Was ist das Drehmoment bei Autos?

Das Drehmoment ist ein zentraler Faktor in der Automobiltechnik, der direkten Einfluss auf die Leistungsfähigkeit und das Fahrverhalten eines Fahrzeugs hat. Dieser Artikel bietet einen Überblick über das Drehmoment, seiner Bedeutung in verschiedenen Fahrzeugtypen und seiner Auswirkungen auf alltägliche Fahrsituationen.

Definition

Drehmoment, oft auch als „Moment“ oder „Drehkraft“ bezeichnet, ist eine grundlegende physikalische Größe, die in der Fahrzeugtechnik eine zentrale Rolle spielt. Es beschreibt die Drehwirkung einer Kraft und ist das Produkt aus der Stärke der Kraft und dem Abstand der Kraftanwendungslinie zum Drehpunkt (Hebelarm), wobei diese Kraft senkrecht zum Hebelarm stehen muss. Das Drehmoment wird in der Einheit Newtonmeter (Nm) angegeben.

In Bezug auf Automobile bezieht sich das Drehmoment insbesondere auf die Drehkraft, die von dem Motor über das Getriebe auf die Antriebswellen und letztlich auf die Räder eines Fahrzeugs übertragen wird. Dies ist die Kraft, die ein Fahrzeug beschleunigt und die Bewegung aufrechterhält, insbesondere wichtig beim Anfahren, Überholen und Steigen an Hügeln.

• Motor-Drehmoment: Dies ist die von einem Fahrzeugmotor erzeugte Drehkraft, die eine direkte Auswirkung auf die Beschleunigung und die Zugkraft des Fahrzeugs hat. Ein Motor mit hohem Drehmoment kann mehr Last bewegen und bietet bessere Beschleunigungswerte. Dieses Drehmoment entsteht durch die Verbrennung von Kraftstoff im Verbrennungsmotor oder durch die elektrische Energie in Elektromotoren, wobei die erzeugte Kraft dazu dient, die Kolben zu bewegen, die wiederum die Kurbelwelle drehen.
• Maximales Drehmoment: In den technischen Daten eines Motors wird häufig das maximale Drehmoment angegeben, das der Motor erzeugen kann. Dieser Wert, ausgedrückt in Nm, ist normalerweise bei einer bestimmten Anzahl von Umdrehungen pro Minute (RPM) verfügbar und zeigt den Punkt an, bei dem der Motor seine maximale Zugkraft und Effizienz erreicht.
• Drehmomentkurve: Die Drehmomentkurve eines Motors ist ein Diagramm, das zeigt, wie das Drehmoment über den gesamten Drehzahlbereich des Motors variiert. Idealerweise hat ein Motor über einen breiten Drehzahlbereich ein hohes Drehmoment, was eine gleichmäßige und kräftige Leistung in verschiedenen Fahrzuständen wie Stadtverkehr, Autobahnfahrten oder beim Ziehen von Lasten ermöglicht.
• Drehmomentübertragung: Über das Getriebe kann das vom Motor erzeugte Drehmoment verändert werden. Ein Getriebe nutzt verschiedene Gänge, um das Drehmoment zu erhöhen oder die Geschwindigkeit des Fahrzeugs zu steigern. So wird in niedrigeren Gängen das Drehmoment verstärkt, um eine bessere Beschleunigung zu ermöglichen, während höhere Gänge das Drehmoment reduzieren und die Geschwindigkeit erhöhen.

Das Verständnis des Drehmoments ist für die Einschätzung der Fahrzeugleistung unerlässlich, da es nicht nur die Beschleunigung beeinflusst, sondern auch das Gesamtverhalten und die Fähigkeit des Fahrzeugs, unter verschiedenen Fahrbedingungen und Lasten zu arbeiten.

Was sagt das Drehmoment über die Motorleistung aus?

