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cncteile
Anmeldungsdatum: 09.02.2016
Beiträge: 6
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 cncteile Verfasst am: 09. Feb 2016 20:50 Titel: Leistungsprüfstand für Motoren |
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Hallo zusammen.
Ich als Bastler habe ein neues Projekt.
Es geht darum das ich in nächster Zeit ein Verbrennungsmotor überholen möchte. Gerne würde ich erfahren wieviel Leistung der ganze Aufwand bringt.
Es handelt sich um ein Einzylindermotor mit ca. 450ccm und 9PS.
Meine Idee ist ein kleiner Leistungsprüfstand an dem ich dem Motor koppeln könnte um ein vorher nachher Ergebnis zu haben.
Der Aufbau des Leistungsprüstandes soll ungefähr so sein:
- Motorhalterung und Grundgestell des Prüfstandes
- Eine Rolle mit hohem gewicht die durch den Motor angetrieben wird
- Drehzahlsensor
- Mikrokontroller für auswertung
Nun aber zu meinem Problem. Wie man die Leistung von Motoren berechnet anhand von benötigtem Drehmoment ist mir bekannt.
Ich müsste jedoch aus der bekannten Masse der Rolle, die anstehende Drehzahl die Leistung berechnen können.
Habe mir den Kopf zerbrochen aber ich komme auf keine brauchbare lösung.
Wer könnte mir weiterhelfen wie ich auf die Abgangsleistung des Motors komme?
Hoffe mein Vorhaben ist halbwegs verständlich 
Es würde mich sehr freuen mit Euch über mein Projekt diskutiren zu könne.
Ein Gruss von cncteile
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Frankx
Anmeldungsdatum: 04.03.2015
Beiträge: 985
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| Frankx Verfasst am: 10. Feb 2016 11:46 Titel: |
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Eine Möglichkeit der Leistungsmessung wäre die gleichzeitige Messung von Drehmoment und Drehzahl.
Drehzahlmessung sollte trivial sein, dafür gibt es für wenig Geld Messgeräte im Elektronikhandel, z.B. für Propeller der Flugmodellbauer.
Drehmoment eines laufenden Motors kann man messen, wenn man den Motor so lagert, dass er sich über eine Drehmomentenstütze zum Gestell hin abstützt. dann kann man mittels Kraftmessung (z.B. elektronische Wage) an der Abstützstelle und Länge Hebelarm der Drehmomentenstütze das Drehmoment ermitteln (actio=reactio).
Womit der Motor während der Messung belastet wird ist bei diesem Verfahren nicht wichtig. Es könnte also auch irgend eine einstellbare (Seil-)Bremse sein, so dass man den gesamten interessierenden Drehzahlbereich erfassen kann.
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cncteile
Anmeldungsdatum: 09.02.2016
Beiträge: 6
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| cncteile Verfasst am: 10. Feb 2016 12:27 Titel: |
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Ja die Drehzahl ist kein Problem. Wahrscheinlich nehme ich eine Lichtschranke die Impulse an den Mikrokontroler schickt.
Drehmonent möchte ich aber ermitteln indem ich eine bekannte Masse z.B. 40kg Stahlrolle in einer drehenden bewegung versetzte und anhand der benötigten Zeit und Drehzahl das Drehmoment ermitle. So wird das auch bei käuflichen Prüfständen im KFZ Bereich gemacht, oder über Wirbelstrombremsen was aber für mich mal nicht in Frage kommt.
Nur weis ich leider nicht wie ich das benötigte Drehmoment berechne um die Rolle zu beschleunigen.
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Frankx
Anmeldungsdatum: 04.03.2015
Beiträge: 985
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| Frankx Verfasst am: 10. Feb 2016 13:04 Titel: |
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| cncteile hat Folgendes geschrieben: | Ja die Drehzahl ist kein Problem. Wahrscheinlich nehme ich eine Lichtschranke die Impulse an den Mikrokontroler schickt.
