Könnte ein Getriebe bei der Effizienz des E-Motors helfen?

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Wiese
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folder Mo 25. Mär 2019, 09:16
Hallo Leute
ich überlege mir nun schon das ganze Wochenende ob ich dazu was schreiben soll. Hier werden Behauptungen aufgestellt sie so weit hergeholt sind, dass ich Ausschlag bekomme.
Ja, es gibt tatsächlich E-Motoren, die bis zu 500.000 U/min schaffen - zumindest die Sonderanfertigungen für die man so viel zahlen muss, dass man wahrscheinlich einen ganzen Tesla kaufen kann. Aber habt ihr Drehzahlfetischisten schon mal angeschaut wie groß die 100.000er sind, und was sie leisten? Ich lese da was von ein paar hundert Watt und einem Durchmesser von 2,5 bzw. 3,3 cm. Was soll also bitte der Unfug, dass man einen PKW-Motor mit "beliebiger" Drehzahl verwenden könnte, das ist einfach nur Unsinn. Es gibt in erster Linie die physikalischen Grenzen der Fliehkraft, die einen drehenden Körper zerreißen. Wichtig wären zum Beispiel hohe Drehzahlen für Schwungspeicher (einfach mal Wikipedia bemühen). Hier werden bei 50.000 U/min Materialien verwendet, mit denen das dann gerade noch möglich ist. Stahlbleche wie in einem Asyncronmotor, oder gar Magnete wie in einem Syncronmotor kann man bei diesen Drehzahlen und mehr als 5 cm Rorordurchmesser gar nicht mehr verwenden. Das ist übrigens auch ein Grund warum man bei hoch drehenden kleinen E-Motoren gerne Außenläufer verwendet. Das kleben die Magnete innen am sich drehenden Außenrotor und werden so gegen die Hülle gepresst und lösen sich nicht ab.
Zweiter Punkt ist das Drehmoment. Je dünner ein E-Motor ist, desto kleiner wird das Drehmoment, und für die Magnetspulen bleibt weniger Platz. Viele kräftige Magnetspulen und ein relativ großer Läufer bringen pro cm Motorlänge deutlich mehr Drehmoment.
Dann kommt noch die Physik des Magnetflusse dazu. Man kann Magnetfelder nicht beliebig oft aus und einschalten, was in einem E-Motor notwendig ist. Magnetfelder müssen sich aufbauen und wieder abbauen und sollten sich nicht gegenseitig behindern, was den Wirkungsgrad beeinflusst.

Um es mal ganz einfach zu sagen: Einen E-Motor mit 20 oder 30 cm Durchmesser wie in einem E-Auto, der 50.000 Umderheungen pro Minute macht wird es nicht geben.
Ein E-Motor mit 5 cm Durchmesser und einem Meter Länge, der genug Leistung hat und 100.000 U/min macht wird es in einem E-Auto auch nicht geben, wozu auch? Die Räder machen nur 2000 U/min, warum sollte man eine Untersetzungsgetriebe mit 1:50 einbauen, wenn man mit "normalen" Motoren mit 1:8 bis 1:10 auskommt?

Ein Getriebe mit 2 oder mehr Gängen kostet auch nur unnötig Geld und verschleißt. Da hat man endlich ein Fahrzeug das ohne Schaltgetriebe zurecht kommt, und einige wollen unbedingt mit einem Schaltgetriebe bei 250 km/h Energie sparen - was ist das denn für ein Schwachsinn?
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Re: Könnte ein Getriebe bei der Effizienz des E-Motors helfen?

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Jake1865
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folder Mo 25. Mär 2019, 09:54
Lieber Wiese, was soll ich deinem Beitrag sinnvolles entnehmen?
ein wenig Klugscheisserei? ;-)
Schau dir doch mal bitte die Umfangsgeschwindigkeiten von Hochleistungsgeneratoren an.

Beantworte doch lieber die Frage weshalb Tesla und Audi lieber hochdrehende Motoren mit 15.000 statt mit 3.000-5.000 U/min einsetzen.
Das wäre wirklich interessant. Auch die Beantwortung der Frage ob zukünftige Sportwagen noch höher drehenden Maschinen haben oder nicht.

Ich habe gerade noch einen interessantes Dokument dazu gefunden:
https://www.ew.tu-darmstadt.de/media/ew ... triebe.pdf

Gruß Jake
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Re: Könnte ein Getriebe bei der Effizienz des E-Motors helfen?