Das Drehmoment ist ein entscheidender Indikator für die Motorleistung, insbesondere in Bezug auf die Fähigkeit des Fahrzeugs, Arbeit zu verrichten. Es sagt jedoch nicht alles über die gesamte Leistungsfähigkeit eines Motors aus. Hier ist, was das Drehmoment über die Motorleistung aussagt und warum es nicht das einzige Maß für die Motorleistung ist:

• Zugkraft: Das Drehmoment eines Motors gibt an, wie viel Zugkraft der Motor erzeugen kann. Ein Motor mit höherem Drehmoment kann mehr Kraft auf die Antriebsräder ausüben, was zu einer stärkeren und schnelleren Beschleunigung führt. Dies ist besonders wichtig bei Fahrzeugen, die schwere Lasten ziehen oder häufig anhalten und starten müssen, wie Nutzfahrzeuge oder Stadtbusse.
• Leistung bei niedrigen Drehzahlen: Ein Motor, der bei niedrigen Drehzahlen ein hohes Drehmoment erzeugt, kann auch bei niedriger Geschwindigkeit oder aus dem Stand heraus eine gute Beschleunigung und Leistung bieten. Das bedeutet, dass Fahrzeuge mit solchen Motoren in Situationen, in denen schnelle Beschleunigungen erforderlich sind (z. B. beim Überholen oder Anfahren an einer Steigung), besser abschneiden.
• Effizienz bei Belastung: Ein Motor mit höherem Drehmoment kann effizienter arbeiten, insbesondere unter Belastung. Er kann schwere Lasten bewegen oder steile Hänge erklimmen, ohne dass die Drehzahl erhöht werden muss, was zu einer besseren Kraftstoffeffizienz führt.

Es ist jedoch wichtig zu beachten, dass das Drehmoment allein nicht die gesamte Geschichte der Motorleistung erzählt. Die Höchstleistung eines Motors (gemessen in Kilowatt oder Pferdestärken) ist auch ein kritischer Faktor und wird durch die Kombination von Drehmoment und Motordrehzahl bestimmt (Leistung = Drehmoment x Drehzahl). Ein Motor kann ein sehr hohes Drehmoment haben, aber wenn dieses Drehmoment nicht über einen weiten Drehzahlbereich aufrechterhalten wird, kann die maximale Leistung begrenzt sein.

Außerdem sagt das Drehmoment nichts über andere wichtige Aspekte der Motorleistung aus, wie die Haltbarkeit des Motors, seine Umweltfreundlichkeit, den Kraftstoffverbrauch bei normaler Fahrt oder die Höchstgeschwindigkeit des Fahrzeugs.

Insgesamt ist das Drehmoment ein wichtiger Indikator für die Fähigkeit eines Motors, Kraft zu erzeugen und Arbeit zu verrichten, aber es ist nur ein Teil des größeren Bildes der Motorleistung und -effizienz.

Wie wird das Drehmoment berechnet?

Das Drehmoment eines Objekts kann allgemein berechnet werden, indem man die auf das Objekt ausgeübte Kraft mit dem Abstand der Anwendungsstelle dieser Kraft vom Drehpunkt (auch als Hebelarm bezeichnet) multipliziert. Diese Berechnung gilt für jede Situation, in der eine Kraft verwendet wird, um ein Objekt um einen Drehpunkt zu drehen, sei es eine einfache Tür, ein Schraubenschlüssel oder ein komplexer Motor. Hier ist die grundlegende Formel:

Drehmoment = Kraft x Hebelarm

In dieser Formel:

• „Drehmoment“ ist das Drehmoment, typischerweise gemessen in Newtonmetern (Nm).
• „Kraft“ ist die tangential angewendete Kraft, gemessen in Newton (N).
• „Hebelarm“ ist der senkrechte Abstand vom Drehpunkt zur Linie der angewendeten Kraft, gemessen in Metern (m).

