Erste Messungen zur Effizienz im FU-Betrieb.
Mit dem FU kann man, für eine Getriebemaschine unüblich, dieselbe
Drehzahl über verschiedene Untersetzung realisieren.
Im Prinzip kann man mit der größten Übersetzung sogar das gesamte Drehzahlband abdecken, falls man dem FU nach unten keine Begrenzung vorgibt.
Das wäre ein Betriebsmodus, bei dem der FU ANSTELLE eines Getriebes eingesetzt wird.
Grobe Richtung erwarte ich folgendes:
Wird die Drehzahl von einer großen Übersetzungsstufe stark abgesenkt, vergrößert sich mechanisch gesehen der Lastarm, und der
Motor entfernt sich von der Nenndrehzahl, nämlich 1500 U/min. Dazwischen wirkt der FU, der das Drehmoment trotzdem konstant hält, und mögliche Leistungseinbrüche des Motors, wie schon gesagt wurde, "boostert". Dessen ungeachtet steht zu erwarten, daß der Motor aufgrund des größeren Lastarms mehr Strom zieht, wenn er hoch übersetzt bei kleiner Drehzahl schaffen muß.
Wie das in Zahlen aussieht, habe ich heute mal nachgemessen:
Gegeben seien 2 Getriebestufen, in der normalen Maschinenvariante mit 330 btw. 1150 U/min. angegeben. Man darf sich vorstellen, daß diese Drehzahlen mit der Motordrehzahl von 1500U/Min. korrelieren.
Nimmt man nun den FU dazu, kann man mit beiden Getriebestufen z. B.
exakt 300 U/fahren. Würde bedeuten, daß der Motor in der höheren Übersetzung auf ca. 500 U/min. heruntergefahren wird. Möglicherweise aber auch nicht, ich weiß effektiv nicht, ob der FU die Motordrehzahl streng proportional absenkt.
Wie auch immer das sein möge, es wäre zu erwarten, daß der Radfahrer im großen Gang bergauf mehr Antriebsleistung benötigt als im kleinen Gang bergauf, nur wie sieht das in Zahlen aus?
Wir haben mit der niedrigen Übersetzung 330 bei 300 U/Min. eine Grundlast von 3.4 Ampere. Die Grundlast bezieht sich auf alles, was sich dreht, dabei dürfte das Hauptspindelgetriebe der größte Brocken sein.
Senkt man aus der hohen Übersetzung 1150 die Drehzahl ebenfalls auf 300 ab, liegen 4.1 Ampere Grundlast an.
Warum?
Nun, streng mechanisch ist der Lastarm größer als mit der kleinen Übersetzung, die Bremswirkung ist dieselbe vom Betrag her, aber der Hebel der Antriebsquelle ist ungünstiger. Die 0.7 A, die jetzt mehr anliegen, entsprechen (weil die Leistung ja identisch ist) einer Verschlechterung des Wirkungsgrades, und zwar des gesamten Antriebsstranges.
Läßt man nun den Meißel einrücken, um einen bestimmten Betrag an Zustellung, addiert sich zu der Grundlast die eigentliche Leistung, die das Spanvolumen erzeugt.
Hier nehmen wir eine 50 mm Stahlwelle und stellen 1.0 mm zu.
Das Ergebnis:
Mit der hohen Übersetzung 1150 geht der Strom von 4.1 auf 5.6 A hoch,
mit der niedrigen Übersetzung 330 von 3.4 auf 3.7 Ampere.
Was heißt das?
Das heißt, insgesamt arbeitet die Maschine in diesem falle mit der hohen Übersetzung wesentlich unwirtschaftlicher als mit der niedrigen.
Nicht nur, daß der Gesamtstromverbrauch absolut viel höher ist, noch viel größer ist die Differenz von der Grundlast zur Gesamtleistung:
in der kleinen sind das 0.3 Ampere, in der großen 1.5 Ampere, was ca. das 5fache an Zuwachs darstellt und belegt, wie wenig effizient der Antriebstrang insgesamt hier arbeitet. Der Wirkungsgrad des gesamten Antriebsstrangs ist also um den Faktor 80 Prozent schlechter, bezogen auf die Differenz.
Man sollte meinen: gut, jetzt lassen wir die Maschine eine Stunde mit der kleinen Untersetzung schaffen, haben das Spanvolumen X erzeugt, und insgesamt nur 3.7 Amperestunden auf der Rechnung, anstelle von 5.6 Amperestunden.
So einfach ist es aber nicht!
Wir könnten nämlich nun überlegen: warum wollen wir die hohe Übersetzung nicht dort laufen lassen, wo der Motor in der Nähe der Nenndrehzahl schafft? Sagen wir, bei 900 U/min. Bei dreifacher Drehzahl wäre ja auch der Vorschub der Zugspindel dreimal so groß, und um dasselbe Spanvolumen zu schaffen, bräuchten wir nur 0.33 mm Zustellung.
Gesagt, getan.
Bei 900 U liegt der Strom bei 5.0 A, stellt man 0.33 zu, geht er auf 5.7 A.
Damit ist noch nichts gewonnen, gegenüber der kleinen Übersetzung hat sich in der Effizienz nichts gebessert.
Würden wir allerdings nun 0.5 zustellen, wären wir in 2/3 der Zeit fertig wie mit der kleinen Übersetzung. Probieren wir mal:
900 U, Zustellung 0.5, Strom = 6.1 Ampere.
Mit 2/3 von den 6.1 sind wir schon sehr in der NÄhe dessen, was wir mit der kleinen ÜBersetzung gefahren sind. Nun verscuhen wir mal, 1.0 zuzustellen:
900 U, Zustellung 1.0, Strom = 6.4 Ampere.
Damit sind wir in 20 Minuten fertig, dieselbe Zustellung, dreifacher vorschub.
ERGEBNIS:
In diesem falle ist es am wirtschaftlichsten, mit 900 U in der großen Untersetzung zu fahren, was 6.4/3=2.15 Amperestunden kostet, anstelle von 3.7 Amperestunden.
Dabei ist jetzt noch nicht eingerechnet, wie es wäre, würde man bei der kleinen Übersetzung den Vorschub am Vorschubgetriebe verdreifachen. Möglicherweise ginge das, möglicherweise wäre das dann die wirtschaftlichste Lösung.
Ohne daß man die Werkstoffe, die dazu passenden Schnittdaten usf. gegeneinander verrechnet, wird man da keine Lösung finden. Die Lösung muß natürlich auch die Stabilität der Maschine berücksichtigen. Wie die Maschine mit FU am besten einzustellen ist, ist also im Einzelfall nicht einfach zu übersehen.
Für den Hobbybetrieb nehme ich aus den ersten Messungen mit:
1.) Vermeide große Last bei kleiner Drehzahl, sprich: benutze das
Getriebe, damit der Motor möglichst in der NÄhe der Nenndrehzahl schafft.
2.) Gehe mit den Drehzahlen nicht zu hoch, weil dann die Maschine an die Stromgrenze von ca. 7 A gerät.
Gruß Sharky
Der Beitrag wurde von sharky bearbeitet: 16.05.2010, 11:37 Uhr