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Kraf
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Lernkarten
K [24]
Welche Einflüsse können bei Pumpen zur Kavitation führen?
K24__Seite 60
– zu geringer Druck über dem Reservoir, aus dem angesaugt wird,
– zu große Verluste im stationären Strömungsteil,
– zu große Druckabsenkung bei der Beschleunigung der Flüssigkeitssäule im Stutzen,
– zu große Verluste im Stutzen und in den Ventilen.
K[13]
Welche Mindestenergie muss am Pumpeneintritt vorliegen, um Kavitation zu verhindern, und wie wird sie üblicherweise angegeben?
K13__Seite 61
Es gibt zwei Werte, die diese beschreiben: den NPSH R und den NPSH A. Obwohl
beide Werte in „Metern“ angegeben werden, handelt es sich eigentlich um Energiegrößen.
Es muss am Pumpeneintritt eine Mindestenergie vorliegen, damit die Flüssigkeit
nicht kavitiert. Das wird mit NPSH R (Pumpenwert) angegeben. Die Restenergie des
Zulaufs wird mit NPSH A (Anlagenwert) beziffert. Dieser Wert muss größer sein als
die von der Pumpe geforderte Mindestenergie.
K[69]
Handelt es sich bei der Druckabsenkung DpST,a (Delta) um einen Druckverlust?
K69__Seite 61
Nein, diese Druckabsenkung kann zwar zur Kavitation führen, ist aber reversibel, da im
Arbeitsraum eine Drucküberhöhung austritt, wenn der Kolben verzögert.
K[55]
Die Maximalwerte der Beschleunigungsdruckabsenkung und der Dissipationen im Stutzen treten ----------- auf.
K55__Seite 61
…zu unterschiedlichen Kurbelwellenwinkeln auf. Wenn die Beschleunigung maximal
ist (OT) ist die Geschwindigkeit gleich Null und umgekehrt.
K[57]
Warum müssen sehr hohe Druckverhältnisse mehrstufig verdichtet werden?
K57__Seite 68
Wegen des Schadraums können in einem Hubkolbenkompressor nur begrenzte Druckverhältnisse
erzeugt werden. Ab einem Grenzdruckverhältnis wird der Füllungsgrad
Null, sodass kein Massenstrom mehr gefördert wird. Durch die Mehrstufigkeit muss
jede Kompressorstufe nur ein entsprechend kleines Druckverhältnis verarbeiten, sodass
eine Förderung möglich ist. Darüber hinaus ermöglicht es die Mehrstufigkeit, durch
Zwischenkühlung die erforderliche Antriebsleistung zu senken.
K[60]
Warum können Roots-Gebläse sinnvoll nur für kleine Druckdifferenzen eingesetzt werden?
K60__Seite 77
Rootsgebläse verfügen über keine innere Verdichtung. Daher findet beim Öffnen der
Arbeitskammer zur Hochdruckseite eine isochore Verdichtung statt, die energetisch
ungünstig ist. Neben einer erhöhten Verdichtungsarbeit ist zudem das Gas auch noch
heißer. Bei kleinen Differenzdrücken (maximal etwa 1 bar) ist das tolerabel.
K[83]
Warum ist bei zwei-welligen Rotationskolbenmaschinen der Liefergrad im hohen Maße
von der Drehzahl abhängig?
K83__Seite 77
Rotationskolbenmaschinen verfügen über keine Dichtungen. Es sind immer minimale
Leckagepfade vorhanden. Die Leckagen hängen primär nur von den Drücken ab, die an
den Maschinen anliegen. Somit ist der Leckagemassenstrom quasi konstant. Bei steigender
Drehzahl steigt der geförderte Massenstrom, sodass der Leckageanteil relativ
sinkt und der Liefergrad steigt.
K[2]
Beschreiben Sie den Unterschied zwischen innerer und äußerer Verdichtung.
K2__Seite 77
Bei der inneren Verdichtung steigt der Druck entsprechend der Volumenverkleinerung
stetig an. Bei dem größten Volumen herrscht zunächst der geringste Druck im Arbeitsraum.