Es ist wichtig zu beachten, dass die Kraft senkrecht zum Hebelarm stehen muss. Wenn die Kraft nicht senkrecht auf den Hebelarm wirkt, muss nur die Komponente der Kraft verwendet werden, die senkrecht zum Hebelarm steht, um das tatsächliche Drehmoment zu berechnen.

In Bezug auf Automotoren ist die Berechnung des Drehmoments komplexer, da hier die Kräfte dynamisch und die Systeme komplex sind. Motordrehmoment bezieht sich auf die Drehkraft, die der Motor erzeugt und auf die Antriebsräder überträgt. Dieses Drehmoment entsteht durch die Verbrennung von Kraftstoff im Motor, wobei die Kolben nach unten gedrückt werden, was wiederum die Kurbelwelle dreht. Das von einem Motor erzeugte Drehmoment wird oft durch experimentelle Daten oder komplizierte simulationsbasierte Berechnungen bestimmt, die Faktoren wie Zylinderdruck, Kurbelwellenradius, Kolbenkraft und Motorleistung berücksichtigen.

Die spezifische Formel für die Drehmomentberechnung eines Motors kann je nach Motortyp und den zu berücksichtigenden Parametern variieren. Automobilhersteller verwenden oft dynamometrische Prüfstände, um das Drehmoment und die Leistung eines Motors zu messen, indem sie den Motor unter verschiedenen Betriebsbedingungen laufen lassen und die ausgeübte Kraft sowie die Drehzahl bei verschiedenen Motorlasten messen.

Was sind Vorteile eines hohen Drehmoments?

Ein hohes Drehmoment in einem Fahrzeugmotor bietet mehrere Vorteile, die sich direkt auf die Fahrleistung und das Fahrerlebnis auswirken. Hier sind einige der wichtigsten Vorteile:

• Verbesserte Beschleunigung: Fahrzeuge mit hohem Drehmoment können schneller beschleunigen, da das Drehmoment die unmittelbare Zugkraft ist, die das Fahrzeug antreibt. Dies ist besonders nützlich bei Überholmanövern, beim Anfahren an Steigungen und beim schnellen Beschleunigen aus dem Stand.
• Kraft bei niedrigen Drehzahlen: Ein hoher Drehmomentwert bei niedrigen Drehzahlen bedeutet, dass das Fahrzeug auch bei niedrigen Geschwindigkeiten eine erhebliche Zugkraft hat. Dies ist besonders hilfreich im Stadtverkehr, in Geländen mit variabler Geschwindigkeit oder beim Fahren im Gelände, wo häufiges Anhalten und Anfahren erforderlich ist.
• Ziehen von Lasten: Ein hohes Drehmoment ist entscheidend für Fahrzeuge, die schwere Lasten ziehen oder tragen, wie LKWs, SUVs oder Fahrzeuge mit Anhängern. Mehr Drehmoment ermöglicht es dem Fahrzeug, die zusätzliche Last zu bewegen, ohne die Motorleistung zu überlasten oder den Motor zu stark zu beanspruchen.
• Verbesserte Leistung bei Steigungen: Fahrzeuge mit höherem Drehmoment bewältigen Steigungen besser, da sie mehr direkte Zugkraft erzeugen können. Das ist besonders wichtig für Geländewagen, LKWs auf bergigen Strecken und Fahrzeuge, die in hügeligen Gebieten fahren.
• Effizienz bei höherer Last: Motoren, die bei niedrigeren Drehzahlen hohes Drehmoment erzeugen können, müssen nicht so hart arbeiten wie Motoren mit niedrigem Drehmoment. Das bedeutet, dass sie effizienter laufen und oft eine bessere Kraftstoffeffizienz bei höheren Lasten oder beim Ziehen von Lasten haben können.
• Verbesserte Fahrzeugdynamik: Bei Sportwagen und leistungsorientierten Fahrzeugen führt ein höheres Drehmoment zu einer verbesserten Fahrzeugdynamik, insbesondere in Bezug auf die Beschleunigung aus Kurven heraus und die generelle Reaktionsfähigkeit des Fahrzeugs.
• Höherer Komfort und geringere Ermüdung des Fahrers: Ein Motor mit höherem Drehmoment erfordert weniger Gangwechsel und bietet gleichmäßigere Beschleunigung, was zu einem komfortableren Fahrerlebnis und einer geringeren Ermüdung des Fahrers beiträgt, besonders auf langen Fahrten oder in anspruchsvollen Fahrbedingungen.

