Vorteile leichter Laufräder nachgerechnet
Stefan Salewski
überschlagen, wie groß der Anteil der Rotationsenergie der
Räder an der gesamten Bewegungsenergie eines Fahrrades ist.
m = Masse von Felge, Schlauch und Mantel (für ein Laufrad)
M = Masse von Rad und Fahrer
V = Fahrgeschwindigkeit
T = Periodendauer bzw. Umlaufzeit des Laufrades
F = 1/T Umlauffrequenz
W = 2Pi*F = Winkelgeschwindigkeit
R = Raddurchmesser
J = Trägheitsmoment des Laufrades
V = 2Pi*R/T = 2Pi*R*F = R*W
Wkim = kinetische Energie der Translationsbewegung
Wrot = Rotationsenergie des Laufrades
Wges = Wkin + Wrot
J = (Summe über i) ri*ri*mi
Wrot = (1/2)*J*W*W
Wkin = (1/2)*M*V*V
Da das Trägheitsmoment J mit r zum Quadrat anwächst, kann man
die Rotationsenergie der Nabe vernachlässigen, es tragen im
wesentlichen nur Felge, Schlauch und Mantel zum Trägheitsmoment
bei. In recht guter Näherung kann man annehmen, dass die Masse
von Felge, Schlauch und Mantel auf dem Radumfang angeordnet ist.
Dann erhält man für das Trägheitsmoment eines Laufrades:
J = R*R*m (für ein Laufrad)
Nun bilden wir den Quotienten aus Rotationsenergie und
kinetischer Translationsenergie:
Wrot/Wkin = (R*R*m*W*W)/(M*V*V)
Wrot/Wkin = (R*R*m*W*W)/(M*R*W*R*W)
Wrot/Wkin = m/M
Da m viel kleiner als M ist, ist auch die Rotationsenergie viel
kleiner als die Bewegungsenergie der Translationsbewegung. M ist
die Masse von Fahrer und Rad, m die Masse von Felge, Schlauch und
Mantel. Da die meisten Fahrräder zwei Laufräder haben, muss man m
verdoppeln. Auch dann beträgt der Anteil der Rotationsenergie nur
ca. 2 bis 3% der gesamten Bewegungsenergie!
Man kann nun auch die gesamte Bewegungsenergie angeben:
Wrot = Wkin*m/M
Wges = Wkin + Wrot
Wges = Wkin + Wkin*m/M
Wges = (1/2)*M*V*V+(1/2)*M*V*V*m/M
Wges = (1/2)*M*V*V+(1/2)*m*V*V
Macht man den Fahrer oder ein nicht rotierendes Teil um dM schwerer,
so erhöht sich die Bewegungsenergie um
dWges = (1/2)*dM*V*V
Macht man dagegen eine Felge, einen Schlauch oder einen Mantel um dm
schwerer, so erhöht sich die rotierende Masse m um dm, und auch die
Gesamtmasse M um dm, die Bewegungsenergie wächst daher um
dWges = (1/2)*dm*V*V+(1/2)*dm*V*V = dm*V*V
Tatsächlich wirkt sich Mehrgewicht bei Felge, Schlauch und Mantel
daher doppelt so stark aus wie bei den nichtrotierenden
Teilen. Dennoch liegt der Anteil der Rotationsenergie nur bei 2 bis
drei Prozent der gesamten Bewegungsenergie.
Daher erscheint es mir nicht sinnvoll, extrem leichte Felgen,
Schläuche oder Mäntel zu verwenden, es sei denn bei Rennen, wo es auf
jede Sekunde ankommt. Die Bewegungsenergie ist eh nur bei
Geschwindigkeitsänderungen von Bedeutung, also insbesondere in der
Stadt oder bei Sprints. Bergauf ist natürlich die Gesamtmasse
wichtig. Sonst dominiert aber bei langsamer Fahrt der Rollwiderstand
und bei höheren Geschwindigkeiten der Luftwiderstand.
Gruß
Tilman Wetter
[...](toll)!
>
> Daher erscheint es mir nicht sinnvoll, extrem leichte Felgen,
> Schläuche oder Mäntel zu verwenden, es sei denn bei Rennen, wo es auf
> jede Sekunde ankommt. Die Bewegungsenergie ist eh nur bei
> Geschwindigkeitsänderungen von Bedeutung, also insbesondere in der
> Stadt oder bei Sprints. Bergauf ist natürlich die Gesamtmasse
> wichtig. Sonst dominiert aber bei langsamer Fahrt der Rollwiderstand
> und bei höheren Geschwindigkeiten der Luftwiderstand.
>
Erzähl mir das bitte!
Ich habe jetzt für den Winter den Nokian Extreme 296 aufgezogen, der hat
in etwa 400 g mehr pro Laufrad als der IRC Serac XC den ich sonst draufhabe.
Bei dem Reifen sitzt ausserdem sehr viel Gewicht in den Carbidnägeln und
der Sehr festen Lauffläche ganz aussen.
Ist wie bei den Eiskunstläufern, streck die Arme weg und du rotierst nur
noch sehr langsam, zieh sie ein und du hebst fast ab.
Eine verlängerte Hausrunde (ca 70 Km, 1500hm) mit dem Serac und du gehst
noch bis 3 in der Früh Tanzen, mit dem Extreme willst du nach der Runde
ab 5 am Abend nur noch ruhen, wenn du kannst vor lauter Luftholen.
Macht viel aus, richtig viel, vor allem in der Endgeschwindigkeit.
Auf einer langen 8% Gefälle Strecke, auf der ich normal wegen meines
Körpergewichtes den anderen um zig Meter davonfahre, musste ich mit
voller Anstrengung reintreten, während die anderen nur so rollten und
ich hatte keine Chance aufzuschliessen.
Der Hac wirft über drei Fahrten einen Schnitt von 13 KmH aus, normal
fakr ich die Runde mit ~17kmH Schnitt
Die Schnellabfahrt auf Schotter, wo die Spikes ja wohl echt wurscht sind
geht mit dem Serac bis 56 kmh, mit dem schweren Extreme maximal 45,
wobei man noch richtig mittreten muss.
Soviel aus der gelebten Praxis. (die Runde fahr ich übrigens immer mit
4Bar im Satz, also knallhart.)
Der Unterschied vom Serac zum Specialized Dirt Master/Control beträgt
etwa 40g pro Reifen und ist in der Fahrleistung nicht feststellbar.
Til
Philipp Pischke
hab gerade gelesen, du fährst den IRC Serac. Ist der Reifen
weiterzuempfehlen? Kannst Du eben die Fahrcharakteristik auf verschiedenen
Untergründen (Schotter, feuchter Waldboden/rutschige Wurzeln, Schlamm) grob
umreißen?
Danke, mfG, Philipp
Stefan Salewski
> Stefan Salewski wrote:
>
> [...](toll)!
>>
>> Daher erscheint es mir nicht sinnvoll, extrem leichte Felgen,
>> Schläuche oder Mäntel zu verwenden, es sei denn bei Rennen, wo
>> es auf
>> jede Sekunde ankommt. Die Bewegungsenergie ist eh nur bei
>> Geschwindigkeitsänderungen von Bedeutung, also insbesondere in
>> der Stadt oder bei Sprints. Bergauf ist natürlich die
>> Gesamtmasse wichtig. Sonst dominiert aber bei langsamer Fahrt
>> der Rollwiderstand und bei höheren Geschwindigkeiten der
>> Luftwiderstand.
>>
> Erzähl mir das bitte!
>
> Ich habe jetzt für den Winter den Nokian Extreme 296
> aufgezogen, der hat in etwa 400 g mehr pro Laufrad als der IRC
> Serac XC den ich sonst draufhabe.
>
>
> Macht viel aus, richtig viel, vor allem in der
> Endgeschwindigkeit.
>
> Auf einer langen 8% Gefälle Strecke, auf der ich normal wegen
> meines Körpergewichtes den anderen um zig Meter davonfahre,
> musste ich mit voller Anstrengung reintreten, während die
> anderen nur so rollten und ich hatte keine Chance
> aufzuschliessen.
