W sNm sNm W

(1)

1 Umrechnungsfaktoren

Die Umrechnungsfaktoren für die verschiedenen Leistungsangaben sind zu bestimmen!

s

Nm W kW PS

s Nm

W kW

PS

Lösung nur im Lösungssatz

18. Januar 2022

www.ibn.ch Version 6

(2)

2

RE 4.231

Elektromotor

Ein Elektromotor hat eine Nennleistung von ⁴^kW . Geben Sie diese in J/ s und Nm/ s an!

18. Januar 2022

(3)

3

RE 4.232

Maschine

Eine Maschine benötigt ⁴⁸^kNm^/^s Leistung. Wie gross ist diese in a)

b) c) ^kW ?

Als Erfinder des Elektromotors gilt Johann Kravogel.

18. Januar 2022

(4)

4

RE 4.233

Baukran

Ein Baukran hebt eine ¹^,6^t Last in ⁶^s ¹⁴^m hoch. Welche Leistung in kW am Kranhaken entspricht dies?

18. Januar 2022

(5)

5

RE 4.234

Verstellmotor

Ein Verstellmotor gibt ¹^,2^kW ab und verschiebt in ¹^,2^Min^. einen Schlitten um ⁹⁶⁰^mm . Welche Kraft wirkt am Schlitten?

18. Januar 2022

(6)

6

RE 4.251

Wasserturbine

Welche Leistung in Nm/ s, W , kW und MW nimmt eine Turbine bei ⁴⁶⁰^m Gefälle auf, wenn sie 3,9m³/s schluckt?

Francis-Turbine

Einsatz bei mittleren Fallhöhen bis 600 m

18. Januar 2022

(7)

7

RE 4.259

Pumpe

Wie gross ist die Leistung (Nm/s,kW ) einer Pumpe, die bei einer Förderhöhe von ¹⁸^m ³⁰^l ^/ ^s Wasser fördert?

s / Nm ,4 5297

kW ,297 5

18. Januar 2022

(8)

8

RE 4.256

Kaplanturbine

Berechnen Sie den Wirkungsgrad einer Kaplanturbine von ⁷⁰⁰^kW Leistung, ²⁸^m Fallhöhe und ³^t ^/ ^s Massenstrom!

% ,95 84

18. Januar 2022

(9)

9

RE 4.261

Ölpumpe

Eine Ölpumpe fördert in 1s 32l Öl ( 0,92kg/dm³) in ein

m ,8

7 höher liegendes Gefäss. Welche Leistung in kW muss die Pumpe mindestens abgegeben?

kW ,253 5

18. Januar 2022

(10)

10

RE 4.235

Hydraulische Presse

Eine hydraulische Presse presst ein Werkstück in ¹^,⁸^s mit einer mittleren Kraft von ³⁰⁰^kN . Bestimmen Sie den Hubweg, wenn die mittlere Leistung ¹⁷^,6^kW ist.

m ,1056 0

18. Januar 2022

(11)

11

RE 4.252

Kaplanturbine

Berechnen Sie die abgegebene Leistung einer Kaplanturbine in kW , die bei ⁵⁰^m Gefälle 149,6m³ / s Wasser schluckt und

% ,3

71 Wirkungsgrad besitzt!

kW '319 52

Einsatz bei geringen Fallhöhen bis 40 m

18. Januar 2022

(12)

12

RE 4.245

Getriebewelle

Eine Getriebewelle erzeugt bei 3,2min^¹ ein Drehmoment von

Nm ,8

14 . Wie gross ist die in diesen Werten entsprechende Leistung in W ?

W ,959 4

18. Januar 2022

(13)

13

RE 4.253

Pelton-Turbine

Eine Pelton-Turbine nimmt bei ²⁴⁰^m Gefälle ¹⁹⁴⁰^kW auf.

Welchem Volumenstrom entspricht dies?

s / dm³ 824

Pelton-Turbine

Einsatz bei hohen Fallhöhen bis 1200 m

Pelton-Rad

18. Januar 2022

(14)

14

RE 4.236

Kranhaken am Werkstattkran

Ein Werkstattkran entwickelt am Krankaken ¹²^kW Leistung und hebt eine ⁸^,³^t -Last ⁴^,6^m . Wie lange dauert das Heben?

s ,21 31

m

h

18. Januar 2022

(15)

15

RE 4.237

Zahnrad auf Motorwelle

Das auf einer Motorwelle sitzende Zahnrad hat ³^,75^m ^/ ^s

Umfangsgeschwindigkeit und eine Zahnkraft von ¹⁵⁰^N . Welche Leistung in W überträgt das Zahnrad?

