Warum werden akkubetriebene Geräte und Werkzeuge in Volt angegeben? [abgeschlossen]

"Angetrieben mit einer Saugkraft von 18 Volt"

Ist das nicht nur eine unsinnige „Größer-ist-besser“-Maßnahme?

Was Sie als Kunde wirklich interessiert, ist das Drehmoment oder die Leistung oder die Drehzahl des Motors oder so etwas.

Gibt es eine direkte Beziehung zwischen der Versorgungsspannung und einem dieser Maße für die Motorleistung oder die Batterielebensdauer? Scheint mir nicht so, da jeder Motor anders ist, eine andere Anzahl von Wicklungen, eine andere Anzahl von Spulen usw. haben könnte.

Es geht wahrscheinlich eher darum, eine Vorstellung davon zu geben, welche Ersatzbatterien benötigt werden. Volt an sich sind kein großer Leistungsindikator, außer dass eine niedrigere Spannung einen höheren Strom bei gleicher Leistung verursacht. Hohe Ströme verursachen verschiedene Verluste und damit Ineffizienzen.
@Olin - Austausch könnte manchmal der Grund sein, aber ein typischer Fall hier sind Staubsauger, deren Batterien nicht vom Benutzer ausgetauscht werden können. Es muss also auch andere, obskure Gründe geben.
Ich denke, es hat damit zu tun, dass es für eine 12-V-Batterie einfacher ist, n Watt Leistung zu liefern, als für eine 4-V-8-Batterie. Verluste in Reglern/Schaltern/Kabeln. (und natürlich wollen die Reality-Marketing-Leute, dass wir darin leben).
Dies scheint eine Frage der Unterhaltungselektronik / des Marketings zu sein. Niemand hier wird aus erster Hand wissen, warum dies getan wird, es kann nicht recherchiert oder getestet werden .... Ich denke, das ist keine gute Frage für diese Site. Es wurde jedoch von einem Benutzer mit hohen Wiederholungszahlen angefragt und hat 7 Upvotes. Was ist los?
"Gibt es einen Zusammenhang zwischen Versorgungsspannung und Motorleistung?" ist keine "Verbraucher-/Marketingfrage".
@endolith, Dies wurde bereits in seiner alten Form stark beantwortet. Würde es Ihnen etwas ausmachen, das zu einer neuen Frage zu machen? Sie konzentrieren sich immer noch stark auf eine Marketingaussage, warum fragen Sie nicht gezielt nach dem, was Sie gerade in den Kommentar geschrieben haben, ohne dass Sie Marketingaussagen hinzufügen müssen.
@Kortuk: Was meinst du mit "seiner alten Form"? Warum sollte ich eine neue Frage erstellen, die mit dieser identisch ist? Sie lassen es so klingen, als wäre etwas falsch daran, Marketingaussagen in einer Frage zu erwähnen.
@endolith Der ursprüngliche Beitrag, den Sie hier gemacht haben, war anders und hinterfragte hauptsächlich Marketingansprüche und betrifft Unterhaltungselektronik.
@Kortuk: An Fragen zum Design von Unterhaltungselektronik ist entgegen der landläufigen Meinung nichts auszusetzen.
@endolith, Sie haben Recht, wir können ausführlich über Design diskutieren, aber die ursprüngliche Frage hier lässt völlig auf eine Diskussion über Design verzichten und handelt von Behauptungen über Konsumgüter, die wirklich besser zu Skeptikern passen. SE-Antwortstil. Wenn Sie den Einfluss der Antriebsspannung auf Motoren diskutieren möchten, fragen Sie das, die Bearbeitung ist jetzt ein bisschen umstritten, Sie haben bereits Antworten mit vielen positiven Stimmen für die ursprüngliche Frage. Die neue Frage ist anders genug, dass sie wirklich einen neuen Beitrag verdient.
@endolith, ich schlage gegen die Behauptung des Verbraucherprodukts vor, weil Sie dann fast zwei Fragen stellen, zur Behauptung des Verbraucherprodukts und zur Auswirkung der Antriebsspannung auf Motoren. Dies bedeutet, dass Benutzer eine oder beide Antworten geben und viele Fragen positiv bewertet werden können, nur weil sie sagen, dass sie der Behauptung der Verbraucherelektronik nicht zustimmen, wie es ChrisK unten getan hat. Formulieren Sie es, wie Sie möchten, aber konzentrieren wir uns auf die technischen Aspekte und die Diskussion über das Marketing. Ich bin sicher, Sie werden bald Zugang zu einer Website dafür haben.

