Drehzahl, Drehmoment und Co.

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1 Leistungsangaben Drehzahl, Drehmoment und Co. Natürlich kennen sich Landtechnikexperten mit Begriffen wie Drehmoment, Drehzahl und Overpower aus. Dennoch gibt es in vielen Artikeln über Schlepper und in Prospekten eine Vielzahl von Begriffen, deren Bedeutung nicht immer ganz klar ist und die deshalb oft falsch verwendet werden. Friedrich Uhlig von der DLG-Prüfstelle für Landtechnik bringt Licht ins Dunkel der Fachbegriffe. Werkfoto

2 Beim Schlepperverkauf wird erfahrungsgemäß viel über die Motorleistung der jeweiligen Maschine diskutiert. Um ein fachlich fundiertes Gespräch zu führen, sollten Verkäufer und Kunde die Grundlagen für fast alle Daten eines Motors bekannt sein: Die Drehzahl wurde früher mit U/min bezeichnet, heute heißt das korrekt 1/min oder auch min-1, was mathematisch allerdings dasselbe ist. Da Motoren nicht bei allen Drehzahlen dasselbe Drehmoment entwickeln, gehört zu jeder Angabe von Drehmoment, Leistung etc. immer die Angabe der Drehzahl dazu. In Diagrammen werden alle Werte auf die Motordrehzahl bezogen, auch wenn an der Zapfwelle gemessen wurde. Bei der Nenndrehzahl gibt es einige Verwirrung, da in den derzeit gültigen Vorschriften für Motorleistungs- und Abgasmessungen dieser Begriff nicht, beziehungsweise unterschiedlich, definiert ist. Nach allgemeinem Verständnis ist die Nenndrehzahl die maximale Drehzahl eines Dieselmotors, die der Regler bei Volllast ermöglicht. Mit der Nenndrehzahl werden zum Beispiel auch die Fahrgeschwindigkeiten eines Schleppers berechnet. Es wäre schön, wenn sich alle wieder auf diese Definition einigen könnten, wofür die DLG schon seit Jahren in Fachkreisen plädiert. Unter Drehzahl bei hohem Leerlauf versteht man die Drehzahl, die der Motor ohne Belastung und ohne verwertbare Leistungsabgabe erreicht. Bei den früher üblichen Motoren waren Nenndrehzahl und Höchstleistungsdrehzahl identisch. Bei modernen Motoren mit hohem Drehmomentanstieg ergibt sich die höchste Leistung bei einer Drehzahl unterhalb der Nenndrehzahl. Bei Motoren mit einer höchsten Leistung unterhalb der Nenndrehzahl bezeichnet man den Drehzahlbereich zwischen Nenndrehzahl und der Drehzahl, bei der der Motor bei gedrückter Drehzahl dieselbe Leistung abgibt, als Konstantleistungbereich. Er wird in Prozent der Nenndrehzahl angegeben. Über den Verlauf der Leistung innerhalb dieses Bereichs ist damit nichts ausgesagt, sie kann also höher liegen oder immer auf demselben Niveau. Konstantleistung, Überleistung, Overpower etc.: als Überleistung bezeichnet man den Leistungszuwachs zwischen Nenndrehzahl und Höchstleistungsdrehzahl. Nur die Zapfwellennormdrehzahlen 540/min und 1000/min sind genormt. Die Untersetzung für die sogenannten Sparzapfwellen kann jeder Hersteller nach eigenem Gusto wählen. Im Prinzip kann er das auch für die beiden genormten Drehzahlen, allgemein üblich ist aber eine Untersetzung, bei der die Normdrehzahl der Zapfwelle knapp unterhalb der Nenndrehzahl des Motors erreicht wird. Je höher die Untersetzung ist, desto eher besteht theoretisch die Gefahr, dass bei leerlaufendem Zapfwellengerät gefährlich hohe Drehzahlen am Gerät erreicht werden. Im sicherheitsbewußten Amerika sind die Zapfwellen deshalb oft so untersetzt, daß bei Nenndrehzahl auch Zapfwellennormdrehzahl erreicht wird. Drehzahlen oberhalb der Zapfwellennormdrehzahl sind dann nur noch im Bereich von Nenndrehzahl bis hohem Leerlauf möglich, also etwa 150/min, bei einer Untersetzung von 1:2 wären das am Gerät nur noch etwa 75/min. Der Drehmoment ist die Kraft, die ein Motor an seinem Schwungrad abgibt. Es wird bezeichnet mit Nm, also Kraft (1 N=1 Newton=0,102 kp) multipliziert mit dem Hebelarm, hier 1 m. Wird ein Motor oder ein Schlepper an der Zapfwelle gemessen, wird mit Hilfe einer Bremse immer das Drehmoment gemessen, dazu die Drehzahl.

