AW: Fahrwiderstandsbeitrag Federung
Hallo,
Ich lese "die Wechselbeschleunigung/zur Fahrtrichtung unkorrelierte Bewegung wäre ohne konstruktive Federung geringer" - und bin vom Gegenteil überzeugt.
Das ist leider keine Uberzeugungs-Frage, sondern pimitve Mechanik.
Das Ungefederte Rad, wird ja ausschliesslich im Reifen gefedert.
Da ist die ungefederte Masse wenige Gramm Baumwolle und ein Hauch Gummi ... genau so viel wie gerade die Strasse beruehrt.
Diese Masse bildet mit der Feder(Luft) ein schwigfaehiges System, die Unebenheiten der Strasse erzeugen eine Wechselbeschleunigung, und die wirkt ausschliesslich in dieser Masse, damit das Rad nicht "hopst" und unkontrolliert den Bodenkontakt verliert, muss nur die in dieser geringen Masse gespeicherte potentielle Energie, in Waerme umgewandelt werden. Dafuer reicht die sehr geringe Eigendaempfung(1,5-4%) des Reifens.
Uebertraegst Du die Federungsaufgabe auf eine Radschwinge, ist die ungefederte Masse die Masse des kompletten Rades, die Haelfte der Schwinge, und die halbe Masse von Feder und Daempfer. Das macht im "gemeinen Liegerad" oft mehr als 2Kg pro Rad ... diese Masse bildet nun mit der Federung das schwingfaehige System. Das Ergebniss ist das der Energieinhalt der als potentielle Energie in der Feder gespeichert wird (Masse*Geschwindigkeit) beim ueberfahren des selben Huckels sich daher wie das Verhaeltniss der Massen (1:200?)verhalten muss. Dieser Energieinhalt muss nun genau wie bei der Federung durch den Reifen, vernichtet werden. Diese Aufgabe uebernimmt nun der Stossdaempfer. Nicht nur das da locker die 200fache Masse gedaempft werden muss, damit das Rad nicht hopst, ist ja meist der vom Federunswahn befallene Fahrradfahrer nicht mit den 4-5% Daempfung, die z.B. ein Gummielement haette, zufrieden, nein man braucht auch noch fuer den "gefuehlten Komfort" eine verstaerkte Zugstufe, bei der die Daempfung mal locker auf 15% eingestellt wird ...
Und so verliert ein Fahrzeug mit gefederten Raedern beim ueberfahren eines Huckels ein Vielfaches an Energie, die nun vom Stossdaemper als Waerme abgestrahlt wird. Diese Energie muss der Fahrer via Pedal nachliefern ...
(wird hauptsächlich in Wärme umgesetzt, wo immer sie gedämpft wird - Fahrer, Ladung, Untergrund, Reifen, ...
Gibt auch Versuche zur Nutzung - schätze, das der Schaden durch die Zusatzmasse überwiegt)
(Nachgiebigkeit im Antrieb ist erkennbar verlustträchtig, wenn dies der Erwähnung bedarf. (Radialreifen?!))
Ja sicherlich habe ich vereinfacht, und habe angenommen das Fahrzeug haette eine unendlich grosse Masse ...
Und habe es unter der Voraussicht akzeptiert, das ja in beiden Faellen die Restmasse wenigstens gleich gross waehre.
Betrachtet man das genauer, dann bildet ja auch das Systen Feder-Farhrzeug ein schwingfaeheiges Gebilde.
Aber wie sind nun die Verhaeltnisse? Der Energietransport von 2 gekoppelten schwingfaehigen Massen ist abhaengig vom Verhaeltniss der Massen.
Nehmen wir an das Fahrer und Rad 100Kg wiegen dann ist das Verhaeltniss von ungefederte Masse zur gefederten Masse bei reiner Reifenfederung
groesser als 1:100.000 in der grosszuegigen Annahme das das Sueck Gummi in der Aufstandflaeche 10g wiegt.
