[Dieser Beitrag wurde von chilterngreen am 16.02.2005 editiert.]

[Axel Krug]

Hallo Michael,
ist schonmal eine wichtige Info, die ganzen Zahnräder wollen natürlich erstmal in Bewegung gesetzt werden. Ich frag mich eben nur was man da an welcher Stelle optimieren könnte. Sind die Verluste in z.B. einem modernen Differenzial wie man es heutzutage einsetzt geringer als in einem aus unseren 60er oder 70er-Jahre-Autos?

[chilterngreen]

Hallo Axel,

letztendlich geht es darum, Reibung und Gewicht zu verringern. In wie weit man dies mit z.B. durch Verwendung von Aluminiumteilen, Erleichterungsbohrungen und speziellen Kugellagern bewerkstelligen kann, entzieht sich, was Deinen MG betrifft, meiner Kenntnis. Ich vermute, dass Du bei Teilen für den Rennsport fündig werden könntest. Denn dort geht es ja in erster Linie um Gewichtserleichterung und Leistungssteigerung.

Schöne Grüße

Michael

[Daniel Fulda]

Hallo Axel,

auch der Gedankengang mit der Umwandlung der Verlustleistung in Wärme ist nicht so ganz abwegig. Fass mal nach einer Autobahnfahrt von unten ans Getriebe oder das Differential und Du wirst feststellen, dass es da ganz schön warm an den Fingern wird (vorsicht: dabei nicht an der Auspuffanlage verbrennen).

Grüße
Daniel Fulda (#1111)

[Axel Krug]

Hallo Daniel,

das es da ziemlich warm wird weiß ich ja, Differentiale sollen ja auch oft nicht wegen zu hoher Kräfte sondern wegen zu hohen Öltemperaturen sterben. Daher war ja auch schon ein Gedanke einen kleinen Ölkühler mit Pumpe da hinten unterzubringen. Mit auch nur einem kleinen Teil der ganz oben angenommen 20kW würde man aber locker das wenige Öl in Getriebe und Diff zum kochen bringen.
Gruß
Axel

[Wolfgang Hueskes]

Hallo Axel,

bei deiner Frage, wo letztendlich die ca 80% Verlustleistung hingehen, muß ich zuerst einmal darauf hinweisen, daß es sich bei einer solchen Angabe nicht um die Verluste von der Kurbelwelle bis zur Straße handelt, sondern um die Verluste von der eingebrachten Leistung des Treibstoffes bis zur Straße.
Der größte Verlust entsteht schon durch den thermischen Wirkungsgrad des Otto-Prozesses. Sie liegen je nach Verdichtung und Liefergrad bei 60-75%. Wenn wir jetzt noch den mechanischen Wirkungsgrad des Motors berücksichtigen, kommen von der mit dem Treibstoff eingebrachten Leistung nur ca 35% an der Kurbelwelle an.
Um bei deinem Beispiel mit 100 kW zu bleiben, müssen bei Vollgas, d.h. 100 kW, ca. 285kW an Leistung über den Treibstoff eingebracht werden. Das bedeutet, daß bei einem Energiegehalt des Treibstoffes von 11,8 kWh/kg pro Stunde jetzt ca. 24 kg/h oder 30 l/h an Treibstoff verbraucht werden.

Der mechanische Wirkungsgrad von Getriebe, Differential usw. ist sehr gut und kann zusammen mit besser als 90% angenommen werden.
Von diesen 100 kW kommen somit immernoch 90 kW an den Rädern an. Diese 90 kW werden dann tatsächlich in Wärme umgewandelt. Insbesondere durch Luftwiderstand der Karosserie und Reibungsverlusten an den Reifen.
Die Beschleunigungsenergie beim Anfahren wird dann später wieder durch Bremsen in Wärme umgewandelt.

Letztendlich finden wir also den gesamten Energiegehalt des Treibstoffes als Wärme in der Umgebung wieder.

Jetzt alles klar?

Mit octagonalen Grüßen
Wolfgang Hüskes



[Dieser Beitrag wurde von Wolfgang Hueskes am 17.02.2005 editiert.]

