Drehmoment und Leistung

Wichtige technische Angaben zur Beurteilung von Motoren sind das abgegebene Drehmoment "M" in Newtonmeter (Nm) und die Motorleistung "P" in Kilowatt (kW). Beide Größen sind miteinander gekoppelt, und zwar über die Drehzahl "f" in 1/min=min-1.

P = M * f * (Pi/30000)
= Nm * min-1 * (3,1415/30000) = kW

M = P / f * (30000/Pi)
= kW / min-1 * (30000/3,1415) = Nm

Die einfache Formel lautet in der zugeschnittenen Größengleichung:

P [kW] = M [Nm] * n [U/min] / 9550

und läßt sich beliebig umstellen.

[In diesem Rechenbeispiel ist offensichtlich, dass die abgegebene Motorleistung bei der Drehzahl des maximalen Drehmomentes unter der maximal möglichen Motorleistung liegt - hier sind es 10% Unterschied. Ihr könnt auch Eure Werte in die Felder einsetzen, um selbst zu rechnen.]

Somit geht das Drehmoment rechnerisch aus der Motorleistung bei einer bestimmten Drehzahl hervor:

http://www.clube31.de/phpBB2/images/leistungsdiagramm1.bmp

Unter welchen Voraussetzungen gilt solch ein Leistungs- bzw. Drehmoment-Diagramm?