Bei der äußeren Verdichtung öffnet die Kammer schon, bevor der Druck im
Arbeitsraum den äußeren Druck erreicht hat. Im Extremfall bedeutet das (z. B. Rootsgebläse),
dass beim größten Kammervolumen bereits der Hochdruck am Kolben anliegt,
was mit einer erheblichen Mehrarbeit verbunden ist.
K[4]
Warum ist im Teillastbetrieb der Wirkungsgrad bei Benzin-Motoren typischerweise
schlechter als der von Diesel-Motoren?
K4__Seite 107
Bei Benzin-Motoren ist wegen der l-1-Regelung eine Drosselung erforderlich, die zu
nicht unerheblichen Ladungswechselverlusten führt. Die Drosselung ist umso größer, je
weiter der Motor im Teillastbereich betrieben wird. Beim Diesel entfällt die Drosselung,
daher entfallen weitestgehend diese Verluste (außer Strömungsverlusten).
K[5]
Bei welcher Arbeitsweise (2- oder 4-Takt) sind die Mitteldrücke bei sonst gleichen
Bedingungen höher und warum?
K5__Seite 88
Beim 4-Takt-Verfahren; da für dieselbe Leistung (bei gleichem Hubraum und gleicher
Kurbelwellendrehzahl) wegen der doppelten Arbeitsspieldrehzahl nur innerhalb des
Motors weniger Arbeit umgesetzt werden muss. Der innere und effektive Mitteldruck
sind beim 4-Takt-Verfahren etwa doppelt so hoch.
K[8]
Diesel-Motoren verbrauchen mitunter weniger Kraftstoff als Benzin-Motoren, da die
Kraftstoffdichte höher ist.
a) ja, hauptsächlich
b) nein
c) Ja, aber das ist nur ein untergeordneter Einfluss.
K8__Seite 98
c) Die höhere Kraftstoffdichte ist auch ein Umstand, der Diesel-Fahrzeuge weniger
„verbrauchen“ lässt. Für dieselbe Kraftstoffmasse muss weniger Volumen zur Verfügung
gestellt werden. Dieser Einfluss ist aber eher gering.
K [15]
Warum sind in der Regel zum Betrieb von Verdichtern Anlagen erforderlich?
K15__Seite 78
Bei Verdichtern, die als Nassläufer betrieben werden, muss das Hilfsfluid umgewälzt,
gekühlt und vom Gas separiert werden. Dazu ist eine Vielzahl von zusätzlichen Apparaten
und Maschinen erforderlich. Zusätzlich kann, besonders bei Luftverdichtern, Kondensat
anfallen, das abgeleitet werden muss. Da in Luft quasi immer ein Wasserdampfanteil
vorhanden ist, kondensiert dieser bei höheren Drücken in den Kühlern. Diese
Mengen sind nicht vernachlässigbar und müssen gezielt abgeleitet werden.
K [19]
Nur gasförmiger Kraftstoff kann verbrannt werden. Daher wird in einem Vergaser mit
der Motorwärme der Kraftstoff verdampft („vergast“).
a) stimmt
b) stimmt teilweise
c) stimmt nicht
K19__Seite 102
b) Der hauptsächliche Anteil der Verdampfungswärme wird der heißen verdichten Luft
entnommen.
K [21]
Nutzt die Aufladung Benzin- und Diesel-Motoren gleichermaßen?
K21__Seite 108
Im Hochlastbereich nützt es beiden Motortypen gleichermaßen. Im Teillastbereich muss
beim Benzin-Motor nach wie vor, je nach Motorgröße, gedrosselt werden. Diese Drosselung
kann aber ggf. geringer ausfallen, sodass sich die Aufladung durch das Downsizing
doch noch positiv auswirkt. Beim Diesel-Motor muss nicht gedrosselt werden,
sodass die Aufladung sich immer positiv auswirkt, da der Kolben beim „Ansaugen“
i. d. R. nicht „gezogen“ sondern „gedrückt“ wird. Die Ladungswechselschleife ist
mathematisch gesehen „negativ“, sodass zusätzliche Wellenarbeit gewonnen werden
kann.