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folder Mo 25. Mär 2019, 10:49
Tatsächlich ist man erst bei 343m/s Umfangsgeschwindigkeit am Ende des physikalisch möglichem, diese Drehzahlen werden heute schon in Diesel PKW Motoren im Turbolader erreicht. Diese mechanische Grenze (Schallmauer) aber hat nichts mit dem Problem im PKW zu tun. Hier geht es einfach nur um Anfahrdrehmoment in Abstimmung mit EMK bei hohen Drehzahlen. Das gilt es elektromagnetisch in Einklang zu bringen.
Wenn wir bei einem normalen PKW mit 2 Tonnen bewegter Masse das notwendige Anfahrdrehmoment, mit guten alten 60kW Motoren und 400V Batteriespannung darstellen wollen, haben wir sehr schnell das Problem, dass die EMK bei vollem Magnetfeld schon unter 100km/h die 400V erreicht. Es ist daher physikalisch nicht möglich, schneller zu drehen, weil der Motor als Generator schon 400V erzeugt und daher die Batterie es nicht mehr schafft durch höhere Spannungen den Strom in Richtung Motor zu treiben. Um nun über diese magische Grenze zu kommen, kann man:
.) Stärkere Motoren die auch mit höherer Übersetzung das Anfahrdrehmoment liefern (kia e-niro und ähnliche)
.) Feldschwächung um die EMK zu drücken und wieder einen Motorbetrieb zu erreichen (ZOE, schlechter Wirkungsgrad ab 100km/h)
.) Höhere Spannung der Antriebsbatterie (e-Tron, i-Pace, Porsche...)
.) Zwei Motoren mit unterschiedlicher Auslegung (Tesla)
.) Schaltgetriebe
Man hat die Wahl.
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Re: Könnte ein Getriebe bei der Effizienz des E-Motors helfen?

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folder Mo 25. Mär 2019, 11:26
Das wird doch je nach Gesamtkonzept unterschiedlich sein. ZF und andere werden auch In der Lage sein ein Getriebe zu bauen das lange hält.
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Re: Könnte ein Getriebe bei der Effizienz des E-Motors helfen?

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Wiese
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folder Mo 25. Mär 2019, 23:10
Jake1865 hat geschrieben:
Mo 25. Mär 2019, 09:54
Lieber Wiese, was soll ich deinem Beitrag sinnvolles entnehmen?
ein wenig Klugscheisserei? ;-)
Schau dir doch mal bitte die Umfangsgeschwindigkeiten von Hochleistungsgeneratoren an.

Beantworte doch lieber die Frage weshalb Tesla und Audi lieber hochdrehende Motoren mit 15.000 statt mit 3.000-5.000 U/min einsetzen.
Das wäre wirklich interessant. Auch die Beantwortung der Frage ob zukünftige Sportwagen noch höher drehenden Maschinen haben oder nicht.

Ich habe gerade noch einen interessantes Dokument dazu gefunden:
https://www.ew.tu-darmstadt.de/media/ew ... triebe.pdf

Gruß Jake
Jake, Du musst aus meinem Beitrag nichts Sinnvolles entnehmen. Ich konnte das aus Deinem auch nicht.
Warum sollte ich Dir die Frage beantworten weshalb Tesla oder Audi Motoren mit 15.000 U/min nehmen, die Anderen tun das doch auch. 10.000 bis allerhöchstens 20.000 sind nunmal sinnvoll für diese Anwendung. Habe ich das mit irgend einem Wort angezweifelt? Habe ich behauptet, dass 3000 U/min auch reichen würden? Nein habe ich nicht! Ich sagte doch nur, dass es im PKW keine Motoren mit 50.000 oder mehr Umdr. geben wird weil das keinen Sinn macht und weil es physikalisch bei großen Motoren nicht geht, und darum ging es doch bei Eurer Drehzahlorgie. Hier wurde behauptet, dass man E-Motoren mit unbegrenzter Drehzal bauen kann, und ich sage das geht nur wenn sie unendlich dünn sind.
Und wie Einstein schon sagte ist das einzige Unendliche die menschliche Dummheit.

Und für einen PKW wird ein Schaltgetriebe keinen Sinn machen. Man kann natürlich auch was Sinnloses bauen wenn man Käufer dafür findet. Beispiele dafür gibt es genug.

Deinen link kannst Du Dir ausdrucken, einrahmen und an die Wand hängen. Sollen jetzt PKW mit Hochdruckkompressoren und Werkzeugmaschinen ausgerüstet werden?


Dein unfreundliches Schimpfwort verwenden übrigens meistens Leute die nicht klug Scheißen; warum auch immer.

Gruß
Peter
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Re: Könnte ein Getriebe bei der Effizienz des E-Motors helfen?

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folder Mi 27. Mär 2019, 08:33
Elektromotoren kann man von der Drehzahl und Drehmoment recht gut auf die Anwendung abstimmen. Ein Fahrzeugingenieuer findet für Alltagsfahrzeuge sicherlich einen guten Kompromiss zwischen Anfahrdrehmoment, Endgeschwindigkeit und Übersetzungsverhältnis ganz ohne Schaltgetriebe und (Doppel-)Kupplung

Aber auch für den Fall, dass Anfahrdrehmoment und Endgeschwindigkeit schwer in Einklang zu bringen geht, z.B. beim Ziehen von Lasten und speziell -Anfahren an Steigungen:
viewtopic.php?f=109&t=21750
Könnte man statt eines Schaltgetriebes auch die Motoren einfach größer dimensionieren.

Bei einem LKW z.B. ist die zugelassene Endgeschwindigkeit festgelegt. Das könnte bei richtiger Auslegung zu ausreichend Reserven beim Anfahrdrehmoment genutzt werden.

