Leistung sagt nichts aus über Leistung
VON PFERDESTÄRKEN ÜBER WATT ZU NEWTONMETER

Wussten Sie, dass ein Pferd beim Galopp bis zu zwanzig Pferdestärken hat, im Normalgang aber nur zwei Drittel? Pferde würden sich wundern. PS – daran haben wir uns längst gewöhnt – wurde bei Autos durch Kilowatt ersetzt. Natürlich schielen wir immer noch auf die PS-Zahl. Motoren-Ingenieure interessieren sich dagegen für Newtonmeter. Warum ist das so? Und warum ist Newtonmeter wichtig, wenn es um Luftmotoren geht?

Das Drehmoment entscheidet
Die Schnelligkeit des Sportwagens gegen die Zugkraft des Lkw

Gerätehersteller geben Leistung häufig in Watt an. Die angegebene Wattzahl drückt dabei die maximale Leistung aus. Tatsächlich wird diese maximale Leistung nur unter Idealbedingungen erreicht. Aussagen über Leistung und Wirkungsgrad unter Einsatzbedingungen lassen sich aus der Wattangabe jedoch nur bedingt ableiten. Der Biss einer Maschine basiert vor allem auf Drehmoment und Drehzahl. Je höher das Drehmoment, desto kräftiger packt eine Maschine zu. Tut sie es von Anfang an, also auch im unteren Drehzahlbereich, hat man es mit einem starken Motor zu tun. So kommt es auch, dass ein drehmomentstarker 600-PS-Lkw mehr zieht als ein 600-PS-Sportwagen. Man muss sich entscheiden, was man will: rasen oder arbeiten.

Warum Newtonmeter?
Kraft ist Masse mal Beschleunigung

Gemessen wird das Drehmoment in Newtonmeter (Nm). Das Drehmoment von 1 Newtonmeter entsteht dann, wenn die Kraft von 1 Newton mit einer Hebellänge von einem Meter auf eine Drehachse einwirkt. 1 Newton ist dabei wie folgt definiert: 1 Newton = 1 kg x m/s². Diese Formel liest sich so: Bewegt man 1 Kilogramm um 1 Meter pro Sekunde, dann erzeugt man 1 Newton. Unter Kraft versteht man in der Physik also Masse mal Beschleunigung. Kraft wird heute nach dem Internationalen Einheitensystem (SI – Système International d’Unités) in Newton angegeben. Der Zusammenhang zwischen Kraft, Masse und Beschleunigung wurde erstmals von Isaac Newton (1643 – 1727) beschrieben.

Kanalsanierung mit Robotern
Leichte Druckluft-Versorgungsschläuche sind wichtig

Für Druckluftmotoren ist entscheidend, welche Kraft – gemessen in Newtonmeter – sie vom unteren Drehzahlbereich an entfalten. Eine hohe Wattzahl bedeutet hingegen, dass sie viel Druckluft verbrauchen. Das aber führt genau dazu, dass der Druckluftschlauch zur Versorgung der Roboter-Werkzeuge einen großen Durchmesser benötigt. Fräsarbeiten mithilfe von Robotik untertage erfordern leichte Versorgungssysteme. Roboter werden durch schwere Schläuche in ihrer Bewegungsfreiheit behindert. In Kanälen werden lange Schlauchverbindungen von bis zu 50 m und mehr benötigt. Der Betriebsdruck fällt jedoch mit zunehmender Schlauchlänge. Luftmotoren mit hohem Luftverbrauch und also hoher Wattzahl sind für den Robotikbetrieb keine gute Lösung. Wichtig für einen Druckluftmotor ist ein möglichst geringer Luftverbrauch. Nicht Watt, sondern Kraft in Newtonmeter ist die interessierende Kenngröße.

Irdische Ingenieurskunst
Drehmomentstarke Luftmotoren durch Planetengetriebe

Luftmotoren werden heute mit einem Getriebe versehen. Planetengetriebe erlauben eine schlanke Bauweise und stabilisieren das Drehmoment unter Last. Luftmotoren ohne Getriebe fallen im Arbeitszyklus stark ab, teils um bis zu 70 %. Die folgende Tabelle verdeutlicht die Abhängigkeit vom Luftdruck und zeigt, wie relativ Leistung (Watt) ist: Luftmotoren sind für einen Betriebsdruck von 6 bar ausgelegt. Ein Luftdruckabfall von 6 bar über 5 auf 3 bar führt zu einem steilen Leistungsabfall auf 75 % und weiter auf 36 %. Das Nennmoment (maximales Drehmoment) verhält sich dagegen deutlich stabiler. Ein 1600-Watt-Motor leistet bei einem Druckabfall um 2 bar auf einen Arbeitsdruck von 3 bar gerade noch 576 Watt (36 %). Watt ist nur unter idealen Bedingungen aussagekräftig. Die entscheidende Kenngröße ist Newtonmeter.

RO-KA-TECH Journal Januar 2007