Teststrecken im Hessischen Ried

[Velowerk]

Moin Kaefer,

ich nehme an, dass Du den großen Unterschied im Luftwiderstand je nach Temperatur herausgerechnet hast? Natürlich ist es auch über dem Asphalt bei Sonnenschein insgesamt gleich deutlich wärmer als die im Schatten gemessenen Temperaturen. Wir hatten bei den Weltrekordfahrten teilweise im Bereich von 20 cm über dem Asphalt über 60°C, kein Wunder, dass auch aus dem Grunde viele Versuche gescheitert sind bei nicht so schwitzfesten KandidatInnen, obwohl die Velomobile super liefen.
Bei den Schwalbe Reifen haben wir bei unseren Messungen allerdings auch ohne Temperaturunterschiede größere Unterschiede von verschiedenen Reifen gefunden, ein Pro One läuft mal super und der nächste ist `ne lahme Ente. Hattest Du alle Tests mit denselben Reifen gefahren?
Grundsätzlich kann ich die Unterschiede schon glauben, nur den absoluten Wert von 2,2 W/°C sehe ich als speziellen Wert, der nur für ein bestimmtes Fahrzeuggewicht gelten wird. Da der Rollwiderstand auch noch stark vom Gewicht abhängt (über den dicken Daumen 0,5-1Watt mehr je zusätzlichem Kilogramm Gewicht), müsste der Zuwachs auch noch auf das Gewicht spezifiziert werden. Es ist jedenfalls doch hochinteressant, was aus einer großen Datenmenge alles herausgelesen werden kann, nur was, das ist immer für mich die große Frage, weil ja ein Reifen nicht wie der andere ist (bei anderen Herstellern hatten wir nicht so große Unterschied messen können wie bei Schwalbe) und weil natürlich viele Effekte gleichzeitig ein Ergebnis verändern. Mal sehen, was wir zu Deiner Erfahrung beisteuern können, die Dimension überrascht mich jedenfalls auch und bringt mich auf die Idee, dass wir also Winterreifen beim Velomobil auch noch aus einem ganz anderen Grund bräuchten, nämlich Reifen, deren Gummimischung auch noch auf tiefe Temperaturen mit einem geringeren Rollwiderstand abgestimmt sein müssten?
Danke für die Erkenntnisse, Helge

 

[Liege-Räder]

- In einem Luft Temperaturbereich von 0-25C° sinkt der Rollwiderstand um 2.2W/C° bei einer gefahrenen Geschwindigkeit von 50km/h. Ja - das ist ein Delta von über 50W!

Überrascht mich nicht.

 

[Kaefer]

Servus Helge,

Vielen Dank für das Feedback. Lass mich Schritt für Schritt durchgehen:

• Ja die Temperaturabhängigkeit des Luftwiderstandes ist rausgerechnet. Im Bereich von 25-0°C komme ich auf ~7W bei 50km/h also grob 0,3W/°C also fast eine Größenordnung weniger als beim Rollwiderstand
• Du meinst die Lufttemperatur ist im Bereich 0-20cm über dem Asphalt erheblich höher als die „Lufttemperatur“? Klingt überzeugend. Merci für den gedanklichen Stubs!
• Die Fahrten wurden mit verschiedenen Reifen (aber alles ProOnes) gefahren. Ich habe bislang keine signifikanten Reifen zu Reifen Unterschiede beobachtet. Was ich beobachte ist, das Reifen etwas besser rollen, je mehr sie abgefahren sind. Was ich aber deutlich sehe ist, dass Reifen, die nicht „Rund“ laufen erheblich schlechter rollen. Hier würde ich „lahme Ente“ unterschreiben. Diese Reifen wurden im Vorfeld aussortiert. Kannst du grob abschätzen, was für eine Streuung du bei den Reifen beobachtet hast?
• Gewicht und Speed: Hier habe ich leider keine gute Statistik. Mit dem was ich habe komme ich auf 0,6W/kg@50km/h bei einem Systemgewicht von 112kg. Deckt sich gut mit deinen Daten
• Winterreifen: Vermutlich rollt ein Reifen mit einer Wintergummimischung (=Reifen, der bei 0°C so walkt wie ein Sommerreifen bei 25°C) bei 0°C genauso leicht wie ein Sommerreifen bei 25°C womit >50W weniger aufgewendet werden müssen um 50km/h bei 0°C zu halten. Also Ja! Das ist ein richtiger Weg

Klingt das nachvollziehbar?

