Kraftübertragung von Pneu auf Felge
Philipp Hauert
Ich bin in ein Fahrradprojekt involviert, wobei sich folgende Frage
stellt:
Wie und wo wird m*g vom Boden über den Pneu auf die Felge übertragen?
D.h. Wo können für die Berechnung des Rades, die Kraftangriffspunkte auf
der Felge angenommen werden?
Hat jemand Informationen, oder den schnellen Durchblick, wie sich das
System verhält?
Ich persönlich vermute, dass die Kräfte in einem Sektor von +/-5 ° zum
Auflagepunkt auch auf die Felge übertragen werden. Dies durch eine
Ueberlagerung der durch den Innendruck resultierenden Zugspannungen im
Pneu und durch die Druckspannungen, welche druch die Belastung
entstehen.
Anmerkung:
Die Verformung des Speichenrades, muss nicht in die Ueberlegung
einbezogen werden, es handelt sich um ein Scheibenrad.
hoffnungsvoll auf Antwort wartend
Philipp
Mark
Philipp Hauert <Philipp...@hta-bi.bfh.ch> schrieb in im Newsbeitrag:
39DDA101...@hta-bi.bfh.ch...
Hi zusammen,
Ich bin in ein Fahrradprojekt involviert, wobei sich folgende Frage
stellt:
Wie und wo wird m*g vom Boden über den Pneu auf die Felge übertragen?
D.h. Wo können für die Berechnung des Rades, die Kraftangriffspunkte auf
der Felge angenommen werden?
Hat jemand Informationen, oder den schnellen Durchblick, wie sich das
System verhält?
Ich persönlich vermute, dass die Kräfte in einem Sektor von +/-5 ° zum
Auflagepunkt auch auf die Felge übertragen werden. Dies durch eine
Ueberlagerung der durch den Innendruck resultierenden Zugspannungen im
Pneu und durch die Druckspannungen, welche druch die Belastung
entstehen.
----------> Verstehe ich nicht !!!!
Anmerkung:
Die Verformung des Speichenrades, muss nicht in die Ueberlegung
einbezogen werden, es handelt sich um ein Scheibenrad.
hoffnungsvoll auf Antwort wartend
Philipp
Hallo Philipp,
Zunächst einmal wird der Innendruck im Rad durch das Aufliegen auf dem Boden
erhöht, d.h. die Kraft m*g wird im Rad in Druckänderung oder Volumenänderung
umgewandelt (der Druck steigt). Es hadelt sich um einen Schlauch, i.dem sich
die Druckänderung oder der Druck allgemein immer durch eine Impulsänderung /
Fläche auszeichnet. Impuls übertragen die Molekule der Luft im Schlauch, die
sich genau senkrecht zum Mantel bewegen (Impuls für
m(molekül)<<M(schlauch) -> p=2*m*v und das für jedes Molekül, also
2*n*m*v=gesamter Impuls).
Alles in allem wird die Kraft in Kompression des Gases umgewandelt, bzw.
Volumenarbeit geleistet. (s. auch kin. Gastheorie). Es entsteht ebenfalls
Wärme, die abgegeben wird, damit die gesamte Energie des Systems gleich
bleibt.
Also, Volumen des Schlauches nimmt ab, Druck erhöht sich, Wärme wird
abgegeben.
Die Kraft wird demnach auf alle Komponenten des Rades übertragen, also
Mantel und Felge. Jetzt stellt sich die Frage: Wie flexibel ist der Mantel?
Wie groß ist die Fläche der Felge im vergleich zu der des Mantels? (denn
dieses Verhältnis gibt an wieviel Kraft / Fläche eigendlich auf die Felge
übertragen wird)
Hoffe ich konnte dir helfen.
Mark.
Michael Lücke
Mark <n&m...@mail.isis.de> schrieb:
> Zunächst einmal wird der Innendruck im Rad durch das Aufliegen auf
dem Boden
> erhöht, d.h. die Kraft m*g wird im Rad in Druckänderung oder
Volumenänderung
> umgewandelt (der Druck steigt).
Ja, um ganze 7% Druckänderung bei 5% Volumenänderung, da man das ganze
natürlich bezogen auf das Gesamtvolumen des Reifens sehen muss.
> die Druckänderung oder der Druck allgemein immer durch eine
Impulsänderung /Fläche auszeichnet.
^^^^^^^^^^^^
Ich habe noch nirgends jemals gelesen oder gehört, dass jemand so
etwas über Impulsänderung darstellt, sondern immer nur über p=F/A.
Wobei F die Beschleunigung enthält.
Nicht das ich dir in deiner Sichtweise widersprechen möchte, aber sie
ist doch recht ungewöhnlich oder ich verstehe sie auf Anhieb nicht.
> Alles in allem wird die Kraft in Kompression des Gases umgewandelt,
bzw.
> Volumenarbeit geleistet. (s. auch kin. Gastheorie). Es entsteht
ebenfalls
> Wärme, die abgegeben wird, damit die gesamte Energie des Systems
gleich
> bleibt.
Wenn ich dich richtig interpretiere, meinst du die Poisson-Gleichung?
> Die Kraft wird demnach auf alle Komponenten des Rades übertragen,
also
> Mantel und Felge. Jetzt stellt sich die Frage: Wie flexibel ist der
Mantel?
