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MotorenStromRechner nach 4QD

Auf der Seite von 4QD finden Sie einen Rechner für den MotorenStrom. Ich habe ihn hier nachempfunden, so können Sie englischfrei damit herumspielen.

Die Motoren- und damit die Batteriebelastung ist in Wirklichkeit eine sehr dynamische Angelegenheit, sie ändert sich von Sekunde zu Sekunde. Nur die Simulation einer Zugfahrt könnte einigermassen zuverlässig Aufschluss geben über die wirklichen Verhältnisse auf der Lok. Ein MotorenStromRechner wie der hier gezeigte kann dieser Dynamik natürlich nicht gerecht werden, er liefert aber Momentanwerte für ganz bestimmte Betriebszustände. Und wer weiss, vielleicht programmiert ja jemand einen wirklichen Simulator?!

Eingabeparameter

Voraussetzungen

• Gesamtgewicht des Zuges
  Leergewicht von Lokomotive und Wagen, Batterien und Zuladung, also alles, was die Lok Ihrer Meinung nach schleppen können sollte
• Batteriespannung
  angenommen wird Speisung aus Akkus von 12 Volt, von diesen können zwei oder mehr hintereinander geschaltet sein, was Batteriespannungen von 12, 24, 36 oder 48 Volt ermöglicht - bei anderer Speisung ist auch jede andere Spannung denkbar
• Grundleistung
  Leistungsaufnahme des Zugs in der Ebene bei gleichbleibender Geschwindigkeit, also ohne Beschleunigung und ohne Steigung; diesen Wert müssen Sie schätzen, denn er kann erst gemessen werden, wenn der Zug auf den Schienen steht; er ist aber nötig, denn er stellt die Grundlast für Batterie und Kontroller dar, hat aber nur einen kleinen Anteil am Gesamtstrom; je nach den Umständen ist ein Wert zwischen 50 und 200 Watt richtig

Steigfähigkeit

• Höhenunterschied in der Steigung
  um dieses Mass wird Ihr Zug in der Steigung gehoben; bei einer Streckenlänge von 100 Meter entspricht 1 Meter Höhenunterschied 1%, 2 Meter dagegen 2% Steigung (2m/100m = 0,02 => 2%) - der Höhenunterschied kann auch negativ sein, Ihr Zug ist dann im Gefälle
• Zeit zum Überwinden der Steigung
  je schneller Sie den Höhenunterschied überwinden wollen, desto mehr Leistung brauchen Sie

Beschleunigung

• Endgeschwindigkeit
  Sie beschleunigen Ihren Zug aus dem Stand auf diese Endgeschwindigkeit; alternativ können Sie auch aus einer tiefen Geschwindigkeit in eine höhere beschleunigen, setzten Sie dann die Differenz der Geschwindigkeiten ein -
• Zeit zum Erreichen dieser Geschwindigkeit
  je schneller Sie die Endgeschwindigkeit erreichen wollen, desto mehr Leistung brauchen Sie

Zeiteingaben von null oder weniger als null führen zu ungültigen Ergebnissen
Die Resultate der Berechnungen werden auf ganze Zahlen gerundet

Was jetzt noch auf dieser Seite steht, können Sie getrost ungelesen lassen. Gehen Sie jetzt also zum Rechnerformular.

die Physik

Ich benütze die Begriffe der Physik:
Energie - ist die im System gespeicherte Arbeit oder die Fähigkeit des Systems, Arbeit zu verrichten, Masseinheit: Joule
Die Energie steckt im Akkumulator, ihre Menge wird in AmpereStunden ausgedrückt (AStd oder Ah). Sie wird im fahrenden Zug in Wärme, kinetische Energie (Bewegungsenergie) und potetielle Energie (Lageenergie) umgewandelt, denn Energie kann nicht verloren gehen
Leistung - ist die Energie in der Zeit, Masseinheit: Watt
Wenn Ihr Zug in einer bestimmten Zeit einen Hügel ersteigen muss, muss dem Akku Energie entnommen und in potentielle Energie umgewandelt werden. Die umgesetzte Energie ist die Leistung, die Energie geht dabei nicht verloren, sie steckt in Ihrem Zug, wenn er auf dem Hügel ist.

die Theorie zum Rechner

Dem Rechner liegt ein sehr einfaches Modell zugrunde: Die Leistung, die vom Antriebssystem aufzubringen ist, besteht aus drei Teilen, die Gesamtleistung ist deren Summe.

1. Die Grundleistung, welche den Zug in der Ebene in Bewegung hält, enthält die Verluste im Antrieb (Kontroller, Motor, Getriebe) und die Verluste durch Reibung in Achlagern und Schienen. In diesem Bereich wird die elektrische Energie in Wärme umgewandelt.
   Diese Grundleistung kann nur durch einen Versuch bestimmt werden. Da Ihr Zug noch nicht auf den Schienen steht, können Sie also nur eine Schätzung eintragen. Ein Wert zwischen 50 und 200 Watt wird wohl richtig sein, er ist abhängig von der Spurweite, von der Konstruktion des Rollmaterials und dem Gewicht des Zuges.
2. Die Steigleistung, welche den Zug aus einem tieferen Niveau in ein höheres bringt. In diesem Bereich wird die elektrische Energie in potentielle Energie umgewandelt (LageEnergie). Die potentielle Energie berechnet sich zu: Masse mal Höhenunterschied mal Gravitationskraft (m*h*g). Dieser Wert dividiert durch die Zeit ergibt die Leistung.
   Berechnet wird die Leistung, welche den Zug um die Höhendifferenz anhebt. Diese Steigleistung ist unabhängig von der Geschwindigkeit und von der Steilheit der Rampe. Die Leistung ist umso höher, je schneller der Zug gehoben werden soll.
3. Die Beschleunigungsleistung, welche den Zug von einer Geschwindigkeit innerhalb einer gewissen Zeit auf eine andere bringt. In diesem Bereich wird die elektrische Energie in kinetische Energie umgewandelt (BewegungsEnergie). Die kinetische Energie berechnet sich zu: Masse mal Geschwindigkeit im Quadrat dividiert durch zwei (m*v*v/2). Dieser Wert dividiert durch die Zeit ergibt die Leistung.
   Berechnet wird die Leistung, welche den Zug auf die Endgeschwindigkeit bringt. Wie Sie sehen, hängt die kinetische Energie nur vom Gewicht und der Geschwindigkeitsdifferenz ab; dabei geht die Geschwindigkeit im Quadrat in die Formel ein. Die Leistung ist umso höher, je schneller der Zug beschleunigt werden soll.
4. Die Gesamtleistung ist schliesslich die Summer der drei Teilleistungen. Im Rechner werden dazu die Ströme addiert.

Ich bin kein Physiker und die Kenntnisse aus meiner Mittelschulzeit liegen sehr weit weg - ich bin Ihnen darum dankbar, wenn Sie mich auf Fehler aufmerksam machen!