Viele Grüße,
Kaefer

 

[Velowerk]

Moin Kaefer,

entschuldige mein längeres Schweigen, aber ich wollte auch noch ein wenig Expertenmeinung von einem ehemaligen Studienfreund einfließen lassen, bevor ich nur meine eigenen Mutmaßungen verlautbare. Klug wird man ja nicht geboren, aber von klugen Menschen kann man immer noch was lernen.
Kurze Antwort auf Deine Frage: Abschätzung der Streuung der Reifen einer Marke beim Rollwiderstand (keine abgefahrenen Reifen und keine vermackelten mit Höhenschlägen), die Unterschiede lagen bei 20 - 30 %, also erheblich.

Uns beiden kam die Größenordnung etwas zu hoch vor, aber die Größe ist absolut bestimmt richtig, wenn auch nicht alles auf den Rollwiderstand an sich bezogen werden kann, bzw. es spielen sich gegenseitig ungünstige Momente in die Karten, was den Effekt vergrößert. Grundsätzlich besteht eine starke Abhängigkeit des Rollwiderstandes von der Temperatur, weshalb auch oft die Messungen stark abweichende Werte liefern. Beim Pendeltest (mal abgesehen davon, ob der überhaupt brauchbare Werte liefert) wird ein Reifen natürlich nur geringfügig wärmer. Auf einem Rollenprüfstand wird nach einer kurzen Einlaufzeit der Reifen wärmer und hat dann wie ein realer Reifen in Benutzung auch einen geringeren Rollwiderstand als beim Anlauf, tendenziell ist dieser Effekt bei Reifen mit schlechtem Rollwiderstand stärker, sie retten sich damit ein wenig, wenngleich sie auch nie die Spitzenstellung eines Reifens mit geringem Rollwiderstand erreichen können. Zusätzlich gibt es dann noch den Effekt der Eigenschwingung eines Reifens, der sich auch noch temperaturabhängig verhalten kann, da kann es dann sein, dass der Reifen plötzlich bei Tempo 30 oder 40 in einen "Bremsmodus" schaltet, weil seine Eigenschwingung so intensiv wird (größere Federsteifigkeit), dass sie zusätzlich Energie vernichtet. Also einfach mal einen anderen Reifentyp ausprobieren, der läuft womöglich dann schon als "Winterreifen", weil sein Schwingungsverhalten eine niedrigere Frequenz hat, bzw. das Problem taucht bei anderen Geschwindigkeiten auf, überkritisch geht dann ja auch wieder besser.
Ein weiterer Aspekt, der den Rollwiderstand erhöht, ist das Federungsverhalten der Federung. Auch Dein DF-XL, ich hoffe, ich liege da richtig?, hat die vom belgischen Autokonstrukteur entwickelten Federbeine mit Reibungsdämpfung. Bei 20°C haben wir meist eine Dämpfungskraft von 100 N ermitteln können. Eben habe ich beim Testen bei knapp 0°C ein kleines Paradoxon entdeckt. Die Dämpfung beim Einfedern ist deutlich gesunken auf nur noch 50 N, beim Ausfedern allerdings auf über 200 N. Für das Paradoxon habe ich noch keine Erklärung, bei Raumtemperatur hatten wir immer annähernd gleiche Werte gemessen, egal in welche Richtung die Dämpfung wirkt. Für das Fahren bedeutet dies, die Federung wird immer härter (Fahrzeug legt sich nach einem Einfedern immer tiefer, so als wäre es mit 30 kg zusätzlich belastet), wodurch der Reifen nun einen größeren Anteil der Federung übernehmen muss, das erhöht auch den Rollwiderstand.

Grundsätzlich gibt es natürlich noch einen weiteren Aspekt, der gar nicht mit den Reifen zusammenhängt: Der Antriebswirkungsgrad wird bei Kälte auch schlechter. Wir haben zwar Verluste gemessen, indem wir an der Nabe hinten und an der Kurbel jeweils den Krafteinsatz bzw. -Umsatz gemessen haben, aber wir haben das noch nicht unter dem Temperaturaspekt gemacht. Von einem Kunden, dessen große Lust es ist, mit dem Fahrrad auch bei -40°C noch zu fahren, weiß ich, dass bei der Temperatur nur noch eine Kette funktioniert, die mit Petroleum statt Kettenschmiere behandelt wurde. Da habe ich aber keine Abschätzung, weiß nur, dass die Kette bei Kälte deutlich steifer läuft, vermutlich auch mit Paradoxien, wenn sie zum Beispiel zu Eigenschwingungen neigt und dann plötzlich bei Kälte weniger schwingt???

