Wie viel PS sind notwendig?

[Gamer090]

Wie schwer wird die Lok sein?

Keine Ahnung, muss ich das Gewicht auch noch addieren zum Gewicht der Wagen? Habe so gerechnet das die Lok in den 1000t dabei ist.

 

[Bruce112]

2 Kühe oder 2 esel reichen aus !


wenn ein mensch 10 wagons schieben kann ist das kein problem .

 

[ruyven_macaran]

Hatte nicht richtig nachgedacht bezüglich der Masse. Nach recherche in Wikipedia habe ich es nun doch herausgefunden.

Als Anhang mal ein Screenshot von der Berechnung, stimmt es so? Unterhalb der Felder mit einer Rechnung steht wie gerechent wird.
Die Orangen Felder sind Felder in denen ich nichts eintippen darf und die gelben sind die Endergebnisse.

Wenn F=µ*V stimmt, d.h. wenn du einen Reibungskoeffizienten kennst, der die gesamten an deinem Zug bei einer bestimmten Geschwindigkeit wirkenden Reibungskräfte wiedergibt, dann stimmt der Rest. Bezüglich des Gewichtes: Deine Eingangsfrage war nach einem Zug, bei dem die Lok 1000 t zieht. Das heißt die 1000 t umfassen nicht Eigengewicht und -widerstand der Lok, denn die "zieht" sich ja nicht selbst.
Für eine Antwort der Frage mit Realtitätsbezug müsste man zusätzlich noch die Anfahrtsleistung (aufgrund von Haftreibungen bei gestrecktem Zug deutlich höher, als die bei niedriger Geschwindigkeit wirkende Kraft) getrennt berücksichtigen und natürlich darauf achten, welche Zugleistung die Lok bei der jeweiligen Geschwindigkeit bringen kann (meist nicht die Maximalleistung. Zudem steht zwischen Antriebsleistung -an der Achse, nicht Motorleistung!- und Zugleistung noch die Frage der Reibung. Nützt ja nichts, wenn die Räder der Lok durchdrehen)

 

[taks]

Also:

F1: Reibungskraft
F2: Gewichtskraft => m*g = 1000'000kg*9.8056m/s²= 9805600N
ɥ: Rollreibung für Eisenbahnen => 0.002 (Faktor ist aus Tabelle in Physikbuch)
E1: Energie für Rollreibung
E2: Energie für Beschleunigung
W: Energie um 1000t auf 80km/h zu Beschleunigen

F1 = ɥ*F2 = 0.002*9805600N = 19611.2N

E1 = F1*m = 19611.2N * 1000'000kg = 19611200000J

E2 = m*v²/2 = 1000'000kg*(22.222m/s)²/2 = 246913086J

E3 = E1 + E2 = 19611200000J + 246913086J = 19858113086J = 19858113kJ

W = E3 = 19858113kW


Nehmen wir an, dass der Motor 2000PS/1470kW stark ist, benötigt der Zug 13508s bis 80km/h. Oder 225min oder 3.75 Stunden.
Wieviel Leistung der Zug braucht um das Gewicht zu bewegen lässt sich nicht erreichnen, da die Übersetzung etc. fehlt.


Die Berechnungen sollten mehr oder weniger richtig sein, übernehme aber keine Haftung

 

[ruyven_macaran]

Abgesehen davon, dass die Rollreibung stark von der Zugkonfiguration abhängt, dürfte der Wert wohl kaum die Lagerreibung berücksichtigen und es fehlt, wenn du den Zug bis auf 80 km/h beschleunigst, definitiv auch noch die Luftreibung. Die dürfte bei einem unverkleideten Güterzug da sogar schon klar der wichtigere Faktor sein.

 

[Gamer090]

Kann nicht sein Taks, das um 1000t zu bewegen du soviel LEistung brauchst. Irgendwas stimmt nicht ganz bei deiner Rechnung.

Die Werte der Erdbeschleunigung und der Reibung habe ich mal in die Tabelle eingefügt und das Ergebnis sieht besser aus, jetzt komme ich auf 2103.92091 PS was realistisch ist.

Habe ein Quartet da und der ICE-1 hat dort 9500kW/12910PS und ein Gewicht von 1`472`000kg für die 250km/h braucht der nach meiner Tabelle nach 9678.0326 PS, ist wohl das Leergewicht gemeint. Den Rest der Leistung ist wohl für einen vollen Zug oder für Steigungen noch da.


@ruyven: Die Luftreibung und die Steigung sind natürlich auch wichtige Werte aber wo sollen die in die Berechnung rein?
Die Berechnung auf einer graden Ebene ohne Steigung reicht mir schon mal.

 

[taks]

Die Werte der Erdbeschleunigung und der Reibung habe ich mal in die Tabelle eingefügt und das Ergebnis sieht besser aus, jetzt komme ich auf 2103.92091 PS was realistisch ist.