> Wie groß ist die Fläche der Felge im vergleich zu der des Mantels?
(denn
> dieses Verhältnis gibt an wieviel Kraft / Fläche eigendlich auf die
Felge
> übertragen wird)
Bingo, dass wird durch das äußerst komplexe Reifenfederungsverhalten
beschriebern, dem ich gerade auf der Spur bin. Aber hier zählt
eigentlich auch nur der Luftdruck. Und der allein -ohne äußere
Einflüsse- belastet die Felge mehr, als die äußeren Einflüsse.
Gruß Michael
Michael Lücke
Philipp Hauert <Philipp...@hta-bi.bfh.ch> schrieb:
> Wie und wo wird m*g vom Boden über den Pneu auf die Felge
übertragen?
Erst mal zur Einführung: ich schreibe gerade selbst zusammen mit einem
Physiker eine kleine Abhandlung über die -sagen wir mal
Kraftverhältnisse- in Fahrradreifen.
Du möchtest also wissen, welche Kraft vom Boden aus betrachtet auf die
Felge einwirkt?
Die Problematik liegt nun darin, das immer zwei Kräfte auf Reifen und
Felge einwirken, nämlich Radkraft und Radlast. Das bedeutet, das zum
einen eine Kraft aus dem Gesamtsystemgewicht, also Fahrer und Fahrrad,
einwirken. Andererseits eine Radkraft oder besser Hochkraft F_n (oder
auch Normalkraft) vom Boden und dessen Beschaffenheit auf den Reifen,
respektive auf die Felge einwirkt.
Erschwerend kommt die sehr komplexe Problematik des
Reifenfederungsverhalten (dessen Erklärung Sinn und Zweck der
Abhandlung ist) hinzu. Die wiederum bestimmt ebenfalls die
Krafteinwirkung auf die Felge.
Die Frage lautet nun: wie genau möchtest du rechnen. Und wir sprechen
hier von Kräften die im Bereich 1 : 10 abweichen können.
> D.h. Wo können für die Berechnung des Rades, die Kraftangriffspunkte
> auf der Felge angenommen werden?
> Hat jemand Informationen, oder den schnellen Durchblick, wie sich
> das System verhält?
Die Informationen habe ich schon, aber einen schnellen Durchblick gibt
es nicht.
Grobe Angaben (oder eigentlich doch schon sehr genau) liefert dir die
Arbeit von Olaf Schulz von der TU Hamburg-Haburg.
Entweder über Internet
http://experte.kt2.tu-harburg.de/felgenkippen/node18.html
direkt zum Thema Normalkraft in der Felge oder gesamt als
Postscriptfile
http://experte.kt2.tu-harburg.de/fahrrad.html
dort unter Felgenkippen.
Diese Arbeit habe ich selbst noch nicht ausgewertet, so dass ich dir
zur Zeit keine Erklärungen dazu abgeben kann, es ist jedoch möglich
Olaf Schultz dirket anzusprechen.
> Ich persönlich vermute, dass die Kräfte in einem Sektor von +/-5 °
> zum Auflagepunkt auch auf die Felge übertragen werden.
Welcher Auflagepunkt? Des Reifens?
Welche Richtung? Vertikal, horizontal, rechts, links.
Bei Reifen/Felgen ist es im Bereich Maschinenbau üblich ein 360°
Schaubild beginnend mit 0° bei 12.00 Uhr als Koordinatensystem zu
benutzen.
> Dies durch eine Ueberlagerung der durch den Innendruck
> resultierenden Zugspannungen im
> Pneu und durch die Druckspannungen, welche druch die Belastung
> entstehen.
Na gut, das kann man so gerade eben noch gelten lassen. :-)
Das zeigt aber schon vorweggenommen das eigentliche Hauptproblem. Die
Felgenbelastung ist extrem abhängig vom Luftdruck. Eigentlich ist das
die alles bestimmende Größe.
Aber auch hier der Einwand, was genau möchtest du wissen? Zugspannung
durch den Reifen als Druckspannung auf die Felge. Welche Art von
Reifen? Drahtreifen oder Schlauchreifen, Felge mit oder ohne Horn.
Auswirkung nur des Reifens/Reifenwulst als Auflagepunkt an der Felge,
also Kraftrichtung horizontal und dann bezogen auf den Querschnitt
Reifen/Felge? Oder auch Auswirkung des Reifeninnendrucks, respektive
Auswirkung auf das Felgenbett?
Sorry, die Materie ist komplex und meine Abhandlung ist noch nicht
fertiggestellt.
Ich hoffe dir trotzdem geholfen zu haben. Wenn du magst, kannst du mir
mal Infos zu deinem Projekt zukommen lassen. Bin daran natürlich sehr
interessiert.
Gruß
Michael
Mark
Kraft kann man als Impulsänderung betrachten. Das wird in der kin.
Gastheorie auch so gemacht, weil man den Druck als Impulsabgabe
od. -änderung definiert den die Moleküle auf den in unserem Falle Reifen
übertragen. Betrachtet man alle räumlichen Freiheitsgrade (3 Richtungen
x,y,z), dann kann man sagen, daß sich 1/6 der Moleküle senkrecht auf die
Außenwand zu bewegt.
Kraft bezeichnet man nun als F= dp/A (Impulsänderung / Fläche).
Mark.