Es ist toll, dass Du einen für uns Alltagsfahrer wichtigen Aspekt eingebracht hast, wir wissen zwar alle, dass die Velomobile im Winter bei tiefen Temperaturen schlechter laufen, aber dass sich dabei vielleicht zumindest ein wenig der Frust senken ließe, daran habe ich bisher auch noch nicht gedacht, obwohl ich es ja liebe, bei Dunkelheit zu fahren, und mitten in der Nacht wird es ja immer besonders kalt.
Danke für die guten Gedanken sagt Helge

 

[DePälzer]

@Kaefer auf welchen Druck beziehst du denn deine Messungen? Also ist der Bezugsdruck in der warmen Garage gemessen und dann gefahren oder misst du am Ende der Messstrecke den Bezugsdruck?

 

[DePälzer]

Also jetzt hier bei Abfahrt aus der Garage gestern bei 9°C, aber draussen herrschten -2°C. Da fällt der Druck halt schon etwas ab.

 

[Velowerk]

Wenn ich die Zahlen richtig eingesetzt habe (p x V ist proportional zu R x T), reduziert sich der Druck im 20°C warmen Reifen von etwa 8,5 bar Überdruck auf knapp 8 bar bei 0°C, bei geringeren Ausgangstemperaturen (9°C) entsprechend weniger, also nur um etwa 0,25 bar. Die "Selbsthilfe" des Reifens, also die eigene Erwärmung durch den höheren Rollwiderstand schätze ich beim Fahrrad als recht gering ein, zumal die Karkassen so dünn sind, dass sie an ihrer Oberfläche ständig wieder komplett durchgekühlt werden. Wir müssten die Reifen also mit einer Isolationsschicht versehen, dann fahren wir ihn warm, und nach einer Weile glüht die Felge von den 30 -60 Watt, die wir dem Reifen ständig zuführen, ach nee, dadurch dass der Rollwiderstand sinkt, brauchen wir dann gar nicht mehr so viel Leistung überwinden zum schnellen Fahren. DePälzer, dank für den neuen Aspekt.

 

[24kmh_sammler]

Eben habe ich beim Testen bei knapp 0°C ein kleines Paradoxon entdeckt. Die Dämpfung beim Einfedern ist deutlich gesunken auf nur noch 50 N, beim Ausfedern allerdings auf über 200 N. Für das Paradoxon habe ich noch keine Erklärung, bei Raumtemperatur hatten wir immer annähernd gleiche Werte gemessen

Gefühlt kann ich das sofort bestätigen - zumindest aus der Erinnerung an die alten Quest-Federbeine. Du fährst in ein Schlagloch, es rummst hart, du sinkst mit der Seite ein, kommst aber nur langsam wieder hoch. Bei Elastomeren kenne ich das nicht.
Ich vermute, es hängt mit verschiedenen Ausdehnungskoeffizienten des Dämpf-Elementes (irnkein Plastik) und des umliegenden Federbeins (Alu) zusammen. Bei Normtemperatur (20°C) aufeinander abgestimmt passt das dann natürlich bei 0°C nicht mehr. Ich kann mir das laienhaft so vorstellen: Losbrechmoment ist kalt größer (würde bedeuten, dass das Plastik bei Kälte weniger schrumpft, entspricht auch meinem Gefühl der knallig härteren Federung), wird kurzfristig durch Wärme oder andere Effekte gleitfähiger, also ist danach die Dämpfung geringer. Der "andere Effekt" könnte gut sein, dass die Feder, bis das Element losbrechen kann, ja schon deutlich mehr Spannung aufgebaut hat und die Energie dann auf einmal abgibt.
Im eingefederten Zustand überwiegt zumindest im Nullpunkt wieder das Losbrechmoment, und auf dem Rückweg (Ausfederung) fehlen die starken/plötzlichen Kräfte, weil die nur noch von der Feder im Federbein kommen können.
Wie habt ihr die Ein- und Ausfederungen gemessen? Da müssten die Kräfte weiterhin gleich sein, wenn das Losbrechmoment keinen Einfluss bei der Messung haben sollte.
Die Elaostomerfederung, die ich mittlerweile nicht nur im A7, sondern auch im Quest fahre, hat solche Effekte nicht. Sie mag im Sommer weicher sein als im Winter (muss minimal sein, auch heute hat sie alles geschluckt), aber der Unterschied zwischen Ein- und Ausfederung ist nicht spürbar!