Es ist jedoch wichtig zu beachten, dass ein hohes Drehmoment nicht immer zu einer höheren Endgeschwindigkeit führt; dies hängt von der Motorleistung ab, die Drehmoment und Drehzahl in der Berechnung berücksichtigt. Ein ausgewogenes Verhältnis von hohem Drehmoment und ausreichender Motorleistung ist für die optimale Leistung eines Fahrzeugs entscheidend.

Was ist der Unterschied zwischen Drehmoment und Leistung?

Drehmoment und Leistung sind zwei grundlegende Konzepte, die oft missverstanden werden, obwohl sie in der Automobiltechnik eng miteinander verbunden sind. Beide sind wesentliche Parameter, die die Leistungsfähigkeit eines Motors beschreiben, aber sie repräsentieren unterschiedliche Aspekte der Motorleistung.

Drehmoment

Definition: Wie bereits erwähnt, ist das Drehmoment die Drehkraft eines Motors, die aus der Kraft resultiert, die auf einen bestimmten Abstand (den Hebelarm) angewendet wird. Es ist die Kraft, die ein Fahrzeug in Bewegung setzt und aufrechterhält, besonders beim Anfahren, beim Steigen oder beim Ziehen einer Last.

Einheit: Das Drehmoment wird in Newtonmetern (Nm) gemessen.

Charakteristik: Drehmoment repräsentiert die unmittelbare Zugkraft des Motors, d.h., wie viel „Kraft“ der Motor zu einem bestimmten Zeitpunkt erzeugen kann. Ein Motor mit hohem Drehmoment wird mehr „Ziehkraft“ und Beschleunigungsfähigkeit haben, besonders bei niedrigen Drehzahlen.

Leistung

Definition: Leistung ist die Geschwindigkeit, mit der Arbeit verrichtet wird, oder in Bezug auf Motoren, die Geschwindigkeit, mit der Drehmoment erzeugt wird. Es ist ein Maß dafür, wie schnell ein Fahrzeug seine Höchstgeschwindigkeit erreichen kann, nachdem es in Bewegung gesetzt wurde.

Einheit: Die Leistung wird in Kilowatt (kW) oder Pferdestärken (PS) gemessen.

Charakteristik: Die Leistung gibt an, wie schnell ein Motor Arbeit verrichten kann. Sie hängt direkt vom Drehmoment und der Motordrehzahl ab (Leistung = Drehmoment x Drehzahl / Konstante). Ein Motor mit hoher Leistung kann hohe Geschwindigkeiten erreichen, aber ohne hohes Drehmoment könnte die Beschleunigung unzureichend sein.

In der Praxis bedeutet ein hohes Drehmoment bei niedrigen Drehzahlen, dass ein Fahrzeug schnell beschleunigen kann, was besonders beim Anfahren, beim Fahren in bergigem Gelände oder beim Ziehen schwerer Lasten nützlich ist. Hohe Leistung bedeutet, dass ein Fahrzeug hohe Geschwindigkeiten erreichen kann, was auf Autobahnen oder bei Überholmanövern wichtig ist.

Zusammenfassend beschreibt das Drehmoment, wie stark ein Motor ist, während die Leistung beschreibt, wie schnell er seine Stärke einsetzen kann. Beide Werte sind wichtig für das Verständnis der Gesamtleistungsfähigkeit eines Fahrzeugs in verschiedenen Fahrsituationen.

