3.2 Antriebsmaschinen - Alternative Antriebe Flashcards
(52 cards)
1
Q
Verbrauch fossiler Kraftstoffe reduzieren wegen
A
- begrenzter Vorräte
- CO2
Optimal:
- Kraftstoffe aus Biomasse (Alkoholbetrieb mit Ethanol).
- Elektr. Energie und Wasserstoff aus Kernenergie, Solarenergie oder Brennstoffzelle.
2
Q
Lieferkennfeld verschiedener Antriebsarten
A
3
Q
Hubkolbenmotor
Betriebsarten
A
- Alkoholbetrieb
- Rapsölbetrieb
- Wasserstoffbetrieb
- Flüssigerdgas LNG (liquified natural gas)
4
Q
Alkoholbetrieb
A
- Ähnlich Ottomotor oder Dieselmotor
- Alkoholkraftstoffe: Ethanol, Methanol
- Mischbetrieb Benzin – Alkohol möglich, Sensor ermittelt Mischungsverhältnis
5
Q
Rapsölbetrieb
A
- Aufbau des Motors: Dieselmotor
- Kraftstoffherstellung aus Rapsöl
6
Q
Wasserstoffbetrieb
A
- Aufbau des Motors: Modifizierter Ottomotor
- Kraftstoffherstellung aus Wasser (durch Elektrolyse), Verbrennung zu H2O
7
Q
Flüssigerdgas LNG (liquified natural gas)
A
- Aufbau des Motors: Dieselmotor, Otto-Motor
- Kraftstoff: Methangemisch
+ saubere Verbrennung
+ THG-Emissionen
- Tankgröße
- Infrastruktur
8
Q
Gasturbine
A
- 4 Takten, aber an verschiedenen Stellen
- alle gängigen Kraftstoffe
9
Q
Schematischer Aufbau einer Fahrzeug – Gasturbine
A
10
Q
Elektroantrieb
A
2 Motortypen:
- Gleichstrommotor
- Drehstrommotor
11
Q
Gleichstrommotor
A
drehbar gelagerter Teil (Rotor, auch Anker genannt) rotiert im feststehenden Teil (Stator)
12
Q
A
Kommutator und Kohlebürsten
13
Q
Gleichstrommotor, Unterscheidung in zwei Klassen
A
nach Art der Erzeugung des Erregerfeldes:
- Elektrisch erregte Motoren
- Permanenterregte Motoren
14
Q
Elektrisch erregte Motoren
Arten
A
- Reihenschlussmotor, auch Hauptschlussmotor
- Nebenschlussmotor
- Doppelschlussmotor (auch Verbund-/Kompoundmotor)
- Fremderregter Motor
15
Q
Reihenschlussmotor
Facts
A
- Anker und Erregerwicklung liegen in Reihe
- Generatorbetrieb -> Bremswirkung
- auch an Wechselspannung (Universalmotor)
- höchste Anlaufmoment im Stillstand bei gleichzeitig geringerem Einschaltstrom
16
Q
Nebenschlussmotor
A
- Anker und Erregerwicklung liegen parallel
- große Ausführungen beinahe lastunabhängig
- Betrieb an Wechselstrom nicht sinnvoll
- verändert bei Drehmomentschwankungen Drehzahl kaum
17
Q
Doppelschlussmotor (auch Verbund-/Kompoundmotor)
A
- vereint die Eigenschaften von Reihen- und Nebenschlussmotor
- Erregerwicklung zum Teil in Reihe und zum Teil parallel zur Ankerwicklung
18
Q
Fremderregter Motor
A
- Erreger- und die Ankerwicklung aus separaten Stromkreisen gespeist
- Ströme IA im Motor können durch veränderbare Widerstände (RA) eingestellt werden
19
Q
Permanentmagneterregte Motoren
A
- Magnetfeld durch Permanentmagnete erzeugt und ist unveränderlich
+ Wirkungsgrad, da keine Energie für Erzeugung des Magnetfeldes benötigt
- hohen Einschaltstrom wie fremderregte
20
Q
Vor- und Nachteile der Gleichstrommaschine
A
+ Anlaufmoment
+ Regelbarkeit
- Einschaltströme
- Wartungsaufwand
21
Q
Drehstrommotor
A
- drehbaren (Rotor) und einen feststehenden Teil (Stator)
- im Stator ein magnetisches Drehfeld
- nach der Art der Erzeugung des Rotorfeldes in die Synchron- und die Asynchronmotoren
22
Q
Synchronmotor
A
- Motordrehzahl die gleiche wie die des Drehfeldes
- Polradwinkel: Differenz zwischen Rotor und Drehfeld
- können nicht aus dem Stand anfahren
23
Q
Gleichstromerregte Synchronmaschine
A
24
Q
Vor- und Nachteile des Synchronmotors
A
+ Wirkungsgrad, Leistungsdichte
+ Wartungsarm
+ Geringer/Kein Errergerstrom
- Teures Magnetmaterial
- Aufwändige Regelung
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Asynchronmotor
**keine direkte Erregung** des Rotors durch Stromzufuhr oder Permanentmagnete
* Zur Drehmomentabgabe muss sich Rotor langsamer drehen als das Statorfeld
* Schlupf: prozentuales Verhältnis zwischen den beiden Drehzahlen
* Kippmoment: Wird dieses durch die Belastung überschritten, bleibt die Maschine stehen.