W ,5 562

18. Januar 2022

(16)

16

RE 4.238

Leistung am Kranhaken

Ein Kran hebt eine ¹²^,5^t schwere Last mit ¹⁶^cm^/^s Geschwindigkeit.

a)Wie gross ist die Leistung am Kranhaken in Nm/ s, J/s,W und kW ?

b)Wie hoch wird die Last in 10 Sekunden gehoben?

m ,6 1

m

v

h

18. Januar 2022

(17)

17

RE 4.239

Kolbenpresse

Die Kolbenleistung einer Presse sei ¹^,8^kW , die Kolbenkraft

kN

12 . Berechnen Sie die Kolbengeschwindigkeit in mm/s!

s / mm 150

18. Januar 2022

(18)

18

RE 4.240

Generatorlager

Die Reibungskraft in einem Lager eines Generators sei, bezogen auf den Wellenumfang, ²^,35^kN , die Umfangsgeschwindigkeit der Welle ¹^,85^m^/ ^s.

Wieviele kW Leistung gehen in den beiden Lagern gesamthaft verloren?

kW ,695 8

18. Januar 2022

(19)

19

RE 4.241

Zahnradübersetzung

Ein Zahnrad (z2) überträgt mit seinen Zähnen auf ein zweites Zahnrad (z1) eine Leistung von ¹⁰^kW . Die

Umfangsgeschwindigkeit der Räder sei ²⁸^m^/ ^s. Wie gross ist die Zahnkraft?

N ,1 357

F2

F1

r1

r2

M 1

M 2

z1

z2

F2

F1

r1

r2

M 1

M 2

z1

z2

Für Zahnräder auf ungleicher Welle gilt:

2

1 F

F 

2

1 v

v 

18. Januar 2022

(20)

20

RE 4.246

Gleichstrommotor

Ein Nebenschlussmotor macht 5800min^¹ und gibt hierbei 225W Leistung ab.

Berechnen Sie sein Drehmoment!

Nm 3705 , 0

Anschlussschema Nebenschlussmotor

(Rechtslauf)

9550 n P M

Drehmoment- Drehzahl-Kennlinie

Klemmenbrett ohne Wendepole (Rechtslauf)

A 1

Klemmenbrett ohne Wendepole (Linkslauf)

A 1

Bei der Nebenschlussmaschine sind Erreger- und

Ankerwicklung parallelgeschaltet. Der Erregerstrom wird nur durch den ohmschen Widerstand der Erregerwicklung begrenzt, die eine hohe Windungszahl und

Induktivität hat. Ein Wechselspannungsbetrieb ist

schlecht möglich, da der Erreger- dem Ankerstrom weit nacheilen würde. Die Drehzahl

großer Nebenschlussmaschinen ist

nahezu unabhängig vom Drehmoment, wodurch sie sich

besonders für drehzahlkonstante Antriebe mit variablem Gegenmoment, z. B.

Förderbänder und Hebezeuge eignen. In all diese Bereiche ist

aber auch die Asynchronmaschine

vorgedrungen.

Nebenschlussmotoren können bei Unterbrechung des Erregerkreises durchgehen, da

beim Zusammenbrechen des Erregerfeldes die Drehzahl und

Stromaufnahme bei gleicher Versorgungsspannung

drastisch ansteigt.