Sonderfall: Drehmoment bei Elektroautos

Elektroautos haben in Bezug auf das Drehmoment einzigartige Eigenschaften, die sich erheblich von traditionellen Verbrennungsmotoren unterscheiden. Hier sind einige Schlüsselaspekte des Drehmoments bei Elektroautos:

Sofortiges Drehmoment

Elektromotoren sind dafür bekannt, dass sie ihr maximales Drehmoment sofort ab dem Punkt des Einschaltens bereitstellen können. Dies steht im Gegensatz zu Verbrennungsmotoren, die eine bestimmte Drehzahl erreichen müssen, um ihr maximales Drehmoment zu erzeugen. Dieses sofort verfügbare Drehmoment ermöglicht Elektroautos eine sehr schnelle Beschleunigung direkt aus dem Stand, was zu einem spritzigen und reaktionsschnellen Fahrverhalten führt, besonders bei niedrigen Geschwindigkeiten.

Gleichmäßige Leistungsabgabe

Das Drehmoment in Elektroautos wird über einen weiten Bereich von Betriebszuständen gleichmäßig abgegeben, was eine gleichmäßige und nahtlose Beschleunigung ohne die „Schaltstöße“ ermöglicht, die bei Verbrennungsfahrzeugen auftreten, wenn sie die Gänge wechseln. Diese gleichmäßige Drehmomentkurve verbessert nicht nur das Fahrerlebnis, sondern erhöht auch die Effizienz des Fahrzeugs.

Einfachere Übertragung

Da Elektromotoren ihr maximales Drehmoment über einen weiten Drehzahlbereich liefern können, benötigen die meisten Elektroautos keine komplexen Getriebe mit mehreren Gängen, um die Leistung an die Räder zu übertragen. Dies vereinfacht das Antriebsstrangdesign und reduziert Wartungsbedarf und mechanische Verluste.

Verbesserte Effizienz und Leistung

Elektromotoren sind im Allgemeinen effizienter als Verbrennungsmotoren, was bedeutet, dass mehr von der verbrauchten Energie in nützliches Drehmoment umgewandelt wird, anstatt in Abwärme verloren zu gehen. Dies führt zu einer besseren Kraftstoffeinsparung (oder Energieverbrauch) und kann auch eine höhere Leistung ermöglichen.

Leiserer Betrieb

Das Drehmoment und die Leistung eines Elektromotors werden sehr leise erzeugt, insbesondere im Vergleich zu den Verbrennungsmotoren mit ihrem charakteristischen Motorbrummen und Auspuffgeräuschen. Dies führt zu einem ruhigeren Fahrerlebnis.

Umweltfreundlichkeit

Da Elektroautos keine direkten Emissionen erzeugen, führt die Nutzung des Drehmoments und der Leistung eines Elektroautos zu einer geringeren Umweltbelastung, besonders wenn der Strom aus erneuerbaren Quellen stammt.

Diese Vorteile machen Elektroautos besonders geeignet für städtische Umgebungen und für Fahrer, die ein ruhiges, reaktionsschnelles Fahrerlebnis mit geringerem ökologischen Fußabdruck schätzen. Allerdings gibt es auch Herausforderungen, wie die Notwendigkeit für regelmäßiges Aufladen und eine geringere Reichweite im Vergleich zu traditionellen Verbrennungsfahrzeugen, die bei der Betrachtung des Gesamtbildes von Elektroautos berücksichtigt werden müssen.

Häufig gestellte Fragen (FAQs) zum Drehmoment bei Autos

Warum ist das Drehmoment bei niedrigen Drehzahlen wichtig?

Das Drehmoment bei niedrigen Drehzahlen ist wichtig, weil es die Fähigkeit des Autos bestimmt, aus dem Stand oder bei niedrigen Geschwindigkeiten zu beschleunigen. Ein hohes Drehmoment bei niedrigen Drehzahlen verbessert die Zugkraft und Reaktionsfähigkeit in alltäglichen Fahrsituationen wie Anfahren, Überholen oder Bergauffahren.

