Rollwiderstand mit Rollenprüfstand nachmessen

Gear7Lover schrieb:
Ah, oh, hab ich wohl überlesen. Dann sind das ja "echte" Rollwiderstände. Chapeau.
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Danke, aber ich hab ja die Geschwindigkeitsabhängigkeit des Rollwiderstandes nicht selbst erfunden :), das Phänomen gibt es einfach. @Leonardi , @labella-baron und andere haben ja hier auch schon darauf hingewiesen. Goro Tamai hat in seinem Standardwerk The Leading Edge schon vor 15 Jahren eine Formel für Solarmobile präsentiert (vgl. dazu meinen Bericht) .
Im Zusammenhang mit den hohen Geschwindigkeiten, die mit heutigen Velomobilen dank stark verbesserter Aerodynamik erreicht werden könn(t)en, bekommt die Sache aber eine zentrale Bedeutung. Verständlicherweise sind die heute erhältlichen Fahrradreifen nicht für Geschwindigkeiten jenseits der 40 km/h optimiert.

Ein kleines Beispiel:
Für ein schnelles Velomobil (Milan, Evo K, DF, ..) wird von folgenden Annahmen ausgegangen: Luftwiderstand: Cw * A = 0.1 * 0.4 m2 , Rollwiderstandskoeffizient der Reifen (gemäss Reifentest Fachmagazin): Cr = 0.003 und Gesamtmasse (Fahrer + Fahrzeug): m = 110 kg. Um eine Geschwindigkeit von 60 km/h zu erreichen, müsste demnach eine Leistung von 167 Watt genügen. Der Fahrer sieht aber auf Bordcomputer mit Leistungsmessung ein anderes Bild. Die 60 km/h liegen an, aber die Leistung bewegt sich um sportliche 220 Watt...Was der Fahrer nicht sieht: Der Rollwiderstand hat mit wachsender Geschwindigkeit ebenfalls beträchtlich zugelegt und ist bei 60 km/h beinahe gleich gross wie der Luftwiderstand!

Meinen hoffentlich verständlichen Bericht mit den Details, Versuchsaufbau, Messungen und Berechnungen findet frau/man hier:

http://www.velomobil.ch/ch/de/rollenpruefstand

Gruss
Carbono
 
So sieht es aus carbono,
Nur das die 167 Watt schon lange Realität sein können. Wird heute sogar übertroffen. Deswegen muss man davon ausgehen das die Aerodynamik gewaltig zugelegt hat.
 
carbono schrieb:
Michelin Radialreifen sprengen mein Budget
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Das wundert mich jetzt im Verhältnis zum Gesamtaufwand und der Anzahl an Möglichkeiten einen Rekord zu brechen. Trainingszeit, Lebenszeit, Formkurve, passende Strecke, Wetter, Aufwand für die hier beschriebenen Experimente, alles Faktoren die einen Rekord beeinflussen ... so teuer ist der Michelin ( 250-400€ je nach Quelle) doch gar nicht, drankommen scheint das größere Problem ... aber auch lösbar.
Über die Lebensdauer hab ich schon alles Mögliche gehört. Entweder ist die Belastung der Fahrzeug für den Reifen krass unterschiedlich oder die Qualität dieser Reifen.
 
Zuletzt bearbeitet:
Ein Radialrfeifen kostet derzeit um die 270 € / Stück. Sie lagen mal bei 440 € / Stück. Beim jetzigen EUR/CH-Kurs wäre 270 € fast ein Schnäppchen. Nur die Frage hebt der gringe Rollwiderstand und die damit verbundenen guten Rundenzeiten, die Wartezeit für das Wechseln von Reifen auf. Ist halt die Frage, ob isch bei Langstreckenrekorden (24h) dieser Reifen sich lohnt.
 
Die theoretischen Überlegungen zu einem Rollenprüfstand sollten besser hier diskutiert werden, um im anderen Thread konkreten Messergebnissen den Vortritt zu lassen.
Ich bin der Auffassung, dass der geschwindigkeitsabhängige Anteil des gemessenen Rollwiderstandsanteil abhängig ist vom Umlenkwinkel der auftreffenden Reifenmasse.