3 Drehmoment und Drehzahl Wenn das Drehmoment an der Schlepperzapfwelle gemessen wird, ist es höher als wenn man es direkt am Motor messen würde. Das kommt ganz einfach daher, daß die Zapfwelle wegen ihrer Untersetzung etwa halb so schnell läuft wie der Motor (1000er Zapfwelle); die übertragene Leistung aber gleich bleibt. Um nun alle Messungen an der Zapfwelle miteinander vergleichen zu können, wird das an der Zapfwellenbremse gemessene Drehmoment durch die Zapfwellenuntersetzung geteilt und man erhält das sogenannte äquivalente Drehmoment. Das ist auf den Motor bezogen und entspricht dem Drehmoment, das der Motor direkt abgeben würde, abzüglich der Verluste im Zapfwellengetriebe. Unterhalb der Nenndrehzahl steigt das Drehmoment an, wenn die Belastung gesteigert wird. An irgendeinem Punkt (von Motor zu Motor verschieden) wird das Drehmomentmaximum erreicht. Das Verhältnis zwischen Drehmoment bei Nenndrehzahl (100 %) und maximalem Drehmoment ist der in Prozent ausgedrückte Drehmomentanstieg. Eng zusammen mit dem Drehmomentanstieg hängt der Drehzahlabfall. Er ist das Verhältnis zwischen Nenndrehzahl und Drehzahl bei höchstem Drehmoment, auch er wird in Prozent angegeben. Wie beim Drehmomentanstieg wird das Drehmoment bei 1000 Motorumdrehungen in Prozent auf das Drehmoment bei Nenndrehzahl bezogen. Es ist ein Maß für die Zugkraft, mit der ein Schlepper aus dem Stand anfährt. Je höher der Wert, desto besser. Um Ruß im Abgas zu vermeiden, wird häufig bei niederer Motordrehzahl die Einspritzmenge stark zurückgenommen. Das wirkt sich auch auf das Drehmoment bei niedriger Drehzahl aus, Anfahren erfordert also mehr Drehzahl. Soweit haben wir nun alle Daten zusammen, um die Leistung angeben zu können. Die Leistung wird immer errechnet, im Fall der Zapfwellenmessung aus Drehmoment multipliziert mit der Drehzahl. Bekanntermaßen wird sie mit kw bezeichnet, in den Köpfen vorherrschend sind immer noch die PS, die man erhält, wenn man die Angabe in kw mit 1,36 multpliziert. Andersrum macht man aus PS kw, indem man mit 0,735 multipliziert. Nach althergebrachtem Verständnis ist die Nennleistung diejenige Leistung, die der mit Nebenaggregaten ausgerüstete Motor in dem Punkt der Volllastkurve abgibt, wo der Regler gerade beginnt, die Kraftstoffmenge abzuregeln. Das kommt uns schon bekannt vor, also bei Nenndrehzahl. Leider gibt es um die Nennleistung auch einige Definitionsverwirrung, die von den nicht ganz eindeutigen Begriffen in den Vorschriften herkommt. Anlass für die Verwirrung waren auch die Motoren moderner Charakteristik, die ihre höchste Leistung nicht bei Nenndrehzahl, sondern darunter abgeben. Für die Ermittlung und Angabe der Leistung eines Motors gibt es zwei anwendbare Regelungen: ECE/EG und ISO. Bei allen Schlepperprüfungen der DLG für Zeitschriften und bei allen Prüfungen nach OECD-Vorschriften ist immer die Zapfwellenleistung gemessen worden, diese Angaben sind also vergleichbar und mit geringem Aufwand nachprüfbar. Die Abregelkurve ist der Bereich der Motorleistungskurve oberhalb der Nenndrehzahl bis zum hohen Leerlauf. Sie heißt Abregelkurve, weil hier der Regler der Einspritzpumpe den Kraftstoff abregelt, um Überdrehzahlen zu verhindern. Die Kurve ist normalerweise leicht schräg, es gibt bei elektronisch gesteuerten Pumpen auch senkrechte Kurven, oder besser Linien. Analog dazu haben natürlich auch die Drehmomentkurve und die Kurven des absoluten und des spezifischen Verbrauchs eine Abregelkurve.