Könnte es sein, dass die (Schalt-)Getriebehersteller die Entwicklung mit Sorge beobachten und auf Biegen und Brechen Anwendungszenarien suchen, ihre Kompetenz auch beim BEV unter Beweis zu stellen?
Seit Mai 2016 mit einem e-UP unterwegs

Re: Könnte ein Getriebe bei der Effizienz des E-Motors helfen?

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folder Mi 27. Mär 2019, 10:42
Da könnte es auch umgekehrte Effekte geben, vielleicht bei mobilen Arbeitsmaschinen:
Bisher war dort beispielsweise ein Ölmotor (Hydrostat), der das Fahrzeug angetrieben hat.
Nun könnte ein E-Motor rein kommen und man braucht plötzlich ein 2 - Gang Getriebe, wo vorher keines benötigt wurde.
2017: e-Golf, 2019: e-Up, 2019-11: wieder e-Golf
2017: Passat Variant GTE, Warten auf BEV-Kombi, mind. 83 kWh und 125 kW Ladeleistung und V2G
PV-Anlage 18kWp, Speicher 13,5kWh netto, von der Notwendigkeit der Energie- und Mobilitätswende überzeugt

Re: Könnte ein Getriebe bei der Effizienz des E-Motors helfen?

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folder Fr 29. Mär 2019, 19:18
Bernd_1967 hat geschrieben:
Mi 27. Mär 2019, 10:42
Da könnte es auch umgekehrte Effekte geben, vielleicht bei mobilen Arbeitsmaschinen:
Bisher war dort beispielsweise ein Ölmotor (Hydrostat), der das Fahrzeug angetrieben hat.
Nun könnte ein E-Motor rein kommen und man braucht plötzlich ein 2 - Gang Getriebe, wo vorher keines benötigt wurde.
Wir reden hier über PKW. Beim LKW könnte ich mir ein 2-Gang-Getriebe durchaus vorstellen, denn Baustellenfahrzeuge (Kieslaster), die schwere Lasten über weiche Böden schleppen müssen brauchen im Gelände extrem viel Kraft, und sollen aber auch mit 80 auf der Autobahn fahren können.
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Re: Könnte ein Getriebe bei der Effizienz des E-Motors helfen?

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folder Mi 17. Jul 2019, 13:55
Klar, wenn einer mit einen BEV 2 Gang herauskommt, dann ZF....

https://www.electrive.net/2019/07/17/zf ... autos-vor/
ZOE Live Q210 6/2013 * Ladegerät @60.500km * AHK legal Typisiert 18.07.2017 * neuer Motor @71.250km
40kWh Batterie 12.03.2019 @85100
Aktuell: 95.000 km
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Re: Könnte ein Getriebe bei der Effizienz des E-Motors helfen?

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folder Mi 17. Jul 2019, 15:18
Jake1865 hat geschrieben:
Mo 25. Mär 2019, 09:54
Lieber Wiese, was soll ich deinem Beitrag sinnvolles entnehmen?
ein wenig Klugscheisserei? ;-)
Schau dir doch mal bitte die Umfangsgeschwindigkeiten von Hochleistungsgeneratoren an.

Beantworte doch lieber die Frage weshalb Tesla und Audi lieber hochdrehende Motoren mit 15.000 statt mit 3.000-5.000 U/min einsetzen.
Das wäre wirklich interessant. Auch die Beantwortung der Frage ob zukünftige Sportwagen noch höher drehenden Maschinen haben oder nicht.

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https://www.ew.tu-darmstadt.de/media/ew ... triebe.pdf

Gruß Jake
Gegen Getrieben mit diesen extrem hohen Drehzahlen und daraus folgenden Untersetzungsverhältnissen spricht:

- Wälzlager verschleißen proportional zu den erfolgten Umdrehungen (letztlich Wöhlerkurve). Dreht ein Wälzlager mit
10.000 U/min wird es mindestens zehnmal schneller verschleißen als das gleiche Lager bei 1.000 Umdrehungen.

- die Lagerverluste sind in erster Linie von der Drehzahl abhängig, etwas weniger von der Last. Dadurch entstehen
also bei hohen Drehzahlen höhere Verluste. Leider erhitzen diese das Lager, was zu einer noch schnelleren
Alterung derselben führt.

- dasselbe gilt für die Zahnradpaare: Hohe Drehzahl --> Hoher Verschleiß, hohe Verluste, Viel Hitze mit noch mehr Verschleiß

- und eine sehr ungleichmäßige Zahnpaarung (sehr kleines auf sehr großes Rad um die hohen Untersetzungen
zu erreichen), ist geometrisch ungünstiger, und macht daher auch wieder mehr Verschleiß, Verluste, Hitze und deshalb
noch mehr Verschleiß.

- und zu guter Letzt mag das Öl es garnicht, zu hohen Differenzgeschwindigkeiten ausgesetzt zu sein: das führt zum Abbau
und Zersetzung

Insgesamt ist es eine schlechte Idee auf Extremdrehzahlen zu gehen........


Gruß SRAM
________________________________________________
Empfehlung: End of Landschaft https://www.youtube.com/watch?v=TClKa61lCxc
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