>
>
> Til
Also gut, ich erzähle es Dir nochmal ganz langsam:
Die Trägheit von Masse und ebenso das Trägheitsmoment rotierender
Teile wirken nicht permanent der Bewegung entgegen, sondern
machen nur Bewegungsänderungen schwieriger. Das ein rollender Ball
auf ebenem Untergrund langsamer wird und irgendwann liegenbleibt hat
nicht direkt etwas mit seiner Masse oder seinem Trägheitsmoment zu tun,
sondern mit der Rollreibung und dem Luftwiderstand. Gut, die
Rollreibung hängt von seiner Masse ab, aber darum geht es hier nicht.
> Macht viel aus, richtig viel, vor allem in der
> Endgeschwindigkeit.
Eben! Für die Endgeschwindigkeit hat das Trägheitsmoment der Räder
keine Bedeutung, es bremst ja nicht, sondern verlangsamt nur den
Beschleunigungsvorgang. Die maximale Endgeschwindigkeit ist erreicht,
wenn die Summe aller auf das Fahrrad (und Dich) einwirkenden Kräfte
sich zu Null addieren. Das ist auf gerader Strecke dann der Fall,
wenn Deine Muskelkraft gerade von Luftwiderstand und Rollreibung
kompensiert wird. Wenn Du Dich Berg runter nur rollen lässt, dann
ist die maximale Endgeschwindigkeit dann erreicht, wenn die
beschleunigende Hangabtriebskraft (F=m*g*sin(alpha)) gerade durch
die Summe aller Reibungskräfte (Luftwiderstand und Rollreibung)
kompensiert wird.
Die Rollreibung ist näherungsweise proportional zu der Gesamtmasse,
aber ein Prozent mehr oder weniger kann man kaum spüren.
Ich glaub Dir ja, dass Du bei den Reifen deutliche Unterschiede
spürst. Aber wo dran wird das wohl liegen?
Im wesentlichen an der durch den Reifentyp bestimmten Rollreibung!
Bei der Rollreibung gibt es deutliche Unterschiede, meist hat ein
Reifen mit groben Profil und dicker Gummidecke, die beim Fahren
durchgewalkt wird, mehr Rollwiderstand als ein dünner, schmaler Slick.
Und wenn Du es immer noch nicht glaubst: Heb mal das Fahrrad hoch und
setze ein Rad durch einen kräftigen Schubs mit der Hand in schnelle
Bewegung. Viel Kraft bzw. Energie ist dazu wirklich nicht nötig!
Gruß
Stefan Salewski
Tilman Wetter
> Hi,
>
> hab gerade gelesen, du fährst den IRC Serac. Ist der Reifen
> weiterzuempfehlen?
IMHO ja.
> Kannst Du eben die Fahrcharakteristik auf verschiedenen
> Untergründen
>(Schotter.....
Gut, ausser tiefer Rundkies, aber das ist immer scheisse
>feuchter Waldboden......
Gut er ackert sich da durch, auch steil bergauf und steil bergab.
>rutschige Wurzeln.....
Scheisse, wie jeder andere Reifen, ausser die Wurzeln sind eher eben.
Bei mir sind feuchte Wurzeln aber meist eine Begleiterscheinung bei
Querungen stark geneigter Hänge.
Auf dem Untergrund hat der Extreme seine stärkeren Seiten, wenngleich er
auf Eis besser ist.
> Schlamm)
Gut, auch wenn er da viel hochwirft und bei Lehm schon mal zusetzt.
Asphalt
Gut, geringerer Rollwiderstand als der Schwalbe Slick 1,75, oder der
Specialized Semislick den ich auch schon mal fuhr
grob
> umreißen?
>
Kommt überall dort locker hin, wo der Mythos auch hinkommt und ist schneller
(einer meiner Kumpel ist genauso schwer wie ich, hat das gleich Rad und
beim runterrollen auf jedem Boden, ohne mittreten, häng ich ihn immer
schnell ab.)
Til
Tilman Wetter
> Tilman Wetter wrote:
>
[...]
>
>
> Also gut, ich erzähle es Dir nochmal ganz langsam:
> Die Trägheit von Masse und ebenso das Trägheitsmoment rotierender
> Teile wirken nicht permanent der Bewegung entgegen, sondern
> machen nur Bewegungsänderungen schwieriger. Das ein rollender Ball
> auf ebenem Untergrund langsamer wird und irgendwann liegenbleibt hat
> nicht direkt etwas mit seiner Masse oder seinem Trägheitsmoment zu tun,
> sondern mit der Rollreibung und dem Luftwiderstand.
Aber nachdem ein Ball auf ebener Strecke ausläuft und stehenbleibt, muss
ein Rad, das auf ebener Strecke nicht stehenbleiben will, dauernd
beschleunigt werden.
Gut, die
> Rollreibung hängt von seiner Masse ab, aber darum geht es hier nicht.
Wie du weiter unten anführst dürfte das aber sehr wohl merkbar sei, bzw
dürfte ein schwererer Reifen offensichtlich einen höheren Rollwiderstand
haben, also langsamer sein, was ich weiter unten aber tw selbst
widerspreche.
>
>
>>Macht viel aus, richtig viel, vor allem in der
>>Endgeschwindigkeit.
>
>
> Eben! Für die Endgeschwindigkeit hat das Trägheitsmoment der Räder
> keine Bedeutung, es bremst ja nicht, sondern verlangsamt nur den
> Beschleunigungsvorgang.
Dennoch wirkt sich der Treibstoffverbrauch (vorsicht OT) bei einem
verhältnissmässig schweren 215/65er Reifen mit über einem Liter mehr
gengenüber dem um 700g leichteren 175/75er aus.
Der eine Besteht aus Lauffläche aussen, der andere aus Seitenwand
weniger weit aussen, bei annähernd gleichem Aussendurchmesser.
Klar hat der 215er theoretisch mehr Riebung, aber der 175er ist ein
weicher Winterreifen mit weicherer Gummimischung, also mehr
beabsichtigter Reibung.
> Die maximale Endgeschwindigkeit ist erreicht,
> wenn die Summe aller auf das Fahrrad (und Dich) einwirkenden Kräfte
> sich zu Null addieren. Das ist auf gerader Strecke dann der Fall,
> wenn Deine Muskelkraft gerade von Luftwiderstand und Rollreibung
> kompensiert wird. Wenn Du Dich Berg runter nur rollen lässt, dann
> ist die maximale Endgeschwindigkeit dann erreicht, wenn die
> beschleunigende Hangabtriebskraft (F=m*g*sin(alpha)) gerade durch
> die Summe aller Reibungskräfte (Luftwiderstand und Rollreibung)
> kompensiert wird.
>
> Die Rollreibung ist näherungsweise proportional zu der Gesamtmasse,
> aber ein Prozent mehr oder weniger kann man kaum spüren.
>
> Ich glaub Dir ja, dass Du bei den Reifen deutliche Unterschiede
> spürst. Aber wo dran wird das wohl liegen?
>
> Im wesentlichen an der durch den Reifentyp bestimmten Rollreibung!
> Bei der Rollreibung gibt es deutliche Unterschiede, meist hat ein
> Reifen mit groben Profil und dicker Gummidecke, die beim Fahren
> durchgewalkt wird, mehr Rollwiderstand als ein dünner, schmaler Slick.
Nicht unbedingt, denn der Serac ist ein eher schwerer Reifen mit richtig
mächtig Profil, hat aber einen annehmbar geringen Rollwiederstand.
Er ist definitiv schneller als der gleich schwere Schwalbe Slick
Sind beide Reifen gleich schwer und einer hat eine genoppte Oberfläche,
der andere ist Glatt, so muss der glatte Reifen demzufolge (theoretisch)
mehr seines Gewichtes weiter aussen sitzen haben, er also mehr
Widerstand entgegensetzen, permanent in Rotation gehalten zu werden,
oder kannst du das bitte noch langsamer erklären?
