Das Leistungsgewicht (auch Masse-Leistungs-Verhältnis) ist der Quotient der Masse und der Leistung eines Fahrzeugs, eines Motors, eines Akkus, einer Maschine oder bei Mensch und Tier. Es wird meistens in Kilogramm pro Kilowatt angegeben.
Der Kehrwert ist die Leistungsdichte, auch „spezifische Leistung“ genannt, in Kilowatt pro Kilogramm. Beide Begriffe werden teils auch auf Fläche oder Volumen statt auf das Gewicht bezogen. Im Eisenbahnwesen wird auch der Begriff Leistungskennziffer verwendet und meist in Kilowatt pro Tonne angegeben.
Bei Antrieben wird im Allgemeinen ein geringes Leistungsgewicht angestrebt, da eine kleinere Masse oder eine höhere Leistung eine höhere Beschleunigung und damit Gegenwirkung zu hinderlichen Naturkräften wie Massenträgheit, Schwerkraft oder dem Trägheitsmoment ermöglicht. So erlaubt ein geringeres Leistungsgewicht eines Fahrzeuges zum Beispiel eine höhere Geschwindigkeit an Steigungen.
Auch bei Akkumulatoren für Traktion oder für transportable Geräte wird ein geringes Masse-Leistungs-Verhältnis angestrebt; hier spielt jedoch meist die gespeicherte Energie pro Masse (Joule je Kilogramm) eine Rolle, die möglichst hoch sein sollte. Siehe hierzu auch Energiedichte.
Ceteris paribus ist das Leistungsgewicht bei Fahrzeugen, welche keinen Treibstoff mitführen müssen (also z. B. Antrieb über Oberleitung), geringer, als bei solchen, welche ihre Antriebsenergie in Form von Kraftstoff, Batterien o. ä. mitführen müssen.
Beispiele und Bedeutung an Fahrzeugen
Kraftfahrzeuge
Die bei Kraftfahrzeugen typischerweise angegebene Beschleunigung, etwa in „X Sekunden von 0 auf 100 km/h“, ist von einer Reihe von Parametern (etwa Drehmomentverlauf, Schaltung, Traktion, Luftwiderstand) abhängig und kann daher nicht direkt anhand des Leistungsgewichts abgeleitet werden. Grundsätzlich aber gilt hier: Ein niedrigeres Leistungsgewicht ermöglicht eine größere Beschleunigung.
Für Lastkraftwagen, Omnibusse und ähnliche Fahrzeuge sind nach deutschem Recht Mindest-Motorleistungen bezogen auf das Gewicht vorgeschrieben, folglich ein maximales Leistungsgewicht.[1]
Typische Leistungsgewichte bei Kraftfahrzeugen:
- Formel-1-Wagen: 1 kg/kW
- MotoGP-Motorrad: 0,8 kg/kW (mit Fahrer, Stand 2012)
- Sportmotorrad: 1,3 kg/kW (mit Fahrer, Stand 2019)
- Sportwagen: 4,2 kg/kW (Porsche 911 Turbo S, 2009)
- Gängiger PKW: 14,7 kg/kW[2]
- Panzer Leopard 2: 56 kg/kW
- Lastendreirad Goliath Goli, voll beladen: 164 kg/kW
| Fahrzeug | Leergewicht in kg | Leistung in PS (bhp) | Leistungsgewicht in kg/PS (bhp) |
|---|---|---|---|
| Keating Bolt[3] | 990 | 2534,6 (2500) | 0,39 (0,40) |
| Keating TKR[4] | 995 | 2027,7 (2000) | 0,49 (0,50) |
| F1 Benetton B186 BMW (1986)[5] | 540 | 900 | 0,67 |
| F1 Red Bull Racing RB8 Renault (2012)[6] | 640 | 750+80 | 0,89 |
| Motorrad Ducati 1299 Superleggera | 162 | 220 | 0,76 |
| Porsche 956 C (1984)[7] | 820 | 620 | 1,32 |
| Toyota GR Yaris[8] | 1280 | 261 | 4,90 |
| VW Golf VII GTI[9] | 1351 | 220 | 6,28 |
| VW Golf I GTI | 810 | 110 | 7,36 |
| VW Polo V | 1100 | 105 | 10,48 |
| Motorrad MZ ETZ 125 | 120 | 10,2 | 12 |
| Opel Corsa D 1.2 ecoFLEX[10] | 1120 | 70 | 16 |
| Kleinkraftrad Simson S 51 | 78,5 | 3,7 | 21 |
| Snow Cruiser | 34.000 | 4×75 | 113,33 |
Bei leichten Fahrzeugen gewinnt das Gewicht der transportierten Personen an Bedeutung.