 

[Velowerk]

Die Dämpfung läßt sich nur richtig messen, wenn keine Federn im Federbein sind, sonst misst man ja die Federkraft. Die Dämpferkraft ist die, die eine Kraftmeßdose dann anzeigt, wenn das Obere Innere Rohr in das äüßere Alurohr ein- oder ausgeschoben wird, nach dem Losbrechen haben wir keine großen Unterschiede bei der Bewegungsgeschwindigkeit bemerkt. Ja, die Elastomere reagieren spontaner aber auch temperaturabhängig, dafür haben sie den Nachteil, dass sie immer ein wenig mitwippen bei der Anregung vom Treten, das machen die gedämpften nur, sobald die gemessenen Kräfte überschritten werden, bedeutet natürlich wiederum ein schlechteres Ansprechverhalten. Wie es so ist in der Technik, man bekommt was dazu, aber was anderes wird meist schlechter, - oder es wird fürchterlich teuer und womöglich auch noch unzuverlässig.

 

[Kaefer]

Hallo (@Velowerk) Helge, Vielen Dank für das detaillierte Feedback. Beeindruckende Streuung bei den Neureifen. Ist mir bislang nicht aufgefallen, werde aber mal genauer hinschauen. Oft sieht man Effekte erste, wenn man genau danach sucht. Vielen Dank für die Inspiration!

Hallo @24kmh_sammler: Federbeine? Gutes Thema. Bei den Federbeinen hab ich mal einen Sommer damit verbracht den Standard der MTBs in Bezug auf Federung&Dämpfung auf die VMs zu übertragen. The long story short: In diesem Setup ist habe ich nicht mal ansatzweise eine Lösung gefunden, die eine reproduzierbare, halbwegs wartungsarme und einstellbare Dämpfung ermöglicht.

@DePälzer: Sorry - das gehört natürlich dazu: Das VM hat bei Abfahrt ~ Aussentemperatur, der Reifendruck ist vorne 7.1 und hinten 5.0bar

Noch ein Abschlussgedanke:
Nehmen wir mal an ein schnelles VM braucht bei 25°C 160W um 50km/h zu halten und für dieses VM gilt folgendes Energie Pareto - sagen wir mal:
74W Luftreibung, 74W Rollreibung und 12W Antriebsverluste.
Wenn ~500€ in Tuning investiert wird (Aerodynamische Verkleidung, Rekordreifen, Teflon/Keramik/Versteifung) um einen der 3 Terme zu verbessern komme ich, wenn ich hier queer lese, auf Pie mal Daumen:
68(-6)W Luftreibung, 49(-25)W Rollreibung und 8(-4)W Antriebsverluste.
Naturgegebenen Schwankungen wie Wetter kommen, wieder queer gelesen auf eine Varianz von ca:
12W Luftreibung, 80W Rollreibung und 2W Antriebsverluste
In allen Szenarien ist die Rollreibung auffällig. Hier ist also am meisten Effektivität zu holen.
Gut: Die Zahlen zeigen, dass besser geht. Hier spielen nur mechanische Größen, wie Gummimischung und Reifenform
Aufbau/Form eine Rolle. Einmal gefunden ist die Anwendung und der Benefit universell auf allen VMs. Schlecht: deutschlandweit werden pro Jahr ~ 3 Millionen Fahrradreifen verkauft. Wir tragen dazu mit maximal 3 Tausend Reifen bei. Welche Motivation hat ein Reifenhersteller ein Produkt für einen Markt zu entwickeln, der gerade mal 0.1 Prozent des Gesamtmarktes ist und dieser Markt auch die bestehenden Produkte abnimmt? Nun – wer diesen Reifen auf den Markt bringt hebt den VM Sport auf ein völlig neues Level und wird sicherlich zu dem einen oder anderen Weltrekord ermöglichen. Ob das Motivation genug ist - schaumermal

 

[Delta Hotel]

Nun – wer diesen Reifen auf den Mark bringt hebt den VM Sport auf ein völlig neues Level und wird sicherlich zu dem einen oder anderen Weltrekord ermöglichen. Ob das Motivation genug ist - schaumermal

Gerade kommen wir von Helge zurück und er hat da einen super Kontakt der uns hoffentlich die gewünschten Reifen baut. Es wird noch dauern bis es soweit ist aber sich Reifen auf Vorrat zu kaufen lohnt für uns nicht mehr.

