Steifer Mast : Abschätzung des Einflusses auf Antrieb

[Sossenbinder]

Silikontitte

Jetzt sind wir endlich bei "steifer Mast" angekommen.

 

[DePälzer]

Ohne Speichermöglichkeit kann man deshalb die Energie für die elastischen Verformung bei der maximalen Kraft als ungenutzte Energie betrachten.

Das seh ich als Widerspruch, weil bei einer elastischen Verformung wird nun mal die Energie auch wieder abgegeben. Sonst wäre es ja nicht elastisch.

 

[Jag]

Jetzt sind wir endlich bei "steifer Mast" angekommen.

Jetzt hab ich endlich das Thema dieses Fadens erfasst. Ich hab vorher immer an Fahrräder gedacht.

 

[Jack-Lee]

@DePälzer die Energie aus dem Antrieb wird auch wieder abgegeben, verpufft aber in den Muskeln! Es ist, wie bereits erwähnt, eher wie ein Feder/Dämpfersystem zu betrachten, wenn's man's unbedingt von der rein technischen Seite sehen will...

 

[GünterSch]

Hallo,

Ich möchte hier auch mal meine 2 Cent dazugeben.
Können ovale Kettenblätter die Verluste verringern?
Bei gleicher Leistung kann man die Kräfte verringern, wenn man die Laufgeschwindigkeit der Kette erhöht, z.B. mit Tretlagergetriebe. Wenn die Leistungsverluste nicht linear sondern z.B. quadratisch mit der Kraft zunehmen läßt sich so theoretisch Energie einsparen. Lohnt sich das überhaupt oder fressen die Reibungsverluste der Kette mögliche Gewinne wieder auf, selbst wenn man ein fast verlustfreies nicht schaltbares Getriebe verwendet?

Kann dazu jemand etwas dazu sagen?

mfg

Günter

 

[Liege-Räder]

Ich probiere immer gerne mal aus, wenn es nicht "zu teuer" wird und nichts kaputt macht.
Ich selbst kann dies aber nicht umsetzen. Dazu fehlt mir die Fertigkeit.

Hier wären meine Fragen zu diesen Thema:
Wie viel würde das Anfertigen und fachgerechte Anbringen einer Mastversteifung ungefähr in Summe kosten, wenn dies ein Fachfrau-/mann umsetzen würde?
Was wäre das Mehrgewicht?
Würde diese Mastversteifung irgendwelche Einschränkungen mit sich bringen?

Wird bestimmt nicht so einfach zu beantworten sein. Und sicherlich noch schwerer sein, jemanden zu finden, der dies ausführen würde/möchte/Bock hat.

 

[DePälzer]

verpufft aber in den Muskeln

Und wenn ich mir Federn unter die Schuhe schraub und hüpfe, dann knallen die Schuhe auf den Boden und im Muskel puffts? Nee, dat kann ich mir net vorstellen.
Klar ist eine Deformation vom Mast nicht verlustfrei elastisch, aber wenn da jetzt 20 W zerrieben würden, dann würde er schon warm. Wir reden ja hier nicht von Simons losem Mast im DF-XL sondern im Fall von Schaltnix von seinem A7. Wenn was defekt ist und es knarzt und ächzt, dann geb ich dir natürlich Recht, dann sind die Verluste hoch.
Das könnte man aber tatsächlich mal messen. HR blockiert und Auslenkung vom Pedal über der Zugkraft (nach vorne) beim Be- und Entlasten Messen. Die Hysterese wäre dann ein Maßstab für die Verluste. Da hier leider auch Kette, Umlenkrollen und Hinterrad enthalten sind, würde man die Kette alternativ besser an Schwinge oder Brücke verschrauben.

 

[Radl-Philipp]

Vergiss das Vm. Dir geht wichtiger Kraftweg verloren. Das ist das Problem. Es ist praktisch nicht ausmessbar. Was ich super finde

 

[DePälzer]

Vergiss das Vm

Mein A7? Dessen Antrieb mit 2 Düsentrieb-Umlenkrollen soviel direkter wurde, dass man erstmal Knieschmerzen bekam? Aber letzten Endes wurde es trotzdem für mich nicht messbar schneller.

 

[beate]

Die Hysterese wäre dann ein Maßstab für die Verluste. Da hier leider auch Kette, Umlenkrollen und Hinterrad enthalten sind, würde man die Kette alternativ besser an Schwinge oder Brücke verschrauben.

sofern man nicht an den Gesamtverlusten interessiert ist. Man wird also beides machen müssen - über das Gesamtsystem messen und sich Mühe geben, nur den Mast (und Kurbeln+Tretlager) zu messen. Dann weiß man, wie viel der Mast zu den Verlusten beiträgt.

Dir geht wichtiger Kraftweg verloren

Welcher?

 

[beate]

Mein A7? Dessen Antrieb mit 2 Düsentrieb-Umlenkrollen soviel direkter wurde, dass man erstmal Knieschmerzen bekam? Aber letzten Endes wurde es trotzdem für mich nicht messbar schneller.

