Bremsleistung bei Abfahrt

[Leonardi]

vor einer guten Woche bin ich mit Kind auf dem Schoß im Quest vom Hermannsdenkmal abgefahren :

Nichts besonderes, aber es roch leicht süßlich nach verschmorter Plastik. Ich bremste in Intervallen - weil ich dachte so würde besser Luft rankommen und die Bremsen würden nicht so heiß werden, habe 90ger Trommelbremsen. Die Geschwindigkeit ließ ich wegen dem Kind nicht über 50Km/h kommen, dachte aber es wäre wohl besser sich vom Luftwiderstand bremsen zu lassen.

Ich hatte mir überlegt, das bei ganz geringen und bei ganz hohen Geschwindigkeiten die bei der Bremse umgesetzte Leistung sehr klein sein muss. zB. bei 0,1 Km/h düfte kaum mit einer Erwärmung zu rechnen sein. und dazuwischen muss es bei einer bestimmten Geschwindigkeit eine maximale Erwärmung geben. Wie scharf das Maximum ist, bzw. wie hoch die obere Geschwindigkeit konnte ich schlecht abschätzen, ich vermutete aber bei 80 Km/h würde der Luft- und Rollwiderstand wohl gehörig abbremsen (wieviel Watt muss man treten um 80 Km/h zu fahren), so dass ich zB. bei 80 Km/h weniger Wärme an den Bremsen entsteht als vielleicht bei 50 Km/h. Ein paar Tage später habe ich gesehen, dass das rechte Plastikteil ziemlich verschmort war. Das Laufrad auf dem Foto ist aber nicht vom Quest sondern vom Kinderanhänger, nur zum Vergleich wie groß das Plastikteil früher war. Der Sechskant der Schraube ist im verschmorten Plastikteil zu sehen, auch das Muster der Stoffabdeckung außen ist eingeprägt. Das Stück Panzerklebeband welches ich über der Plastik hatte, damit es nicht rausfällt war völlig verschwunden, verdampft ?
So etwas ist bei mir auch nicht zum erstem Mal passiert:


Um zu wissen wie das genau aussieht und auch wegen Reku habe ich das mal gerechnet.
Die Abfahrt oben 370m- unten 220m=150 hm. Durchschnittliche Steigung 0,15Km/1,9Km*100%=7,89% :


Hier sieht man den Vergleich zwischen Hollandrad, Rennrad Oberlenkerhaltung und Quest:

Die Bremsleistung welche in Wärme umgesetz werden muss = Leistung durch Höhenänderung - Bremsleistung (Luftwiderstand+Rollwiderstand). cw*A und cr habe ich von Kreuzotter genommen.

Bei RR Oberlenker (grüne Kurve) stellt der Schnittpunkt mit der x-Achse die maximale Geschwindigkeit dar, hier 60Km/h welche sich nach einer gewissen Zeit einstellt. Bei dieser Geschwindigkeit ist die Leistung durch Höhenänderung genau so groß wie der bremsende Widerstand durch Luft- und Rollreibung, deshalb wird die Geschwindigkeit nicht höher ohne zu treten. Beim Quest kann die max. Geschwindigkeit 49m/s*3,6= 176 Km/h ( auch 10% Gefälle aber anderes m) werden. http://www.kreuzotter.de/deutsch/speedfaq.htm

Jetzt sieht man deutlich, mit dem Quest muss man schon über 100Km/h bei -10%Steigung fahren, damit weniger Bremsleistung - Bremsenerwärmung auftritt.

Man sieht auch bei zB. 55 Km/h werden beim RR-Oberlenkerhaltung nur 200W an den Bremsen in Erwärmung umgesetzt, beim Quest sind es schon 1.400 Watt - interessant was da bei Rekubremsen weg muss, vielleicht in 1.000Watt Halogenscheinwerfer bei Nachtabfahrt.