Schienenfahrzeuge
Die bei Schienenfahrzeugen typischerweise angegebene Zugkraft in kN oder Beschleunigung in m/s² ist von einer Reihe von Parametern (etwa Drehmomentverlauf, Schienenbedingungen (Schlupf), Traktion, Luftwiderstand) abhängig und kann daher nicht direkt anhand des Leistungsgewichts abgeleitet werden. Grundsätzlich aber gilt hier: Ein niedrigeres Leistungsgewicht ermöglicht eine größere Anfahrtbeschleunigung, einen größeren Zugkraftüberschuss bei Steigungen und eine höhere Endgeschwindigkeit.
Besonders steile Bahnstrecken (Gebirgsbahnen aber auch einige Neubaustrecken für den Hochgeschwindigkeitsverkehr) erfordern besonders große Leistungen pro Gewicht. So ist auf der Neubaustrecke Köln-Frankfurt fahrplanmäßig nur der Einsatz des ICE3 vorgesehen, da andere Baureihen die Steigungen bis zu 40 ‰ nicht in sämtlichen Umständen sicher überwinden können. Aus diesem Grund schreiben die TSI der EU für Neubaustrecken inzwischen eine maximale Steigung von 35 ‰ vor, um auch schwereren oder schwächer motorisierten Zügen die Benutzung dieser Strecken zu ermöglichen. Auch in einigen S-Bahn Netzen finden sich (Tunnel-)Strecken mit Steigungen bis zu 40 ‰, was – neben der besonders großen Bedeutung guter Beschleunigung aufgrund geringer Stationsabstände – auch erklärt, warum S-Bahn-Baureihen oft besonders stark im Verhältnis zu ihrem Gewicht motorisiert sind.
Insbesondere bei Lokomotiven, die nicht-angetriebene Waggons ziehen sollen, ist jedoch ein hohes Gewicht notwendig, damit die Lokomotive eine hohe Haftreibung auf der Schiene hat. Hohe Leistung bei geringem Gewicht würde hier nur zu durchdrehenden Rädern führen.
Beispiele Elektrotriebwagen (Deutschland)
| Fahrzeug | Massea in kg | Leistungb in kW | Leistungsgewicht in kg/kW | Leistungskennziffer in kW/t |
|---|---|---|---|---|
| ICE 4 (kurz) | 469.000 | 4950 | 94,75 | 10,55 |
| ICE T | 273.000 – 368.000 | 3000 – 4000 | 91,00 – 92,00 | 10,87 – 10,99 |
| ICE 1 (lang) | 849.000 | 9600 | 88,44 | 11,31 |
| ICE 2 | 412.000 | 4800 | 85,83 | 11,65 |
| ICE 4 (lang) | 819.000–893.000 | 9900–11.550 | 77,32–82,73 | 12,09–12,93 |
| ICE 1 (kurz) | 645.000 | 9600 | 67,19 | 14,88 |
| ICE 3 | 409.000 – 454.000 | 8000 | 51,13 – 56,75 | 17,62 – 19,56 |
| Fahrzeug | Massea in kg | Leistungb in kW | Leistungsgewicht in kg/kW | Leistungskennziffer in kW/t |
|---|---|---|---|---|
| Stadler Kiss | 170.100 – 305.000c | 2000 – 4500 | 56,70 – 68,60 | 14,58 – 17,64 |
| Stadler Flirt | 100.000 – 170.000 | 1300 – 2600 | 38,46 – 65,38 | 15,29 – 26,00 |
| Siemens Desiro HC | 200.000 | 3290d> | 60,79 | 16,45 |
| Alstom Coradia Continental | 141.000 – 168.000 | 2160 – 2880d | 48,96 – 58,33 | 17,14 – 20,43 |
| Bombardier Talent 2 | 85.000 – 173.000<c | 2020 – 3030d | 42,08 – 57,10 | 17,51 – 23,76 |
| Siemens Desiro ML | 132.000 | 2600d | 50,77 | 19,70 |
| Fahrzeug | Massea in kg | Leistungb in kW | Leistungsgewicht in kg/kW | Leistungskennziffer in kW/t |
|---|---|---|---|---|
| DB-Baureihe 481 (2-teilig) (S-Bahn Berlin) | 59.000 | 594d | 99,33 | 10,07 |
| DB-Baureihe 472 (3-teilig) (S-Bahn Hamburg) | 114.400 | 1500d | 76,27 | 13,11 |
| DB-Baureihe 420 (3-teilig) (S-Bahn München alt) | 129.000 | 2400d | 53,75 | 18,60 |
| DB-Baureihe 430 (4-teilig) (S-Bahn Stuttgart) | 118.800 | 2350d | 50,55 | 19,78 |
| DB-Baureihe 425 (4-teilig) (S-Bahn Hannover) | 114.000 | 2350d | 48,51 | 20,61 |
| DB-Baureihe 423 (4-teilig) (S-Bahn München neu) | 105.000 | 2350d | 44,68 | 22,38 |
| Fahrzeug | Massea in kg | Leistungb in kW | Leistungsgewicht in kg/kW | Leistungskennziffer in kW/t |
|---|---|---|---|---|
| Regioswinger (611) | 116.000c | 1080 | 107,41 | 9,31 |
| Regioswinger (612) | 116.000c | 1120 | 103,57 | 9,66 |
| Pendolino (610) | 95.350c | 970 | 98,30 | 10,17 |
| ICE TD | 219.000 | 2240 | 97,77 | 10,23 |
Flugzeuge
Bei Flugzeugen bedeutet ein geringes Masse-Leistungs-Verhältnis bzw. hohes Schub-Gewicht-Verhältnis eine höhere Steigleistung sowie eine kürzere Startrollstrecke.
