Druckluftauto?

Wissenschaft Physik
#1

Hallo Physiker!

Dieses (und ähnliche) erstaunliche Vehikel geistern schon seit geraumer Zeit durch die Medien:
http://www.aircars.de/
Jetzt habe ich mal eine (laienhafte) Berechnung angestellt, um nachzurechnen, ob denn in einem Drucklufttank soviel Energie stecken kann, um die angepriesenen Fahrleistungen zu erreichen:

  • Tankvolumen 300 Liter
  • Druck bis 300 bar
    Soll ausreichen für
  • Reichweite 240 km
  • bei konstant 60 km/h

Meine Berechnung ergab:
Wenn jedwede Wirkverluste unberücksichtigt bleiben, hätte das Fahrzeug eine Leistung von Brutto 0,625 kW (~0,85 PS) zur Verfügung, um diese konstant 60 km/h zu halten.
Kommt hier jemand auf ein anderes Ergebnis?

Als Kfz-Mechaniker kommt mir dies vollkommen unrealistisch vor. Bei ganz kühner Schätzung bräuchte das Fahrzeug eine Leistung von mindestens 4 kW um 60 km/h zu halten.
Weiß jemand da einen fundierteren Wert?

Wäre es theoretisch denkbar, durch das Betanken mit erhitzter Luft genug Energie für 4kW * 4 Stunden zu speichern, und wie heiß müsste die Luft dann sein?

Habt Dank für’s Grübeln,
Gruß,
Peter

Auto mit Druckluft?
#2

Hi,
interessanter Link.

Ich finde einige Ungereimtheiten:

„Beim Luftmotor werden etwa 20 Prozent der ursprünglichen Energie genutzt.“
„Thermisches Energie-Rückgewinnungssystem“
„Kompressor entfällt, da der neue Vierzylinder Motor den Bordeigenen Kompressor völlig ersetzt.“
„Anschlußleistung des Kompressors 400 Volt Drehstrom.“
„Klimaanlage, gehört zur Serienausstattung und wird zur einwandfreien Funktion des Motors benötigt.“
„Es ist davon auszugehen, dass wir Ihnen das Luftauto im Laufe des Jahres 2004 präsentieren können. Grundsätzlich ist eine Probefahrt in Deutschland erst nach Produktionsbeginn möglich.“

Das klingt mir ja irgendwie sehr suspekt ! Nirgendwo wird genau erklärt, wie es funktioniert.

Wird die Druckluft in einem Kolbenmotor entspannt, dann sollte der theoretische Wirkungsgrad nahe 1 sein, oder nicht ?

Überschlagsweise ist eine nutzbare mechanische Energie von ca. 10 Kilowattstunden in dem Tank gespeichert (der übrigens größer sein müßte als eine Badewanne, wo soll denn der sein?), also soviel wie in 20 Autobatterien. Nicht gerade die Wucht. Und die Zulassung von Vehikeln mit riesigen 300 bar-Tanks ist sicher nicht einfach… Wenn so etwas hochgeht, dann ist ein kleines Stadtviertel platt.

Was ich noch weniger verstehe, was das mit einer Klimaanlage zu tun haben soll.

Ich würde sagen, hier stimmt was nicht.

Gruß
Moriarty

#3

Hallo Physiker!
http://www.aircars.de/
Jetzt habe ich mal eine (laienhafte) Berechnung angestellt, um
nachzurechnen, ob denn in einem Drucklufttank soviel Energie
stecken kann, um die angepriesenen Fahrleistungen zu
erreichen:

  • Tankvolumen 300 Liter
  • Druck bis 300 bar
    Soll ausreichen für
  • Reichweite 240 km
  • bei konstant 60 km/h

äääm, so von wegen leistung ausrechnen null ahnung, aber wenn bei der austattung des wagens "Energierückgewinnung beim Schubbetrieb und beim Abbremsen " nicht aufgefallen ist könnte das deine verwunderung erklären.

#4

Hi,
interessanter Link.