[Axel Krug]

Hallo Wolfgang,

danke für Deine Ausführungen, hilft mir aber noch immer nicht so wirklich weiter. Ich hatte schon von nur 20% Verlusten gesprochen und die sollten auch laut einigen anderen Angaben in verschiedenen Beiträgen auf dem Weg von Kurbelwelle zum Hinterrad verlorengehen. Den Wirkungsgrad vom Motor lassen wir da mal ganz außen vor.
Wenn wir jetzt von Deinen Werten ausgehen sagt das aus das bei angenommenen 100kW an der Kurbelwelle 90kW am Rad ankommen, also 10kW im Antriebsstrang bleiben. Wieviel davon stecken im Getriebe, wieviel im Differential und welchen Unterschied gibt es bei verschiedenen Diffs und Getrieben? Das sind meine immer noch nicht so richtig beantworteten Fragen.

[Josef Eckert]

Hallo Axel,
ich habe mir gerade mal die Frage gestellt, ob ein 30KW Motor und ein 60KW Motor, eingebaut im gleichen Fahrzeug bei gleicher Belastung (gleiche Geschwindigkeit), unterschiedliche Leistung abgeben. Ich denke nicht. Ich kann nur ggf. dem 60KW Motor mehr Leistung abfordern. Umgesetzt bedeutet es doch, dass der 60KW Motor mehr Leistung bringen kann (z.B. schneller beschleunigt), aber es auf Dauer nicht verlangt wird.
Ich bin nur Ingeneur und kein Experte in Verlustleistungen. Doch ich gehe mal davon aus dass ein Wagen, der zwar einen 60KW Motor hat, auf Dauer gesehen (über eine Stunde) vielleicht gerade mal 10KW/h im Mittel vom Motor an Leistung abverlangt. D.h. die Verlustleistung im Mittel (glaube das wird Arbeit genannt) beträgt gerade mal 1 bis 2KW/h.
Nur so kann ich mir erklären, dass das Öl im Getriebe/Diff nicht verdampft.
Gruß
Josef

[Axel Krug]

Hallo Josef,
ist wirklich schonmal ein wichtiger Punkt bei der Betrachtung. Die angenommene Motorleistung ist ja immer der max-Wert der ja nur selten oder nie "abgerufen" wird.
Ich reduziere meine Frage dann mal darauf was ich vorhin schon geschrieben hatte: Wieviel der Verluste (unabhängig ihrer absoluten Größe) stecken im Getriebe, wieviel im Differential und welchen Unterschied gibt es bei verschiedenen Diffs und Getrieben?

[Josef Eckert]

Hallo Axel,
ich glaube Deine Fragen kann man so nicht beantworten. Ich versuche gerade eine einfache Erklärung zu geben. Leistung und Beschleunigung des Wagens hängen physikalisch zusammen. Wenn Du ein Getriebe/Antriebsstrang etc. mit hohen beweglichen Massen hast, kommt von Deiner Motorleistung bei Beschleunigung erstmal wenig an den Rädern an. Die kinetische Energie muß erst in dynamische Energie umgewandelt werden. Deshalb werden Schwungscheiben bei Rennfahrzeugen erleichtert. Wenn Du also möglichst wenig Verluste zwischen Motor und Rädern erreichen möchtest, mußt Du die Masse aller beweglichen Teile minimieren und zusätzlich die Reibungsverluste (z.B. geradverzahntes Getriebe) minimieren.
Die Summe bringt Dir das Optimum, was jedoch wiederum die Fahrbarkeit Deines Fahrzeugs im Straßenverkehr sehr einschränkt.
Die Verluste, die auftreten, hängen natürlich auch von der Art der Belastung ab. Setzt Du Deinen Wagen bei Rennen ein - Vollgas, Volbremsung, Vollgas... - ist der Verlustanteil der Leistung im Getriebe sicherlich ein anderer als bei "normaler" Straßenfahrweise.

Gruß
Josef

[Wolfgang Hueskes]

Hallo Axel,

der Wirkungsgrad bei einem Schaltgetriebe beträgt ca. 98%.

Ein Hypoidgetriebe, wie das Differential hat je nach Qualität 85-96%.

Diese Werte gelten bei Betriebstemperatur und modernen Ölen.
Bei heutigen modernen Fahrzeugen können diese Werte noch etwas besser ausfallen.

Ich hoffe, ich konnte deine Frage hiermit beantworten.

Gruß Wolfgang

[chris_c]

Hallo,

vielleicht kann ich noch ein paar Grundlagen beitragen. Um ein Fahrzeug mit einer bestimmten Geschwindigkeit zu bewegen, muß ein Moment am Rad aufgebracht werden, das sich aus Luft-, Reibungs-, Steigungs- und Beschleunigungswiderstand zusammensetzt. Dieses Moment geteilt durch die Gesamtübersetzung des Antriebsstranges muß der Motor also aufbringen. Zusätzlich müssen vom Motor die hier erwähnten Verluste im Antriebsstrang aufgebracht werden.

