Drehmomentmessung meiner elfKW-Motoren

[Matze]

Hallo
da der Nutzen der „Bergwicklung“ bei Getriebemotoren immer wieder kontrovers diskutiert wird, habe ich mich dazu entschlossen etwas Licht ins Dunkle zu bringen. Dazu habe ich einen Prüfstand zur Messung des Drehmomentes aus einem alten Fahrrad gebaut.

Der Motor sitzt im Rahmen. Eine Bremse an der um das Ausfallende beweglichen Gabel erzeugt dosierbare Reibung. Mit dem gemessenen Gewicht und der Hebellänge errechnet sich dann das Drehmoment. Weiterhin messe ich mit einem CA die Drehzahl, Spannung und Strom. Damit errechnet sich dann die aufgenommene el.Leistung, die abgegebene Leistung und auch der Wirkungsgrad. Zur Datenaufzeichnung verwende ich eine kleine Digitalkamera, mit der ich den gesamten Messzyklus gefilmt habe. Die Messgenauigkeit abzuschätzen habe ich mir gespart. Mir ging es in erster Linie um den Vergleich der beiden Wicklungen und nicht um den absoluten Wert. Wobei ich nicht glaube, dass ich wesentlich daneben liege.
Verglichen habe ich einen elfKW V2 16'' VR Motor und einen elfKW V2 26'' Berg VR Motor, jeweils mit 14 und 17A Controller. Die Motoren waren im selben 26'' Vorderrad eingebaut. Das Ergebnis entspricht meinen Erwartungen, bestätigt sich doch die Erfahrung, die ich mit verschiedenen Wicklungen gemacht habe. Allerdings geht das mehr an Drehmoment bei Geschwindigkeiten unter 15 km/h zu Lasten von Drehmoment bei 25 oder 28 km/h. Wer bis zur erlaubten Geschwindigkeit noch ordentlich Drehmoment möchte, dem bleibt nur ein schneller Motor und eine Geschwindigkeitsabregelung mit CA oder etwas ähnliches. Wer nur bei langsamer Geschwindigkeit < 15km/h möglichst viel Drehmoment braucht, der nimmt die Bergwicklung (und vielleicht zusätzlich noch den 17A Controller).
Der Unterschied zwischen der Bergwicklung und einer 26'' Wicklung ist natürlich nicht so groß, wie der Unterschied der hier verglichenen Motoren. Ein normaler 26'' Motor steht mir aber nicht zur Verfügung. Jetzt bin ich mal gespannt auf die nun folgenden Diskussionen.

Gruß
Matthias

 

[Matze]

AW: Drehmomentmessung meiner elfKW-Motoren

Hier noch die Zusammenstellung der Drehmomente und Wirkungsgrade.

 

[twikianer]

AW: Drehmomentmessung meiner elfKW-Motoren

Diese Ergebnisse würden doch bedeuten, dass, wenn man den Gasgriff richtig dosiert, bei jeder Geschwindigkeit eine etwa 90%ige Effizienz des Motors erreichen kann, oder? Die Effizienz des Controllers sei jetzt mal dahingestellt, da dieser durch die Strombegrenzung so oder so nur im Teillastbereich läuft, und seine maximale Effizienz nur bei der maximalen Geschwindigkeit des Motors erreicht (abgesehen von Sinus-Reglern)...

Gruß Matthias

 

[Matze]

AW: Drehmomentmessung meiner elfKW-Motoren

Diese Ergebnisse würden doch bedeuten, dass, wenn man den Gasgriff richtig dosiert, bei jeder Geschwindigkeit eine etwa 90%ige Effizienz des Motors erreichen kann, oder? ...
Gruß Matthias

Nein, das nicht. Der Wirkungsgradverlauf wird vom Motor bestimmt. Wie sich die Gasgriffstellung auf den Wirkungsgradverlauf auswirkt kann man schön mit Epacsim simulieren (findest Du hier).

 

[E-Kagu]

AW: Drehmomentmessung meiner elfKW-Motoren

Hier noch die Zusammenstellung der Drehmomente und Wirkungsgrade.

Danke für die Messungen. Endlich haben wir mal "selbst" ermittelte Werte, über die wir hier disskutieren können.

Was mich in diesem Zusammenhang interessieren würde, ist die Frage nach dem absoluten Niveau der Drehmomente, im Vergleich zu anderen Fahrzeugen.

