Warum sind batteriebetriebene Geräte und Werkzeuge in Volt angegeben? [geschlossen]

"Angetrieben mit einer Saugleistung von 18 Volt"

Ist das nicht nur eine unsinnige Maßnahme "Größer ist besser"?

Das, was Sie als Kunde wirklich interessiert, ist das Drehmoment oder die Leistung oder die Drehzahl des Motors oder ähnliches.

Gibt es einen direkten Zusammenhang zwischen der Versorgungsspannung und einem dieser Maßstäbe für die Motorleistung oder die Batterielebensdauer? Kommt mir nicht so vor, da jeder Motor anders ist, eine andere Anzahl von Wicklungen, eine andere Anzahl von Spulen usw. haben könnte.

Bei Motoren ist die Leistung proportional zum Drehmoment mal der Drehzahl. Für eine bestimmte Drehzahl und ein bestimmtes Drehmoment erzeugt das Gerät 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-Bohrer ist die Geschwindigkeit normalerweise variabel und hängt von der Anwendung ab. Zum Beispiel hohe Geschwindigkeit für Stahl, niedrigere Geschwindigkeit für Mauerwerk und wieder niedrigere Geschwindigkeit für "Bohrer" mit großem Loch in Holz.

Um die Leistung eines Akku-Bohrers zu erhöhen, ändern Sie die Geschwindigkeit nicht, da der Bohrer Leistung bei verschiedenen Geschwindigkeiten liefern muss.

Zwei weitere zu berücksichtigende Faktoren: Bei einem Gleichstrommotor 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 das Erhöhen der Spannung an der Spule auch den Strom und damit das abgegebene Drehmoment.

Das Erhöhen der Spannung ist also eine Möglichkeit, mit der Entwickler das Drehmoment erhöhen und damit die Leistung des Endbenutzers nutzen können!. Je mehr Volt, desto besser! Bis zu einem Punkt, an dem mehr Volt mehr Zellen bedeutet und mehr Zellen mehr Gewicht bedeuten, bedeutet mehr Gewicht mehr Ermüdung des Benutzers. Diese gleichen sich also im Moment zwischen 14,4 V DC und 18 V DC für einen typischen Akku-Bohrer aus.

Es ist unsinnig und sagt nichts über die Leistung 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" erwähnt haben, so dass das überhaupt nicht beeindruckend aussieht. Der einzige andere Grund, an den ich denken kann, 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 Frage, wie sie gestellt wurde, lautet: "Warum werden sie in Volt angegeben?" , nicht warum sie hohe Spannungen verwenden. Das wurde in der Vergangenheit in mindestens einer Frage behandelt (die ich momentan nicht finden kann). Was diese Frage über IMO ist, ist Folgendes:

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

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

Ein "leistungsstarkes" batteriebetriebenes Gerät (Bohrer sind wahrscheinlich das häufigste, aber nicht das energieintensivste) kann eine Nennleistung von 100 Watt haben.

Nehmen Sie als Beispiel
100 Watt : Bei 100 Watt 12 V ~ = 8 A, 16 V ~ = 6 A, 24 V ~ = 4 A, 36 V ~ = 3 A.
Kabel- und Verbindungsverluste sind hauptsächlich auf Wärmeverluste = I ^ R zurückzuführen.
Bei gleichen Widerstandsverlusten für 12/16/24/36 Volt würden die Proportionen
64/36/16/9 liegen, so dass ein 36-V-System normalerweise 9/64 ~ = 14% der Verluste eines 12-V-Systems aufweisen kann.
In der Praxis erhalten Sie mit abnehmendem Strom weniger Verluste bei gleichem Widerstand oder können etwas mehr Widerstand tolerieren und sind dennoch weit vorne.

In einem 12V 8A-System verbraucht ein 1-Ohm-Schaltkreiswiderstand I ^ @ R = 8 ^ 2 x 1 = 64 Watt - da dies 64% der Gesamtleistung entspricht, wäre dies unerträglich. Etwas mehr wie 0,1 Ohm = 6,4% wäre besser. Es ist außerordentlich einfach, 0,1 Ohm in Verkabelung und Anschlüssen hinzuzufügen, so dass ein 100-W-12-V-System ärgerlich schwierig zu bauen ist. Selbst ein 18V-System mit 2/3 des Stroms = 4/9 = 44% der Verluste ist sinnvoll besser.

JEDOCH mehr Spannung erfordert mehr Batteriezellen und den für Verbindungen erforderlichen Raum, zusätzlichen Verlust an Verbindungen und den Verlust des effektiven verfügbaren Volumens aufgrund von Quadratwürfel-Gesetz-Effekten * bedeutet, dass ab einer bestimmten Spannung die zusätzlichen Verluste beginnen, die Gewinne auszugleichen. Marketing ist egal und die Ingenieure und Vermarkter werden hinter den Kulissen eine Menge Zeit gehabt 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. Eine 10-Zellen-NimH-Batterie hat also eine Nennspannung von 12 V, eine 10-Zellen-LiIon derselben Größe jedoch eine Nennspannung von 36 V.

Hochwertige / hochwertige / kostenintensive Elektrowerkzeuge wie De Walt (Black & Decker in Verkleidung) verwenden in einigen Produkten LiFePO4-Zellen (Lithiumferrophosphat) mit einer Nennspannung von 3,2 V pro Zelle. 10 würde eine Nennspannung von 32 V ergeben, und dies ist in einigen Anwendungen "fast sinnvoll".
Nebenbei: Ich verstehe, dass De Walt die branchenführenden A123 LiFePO4-Zellen verwendet. A123-Zellen sind im Einzelhandel im Allgemeinen "schwer zu kaufen", und ich habe von Elektrofahrzeugherstellern gehört, die eine große Anzahl von De Walt-Batteriepacks gekauft haben, um die Zellen zu erhalten.

Quadratisches Gesetz:

Effekte, die durch Änderungen des Verhältnisses von Fläche zu Volumen bei Änderungen der Skala verursacht werden.
Die Volumina sind proportional zur Kante ^ 3.
Die 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.

Sekundäre Effekte 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.
Letzterer Effekt wirkt sich auf Batterien aus.
Wenn eine Batterie mit ungefähr der gleichen Wandstärke über einen Bereich von Größen 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
Würfel Gesamtvolumen = Kante ^ 2
Innenwürfel Innenwandvolumen ~~ = (Kante - 2 x Wandstärke) ^ 3

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

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

Die Zahlen, die für das Äußere von Elektrowerkzeugen verwendet werden, dienen dem Zweck "Größer ist besser" und unterscheiden wahrscheinlich auch verschiedene Technologien, die der Hersteller verwendet.

_{Mit anderen Worten, nur 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 ) - wie Sie diesen Geldbetrag für dieses "schäbigere" 10,8-Volt-Modell bezahlen oder Sie können extra bezahlen und das "viel leistungsfähiger" machen und besser "18 Volt Modell

2. Die meisten Werkzeuge haben austauschbare Batterien, und nur Werkzeuge mit derselben Spannung können Batterien mit derselben Spannung verwenden. Wenn Sie also einen 12-Volt-Treiber haben und eine Säge desselben Herstellers kaufen möchten, dann kaufen Sie jetzt ein 12-Volt-Modell Insgesamt 4 Batterien (und 2 Ladegeräte!), die mit beiden Werkzeugen verwendet werden können, und das ist gut so, weil eine separate Batterie oder ein separates Ladegerät ein Vermögen kostet

Abgesehen von dieser Spannung ist dies keine nützliche Maßnahme. Sie kümmern sich nicht um die Spannung, Sie kümmern sich um mechanische Eigenschaften.