Haben Sie sich auch schon mal die Frage gestellt, wie die Leistungsangaben eines Modellmotors zustande kommen, wo doch wichtige Parameter, wie Kraftstoffgemisch, Schalldämpfer usw. vom Hersteller selten, oder nicht angegeben werden, aber ebenso keine Angaben darüber gemacht werden, mit welchem Messgerät die Leistungsdaten ermittelt wurden?
Es lässt sich eher vermuten, dass es sich bei solchen Angaben um eine indizierte Leistung, also um eine errechnete Leistungsangabe handeln muss. Man nennt dies auch Berechnung der Innenleistung, wobei Widerstandsbeiwerte durch Reibung unberücksichtigt bleiben.
Haben Sie dies auch vermutet? Dann liegen Sie mit Ihrer Vermutung vollkommen richtig!
Die Frage die sich jedoch stellen dürfte, ist die, handelt es sich dabei um verwertbare Angaben, oder ist es nur Rosstäuscherei, untermauert mit wunderbaren Leistungskurven und geschönten Eckdaten?
Na ja, es kommt darauf an, welche Zahlenwerte in die Formel zur Berechnung der indizierten Leistung eingegeben wurden, mit denen, wie Sie noch feststellen werden, wunderbar variiert werden kann.
Wie die Formel aussieht, und mit welche Zahlenwerte „gespielt“ kann, dazu kommen wir später.
Zunächst eine persönliche Bemerkung zum dem oben genannten:
Nein, ich möchte mit diesem Beitrag keinem Hersteller oder Autor einer Fachzeitschrift unterstellen, dass seine Angaben falsch und unwahr sind, oder waren, jedoch ist fragwürdig, dass die oft erwähnten Messdaten in die gleiche Richtung gehen, wie die des Herstellers.
Realistische Messergebnisse lassen sich nur auf einem Leistungsmessstand ermitteln, wobei sehr schnell festgestellt wird, dass manche Leistungsangaben, besonders bei der Drehzahl unter Last, schön gerechnet wurden.
Wofür wird die indizierte Leistungsberechnung benötigt?
Ohne Berechnungen geht es leider nicht, zumindest nicht bei der Konstruktion und Auslegung der belasteten Komponenten in einem Modellmotor.
Mit ihr kann der Konstrukteur die Kraft, welche beim Verbrennungsvorgang auf den Kolben trifft errechnen, die Stabilität von Pleuel und Kurbelzapfen ermitteln, ebenso wie weit der Hubzapfen vom Mittepunkt der Kurbelwelle entfernt sein muss, um das bestmögliche Drehmoment zu erzielen, womit der Hub des Kolben ebenso festgelegt wird
Eine Änderung der Kolbenfläche würde aufgrund des Multiplikationsfaktors 3,1415 etwas problematisch werden, da das Bohrungs-Hubverhältnis evtl. quadratisch ausfallen könnte, deshalb werden die Gehäuse im Bereich des Pleuellaufes weiter ausgefräst um den Hub zu erhöhen, was letztendlich zu Lasten der Festigkeit und der Wärmeaufnahme und Ableitung des Gehäuses gehen kann.
Wie kommen solche Leistungsdaten nun zustande, wie errechnet man sie?
Mit der Hubraumangabe, der maximalen Drehzahl und dem Kolbendurchmesser allein kann man noch nichts berechnen, dazu brauchen wir noch den mittleren Gasdruck. Da die Leistung in KW angegeben wird, muss also eine Kraft (Gasdruck) auf den Kolben wirken, welche über das Pleuel und Kurbelzapfen als Drehbewegung an die Kurbelwelle weitergeleitet wird.
Die Frage lautet demnach:
Wie hoch ist der mittlere Gasdruck bei einem 9,0 ccm Methanolmotor?
Um Sie nicht mit höherer Mathematik zu langweilen, nenne ich den ungefähren mittleren Gasdruck, der bei etwa 8 Bar = 80 N liegen dürfte und einen guten rechnerischen Wert darstellt.
Für die Formel zur Ermittlung der indizierten Leistung werden folgende Angaben benötigt.
VH = Hubraum 9,0 cm³
n = Drehzahl 17000 U/min
p i = Druck indiziert 8,0 bar (theoretisch angenommener Wert)
Gesucht wird die indizierte Leistung (Pi) in KW
Die Formel lautet somit:
Pi = VH· p i ·n : 600.000 = Leistung in KW
Angenommener Hubraum 9.0 cm³ x 8,0 bar x 17000 U/min. : 600000 = 1,02 KW (= 1,38 PS)
Da man mit der Drehzahl und dem indizierten Druck beliebig variieren kann, lassen sich die Leistungsangaben beliebig verändern. (probieren Sie es aus)
Nun rechnen wir weiter:
Bei einem mittleren Druck von 8 Bar = 80 N und einem Kolbendurchmesser von rd. 24 mm = 2,4 cm (Dezimalwert) ergibt sich eine Flächenbelastung des Kolben von:
d 2,4 ² x 3,14: 4 x 80 N = 361,72 N
Mit dem der Kolben belastet wird, ebenso das Pleuel, Kurbelzapfen und Lager.