Die Erfahrung deckt sich mit meinen Erfolgen am Go 3. Gefühlt wesentlich steifer und direkter, aber nicht schneller (obwohl ich mir einbilde, etwas besser irgendwelche Steigungen hochzukommen - aber Einbildung ist ja auch ne Form von Bildung)

 

[Jack-Lee]

@DePälzer du haust hier einiges durcheinander... Ich hab oben ja auch erwähnt das bei anderer Bewegung, wie zb laufen, ein erheblicher Teil der Energie jeden Schrittes im Bewegungsapparat gespeichert wird, aber NICHT in den Muskeln, und dadurch der Wirkungsgrad auf etwa 60% angehoben werden kann, obwohl der "Motor" nur 30% Wirkungsgrad aufweist. Toll, nicht?
Nur funktioniert das nicht beim kurbeln...

 

[Cumulus]

sofern man nicht an den Gesamtverlusten interessiert ist. Man wird also beides machen müssen - über das Gesamtsystem messen und sich Mühe geben, nur den Mast (und Kurbeln+Tretlager) zu messen. Dann weiß man, wie viel der Mast zu den Verlusten beiträgt.

Die (relevanten) Verluste finden im Muskel statt, messen könnte man es mit Ergometer-Messungen über den Sauerstoffverbrauch. Einmal elastischer Mast, einmal fixiert und das über eine angemessene Zeit konstant gehaltene Leistung.

Ich glaube es hilft sich vorzustellen, man hätte einen idealen Generator am Tretlagermast, alle Kräfte die zu Bewegungen führen, die der Generator nicht in Strom umsetzt sind (physiologische) Verluste.

 

[Volker D.]

Das seh ich als Widerspruch, weil bei einer elastischen Verformung wird nun mal die Energie auch wieder abgegeben. Sonst wäre es ja nicht elastisch.

Trete mal auf einem Trampolin auf der Stelle, da hast du auch hauptsächlich elastische Verformung und trotzdem ist es erheblich anstrengender als auf festem Boden. Ein noch besserer Vergleich zum Tretantrieb wäre auf einem großen schräg gestellten Trampolin hochzugehen, das wäre auch erheblich anstrengender als die gleiche Steigung auf festem Untergrund. Beim entlasten der Beine bekommt man kaum nutzbare Energie zurück, deshalb habe ich sie als ungenutzte Energie bezeichnet.

 

[Kurbel]

@DePälzer Du kannst sogar eine Leiter heruntergehen und wirst feststellen, dass das eine ziemlich Anstrengung ist, obwohl Du da nur Energie herausbekommst, physikalisch gesehen. Und da ist nicht einmal Elastizität im Spiel.

Da das nicht gut messbar ist, ignorieren wir alle es gerne bei unseren Betrachtungen, aber eigentlich wissen wir aus der Erfahrung heraus, wie wichtig es ist, dass da nix elastisch nachgibt.

Ansich müsste man halt zwei VMe nehmen, die bis auf die Steifigkeit im Antrieb identisch sind, und dann viele Vergleiche fahren. Am Ende weiß man ungefähr, wieviel besser für einen das steifere ist. Fenn macht das im Prinzip auch nicht anders und trifft seine konstruktiven Entscheidungen entsprechend.

Ich würde in erster Näherung annehmen, dass der Teil der Energie verloren geht, den ich in die Elastizität reintrete. Trete ich pro Tritt mit 500 N und die elastische Verformung ergibt 0,02 m Weg am Pedal, würde ich also sagen, da sind gerade 10 Nm = 10 Joule zum Fenster rausgegangen. Pro Sekunde passiert das bei Kadenz 90/min 3 mal. Dann wären das schon 30 Watt. Wenn ich die Steifigkeit verdoppeln kann, spare ich 15 Watt, bzw. stehen 15 Watt mehr für den Antrieb zur Verfügung, bei gleicher (subjektiver, bzw. physiologischer) Anstrengung. Das will man dann sicher nicht liegen lassen.

 

[Höhlenstein]

Das seh ich als Widerspruch, weil bei einer elastischen Verformung wird nun mal die Energie auch wieder abgegeben. Sonst wäre es ja nicht elastisch.

Du musst Dir das so vorstellen:
Wenn die Muskulatur in der Lage ist, die "Feder" vorzuspannen", passiert das ja mit der Tretenergie, die eben aufgrund der Weichheit des Systems momentan nicht in Vortrieb umgesetzt werden kann. Wichtig - und dann eben um die erwähnten "optimalen" 90° herum. Wenn das System zurückfedert, dann also nur dort, wo die Muskulatur eh keinen optimalen Zugriff aufs System hat, also nicht entsprechend gegenhalten kann, um die "Rückfederung" des Systems ohne Mehraufwand in Vortrieb umzumünzen.

Extrembeispiel sind die flexenden Stahlrahmen bei UPs im Wiegetritt.
Der Rahmen verwindet sich unter den eingebrachten Kräften - und entspannt sich am Totpunkt vor dem Lastwechsel aufs andere Pedal. Das war's. Und so weiter und so fort.

