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[Typ89] Fidanza Schwungscheibe 5-Zylinder

Kupplung / Getriebe / Wellen / Differenzial

Re: Fidanza Schwungscheibe 5-Zylinder

Beitragvon Jan867 » Fr 21. Jun 2013, 12:53

Hi Christian,

vielen Dank für die Info!
Ich versuche das richtig zu verstehen: Die Bewegungsenergie, die vom Kolben ausgeht, bevor sie am Rad ankommt, wird nicht nur durch den Kurbeltrieb und Getriebe (unwiederruflich verlorene Energie) aufgezehrt, sondern auch durch die Schwungscheibe. Hier ist die Energie aber nicht verloren, sondern steht weiter zur Verfügung. Ist das Gewicht der Schwungscheibe kleiner, wirkt mehr Energie auf die Drehbewegung am Rad. Die Energie der Schwungscheibe überbrückt wiederum die anderen 3 Takte, wo keine Bewegungsenergie erzeugt wird und sorgt für einen gleichmäßig anhaltenden Vortrieb.

Was aber interessieren die anderen 3 Takte, wenn beim Mehrzylindermotor schon wieder Zündungen erfolgt sind, bevor die 3 Takte abgearbeitet wurden? Und welche max. oder sinnvolle Kolbengeschwindigkeit (in Abhängingkeit vom Querschnitt des Einlaßventiles?) begrenzt die Wirkung der Schwungscheibe? Muß der Drehzahlverlauf denn immer weiter gesteigert werden? Erhöht ein schwereres Schwungrad dann überhaupt noch die Endgeschwindigkeit?

Sorry für die vielen Fragen, leider bin ich noch nicht ganz durchgestiegen :mrgreen: .
Grüße
Jan
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Re: Fidanza Schwungscheibe 5-Zylinder

Beitragvon Mad Dog » Fr 21. Jun 2013, 14:07

Hi!

Jan867 hat geschrieben:...Ich versuche das richtig zu verstehen: Die Bewegungsenergie, die vom Kolben ausgeht, bevor sie am Rad ankommt, wird nicht nur durch den Kurbeltrieb und Getriebe (unwiederruflich verlorene Energie) aufgezehrt, sondern auch durch die Schwungscheibe. Hier ist die Energie aber nicht verloren, sondern steht weiter zur Verfügung. Ist das Gewicht der Schwungscheibe kleiner, wirkt mehr Energie auf die Drehbewegung am Rad. Die Energie der Schwungscheibe überbrückt wiederum die anderen 3 Takte, wo keine Bewegungsenergie erzeugt wird und sorgt für einen gleichmäßig anhaltenden Vortrieb.

Ja, das ist soweit richtig.

Jan867 hat geschrieben:...Was aber interessieren die anderen 3 Takte, wenn beim Mehrzylindermotor schon wieder Zündungen erfolgt sind, bevor die 3 Takte abgearbeitet wurden? ...

Trotzdem hast Du eine gewisse "Restwelligkeit" in der Drehzahl bzw. in der gespeicherten Energie. Je mehr Zylinder, desto kürzer die Abstände zwischen den Arbeitstakten und den "Peaks" - aber es gibt immer noch Minima und Maxima, da auch bei mehreren Zylindern in Summe keine kontinuierliche/gleichbleibende Antriebskraft auf die Krubelwelle wirkt.

Auch an dieser Stelle mal wieder ein Vergleich mit der Elektrotechnik (mit bei Wikipedia geborgten Bildern ;) ):

- Dreipulsgleichrichter:
Bild
=>
Bild

- Sechspulsgleichrichter:
Bild
=>
Bild

Doppelte Anzahl Dioden = Doppelte Anzahl an "Nutz"-Halbwellen = verringerte aber immer noch vorhandene Welligkeit
=> Vergleichbar mit 6-Zylinder und 12-Zylinder

Jan867 hat geschrieben:...Und welche max. oder sinnvolle Kolbengeschwindigkeit (in Abhängingkeit vom Querschnitt des Einlaßventiles?) begrenzt die Wirkung der Schwungscheibe?...