Die Drosselklappe ist voll geöffnet (Ottomotor) bzw. die volle Kraftstoffmenge (Dieselmotor) wird eingespritzt. Diesen Zustand nennt man Vollast (im Volksmund "Vollgas"). Unter Teillast sind die Drehmomente und die Leistung geringer.
Die Drehzahl ist konstant. Erhöht man die Drehzahl, so ist das von der Kurbelwelle abgegebene Drehmoment bzw. die abgegebene Leistung währenddessen geringer als im Diagramm, weil die beweglichen Massen des Motors Leistung schlucken, wenn sie beschleunigt werden. Dieser Effekt ist umso stärker, je größer die beweglichen Massen sind, d.h. LKW-Dieselmotoren mit ihrer geringen Literleistung sind davon besonders betroffen. Beim Verringern der Drehzahl ist das verfügbare Drehmoment unter Vollast höher als in solch einem Diagramm, weil die beweglichen Massen (Kolben, Pleuel, Kurbelwelle, Schwungmasse) ihre Energie wieder abgeben.
Das Drehmoment gibt lediglich an, mit welcher Kraft sich der Motor dreht. Die Leistung gibt an, wieviel Energie der Motor in einer Sekunde abgibt. Während man das Drehmoment bzw. die Seilkraft leicht ändern kann, indem man über eine Getriebe die Drehzahl am Abtrieb ändert, bleibt die Leistung des Windenmotors entscheidend für die Leistung am Schleppseil, denn man möchte eine hohe Seilkraft und eine hohe Seilgeschwindigkeit.
Wenn der Volksmund sagt "Dieser Motor hat Drehmoment", dann meint er Leistung bei niedriger Drehzahl. Ein idealer Motor hat bei jeder Drehzahl das gleiche Drehmoment anliegen, wenn er unter Vollast läuft, d.h. die Drosselklappe voll geöffnet ist (Ottomotor) bzw. die Einspritzpumpe die volle Menge Kraftstoff in den Zylinder drückt (Dieselmotor). Leider besitzen die Motoren in der Praxis nicht dieses ideale Verhalten, sondern das Drehmoment ist bei besonders niedrigen oder besonders hohen Drehzahlen geringer als bei mittleren Drehzahlen. Dieselmotoren besitzen i. A. bei niedrigen Drehzahlen bereits ein höheres Drehmoment, also eine größere Motorleistung als Ottomotoren. Dafür sind die Ottomotoren bei hohen Drehzahlen im Vorteil, die Dieselmotoren aus Massegründen meist gar nicht erreichen können. Das bedeutet, dass ein Dieselmotor sogar ein höheres Drehmoment als ein Ottomotor besitzen muss, um die gleiche Höchstleistung zu erreichen.
Für eine hohe Schleppleistung wird nicht allein ein hohes Drehmoment bei einer niedrigen Drehzahl oder eine hohe Leistung bei einer einzigen hohen Drehzahl benötigt. Vielmehr ist der Drehmomentverlauf über denjenigen Drehzahlbereich entscheidend, der beim Schleppbetrieb benutzt wird. Schließlich entscheidet bei einem Segelflugzeug auch nicht das beste Gleiten bei einer niedrigen Geschwindigkeit über die Flugleistungen im Streckenflug, sondern die Profilpolare, also möglichst gute Gleitzahlen im gesamten Geschwindigkeitsbereich. Dieselmotoren ohne schaltendes Getriebe beschleunigen das Flugzeug zwar gut, im beginnenden Steigflug, d.h. bei hoher Drehzahl fehlt dann aber die Leistung, weil das Drehmoment abfällt. Ottomotoren ohne schaltendes Getriebe beschleunigen das Flugzeug schlechter, dafür ziehen sie das Flugzeug mit ausreichender Leistung durch den kritischen Übergangsbogen. Die optimale Lösung ist, den Motor stets in demjenigen Drehzahlbereich zu betreiben, in dem er die größte Leistung abgibt. Das ist nur mit einem schaltenden Getriebe möglich, das zu niedrigeren bzw. höheren Motordrehzahlen wechselt, wenn die Maximaldrehzahl erreicht wird bzw. das Drehmoment zu stark abnimmt. Als angenehmer Nebeneffekt verhindert ein schaltendes Automatikgetriebe das Überdrehen des Motors bei Rückenwind oder beim schnellen Einholen nach dem Ausklinken, und der Pilot kann den Motor durch starkes Ziehen bei Gegenwind nicht so leicht abwürgen.
Selbstbauern gelingt es gelegentlich, relativ günstig einzelne Hydraulikpumpen und Hydraulikmotoren anstatt mechanischer Getriebe und Drehmomentwandler für die Kraftübertragung zu beschaffen. Mit ihnen ist es möglich, das Übersetzungsverhältnis stufenlos zu variieren, d.h. die Motordrehzahl völlig unabhängig von der Drehzahl der Seiltrommel zu wählen. Der Windenfahrer gibt dann entweder Gas, und die Elektronik regelt die Übersetzung und damit die Motordrehzahl, oder der Windenfahrer verstellt das Übersetzungsverhältnis, während die Elektronik Gas gibt und damit wiederum die Motordrehzahl bestimmt. Eine "dumme" Elektronik hält durch Drosselung eine voreingestellte Drehzahl. Meist ist es die des maximalen Drehmomentes, weil der Motor unter Vollast dabei am wirtschaftlichsten arbeitet. Auf diese Weise steht aber niemals die maximale Leistung des verwendeten Motors zur Verfügung. Eine "intelligente" Elektronik fährt den Motor immer unter Vollast (außer nahe der Leerlaufdrehzahl), weil dann die Drosselverluste wegfallen. Der Motor läuft so immer nur mit der gerade notwendigen Drehzahl, was Treibstoff spart und den Geräuschpegel senkt. Zu jeder Zeit kann jede beliebige Motorleistung angefordert werden, auch die Höchstleistung, weshalb man keine überdimensionierten Motoren verwenden muss. Ein Nachteil der hydraulischen Winden neben dem hohen Bauaufwand und den u. U. hohen Kosten ist auch, dass die Übertragungsverluste höher als bei mechanischen Winden sind. Dafür ist die Trommelwahl technisch einfach über Ventile zu treffen, was Multi-Trommel-Winden ermöglicht, und mechanische Bremsen für die Trommeln können entfallen. Die Rückmeldung über den Lastzustand erhält der Windenfahrer vom Geräusch desjenigen Hydraulikmotors, der die aktive Trommel antreibt.

Quelle: www.skylaunch.de