Ich habe dann noch folgende sehr interessante Seite gefunden, da wird unter anderem von einem Test berichtet, wonach die meisten Scheibenbremsen als Grenze 800 Watt aushalten. Nun gut die 1.400 Watt verteilen sich auf zwei Radbremsen, aber statt 112Kg habe ich Kind 20+Ich85+Quest 32+Gepäck10=147Kg gehabt, es ging wohl mehr auf die rechte Bremse und es gibt ja auch Abfahrten mit 16%. Hier die Seite:
http://www.sudibe.de/technik_bremsen_leistung.html

Schnell noch der Vergleich ob ich es richtig gerechnet habe, für die rote Kurve Hollandrad mal schnell die Werte aus dem Link eingesetzt, gibt gleichen Kurvenverlauf (mit roter Kurve im Link, Bild "Bremsleistung bei einem Gefälle von 10%"), passt also:


Meiner Ansicht bringt Intervallbremsen nichts, obwohl hier darüber teils andere Meinungen herrschen:
http://www.mtb-news.de/forum/t/welc...se-hitzebelastung.700987/page-4#post-11996787


Noch das Excel-Sheet "P brems.zip":

Gruß Leonardi

 

[Hein]

Moin!

Um zu wissen wie das genau aussieht und auch wegen Reku habe ich das mal gerechnet.

Schön gerechnet, danke sehr!

Hier die Seite:
http://www.sudibe.de/technik_bremsen_leistung.html

http://www.sudibe.de/technik_bremsen_leistung.html

Die hat mir auch sehr gefallen. Da ich sie vor ein paar Tagen erst selbst gelesen hatte, war ich bei den ersten Zeilen Deines Beitrages schon fest entschlossen, sie Dir zu empfehlen - gänzlich unnötig :-D
Tschüs!

Hein

 

[Felix]

Warum hast du die Plastikkappen auf den Naben, ist doch klar dass die schmelzen!
Und auch die Stoffscheiben sind beim Quest zu nichts nütze als die Belüftung noch weiter zu verschlechtern.

Die meisten Abfahrten sind praktischerweise nicht lang so dass ich den größten Teil der Energie in Geschwindigkeit umsetzen kann, oben mit 20km/h rein und unten mit 90 wieder raus.

 

[Christoph Moder]

Meiner Ansicht bringt Intervallbremsen nichts, obwohl hier darüber teils andere Meinungen herrschen:
http://www.mtb-news.de/forum/t/welc...se-hitzebelastung.700987/page-4#post-11996787

Doch, bringt was: Die Bremse wird heißer, und der Wärmetransport an die Luft steigt linear mit der Temperaturdifferenz, und die Wärmestrahlung sogar noch viel stärker (Stefan-Boltzmann-Gesetz, mit T^4).

Andererseits glaube ich, dass bei hohen Temperaturen die Bremsbeläge viel schneller verschleißen. (Man kann es ja durchaus schaffen, auf nur einigen hundert Meter Höhenunterschied auf steiler Straße einen Satz Scheibenbremsbeläge zu killen.) Demnach darf man die Intervalle nicht zu lang machen.

 

[labella-baron]

Die meisten Abfahrten sind praktischerweise nicht lang so dass ich den größten Teil der Energie in Geschwindigkeit umsetzen kann, oben mit 20km/h rein und unten mit 90 wieder raus.

Dann lebst du aber in einer Kurz-Hügel-Landschaft: 90km/h sind 25m/s; h = 0,5*v*v/g = 0,5*25*25/10 = 31 Meter. Sobald der Höhenunterschied größer ist, oder du auf Grund Straßen- oder Verkehrsbedingungen keine 90km/h fahren kannst, bist du gekniffen.

 

[Leonardi]

Warum hast du die Plastikkappen auf den Naben, ist doch klar dass die schmelzen!

ich hatte mal eine verloren, nach ein paar Monaten über den Winter hat man bei velomobiel.nl kaum noch das Laufrad abbekommen, Wasser Schmutz Rost ? Passiert ohne Kappe häufig, sagte mir Theo.
Ich werde das aber aus Plastik lassen, dient mir als Indikator für grenzwertige Temperaturen, so gebe ich besser Obacht, ich möchte nicht wissen wie sich wirkliches Bremsenversagen anfühlt, wenn ich zB. Gedankenlos (ohne Plastikgeruch) mal eine Alpenabfahrt mit 80Km/h durchbremse.

Und auch die Stoffscheiben sind beim Quest zu nichts nütze als die Belüftung noch weiter zu verschlechtern.

Optisch sieht es schon besser aus, ob die Belüftung allein wegen der Stoffkappen relevant schlechter wird ? Ich glaube nicht, das man durch das weglassen relevante Temperaturverringerung erziehlt bzw. das grundlegende Problem durch weglassen der einseitigen Stoffkappe keineswegs beseitigt ist.

Demnach darf man die Intervalle nicht zu lang machen.

Die Temperaturschwankungen durch periodisches Bremsen enstehen an der Innenseite der Bremstrommel zB. Amplitude +- 100K ; T=5sek.