>
> Und wenn Du es immer noch nicht glaubst: Heb mal das Fahrrad hoch und
> setze ein Rad durch einen kräftigen Schubs mit der Hand in schnelle
> Bewegung. Viel Kraft bzw. Energie ist dazu wirklich nicht nötig!
Mach das eine Stunde lang und schau dir deinen Trizeps an ;-)
Til
Stephan Bressler
> ein Rad, das auf ebener Strecke nicht stehenbleiben will, dauernd
> beschleunigt werden.
zugeführt werden, die durch Reibung und Luftwiderstand verloren geht.
Beschleunigung bedeutet, dass es _schneller_ wird (oder auch langsamer bei
neg. Beschleunigung).
<snip>
>
> Dennoch wirkt sich der Treibstoffverbrauch (vorsicht OT) bei einem
> verhältnissmässig schweren 215/65er Reifen mit über einem Liter mehr
> gengenüber dem um 700g leichteren 175/75er aus.
> Der eine Besteht aus Lauffläche aussen, der andere aus Seitenwand
> weniger weit aussen, bei annähernd gleichem Aussendurchmesser.
> Klar hat der 215er theoretisch mehr Riebung, aber der 175er ist ein
> weicher Winterreifen mit weicherer Gummimischung, also mehr
> beabsichtigter Reibung.
Weil ein Auto auch mal beschleunigt. Wenn es mit konstanter Geschwindigkeit
fahren würde, käme es nur auf den Rollwiderstand der Reifen an.
Stephan
Stefan Salewski
> ...
>
> Aber nachdem ein Ball auf ebener Strecke ausläuft und
> stehenbleibt, muss ein Rad, das auf ebener Strecke nicht
> stehenbleiben will, dauernd beschleunigt werden.
Gut, noch ein paar kurze Bemerkungen, dann sollten wir die
Diskussion hier aber beenden. Bei weiteren Unklarheiten bitte
direkte Mail an mich.
Beschleunigung ist definiert als Geschwindigkeitsänderung. Um
einen Körper, der Reibungskräften ausgesetzt ist, in Bewegung
zu halten, muss man die Reibungskräfte durch eine antreibende
Kraft kompensieren. Du musst daher permanent Kraft
bzw.Leistung (Leistung=Kraft*Geschwindigkeit) aufwenden, um
das Fahrrad auf konstanter Geschwindigkeit zu halten. Das
hast Du sicher auch gemeint, es war bloß unglücklich formuliert.
>> Rollreibung hängt von seiner Masse ab, aber darum geht es hier
>> nicht.
>
> Wie du weiter unten anführst dürfte das aber sehr wohl merkbar
> sei, bzw dürfte ein schwererer Reifen offensichtlich einen
> höheren Rollwiderstand haben, also langsamer sein, was ich
> weiter unten aber tw selbst widerspreche.
>
Die Rollreibung ist näherungsweise proportional zum Gesamtgewicht
bzw. zur Gesamtmasse (Gewichtskraft=Masse*Erdbeschleunigung).
Für die Rollreibung ist es egal, ob die Masse rotiert oder nicht.
Wenn Du die Felgen um 1kg schwerer machst oder den Rahmen oder
Dich selbst, so wird die Rollreibung um rund 1% zunehmen.
Du hast also im Prinzip recht, ein schwerer Reifen vergrößert
die Gesamtmasse etwas, damit steigt auch die Rollreibung etwas.
Genauso steigt die Rollreibung, wenn Du gut zu Mittag gegessen
hast. Aber das eine Prozent kann man nicht direkt spüren, sondern
nur bei Rennen mit der Stoppuhr messen.
> ...
> Dennoch wirkt sich der Treibstoffverbrauch (vorsicht OT) bei
> einem verhältnismäßig schweren 215/65er Reifen mit über einem
> Liter mehr gegenüber dem um 700g leichteren 175/75er aus.
> Der eine Besteht aus Lauffläche außen, der andere aus
> Seitenwand weniger weit außen, bei annähernd gleichem
> Aussendurchmesser. Klar hat der 215er theoretisch mehr Reibung,
> aber der 175er ist ein weicher Winterreifen mit weicherer
> Gummimischung, also mehr beabsichtigter Reibung.
>
Ein Mehrverbrauch von einem Liter auf 100/km durch schwerere
Reifen ist einfach nicht möglich. Ich hatte ausgerechnet, dass
die Masse an den Rädern doppelt zählt, wenn man den ungünstigsten
Fall annimmt, nämlich dass die Masse sich ganz außen am
Radumfang befindet. Wenn man annimmt, dass die gesamte Kraftstoff-
menge nur fürs Beschleunigen verwendet wird (permanentes Stopp and Go)
müsste man die Reifenmasse um 5% der Gesamtautomasse, also um ca. 50kg
erhöhen, um einen Mehrverbrauch von einem Liter bzw. ca. 10% zu erhalten.
Ich selbst habe zwar kein Auto, aber von Bekannten weiß ich, dass einige
einen Verbrauchsunterschied von bis zu 0,3 Liter auf 100km mit anderen
Reifen erfahren haben. Da trägt aber sicher auch der reifentyp-bedingte
Rollwiderstand bei, breitere Reifen haben wegen ihrer größeren
Frontfläche auch etwas mehr Luftwiderstand und werden durch Wasser
auf der Fahrbahn auch mehr gebremst. Gröberes Reifenprofil wird sicher
auch mehr Luftwirbel erzeugen.
Es gibt auch Leute, die tatsächlich meinen, dass sie mit Wintereifen
einen Liter mehr je 100 km verbrauchen. Diese Leute vergessen aber, dass
ein Auto im Winter immer etwas mehr verbraucht, wegen Warmlaufverlusten,
weil man öfter mit Licht, Heizungsgebläse, Heckscheibenheizung usw.
fährt. Vermutlich rollt ein Reifen bei Kälte auch schlechter, da das
Gummi härter und steifer ist.
Ich kenne auch jemanden, dessen Tacho mit seinen neuen Alufelgen
plötzlich 5% mehr Höchstgeschwindigkeit angezeigt hat, auch der
Kraftstoffverbrauch war (nach Tacho berechnet) etwas geringer.
Leider war nach Tacho nun die Fahrt zu seiner Ferienwohnung auch
5% weiter.
>
> Sind beide Reifen gleich schwer und einer hat eine genoppte
> Oberfläche, der andere ist Glatt, so muss der glatte Reifen
> demzufolge (theoretisch) mehr seines Gewichtes weiter außen
> sitzen haben, er also mehr Widerstand entgegensetzen, permanent
> in Rotation gehalten zu werden, oder kannst du das bitte noch
> langsamer erklären?
>
Wie Dir jetzt hoffentlich klar geworden ist, muss man keine Energie
zuführen, nur um etwas in gleichförmiger Bewegung oder Rotation zu
halten. Energiezuführung ist nur notwendig wegen der Reibungskräfte.
Sattelitten rotieren beispielsweise ohne Antrieb um ihre Achse, weil
dort oben fast keine Luft ist. Wenn man ein sehr gutes Lager nimmt
kann man ein Rad auch in einer Vakuumkammer recht lange ohne Antrieb
rotieren lassen.
Gruß
Stefan Salewski
Patrick Hansmeier
> Teilen. Dennoch liegt der Anteil der Rotationsenergie nur bei 2 bis
> drei Prozent der gesamten Bewegungsenergie.
Jo. Aber verrate das a) keinem Zeitschriftenredakteur b) keinem
Radteileverkaeufer.
> Daher erscheint es mir nicht sinnvoll, extrem leichte Felgen,
> Schläuche oder Mäntel zu verwenden, es sei denn bei Rennen, wo es auf
> jede Sekunde ankommt.