K[26] Das Verdichtungsverhältnis ist ein anderer Begriff für das Schadraumverhältnis.
a) ja
b) nein
c) Die Größen sind umgekehrt proportional
K26__Seite 82
b) Beide Größen sind zwar fast umgekehrt proportional, aber nicht exakt. Das Schadraumverhältnis
ist nur Pumpen und Verdichtern zuzuordnen und speziell bei Verdichtern
wirklich „schädlich“. Üblicherweise versucht man das Schadraumverhältnis so
klein wie möglich zu gestalten. Das Verdichtungsverhältnis ist ein Begriff aus dem
Motorenbau und durch den Kraftstoff (ungewollte Selbstzündung/Klopffestigkeit) festgelegt.
K[28]
Welche Funktionen haben Hilfsfluide in Rotationsverdrängern?
K28__Seite 77
Hilfsfluide werden in „Nassläufern“ eingesetzt und haben die Funktionen Kühlung und
Dichtung; bei einem Öl als Hilfsfluid zusätzlich Schmierung.
K [34]
Welche Vorteile haben aufgeladene Verbrennungsmotoren?
K34__Seite 108
Die Druckerhöhung führt zu einer höheren Luftmasse im Zylinderraum, sodass mehr
Kraftstoff zugeführt und verbrannt werden kann. Somit kann mehr Energie je Arbeitsspiel
umgesetzt werden.
K[38]
Was unterscheidet beim 4-Takt-Verfahren Benzin (Otto)-Motoren von Diesel-Maschinen?
K38__Seite 86
Otto-Motoren verdichten ein Luft-Kraftstoff-Gemisch. Das Gemisch wird durch eine
Zündkerze fremdgezündet. Diesel-Motoren verdichten nur Luft. Der Diesel wird in die
heiße verdichtet Luft mit sehr hohem Druck eingespritzt, verdampft und entzündet sich
in der heißen Umgebung von selbst.
K [41] Zu welchem Zweck und wie misst man Mitteldrücke?
K41__Seite 88
Man kann nur indirekt den inneren (indizierten) Mitteldruck messen. Der innere Mitteldruck
ist letztendlich eine Vergleichsgröße, die sich aus der Messung der inneren Arbeit
(Gleichung 6.12) bezogen auf das Hubvolumen ergibt. Der innere Mitteldruck berücksichtigt
alle Einflüsse der Verdichtung, der Verbrennung, des Ladungswechsels, etc.
und stellt daher eine Vergleichsgröße der real zur Verfügung stehenden inneren Arbeit
dar.
K [46] Um den thermischen Wirkungsgrad eines Verbrennungsmotors zu verbessern, muss
man -------------- erhöhen.
K46__Seite 82
Das Verdichtungsverhältnis; aber Grenzen beachten (vergl. K68)
K[52]
Worin unterscheiden sich Diesel- und Benzin-Einspritzsysteme?
K52__Seite 102
Diesel-Einspritzsysteme müssen einen viel höheren Druck erzeugen, um den Kraftstoff
fein zu zerstäuben. Der Diesel wird zudem in den Arbeitsraum eingespritzt, in dem
bereits ein recht hoher Druck herrscht. Bei Benzin-Motoren wird das Benzin nur mit
einem recht kleinen Druck (wenige Bar) in das Ansaugsystem eingespritzt. Für die Verdampfung
steht eine viel längere Zeit zu Verfügung, sodass eine sehr feine Zerstäubung
nicht erforderlich ist.
K[56]
Definieren Sie den Begriff des Verdichtungsverhältnisses.
\(\epsilon_c = {V_c +V_h \over V_c} = {V_1 \over V_2}\)
K[58]
Worin unterscheiden sich Motoren im Rennsport und im Alttagsstraßenverkehr bezüglich ihrer Optimierung?