Hierzu diese Zeichnung anklicken:
Rollenprüfstand Auftreffwinkel.png
Die Umlenkung wird um so höher sein je größer der Winkel Gamma wird - eigentlich sin(gamma) ~ sin(alpha) + sin(beta), was für die hier kleinen Winkel gilt (in der Zeichnung ist das natürlich überhöht dargestellt).
Dabei geht es in erster Linie nicht um das Biegen des Reifengummis an dieser Stelle, sondern um die abwärts gerichtete Auftreffenergie der Reifenmasse und im Fall der Rolle um ihre anschließende Beschleunigung nach oben auf der Rollenoberfläche.
Ich vermute folgenden Zusammenhang:
Der geschwindigkeitsabhängige Teil des Rollwiderstands auf der Rolle gegenüber der Ebene nimmt um den Faktor (1 + Reifendurchmesser / Rollendurchmesser) zu.

Die Bewegungsenergie, welche hierbei umgewandelt wird geht auch in die Erwärmung der Rolle und nicht nur in die Erwärmung des Reifens.
Zur Begründung ein Extrembeispiel: Die Straßenschäden eines LKW-Reifens entstehen nicht nur durch Abnutzung der Fahrbahnoberfläche, sondern durch Zerrüttung des Straßenunterbaus (Rutting).
Oder noch drastischer: Wer wollte bestreiten, dass die Bewegungsenergie einer Pistolenkugel durch Zerstörung des Materials auf welcher sie auftrifft plus ihre Verformung absorbiert wird.
 
Zuletzt bearbeitet:
Der geschwindigkeitsabhängige Teil rührt also Deiner Ansicht nach weniger von der Biegungs-/Verformungs-/ Hystereseverluste her, sondern kommt dem gemischt elastischen/plastischen Stoß, wenn also "Gummikugeln" auf die Straße (in einem Winkel) "geschossen" werden, dabei die Richtung/Geschwindigkeit ändern, den diesbezüglichen Verformungs/Hystereseverlusten also. Dann müsste man aus der Stoßzahl, in einem Fallversuch ermittelt - Aussagen über den geschwindigkeitsabhängigen Teil treffen können ? Ja so ein Latexkugel springt gegenüber Butyl ja wie verrückt.
Erklärt das warum man bei nasser Straße schlechter rollt ? (außer der Ansicht, das die Wärme bei Wasser mehr aus dem Reifen gezogen wird)

Und der nicht geschwindigkeitsabhängige Teil dann mehr von der Biegungs- /Verformung- /Hystereseverlust ?

Wenn man nur Latex und Buthyl zur Verfügung hat, kann man wohl kein Reifen mit völlig verschiedenen Charakteristika bauen, zB. hohen Roll- und niedrigen Geschwindigkeitsabhängigen Teil oder niedrigen Roll- und hohen geschwindigkeitsabhängigen Teil ?

Spielt die Geometrie eine Rolle, ich denke nur daran, das Autoreifen vielleicht nur 10% Anstieg von Cr von 0-100km/h haben ?

Gruß Leonardi
 
Größere Reifen reagieren weniger stark AIF zunehmender Geschwindigkeit.
Klingt logisch.
Ob Rolle oder nicht der Effekt ist bei großen Reifen nunmal naturbedingt weniger ausgeprägt.
 
Sorry I'm using English, I guess this is better than using the Google translate.
Carbono, how you have calculated the mass (m) for your equation:
P = m⋅(at3+bt2+ct+d)⋅(3at2+2bt+c) ?
Calculated from the inertia of your flywheel?
 
clip schrieb:
Sorry I'm using English, I guess this is better than using the Google translate.
Carbono, how you have calculated the mass (m) for your equation:
P = m⋅(at3+bt2+ct+d)⋅(3at2+2bt+c) ?
Calculated from the inertia of your flywheel?
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m is the load charging the tire running on the flywheel it originates from: P = m * v * a and it is not the mass of the flywheel.
 