26
2 Asynchronmaschinen
* Schleifringläufermotor
* Kurzschlussläufermotor
27
Vor- und Nachteile des Asynchronmotors
+ einfacher Aufbau
+ robust
+ wartungsarm
- nur 3-Phasen Wechselstrom
- kleines Anlaufdrehmoment
28
Eigenschaften von Elektromaschinen
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Einsatz im Fahrzeugbau
Gleichstrommotoren
Drehstrommotoren
* Gleichstrommotoren: untergeordnete Rolle, nur kleine Fahrzeuge
* Drehstrommotoren:
* besserer Wikrungsgrad, geringer Geräuschpegel
* + Robustheit, Lebensdauer und Wartung
* -\> beliebt im Fahzeugbau
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Antriebskonzepte
Radnabenmotoren
Einmotor-Antrieb (Zentralmotor)
Mehrmotor-Antrieb
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Radnabenmotoren
* Motoren im Rad (2 oder 4)
* Innen- oder Außenläufer
+ Platzersparnis
+ keine Reibungsverluste
- teuer
- geringe Leistung
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Einmotor-Antrieb (Zentralmotor)
* ein Motor verwendet und die Kraft wird dann über einen Antriebsstrang auf die Räder verteilt
* Differenzial und Antriebswellen
+ nur ein Motor, leichtere Regelung
+ Hybridantrieb leichter
- Reibungsverluste
- Antriebsstrang
- Platzbedarf
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Mehrmotor-Antrieb
* statt einem Zentralmotor mehrere kleinere Motoren
* sitzen in Karrosserie
* 2-/4-Rad getrieben
+ Gewichtsverteilung
+ kleinerer Antriebsstrang
- Regelaufwand
- Platzverluste
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Anforderungen an das Batteriesystem
* Crashsicherheit
* Betriebssicherheit
* Servicesicherheit
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Bewertungskriterien für Traktionsbatterien
* Ladedauer
* Reichweite
* Kosten
* Sicherheit
* Toxizität
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Wirkungsgrad und Emission E-Motoren
+ guter **Wirkungsgrad** (Nennwirkungsgrad 85-95%)
+ **Energieeinsparungsmöglichkeiten** (geringere Reibungsverluste durch den reduzierten Antriebsstrang und durch den Wegfall verschiedener Komponenten)
- sehr hohe Gewicht und Preis der Batterien
- niedrige **Energiedichte**
- **Reichweite**
- **Aufladen** (Stromnetz)
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Solarzellen
Herstellung von Solarzellen energieintensiv, hohe „Energierücklaufzeit“
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Brennstoffzelle
* Elektrochemischer Energieumwandler
* in elektrolytischer Zelle wird chemische Energie in elektrische Energie gewandelt
+ keine Entladung (wie Batterie)
+ keine langwierige Aufladung (wie Akku)
* Aufbau
* Sandwichbauweise
* Elektrolyt
* Elektroden
* Bipolarplatten
* ZELLREAKTION:
* 2 H2 + O2 → 2 H2O. (bei 80 – 100 °C)
* Protonenwanderung erzeugt Spannungsdifferenz zwischen den Elektroden
+ Wirkungsgrad 50-60%
+ je nach Wassserstoffherstellung keine toxischen Emissionen
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Erzielbare Wirkungsgrade als Funktion der Leistung von konkurrierenden Techniken
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Hybridantrieb
* Elektroantrieb mit Otto- oder Dieselmotor für größere Reichweiten
* **Serielles** Hybridsystem: Antrieb über Elektromotor
* Verbrennungsmotor nur zur Stromerzeugung
* Plug-in E-Fahrzeug (+ Range Extender)
* **Paralleles** Hybridsystem: Antrieb wahlweise oder gleichzeitig
* mechanische Addition beider Antriebsquellen möglich
* "Add-on"
* **Seriell-paralleles** Hybridsystem: leistungsverzweigter Antrieb
* Aufteilung der Leistung des Verbrennungsmotors in mechanischen und elektrischen Zweig
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Vor- und Nachteile von Hybridfahrzeugen
Vorteile im Vergleich zu ...