Ich finde einige Ungereimtheiten:

„Beim Luftmotor werden etwa 20 Prozent der ursprünglichen
Energie genutzt.“
„Thermisches Energie-Rückgewinnungssystem“
„Kompressor entfällt, da der neue Vierzylinder Motor den
Bordeigenen Kompressor völlig ersetzt.“
„Anschlußleistung des Kompressors 400 Volt Drehstrom.“

Das ist schon theoretisch logisch: Ein Druckluftmotor kann elektrisch oder beim Bremsen angetrieben als Kompressor verwendet werden.

„Klimaanlage, gehört zur Serienausstattung und wird zur
einwandfreien Funktion des Motors benötigt.“

Naheliegend ist die Ausnutzung der Kälte, die am Austritt der Dekomprimierten Antriebsluft entsteht.

„Es ist davon auszugehen, dass wir Ihnen das Luftauto im Laufe
des Jahres 2004 präsentieren können. Grundsätzlich ist eine
Probefahrt in Deutschland erst nach Produktionsbeginn
möglich.“

Schon vor mehr als einem Jahr hatte mir ein Bekannter begeistert von diesem Fahrzeug erzählt, und dass es angeblich bald in Serie ginge.

Das klingt mir ja irgendwie sehr suspekt ! Nirgendwo wird
genau erklärt, wie es funktioniert.

Wird die Druckluft in einem Kolbenmotor entspannt, dann sollte
der theoretische Wirkungsgrad nahe 1 sein, oder nicht ?

Wenn die Geschwindigkeit aller bewegten Bauteile gegen Null tendiert, könnte der Wirkungsgrad gegen 1 tendieren, theoretisch …

Überschlagsweise ist eine nutzbare mechanische Energie von ca.
10 Kilowattstunden in dem Tank gespeichert

Ich komme nur auf 2,5 kW*h, hab’ ich mich verrechnet?

Ich würde sagen, hier stimmt was nicht.

Und ich wüßte zu gern, was …

Gruß
Moriarty

Gruß,
Peter

#5

Wird die Druckluft in einem Kolbenmotor entspannt, dann sollte
der theoretische Wirkungsgrad nahe 1 sein, oder nicht ?

Wenn reversibel expandiert wird, das heisst wenn es technisch machbar ist gegen einen infinitesimal kleineren aussendruck zu expandieren, dann müsste der Wirkungsgrad (bezogen auf die max. volumenarbeit) 1 sein (schon klar ohne reibung, nicht ideales gasverhalten bla bla)

Überschlagsweise ist eine nutzbare mechanische Energie von ca.
10 Kilowattstunden in dem Tank gespeichert (der übrigens
größer sein müßte als eine Badewanne, wo soll denn der sein?),
also soviel wie in 20 Autobatterien.

Ich komme auf circa 50000 kJ energie im tank, wieviel ist denn das in kilowattstunden?

#6

Überschlagsweise ist eine nutzbare mechanische Energie von ca.
10 Kilowattstunden in dem Tank gespeichert

Ich komme nur auf 2,5 kW*h, hab’ ich mich verrechnet?

Wie hast du das ausgerechnet? ich komme auf 50000 kJ maximal nutzbare volumenarbeit? Was sind schon wieder Kilowattstunden in Joule? 3600 kJ?

#7

Ich komme nur auf 2,5 kW*h, hab’ ich mich verrechnet?

Wie hast du das ausgerechnet? ich komme auf 50000 kJ maximal
nutzbare volumenarbeit? Was sind schon wieder Kilowattstunden
in Joule? 3600 kJ?

300 bar = 300 * 105N/m2 = 30 000 000 N/m2
300 Liter = 0,3m3

30 000 000 N/m2 * 0,3 m3 = 9 000 000 N*m

9 000 000 N*m = 9 000 kJ
9 000 kJ * 3600 s/h = 2,5 kW*h
… nu, wie iss richtich …?