Wenn man die Last (wie die erwähnte Schwungscheibe oder eben auch der Motor) einigermaßen konstant halten könnte, sähe das anders aus.

Bitte hängt Euch nicht an physikalisch korrekter Verwendung der Begriffe wie Kraft, Leistung etc. auf...das war noch nie meine Stärke...

LG Holger

 

[Jack-Lee]

Der weiche UP Rahmen ist tatsächlich kaum ein Problem. Weil, wie auch schon von mir erwähnt, der Antrieb selbst nicht "weich" wird. Das Pedal bewegt sich bei angelegter Kraft im Vergleich zur Hüfte nicht, bzw nur leicht. Das der Rahmen ansich tordiert und der Lenker ausweicht fühlt sich doof an, macht aber fast nix. Such mal die Untersuchung dazu raus... Ein Fahrer ist da mit exakt der gleichen Leistung und Puls den Anstieg rauf, einmal mit "Gummikuh", einmal mit steifen Rahmen. Kein Unterschied. Ist am Liegerad aber anders, weil's da um den Antrieb selbst geht. Der ist beim Up ja kaum steifer zu bekommen: kurze Kette ohne weitere Umlenkung und eine direkte Druckstebe vom Tretlager zur Nabe...

 

[Höhlenstein]

Der weiche UP Rahmen ist tatsächlich kaum ein Problem

Ok, und interessant...das war mir neu. Dann war's tatsächlich das falsche Beispiel. Der Rest müsste aber hinkommen, oder?

LG Holger

 

[berbr]

Jetzt wird das bei einer kontinuierlichen Bewegung natürlich schwer vorstellbar

Der Vergleich mit dem Tennisball hinkt.

Daher werde ich den Vergleich mal erweitern und versuchen einige genannte Punkte mit einzubinden.

Unter der Prämisse, dass keine Verformungsenergie verloren ginge (also ähnlich wie bei einem Flummi) - warum kostet es trotzdem mehr Energie, wenn es weich ist?

Wenn ich die Füße still halte, "entlädt" sie sich ja wieder und bewegt die Kette ein Stückchen weiter - ergo Vortrieb.

Ich muss pro Tritt den Muskel länger auf Kraft halten.

Also nochmal der Flummi.
Ich stelle mir das so vor:
Annahme 1
Ich lege einen schweren Block auf eine Fläche und drücke einen Flummi dagegen, ohne dass sich der Block bewegt.
Dann benötige ich viel Energie, ohne dass der Block Energie verbraucht.
Der Flummi hat auch nur sehr wenig Energie verbraucht.
Ich wende aber weiterhin Energie auf um den Flummi in seinem Zustand zu halten.
Selbst während ich den Flummi los lasse verbrauche ich Energie. Dafür muss man sich das los lassen nur als sehr langsamen Vorgang vorstellen.
Annahme 2
Der Block ist so leicht, dass ich bei gleicher Kraft wie unter Annahme 1, den Flummi solange verforme, bis ich den Block gleichmäßig vorwärts schiebe ohne die Form des Flummis weiter zu verändern. Meine komplette Energie wird also in Bewegung umgewandelt, sobald der Flummi stark genug verformt wurde.
Annahme 3
Wir haben einen Mechanismus, welcher unsere Kraft unterschiedlich stark auf den Flummi wirken lässt. Obwohl der Block kontinuierlich vorwärts bewegt wird, verformt sich der Flummi unterschiedlich stark. Jedesmal, wenn der Flummi etwas entspannt wird, ist dies der Anteil Haltearbeit, welcher nicht in Vortrieb verwandelt wird.
Jedesmal, wenn der Flummi wieder stärker verformt wird, leiste ich Verformungsarbeit, welche nicht in Vortrieb verwandelt wird.
Dieses pulsieren der Kraft, entsteht z. B. bei einem Kurbeltrieb aufgrund der unterschiedlichen Winkelstellungen der Hebelarme.

 

[beate]

Ein Fahrer ist da mit exakt der gleichen Leistung und Puls den Anstieg rauf, einmal mit "Gummikuh", einmal mit steifen Rahmen. Kein Unterschied.

Das habe ich aber ganz anders beobachtet: drei unterschiedliche Räder, immer die gleiche Strecke und sehr viele Fahrten (Heimweg von der Arbeit, 5x die Woche über mehrere Jahre, sodass sich da Tagesform und Witterung ausmitteln). Die drei Räder hatten unterschiedlich weiche Hinterbauten und z.T auch relativ weiche Einspeichung. Die Fahrzeit korrelierte sehr deutlich mit der Weichheit der Antriebe: mit dem steifsten Antrieb kam ich deutlich schneller den "Berg" (die Pecher Landstr) hoch als mit dem weichsten. Und welcher Antrieb steifer oder weicher ist, kann man an der Konstruktion auf den ersten Blick sehen - auch jetzt noch, denn ich besitze die drei Räder nach wie vor.