Antworten (6)

Bei Motoren ist die Leistung proportional zum Drehmoment mal der Drehzahl. Für eine bestimmte Drehzahl und ein bestimmtes Drehmoment erzeugt das Gerät also eine bestimmte Menge an Leistung.

Um die Leistung zu erhöhen, gibt es zwei Möglichkeiten. Erzeugen Sie das gleiche Drehmoment bei einer höheren Drehzahl oder erhöhen Sie das Drehmoment bei einer bestimmten Drehzahl.

Bei einem Akku-Bohrschrauber ist die Drehzahl normalerweise variabel und hängt von der Anwendung ab. Zum Beispiel hohe Geschwindigkeit für Stahl, niedrigere Geschwindigkeit für Mauerwerk und wieder niedrigere Geschwindigkeit für Weitlochbohrer in Holz.

Ok, um die Leistung eines Akku-Bohrschraubers zu erhöhen, werden Sie die Geschwindigkeit nicht ändern, da der Bohrer Leistung bei einer Vielzahl von Geschwindigkeiten liefern muss.

Zwei weitere Faktoren, die bei einem Gleichstrommotor zu berücksichtigen sind, ist die Spannung proportional zur Drehzahl und der Strom proportional zum Drehmoment.

Aber alles, was die Designer tun, ist, die Packspannung zu erhöhen. Bei einem gegebenen Spulenwiderstand im Gleichstrommotor erhöht eine Erhöhung der Spannung an der Spule auch den Strom und damit das abgegebene Drehmoment.

Das Erhöhen der Spannung ist also eine Möglichkeit für Designer, das Drehmoment zu erhöhen und somit die Leistung, die die Endbenutzer nutzen können!. Also mehr Volt desto besser! Bis zu einem gewissen Punkt bedeutet mehr Volt mehr Zellen und mehr Zellen mehr Gewicht, mehr Gewicht bedeutet mehr Ermüdung des Benutzers. Diese gleichen sich also tendenziell aus, im Moment irgendwo zwischen 14,4 V DC und 18 V DC für einen typischen Akku-Bohrschrauber.

Dies ist eine gute Antwort, aber "bei einem bestimmten Spulenwiderstand ... erhöht sich die Spannung ... erhöht auch ... das abgegebene Drehmoment". Sie können also wirklich nicht einen Hersteller anhand der Spannungsspezifikationen mit einem anderen vergleichen, da der Spulenwiderstand unterschiedlich sein könnte?

Es ist unsinnig und sagt nichts über die Macht des Werkzeugs aus. Sie würden denken, dass sie Spannung verwenden, weil sie beeindruckendere Zahlen hat, aber ich habe Geräte (Dustbuster) gesehen, die in großen Ziffern "2,4 V" erwähnten, so dass das überhaupt nicht beeindruckend aussieht. Der einzige andere Grund, der mir einfällt, ist, dass die Leute mit dem Wort "Volt" besser vertraut sind als mit dem Wort "Watt" (was nicht bedeutet, dass sie wissen würden, was beides bedeutet).

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Ich denke, eine Reihe von Antworten liegt außerhalb der Frage. Die gestellte Frage lautet : "Warum werden sie in Volt angegeben?" , nicht, warum sie Hochspannungen verwenden. Das wurde in der Vergangenheit in mindestens einer Frage behandelt (die ich im Moment nicht finden kann). Worum es bei dieser Frage IMO geht, ist Folgendes:

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

und das ist unsinnig! Es sagt nichts über die Fähigkeiten des Dustbusters aus. Meiner sagt stolz "2,4 V", und ich kann nicht glauben, dass dieser hier die 9-fache Saugkraft von mir hat. Es wäre in der Lage, Schwarze Löcher zu erzeugen, wenn es so wäre. Meins war billig, und meiner Meinung nach veröffentlichte Black & Decker es, um eine Referenz für ihre anderen Staubsauger zu haben. Eine 3,6 V ist besser als eine 2,4 V, daher können wir einen höheren Preis dafür verlangen. Diese Marketing-Jungs sind keine Idioten. Fragen Sie Jane Doe, welches das stärkste ist, und sie wird das mit der höchsten Spannung sagen. Wollen wir wetten?