Bei der Geschwindigkeit muss du noch 22.222m/s eintragen. Immer schön SI-Einheiten verwenden

 

[ruyven_macaran]

Kann nicht sein Taks, das um 1000t zu bewegen du soviel LEistung brauchst. Irgendwas stimmt nicht ganz bei deiner Rechnung.

Rechnerisch sind da noch mehrere Fehler drin. Z.B. setzt sich die Rollreibung nicht aus Masse und Gewicht zusammen (wär ja auch sehr abstrus - unabhängig vom Rollsystem für jede Masse auf der Erde gleich), sondern aus Gewicht und Rollreibungskoeffizient. Außerdem: J <> W; J <> Ws. Das heißt er dürfte -auf Grundlage einer fehlerhaften Reibungsberechnung- ausgerechnet haben, was er für eine Leistung braucht, um den 1000 t Zug in einer Sekunde auf 80 km/h zu beschleunigen.

@ruyven: Die Luftreibung und die Steigung sind natürlich auch wichtige Werte aber wo sollen die in die Berechnung rein?
Die Berechnung auf einer graden Ebene ohne Steigung reicht mir schon mal.

Die Luftreibung ist ein zusätzlicher Widerstand. Die benötigte Zugraft F (aufzubringen an der Kupplung der Lok - im Vergleich zur Motorleistung müssen noch Verluste im Antriebsmechanismus der Lok abgezogen werden) muss der Summe aus F(Rollreibung) + F(Lagerreibung) + F(Luftreibung) entsprechen, damit die Geschwindigkeit in der Ebene gehalten wird. (Dazu kommt noch F(Beschleunigung), um die Geschwindigkeit überhaupt erstmal zu erreichen.)
Du hast bei dir halt nur einen Reibungsparameter µ, der ausschließlich mit der Masse interagiert. Das könnte Roll+Lagerreibung sein (vermutlich aber bestenfalls eins von beiden, denn die Mischung beider Effekte wird keinen einfachen linearen Zusammenhang ergeben, den man in einer Zahl ausdrücken kann), aber definitiv nicht die Luftreibung - für die muss zwingend das Quadrat der Geschwindigkeit einrechnen. (Für die anderen beiden imho auch)
Etwaige Steigungen wären zusätzlich noch ein weiterer Faktor, da die Lok hier noch eine reale Hebearbeit leisten muss.

Die Sache mit dem Anfahren würde man nicht in die Gleichung mit einrechnen, das wäre eine seperate Gleichung für v~=0, aber zusätzlich mit Haftreibung. (wird im realen Leben noch dadurch verkompliziert, dass der Zug eben nicht gestreckt sein wird, sondern eher gestaucht und somit in den Kupplungen zwischen jedem Wagen ein bißchen Spiel hat. D.h. die Lok kann z.B. einen Zentimeter anfahren, während der der erste Wagen noch steht)

 

[FreezerX]

Also:

F1: Reibungskraft
F2: Gewichtskraft => m*g = 1000'000kg*9.8056m/s²= 9805600N
ɥ: Rollreibung für Eisenbahnen => 0.002 (Faktor ist aus Tabelle in Physikbuch)
E1: Energie für Rollreibung
E2: Energie für Beschleunigung
W: Energie um 1000t auf 80km/h zu Beschleunigen

F1 = ɥ*F2 = 0.002*9805600N = 19611.2N

E1 = F1*m = 19611.2N * 1000'000kg = 19611200000J

E2 = m*v²/2 = 1000'000kg*(22.222m/s)²/2 = 246913086J

E3 = E1 + E2 = 19611200000J + 246913086J = 19858113086J = 19858113kJ

W = E3 = 19858113kW


Nehmen wir an, dass der Motor 2000PS/1470kW stark ist, benötigt der Zug 13508s bis 80km/h. Oder 225min oder 3.75 Stunden.
Wieviel Leistung der Zug braucht um das Gewicht zu bewegen lässt sich nicht erreichnen, da die Übersetzung etc. fehlt.


Die Berechnungen sollten mehr oder weniger richtig sein, übernehme aber keine Haftung

E1 ist falsch, Masse mal Kraft ergibt nicht mal eine physikalisch sinnvolle Größe.

Das Beschleunigungsproblem ist so nicht lösbar, das bedarf Differentialgleichungen, da die Zustände der Leistungsaufteilung zwischen Reibleistung und Beschleunigungsleistung zeitlich variieren.

 

[Gamer090]

Bei der Geschwindigkeit muss du noch 22.222m/s eintragen. Immer schön SI-Einheiten verwenden

Bist du dir da sicher? Den das ergibt dann 584PS ISt doch viel zu wenig oder nicht?
Schau dir mal den Screenshot an, da siehst du das Ergebniss.

EDIT: Hatte Bild vergessen, so jetzt ist es angehängt

 

[axel25]

Normalerweise haben Rangierloks, die alleine 1000t ziehen können um die 1000 bis 1500kW. Selbst dann ist allerdings Beschleunigung wohl doch eher gering. Alles darüber sind Streckenloks mit meisten 2,2 MW und mehr, die darauf ausgeelgt sind, alleine wesentlich mehr zu ziehen.