Dafür ist ja nicht nur das Verhältnis von Kolbengeschwindigkeit zum Ventilquerschnitt wichtig, sondern auch das komplette Zylindervolumen, Ventilhub, Gasgeschwindigkeit, etc....
Eine Faustformal DAFÜR kann ich Dir leider nicht bieten, sorry. Da kommen wahrscheinlich gefühlte sieben Dutzend Parameter zusammen... ;)
Hinzu kommt wie gesagt die Auswirkung der Masse von Kolben und Pleueln. Selbst wenn der Motor mit den Ladungswechseln bei sehr hohen Drehzahlen noch keine Probleme hätte, blieben immer noch die Energie- bzw. Leistungsverluste aufgrund der oszillierenden Massen, welche mit steigenden Kolbengeschwindigkeiten immer größer werden.

Ich wollte halt nur versuchen zu erklären, dass der maximale Peak des Arbeitstaktes bezüglich seiner Geschwindigkeit physikalisch nach oben hin begrenzt ist - mit entsprechenden Folgen für die Gesamtleistung des Systems bei sehr hohen Drehzahlen.

Jan867 hat geschrieben:...Muß der Drehzahlverlauf denn immer weiter gesteigert werden?...

DIE Frage versteh' ich jetzt nicht so ganz...?

Jan867 hat geschrieben:...Erhöht ein schwereres Schwungrad dann überhaupt noch die Endgeschwindigkeit?...

Wenn eine gewisse Schwungrad-Masse (tatsächlich ist ja die komplette Rotationsmasse und nicht nur das Schwungrad entscheidend) vorhanden ist, dann wird eine weitere Gewichtserhöhung keine Auswirkung mehr auf die Vmax haben. Dann wird lediglich die Zeitdauer bis zum Erreichen der Endgeschwindigkeit immer länger.
Aber auch hier: Bitte frag' mich nicht nach einer Formel, die das alles in eine Zeile bringt.

Gruß

Christian
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Re: Fidanza Schwungscheibe 5-Zylinder

Beitragvon Jan867 » Fr 21. Jun 2013, 16:58

...Muß der Drehzahlverlauf denn immer weiter gesteigert werden?...


DIE Frage versteh' ich jetzt nicht so ganz...?

mir ging es darum, wie die Energie eines schwereren Schwungrades zu einer höheren Endgeschwindigkeit führen soll (oder ein leichteres zu einer geringeren). Die Energie des Motors braucht bei einer nur noch leicht ansteigenden oder gleichbleibenden Endgeschwindigkeit vermutlich nur noch in geringem Maße in das Schwungrad investiert werden (es dreht ja schon), somit steht dem Vortrieb mehr Energie zur Verfügung.

Ein schwereres Schwungrad gleicht die Welligkeit besser aus, soviel ist klar. Bei zu leichten Schwungrädern wird der Leerlauf auch etwas rauh. Aber wieso meinte Matze, daß sich beim Hochdrehen ein leichterer Schwung auch kontraproduktiv auswirken könnte?

Berechnungsformeln benötige ich gar nicht, ist halt nur für das Verständnis... ;)

Und dann hat der NG ein schwereres Schwungrad wie der KV bekommen. Mehr Laufruhe?
Grüße
Jan
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Re: Fidanza Schwungscheibe 5-Zylinder

Beitragvon Mad Dog » Fr 21. Jun 2013, 19:08

Hi!

Jan867 hat geschrieben:...Die Energie des Motors braucht bei einer nur noch leicht ansteigenden oder gleichbleibenden Endgeschwindigkeit vermutlich nur noch in geringem Maße in das Schwungrad investiert werden (es dreht ja schon), somit steht dem Vortrieb mehr Energie zur Verfügung....