Drehmonent möchte ich aber ermitteln indem ich eine bekannte Masse z.B. 40kg Stahlrolle in einer drehenden bewegung versetzte und anhand der benötigten Zeit und Drehzahl das Drehmoment ermitle. So wird das auch bei käuflichen Prüfständen im KFZ Bereich gemacht, oder über Wirbelstrombremsen was aber für mich mal nicht in Frage kommt.
Nur weis ich leider nicht wie ich das benötigte Drehmoment berechne um die Rolle zu beschleunigen. |
Das Drehmoment beim Beschleunigen einer rotierenden Walze/Schwungrad lässt sich aus dem Trägheitsmoment und der Winkelbeschleunigung ermitteln.
Das Trägheitsmoment ergibt sich aus der Massenverteilung, also aus den Konstruktionsdaten der Walze. Die Winkelbeschleunigung ergibt sich aus dem Drehzahlverlauf beim Beschleunigen.
analog zur Translation mit
F=m*a
(F=Kraft, m=Masse, a=Beschleunigung)
gilt für Rotationen
M=J*Alpha
(M=Drehmoment,J=Massenträgheitsmoment, Alpha=Winkelbeschleunigung)
Das Problem ist dabei, dass die Leistung des Motors selbst auch drehzahlabhängig ist.
Man muss also die Winkelbeschleunigungen direkt aus dem Drehzahlverlauf ermitteln. Dazu muss der Drehzahlverlauf kontinuierlich gemessen und aufgezeichnet werden und dann daraus der Verlauf der Winkelbeschleunigung ermittelt werden.
Daraus kann dann wiederum der Momentenverlauf und der drehzahlabhängige Leistungsverlauf ermittelt werden.
Bei meiner obigen Variante könnte man dagegen mittels Bremse eine bestimmte Drehzahl einstellen und die Leistung für speziell diese Drehzahl ermitteln.
Beide Verfahren haben ihre Vor- und Nachteile.
Die rotierende Masse muss nicht so sonderlich groß sein, wenn man eine zusätzliche Übersetzung verwendet. Diese Übersetzung muss dann aber auch in den Berechnungen korrekt berücksichtigt werden.
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cncteile
Anmeldungsdatum: 09.02.2016
Beiträge: 6
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| cncteile Verfasst am: 11. Feb 2016 22:10 Titel: |
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Danke für die Antwort.
Also angenommen mein Zylinder ist 40kg schwer und hat ein durchmesser von 20cm würde dies bedeuten:
J=m x r2 = 40kg x 0.1m2 = 0.4 kgxm2
Ist das richtig falls ich annehme dass das Gewicht gleichmässig verteilt ist?
Bei der Winkelbeschleunigung stehe ich leider noch mehr auf dem Schlaucht.
Mit der Schulpysik komme ich leider am Anschlag.
Aber Ihr könnt mir sicherlich helfen.
Um ein Diagramm zu erhalten würde ich in gewissen Zeitabstände eine Messung machen um daraus die Leistungskennlinie zu erhalten.
Dies sollte alles automatisch über den Mikrokontrolle gemacht werden.
Vielen Dank für eure Hilfe.
Super von Euch.
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Frankx
Anmeldungsdatum: 04.03.2015
Beiträge: 985
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| Frankx Verfasst am: 12. Feb 2016 08:55 Titel: |
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| Zitat: | | J=m x r2 = 40kg x 0.1m2 = 0.4 kgxm2 |
Diese Formel würde für eine punktförmige Masse m gelten, die im Abstand r um die Drehachse rotiert, oder auch für einen dünnen Ring der Masse m und Radius r.
Für eine Walze aus Vollmaterial gibt es folgende Formel:
J=0,5*m*r²
siehe auch:
https://de.wikipedia.org/wiki/Tr%C3%A4gheitsmoment
Genaugenommen müsste man auch die Trägheitsmomente der Wellen und anderen rotierenden Übertragungsglieder berücksichtigen. Wenn es ein Zwischengetriebe mit einer Übersetzung ungleich 1:1 gibt, wird es noch etwas komplizierter.
| Zitat: | | Um ein Diagramm zu erhalten würde ich in gewissen Zeitabstände eine Messung machen um daraus die Leistungskennlinie zu erhalten. |
Ja, das ist der Anfang. Messe in regelmäßigen Zeitabständen Dt die Drehzahl. Die Drehzahl kann man leicht in die Winkelgeschwindigkeit umrechnen.