Diese Verluste sind in erster Näherung konstant über die Drehzahl aber unterschiedlich je nach eingelegtem Gang. Das Verlustmoment berechnet sich aus dem Motormoment bei maximaler Leistung multipliziert mit (1-Wirkungsgrad).

Beispiel: Mein Midget hat eine Nennleistung von 42kW@5500rpm. Das entspricht 72.9Nm Drehmoment. Für einen Wirkungsgrad von 90% im 4. Gang ergäbe sich damit ein Verlustmoment von 7.29 Nm. Wenn ich im 4. Gang bei sagen wir 4000rpm fahre gehen also ca. 3,3kW Leistung im Antriebsstrang verloren.

Trotz vermeintlich großer Verlustleistung kommt das Öl natürlich nicht zum Kochen: Das Öl nimmt die Wärme ja nicht nur auf, sondern gibt sie über das Gehäuse an die Umgebung wieder ab. Ein stationärer Zustand (Betriebstemperatur!) ist erreicht, wenn genausoviel Energie abgegeben wie aufgenommen wird, und so ein Metallgehäsue kann mit ordentlich Fahrtwind sehr viel Energie abgeben...

Wie also nun minimieren? Die vorgschlagene Masse bringt etwas für den Beschleunigungswiderstand, nicht die Antriebsverluste: Durch Reduzierung der Massenträgheit kannst Du das Beschleunigungsvermögen verbessern, da Du weniger Kraft zur Beschleunigung der rotierenden Massen benötigst - für das Verlustmoment bringt es nicht so viel, da Du im stationären Zustand nunmal nicht beschleunigst. Für die Trägheitsmomente spielt übrigens auch die Getriebeübersetzung eine große Rolle, es lohnt sich dafür vor allem, wie von Josef erwähnt, motorseitig anzufangen (Schwungscheibe!), da diese Momente zur Ermittlung der Gesamtträgheit des Systems mit der Getriebeübersetzung ins Quadrat(!) und Differentialübersetzung ins Quadrat(!) multipliziert werden.

Wie Wolfgang schon zeigt, das Potential bei Getriebe und Differential für Verbesserung ist nicht sehr groß, es stellt sich also die Frage nach Aufwand und Nutzen. Auch die Reduzierung anderen Verluste (Kupplung, Kardanwelle, etc.) ist sicher nicht ganz einfach. Sicherlich sind die Werte bei modernen Fahrzeugen viel besser, bedenkt aber auch den Aufwand der dafür betrieben wurde, eher nichts für den Hobbyschrauber.

Gruß,
Christopher

P.S.
Aus einer Vorlesung habe ich noch eine Auflistung der Verluste gefunden:

Thermische Verluste (Kühlung): 27-33%
Thermische Verluste (Abgas): 30-35%
Leerlauf u. Bremsverluste: 5-7%
Nebenaggregate: 2-4%
Reibung (Motor): 8-10%
Ladungswechsel: 5-7%
Reibung (Getriebe): 1-2.5%
Reibung (Diff.): 1-2.5%

[MG Edi]

Hallo Alle,

am grössten ist der Verlust von der Birne des Fahrers bis zum Fuss runter. Egal ob Gaspedal oder Bremspedal oder Kupplungspedal.

[joe2]

hallo an alle,

ich verfolge gerade dieses thema mit interesse.

ich war zwar mit meinem mgb noch nicht auf dem prüfstand, jedoch wird das ergebnis vorausichtlich ausfallen wie schon in div. beiträgen schon behandelt - ca. 30% leistungsverlust vom motor bis auf die straße.

wenn ich jetzt sagen würde mir geht es nicht um power, beschleunigungswerte, etc. würde ich nicht die wahrheit sagen - ist aber nicht vorrangig.
falls jedoch wer einen tipp weis wie man die 30% leistungsverlust minimieren kann bin ich sicher nicht der einziege der dankbar ist.

Schwungrad, minimierung der masse, etc. sind meines wissensstand nach modifikationen am motor, reduzieren aber nicht den leistungsverlust bis zu den rädern - ich denke da an, wie alex auch: das getriebe, kupplung, diff. - vielleicht hilft ja schon das verwenden von modernen öl und regelmässiger warten des getriebe-, kupplungs- und diff.öls - oder an schierung der lager.
da fällt mir auch das banale beispiel von kugellager diverser sportgeräte ein - zwischen meinen ersten rollschuhen und den heutigen skates liegen welten...

das mein mgb kein mx5 ist und nie einer wird ist mir klar aber vielleicht besteht die möglichkeit von div. modifikationen um den leistungsverlust zu minimieren - die umwelt wäre uns auch dankbar.