Das Drehmoment der gemessenen Motoren liegt z.B. bei 10 km/h im Schnitt so um 35 Nm. Gerade habe ich Daten eines 40PS Motorrollers gesehen, der hat auch 40 Nm Drehmoment. So weit ich mich erinnere hatte mein erster Kleinwagen vor vielen Jahren so um die 70 bis 80 Nm und 54 PS.

Kann es dann sein, dass Fahrrad Nabenmotoren wirklich im Bereich von 30 bis 40 Nm liegen, z.T. liest man in Zeitschriften auch von 60 Nm?

Matzes Messung kommt mir vom Versuchsaufbau sinnvoll und schlüssig vor. Aber wo ist mein Denkfehler bzgl. des Vergleichs mit Verbrennungsmotoren. Mir ist klar, dass ein Elektromotor sein höchstes Drehmoment bei 0 Drehzahl hat, da hat ein Verbrennungsmotor eine ganz anderes Verhalten, aber die absoluten Niveaus irritieren mich.

Kann hier jemand Aufklärung leisten?

Gruß
E-Kagu

 

[Kraeuterbutter]

AW: Drehmomentmessung meiner elfKW-Motoren

Das Drehmoment der gemessenen Motoren liegt z.B. bei 10 km/h im Schnitt so um 35 Nm. Gerade habe ich Daten eines 40PS Motorrollers gesehen, der hat auch 40 Nm Drehmoment. So weit ich mich erinnere hatte mein erster Kleinwagen vor vielen Jahren so um die 70 bis 80 Nm und 54 PS.

ja aber bei welcher Drehzahl...

nen Pedelec-Motor bei 10km/h dreht - wie schnell ? - 80U/min ??

ein Binzinmotor eines Autos hingegen doch deutlich mehr
wenn der dann mit einem Getriebe 1:50 übersetzt würde, damit da auch wieder 80U/min rauskommen,
dann sind das nicht mehr 80Nm die an der Welle nach dem Getriebe anliegen, sondern 4000Nm

 

[labella-baron]

AW: Drehmomentmessung meiner elfKW-Motoren

da der Nutzen der „Bergwicklung“ bei Getriebemotoren immer wieder kontrovers diskutiert wird, habe ich mich dazu entschlossen etwas Licht ins Dunkle zu bringen. Dazu habe ich einen Prüfstand zur Messung des Drehmomentes aus einem alten Fahrrad gebaut.

Super, mit welcher Energie du den Dingen auf den Grund gehst !

Allerdings geht das mehr an Drehmoment bei Geschwindigkeiten unter 15 km/h zu Lasten von Drehmoment bei 25 oder 28 km/h.

Betrachtet man die linke Seite der Diagramme bis zu der Geschwindigkeit, wo die Abgabeleistung den Knick nach unten macht; also der Bereich, wo der Controller den Strom begrenzt, so sieht man sehr schön, dass das Drehmoment zu langsameren Geschwindigkeiten hin stark zunimmt. Da das Drehmoment nur vom Motorstrom herühren kann, heißt das, dass hierbei ein Mehrfaches des Akkustroms durch den Motor fließt.

Wer bis zur erlaubten Geschwindigkeit noch ordentlich Drehmoment möchte, dem bleibt nur ein schneller Motor und eine Geschwindigkeitsabregelung mit CA oder etwas ähnliches. Wer nur bei langsamer Geschwindigkeit < 15km/h möglichst viel Drehmoment braucht, der nimmt die Bergwicklung

Ja, der Gesamtwirkungsgrad ist offenbar beim Bergmotor größer bzw. die Gesamtverluste niedriger, aber ob auch der Motorwirkungsgrad größer ist? Ob diese geringeren Verluste nur vom Controller herrühren wie ich hier postuliert habe, oder ob auch das eine Rolle spielt, weiß ich aber jetzt immer noch nicht.

Interessant wäre auch, so bei ungefähr 15km/h Betriebspunkte gleicher Ausgangsleistung anzufahren und dann jeweils nach 15 Minuten die Controller-Temperatur zu messen.

Der Unterschied zwischen der Bergwicklung und einer 26'' Wicklung ist natürlich nicht so groß, wie der Unterschied der hier verglichenen Motoren. Ein normaler 26'' Motor steht mir aber nicht zur Verfügung.

Deshalb hat der "Bergmotor" vermutlich doch nicht die Bedeutung, welche der Begriff vermuten läßt.

 

[dann]

AW: Drehmomentmessung meiner elfKW-Motoren

Kann hier jemand Aufklärung leisten?