4 Volllast, Vollgas und Verbrauch Die Volllastkurve ist die obere Begrenzung des Bereichs, in dem der Motor arbeiten kann, also anschließend an die Abregelkurve von Nenndrehzahl bis zur niedrigsten Drehzahl, mit der ein Motor bei Last noch läuft. Der Verlauf der Volllastkurve wird bestimmt durch die eingespritzte Kraftstoffmenge; wenn man mal ein Diagramm genau betrachtet, erkennt man gleichartige Verläufe bei Leistungs- und Verbrauchskurve. Auch Drehmoment- und Verbrauchskurven haben ihre Volllastabschnitte. Wohlgemerkt, bei beiden Kurven wird mit Vollgas gefahren, es sind also die Grenzlinien des Betriebsbereichs, die weder nach oben oder nach rechts überschritten werden können. Darunter ist der Betrieb eines Schleppers natürlich möglich und dort wird in den allermeisten Betriebszuständen in der Praxis auch gefahren. Der absolute Verbrauch wird bei den Messungen mit Vollgas gefahren, die Einspritzpumpe liefert also bei jeder Drehzahl ihre jeweils maximale Menge. Sie ist durch die Einstellung der Pumpe vorgegeben. Dieser Maximalverbrauch kann nicht überschritten werden. Mit dem stündlichen Verbrauch der Praxis hat das recht wenig zu tun, da ja nicht immer mit Volllast gefahren wird. Der Verbrauch wird in kg/h gemessen. Zum Umrechnen in l/h muss man durch die Dichte des Dieselkraftstoffs teilen. Die Dichte liegt im groben Durchschnitt bei 0,83 kg/l, je nachdem, ob es sich um leichteren Winterdiesel oder schwereren Sommerdiesel handelt. Umgerechnet wird immer mit der Dichte bei 15 C. Beim spezifischen Verbrauch gibt es des öfteren ein paar Verständnisprobleme. Teilt man den gemessenen absoluten Verbrauch in kg/h durch die bei derselben Drehzahl gemessene Leistung, erhält man den spezifischen Verbrauch in g/kwh. Dieser Wert gibt an, wie viel Kraftstoff ein Motor an einem bestimmten Betriebspunkt braucht, um ein kw Leistung zu erzeugen. Weil dieser Wert unabhängig von der Leistung eines Motors ist, kann er sehr bequem zum Vergleich der Effizienz von Motoren aller Leistungsklassen verwendet werden. Vergleichbar werden damit auch die Werte von Zapfwellenleistungen und Zugleistungen bei unterschiedlichen Schleppern. Die in der Praxis gebräuchliche Angabe von l/h oder l/ha erlaubt keinen Vergleich zwischen Motoren oder Schleppern unterschiedlicher Leistungsklassen. Für den Techniker ist ein Motor sparsam, wenn er wenig Kraftstoff verbraucht, um seine Leistung zu erzeugen. Das hat nicht unbedingt was mit dem Sparsamkeitsbegriff des Praktikers zu tun. Absolute Verbräuche sind zum einen von der vorhandenen Leistung des Motors und zum zweiten von seiner abgegebenen Leistung abhängig. Der geringste (also beste) spezifische Verbrauch liegt im mittleren Drehzahlbereich eines Motors bei hoher Auslastung. Alles was nicht Volllast ist, ist Teillast. Dazu zählt der gesamte Bereich unterhalb der Volllastkurve und auch die Abregelkurve. Leider fällt der größte Zeitanteil in der Praxis in den Teillastbereich, also wird im Prinzip recht unwirtschaftlich gearbeitet. Tatsache ist aber eben, dass man nicht immer die verfügbare Leistung braucht, sondern weniger. Natürlich ergibt das geringe Verbräuche in l/h, aber effektive Ausnutzung der teuer gekauften Leistung und des teuren Kraftstoffs ist das nicht. Merken kann man sich: viel Drehzahl bei wenig Last sollte man vermeiden. Um dem Landwirt einen praxisbezogenen Vergleich von verschiedenen Schleppern zu ermöglichen, werden auch zwei Angaben zum Teillastverbrauch gemacht. Etwas überholt, aber immer noch in den Datenblättern enthalten, ist der Durchschnittsverbrauch der 6 Messpunkte auf der Abregelkurve. Diese Messung