Und genau DAS ist eben nicht ganz richtig! Mit jedem Expansionstakt beschleunigt das entsprechende Pleuel die Schwungscheibe geringfügig - egal ob die mittlere Drehzahl steigt (beim Beschleunigen) oder konstant bleibt (bei Vmax).
Die Schwungscheibe ist ja nicht in erster Linie dazu da, für eine Bergauffahrt Energie zu speichern, sondern um die "Welligkeit" der Drehbewegung der Kurbelwelle zu glätten.

Jan867 hat geschrieben:...Aber wieso meinte Matze, daß sich beim Hochdrehen ein leichterer Schwung auch kontraproduktiv auswirken könnte?...

Ich hatte Matze jetzt so verstanden, dass einige mit leichterem Schwung "oben 'raus" die vorherige Vmax nicht mehr ganz erreichen. Und DIESER Effekt kann bei deutlicher Verringerung der Schwungmasse oberhalb der Nenndrehzahl eben durchaus auftreten.

Dass seiner Meinung nach schon beim Hochdrehen eine geringere Leistung vorhanden ist, das hab' ich jetzt nicht gelesen...? :?:

Gruß

Christian
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Re: Fidanza Schwungscheibe 5-Zylinder

Beitragvon 44_TR » Sa 22. Jun 2013, 12:39

Ich zitiere mich mal wieder selbst:[url][/url]
Es ging zwar in diesem Beitrag um das ThemaKurbelwelle, aber die gehört ja auch mit rein...
Hallo,
ich versuche mal die Physik zu bemühen.

Damit das Gesamtsystem Motor ruhig läuft, muss die Gesamtheit aus Kurbelelle mit Pleuel und Kolben, sowie Schwungscheibe und Schwingungsdämpfer möglichst vibrationsarm laufen - ansonsten würde es nicht nur zu "unangenehmen" Vibrationen, sondern ggf. auch zu frühzeitigen Ermüdungsbrüchen durch Schwingungsrisse kommen. (Letztlich ist aber auch die Nockenwelle und der Ventiltrieb im Schwingungssystem mit einbezogen.)

Also sollte das Gesamtsystem "auf Null" gewuchtet werden - dies wird sicherlich aus Kostengründen nicht im Werk gemacht. Auch das auslitern der Ansaugwege und Brennräume wird kaum im Werk durchgeführt.
Prinzip bedingt muss diese Masse vorhanden sein, um den Kolben über den unteren Totpunkt zu bringen und das Krafstoff -Luft-Gemisch zu verdichten.
Ein Einzylinder ohne große Rotationsenergie würde also kaum funktionieren.
Je mehr Zylinder der Motor hat, umso unbedeutender wird diese Rotationsmasse, weil die anderen Zylinder den Kolben ja über den unteren Totpunkt bringen und nach oben drücken.

Mein Standpunkt zum Erleichtern der Kurbelwelle (ganz emotionslos) - rein von der Physik her betrachtet:

Ein rotierender Zylinder - in grober Näherung die Kurbelwange (mit Pleuel und Kolben) hat ein

Massenträgheitsmoment : J = 0,5 * m *r *r (angenommen in erster Näherung ein "rotierender Vollzylinder")
Also Massenträgheit nimmt zu:
1. mit höherer Masse (der Kurbelwange),
2. mit größerem Durchmesser (der Kurbelwange)

oder umgekehrt:
Also Massenträgheit nimmt ab:
1. mit geringerer Masse (der Kurbelwange),
2. mit kleinerem Durchmesser (der Kurbelwange)

Die Rotationsenergie: E = 0,5 * J * omega * omega (angenommen in erster Näherung wieder ein "rotierender Vollzylinder")
(omega = 2 * Pi * Frequenz), Frequenz entspricht der Drehzahl pro Sekunde

Das bedeutet dann, dass die Energie die zum Beschleunigen der Kurbelwellenmasse benötigt wird
1. proportional mit der Masse zunimmt
2. quadratisch mit der Drehzahl zunimmt.