**... konventionelles KFZ**
+ Verbrauchsreduzierung
+ Geräuschreduzierung
**... Elektrofahrzeug**
+ Infrastruktur
+ Reichweite
**Nachteile**
- Gewicht
- Kosten
- Energieverbraucht Herstellung
42
Drehmoment und Leistung bei Verbrennungs- und Elektromotoren.
43
Prinzipieller Aufbau verschiedener Hybrid-Systeme
44
Antriebskonzepte
45
Hybrid - Anfahren
Beim Anfahren wird das hohe Drehmoment des Elektromotors bei geringen Geschwindigkeiten genutzt
* Antrieb über Elektromotor
* Energie aus der Batterie
* Benzinmotor bleibt ausgeschaltet
* Benzinmotor läuft nur bis er warm gelaufen ist.
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Hybrid - Niedrige bis mittlere Geschwindigkeit
Energieeffizientes Fahren mit dem Elektroantrieb
* Bei Benzinmotor kein optimaler Wirkungsgrad im niedrigen Teillastbereich
* BeiElektromotorhierhoheEffizienz
* Daher Antrieb mit Elektromotor über gespeicherte elektrische Energie der Batterie
* Bei niedrigem Batteriestand treibt der Benzinmotor den Generator an und erzeugt Strom.
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Hybrid - Normaler Fahrbetrieb
Energiesparendes Fahren mit dem Benzinmotor als Hauptantrieb
* Antrieb mit Benzinmotor im höheren Geschwindigkeitsbereich
* Planetengetriebe als Kraftweiche:
* Teilweise direkter Antrieb der Räder durch Benzinmotor
* Teilweise Antrieb der Räder über den Pfad Generator – Steuereinheit – Elektromotor
* Dadurch Realisierung eines stufenloses Getriebes.
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Hybrid - Normaler Fahrbetrieb / Aufladen der Batterie
Aufladen der Batterie mit überschüssiger Energie
* Optimale Auslastung des Benzinmotors
* Entstehender Leistungsüberschuss wird in elektrische Leistung umgewandelt
* Speicherung in Batterie
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Hybrid - Volle Leistung
Mehr Kraft am Berg und beim Überholen
* Bei Bedarf speist die Batterie zusätzliche Energie in das System
* DadurchzusätzlicheLeistungfürElektroantrieb
* Durch Kombination von Benzin- und Elektromotor Beschleunigung wie bei einem Fahrzeug der nächst höheren Klasse
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Hybrid - Abbremsung / Rückgewinnung von Energie
Rückgewinnung der Energie beim Bremsen
* Beim Verzögern wirkt Elektromotor als Generator
* Kinetische Energie des Fahrzeugs wird in elektrische Energie gewandelt
* Speicherung in Batterie
51
Hybrid - Im Stillstand
Alle Antriebselemente ausgeschaltet
* Benzin- und Elektromotor sowie Generator automatisch ausgeschaltet
* Kein Energieverlust im Leerlauf
* Bei niedrigem Ladestand der Batterie und bei Betrieb der Klimaanlage läuft der Benzinmotor (in manchen Fällen) weiter, um die Batterie aufzuladen.
52
Planetengetriebe zur Verwendung als Kraftweiche