In der Bremstrommel zB. (Bremsbelag <-Strahlung-> Bremstrommel) ist T^4 Gesetz unbedeutsam, da jeder Körper strahlt und auch Bremsbelag strahlt mit T^4 auf Bremstrommel zurück. Das heißt im Inneren gibt es kaum relevante Temperatur (=Strahlungs) unterschiede, wenn sich erst mal alles aufgeheizt-ausgeglichen hat.

An der Außenseite der Bremstrommel hängt die Amplitude der Temp.schwankung weiterhin noch von spez. Wärmekapazität, spez. Wärmeleitfähigkeit, Dichte der Bremstrommel (=Materialkonstanten Alu), der Wandstärke und der Frequenz der Temperaturwellen ab. Solch schnelle Temperaturschwankungen 1/5 Hz werden aber auch vom gutleitenden Alu schnell gedämpft (exponentiell), so das zB. außen an der Bremstrommel geschätzt <+-3 Kelvin Temperaturamplitude zu messen ist (Könnte die genaue Gleichung mal raussuchen, aber Amplitude Innenseite lässt sich ja auch nur schätzen). Damit ist aber auch T^4 Gesetz unbedeutsam bezüglich der Temperaturschwankungen, also es ist unbedeutsam ob Intervallbremsen oder nicht, da sich in jedem Fall eine fast konstante mittlere Temperatur (=konstante Wärmeabstrahlung) an der Oberfläche der Bremstrommel einstellt.

Deshalb denke ich das Intervallbremsen nichts bringt. Wenn man die Intervalldauer kürzer macht, so ist die Temp.schwankung an der Trommeloberfläche noch geringer.

In Wirklichkeit ist es noch viel komplizierter, im infraroten Bereich gibt es nur schwarze Körper außer Metalle. Die Umgebungsstrahlung 273K+20K=293K welche auch mit T^4 auf die Bremstrommel strahlt, wird zB. außen von der Bremstrommel reflektiert, wenn nicht gerade verschmutzt. Auch die Abstrahlung ist nicht nur von T^4 und A abgängig, sondern von der Art der Oberfläche, so strahlt zB. hellgraue Heizungsfarbe relativ gut ab.

Gruß Leonardi

 

[Gear7Lover]

Wenn man davon ausgeht, dass beide Reibpartner je die Hälfte der Wärmeleistung abbekommen, dann sind die Beläge klar im Nachteil. Der Reibbelag leitet die Wärme wesentlich schlechter ab, als die Trommel aus Stahl und Alu. Kühlfläche hat er auch viel weniger und kühle Luft ist da drinnen auch Mangelware. Die Trommel ist auch nicht gelocht wie viele Bremsscheiben.
Intervallbremsen könnte zwei Vorteile bringen. 1. Ab und zu mal Luft an die Beläge lassen zur Kühlung und zum entweichen lassen der Gase (Rauch). 2. Durch stärkeres Bremsen dafür sorgen, dass der Belag vollflächig anliegt und nicht nur punktuelle Hotspots.

 

[Jack-Lee]

Servus,

ich denke schon das Intervallbremsen hilft, unzwar um ein verglasen der Beläge zu verhindern.
Wenn diese dauerhaft an der heißen Bremse anliegen und keine wirkliche Zeit haben auch mal die Wärme abzuleiten, kann die dünne SChicht direkt im Kontakt zwischen Belag/Metall wohl so heiß werden, das dieser verglast. Und dann ists vorbei mit Bremsen..
Wenn man in Intervallen bremst, bleibt zwischenzeitlich mehr Zeit das sich die Wärme besser verteilt.


Gruß,
Patrick

 

[TimB]

dass beide Reibpartner je die Hälfte der Wärmeleistung abbekommen,

Wenn diese dauerhaft an der heißen Bremse anliegen

Das wissen wir ja nicht. Je nachdem, wieviel Leistung welcher Partner erbringt, kann die eine oder andere Variante besser sein. Generell würde ich sagen, daß durch die deutlich bessere Wärmeableitung das Alu auf jeden Fall den Hauptteil der Wärme abführt - bei 220 ° an den Speichenköpfen bei meinen 90ern wären die Beläge sonst innen schon weggeschmolzen gewesen.
Was besonders viel beim Intervallbremsen bringt ist der Luftwiderstand, der ist dann nämlich im Schnitt deutlich höher als bei konstanter Bremsung, was die Bremsen entlastet. Das überwiegt auf jeden Fall alles, was an Wärmeabführung optimiert werden kann bei Trommelbremsen.
Bei zwangsbelüfteten Scheiben kann das messbar was ausmachen, die erreichen auch ganz andere Temperaturen.