ist im OECD Standard Code vorgeschrieben und stammt aus der Zeit der spitzen Leistungskurven, wo man noch auf der Abregelkurve fahren musste, um Leistungsreserven zu haben. Da diese Daten von allen geprüften Schleppern vorliegen, werden sie zu Vergleichszwecken angegeben. An die heutige Motorenauslegung besser angepasst sind die 5 Kennfeldpunkte, die wir schon seit Jahren bei Tests für profi und top agrar messen. Inzwischen sind sie auch als wahlfreie Prüfung im OECD-Test enthalten. Diese Punkte werden gemessen bei: 1.) Vollgas und 80 % der Zapfwellenleistung bei Nenndrehzahl, 2.) 90 % der Nenndrehzahl und 80 % der Zapfwellenleistung bei Nenndrehzahl, 3.) 90 % der Nenndrehzahl und 40 % der Zapfwellenleistung bei Nenndrehzahl, 4.) 60 % der Nenndrehzahl und 40 % der Zapfwellenleistung bei Nenndrehzahl,und 5.) 60 % der Nenndrehzahl und 60 % der Zapfwellenleistung bei Nenndrehzahl. Mit Hilfe dieser Messwerte, die wir als g/kwh angeben, kann man leicht abschätzen, wie sparsam die Schlepper bei unterschiedlichen Arbeiten sind. Umrechnung in absolute Verbräuche ist leicht möglich, man braucht nur den Wert des spezifischen Verbrauchs mit dem der jeweiligen Leistung zu multiplizieren.

5 Auch Fachleute definieren manchmal falsch Obwohl wir uns hier vor allem mit den Angaben zur Motor- beziehungsweise Zapfwellenleistung beschäftigen, sollen noch zwei Begriffe erläutert werden, die auch von Fachleuten ab und zu verwechselt werden: Was bei der Leistungsmessung an der Zapfwelle das Drehmoment, ist beim Ziehen die Zugkraft. Das Maß dafür ist kn, (1 kilonewton=1000 N = 102 kp). Sie ist abhängig vor allem vom Gewicht des Schleppers, in zweiter Linie vom Kraftschlussbeiwert zwischen Fahrbahn und Reifen. Bei unseren Zugmessungen auf der Betonbahn erreichen Schlepper mit Radialreifen bei ca. 15 % Reifenschlupf ihre höchste Zugkraft. Die erreichte Fahrgeschwindigkeit dabei ist vom Gewicht abhängig, je schwerer ein Schlepper, desto langsamer kann er fahren und hohe Zugkräfte entwickeln. Die Beton-Messbahn in der DLG-Prüfstelle bringt sehr gute Haftung, mit gut eingefahrenen Reifen (die man anschließend nicht mehr für viel gebrauchen kann) zieht bei uns ein Schlepper so viel oder ein bisschen mehr wie er wiegt. Ballast bringt also Zugkraft. Leistung ist das Produkt aus Kraft und Geschwindigkeit ist, also ist Zugleistung das Produkt aus Zugkraft (kn) und Fahrgeschwindigkeit (km/h). Die Zugleistung ist nun nicht mehr vom Gewicht abhängig, sondern tatsächlich von der Motorleistung abzüglich der Verluste im Antrieb, einschließlich des Radschlupfs. Da die Verluste im Antrieb mit steigender Drehzahl der Wellen, Lager und Zahnräder zunehmen, findet man die höchste Zugleistung meistens im Bereich von 5 bis 12 km/h. Der Schlupf liegt dann etwa bei 2 bis 7 %. Wenn es um Zugleistung geht, ist Ballast also schädlich, denn je mehr Gewicht bewegt werden muss, desto schlechter. Um den Wirkungsgrad bei Zugarbeiten festzustellen, braucht man also nur die gemessene Zugleistung durch die Motorleistung (wenn man sie denn gemessen hat) zu dividieren. Will man verschiedene Schlepper miteinander vergleichen, sollte man besser mit dem spezifischen Verbrauch rechnen. Wie wir gelernt haben, bleibt der absolute Verbrauch immer gleich. Wenn er durch die Motorleistung dividiert wird, ergibt sich ein niedrigerer Wert und wenn er durch die Zugleistung geteilt wird, ergibt sich ein höherer Wert. Der Unterschied der beiden Werte ist ein Maß für den Zugwirkungsgrad, der sowohl den Wirkungsgrad des Getriebes als auch die anderen Verluste bei der Leistungsübertragung auf die Fahrbahn einschließt.