Wenn Sie mit dem Wort besser vertraut sind, warum verwenden Sie nicht „Break Horse Power“? ;Ö)
Aber Glühbirnen verbrauchen Watt, also müssen die Leute ziemlich an diese Einheit gewöhnt sein.
Es ist keineswegs unsinnig. Aus Gründen wie der Tatsache, dass die meisten parasitären Leistungsverluste stromproportional sind, verwenden Hochleistungsversionen von batteriebetriebenen Geräten (seien es ferngesteuerte Flugzeuge, Bohrschrauber oder tragbare Computer) tendenziell eine größere Anzahl von Zellen mit mittlerer Kapazität. eher als eine kleinere Anzahl von Zellen mit extra großer Kapazität.
@Chris - (Ist das Downvote deins?) Ich stimme dem zu, was du sagst, aber meiner Meinung nach ist das nicht das, was gefragt wird. Siehe die Bearbeitung meiner Antwort.
@ChrisStratton: Damit ein Motor bei einer höheren Spannung sinnvoll arbeiten kann, muss er im Allgemeinen entweder stärkere Magnete oder mehr Windungen an seinen Spulen haben, als bei einer niedrigeren Spannung erforderlich wären. Das Hinzufügen von mehr Windungen würde den parasitären Verlust pro Stromeinheit erhöhen, die Verwendung von Magneten mit besserer Qualität jedoch nicht. Darüber hinaus ist selbst das Hinzufügen von Windungen etwas, was Hersteller im Allgemeinen nicht tun würden, es sei denn, es wäre notwendig, um ein gewünschtes Niveau an Produktleistung zu erreichen.
@supercat - du irrst dich. Tatsächlich kann man oft einfach eine weitere Zelle hinzufügen und ohne Änderungen eine höhere Leistung erzielen, vorausgesetzt, die vorhandenen Komponenten werden nicht zerstörerisch überhitzt oder entmagnetisiert oder erleiden mechanisches Versagen. Versuchen Sie, einige der Texte von technischen Autoren über Hochleistungs-R/C-Flugzeuge zu lesen. Selbst in einmaligen Systemen, die von ihren Benutzern gebaut werden, werden trotz ihrer höheren Kosten im Allgemeinen hohe Zellenzahlen in Leistungsanwendungen bevorzugt.
@ChrisStratton: Ich hätte deutlicher sein sollen; Wenn der Motor mit einer Spannung unter seinem höchsten Nutzwert betrieben wird, was bedeutet, dass er für seine Anwendung "überdimensioniert" ist, kann man mehr Leistung erzielen, indem man ihn mit einer höheren Spannung betreibt. Es gibt jedoch eine Grenze, um wie viel man die Spannung sinnvollerweise erhöhen kann, und sobald diese Grenze erreicht ist, würden meine Kommentare gelten.
@supercat - solche Grenzen sind selten hart, sondern haben stattdessen Kompromisse mit Dingen wie der Lebensdauer.
@ChrisStratton: In der Tat. Mein Punkt war, dass ein Motor, der bei 24 Volt Gleichstrom nützlich sein wird, stärkere Magnete oder mehr Windungen in seinen Wicklungen erfordern würde, als dies beispielsweise in einem 1,5-Volt-Hobbymotor zu finden wäre. Wenn man also sagt, dass eine Bohrmaschine mit 24 Volt arbeitet, bedeutet dies, dass ihr Motor teurer (und hoffentlich besser) sein wird als ein 1,5-Volt-Hobbymotor für ein Dutzend Cent. Obwohl das durch die Spannung implizierte Qualitätsniveau nicht besonders hoch ist – selbst eine 7,2-Volt-Bohrmaschine hätte normalerweise einen Motor, der besser wäre als ein kostengünstiger 24-VDC-Motor –, gibt es immer noch eine gewisse Korrelation.

Die Erhöhung der Batteriespannung in tragbaren Geräten wird teilweise durch Praktikabilität und teilweise durch Marketing vorangetrieben, aber in den letzten zehn Jahren war Marketing definitiv der Hauptfaktor.