Gruß,

Tim

 

[Gear7Lover]

Hab da mal was für einen früheren Thread (den ich jetzt nicht mehr finde) gerechnet. Falls es interessiert.

• Endgeschwindigkeit: die theoretisch erreichbare ungebremste Geschwindigkeit an langen Gefällen in Abhängigkeit vom Luft-/Rollwiderstand, Gewicht, Luftdichte und Gefälle.
• Bremsfallschirm: Grössenbemessung eines Bremsfallschirms um an einem gegebenen Gefälle eine gewählte Geschwindigkeit zu halten.
• Maximales Gefälle: Wie stark darf ein langes Gefälle sein bei verschiedenen durch Bremsen gehaltenen Geschwindigkeiten.
• Trommeltemperatur: einmalige Erwärmung der Trommel pro Gefällebremsung bis zum Stillstand (Kühlung vernachlässigt, weil kurze Zeitspanne)

 

[Gear7Lover]

Das wissen wir ja nicht.

Doch, dass wissen wir, seit Newton. Actio gleich Reactio. Beide arbeiten gleich viel. Aber nur die Trommel kann ernsthaft Wärme abführen.

 

[TimB]

Actio gleich Reactio. Beide arbeiten gleich viel.

Das gilt aber nur an der Berührfläche und nicht für die Gesamtpartner. Die Wärmeströme, "Wärmeleistung abbekommen" sind eben nicht bekannt, das meinte ich mit Leistung. Die ändern sich dann auch noch ja nach Betriebszustand, wobei in einer Bergabfahrt die abgeführte Leistung über die Trommel durch die bessere Kühlung überwiegt.

Gruß,

Tim

 

[Reinhard]

Apropos Bremsenkühlung: wie sieht es nun mit der Wasserkühlung aus? Das Thema kommt immer wieder hoch, aber die "Serienreife" schleicht vor sich hin ...

 

[TimB]

Jens vom Räderwerk ist den Sommer in den Alpen gewesen mit Wasserkühlung und Temperatursensor, mal sehen was die machen.
Wer Wasserkühlung braucht, kann sie sich von Patrick einbauen lassen - Roland fährt ja auch fleißig damit rum.
Ein echtes DIY-Kit anzubieten ist schwer, bei jedem VM brauchts andere Schlauchführung und Knickschutz, das lohnt bei den erwartbaren Stückzahlen nicht. Da müssen denke ich die Hersteller aktiv werden. Solange beim Milan die Kabelführung zu den Bremsen handgedengelt irgendwo in den Radkasten geklebt wird, ist die Installation ohne mehrtägigen Probebetrieb auch nicht möglich. Schon bei meinem Milan mussten wir uns für jede Seite eine eigene Führung suchen, weil der Schlauch auf einer Seite knickte. Ein Schlauch mit Knickschutz ist aber nicht eng genug verlegbar...

Ich hab immer einen Notbestand in der Kühlung dabei, brauche sie aber recht selten. Plastikkappen hab ich nicht drauf, die würds alle Nase wegschmelzen bei mir, ohne daß ich die Wasserkühlung einsetze. Wer so kleine Hügel wie Leonardi runterbremsen muss, macht sich halt Metallcaps drauf, wenn er/sie unbedingt meint welche zu brauchen und fährt 90er, am besten schwarz eloxiert von Gingko.

Gruß,

Tim

 

[juergen0708]

Ich kenne einen, der ist mit einer 70er Bremse den Großklockner im August diesen Jahres ohne Probleme (aber mit eingebauter Wasserkühlung) runter gefahren. Jens B vom Räderwerk.

 

[labella-baron]

Hab da mal was für einen früheren Thread (den ich jetzt nicht mehr finde) gerechnet. Falls es interessiert.

• Maximales Gefälle: Wie stark darf ein langes Gefälle sein bei verschiedenen durch Bremsen gehaltenen Geschwindigkeiten.