Da der Energieerhaltungssatz (auch in Audiforen) gilt, bleibt diese Energie in der Kurbelwelle gespeichert.

Für den "Ottonormalfahrer" bedeutet die hohe Masse einer Kurbelwelle also eine gewisse (gewollte) Trägheit beim Beschleunigen und Abtouren und macht den Motor leichter "handhabbar".


Da die Drehzahl aber quadratisch Einfluss auf die Rotationsenergie hat, ist ein niedriges Massenträgheitsmoment besser.

Der Durchmesser der Kurbelwelle (entspricht Kolbenhub) ist ja gewissermaßen vorgegeben. Man beachte hier Hubraumerweiterung auf 2,5 Liter wirkt sich negativ aufs Massenträgheitsmoment aus - Radius nimmt zu)
Das Verhältnis von Bohrung zu Hub ist ja auch ein Kriterium für Drehmomentauslegung oder Drefreudigkeit.

Bei der Erleichterung von Motorteilen geht es ja um "Leistungssteigerung". Das "mehr an Leistung" wird in der Regel ja mit höheren Drehzahlen und einer Verschiebung des Drehmomentmaximums nach höheren Drehzahlen erreicht.

Wenn man sich die Punkte von oben noch mal anschaut, dann ist also bei einem "erleichterten Kurbeltrieb" weniger Energie nötig um den Motor "hochzudrehen" Ist der Motor aber auf konstanter Drehzahl, dann hat er ja eine bestimmte "Rotationsenergie" - die Rotationsenergie ist dann mit schwererer Kurbelwelle auch höher, da die Masse höher ist.

Die Energie des Benzins soll ja aber nicht verwendet werden um die Kurbelwelle rotieren zu lassen, sondern um das Fahrzeug "voranzutreiben" - ist also eher von Nachteil.

Kurbelwellenerleichterung sollte (reine Physik)
Also aus Sicht der Drehfreudigkeit ganz klar ein Plus sein,
da die benötigte Energie zum Rotieren (beschleunigen) der Kurbelwelle geringer ist. Bei Hubrauerweierung auf 2,5 Liter also quasi ein MUSS.

Wenn das Fahrzeug eine bestimmt Geschwindigkeit hat, dann steckt die höhere Rotationsenergie (der schweren Kurbelwelle) im Antriebsstrang und die Leistung steht "stabiler" an. Also ein kleiner Nachteil.

Die niedrigere Gesamtmasse, die Panschverluste - das alles spricht somit für eine Erleichterung im Zusammenhang mit Leistungssteigerung.

Für den Ottonomalfahrer dürften die Nachteile durch den "nervöseren" Motor eher von Nachteil sein.
ich nehme mich da nicht aus - ich hatte neben vielen Audis auch schon ein paar "kurzhubige" BMWs - deren Leistungsentfaltung ich nicht mag... zumindest meistens..

Wie sich das im einzelnen bei jedem Motor auswirkt - ich finde da stecken so viele weitere Faktoren drin, dass es da keine "Eindeutige" Lösung geben kann.
Meine beiden exakt baugleichen Audis haben eine total unterschiedliche Leistungscharakteristik - beide im Serienzustand...

Wenn der Materialabtrag im Bereich einer "standfesten" Lösung bleibt, die sportlichere (drehfreudigere) Charakteristik gewünscht ist, spricht aus meiner Sicht nichts dagegen.
Wenn ich mir die Kurbelwellen der 5-Zylinder so anschaue dann sind da noch etliche Reserven - trotzdem fahre ich seit 750.000km 5.Zylinder im Serientrim...

Ich hoffe ich bin jetzt niemandem auf die Füße getreten - denn ich habe ja nur meine Aufassung dargelegt.