Bei einem Spitzendruck von angenommen 16 Bar wären dies 723,45 N
Nun machen wir die Probe aufs Exempel !
Nachdem wir nun mit dem theoretischen Gasdruck von 8 u. 16 Bar gerechnet haben, können wir auch das Drehmoment an der Kurbelwelle berechnen, welches mit dem Versatz des Kurbelzapfen und dem Kolbenflächendruck ermittelt werden kann.
Angenommen wird ein Versatz des Kurbelzapfen = Hebelarm von 15mm, dies entspricht als Dezimalwert in Meter ausgedrückt 0,015 m Hebelarm
Mit der Flächenkraft des Kolben aus dem mittleren Gasdruck (8 bar) mit 361,72 N ergibt sich bei einem Hebelarm von 0,015 m Drehmoment = 0,015 m x 361,72 N = 542,58 N
Bei einem Spitzendruck (16 bar) mit 723,45 N ergibt sich:
Drehmoment = 0.015 m x 723, 45 N = 1085,18 N
Aus der oben durchgeführten Berechnung lässt sich nun die Leistung ebenfalls in Kilowatt berechnen.
Dazu nehmen wir den errechneten Spitzewert in N welches wir über die Kolbenkraft und dem Versatz des Kurbelzapfen errechnet haben !
Und dies sieht dann so aus:
Spitzendrehmoment vom Kurbelzapfen = 1085,18 N x Drehz. 17000 U/min. : 9550 = 1.93 KW
Zur Überprüfung: Die Leistungsberechnung bei der indizierten Leistung aus Hubraum-Drehzahl und angenommenen 80 N = 8 Bar Gasdruck ergab 1,02 KW.
Bei der Leistungsberechnung über die Drehzahl und Drehmoment,wo wir als Kraft auf den Kolben 160 N = 16 Bar, also einen doppelt so hohen Gasdruck als Wert angenommen haben, konnten wir eine Leistung von 1,93 KW (2,62 PS ) ermitteln.
Hieran lässt sich zweifelsfrei erkennen, dass es sich bei den Herstellerangaben nur um eine errechnete, also indizierte Leistung handeln kann, wobei die indizierte Leistung aus dem Resultat des Spitzendruckes auf den Kurbelzapfen, der Drehzahl und dem Faktor 9550 errechnet, angegeben wird.
Bei den durchgeführten Messungen an Originalmotoren im Leistungsprüfstand und anschließender Berechnung, kamen solche Leistungswerte aufgrund der nicht erreichbaren angegebenen Drehzahl unter geringster Last, kaum zustande!
Was soll mit solchen Messungen bewirkt,oder ereicht werden?
1. Es geht darum zu ermitteln, wo und im welchen Drehzahlbereich das höchtse Drehmoment bei verschiedenen Motoren tatsächlich zu finden ist, und somit wichtig für jene sein wird, die ein Resonanzschalldämpfer verwenden möchten.und welche Abstimmlänge ohne zu "Basteln" eingestellt werden kann,
2.In wie weit die Leistung mit verschiedenen Nitromethanzusätzen gesteigert werden kann und wann nichts mehr zu erwarten ist. Aber auch welche Komponeten gewählt werden können,um auf einen gewissen Anteil an Nitro verzichten zu können.
3. Was bringen verschiedene auf dem Markt erhältliche Dämpfer an Zugewinn und mit welchen getroffenen Maßnahmen ist die höchste Leistung zu erreichen.
4. Welche Komponenten passen zueinander, welche Einstellung sollte/ kann gewählt werden,u.v.m.
Und wie sieht die Realität und Praxis heute schon aus?
Da bitte ich die Leser noch um etwas Geduld, ich arbeite mit dem Leistungsmessstand MPTD® seit einigen Monaten daran, die effektive Wellenleistung und die obengenannten Parameter zu ermitteln.
Es müssen viele Komponenten wie Kraftstoffe, Schalldämpfer, Dichtscheibenmaße usw. untereinander, als auch miteinander kombiniert werden, um Aussagekräftige Ergebnisse zu erzielen, und das geht leider nicht in ein paar Wochen,oder Monate.
Ich denke, dass ich zu Saisonbeginn 2010 eine PDF Datei mit vielen Messdaten von verwschiedenen Motoren vorlegen kann, um diese zu veröffentlichen.
Ich bin überzeugt, dass Sie verblüfft sein werden was die Messergebnisse auf einem Leistungsmessstand zu Tage bringen werden.