K58__Seite 107
Motoren im Alltagsverkehr müssen für den täglichen Bedarf angepasst optimiert sein,
das heißt für den Teillastbetrieb (NEFZ). Motoren im Rennsport müssen definitiv auf
hohe Last optimiert sein, da sie hauptsächlich in diesem Lastbereich betrieben werden.
K[63]
Welche Auswirkungen hat das 2-Takt- gegenüber dem 4-Takt-Verfahren bezüglich der
Baugröße?
K63__Seite 86
2-Takt-Motoren bauen kleiner als 4-Takt-Motoren, da je Umdrehung ein vollständiges
Arbeitsspiel durchlaufen wird. Zwar kann das gesamte Hubvolumen wegen des
Ladungswechsels nicht vollständig genutzt werden, doch ist dieser Einfluss deutlich
geringer als der Vorteil der doppelten Arbeitsspieldrehzahl.
K[65]
Während bei Verdichtern die Wärmeentwicklung oft unerwünscht ist, ist sie bei Verbrennungsmotoren
notwendig. Warum?
K65__Seite 82
Nur gasförmiger Kraftstoff kann verbrennen. Daher muss der Kraftstoff verdampft werden.
Dazu wird die Verdichtungswärme genutzt.
K[68]
Welcher Umstand ist der Namensgeber für den „Gleichraumprozess“?
K68__Seite 82
Bei dem Gleichraumvergleichsprozess wird bei konstantem Volumen (gleichem Raum)
die Wärme (unendlich schnell) zugeführt, daher der Name.
K[70] Diesel-Motoren werden mit dem
a) Gleichraumprozess
b) Gleichdruckprozess
c) Seiliger-Prozess beschrieben
K70__Seite 86
b) und c)
K[72]
Welche Vor- und Nachteile haben Verdichter mit einem inneren Volumenverhältnis?
K72__Seite 77
Vorteile: keine Ventile; bei Rotationskolben: hohe Drehzahlen, daher geringere
Baugröße;
Nachteile: bei nicht angepasstem Druckverhältnis bezogen auf die innere Verdichtung:
Mehrarbeit wegen isochorer Nachverdichtung oder isochorer Nachexpansion
K[73]
Was ist der effektive Mitteldruck und wie wird er ermittelt?
K73__Seite 88
Der effektive Mitteldruck ist eine reine Rechengröße, die aus der realen Wellenleistung
ermittelt wird. In Anlehnung an den inneren Mitteldruck wird der effektive Mitteldruck
auch auf das Hubvolumen bezogen. Er ist natürlich kleiner als der innere Mitteldruck,
da zusätzlich Reibungseffekte enthalten sind.
K[75]
Warum können konventionelle Benzin-Motoren nicht mit Luftzahlen viel größer als 1
betrieben werden?
K75__Seite 97
Ein Luft-Kraftstoff-Gemisch kann nur bei Luftzahlen um 1 (0,5…1,3) verbrannt werden.
Da das Gemisch im Zylinderraum homogen vorliegt, muss im Bereich der Zündkerze
auch ein zündfähiges Gemisch vorliegen. Somit ist bei konventionellen Benzin-
Motoren die maximale Luftzahl etwa 1,3 (ohne Berücksichtigung der Abgasnachbehandlung).
K[80]
Worin unterscheidet sich der Ventilaufbau zwischen Verbrennungsmotoren und Pumpen
und Kompressoren?
K80__Seite 86
Ventile in Pumpen und Kompressoren sind druckgesteuert, das heißt, sie öffnen automatisch.
Das ist möglich, da bei Pumpen und Kompressoren die Förderrichtung an die
Kolbenbewegung gekoppelt ist. Da bei 4-Takt-Verbrennungsmotoren bei derselben
Bewegungsrichtung des Kolbens (z. B. Verdichtung und Ausschieben) verschiedene
Funktionen erfüllt werden müssen, sind zwangsgesteuerte Ventile notwendig.
K [81]
Bei Luftzahlen größer als 1 fallen keine Schadstoffe im Abgas an.
a) stimmt nicht
b) stimmt
c) Sie fallen zwar immer noch an, sind aber alle reduziert.
