AW: Federung ?
Hallo Peter,
a) die Energie für das Abfedern von Unebenheiten steckt beim gefederten Rad nach Ende der Fahrt als Wärme in den Dämpfern. Klar. Aber ist sie beim ungefederten (komplett) verfügbar geblieben?
Als Gegengewicht zwischen dem Impuls aus dem Hinderniss fungiert die Trage Masse von Fahrer und Fahrzeug, mit ausnahme der ungefederten Masse.
Beim Ungefederten ist das ein 5Cent grosses Stueckchen Gummi, denn die Feder die gespannt wir ist die Luft im Reifen.
Hin und her beschleunigt wird solange die Traege Masse des Fahrzeuges sammt Fahrer nicht ueberfordert wird, nur dieses Gummiflecker.
Darin wird aber nur ganz wenig Energie gespeichert.
Beim Gefederten muss der Reifen ja eine haertere Kennlienie haben als die Federung, sonst waehre ja die Feder wirkungslos.
So wird am Hinderniss nicht nur ein Gummifleckerl beschleunigt, sondern ein kamplettes Rad, der ganze Reifen und Schwinge Feder und Daempfer.
Das ist Etwas das 1000fach mehr Masse besitzt als die Aufstandflaeche des Reifens. Die in dieser Masse gespeicherte Energie ist ja bei gleichem Hub und gleicher Geschwindigkeit im selben Verhaeltniss groesser .... genau diese Energie muss im Daempfer vernichtet werden, weil diese traege Masse beim einfedern versucht auch
wenn der Scheitelpunkt schon ueberschritten ist, die Feder weiter zu spannen, das Rad verliert den Bodenkontakt, und hopst ... die Feder und die Masse bildet ein schwingfaehiges System, und das Rad hopst solange weiter bis die durch den Stoss eingtragene Energie komplett in Waerme umgewandelt ist.
Das muss aber an einem schnellen Fahrzeug auch wirklich schnell gehen, denn mit einem hopsenden Rad kannst Du weder lenken noch bremsen noch antreiben.
Wenn Rahmen und Fahrer durchgeschüttelt worden sind, hat sich die (nicht nutzbare) Energie nach meinem Verständnis dann nur anders verteilt und hat halt, mangels Stossdämpfer, Rahmen und Fahrer elastisch verformt (und schlimmstenfalls auch plastisch, s.u.).
Natuerlich koennen Fahrer und Fahrzeug mit ihrer endlichen Masse(ca. 35Kg auf ein Rad am Trike) nur eine begrenztes Gegenmoment erzeugen.
Aber wenn in beiden Faellen die Federungskennlienie und und der Impuls gleich sind, ist das Ergebnis in beiden Faellen nicht sehr unterschiedlich.
Das Gefederte ist sogar erstmal einwenig im Nachteil, da Federn, Raeder Schwinge usw. nicht mehr in der gefederten Masse enthalten sind.
b) Mit dem Rad will ich vorwärts kommen. Der Weg zwingt mir durch Unebenheiten aber "Umwege" nach oben und unten auf, die den Vortrieb behindern. Entsprechend arbeitet eine Federung idealiter senkrecht zum Vortrieb. D.h. die Energie, die am Ende der Fahrt als Wärme in den Dämpfern steckt, habe ich zwar tatsächlich aufbringen müssen; da sie aber aus Impulsen stammt, die (näherungsweise) senkrecht zur Fahrtrichtung standen, scheinen sie mir für den reinen Vortrieb irrelevant. (Anders wäre es, wenn die Federung z.B. in einem 45°-Winkel zur Fahrtrichtung stünde - da wäre mir sofort klar, dass das Kraft/Energie kosten muss).
Die Horizontalen Impulse kommen doch nicht aus Erdbeben.
Du faehrst auf ein Hinderniss, und das Rad wird gehoben, die Energiemenge die benoetigt wird um die ungefederte Masse nach oben zu beschleunigen, wird Deiner Antriebsenergie entzogen(Vektorenzerlegung). Je groesser die Masse ist die noch oben beschleunigt werden muss um so mehr Energie wird dem Vortrieb entzogen.
Beim Ungefederten, sind das, (die gleiche Federkennlienie vorausgestzt) nur wenig Gramm Gummi, beim Gefederten ein ganzes Rad mit noch etwas Klimbim dazu also deutlich ueber 1Kg. Und deshalb bremst eben ein ungegefedertes Rad, weniger.
Problematisch wir es natuerlich erst, wenn der Federweg des Reifens ueberschritten wird, oder die Traege Masse nicht mehr ausreichend gegenhalten kann.
Beides passiert natuerlich genauso am Gefederten, nur halt etwas spaeter. Und wehrend dann das Ungefederte den Fahrer schuettelt, musst Du beim Gefederten viel hoehere Energiemengen im Daempfer verbraten, klar der Durchschlag kommt dann halt nicht beim ersten Huckel, aber wenn ein zweiter/dritter Huckel kommt ehe die Zugstufe wieder losgelassen hat, wird die Federung immer haerter und der Restfederweg immer Kleiner ... .
Und was den "Umweg" betrifft, beim Gefederten folgt die Radachse in etwa den Untergrund und faehrt die von Dir vermuteten Umwege.
beim Ungefederten, bewegts sich die Radachse weniger mit und Dein Rad muss weniger Umwege machen.
Natuerlich ist alles, auch die Federung, ein Kompromiss.
Willst mit einem ungefederten ordentlich fahren muss Du den Reifen und Luftdruck sehr sorfaeltig auswaehlen, und hast weil er ja bei der geringen Belastung sehr schmal sein muss, eben auch nur einen begrenzten Federweg.
Ich fahre ja auf der Strasse, da sind kantige Hindernisse mit mehr als 2cm Hoehe wohl selten, und man kann (muss) natuerlich auch seine Fahrweise entsprechend darauf einstellen, und die Strecke auch entsprechend waehlen,hat dafuer aber den Vorteil eines leichtern Fahrzeuges, und weniger Verluste bei rauher Fahrbahn.
Fuer gelegendliche haerte Ereignisse auch bei 3cm Huckel schlaegt der Reifen ja nicht gleich durch, habe ich dann die Sitzfederung, die mich vor dem schlimmsten bewahrt. Im Gegensatz zur Radfederung, spricht die vorgespannte Sitzfederung aber erst an wenn der Reifen langsam an seine Grenzen kommt.
Ich empfinde diese Kombination, nicht unbedingt als Saenftig komfortabel, aber durchaus als praktikabel, fuer ein leichtes und schnelles Sportgeraet.
mfG
Matthias