Du musst spezifizieren, was du unter 'Rennen' verstehst. Bei einem
Rennradrennen ist das nicht der Fall, dort sind Teamtaktik oder
Windschattenfahren entscheidender. Bei einem Rennrad-Kriterium auf
kurzem Innenstadtkurs koennte die Beschleunigung wichtig sein (mehr
Kurven), Brems- und Fahrtechnik vor Kurven, Team/Windschatten duerften
aber auch deutlich wichtiger sein. Pannensicherheit steht dem Wunsch
nach leichten Teilen entgegen, ist je nach Renntyp unterschiedlich wichtig.
Beim MTB IMHO wichtig: Fahrtechnik, Gesamtgewicht wegen rel. viel
Hoehenmeter, Pannensicherheit.
Ein RR-Einzelzeitfahren auf sehr kurvigem Kurs waere also evtl. der eine
Sonderfall...
> Die Bewegungsenergie ist eh nur bei
> Geschwindigkeitsänderungen von Bedeutung, also insbesondere in der
> Stadt oder bei Sprints. Bergauf ist natürlich die Gesamtmasse
...den man dann auf 'alleine in der Stadt' uebertragen koennte. Aber
leider beschleunigen Fahrraeder nicht wirklich nennenswert. Beim
Bremsen, vielleicht.
Patrick
--
do not reply to p.hansmeier at web.de
Patrick Hansmeier
> Ich habe jetzt für den Winter den Nokian Extreme 296 aufgezogen, der hat
> in etwa 400 g mehr pro Laufrad als der IRC Serac XC den ich sonst
> draufhabe.
Aepfel und Birnen. Du kannst einen Einzeleffekt nicht untersuchen, wenn
du noch an anderen Parametern rumdrehst.
Wie ein korrekter Versuch zum Thema aussehen muesste, habe ich im Thread
'Zweiter Laufradsatz' schon angesprochen, hier nun lang:
Du besorgst ein paar Stuecke zu etwa 2m von der Bleiperlen-Schnur, die
unten in Gardinen eingefaedelt wird. Du suchst dir eine ordentliche,
gerade, sichere, ruhig steile Abfahrt. Darauf markierst du
Start/Stoplinie, falls kurvige Abfahrt: Fahrlinie, die es unbedingt
einzuhalten gilt. Du beschaffst dir eine Stoppuhr.
Nun rollst du mehrmals (5-10, schaetze ich, fuer stabile Werte) in stets
gleicher Sitzposition die Teststrecke runter und misst die Zeit. Du
koenntest auch jeweils Vmax nehmen, das koennte zur Kontrolle dienen
(genaues Bremsen/Totzeit des Tachos...). Dann packst du dir die
Gewichtsschnuere in die Trikottaschen. Nochmal ein paar Abfahrten. Dann
wurschtelst du die Schnuere an den Nippeln in die Laufraeder. Nochmal
ein paar Abfahrten.
Die Wertetabellen taugen dann fuer weitere Diskussionen, wenn du den
Rechnungen schon nicht glaubst.
Tilman Wetter
> Tilman Wetter wrote:
>
>>...
>>
>>Aber nachdem ein Ball auf ebener Strecke ausläuft und
>>stehenbleibt, muss ein Rad, das auf ebener Strecke nicht
>>stehenbleiben will, dauernd beschleunigt werden.
>>...
>
> Gut, noch ein paar kurze Bemerkungen, dann sollten wir die
> Diskussion hier aber beenden. Bei weiteren Unklarheiten bitte
> direkte Mail an mich.
>
> Beschleunigung ist definiert als Geschwindigkeitsänderung. Um
> einen Körper, der Reibungskräften ausgesetzt ist, in Bewegung
> zu halten, muss man die Reibungskräfte durch eine antreibende
> Kraft kompensieren. Du musst daher permanent Kraft
> bzw.Leistung (Leistung=Kraft*Geschwindigkeit) aufwenden, um
> das Fahrrad auf konstanter Geschwindigkeit zu halten. Das
> hast Du sicher auch gemeint, es war bloß unglücklich formuliert.
Danke der Nachsicht ;-)
>
>
>>>Rollreibung hängt von seiner Masse ab, aber darum geht es hier
>>>nicht.
>>
>>Wie du weiter unten anführst dürfte das aber sehr wohl merkbar
>>sei, bzw dürfte ein schwererer Reifen offensichtlich einen
>>höheren Rollwiderstand haben, also langsamer sein, was ich
>>weiter unten aber tw selbst widerspreche.
>>
>
> Die Rollreibung ist näherungsweise proportional zum Gesamtgewicht
> bzw. zur Gesamtmasse (Gewichtskraft=Masse*Erdbeschleunigung).
> Für die Rollreibung ist es egal, ob die Masse rotiert oder nicht.
> Wenn Du die Felgen um 1kg schwerer machst oder den Rahmen oder
> Dich selbst, so wird die Rollreibung um rund 1% zunehmen.
> Du hast also im Prinzip recht, ein schwerer Reifen vergrößert
> die Gesamtmasse etwas, damit steigt auch die Rollreibung etwas.
> Genauso steigt die Rollreibung, wenn Du gut zu Mittag gegessen
> hast. Aber das eine Prozent kann man nicht direkt spüren, sondern
> nur bei Rennen mit der Stoppuhr messen.
Was macht es dann aber so deutlich spürbar?
Ich spüre oder lese in den Hac Aufzeichnungen zwar, ob ich gut oder
schlecht geschlafen habe, ob ich vortags gesoffen habe usw, aber meine
Wöchentlichen Gewichtsschwankungen von fast 4 Kilo sind im Schnitt nicht
merkbar.
Der Spikereifen, den man auf Asphalt auf jeden fall merken sollte,
sollte aber auf Schotter oder weichem Boden nicht merkbar sein, ist es
aber sehr wohl. Oder habe ich immer gesoffen/schlecht geschlafen bevor
ich mit dem Ding fahre?
Er hat auf jeden Fall einen ganz enormen Rollwiderstand.
Der Luftwiderstand dürfte eher vernachlässigbar sein
>
>>...
>>Dennoch wirkt sich der Treibstoffverbrauch (vorsicht OT) bei
>>einem verhältnismäßig schweren 215/65er Reifen mit über einem
>>Liter mehr gegenüber dem um 700g leichteren 175/75er aus.
>>Der eine Besteht aus Lauffläche außen, der andere aus
>>Seitenwand weniger weit außen, bei annähernd gleichem
>>Aussendurchmesser. Klar hat der 215er theoretisch mehr Reibung,
>>aber der 175er ist ein weicher Winterreifen mit weicherer
>>Gummimischung, also mehr beabsichtigter Reibung.
>>
>
> Ein Mehrverbrauch von einem Liter auf 100/km durch schwerere
> Reifen ist einfach nicht möglich.
OK im Sommer rase ich auch etwas mehr.
> Ich hatte ausgerechnet, dass
> die Masse an den Rädern doppelt zählt, wenn man den ungünstigsten
> Fall annimmt, nämlich dass die Masse sich ganz außen am
> Radumfang befindet. Wenn man annimmt, dass die gesamte Kraftstoff-
> menge nur fürs Beschleunigen verwendet wird (permanentes Stopp and Go)
> müsste man die Reifenmasse um 5% der Gesamtautomasse, also um ca. 50kg
In meinem Fall 100kg ;-)
> erhöhen, um einen Mehrverbrauch von einem Liter bzw. ca. 10% zu erhalten.
sind sogar mehr als 10%, da ich deutlich unter 10 Litern benötige
>
> Ich selbst habe zwar kein Auto, aber von Bekannten weiß ich, dass einige
> einen Verbrauchsunterschied von bis zu 0,3 Liter auf 100km mit anderen
> Reifen erfahren haben. Da trägt aber sicher auch der reifentyp-bedingte
> Rollwiderstand bei, breitere Reifen haben wegen ihrer größeren
> Frontfläche auch etwas mehr Luftwiderstand und werden durch Wasser
> auf der Fahrbahn auch mehr gebremst.
Das auf jeden Fall
> Gröberes Reifenprofil wird sicher
> auch mehr Luftwirbel erzeugen.