6 Welche Leistungsdaten sind entscheidend? Die Entscheidung für einen neuen Schlepper ist meistens schwer, da die meisten führenden Fabrikate sich in ihren Leistungsdaten nur gering unterscheiden. Ein Schlepper sollte heute folgende Daten mindestens haben: - Drehmomentanstieg von mindestens 25 % bei einem Drehzahlabfall von unter 40 % - die Drehmomentkurve sollte unter der Nenndrehzahl steil ansteigen und erst dann flacher werden, ohne durchzuhängen, - Drehmoment bei 1000/min sollte mindestens bei ca. 110 % liegen - Konstantleistungsbereich von mindestens 10 %, das heißt beispielsweise bei Nenndrehzahl 2200/min Konstantleistung bis hinunter zu 1980/min, - über die Höhe der Überleistung kann man streiten, 4 bis 6 kw sind schon gut Der spezifische Verbrauch des Schleppers sollte natürlich bei allen Leistungsarten so gering wie möglich sein. Auf Grund der für alle Leistungsklassen von Motoren gültigen Abgasvorschriften ist der spezifische Verbrauch der jetzt verkauften Schlepper deutlich höher geworden, als er das vor ein bis zwei Jahren noch war. Das bedeutet leider auch, dass die in unseren Datenblättern aufgeführten Verbrauchswerte heute nicht unbedingt mehr zutreffen, auch wenn der Schlepper noch denselben Namen hat. Beim Vergleich also auf das Datum achten, Messungen ab Mitte 2003 dürften dem heutigen Stand entsprechen. Gegenwärtig fehlt uns noch der endgültige Überblick über die jetzt erreichbaren Verbrauchswerte, dazu müssen wir noch einige Schlepper mehr messen als es zur Zeit der Fall ist. Es besteht Hoffnung, dass durch Weiterentwicklung und viel Feinarbeiten an den Motoren die Verbrauchswerte wieder leicht sinken werden. In allen Bereichen der Technik werden Vergleiche gezogen, um herauszufinden, was das beste Produkt ist. Vergleichen kann man aber nur unter gleichen Voraussetzungen. Das heißt auch für die Schleppertechnik, dass einwandfreie und objektive Vergleiche nur unter kontrollierten Laborbedingungen möglich sind. Die Verhältnisse in der Praxis sind immer wechselnd und nie reproduzierbar. Wenn dann alle Beteiligten noch in derselben Sprache sprechen, wird alles ein wenig einfacher und klarer. Friedrich Uhlig DLG-Prüfstelle für Landmaschinen Fachgebiet Fahrzeugtechnik Max-Eyth-Weg Groß-Umstadt

7 Powered by TCPDF ( In diesem Beispiel eines Boost, engine management etc.: Jeder Hersteller nennt dieses Feature anders. Im Prinzip bedeutet es, dass ein Schleppermotor in Abhängigkeit von der gerade ausgeführten Arbeit (Zapfwellenbetrieb, Transport) unterschiedliche Leistungen haben kann. Bei elektronisch gesteuerten Einspritzungen ist es leicht möglich, in das Motorsteuergerät verschiedene Kennfelder zu speichern, die dann automatisch gewechselt werden und mehr Leistung oder weniger Leistung ergeben. Teilweise wird die Leistung nur im oberen Drehzahlbereich bei höherer Fahrgeschwindigkeit angehoben, um die höheren Leistungsverluste bei schneller Fahrt auszugleichen. Ob man dafür einen Mehrpreis bezahlen will, muss jeder selbst entscheiden.