Die Differenz zu den 400 nochwas dürfte sich durch das Anfahren und die geringere Zugkraft bei höheren Geschwindigkeiten ergeben.

 

[Gamer090]

Normalerweise haben Rangierloks, die alleine 1000t ziehen können um die 1000 bis 1500kW. Selbst dann ist allerdings Beschleunigung wohl doch eher gering. Alles darüber sind Streckenloks mit meisten 2,2 MW und mehr, die darauf ausgeelgt sind, alleine wesentlich mehr zu ziehen.

Die Differenz zu den 400 nochwas dürfte sich durch das Anfahren und die geringere Zugkraft bei höheren Geschwindigkeiten ergeben.

Also könnten die 584PS stimmen ?? Wohl eher für eine Rangierlok oder hast du was anderes gemeint?

 

[axel25]

Jopp. Wobei selbst die wie gesagt mehr haben. Die "normalen" mit 4 Achsen an den Rangierbahnhöfen haben ab 1000 aufwärts.

 

[Gamer090]

Jopp. Wobei selbst die wie gesagt mehr haben. Die "normalen" mit 4 Achsen an den Rangierbahnhöfen haben ab 1000 aufwärts.

Kann aber nicht sein, 584PS um 1000t auf 80km/h zu ziehen?? Die Güterzugloks haben oft mehrere 1000PS und die ziehen nicht so schwere Züge.

 

[ruyven_macaran]

Deine Gleichung berechnet keine Beschleunigung, sondern nur das Halten einer Geschwindigkeit. Also nicht "auf", sondern "bei" (die mehrfach erläuterten Zweifel an deinem einfachen Reibungskoeffizienten mal außen vor). Wenn man bedenkt, dass einzelne Kraftsportler schon Züge >>100 Tonnen in Bewegung gesetzt haben, obwohl sie wohl nicht nenneswert mehr als 1 "PS" leisten dürften, nicht vollkommen unrealistisch.

 

[axel25]

Kann aber nicht sein, 584PS um 1000t auf 80km/h zu ziehen?? Die Güterzugloks haben oft mehrere 1000PS und die ziehen nicht so schwere Züge.

Die ziehen z.T. zu zweit bis 6000t mit je 6,4MW pro Lok, soweit ich weiß, werden z.T. 2400t mit einer Lok gefahren, zumidnest auf den eher ebenen Strecken.

Da schläft man zwar ein, bevor mann 80 km/h fährt, aber unmöglich ist es nicht.

 

[Gamer090]

Deine Gleichung berechnet keine Beschleunigung, sondern nur das Halten einer Geschwindigkeit. Also nicht "auf", sondern "bei" (die mehrfach erläuterten Zweifel an deinem einfachen Reibungskoeffizienten mal außen vor). Wenn man bedenkt, dass einzelne Kraftsportler schon Züge >>100 Tonnen in Bewegung gesetzt haben, obwohl sie wohl nicht nenneswert mehr als 1 "PS" leisten dürften, nicht vollkommen unrealistisch.

Das heisst also um zu wissen wie viel PS nun wirklich notwendig sind um den Zug überhaupt in Bewegung zu setezn müsste man zusätzlich noch die Kraft für die Beschleunigung ausrechnen?

Habe bei Wikipedia etwas gefunden dazu:

Der ICE erreicht eine Beschleunigung von etwa 0,5 m/s², ein moderner S-Bahn-Triebwagen sogar 1,0 m/s².

Dazu gibts noch etwas auf Wikipedia und bei der Definition bin ich etwas verwirrt HIER zu finden

 

[axel25]

Das heisst also um zu wissen wie viel PS nun wirklich notwendig sind um den Zug überhaupt in Bewegung zu setezn müsste man zusätzlich noch die Kraft für die Beschleunigung ausrechnen?

Richtig. Außerdem müsste man fast berücksichtigen, dass die Lok die Leistung irgendwann nichtmehr so gut auf die Schiene bringt.

 

[Gamer090]

Richtig. Außerdem müsste man fast berücksichtigen, dass die Lok die Leistung irgendwann nichtmehr so gut auf die Schiene bringt.

Das ist ja komplizierter als ich dachte, was für eine Ausbildung haben wohl die bei der Bahn die sowas ausrechenen müssen?

Habe es mal beim ICE und beim TGV ausgerechnet mit der Tabelle, da ich ein Quartet habe, habe ich da die Daten drauf. Der ICE hat 12910PS und braucht 2.688PS um die 250km/h zu halten, was rund 1/5 der Gesamtleistung ist. Beim TGV ergibt es auch rund 1/5 der Gesamtleistung, also wenn ich die Maximalleistung durch die notwendige Leistung dividiere komme ich gerundet auf 5.

 

[axel25]

Diejenigen, die das ausrechnen, sind meistens Inginieure. Und beim Zug darfst du genauso wie beim Flugzeug die Luftverwirbelungen etc. nicht vernachlässigen.
Und dann dürftest du eher auf 4/5 kommen.