Vernachlässigbar.
>
> Es gibt auch Leute, die tatsächlich meinen, dass sie mit Wintereifen
> einen Liter mehr je 100 km verbrauchen.
Ich brauch im Sommer mehr, allerdings muss ich jetzt zugeben, dass im
Sommer schneller gefahren wird und dass alleine an
Übernachtungsmöglichkeit und Sportgerätschaften manchmal 50 Kilo mehr im
Auto sind.
> Diese Leute vergessen aber, dass
> ein Auto im Winter immer etwas mehr verbraucht, wegen Warmlaufverlusten,
> weil man öfter mit Licht, Heizungsgebläse, Heckscheibenheizung usw.
> fährt. Vermutlich rollt ein Reifen bei Kälte auch schlechter, da das
> Gummi härter und steifer ist.
Die kalte Luft zieht sich zusammen und der Reifen hat weniger Druck?
>
> Ich kenne auch jemanden, dessen Tacho mit seinen neuen Alufelgen
> plötzlich 5% mehr Höchstgeschwindigkeit angezeigt hat, auch der
> Kraftstoffverbrauch war (nach Tacho berechnet) etwas geringer.
> Leider war nach Tacho nun die Fahrt zu seiner Ferienwohnung auch
> 5% weiter.
Niederquerschnittreifen, bei denen das Breite/Höhe Prozentverhältnis zu
einem reifen mit geringerem Durchmesser führt.
>
>
>>Sind beide Reifen gleich schwer und einer hat eine genoppte
>>Oberfläche, der andere ist Glatt, so muss der glatte Reifen
>>demzufolge (theoretisch) mehr seines Gewichtes weiter außen
>>sitzen haben, er also mehr Widerstand entgegensetzen, permanent
>>in Rotation gehalten zu werden, oder kannst du das bitte noch
>>langsamer erklären?
>>
>
> Wie Dir jetzt hoffentlich klar geworden ist, muss man keine Energie
> zuführen, nur um etwas in gleichförmiger Bewegung oder Rotation zu
> halten. Energiezuführung ist nur notwendig wegen der Reibungskräfte.
> Sattelitten rotieren beispielsweise ohne Antrieb um ihre Achse, weil
> dort oben fast keine Luft ist. Wenn man ein sehr gutes Lager nimmt
> kann man ein Rad auch in einer Vakuumkammer recht lange ohne Antrieb
> rotieren lassen.
OKOKOK! ;-)
Til
Stefan Salewski
> Stefan Salewski wrote:
>
>> [schnipp]
>
>> J = (Summe über i) ri*ri*mi
>
>
>> Wrot = (1/2)*J*W*W
>> Wkin = (1/2)*M*V*V
>
Natürlich kann man alles noch viel genauer rechnen, ich hatte
ja auch nur geschrieben, dass es sich um eine grobe Abschätzung
handelt. Und so grob ist sie gar nicht mal. Entscheidend ist doch,
dass die Rotationsenergie nur im Bereich um 2% der gesamten
Bewegungsenergie liegt. Ob es nun 3% oder wie Du schreibst 1/80
ist, ist doch nicht von so großer Bedeutung. Natürlich kann man
statt "Summe über i" auch ein Integral verwenden, und auch
eine Hohlzylinder, statt anzunehmen, dass die Masse von Felge,
Mantel und Schlauch auf dem Radumfang angeordnet ist. Aber hier
in dieser Newsgroup gibt es sicher auch einige Leute, die in der
Schule nicht so viel Physik und Mathematik gelernt haben. Bei
Begriffen wie Integral und Trägheitsmoment eines Hohlzylinders
können die dann nicht mehr wirklich folgen. Meine Darstellung
für HIER war daher so einfach gehalten, dass man sie mit ein wenig
Schulphysik nachvollziehen kann. Für einen Vortrag vor Physik-
studenten hätte ich es wohl auch etwas anders formuliert, das
Ergebnis wäre aber in Prinzip das selbe.
>
> Sogar noch weniger, grob 1/80 -für beide Laufräder.
>
> Dennoch halte ich es nicht für sinnvoll, das Gewicht des
> Fahrers in die Überlegung einzubeziehen.
> Wenn man als "spürbare" Masse, nur das Gewicht des Fahrrades
> ansieht, ist obiges Verhältnis schon grob 2/10 bis 3/10, also
> 20-30%.
>
> Fazit: Glaube keiner Statistik, die du nicht selbst
> "aufgestellt" hast ;-)
>
> Dirk
>
>
Das mit dem Fahrergewicht ist sicher ein interessanter
Punkt. Wenn man das Fahrrad allein betrachtet, kann bei schweren
Reifen die Rotationsenergie der Räder bis zu 25% der gesamten
Bewegungsenergie ausmachen. Es kommt aber recht selten vor, dass
Fahrräder ohne Fahrer unterwegs sind. Eine Aussage wie "...halte ich
es nicht für sinnvoll ..." halte ich nicht für sinnvoll, wenn keine
Begründung folgt.
Gruß
Stefan Salewski
Stefan Salewski
> Stefan Salewski wrote:
>
>> Dirk Schmidt wrote:
>
>> Natürlich kann man alles noch viel genauer rechnen, ich hatte
>> ja auch nur geschrieben, dass es sich um eine grobe
>> Abschätzung handelt. Und so grob ist sie gar nicht mal.
>
> Nein, sie ist physikalisch falsch! Ich glaube nicht, dass du
> dir der Existenz des Faktors 1/2 bewusst warst -zumindest
> schreibst du nichts davon.
>
>
Tja, eigentlich hätte ich ja was anderes zu tun...
Das Du meinst, ich hätte mich um einen Faktor 1/2 vertan,
hättest Du in Deinem vorherigen Beitag etwas klarer sagen
sollen, dann hätte ich ihn heute Mittag etwas sorgfältiger
gelesen. Wenn Du dann auch noch genau angegeben hättest, wo
der Fehler liegt, dann wäre ich Dir durchaus dankbar gewesen.
Ich hatte die Rechnung in der Tat am letzten Sonntag nur in wenigen
Minuten auf einem alten Briefumschlag skizziert, und da ich vom Ergebnis
tatsächlich selbst etwas überrascht war dann am Montag mit ein
paar zusätzlichen Bemerkungen abgeschickt. Ich will daher einen
Rechenfehler nicht grundsätzlich ausschließen.
Naja, so müssen wir uns nochmal ansehen, was Du so (ab)-geschrieben
hast:
Zunächst hast Du geschrieben:
> kommt für einen Hohlzylinder J = 1/2 m (R^2 - r^2) raus. Wobei r der
> Innenradius des Hohlzylinders ist -also von mir aus der
> Felgeninnendurchmesser.
> ...
> Ok, ich nehm gleich E_{rot} für 2 (identische) LR, also
> E_{rot} = 1/2 m (R^2 - r^2) (V/R)^2.
Dann hast Du Dich korrigiert:
> Upps, da sollten überall "+" hin
Ja, mit dem Plus ist es wohl richtig...
Dann haben wir also für das Trägheitsmoment eines Hohlzylinders:
J = 1/2 m (R^2 + r^2)
R und r sind dann wohl Außen- und Innendurchmesser, und m ist die
Gesamtmasse des Zylinders.
Für die Rotationsenergie gilt dann aber immer noch
E_{rot}= (1/2)*J*w^2
Durch Einsetzen und mit w=V/R ergibt sich
E_{rot}= (1/2)*(1/2)*m*(R^2 + r^2)*(V^2/R^2)
Nun teilen wir durch die Translationsenergie E_{trans}=(1/2)*M*V^2
E_{rot}/E_{trans}=(1/2)*(m/M)(R^2 + r^2)*(1/R^2)
E_{rot}/E_{trans}=(1/2)*(m/M)(1 + r^2/R^2)
Zunächst hattest Du korrekt bemerkt:
> Wobei r der
> Innenradius des Hohlzylinders ist -also von mir aus der
> Felgeninnendurchmesser
Aber dann schreibst Du
> was ungefähr E_{rot}/E_{trans} = m/M entspricht, unter der Annahme,
> dass (r/R)^2 << 1 ist.