Beim Gefederten Rad ist das Verhaeltniss aber nur 1:50 also sind die Auswirkungen die vom Fahrzeug in Federung und Daempfer zurruckwirken beim ungefederten Rad wirklich gering ... bei der Radfederung aber 2000fach groesser.
Also ist es auch hier genau andersrum wie Du vermutest hast. Die Verluste im Daempfer durch das "nachwippen" des Fahrzeuges sind ebenfalls erheblich groesser als die Verluste beim Einfedern.
Ursaechlich fuer alle Effekte um die Federung ist immer das Verhaeltniss von gefederter zu ungefederter Masse ...
Je kleiner man die ungefederte Masse macht um so weniger Energie geht an jedem Huckel verloren.
Je grosser man sie macht, um so mehr Federweg kann man, fuer irgendeinen Pseudokomfort, realisieren.
Das hat aber nichts mit dem "gefuehlten Komfort" zu tun.
Das ist dem Man vom TÜV auch egal, ich betrachte das ausschlisslich unter dem Aspekt der Fahrsicherheit.
Und da ist es ausreichend wenn die Federung den sichern Radkontakt herstellt.
Zur Nachgiebigkeit des Antriebes, da gibt es 2 Verlustgruppen, jedes Grad das Dein Pedal beim reintreten nachgibt, bedeuten 3% Verlust, das sind aber "Biomechanische Verluste" also Energie de Dein Koerper nicht liefen kann weil im der fuer das erbringen der Abeit notwendige Weg verkuerzt wird.
Schon der gewoehnliche Klapperatismus der ueblichen Trike-Schwingen, macht am Pedal einen elastischen Weg von mitunter 10° das Pedal gibt etwa 2cm zwischen Ruhestellung und maximalem reintreten nach. Es erfordert ausserordentliches konstruktives Geschick diesen Effekt auch nur zu halbieren.
Beim Ungefederten bleibt eigendlich nur noch die Elastizitaet von Kette,Kurbel und Pedal uebrig. und das macht bei hochwertigen Komponenten weniger als 1/2Grad.
Das andere Problem der gefederten Schwinge sind der Pedalrueckschlag beim Einfedern, das kann man optimieren, aber nur fuer jeweils 1 Ritzel, bei den Anderen weichen die Winkel in der Kettenfuehrung wieder ab.
Das 3. Problem ist die Rueckwirkung vom Kettenzug auf die Federung, und das dadurch direkt ein Teil der Tretarbeit im Stossdaempfer vernichtet wird, und was meisst auch ein laestiges "Wippen am Berg" zur Folge hat.
Die lezten beiden Punkte kann man auch
kreuzottern also graphisch anhand der Schwingengeometrie voraussagen.
Jack-Lee hat fuer ein gefedertes Trike einer bekannten Marke das er zum probefahren hatte, nur die Verluste durch Punkt 2 und 3
ermittelt. und landete bei ueber 30% zusammen mit Punkt 1, kann man also durchaus davon ausgehen das im (kaeuflichen)gefederten Trike
im Antriebstrang Verluste bis zu 50% entstehen koennen.
Darum ist die Feststellung vieler Trikisten, dass sie mit dem eigendlich vorteihafteren Trike, dank der Federung,
besonders am Berg gegen das RR keine Chance haben, wirklich nicht verwunderlich
mfG
Matthias
PS. das mit dem Radialreifen ist ein anderer Acker ... federn tut er genau wie sein Diagonaler Bruder.
Die Rollreibung kann man aber, natuerlich nur wenn man genau weiss was man tut, dadurch verbessern dass man in Radial und Axialrichtung
unterschiedlich viele Fasern einbringen kann. Allerdings klappt das nur bei einem ganz exakem Druck, und nur bei einer ganz bestimmten Fahrzeugmasse.
Fuer das Fahrrad bedeutet das, dass so ein Reifen extra fuer das Gewicht des Fahrers massgefertigt werden muss.
Damit nicht die vielen Nachteile die ein Radialreifen am Fahrrad hat, man muss einfach mal so einen Reifen gefahren haben, die Vorteile eventuell wieder zunichte macht.