Im Gegensatz zum KFZ-Motor wird hier das Drehmoment nach dem Getriebe und nicht vor dem Getriebe gemessen..nimmt man einen KFZ-Motor z.B. mit 150Nm, das im ersten Gang ( meist so 1:3 oder 1:4 untersetzt ), dann kommt man an der Antriebswelle auf 450-600Nm, zudem sind die Antriebsräder kleiner im Durchmesser, also nochmals mehr Kraft. Ein Nabenmotor braucht halt viel Drehmoment ( und nicht Drehzahl ) wegen der grossen Räder.

 

[labella-baron]

AW: Drehmomentmessung meiner elfKW-Motoren

Das Drehmoment der gemessenen Motoren liegt z.B. bei 10 km/h im Schnitt so um 35 Nm. Gerade habe ich Daten eines 40PS Motorrollers gesehen, der hat auch 40 Nm Drehmoment. So weit ich mich erinnere hatte mein erster Kleinwagen vor vielen Jahren so um die 70 bis 80 Nm und 54 PS.

Kann es dann sein, dass Fahrrad Nabenmotoren wirklich im Bereich von 30 bis 40 Nm liegen, z.T. liest man in Zeitschriften auch von 60 Nm?

Du darfst hier nicht die Motordrehmomente vergleichen, sondern die Drehmomente, welche am Antriebsrad ankommen - und die eigentlich auch nur, wenn sie den gleichen Durchmesser haben !

 

[Christian]

AW: Drehmomentmessung meiner elfKW-Motoren

Hallo Matze,

vielen Dank für Deine Messungen.

Kannst Du bitte kurz erläutern, ob

• der Drehgriff bei allen Messungen am Anschlag war (d.h. die PWM voll ausgesteuert war) und ob
• die Leerlaufdrehzahl des 16"-Motors bei gleicher Batteriespannung das 47/27-fache des Bergwicklungsmotors betrug?

Gruß,

Christian

 

[Matze]

AW: Drehmomentmessung meiner elfKW-Motoren

Kannst Du bitte kurz erläutern, ob

• der Drehgriff bei allen Messungen am Anschlag war (d.h. die PWM voll ausgesteuert war) und ob
• die Leerlaufdrehzahl des 16"-Motors bei gleicher Batteriespannung das 47/27-fache des Bergwicklungsmotors betrug?

Ja, der Drehgriff war immer am Anschlag.
Die Werte im Leerlauf waren:
Motor Strom Spannung Drehzahl
16'' 17A: 1,35A 39,5V 389U/min
16'' 14A: 1,36A 39,4V 388U/min
26'' Berg 17A: 0,55A 39,6V 219U/min
26'' Berg 14A: 0,50A 39,3V 220U/min

Die Spannungslage des Akkus hat sich natürlich während der Messung geringfügig geändert. Die Messungen habe ich in oben genannter Reihenfolge ohne Nachladen durchgeführt.
Interessierten stelle ich gerne das OO-File mit allen Daten und Diagrammen per PN zur Verfügung.

Gruß
Matze

 

[dann]

AW: Drehmomentmessung meiner elfKW-Motoren

Was man auch sieht: Selbst die Bergwicklung ist im Grunde bei 26", zumindest bei 28" fast zu schnell mit knapp 40V, um noch legal zu bleiben..

 

[labella-baron]

AW: Drehmomentmessung meiner elfKW-Motoren

Was man auch sieht: Selbst die Bergwicklung ist im Grunde bei 26", zumindest bei 28" fast zu schnell mit knapp 40V, um noch legal zu bleiben..

Du beziehst dich auf den letzten Beitrag von Matze ?!
Das sind Leerlaufdrehzahlen ohne Belastung. Bei Volllast normalerweise ca. 20% weniger.
Könntest du bitte deine Rechnung bezüglich der 25km/h hier kundtun.

 

[dann]

AW: Drehmomentmessung meiner elfKW-Motoren

Das sind Leerlaufdrehzahlen ohne Belastung.

Naja, nicht ganz ohne Belastung
..bei 25km/h sollte das Drehmoment eigentlich null sein, sonst ist ja noch Unterstützung vom Antrieb da. Im Diagramm sieht man das selbst die Bergwicklung bei 26" noch bei mehr als 25km/h Drehmoment abgibt. Das deckt sich mit meinen Praxiserfahrungen. 26" mit Normalwicklung an 40V gibt etwa 28km/h ohne Treten, Unterstützung also bis jenseits 30km/h..Bergwicklung in 28" ca. 25km/h ohne Treten..