18. Januar 2022

(21)

21

RE 4.247

Gleichstrommotor

Berechnen Sie die Leistung (in kW ) eines Seriemotors, der bei min 1

8000 ^ ein Drehmoment von ¹^,¹⁵^Nm entwickelt.

kW 9633 , 0

Anschlussschema Seriemotor, Unversalmotor

(Rechtslauf)

9550 n P M

Drehmoment- Drehzahl-Kennlinie

Klemmenbrett ohne Wendepole (Rechtslauf)

A 1

Klemmenbrett ohne Wendepole (Linkslauf)

A 1

Der Reihenschlussmotor wird auch Hauptschlussmaschine

genannt, bei ihm sind Erregerwicklung und Ankerwicklung in Reihe

geschaltet. Die Erregerwicklung muss daher im

Gegensatz zum Nebenschlussmotor niederohmig sein. Bei einer

Speisung mit Wechselspannung wechseln sowohl Erregerfeld als auch der Ankerstrom ihre Richtung nach jeder Halbwelle, so dass der

Motor auch an Wechselspannung verwendbar

ist. Der Eisenkern des Stators muss hierzu jedoch, um Wirbelströme zu vermeiden,

aus einem Blechpaket bestehen.

Einphasen- Reihenschlussmotoren sind in

älteren Elektrolokomotiven (daher der Frequenzkompromiss 16,7 Hz

im Bahnstromnetz) sowie in Straßenbahn-Triebwagen zu finden. Unter dem Begrif

Universalmotor oder Allstrommotor treiben sie viele

Haushaltsmaschinen, wie Staubsauger, Küchenmaschinen, Bohrmaschinen und andere Elektro-Handgeräte an. Auch die Anlasser großvolumiger

18. Januar 2022

(22)

22

RE 4.242

Riemenscheibe

Eine Riemenscheibe von 550mm Ø macht 240min^¹; der Riemenzug ist 120N .

Wie gross ist die Leistung?

kW 8293 , 0

W 3 , 829

9550 n P M

r F M  

18. Januar 2022

(23)

23

RE 4.248

Welle

Wie gross ist das Drehmoment einer Welle, die bei 320min^¹ eine Leistung von 120kW überträgt?

Nm 3581

9550 n P M

r F M  

Die Drehzahlen der Rotordrehvorrichtungen reichen

von 0,2 bis 400 min-1, die Losbrechmomente von 300 bis

100’000 Nm.

Rotordrehvorrichtungen dienen zum Losbrechen, Starten und Drehen von Gasturbinen, Dampfturbinen und Kompressoren.

Ebenso lassen sich mit den Drehvorrichtungen große Wellenstränge ausrichten und positionieren.

18. Januar 2022

(24)

24

RE 4.254

Turbine

Eine 400kW -Turbine hat ⁹⁰^,²^% Wirkungsgrad und ⁸^,³^m Fallhöhe.

Mit welchem Volumenstrom arbeitet sie?

Pelton-Turbine Kaplan-Turbine Francis-Turbine

Grosse Höhen

Rohrturbine

kleine Höhen Mittlere Höhen

s m / 913 ,

4 ³

t PW

h g q P  

18. Januar 2022

(25)

25

RE 4.263

Pumpe

Bei ⁵^,⁵^bar Druck fördert eine Pumpe 16l/s Wasser. Wie gross ist die Leistung in kW ?

kW 633 , 8

t PW

h g q P  

18. Januar 2022

(26)

26

RE 4.272

Synchronmotor

Ein kleiner Synchronmotor macht in 15s eine Umdrehung und entwickelt hiebei 54Nm Drehmoment.

Wieviel W Leistung gibt er an seine Welle ab?

W 62 , 22

9550 n P M

60 10

2

3



 F  r n

P 

Synchronmotor Ein Synchronmotor ist eine Einphasen- und Drehstrom- Synchronmaschine im Motorbetrieb, bei der ein konstant magnetisierter Läufer

(Rotor) synchron von einem bewegten magnetischen

Drehfeld im Stator mitgenommen wird. Der laufende Synchronmotor hat

eine zur Wechselspannung synchrone Bewegung.

p n f 60

1

 

Die Synchrondrehzahl (n1) ist also über die Polpaarzahl (p) mit der Frequenz (f) der Wechselspannung verknüpft.

Drehstrom- Synchrongenerator Hauptanwendungen der Synchronmaschinen sind die

Drehstromgeneratoren in Kraftwerken. Fast die gesamte

konventionelle Produktion elektrischer Energie erfolgt mit

Synchrongeneratoren.