Ein "leistungsstarkes" batteriebetriebenes Gerät (Bohrer sind wahrscheinlich die gebräuchlichsten, aber nicht die leistungsintensivsten) kann eine Nennleistung von Hunderten von Watt haben.

Beispiel 100 Watt:
Bei 100 Watt 12V ~= 8A, 16V ~= 6A, 24V ~= 4A, 36V ~= 3A.
Verluste in Verkabelung und Anschlüssen sind hauptsächlich auf Wärmeverluste = I^R zurückzuführen.
Bei gleichen Widerstandsverlusten für 12/16/24/36 Volt wären die Anteile
64/36/16/9, sodass ein 36-V-System fiktiv 9/64 ~ = 14% der Verluste eines 12-V-Systems haben kann.
Wenn also der Strom mit zunehmender Spannung sinkt, erhalten Sie in der Praxis weniger Verluste bei gleichem Widerstand oder können etwas mehr Widerstand tolerieren und sind immer noch weit vorne.

In einem 12-V-8-A-System wird ein Schaltungswiderstand von einem Ohm I ^ @ R = 8 ^ 2 x 1 = 64 Watt abführen - da dies 64% der Gesamtleistung ausmacht, wäre dies nicht tolerierbar. Etwas mehr wie 0,1 Ohm = 6,4 % wäre besser. Es ist außerordentlich einfach, 0,1 Ohm in Verkabelung und Anschlüssen hinzuzufügen, sodass ein 100-W-12-V-System ärgerlich schwierig zu bauen ist. Auch ein 18V System mit 2/3 Strom = 4/9 = 44% der Verluste ist brauchbar besser.

JEDOCH erfordert mehr Spannung mehr Batteriezellen und den für Verbindungen erforderlichen Platz, zusätzliche Verluste in den Verbindungen und der Verlust des effektiv verfügbaren Volumens aufgrund von Quadratkubikgesetz-Effekten* bedeutet, dass oberhalb einer bestimmten Spannung die zusätzlichen Verluste beginnen, die Gewinne auszugleichen. Dem Marketing ist das egal, und die Ingenieure und Marketingfachleute werden einen Blick hinter die Kulissen geworfen haben, um zum Endergebnis zu gelangen.

Ein Faktor, der höhere Spannungen erleichtert, ist die Verwendung von LiIon-Zellen. Diese haben eine Nennspannung von beispielsweise 3,6 V/Zelle, was etwa dem Dreifachen von NiCd oder NimH entspricht, sodass eine 10-Zellen-NimH-Batterie eine Nennspannung von 12 V hat, eine 10-Zellen-LiIon derselben Größe jedoch eine Nennspannung von 36 V.

Hochklassige/qualitative/kostengünstige Elektrowerkzeuge wie De Walt (Black & Decker in Disguise) verwenden in einigen Produkten LiFePO4-Zellen (Lithium-Ferro-Phosphat) mit einer Nennspannung von 3,2 V pro Zelle. 10 würde 32 V nominal ergeben und dies wird in einigen Anwendungen "fast sinnvoll" sein.
Eine Randbemerkung: Ich verstehe, dass De Walt die branchenführenden A123 LiFePO4-Zellen verwendet. A123-Zellen sind auf dem Einzelhandelsmarkt im Allgemeinen „schwer zu kaufen“, und ich habe von Elektrofahrzeugherstellern gehört, die eine große Anzahl von De Walt-Batteriepacks kaufen, um die Zellen zu bekommen.

Würfelgesetz:

Effekte, die durch Änderungen des Verhältnisses von Fläche zu Volumen bei Maßstabsänderungen verursacht werden.
Volumen sind proportional zu edge^3.
Oberflächen sind proportional zu egde^2.
Das Verhältnis von Volumen zu Kante ist also proportional zu Kante ^ 3 / Kante ^ 2 = Kante - was bedeutet, dass das Volumen pro Oberfläche zunimmt, wenn Objekte größer werden.