Du hast erst im Trägheitsmoment den Vorzeichenfehler gemacht, den Du
dann auch korrigieren wolltest. Dann hast Du aber noch einen Faktor
(1/2) verloren, denn ein (1/2) kommt von Deinem Hohlzylinder, und ein
(1/2) von E_{rot}= (1/2)*J*w^2. Dann ist Deine Näherung (r/R)^2 << 1
auch noch unsinnig, denn r ist der Felgendurchmesser wie Du selbst
geschrieben hast, und R kann wohl nur der Außendurchmesser des Mantels
sein. Dann wird (r/R)^2 wohl so bei 0,7 bis 0,8 liegen. Mit all
den Fehlern kommst Du dann auf das Ergebnis
> Dann ist
> E_{rot}/E_{trans} = ( 1 - (r/R)^2 ) m/M
> was ungefähr E_{rot}/E_{trans} = m/M entspricht, unter der Annahme, dass
> (r/R)^2 << 1 ist.
Also E_{rot}/E_{trans} = m/M, das war genau mein Ergebnis. Bloß hatte ich
zunächst mit der Masse für ein Rad gerechnet, dann im Text aber gesagt das
man m verdoppeln muss, weil die meisten Räder zwei Laufräder haben. Und Du
hast für m gleich die Masse beider Räder ansetzen wollen. Das ist im Ergebnis
doch das selbe, man setzt immer für m zwei mal Mantel, Schlauch- und Felgenmasse
ein wenn es sich um ein normales Fahrrad handelt.
Und dann kommt wieder Dein Kommentar
> Nein, sie ist physikalisch falsch! Ich glaube nicht, dass du
> dir der Existenz des Faktors 1/2 bewusst warst -zumindest
> schreibst du nichts davon.
> ...
> Trotzdem sollte man nix falsches posten, sondern manche Dinge
> einfach als Tatsache unerklärt einführen.
>
> Dirk
Mit r ungefähr gleich R wäre (r/R)^2 ungefähr eins, dann ergäbe
sich wiederum
E_{rot}/E_{trans}=m/M
Da ein Fahrrad in der Regel zwei Räder hat muss man in der Tat
die Masse von zwei Felgen, Schläuchen und Mäntel einsetzen, ich
würde ganz grob ansetzen m=2kg, M=100kg, was eben 2% ergibt.
Gut, die Rechnung mit dem Holzylinder bringt noch eine kleine
Korrektur, aber mehr auch nicht. Und ich habe mich wohl doch
nicht um einen Faktor (1/2) verrechnet.
Das von Dir zitierte Ergebnis
> m/M=1/80 für beide Laufräder
gilt wohl eher für Rennräder.
Stefan Salewski
Stefan Barnikow
>Stefan Salewski wrote:
[...]
>> Die Rollreibung ist näherungsweise proportional zum Gesamtgewicht
>> bzw. zur Gesamtmasse (Gewichtskraft=Masse*Erdbeschleunigung).
>> Für die Rollreibung ist es egal, ob die Masse rotiert oder nicht.
>> Wenn Du die Felgen um 1kg schwerer machst oder den Rahmen oder
>> Dich selbst, so wird die Rollreibung um rund 1% zunehmen.
>> Du hast also im Prinzip recht, ein schwerer Reifen vergrößert
>> die Gesamtmasse etwas, damit steigt auch die Rollreibung etwas.
>> Genauso steigt die Rollreibung, wenn Du gut zu Mittag gegessen
>> hast. Aber das eine Prozent kann man nicht direkt spüren, sondern
>> nur bei Rennen mit der Stoppuhr messen.
>
>Was macht es dann aber so deutlich spürbar?
Hast Du mal die Reifenflanken verglichen?
Da kommt der größte Teil der Rollreibung her, weil hier die meiste
Verformung beim Abrollen stattfindet. Je dicker die Flanke, desto
höher bei gleicher Gummimischung der Rollwiderstand. Im Prinzip ist
auch die innere Reibung des Gummis selbst wichtig, aber ich weiß nicht,
ob und wie sich da verschiedene Mischungen unterscheiden.
[...]
>>>Dennoch wirkt sich der Treibstoffverbrauch (vorsicht OT) bei
>>>einem verhältnismäßig schweren 215/65er Reifen mit über einem
>>>Liter mehr gegenüber dem um 700g leichteren 175/75er aus.
>>>Der eine Besteht aus Lauffläche außen, der andere aus
>>>Seitenwand weniger weit außen, bei annähernd gleichem
>>>Aussendurchmesser. Klar hat der 215er theoretisch mehr Reibung,
>>>aber der 175er ist ein weicher Winterreifen mit weicherer
>>>Gummimischung, also mehr beabsichtigter Reibung.
Beabsichtigt ist da eine hohe Haftreibung auf dem Untergrund.
Wenn der Reifen haftet, gibt's aber keine Relativbewegung, und weil
die Verlustleistung bei Reibung das Produkt aus Reibungskraft und
Relativgeschwindigkeit ist, ist sie bei Haftreibung immer(!) Null.
Was die Reifen beim Fahren erhitzt, ist v.a. die Walkarbeit in
den Flanken.
Ciao,
Stefan
Stefan Salewski
Stefan Salewski in de.alt.sport.mountain-bike am 27.01.2003)
Dirk Schmidt wrote:
>
>
> Naja, eine ExPhys-I Übungsaufgabe brauch ich dann doch nicht
> abschreiben.
>
> Ok, hast du im Endergebnis doch nicht (sorry!), aber trotzdem
> hast du eher Glück gehabt, dass bei der richtigen Berechnung
> von J gerade 1/2 vorkommt und nicht z.B. 1/3 oder 1/4 und eben
> (R/r)^2~1. Gut, du könntest jetzt natürlich argumentieren, dass
> es sozusagen "intuitiv" 1/2 sein muss ;-)
>
> Doch der langen Rede, kurzer Sinn: Dass die Rotationsenergie im
> Verhältnis zur gesamten kin. Energie von Velo und Fahrer
> marginal ist, hab ich gar nicht bestritten und ist nicht
> wirklich was neues. In diesem Sinne ist es schade, dass du
> nicht mehr auf meinen Vorschlag, nur das Gewicht des Fahrrades
> zu beachten, eingegangen bist ;-)
>
>
> Dirk
Ja, scheinbar hast Du tatsächlich einige Semester Physik
gehört und hältst Dich daher für unfehlbar.
Zumindest sind wir uns nun wohl einig das grob gilt
E_{rot}/E_{trans} = m/M
Dabei ist für ein normales Fahrrad für m die Summe der Masse
von zwei Felgen, zwei Schläuchen und zwei Mänteln zu nehmen.
Das ergibt sich mit Deinem Hohlzylinder, und auch mit meinem
einfachen Modell, ich hatte auch im Text deutlich gesagt,
dass ich ursprünglich die Rotationsenergie eines Laufrades
ausgerechnet habe, m dann aber für zwei Laufräder verdoppeln
muss. Das ist wirklich nur eine Frage wie man m definiert
und keine grundsätzlich andere Physik.
Erst laut losschreien mein Ergebnis wäre falsch, die eigenen
Rechenfehler verharmlosen und dann behaupten, ich hätte nur
durch Glück ein richtiges Ergebnis erhalten, dass sollte
jemand, der zumindest eine Anfängervorlesung in Physik gehört
hat besser nicht tun.
Meine Näherung ist physikalisch durchaus sinnvoll und führt
zum richtigen Ergebnis. Wenn Du sehr großen Wert darauf legst
kann ich meine ursprüngliche Rechnung, d.h. mein Posting vom
Montag, durchauch einem Physikprofessor zur Begutachtung
vorlegen. Das erscheint mir allerdings doch etwas albern, und
dann käme von Dir sicher der Kommentar, dass es ja in
Wirklichkeit keine Massepunkte gibt, dass man eigentlich
relativistisch rechen müsste, E=mc^2 usw. und wenn man dann
noch den Fluxx-Kompensator einschaltet und durch ein
Wurmloch fährt...