Synchronmaschinen können Blindleistung aufnehmen oder

abgeben. Dadurch kann die Maschine zudem zur Blindleistungskompensation

verwendet werden. Das Blindleistungsverhalten lässt

sich über die Erregung beeinflussen.[

Asynchronmotor Eine Drehstrom- Asynchronmaschine

(Drehstrom- Induktionsmaschine) ist eine Drehstrommaschine in der der Läufer dem Statordrehfeld als

Generator vor- oder als Elektromotor nachläuft. Sie besitzt einen passiven Läufer,

der entweder ständig (Kurzschlussläufer, Käfigläufer) oder fallweise kurzgeschlossen wird (Schleifringläufer). Beim Einsatz als Generator kann der

Läufer dieser Asynchronmaschine auch mit einer abweichenden Frequenz

erregt werden (Doppelt gespeiste Asynchronmaschine).

Einphasig betreibbare Asynchronmotoren sind

Kondensatormotor, Wechselstrommotor und

Spaltpolmotor.

Schlupfdrehzahl



 



 

 %

n s

n ^%

1 100

18. Januar 2022 1

(27)

27

RE 4.301

Flüssigkeit im Rohr

In einem Rohr mit 40mm Innendurchmesser fliessen ⁰^,⁷²^l Öl pro Sekunde. Mit welcher Geschwindigkeit fliesst das Öl im Rohr?

1257 2

,

0 dm

A

dm s5,729

s m v 0,5729 /

t v s

t A v V /

4

2

 d A

18. Januar 2022

(28)

28 Flüssigkeit im Rohr

In einem Rohr mit 20mm Innendurchmesser fliesst 0.1l Wasser pro Sekunde.

a) Mit welcher Geschwindigkeit fliesst das Wasser im Rohr?

b) Welche Leistung muss der Heizkörper aufweisen, wenn das durchströmende Wasser um 10C aufgeheizt werden muss?

03142 2

,

0 dm

A

dm s3,183

s m v 0,3183 /

kJ Q₂ 4,19

kW P₁  4,19

t v s

t A v V /

4

2

 d A







m c Q₂



²

1

W  Q

t P

₁

 W

¹

18. Januar 2022

(29)

29

RE 4.249

Kleinmotor

Ein Kleinmotor hat am Ausgang seines Untersetzungsgetriebes eine Welle von 4mm Durchmesser, die 180min^¹ macht. Das

Drehmoment ist 2Nm.

Grillmotor, Fensterheber Langsam, sehr stark

Welcher Leistung in Watt entspricht dies?

W 7 , 37

9550 n P M



60 10

2

3



 F  r n

P 

18. Januar 2022

(30)

30

RE 4.255

Turbine

Einer 3750kW aufnehmenden Turbine fliessen in der Sekunde 76m3 Wasser zu.

a) Mit welcher Fallhöhe arbeitet die Maschine?

b) Welcher Turbinentyp wir hier eingesetzt?

m 03 , 5

t PW

h g q P  

18. Januar 2022

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31

RE 4.260

Wasserpumpe

Eine bei Pumpe muss bei ²¹^,²^m Förderhöhe eine Leistung von kW

23 abgeben.

Bestimmen Sie den geörderten Volumenstrom des Wassers!

s dm / 6 ,

110 ³

t PW

h g q P  

18. Januar 2022

(32)

32

RE 4.275

Lokomotive Ae 6/6

Die elektrische Lokomotive Ae 6/6 kann am Umfang der Triebräder dauernd 3850kW bei einer Zugkraft von 182kN abgeben.

Berechnen Sie diesen Werten entsprechende Geschwindigkeit in s

m/ und km/h!

s m/ 15 , 21

h km/ 15 , 76

t PW

t s P F

v F P 

18. Januar 2022

(33)

33

RE 4.258

Rheinkraftwerk

Das Rheinkraftwerk Albbruck-Dogern weißt 3 Kaplanturbinen von je kW

28000 Leistung und 89% Wirkungsgrad auf.

Die Fallhöhe misst ¹¹^,⁶^m. Wieviele m³ Wasser schlucken die drei Maschinen pro sekunde?

s dm / 829 ³

s l/ 829

t PW

h g q P  

Kaplanturbine mit 25'000 kW

18. Januar 2022

(34)

TG

4.8

101

Frage

TG

4.8

102

Frage

TG

4.8

103

Frage

TG

4.8

104

Frage

18. Januar 2022