Die Differenz der Winkelgeschwindigkeiten zwischen zwei Messpunkten geteilt durch den Zeitabstand Dt entspricht hier der Winkelbeschleunigung, sofern die Messpunkte eng genug beieinander liegen.
Alpha2=(Phi2-Phi1)/Dt
Alpha2=Winkelbeschleunigung zum Zeitpunkt 2
Phi1=Winkelgeschwindigkeit zum Zeitpunkt 1
Phi2=Winkelgeschwindigkeit zum Zeitpunkt 2
Dt=Dauer des Messschrittes von 1 auf 2
So kannst du also jedem Zeitpunkt eine Winkelbeschleunigung zuordnen.
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cncteile
Anmeldungsdatum: 09.02.2016
Beiträge: 6
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| cncteile Verfasst am: 12. Feb 2016 22:03 Titel: |
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Danke Frankx
Alpha = Winkelgeschwindigkeit / Zeit die meine Messung dauert
ist dies so richtig?
Winkelgeschwindikeit = ( 2 x Pi x Drehzahl in einer Sekunde ) / Zeit die meine Messung dauert
Blicke noch nicht ganz durch.
Die Winkelgeschwindikeit ist der Winkel der mein Zylinder bei gegebender Drehzahl in der gegebenen Zeit sich bewegt? Die Zeit währe meine Zeit die die Messung dauert?
Hoffe das ich es auch noch verstehe
Danke
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Frankx
Anmeldungsdatum: 04.03.2015
Beiträge: 985
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| Frankx Verfasst am: 12. Feb 2016 22:33 Titel: |
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Vielleicht wird es an einem Beispiel deutlicher.
Die Werte sind jedoch willkürlich und haben nichts direkt mit deinem Aufbau zu tun.
Also:
Du misst in Zeitschritten von 0,5s jeweils die aktuelle Drehzahl in der Einheit 1/s (Umdrehungen/s).
Messwert nach 4,5 s: 152 1/s
Messwert nach 5,0 s: 157 1/s
Messwert nach 5,5 s: 164 1/s
Winkelgeschwindigkeit nach 4,5 s: 152*2*pi=955,0 rad/s
Winkelgeschwindigkeit nach 5,0 s: 157*2*pi=986,5 rad/s
Winkelgeschwindigkeit nach 5,5 s: 164*2*pi=1030,4 rad/s
Winkelbeschleunigung nach 5,0 s: (986,5 rad/s - 955,0 rad/s)/0,5s= 63 rad/s²
Winkelbeschleunigung nach 5,5 s: (1030,4 rad/s - 986,5 rad/s)/0,5s=87,8 rad/s²
u.s.w.
Man benötigt also für den ersten Wert der Winkelbeschleunigung den Messwerte der aktuellen Winkelgeschwindigkeit, sowie den vorhergehenden Messwert der Winkelgeschwindigkeit, wobei der allererste "Messwert" ja sowieso gleich Null ist.
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cncteile
Anmeldungsdatum: 09.02.2016
Beiträge: 6
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| cncteile Verfasst am: 09. März 2016 20:58 Titel: |
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Hallo zusammen.
Danke Frankx.
Habe auch wider etwas Zeit.
Nun habe ich es nochmals versuchte.
Habe es als Bild angefügt was ich mir so gedacht habe.
Währe froh das jemand mal drüber sehen könnte.
Vielen Dank
| Beschreibung: |
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1857 mal |
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cncteile
Anmeldungsdatum: 09.02.2016
Beiträge: 6
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| cncteile Verfasst am: 21. März 2016 06:23 Titel: |
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Hall Leute
Währe sehr Froh wenn jemand kurz Zeit hätte um meine Überlegung mal durch zu sehen.
Vielen vielen Dank
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