 

[labella-baron]

AW: Drehmomentmessung meiner elfKW-Motoren

Naja, nicht ganz ohne Belastung
..bei 25km/h sollte das Drehmoment eigentlich null sein, sonst ist ja noch Unterstützung vom Antrieb da. Im Diagramm sieht man das selbst die Bergwicklung bei 26" noch bei mehr als 25km/h Drehmoment abgibt.

Ja bei 25km/h sind es im Diagramm abgeschätzt 20 Watt. Dann ziehe mal einen 25-559 Reifen auf die 26"-Felge und rechne was dann für eine Geschwindigkeit herauskommt. Du bist offenbar päpstlicher als der Pabst

Das deckt sich mit meinen Praxiserfahrungen. 26" mit Normalwicklung an 40V gibt etwa 28km/h ohne Treten, Unterstützung also bis jenseits 30km/h..Bergwicklung in 28" ca. 25km/h ohne Treten..

Hattest du da nicht vielleicht doch 1% Gefälle und Windstärke 1 im Rücken? - Merkt man in der Praxis nicht

 

[Christian]

AW: Drehmomentmessung meiner elfKW-Motoren

Ja, der Drehgriff war immer am Anschlag.
Die Werte im Leerlauf waren: [...]

Der Unterschied in den Drehzahlen führt ja beim 16"-Motor in 26"-Felge zu Mehrverlusten (ca. 10 bis 20 Watt?), die in der Praxis nicht auftreten und auch nicht direkt von Deiner Messanordnung erfasst werden. Ist das in der Wirkungsgraddarstellung schon herausgerechnet? Ansonsten dürften beide Motoren sehr ähnliche Maximalwirkungsgrade aufweisen ...

Gruß,

Christian

 

[Keks]

AW: Drehmomentmessung meiner elfKW-Motoren

Die Messgenauigkeit abzuschätzen habe ich mir gespart. Mir ging es in erster Linie um den Vergleich der beiden Wicklungen und nicht um den absoluten Wert. Wobei ich nicht glaube, dass ich wesentlich daneben liege.

Mit der Formel Power=2*(pi)*Umdrehungen*Drehmoment lässt sich ziemlich einfach einiges kontrollieren.

(Umdrehungen pro Stunde)

 

[labella-baron]

AW: Drehmomentmessung meiner elfKW-Motoren

Mit der Formel Power=2*(pi)*Umdrehungen*Drehmoment lässt sich ziemlich einfach einiges kontrollieren.

Könntest du vielleicht etwas deutlicher werden?
Nachdem man mechanische Leistung nicht direkt Messen kann, sind das im Diagramm errechnete Werte. Genau nach obiger Formel.

Was stimmt darin nicht - oder was willst du mit dem Smilie andeuten?

 

[Keks]

AW: Drehmomentmessung meiner elfKW-Motoren

Könntest du vielleicht etwas deutlicher werden?
Nachdem man mechanische Leistung nicht direkt Messen kann, sind das im Diagramm errechnete Werte. Genau nach obiger Formel.

Was stimmt darin nicht - oder was willst du mit dem Smilie andeuten?

Ich wollte euch bloss den Formel mitteilen damit ihr, wenn ihr wollt, eine erste, grobe der Kontrolle der Messungenauichkeit machen könnt. Smiley hat keine verborgene bedeutung.

 

[Matze]

AW: Drehmomentmessung meiner elfKW-Motoren

Der Unterschied in den Drehzahlen führt ja beim 16"-Motor in 26"-Felge zu Mehrverlusten (ca. 10 bis 20 Watt?), die in der Praxis nicht auftreten und auch nicht direkt von Deiner Messanordnung erfasst werden. Ist das in der Wirkungsgraddarstellung schon herausgerechnet?

Herausgerechnet habe ich nichts. Ich verstehe nicht genau was Du meinst. Kannst Du bitte noch ein paar erläuternde Sätze dazu sagen?

Ich wollte euch bloss den Formel mitteilen ...

wie labella-baron schon schrieb wurde diese Formel verwendet.
Mit abschätzen der Messgenauigkeit meinte ich die Einflüsse der:
- Messgenauigkeit der Waage
- Messgenauigkeit des CA bei Strom und Spannungsmessung
- Einfluss der Zeitverzögerung der Messwerte beim ablesen (es ist nicht ganz einfach die Belastung mit der Bremse 100% konstant zu halten)
- Einfluss des gesamten Mechanischen Aufbaus
- Einfluss der veränderten Spannungslage beim Akku
- Messfehler beim Hebel vermessen
- Einfluss der Magnet (es wurden die Motoren getauscht und nicht nur die Wicklung)
und und und