Nebeneffekte davon sind zB, dass es schwieriger ist, große Dinge durch Oberflächenstrahlung zu kühlen.
Umgekehrt ist es schwieriger, kleine Dinge warm zu halten, wenn es kalt ist.
Bei einer gegebenen Oberflächendicke haben große Dinge weniger Inhalt pro Volumen.
Der letztere Effekt wirkt sich auf Batterien aus.
Wenn eine Batterie über eine Reihe von Größen mit ungefähr der gleichen Wandstärke gebaut werden kann, haben große Batterien mehr aktiven Inhalt pro Volumen als kleine.

Ein einziges Beispiel.
Zwei Würfel mit 1 mm dicken Wänden und Kanten von 1 cm und 4 cm.
Wandvolumen = 6 x Kante ^3 x 1 mm Würfelgesamtvolumen
= Kante ^2 Innenwandvolumen des
inneren Würfels ~~= (Kante - 2 x Wand_Dicke) ^3

1 cm Würfel inneres/äußeres Volumen = (10-2)^3/10^3 = 512/1000 mm^2 = 51%
4cm Würfel inneres/äußeres = (40-2)^3/40^3 = 54872/64000 = 85 %. !!!
Der 4 x größere Kantenwürfel ist 85/51 = 1,59 x effektiver für einen Benutzer des verfügbaren Volumens als der kleine.
Fazit: Hochvolt-Akkupacks, die NimH oder NiCd verwenden, können allein aus diesem Grund eine schlechte Idee sein. Da sind andere.

Ich frage mich, ob die Bohrmaschinenhersteller ursprünglich von 12 V auf 18 V umgestiegen sind, nur weil sie die mechanische Kompatibilität mit dem Teil des Akkus, der in den Griff passt, beibehalten mussten, also haben sie dem Teil des Akkus, der sich außerhalb befindet, mehr Zellen gleicher Größe hinzugefügt der Handgriff. Relativ einfacher Wechsel, das Komponentenvolumen stieg und die Stückkosten sanken, und ein Bohrer konnte beide Packungen mechanisch aufnehmen. Dann dachte das Marketing, dass dies der einfachste Weg sei, für „einen Unterschied zu werben, für den es sich zu zahlen lohnt“, ohne einen Krieg darüber zu beginnen, welche mechanischen Spezifikationen (Drehmoment usw.) am wichtigsten sind.

Pferdestärken wären eine kleinere Zahl, und die Marketingabteilung würde es vorziehen, eine größere Zahl als die der Konkurrenz zu verwenden, aber keine große Wattzahl, da große Wattzahlen für einige Marktsegmente nicht als "grün" genug vermarktet werden. Bei gleichwertigen Technologien und Batteriepaketkosten können höhere Spannungen effizienter sein oder weniger Verdrahtungs- und Umwandlungsverluste bei der Erzeugung nutzbarer Werkzeugleistung verursachen.

Die auf dem Äußeren von Elektrowerkzeugen angebrachten Nummern dienen dem „Größer ist besser“-Zweck und wahrscheinlich auch zur Unterscheidung verschiedener Technologien, die der Hersteller verwendet.

Also rein zu Marketingzwecken.

Diese Maßnahme ist in der Tat unsinnig. Es gibt zwei Gründe, warum es verwendet wird

  1. Es ermöglicht den Marketingvergleich von Werkzeugen desselben Herstellers mit unterschiedlichen Spannungen (siehe diese verwandte Frage ) - als ob Sie diesen Geldbetrag für dieses "beschissenere" 10,8-Volt-Modell bezahlen oder Sie können extra bezahlen und das "viel leistungsstärkere" bekommen und besser" 18-Volt-Modell

  2. Die meisten Werkzeuge haben austauschbare Batterien und nur Werkzeuge mit der gleichen Spannung können Batterien mit der gleichen Spannung verwenden - wenn Sie also einen 12-Volt-Treiber haben und eine Säge des gleichen Herstellers kaufen möchten, dann haben Sie jetzt ein 12-Volt-Modell, das Sie kaufen insgesamt 4 Akkus (und 2 Ladegeräte!), die mit beiden Werkzeugen verwendet werden können und das ist auch gut so, denn ein separater Akku oder ein separates Ladegerät kostet ein Vermögen

Abgesehen davon ist die Spannung kein nützliches Maß. Die Spannung ist Ihnen egal, Sie interessieren sich für die mechanischen Eigenschaften.

Warum werden akkubetriebene Geräte und Werkzeuge in Volt angegeben? [abgeschlossen]
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