Then I have something wrong in my calculations, because I got too big power values.
I tried to calculate with your measuring data for Continental "special" tyre.
Have to check in the evening...
 
Carbono, could you check these two print screens from the calculations:
https://www.dropbox.com/sh/l3zmzciax7k4f47/AABAktNH7feP4xAd8s0quuu9a?lst
Data is from your measurement. Upper chart is showing the measured data with the trendline (values for a, b, c and d are taken from this equation). Lower chart is the power chart. Values used in it are shown on the right side of the chart.
Maybe I have misunderstood something, do you find fundamental errors?
 
clip schrieb:
Carbono, could you check these two print screens from the calculations:
https://www.dropbox.com/sh/l3zmzciax7k4f47/AABAktNH7feP4xAd8s0quuu9a?lst
Data is from your measurement. Upper chart is showing the measured data with the trendline (values for a, b, c and d are taken from this equation). Lower chart is the power chart. Values used in it are shown on the right side of the chart.
Maybe I have misunderstood something, do you find fundamental errors?
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Values for polynomcoefficients a, b, c, d may vary, since I didn't use the whole array of raw data. The v(t)-diagram looks ok. To calculate power use:
P = 1/2 m (vn+1^2 - vn^2) / dt . Notably m ist not the load charging the tire on the flywheel but a mass replacing for the inertia of the flywheel which is driving the coasting of the wheel. Therefore I used:
Steel cylinder diameter: 0.310 m , length: 0,026 m (specific weight: 7860 kg / m^3 => mass of rotating cylinder: m = 15.424 kg
The "Rollersatzmasse" of the cylinder accounts to: 1.5 * 12.948 kg = 23.137 kg (check: http://de.wikipedia.org/wiki/Rollersatzmasse )
=> Rotating mass in the test bench: 0.5 * m = 7.712 kg (use this mass in order to calculate the Power)

The mass charging the wheel (29.14 kg) is only used in a later stage to calculate Cr(v) values.
(All I said equally applies to the calibration run)

does that make sense to you?
 
Now this makes sense, thank you!
And thanks for sharing your testing method.
Have to make this kind of testing equipment for me also in the future.
 
Carly,
Da es schwer sein wird eine größere Rolle auf die schnelle aufzutreiben, darum könntest Du auf zb. Eine 100m große Rolle testen. Dann hat man oder ich in etwa ein Gefühl was die Rolle ausmacht. Hierbei geht es mir nur um den Geschwindigkeitsabhängigen Vergleich
 
DanielDüsentrieb schrieb:
Carly,
Da es schwer sein wird eine größere Rolle auf die schnelle aufzutreiben, darum könntest Du auf zb. Eine 100m große Rolle testen. Dann hat man oder ich in etwa ein Gefühl was die Rolle ausmacht. Hierbei geht es mir nur um den Geschwindigkeitsabhängigen Vergleich
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Ich habe leider auch (noch) keine solche Rolle, aber schon eine Idee wie man das (1200 mm) rel. einfach machen könnte. Wichtig fände ich auch, dass jemand unabhängig von mir testen und auswerten könnte.

Noch eine andere Idee:
Könntest du denn auf deiner Rolle für einen beliebigen Reifen (z.B. One) den Leistungsbedarf @60 km/h mit dem SRM messen? Dann hättest du den Luftwiderstand (Rolle + Rad/Reifen) und könntest ihn von der Reifenmessung @60km/h unter Last abziehen? Wir könnten dann unsere Messresultate @60km/h direkt vergleichen.

Carbono
 
Wie sehr verschlechtert denn die "Pannenmilch" den Rollwiderstand? Auf dem Dekra gab es ja mindestens einen (den ich hörte) oder zwei auf der Langstrecke
 
Ich meinte 100mm
Aber das schrieb ich doch schon.
Ein one kann 50 Watt gesamt aufweisen. Minus 18 Watt Luft und Kette.
Die Rolle selber macht nochmal etwa 6 Watt Luft plus Lager.
Sind also 50-18-6 Watt sind um die 25 Watt bei 60 kmh.
30kmh muss ich messen.
 
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