@ MG Edi: themenverfehlung

lg und gut luft, joe.

[H.Georg]

...und da gebe ich MGEdi Recht !
Mir reichts ! (die Leistung)
Die PS-Zahl ist ein schöner Zahlenwert, aber wie sich die Leistung auf der Straße anfühlt und auf die Räder gebracht wird ist ein Weiteres.Ich sage nur: Langhuber! Als ehemaliger Triumph-Fahrer mit 71 PS und jetzt MGB74 mit der Papierform 95 PS aus unbehandelten Serienmotoren (einziger Luxus:Elektr.Zündung und liebevolle Pflege) genieße ich die Kraft von Unten heraus, wer dagegen schon einmal gesehen hat, wie ein viel-PSsiger MX5-Fahrer ständig am Schalten ist, um seine Kraft auch umzusetzen, der weiß den Luxus eines alten aber treuen Bauernmotors zu schätzen. Was soll also das Schielen nach oben?
Ich bin ca 10.Tkm im Jahr vornehmlich in den Bergen (Tirol, Dolomiten,Alpen) unterwegs, oft auch mit Oldifreunden (Porsch 911,Triumph) und der MG macht immer eine hervorragende Figur! Und von der Kreuzung weg ist auch manch anderer viel langsamer.
Zur Ausführung von Chris_C - Hochachtung! Da hast Du gut aufgepaßt in der Vorlesung, aber was solls ?
Wer mehr aus einer alten Dame herausholen will soll's tun, aber jeder kleine Twingo oder Corsa hat ihn auf der Gasse wieder ein.
Unser Trumpf ist das Seltene, der Hingucker!
Schneller ist immer einer.
Ich liebe meinen treuen Alten !

Gruß H.Georg

[Axel Krug]

Hallo H.Georg, hallo MG Edi,
bitte zuerst mal wieder den Blutdruck senken. Wenn Euch dieses Thema nicht interessiert dann frag ich mich warum Ihr Euren Senf dazu abgeben müßt. Wer hat denn gesagt das er irgendeinen MG auf MX-5-Technik umbauen möchte? Das wir uns mit unseren Lieblingen nichtmal mit den modernen Kleinstwagen anlegen können ist uns doch (fast) allen klar. Mir ging es lediglich darum mal zu erfahren wie sich die Leistungen und deren Verluste wirklich verhalten. Im Beitrag von Geronimo/Ferdi wurde doch speziell auf diesem Punkt immer wieder rumgeritten und alle haben ganz allgemein dazu ihre Beiträge geleistet. Wie mir dieser Thread nun eindeutig zeigt weiß doch keiner so wirklich genau was da angefangen vom Tanken des Benzins bis zum Abrieb der Pirellis so abgeht... in Zahlen und Fakten meine ich.
Ich selbst bin absolut überzeugter Langhuber bzw. Drehmomentfan, habe fast 13 Jahre reichlich Spaß mit einem bis auf Kleinigkeiten originalen und unrestaurierten 72er MGB Roadster gehabt und in der Zeit rund 60.000 mls abgespult. Inzwischen bin ich auf TVR umgestiegen und genieße da das üppige Drehmoment des Rover V8 in einem gut 800kg leichten kleinen unscheinbaren englischen Sportwagen. Da der Antriebsstrang leider nicht original ist und die rund 300NM sich derzeit mit einem Spiti-Diff rumschlagen überlege ich lediglich wie man dort eine haltbarere Lösung schaffen kann. Da es mir dabei weniger um Originalität geht als um eine technisch sinnvolle, bezahl- und haltbare Lösung geht bin ich auf der Suche nach den entsprechenden Informationen. Und da dachte ich mir ich frage mal hier bei den stets hilfsbereiten und technisch versierten MGDC-Freunden nach. Schade ist nur das es bei jeden halbwegs interessanten Thema irgendwann den Punkt gibt an dem bei einigen die Emotionen eindeutig zu hoch schlagen. Ich würde mich über etwas mehr Gelassenheit und Sachlichkeit sehr freuen, wir haben doch alle das gleiche Hobby.... bitte nicht nur an Gürtelreifen sondern auch mal an die Gürtellinie denken bevor man hier einen Beitrag erstellt bzw. beantwortet.
Gruß
Axel

[joe2]

hallo an alle.