#8

ich würde meinen die theorie hinter der berechnung ist inkorrekt, an der ausführung der rechnung selbst ist nix auszusetzen. Wir haben das einst wie folgt gelernt: die arbeit die ein gas bei der expansion verrichtet entspricht dem verdängten Volumen(in diesem fall wird in der atmosphäre luft verdrängt)* den entgegenwirkenden druck. Ich hoffe du siehst jetzt auch den grund für meine einwände, da:

  1. in der atmosphäre ein grösseres volumen als 0.3m3 verdrängt wird.
  2. diese verdrängung logischerweise gegen den atmosphärendruck abläuft.

also dein ansatz wäre meiner meinung nach korrekt wenn du mit dem atmosphärendruck und dem gasvolumen bei atmosphärendruck (=300*100000pa*0.3m3/100000pa)rechnest.
d.h. deine rechung müsste lauten: Aussendruck (druck gegen den die expansion abläuft*Differenz Volumen vor/nach expansion.

der unterschied in meiner rechnung ist, dass ich gegen einen stets veränderlichen druck expandiere, der immer ein wenig kleiner als der druck im behälter ist. wenn du obige formel betrachtest siehst du, dass ich bei der expansion auf den selben enddruck so mehr arbeit verrichten kann.

[Bei dieser Antwort wurde das Vollzitat nachträglich automatisiert entfernt]

#9

Sorry, formel?

9 000 kJ * 3600 s/h = 2,5 kW*h

ups, sollte heißen:
9 000 kJ : 3600 s/h = 2,5 kW*h

ich würde meinen die theorie hinter der berechnung ist
inkorrekt, an der ausführung der rechnung selbst ist nix
auszusetzen. Wir haben das einst wie folgt gelernt: die arbeit
die ein gas bei der expansion verrichtet entspricht dem
verdängten Volumen(in diesem fall wird in der atmosphäre luft
verdrängt)* den entgegenwirkenden druck …

Hab’s nach deinem Ansatz versucht, und es wird nur noch weniger Energie …
… magst du nicht mal deine konkrete Berechnung posten?

#10

Hab’s nach deinem Ansatz versucht, und es wird nur noch
weniger Energie …
… magst du nicht mal deine konkrete Berechnung posten?

Ja, nach dem beschriebenen ansatz schon. da komm ich auf 9000 kJ. Die tatsächlich nutzbare energie wird irgendwo zwischen 9000 und 50000 kJ liegen.
Der entscheidende punkt ist aber diese formel gilt für die expansion gegen einen konstanten Atmosphärendruck. Wenn ein gas jedoch gegen einen druck, der immer etwas kleiner ist als der druck des gases selber, expandiert wird wird die maximale volumenarbeit verrichtet.
denk das doch mal durch mit einem glaszylinder mit boden, oben durch eine in den zylinder eingepasste glasscheibe verschlossen. In dem zylinder befindet sich eine bestimmte stoffmenge an gas. Auf der glasscheibe liegt ein haufen sand, der auf das gas einen druck von 300 bar ausübt. wenn man nun jedes einzelne sandkorn nacheinander von der glasplatte entfernt erreicht man eine viel höhere nutzbare energieausbeute (bei isothermen bedingungen). Sie berechnet sich dann aus

Volumenarbeit=nRT ln(endvolumen/anfangsvolumen).
Konkret: n = stoffmenge=3670mol, R = gaskonstante=8.314, t Raumtemperatur = 295K, Endvolumen = 90m3, Anfangsvolumen = 0.3m3

Die formel kommt durch integration von p dV = nRT/V dV zustande.
ich denke die tatsächlich verrichtete arbeit wird irgendwo dazwischen liegen.
die formel habe ich übrigens aus dem geheiligten buch der physikalischen chemie, der kurzversion des atkins mit bescheidenen 815 seiten.

#11

meine Rechnung
Hallo Peter,

unter der idealen Annahme, dass die Temperatur konstant bleibt, ergibt sich m.E.:

W = n * Rm * T * ln(V1/V2)
mit
T = 300k,
V1 = 300l * 300bar / 1 bar,
V2 = 300l,
Rm ~ 9 joule / mol und k
n ~~~~ V1 / (30 l/mol)

-> W ~ 3000 * 9 * 300 * ln(300) (ziemliche oft 3, gell:wink:
-> W ~ 12kWh

bei 60 km/h und 240km Reichweite (4 Stunden) also etwa 3 KWh/h = 3kW.