Das war Bremsleistungen bei Velomobilen ab hier. Interessant war, dass selbst 90er Trommeln nur für 1,8% Gefälle reichen. Wenn es 2% werden - und die 0,2% Unterschied sind kaum mit dem Auge erfassbar - dann muss man von 60km/h entweder auf 40km/h runterbremsen oder auf 80km/h gehen um den zusätzlichen Luftwiderstand zu nutzen. Übrigens nach wie vor ein erkenntnisreicher Thread, wenn man die unqualifizierten Beiträge überspringt.

 

[Felix]

Ich bremse sowiso ungern, nicht nur wegen der 70er Trommeln, nach Möglichkeit lasse ich alles den Luftwiderstand machen. Letztens hab ich dann an einer gelben Ampel doch von 90 bis zum Stillstand gebremst, der Bremsweg ist zwar lang, aber das scheinen die 70er abzukönnen.

Deshalb habe ich auch keine Probleme mit der Kühlung, die Abfahrten sind nicht viel länger als 100 Hm, da muss ich vielleicht 2 Mal bremsen, danach ist dann wieder genug Zeit zum abkühlen.

 

[TimB]

Interessant war, dass selbst 90er Trommeln nur für 1,8% Gefälle reichen.

Bei den angenommenen Werten. Die sind sehr vorsichtig geschätzt. Ich habe an den Speichen schon 220 °C gehabt ohne ans Limit zu gehen, das Alu hatte wesentlich mehr. Der Wärmeübergangskoeffizient bei freier Konvektion -> stehendes Rad ist bei ca. 5 W/m²K, dazu kommt noch die Strahlungsabgabe. Die angenommenen 7 W/m²K entsprechend also eher der Abkühlung im Stillstand bei eloxierter Oberfläche - bei poliertem Alu ist die Abstrahlung vernachlässigbar.
Realistisch sind bei diesen Geschwindigkeiten im geschlossenen Radkasten vielleicht 30, bei offenem Radkasten 50 W/m²K für die Konvektionskühlung, dann ist die Wärmestrahlung auf jeden Fall vernachlässigbar.
Dafür ist die Temperaturdifferenz kleiner im geschlossenen Radkasten, bei 250 °C Trommeltemperatur und geschätzten 50°C im Radkasten (Mal innen anfassen nach ner Abfahrt!) komme ich auf 670 W Bremsleistung - was wiederum wohl zuviel ist, die wirksame Kühlfläche wird etwas kleiner sein, da schließlich ein Temperaturgradient auftreten wird.

Einmalbremsungen in der Ebene wie Felix berichtet sind unproblematisch, das hatten wir auch schon abgeschätzt. Hier stehts:

150 kg (Camping bei WM) aus 97 km/h bei ca. 10% Gefälle auf unter 100 m bis zur Serpentine auf unter 20 km/h abbremsen sind so die Grenze für eingebremste 90er - das nächste Mal fahr ich mit Zusatzgepäck dort nicht ungebremst bis knapp vor der Kurve.

Gruß,

Tim

Nachtrag: Hab den Solver gefunden, hier die Prozente bei Geschwindigkeiten und 400 m Höhe:
5 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
57,2% 25,9% 13,0% 8,9% 6,9% 5,8% 5,1% 4,7% 4,5% 4,3% 4,3%

Das deckt sich im unteren Bereich ganz gut mit meinen Erfahrungen, dann wirds zuviel (7% mit 40 km/h bergab geht nicht auf Dauer gut) und dann zuwenig (bei 4,3% brauch ich mit GT nicht bremsen wenn 100 km/h gehen)

 

[Gear7Lover]

Sicher kann man über die Annahmen diskutieren, aber 7% mit 50km/h halte ich für nicht plausibel.

 

[Christoph Moder]

Die Temperaturschwankungen durch periodisches Bremsen enstehen an der Innenseite der Bremstrommel zB. Amplitude +- 100K ; T=5sek.

In der Bremstrommel zB. (Bremsbelag <-Strahlung-> Bremstrommel) ist T^4 Gesetz unbedeutsam, da jeder Körper strahlt und auch Bremsbelag strahlt mit T^4 auf Bremstrommel zurück.

Für Trommelbremsen hast du Recht. Eine Scheibenbremse dagegen hat weniger Wärmekapazität, die Bremsscheibe wird direkt durch die Luft gekühlt, und kann auch Hitze nach außen abstrahlen. Das alles macht die Intervalle deutlich länger; und wenn man dann kein Velomobil hat, sondern einen schnellen Lieger, wo die Belüftung besser ist, dann wird das Intervallbremsen sinnvoll.

Aber gut zu wissen, dass es beim VM nicht sinnvoll ist.