K81__Seite 98
a) Kohlenmonoxid und unverbrannte Kohlenwasserstoffe sind zwar reduziert, aber dennoch
vorhanden. Die Stickoxide steigen hingegen an.
K [84]
Wenn man Verbrennungsmotoren genauer bauen könnte, würde man die Verdichtungsverhältnisse
deutlich anheben, um den Wirkungsgrad weiter zu steigern.
a) stimmt uneingeschränkt
b) stimmt gar nicht
c) Stimmt, aber die Steigerung wäre nicht so groß, als dass sich der Aufwand lohnen
würde.
K84__Seite 98
b) Zwar ist das Ziel, den thermischen Wirkungsgrad durch Anhebung des Verdichtungsverhältnisses
zu steigern, aber speziell bei Benzin-Motoren setzt die Klopffestigkeit
des Kraftstoffs Grenzen. Ansonsten muss man auch die konstruktiven Randbedingungen,
wie z. B. Flächenpressung in den Lagern, beachten.
K[86]
Im konventionellen Benzin-Motor wird der Kraftstoff bereits im ---------
------- der Luft beigemischt, sodass ein --------------
verdichtet wird.
K86__Seite 102
Ansaugbereich; Luft-Kraftstoff-Gemisch
K[88] Benzin-Motoren unterscheiden sich von Diesel-Motoren im Wesentlichen durch
----------, ------------, ---------- und
-------------- .
K88__Seite 98
– Verbrennungsverfahren
– Gemischbildung
– Verdichtungsverhältnis
– mögliche Luftzahlen
K [90]
Was versteht man unter einer Schichtladung bei Benzin-Motoren? Ist das auch bei Dieselmotoren
notwendig und sinnvoll?
K90__Seite 102
Schichtladung bedeutet, dass man durch die Zuströmung und die Gestaltung des
Arbeitsraums Bereiche schafft, in denen ein zündfähiges Luft-Kraftstoff-Gemisch im
Bereich der Zündkerze mit einer Luftzahl von etwa 1 vorliegt und ein isolierender reiner
Luftbereich (l=∞). Damit können Luftzahlen insgesamt von viel größer als 1 verarbeitet
werden. Bei Diesel-Motoren ist das nicht sinnvoll, da durch das Verbrennungsverfahren
inhomogene Gemische sowieso verbrannt werden können.
K[1]
Aus welchen vier Hauptbaugruppen besteht eine Turbomaschine?
K1__Seite 18
Hauptbaugruppen einer Turbomaschine:
Laufrad, Austrittsgehäuse (Diffusor), Leitrad, Eintrittsgehäuse (Düse)
[10]
Wie unterscheiden sich grundsätzlich thermische und hydraulische Turbomaschinen?
K10__Seite 18
Unterschied thermischer und hydraulischer Turbomaschinen:
thermische Turbomaschinen: kompressibles Fluid
hydraulische Turbomaschinen: inkompressibles Fluid
[16]
Geben Sie für eine Arbeits- und Kraftmaschine die Richtung der Kraft auf die Schaufel
im Vergleich zur Drehrichtung an.
K16__Seite 18
Wirkung der Kraft auf die Schaufel bei Arbeits- und Kraftmaschine:
Arbeitsmaschine: Kraft auf die Schaufel wirkt in Drehrichtung.
Kraftmaschine: Kraft auf die Schaufel wirkt entgegen der Drehrichtung.
K[4]
a) Aus welchen Schaufelreihen besteht eine vollständige Stufe einer Pumpe und in
welcher Reihenfolge sind sie angeordnet?
b) Aus welchen Schaufelreihen besteht eine vollständige Stufe einer Wasserturbine und
in welcher Reihenfolge sind sie angeordnet?
K4__Seite 39
a) Eine vollständige Pumpenstufe besteht aus einem Laufrad und einem nachgeschalteten
Leitrad.
b) Eine vollständige Stufe einer Wasserturbine besteht aus einem Leitrad und einem
nachgeschalteten Laufrad.