Die Frage, wie weit Körpermasse und Fahrradmasse
unterschiedlich zu gewichten sind ist eigentlich viel
interessanter. Leider habe ich durch Deinen lauten Aufschrei
jetzt so viel Zeit vertrödelt, dass ich darüber jetzt nicht
nachdenken kann.
Gruß
Stefan Salewski
A. Höhe
>Falls es jemanden interessiert: Ich habe gestern mal grob
>überschlagen, wie groß der Anteil der Rotationsenergie der
>Räder an der gesamten Bewegungsenergie eines Fahrrades ist.
Hallo.
Ich möchte die Diskussion einmal etwas weniger akademisch wieder
aufgreifen. Wenn ich es richtig verstehe wäre es sogar günstig für
einen Biker, der keine häufigen Tempo-Unterschiede benötigt (also z.B.
Rennradfahrer), daß er seine Reifen mit Wasser füllt.
So hat er zwar etwas mehr Gewicht mitzuschleppen (ca. 2 Kilo?) und
kommt am Start nicht ganz so gut weg wie die anderen. Dafür bekommt er
einen größeren Impuls, der ihm hilft, kleine Steigungen oder Windböen
ohne nennenswerte Verlangsamung zu meistern, wo die anderen Fahrer
sofort abgebremst werden.
Da die Gewichtszunahme relativ zum Gesamtgewicht nur unwesentlich ist,
der Rotationsimpuls (Schwung) aber stark zunimmt, könnte sich das u.U.
auf bestimmten Strecken günstig auswirken.
Habe ich das richtig verstanden? Ich werde das mal ausprobieren.
Irgendwelche Vorschläge, wie man Wasser in die Schläuche bekommt?
(Ich werde ein wenig Luft im Reifen belassen, um die Federwirkung zu
behalten)
Gruß Armin
Rupert Heigl
> aufgreifen. Wenn ich es richtig verstehe wäre es sogar günstig für
> einen Biker, der keine häufigen Tempo-Unterschiede benötigt (also z.B.
> Rennradfahrer), daß er seine Reifen mit Wasser füllt.
>
> So hat er zwar etwas mehr Gewicht mitzuschleppen (ca. 2 Kilo?) und
> kommt am Start nicht ganz so gut weg wie die anderen. Dafür bekommt er
> einen größeren Impuls, der ihm hilft, kleine Steigungen oder Windböen
> ohne nennenswerte Verlangsamung zu meistern, wo die anderen Fahrer
> sofort abgebremst werden.
>
Hallo,
ich habe zwar noch keine Rechnung aufgestellt, aber ich habe folgende
Zweifel an dieser Theorie.
Was Du erklärst ist das Prinzip einer Schwungscheibe. Wesentlicher
Hintergrund einer Schwungscheibe ist die Energieerhaltung. Das heißt man
steckt anfangs viel Energie rein (Du beschreibst das mit einem langsamen
Start) und bekommst diese Energie dafür später wieder zurück (Prinzip
der kleinen Spielzeugautos, die mit Schwungscheibe selbstständig ein
Stück fahren können). Du würdest aber bestimmt genausoviel Energie
benötigen wie ein Fahrer eines normalen Rads. Sogar mehr: Denn Du
schleppst freiwillig mehr Gewicht mit Dir rum. Bei vollen Schläuchen
wird das bestimmt 1 kg Mehrgewicht sein.
Noch etwas: Luft ist kompressibel, Wasser nicht. Die Folgen eines Total
mit Wasser gefüllten Schlauches wären dass die Federwirkung und
Anpassungsfähigkeit eines Reifens an den Untergrund völlig verloren gehen.
Wird der Schlauch nur halb oder noch geringer mit Wasser befüllt, so
hättest Du nur Nachteile, denn Du müsstest mit verschlechterten
Fahreigentschaften rechnen, das Gesamtgewicht des Fahrrads steigt an und
Du hättest nicht mal mehr rotierende Masse, da das Wasser größtenteils
im Bodenbereich bleiben würde. Also keine Vorteile hier.
Im übrigen haben viele Gummisorten auch ein Quellverhalten. Das
bedeutet, dass sie im Kontakt mit Wasser dieses aufsaugen und sich ihre
Eigenschaften deutlich verschlechtern.
Aber eine interessante Idee. Soweit ich mich erinnere wurde vor langer
Zeit sogar einer der ersten Fahrradreifen durch einen mit Wasser
befüllten Gartenschlauch erfunden (Bin mir da nicht sicher). Aber die
Nachteile dieses Systems waren eben die Vorteile des Luftsystems.
Im übrigen hat sich das Luftsystem ja auch in der Automobiltechnik
durchgesetzt. Auch hier nicht grundlos.
- Rupert
Stefan Salewski
Hallo,
ja, als Kind hatte ich auch mal daran gedacht, Wasser in
die Reifen meines Rades zu füllen. Habe es aber nie wirklich
ausprobiert. Müsste man aus Spaß aber wirklich mal machen.
Ich hatte ja geschrieben, dass die Masse von Reifen,
Schlauch und Felge doppelt zur kinetischen Energie
beiträgt. Ein Liter Wasser im Schlauch hat also im Bezug
auf die kinetische Energie den gleichen Effekt wie zwei
Liter Wasser im Trinkrucksack. Ich schätze mal, dass man
bis zu fünf Liter Wasser in beiden Schläuchen unterbringen
kann, was dann einem Zehn-Kilogramm-Rucksack entspricht.
Im Prinzip ist Deine Idee richtig. Mehr Gesamtmasse
und insbesondere mehr rotierende Masse führen zu einer
gleichmäßigeren Geschwindigkeit, und dies ist vorteilhaft,
weil der Luftwiederstand quadratisch mit der
Geschwindigkeit ansteigt. Gleichmäßigere Geschwindigkeit
bedeutet im Mittel kleineren Luftwiderstand und damit eine
höhere mittlere Fahrgeschwindigkeit.
Leider steigt die Rollreibung der Reifen und die
Lagerreibung der Naben aber mit dem Gesamtgewicht, was den
positiven Effekt vermutlich wieder zunichte macht.
Wasser im Schlauch hat aber viele Nachteile:
Das Wasser bewegt sich relativ zum Schlauch und verursacht
damit zusätzliche Reibung, insbesondere wenn der Schlauch
nur Teilweise mit Wasser gefüllt ist. Je mehr Wasser der
Schlauch enthält, umso kleiner wird das Luftvolumen und
damit die Federwirkung der Reifen, da Wasser nahezu
inkompressibel ist. Ein wenig Federn wird allerdings auch
ein vollständig mit Wasser gefüllter Schlauch, da der
Mantel elastisch ist.
Besser als Wasserschläuche wäre dann schon eine richtig
schwere Felge. Die Nachteile durch die Erhöhung der
Rollreibung bleiben jedoch erhalten. Weiter führt ein
großes Trägkeitsmoment der Räder auf Grund des
Kreiselprinzips zu einem sehr stabilen Geradeauslauf,
Lenken würde dann schwieriger. Weiter ist die Radmasse
ungefederte bzw. nur durch die Reifen gefederte Masse. Bei
gefederten Rädern würde die Wirksamkeit der Federung
schlechter, zumindest müsste man wohl die Federung anderes
abstimmen.