In diesem Sinne
Gruß 44_TR
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Re: Fidanza Schwungscheibe 5-Zylinder

Beitragvon Jan867 » Mo 24. Jun 2013, 13:42

Hallo,

vielen Dank für eure Mühe. Soweit habe ich es verstanden, nur diese Aussage hat mich irritiert:

matze hat geschrieben:wenn man das jetzt leichter macht, bleibt zwar der maximale peak fast gleich aber dein durchschnittswert sinkt....
Grüße
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Re: Fidanza Schwungscheibe 5-Zylinder

Beitragvon Andreas » Mi 26. Jun 2013, 10:33

Moin,

i'wie scheint mir hier etwas übersehen worden zu sein ;)

Denn wenn es um die Vmax geht, ist ja nicht nur der Motor, sondern das ganze Fahrzeug in Bewegung!

Wieviel Rotationsenergie ist in den Rädern und im Antriebsstrang gespeichert... da hustet eine Schwungscheibe mit +/- 5 kg nix mehr dran.

Die "Welligkeit" durch die Arbeitstakte wird im übrigen auch durch die Trägheit der Auto-Masse weggefressen... sonst würd das arme Ding bei 220 km/h ständig leicht oszillieren :)

Das Geschriebene hat also nur Relevanz auf dem Motor(!!)-Prüfstand, nicht während der Fahrt.


Andreas ;)
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Re: Fidanza Schwungscheibe 5-Zylinder

Beitragvon Andreas » Fr 3. Aug 2018, 22:39

Moin!

Hab mir den alten (aber dennoch hochaktuellen) Thread nochmal ganz durchgelesen. Erst im aller-allerletzten Beitrag habe ich die erhoffte Antwort gefunden :lol:

Ich möchte aber noch eins hinzufügen. In dem Moment, in dem ich die Kupplung trete, habe ich quasi wieder reinen Motorlauf wie auf dem Prüfstand. Getretene Kupplung war aber ein wichtiger Zustand, als man Rennen noch ohne Synchrongetriebe fuhr! Je leichter die rotierenden Massen des Motors, desto schneller konnte man schalten - zum Raufschalten tourte der Motor schneller ab, und zum Runterschalten reagierte er spontaner auf den (Zwischen-)Gasstoß.

Das ist aber weitgehend vorbei, zumindest im Alltagsbetrieb. Nur das "Wrömmmm - Wrömmmm" auf dem Parkplatz klingt bissiger, je leichter die reine Motor-Schwungmasse ist :mrgreen:

Gruß,
Andreas
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Re: Fidanza Schwungscheibe 5-Zylinder

Beitragvon Jan867 » Mo 6. Aug 2018, 13:04

In dem Moment, in dem ich die Kupplung trete, habe ich quasi wieder reinen Motorlauf wie auf dem Prüfstand.

entweder verstehe ich Dich nicht, oder hast Du den Schwung demontiert?
Grüße
Jan
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Re: Fidanza Schwungscheibe 5-Zylinder

Beitragvon Andreas » Mi 5. Sep 2018, 19:58

upps hatte die Frage übersehen...

Es geht um die Ungleichförmigkeit der Rotation. Die wird während der Fahrt durch erhebliche rotierende Massen im Antrieb sowie durch die linerae Trägheit des fahrenden Autos geschluckt, dagegen ist die Masse des Schwungrads ein Fliegendreck.

Auf dem Motorenprüfstand ist das ja ganz anders, da entfallen die zusätzlichen Trägheiten. Ebenso dann, wenn man die Kupplung trennt.

Ich räume aber ein, daß die torsionsgefederte Mitnehmerscheibe einen Gegeneffekt bewirkt. Genauso wie die vielen Zahnflankenspiele im Getriebe und Differential. Also 100%ig sind die trägen Massen dann während der Fahrt doch nicht gekoppelt.

Insgesamt bleibe ich aber dabei, daß die Schwungscheiben-Erleichterung nur für den Betrieb mit unsynchronisiertem Schaltgetriebe wirklich was "bringt". Und, natürlich, auf dem McDonald's-Parkplatz :mrgreen:
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