Ebenso können Flugzeuge mit geringem Leistungsgewicht, insbesondere Kampfflugzeuge, langanhaltend enge Kurven mit hohen g-Kräften fliegen, da dem durch den hohen Auftrieb (der zur Überwindung der Zentrifugalkraft nötig ist) verursachten Luftwiderstand eine große Schubkraft gegenübersteht (Kurvenkampf).
Aus diesem Grund besitzen Flugzeuge ein besonders geringes Leistungsgewicht; Kampfflugzeuge sind häufig auch noch mit Nachbrennern, Boostertriebwerken oder Startraketen ausgerüstet, um kurzzeitig den Schub erhöhen zu können. Ein Schub-Gewicht-Verhältnis, welches größer als 1 ist, ermöglicht so das Beschleunigen im vertikalen Steigflug.
Beispiele und Bedeutung an Motoren
Bei Motoren wird das Leistungsgewicht mit und ohne Getriebe, Kupplung, Kühler etc. angegeben. Bei Kolbenmotoren oft auch das gerechnete Leistungsgewicht pro Zylinder. Auswahl einiger Verbrennungsmotoren mit großem Leistungsspektrum:
| Motor | Funktionsprinzip | Drehfrequenz in 1/min | Masse | Leistung in kW | Leistungsdichte in kW/kg | Leistungsgewicht in kg/kW | Zylinder | Leistung pro Zylinder in kW |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| G95ME-C9 | Zweitakt-Diesel | 70–80 | 2400 t | 82440 | 0,034 | 29,1 | 12 | 6870 |
| G40ME-C9 | Zweitakt-Diesel | 125 | 173 t | 8800 | 0,051 | 19,7 | 8 | 1100 |
| S30ME-B9 | Zweitakt-Diesel | 150 | 86 t | 5120 | 0,060 | 16,8 | 8 | 640 |
| V48/60B | Viertakt-Diesel | 500 | 250 t | 20700 | 0,083 | 12,1 | 18 | 1150 |
| L21/31 | Viertakt-Diesel | 1000 | 20 t | 2000 | 0,100 | 10,0 | 9 | 222 |
| DENQBAR | Viertakt-Diesel | – | 25 kg | 3,1 | 0,12 | 8,1 | 1 | 3,1 |
| EL 308 (alt) | Zweitakt-Otto | 3000 | 30 kg | 4,5 | 0,15 | 6,66 | 1 | 4,5 |
| DENQBAR | Viertakt-Otto | – | 17 kg | 4,8 | 0,28 | 3,5 | 1 | 4,8 |
| Delta Hawk V | Zweitakt-Diesel | 2650 | 142 kg | 135 | 0,95 | 1,05 | 4 | 33,75 |
| Hirt 3702 | Zweitakt-Otto | 5000 | 45 kg | 65 | 1,44 | 0,7 | 3 | 21,66 |
| FE (3,46 cm³) | Zweitakt-Glühzünder | 32000 | 0,45 kg | 1,4 | 3,1 | 0,32 | 1 | 1,4 |
Siehe auch
Literatur
- Hans-Hermann Braess, Ulrich Seiffert: Vieweg Handbuch Kraftfahrzeugtechnik. 2. Auflage, Friedrich Vieweg & Sohn Verlagsgesellschaft mbH, Braunschweig/Wiesbaden, 2001, ISBN 3-528-13114-4.
Einzelnachweise
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