@ alex: ich hoffe du verzeihst das ich die gleichen fragen zu deinem thema stelle
@ georg: gerade in diesem thread hatte ich bis jetzt nicht den eindruck das es um gummi geben geht.

mich interessiert eben auch der leistungsverlust vom motor bis zur straße und die ps bzw. beschleunigungswerte sind in dem fall uninteressant - mir geht es um benzinverbrauch, schonung des motors, etc. auch wenn ich aus dem, wie vom georg etwas abwertend bezeichneten, "bauernmotor" herausgeholt habe was geht, bleibt ein leistungsverlust von 20-30% und das ist alsob man mit angezogener handbremse fährt. wie sieht es mit dem leistungsverlust von anderen marken wie z.b. triumph aus. vielleicht weis ja georg darüber bescheid, denn wenn der leistungsverlust niedrieger ist darf man sich doch die frage stellen wieso? an welchen verbauten teilen kann es liegen und dabei geht es aber nicht um beschleunigungswerte, hubraum oder ps-anzahl.

in meinen speziellen fallen stehen div. reparaturen an: od ist defekt und die kupplung verliert öl.
und, auch wenn ich jetzt einen ansturm der entrüstung auslöse, würde ich persönlich ein modernes fünfganggetriebe verbauen anstatt den od zu reparieren wenn ich gleichzeitig den leistungsverlust minimieren kann - wenn nicht ist mir der od lieber - der blickfang bleibt in diesem fall der gleiche.

[MG Edi]

@ joe2 @ Axel Krug,

immer den Ball schön flach halten. Über Leistung u. Leistungsverlust zu sprechen bei einem Fz das einen Klassiker mit Charakter darstellt ist gerade zu lächerlich u. absurd. Ich habe früher eine Renault Alpine V6 Turbo u. eine Renault Alpine A 310 V6 gefahren. Da ist auch für mich das Thema wirklich als Kfz-Meister interessant.
Will heissen, geniesst Eure automobilen Schätze u. werdet bitte nicht unverschämt!
Ich habe auch eine Seele wie mein MGB-GT :-)

Den immer dran denken: der grösste Verlustfaktor in einem Automobil ist tatsächlich der Mensch mit all seinen Unzulänglichkeiten u. Reaktionen. :-)))

Ausserdem, Verlust entsteht doch schon bevor der Kraftstoff gezündet wird ! Mal überlegen.... ?? ;-)Tja Sachen gibts....

Immer hart am Gas Jungs, dann klappt's auch mit der Verlustleistung.

See you next on the roads

[joe2]

ich hatte ähnliche verbale diskussionen mit meiner ex: ich sagte A sie verstand B und wir haben über C zum streiten begonnen – ich dachte nicht das dies auch schriftlich möglich ist.

ich versuche es mal aus mit einem anderen beispiel zum ausdruck zu bringen worauf ich hinaus will was den leistungsverlust betrifft:

ein freund und ich sind regelmäßig inline skaten gegangen. Wir hatten das gleiche gewicht, er: kein gramm fett und mehr muskelmasse und ich: weniger muskelmasse dafür etwas vom geselligen leben gezeichnet. selbstverständlich hatte ich auf der geraden zu kämpfen mitzuhalten. doch auch bergab (ohne an zu tauchen) ist mir mein freund davongezogen. es stellte sich heraus das er kugellager abec 5 und ich abec 3 unter den sohlen angeschnallt hatten. Nachdem ich mir abec 7 zugelegt habe konnte ich auf der geraden trotzdem kaum mithalten doch bergab bin ich schneller gewesen. die modifikation meiner inline skates war aber nur erfolgreich weil der restliche schuh – metallschiene, reifenfestigkeit, etc. in ordnung waren – wäre der schuh mit plastikschiene ausgestattet wie bei vielen anderen "billig skates" hätten mir die abce 7 auch nichts genutzt.

Das gleiche gilt für meinen mgb – vielleicht sind modifikationen möglich um den herrschenden leistungsverlust zu minimieren, und wenn nicht dann nicht.

Aus dem alter die penislängen zu vergleich bin ich heraus – aber ich scheue mich vor keiner herausforderung – du holst deine renault alpine und ich meinen porsche 911l bj 1968 aus der garage und los gehst – dann stimmt nämlich, dass der mensch der größte verlustfakur ist.

lg joe.