Um ein Fahrzeug zu beschleunigen oder auch nur die Geschwindigkeit zu halten, brauchen wir eine Kraft. Diese wird im Zugkraftdiagramm widergespiegelt.
Inhaltsübersicht
Erstellung eines Zugkraftdiagramms mit Hilfe der Zugkraft und der Fahrgeschwindigkeit
Auf ein Fahrzeug wirken während der Fahrt Fahrwiderstände, die der Fahrtrichtung entgegenwirken. Um diese zu kompensieren, brauchen wir eine Zugkraft, die zwischen Reifen und Fahrbahn wirksam ist. Diese Kraft, auch Antriebskraft genannt, muss mindestens so groß sein wie die Fahrwiderstände, damit die Geschwindigkeit konstant bleibt. Ist die Zugkraft kleiner, dann wird das Fahrzeug langsamer, ist sie größer, dann beschleunigt es. Von Interesse ist also die Differenz zwischen dem Fahrwiderstand und der Zugkraft:
Wenn wir die Geschwindigkeit konstant halten wollen, dann muss der Vortrieb gleich null sein. Das bedeutet für uns, dass die Antriebskraft gleich den Fahrwiderständen sein muss. Also:
Aufstellen des Zugkraftdiagramms
Schauen wir uns als nächstes das Zugkraftdiagramm an. In diesem wird für jeden Gang die freie Zugkraft beziehungsweise Antriebskraft an den Rädern in Abhängigkeit der Fahrzeuggeschwindigkeit abgetragen.
Wir sehen, dass das Drehmoment an den Rädern in jedem Gang bis zum maximalen Drehmoment ansteigt und danach wieder abfällt. Je niedriger der Gang, desto höher ist das maximale Drehmoment. Teilen wir das Drehmoment durch den dynamischen Radhalbmesser Rdyn, dann erhalten wir die Zugkraft, also:
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Das kannst aus dem Digramm ablesen
Wenn wir das Diagramm betrachten, dann können wir außerdem sehen, bei welcher Fahrgeschwindigkeit wir in einen anderen Gang schalten müssen. Die Schaltpunkte sind nämlich die Schnittpunkte der einzelnen Kurven. Das heißt, wir können immer dann schalten, wenn eine bestimmte Fahrzeuggeschwindigkeit von mehreren Gängen erreichbar ist.
Da dem Fahrzeug beim Schaltvorgang keine Zugkraft zur Verfügung steht, müssen die Kurven überlappen. So hat man genug Zeit, den Gang zu wechseln.
Grundsätzlich gilt, dass mit steigenden Fahrwiderständen auch die benötigte Zugkraft steigt. Wenn wir beispielsweise bergauf fahren, dann vergrößert sich der Steigungswiderstand und damit auch die benötigte Zugkraft, um die Geschwindigkeit zu halten.
Zusammenfassung
Fassen wir zusammen: im Zugkraftdiagramm ist für jeden Gang die Zugkraft an den Antriebsrädern über die Fahrgeschwindigkeit aufgetragen. Die Zugkraft nimmt bis zu ihrem Maximalwert zu und fällt dann ab. Je niedriger der gewählte Gang, desto höher ist die Zugkraft.
Zugkraftdiagramm — häufigste Fragen
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Zugkraftdiagramm — häufigste Fragen
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Was ist mit „freier Zugkraft“ im Zugkraftdiagramm gemeint?Freie Zugkraft ist die Zugkraft, die der Antrieb an den Rädern bei einer bestimmten Fahrgeschwindigkeit in einem Gang grundsätzlich bereitstellen kann. Sie ist damit die „verfügbare“ Antriebskraft, bevor man die Fahrwiderstände berücksichtigt. Erst nach Abzug der Fahrwiderstände bleibt die tatsächlich für Beschleunigung nutzbare Zugkraft übrig.
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Warum steigt die Zugkraft in einem Gang erst an und fällt bei höherer Geschwindigkeit wieder ab?Die Zugkraft steigt in einem Gang zuerst an und fällt später wieder ab, weil das Raddrehmoment mit der Motordrehzahl nicht konstant ist. Mit zunehmender Fahrgeschwindigkeit steigt die Motordrehzahl, das Motordrehmoment erreicht ein Maximum und nimmt danach wieder ab. Da die Zugkraft direkt aus dem Raddrehmoment entsteht, folgt die Zugkraftkurve diesem Verlauf.
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Woran erkennt man im Zugkraftdiagramm, ob ein Fahrzeug bei einer bestimmten Geschwindigkeit noch beschleunigen kann?Ob ein Fahrzeug bei einer bestimmten Geschwindigkeit noch beschleunigen kann, erkennt man daran, ob die Zugkraftkurve über der erforderlichen Zugkraft für die Fahrwiderstände liegt. Liegt die verfügbare Zugkraft darüber, bleibt ein positiver Überschuss und das Fahrzeug kann beschleunigen. Bei Gleichstand bleibt die Geschwindigkeit konstant, darunter wird es langsamer.
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Warum braucht man den dynamischen Radhalbmesser, um aus dem Raddrehmoment die Zugkraft zu bestimmen?Der dynamische Radhalbmesser wird benötigt, weil er den wirksamen Abrollradius des belasteten, rollenden Reifens beschreibt und nicht nur die geometrische Radgröße im Stand. Für die Umrechnung von Raddrehmoment in Zugkraft zählt der Hebelarm am Kontakt zur Straße. Reifenverformung unter Last verändert diesen wirksamen Radius.
Fahrzeugtechnik verstehen
Das Zugkraftdiagramm gehört zur Fahrzeugtechnik und zeigt wichtige Zusammenhänge zwischen Antrieb und Bewegung eines Fahrzeugs. Wer sich mit Fahrzeugtechnik beschäftigt, vergleicht Kräfte, Geschwindigkeiten und den Einfluss von Gängen und Widerständen. So wird klar, wie ein Fahrzeug beschleunigt, wann Zugkraft verloren geht und warum sich das Fahrverhalten mit Steigung oder Last ändert. Im Ingenieurwissenschaftenbereich findest du passende Videos zu diesem und verwandten Themen.