Wie beeinflusst das Drehmoment das Zugvermögen eines Fahrzeugs?

Das Drehmoment ist direkt verantwortlich für die Zugkraft eines Fahrzeugs. Ein höheres Drehmoment bedeutet, dass das Fahrzeug mehr Kraft hat, um schwere Lasten zu ziehen oder sich unter Last zu bewegen. Das ist besonders wichtig bei Fahrzeugen, die für das Ziehen von Anhängern oder das Tragen schwerer Lasten bestimmt sind, wie Pickup-Trucks oder SUVs.

Was bedeutet es, wenn ein Auto ein „flaches“ Drehmoment hat?

Ein „flaches“ Drehmoment bezieht sich auf ein Drehmoment, das über einen breiten Bereich von Motordrehzahlen nahezu konstant bleibt. Das bedeutet, dass die Zugkraft des Fahrzeugs über dieses breite Spektrum hinweg gleichbleibend ist, was eine gleichmäßige Beschleunigung und Leistung ohne spürbare „Peaks“ oder „Täler“ ermöglicht.

Warum haben einige Sportwagen ein niedrigeres Drehmoment im Vergleich zu einigen regulären Autos oder SUVs?

Obwohl Drehmoment eine Rolle in der Beschleunigung spielt, erreichen viele Sportwagen ihre außergewöhnliche Leistung durch hohe Drehzahlen. Das bedeutet, dass der Motor kleiner und leichter sein kann, mit weniger Drehmoment, aber immer noch in der Lage ist, hohe Geschwindigkeiten und schnelle Beschleunigungszeiten durch die Fähigkeit zu erreichen, sehr schnell zu drehen.

Beeinflusst das Drehmoment die Kraftstoffeffizienz?

Ja, allerdings indirekt. Ein Motor, der genügend Drehmoment bei niedrigeren Drehzahlen liefert, muss nicht so hart arbeiten, was zu einer besseren Kraftstoffeffizienz führt. Allerdings hängt die Kraftstoffeffizienz von vielen Faktoren ab, einschließlich Fahrzeugdesign, Gewicht und Aerodynamik.

Gibt es einen Zusammenhang zwischen Drehmoment und Motorgröße?

Größere Motoren erzeugen in der Regel mehr Drehmoment, da sie mehr Kraftstoff in einem Verbrennungszyklus verbrennen können, was zu einer größeren Kraftproduktion führt. Allerdings können technologische Fortschritte in kleineren Motoren, wie Turboaufladung, auch höhere Drehmomentwerte ermöglichen, ohne die Notwendigkeit einer größeren Motorgröße.

Wie wirkt sich das Drehmoment auf das Fahren in hügeligen oder bergigen Gebieten aus?

In hügeligen oder bergigen Gebieten ist ein höheres Drehmoment vorteilhaft, da es dem Fahrzeug hilft, gegen die Schwerkraft zu arbeiten, wenn es bergauf fährt. Fahrzeuge mit höherem Drehmoment können leichter und mit weniger Beanspruchung des Motors Steigungen bewältigen.

Weiterführende Informationen

1. Manuel Marx, Huba Németh & Eduard Gerum, Verbesserung des Drehmomentverhaltens aufgeladener Dieselmotoren durch Drucklufteinblasung – MTZ – Motortechnische Zeitschrift, Springer, 2009
2. Jérôme Migaud, Vincent Raimbault, David Chalet & Haitham Mezher, Variable Ladeluftleitung für mehr Drehmoment und Leistung – MTZ – Motortechnische Zeitschrift, Springer 2015
3. BMW.com, Drehmoment bei Autos, 2001, https://www.bmw.com/de/performance/drehmoment-bei-autos-erklaert.htm
4. Hybrid nachrüsten: Definition, Vorteile, Möglichkeiten
5. Kupplung defekt: Anzeichen, Ursachen & Kosten