  • Tankvolumen 300 Liter
  • Druck bis 300 bar
    Soll ausreichen für
  • Reichweite 240 km
  • bei konstant 60 km/h

vor. Bei ganz kühner Schätzung bräuchte das Fahrzeug eine
Leistung von mindestens 4 kW um 60 km/h zu halten.

Gut, darauf kommt das gerät bei mir auch etwa

Wäre es theoretisch denkbar, durch das Betanken mit erhitzter
Luft genug Energie für 4kW * 4 Stunden zu speichern, und wie
heiß müsste die Luft dann sein?

Hiess Luft bringt nicht wirklich einen Effekt, zumal die Hitze ja auch gespeichert werden müsste.

Gruß
achim

(der auch nicht daran glaubt!)

#12

Berechnung d Energie u Skepsis
Hallo,

da Interesse daran besteht wie ich die Energie abgeschätzt habe:
Ich habe mir einen beliebig langen Zylinder mit Kolben vorgestellt, das Gas anfangs auf 300 bar komprimiert, dann wird der Kolben angehoben und das Gas verrichtet Arbeit, wobei der Druck unter den Kolben immer geringer wird. Das gibt ein einfaches Integral (Kraft(x)- Kraft(außendruck))*dx über den Weg :x(Startdruck) bis x(Enddruck). Kraft ist Druck mal Fläche. Ich habe weiterhin angenommen, daß das Gas nicht auf 0 bar _Über_druck, sondern 0,5 bar entspannt wird, technisch nutzbar. So komme ich grob auf die 10 kWh (1 Ws = 1 J, 3600 kJ = 1kWh).

Die ganze Website klingt bei näherer Betrachtung nicht gerade sehr seriös, und es gibt viele Widersprüche in den unpräzisen Aussagen, sowie Versprechungen. Der Preis ist hingegen schon sehr gut bekannt. Jeder Physiker wird nach einigen Überschlagsrechnungen sehen, daß es wohl funktioniert, aber kaum besonders gut.

Der Hauptgrund, warum ich das ganze problematisch finde: Man stelle sich nur mal einen Auffahrunfall vor. Bereits die Explosion von kleinen Sauerstoffflaschen hat bereits ganze Werksgelände verwüstet. Und die sind kleiner und der Druck ist geringer.

Mir fallen jetzt noch einige Gründe ein, warum ich das ganze nicht für besonders sinnvoll erachte, von den Problemen von Schwebstoffen und Luffeuchtigkeit angefangen (das Zeug würde schnell verdrecken), etc etc etc.

Grüße
Moriarty

Gruß
Moriarty

#13

Klingt plausibel, Danke!
Zumindest sieht das Druckluftvehikel jetzt mehr nach Luftschloss denn Perpetuum Mobile aus.

PS: In meiner Fragestellung hatte ich einen Denkfehler: Eine bessere Ausnutzung des Tankvolumens und des Maximaldruckes wäre mit kalter, statt mit warmer Luft denkbar. Aber da sind bestimmt auch schnell die Grenzen erreicht, oder … ?

Grüße an alle Grübler!

#14

Hallo,

Dieses (und ähnliche) erstaunliche Vehikel geistern schon seit
geraumer Zeit durch die Medien:
http://www.aircars.de/

Ich würde mir die Seite ja gerne ansehen, bekomme aber außer den Wertbebannern (an denen du vermutlich nichts selbst verdienst) und etwas Text nichts zu sehen. Ergo: die Seite scheint mir sehr unseriös zu sein!

Cu Rene

#15

hi,

also so weit bin ich armer schüler ja noch lange nicht für solche berechnungen, aber um alleine die seriösität der seite zu kritisieren… mir hat man mal erzählt, dass jeder infozettel, buch, etc. ein vollständiges impressum hat… wie man da sieht, ist da nur ne straße, keine firma-keine ansprechperson… wenn man da noch auf die links klickt dann wird man ja noch mehr bestätigt.

aber sowas ist ja schön zum üben :smile: (aber was bringt dir ein gerät, dass eher eine bombe ist als ein auto *grübel*)

dave