Gruß
Stefan Salewski
Gerd Blau
einen Maxxis Mofo Downhill Reifen drauf, der so um die 1200-1400gr hat, plus
Schlauch, plus ein nicht gerade leichtes Laufrad und ich kann aus eigener
Erfahrung sagen, dass die Kräfte die da bei der Ratation wirken ziemlich
heftig sind. Bemerkbar macht es sich beim Kurvenverhalten bei schneller
Fahrt, der Kraftaufwand beim Lenken ist gewaltig. Dann noch beim Bremsen,
durch die schwere rotierende Masse, verlängert sich der Bremsweg deutlich,
damit bekomme sogar meine Scheiben zum kochen ;-)
Zum Probieren ist es nicht schlecht, mehr Masse zu rotieren, aber im alltag
ist es eher hinderlich....
Gerd
Stefan Barnikow
[Schwerere Räder durch Wasser in den Reifen]
>Leider steigt die Rollreibung der Reifen und die
>Lagerreibung der Naben aber mit dem Gesamtgewicht, was den
>positiven Effekt vermutlich wieder zunichte macht.
Die Rollreibung steigt aus mehreren Gründen, von denen das höhere
Gewicht nur einer ist. Aber die Lagerreibung bleibt gleich, denn die
auf den Lagern abgestützte Masse ändert sich ja nicht. Dafür gibt es
beim Beschleunigen und Bremsen einen neuen Energieverlust: Das Wasser
im Reifen bleibt zurück oder schießt voraus, und dabei strömt es und
verbrät etwas Energie in seiner Viskosität. Je ungleichförmiger die
Fahrt, desto mehr Energie geht dadurch verloren.
>Wasser im Schlauch hat aber viele Nachteile:
>Das Wasser bewegt sich relativ zum Schlauch und verursacht
>damit zusätzliche Reibung, insbesondere wenn der Schlauch
>nur Teilweise mit Wasser gefüllt ist. Je mehr Wasser der
>Schlauch enthält, umso kleiner wird das Luftvolumen und
>damit die Federwirkung der Reifen, da Wasser nahezu
>inkompressibel ist.
Die Federwirkung von Fahrradreifen kommt daher, daß die Größe der
Aufstandsfläche zunimmt. Daß nebenbei der Innendruck steigt, kannst Du
vernachlässigen. Daran wird sich auch nicht viel ändern, solange ein
Luftvolumen im Schlauch bleibt, das ein mehrfaches der Volumenänderung
beim Einfedern darstellt.
Allerdings muß recht viel Wasser strömen, wenn der Reifen einfedert,
und dadurch wirkt sich die Viskosität des Wassers wie eine erhöhte
Rollreibung aus. "Herumschwappen" dagegen dürfte ab ca. 15 km/h vorbei
sein, denn dann ist die Zentrifugalkraft am gesamten Umfang stärker als
die Gewichtskraft.
>[...] Weiter ist die Radmasse ungefederte bzw. nur durch die Reifen
>gefederte Masse. Bei gefederten Rädern würde die Wirksamkeit der
>Federung schlechter, zumindest müsste man wohl die Federung anderes
>abstimmen.
Zumindest die Bodenhaftung wird schlechter. Aber was willst Du ändern?
Wird die Federung nicht nach der gefederten Masse eingestellt?
Ciao,
Stefan
Stefan Salewski
> begin quoting Stefan Salewski
> <Sale...@PHYSnet.Uni-Hamburg.de>:
> [Schwerere Räder durch Wasser in den Reifen]
>>Leider steigt die Rollreibung der Reifen und die
>>Lagerreibung der Naben aber mit dem Gesamtgewicht, was den
>>positiven Effekt vermutlich wieder zunichte macht.
>
> Die Rollreibung steigt aus mehreren Gründen, von denen das
> höhere
> Gewicht nur einer ist. Aber die Lagerreibung bleibt
> gleich, denn die
> auf den Lagern abgestützte Masse ändert sich ja nicht.
Richtig, das Gewicht der Räder erhöht bei gleichmäßiger
Fahrt nicht die Reibung der Nabenlager. Da hatte ich nicht
nachgedacht.
> ...
> Die Federwirkung von Fahrradreifen kommt daher, dass die
> Größe der
> Aufstandsfläche zunimmt. Daß nebenbei der Innendruck
> steigt, kannst Du
> vernachlässigen. Daran wird sich auch nicht viel ändern,
> solange ein Luftvolumen im Schlauch bleibt, das ein
> mehrfaches der Volumenänderung beim Einfedern darstellt.
Sicher, solange noch ein großes Luftvolumen vorhanden ist
bleibt der Innendruck des Schlauches fast konstant. Ich
hatte an den Fall gedacht, wenn der Schlauch fast keine
Luft mehr enthält. Dann steigt der Druck beim Überfahren
einer Unebenheit stark an, und zwar um so stärker, je
weniger elastisch der Mantel ist.
>
>>[...] Weiter ist die Radmasse ungefederte bzw. nur durch
>>[die Reifen
>>gefederte Masse. Bei gefederten Rädern würde die
>>Wirksamkeit der Federung schlechter, zumindest müsste man
>>wohl die Federung anderes abstimmen.
>
> Zumindest die Bodenhaftung wird schlechter. Aber was
> willst Du ändern? Wird die Federung nicht nach der
> gefederten Masse eingestellt?
>
>
> Ciao,
> Stefan
Wie sehr sich tatsächlich die ungefederte Radmasse auf das
Fahrverhalten eines gefederten Rades auswirkt weiß ich
nicht so recht. Mich würde insbesondere interessieren, wie
sehr sich die paar hundert Gramm einer Rohloff-Nabe oder
auch ein Nabendynamo bei einem gefederten Rad bemerkbar
machen. Ein Effekt der Laufradmasse ist ja wohl, dass sich
das Laufrad beim Überfahren eines Hindernisses am höchsten
Punkt des Hindernisses auf Grund seiner Trägheit weiter
nach oben bewegt. Dies kann dazu führen, dass das Laufrad
kurzzeitig den Kontakt zur Fahrbahn verliert. Diesem
"Abhebeprozess" des Laufrades wirkt die Kraft von Feder und
Dämpfer entgegen, daher würde ich annehmen, dass man bei
größerer Laufradmasse im Prinzip eine kräftigere Feder bzw.
Dämpfung benötigt. Aber eventuell ist die Masse von Fahrer
und dem Rest des Fahrrades für die Abstimmung der Federung
weitaus wichtiger als die Laufradmasse.
Gruß
Stefan Salewski
Stefan Barnikow
>Wie sehr sich tatsächlich die ungefederte Radmasse auf das
>Fahrverhalten eines gefederten Rades auswirkt weiß ich
>nicht so recht.
Das System Laufrad-Feder-Dämpfer macht eine gedämpfte Schwingung.
Wobei "Schwingung" übertrieben ist. Es soll ja schon das System
(gefederte Masse)-Feder-Dämpfer nicht nachschwingen, also wird die
Schwingung des Laufrads wegen seiner geringeren Masse stark
überdämpft sein.
Deine Schlußfolgerungen stimmen zumindest qualitativ, qnatitativ
kann ich auch nicht viel mehr sagen. Als Fahrer wirst Du wohl in
erster Linie eine schlechtere Bodenhaftung bemerken und bei größeren
Unebenheiten wird etwas mehr von dem Schlag durchkommen (Rad kommt
weiter hoch, Kraft der Federung auf den Rest des Fahrzeugs wird
stärker).
>Aber eventuell ist die Masse von Fahrer und dem Rest des Fahrrades für
>die Abstimmung der Federung weitaus wichtiger als die Laufradmasse.
Das ist zumindest meine Vermutung, wissen tu ich es nicht. Wolfgang
Preiser schrieb mal in drf, daß Schienenfahrzeuge sehr schwach bedämpft
werden - gerade so weit, daß die Räder selbst nicht nachschwingen.
Aber das wäre beim MTB sicher nicht optimal, denn das Fahrzeug samt
Fahrer würde einige Male nachschwingen.
Allerdings geht eine zu starke Dämpfung auf Kosten der Bodenhaftung.
Nach oben muß das Rad irgendwie, denn durch den Boden durch kann es ja
nicht. Aber es hebt den Rest des Fahrzeugs etwas stärker an und federt
langsamer wieder aus.
Ciao,
Stefan