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Drosselverluste

Definition: Energieverluste durch die Behinderung der Strömung eines Gases oder einer Flüssigkeit

Englisch: throttling losses

Kategorien: Fahrzeuge, Grundbegriffe

Autor: Dr. Rüdiger Paschotta (G+)

Wie man zitiert; zusätzliche Literatur vorschlagen

Ursprüngliche Erstellung: 31.12.2014; letzte Änderung: 03.11.2018

Drosselverluste sind Energieverluste durch eine Art von Reibung, wenn die Strömung eines Gases oder einer Flüssigkeit z. B. durch eine Engstelle (oft auch durch ein nur teilweise geöffnetes Ventil) gebremst wird. An solchen Stellen entstehen meist turbulente Strömungen, in denen ein Teil der Bewegungsenergie des Mediums in Wärme umgewandelt wird.

Vor allem im Bereich der Kraftfahrzeugtechnik ist auch der Begriff Pumpverluste gebräuchlich. Ebenfalls spricht man häufig von Gaswechselverlusten.

Im Folgenden werden zwei wichtige Beispiele für Drosselverluste und Möglichkeiten für deren Verminderung diskutiert.

Drosselverluste bei Benzinmotoren

Die Leistung eines Ottomotors (z. B. für den Betrieb mit Benzin, Flüssiggas oder Erdgas) wird gewöhnlich dadurch an den jeweiligen Leistungsbedarf angepasst, dass mithilfe einer Drosselklappe die Menge des angesaugten Kraftstoff-Luft-Gemischs reduziert wird. Dadurch entsteht aber im Ansaugtakt eine Bremswirkung auf den Zylinder. Dies ist einer der wesentlichsten Gründe dafür, dass der Wirkungsgrad eines Ottomotors im Teillastbetrieb deutlich geringer sein kann als im Volllastbetrieb. Am größten ist diese Art von Verlust, wenn ein Motor mit hoher Drehzahl und fast geschlossener Drosselklappe betrieben wird. Bei Dieselmotoren tritt dieser Effekt wohlgemerkt nicht auf; ein solcher Motor darf immer beliebig viel Luft ansaugen, da er auch mit einem größeren Verbrennungsluftverhältnis betrieben werden kann.

Die Drosselverluste eines Ottomotors lassen sich durch fortgeschrittene Techniken wesentlich vermindern:

  • Eine variable Ventilsteuerung kann die Drosselverluste deutlich vermindern. Besonders konsequent wird dies beim sogenannten Atkinson-Motor eingesetzt.
  • Die Effizienz eines Motors mit Turboaufladung, dafür aber kleinerem Hubraum, leidet bei geringer Leistung weniger unter Drosselverlusten.
  • Eine Abgasrückführung kann den Sauerstoffgehalt des Gemischs vermindern, damit eine höhere angesaugte Menge erlauben und so die Drosselverluste reduzieren.
  • Die Verwendung einer Direkteinspritzung ermöglicht den Betrieb mit hohem Verbrennungsluftverhältnis (ähnlich wie beim Dieselmotor), sodass die Drosselklappe auch bei Teillast weiter geöffnet werden kann und die Drosselverluste reduziert werden.
  • Eine weitere Methode ist die Zylinderabschaltung: Bei geringem Leistungsbedarf wird ein Teil der Zylinder nicht mehr mit Kraftstoff versorgt, und die Ventile bleiben geschlossen. Die aktiven Zylinder dagegen werden mit entsprechend erweiterter Drosselklappe betrieben.

Im Falle eines Automotors hat auch die Fahrweise einen großen Einfluss auf die Drosselverluste: Man sollte möglichst vermeiden, den Motor bei mittleren oder hohen Drehzahlen zu betreiben, solange das Gaspedal nicht relativ stark durchgedrückt wird. Die Reduktion der Leistung erfolgt also besser durch eine Absenkung der Drehzahl (d. h. Fahren in einem höheren Gang) anstatt durch Zurücknehmen des Gaspedals. Dies ist einer der Kernpunkte einer sparsamen Fahrweise namens Eco-Drive.

Drosselverluste bei Zentralheizungssystemen

In einem Zentralheizungssystem wird gewöhnlich Heizungswasser durch eine Heizungs-Umwälzpumpe ständig umgewälzt. Die einzelnen Heizkörper sind allerdings mit Thermostatventilen ausgestattet, die den jeweiligen Wasserdurchfluss entsprechend dem Wärmebedarf drosseln. Hierdurch entstehen unweigerlich Drosselverluste, wodurch mehr elektrische Energie verbraucht wird, als im Prinzip für die notwendige Umwälzung gebraucht würde.

Die Drosselverluste in einem Heizungssystem können auf verschiedene Weisen reduziert werden. Ein gängiges Verfahren ist, die Leistung der Umwälzpumpe bedarfsgemäß anzupassen. Häufig wird die Pumpenleistung reduziert, wenn der gemessene Differenzdruck an der Pumpe sonst zu hoch würde (Differenzdruck geregelte Umwälzpumpe). Eine Heizungssteuerung kann die Pumpe auch zeitweise ganz abschalten, wenn ein geringer Wärmebedarf festgestellt wird. Ein radikaleres Verfahren ist, anstatt einer zentralen Pumpe viele dezentrale Umwälzpumpen für die einzelnen Heizkörper (oder für kleine Heizkörpergruppen) einzusetzen, sodass gar keine Drosselung mehr notwendig ist: Bei kleinerem Wärmebedarf werden einfach die jeweiligen Pumpen abgeschaltet. Hiermit ist im Prinzip ein kleinerer Strombedarf möglich, wobei der technische Aufwand allerdings erheblich ist und meist in einem ungünstigen Verhältnis zur eingesparten Energiemenge liegen dürfte.

Siehe auch: Reibung, Ottomotor, Ventile beim Hubkolbenmotor, Zentralheizung, Heizungs-Umwälzpumpe
sowie andere Artikel in den Kategorien Fahrzeuge, Grundbegriffe

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