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Leistung, Energie und Drehmoment leicht verständlich

 
Beispiel 3: Akkuschrauber 


Inhaltsverzeichnis

Vorbemerkungen

Physikalische Zusammenhänge

Beispiele

1. Auto

2. Bohrmaschine

3. Akkuschrauber

4. Bohrhammer

 
Bei Akkugeräten herrschen andere Regeln. Man findet 
so gut wie keine Leistungsangaben
,
dafür jedoch Volt und
Kapazitätsangaben der Akkus.
Die Gründe sind zum einen,
dass Leistung hier nicht die entscheidende Grösse darstellt,
und zum Anderen, dass Leistungsangaben im Vergleich zu
Bohrmaschinen
ziemlich klein ausfallen würden.

Um zu tragfähigen Leistungsangaben zu kommen, muss man also erst einmal sinnvolle Annahmen treffen.

Eine zur Zeit (2013)  häufig vorzufindende Akkuschrauberklasse  weist 12V bei einer Akkukapazität von 2 Amperestunden [Ah] auf. 2 Ah bedeuten, dass der Akku aus dem vollgeladenen Zustand heraus für 1 Stunde einen Strom von 2 Ampere liefern kann. Oder 2 Stunden lang 1 Ampere. Oder eine halbe Stunde lang 4 Ampere. Oder eine viertel Stunde lang 8 Ampere, usw.

Das maximale Drehmoment liegt in dieser Klasse im Bereich 25 bis 40 Nm (Angaben von Metabo), was schon mal gut das fünffache ist im Vergleich zu deutlich leistungsstärkeren (wird im Folgenden begründet) kleinen bis mittleren Bohrmaschinen (Siehe Beispiel 2). 

 

Nehmen wir einmal an, der Akkuschrauber kommt in besonders hartem handwerklichen Umfeld zum Einsatz, sodass der Akku nach 15 Betriebsminuten leer ist. Dies entspricht bei einer Akkukapazität von 2Ah einem Strom von 8A (2Ah / 0,25 h = 8A). 

 

Im Bereich Elektrizität gilt allgemein:

Leistung = Strom x Spannung

 

= 12V x 8A = 96 Watt. Dies ist lediglich ein Drittel der Leistung  der schwächsten auf dem Markt befindlichen Bohrmaschinen, und der Akku dürfte derartige Betriebsbedingungen nicht sehr lange mitmachen.

 

Wie kann es dann sein, dass Akkuschrauber trotz der geringen Leistung ein so hohes maximales Drehmoment haben?

--> Leistung = Drehmoment x Winkelgeschwindigkeit 

Wenn die Winkelgeschwindigkeit hinreichend klein ist, dann ergibt sich auch bei kleiner Leistung ein grosses Drehmoment; dies ist die anschaulich formulierte Kernaussage dieser Formel.

Nehmen wir an, die 96 Watt und 25 Newtonmeter des Akkuschraubers stünden gleichzeitig zur Verfügung (So einfach ist das leider nicht...), welcher Drehzahl entspricht dies?

--> Leistung = Drehmoment x Winkelgeschwindigkeit

<--> Winkelgeschwindigkeit = Leistung / Drehmoment = 96 Watt / 25 Nm = 3,8/s

--> Umdrehungen/Sekunde = Winkelgeschwindigkeit/6,28 = (3,8/s) /6,28 = 0,6/s

--> Umdrehungen/Minute = 60 x 0,6/s = 36 U/min

Dies ist zum Schrauben eigentlich viel zu langsam, und kann so interpretiert werden, dass dies der Zustand kurz vor dem Blockieren/Abschalten ist.

 

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