 

[Jag]

er hat da einen super Kontakt der uns hoffentlich die gewünschten Reifen baut.

Da bin ich gespannt.
Letztes Jahr wurde uns ja auch ein super Reifen versprochen, der dann auf unbestimmte Zeit verschoben wurde.

Welche Motivation hat ein Reifenhersteller ein Produkt für einen Markt zu entwickeln, der gerade mal 0.1 Prozent des Gesamtmarktes ist und dieser Markt auch die bestehenden Produkte abnimmt?

Ein kommerzieller Hersteller überhaupt nicht, aber so Typen wie der mit dem Stundenrekord (Rossi?), der 30000 in sein Bike investiert hat und es nur auf der Rennstrecke fahren kann.

 

[Velowerk]

Wir haben die 50 000,-€ beim letzten mal doch nicht investiert, damit ein neuer Rekord gefahren wird, es sollte ein besserer Reifen für alle sein. Aus unserer Sicht ist er das auch immer noch mit der schmerzlichen Einschränkung, dass er nicht lange genug hält für das Geld das er kostet. Mal sehen, wer diesmal mitzieht, wenn es darum geht, zu investieren. Beim letzten mal waren es vor allem Ginkgo und Velomobilize sowie ein Velomobil Produzent jenseits des großen Teichs, die uns bei der Produktion eines sehr leichten und rollwiderstandsarmen Reifens unterstützt haben. Wir verkaufen ihn immer noch an Alltagsfahrer, denen es auf höhere Geschwindigkeit mit weniger Krafteinsatz und Pannenschutz ankommt, und die nicht jammern, wenn er trotz schonender Fahrweise schon nach 3000km die Grätsche macht. Helge

 

[Delta Hotel]

der schmerzlichen Einschränkung, dass er nicht lange genug hält für das Geld das er kostet.

JA das ist leider so und schwere Fahrer trifft es härter

Wir verkaufen ihn immer noch an Alltagsfahrer, denen es auf höhere Geschwindigkeit mit weniger Krafteinsatz und Pannenschutz ankommt, und die nicht jammern, wenn er trotz schonender Fahrweise schon nach 3000km die Grätsche macht. Helge

3000 km für 120€ als Beispiel ist schon viel aber bei halben Rollwiderstand wäre ich dabei aber wenn ich Reifen
wie den PO TT sehe der mit Versand bei min. 145€ liegt und bei mir keine 1000 km hält wenn ich nicht so viel bremse und mich auf meinen Strecken gerade mal 1 km/h schneller macht ist der sein Geld nicht wert. Auf mein VM Jahr gerechnet sind das gute 1450€ Reifengeld soviel schleppe ich nicht mal zur Tankstelle.

Ja ja ich weiß im Hobbybereich soll man nicht rechnen, mache ich aber

 

[Tamy]

ja das sehe ich auch nicht anders und das sind nun mal Reifen wo eher was für Rennen sind wie Aldenhoven oder HH-B mit fahren aber als ganz Jahres Reifen nicht zu gebrauchen und für Radwege auch aber wer fahrt dann auch noch Radwege wenn die Reifen schneller und effizienter sind und es gibt auch noch andere Reifen wo auch gut sind wie der GP 5000 wo auch recht teuer ist aber auch etwas länger hält aber die 20zöller ist es nicht so gut bestellt ausser die CCS, CCU, Schwalbe One und der Pro One TT und als ich das letzte mal im Fahrradladen war habe ich nach ein Latexschlauch 406er gefragt und zu Antwort kam "ach für ein Kinderfahrrad"

 

[Nitram]

.. es sollte ein besserer Reifen für alle sein. ...

Hallo (@Velowerk) Helge, Vielen Dank für das detaillierte Feedback. Beeindruckende Streuung bei den Neureifen. ...
Wenn ~500€ in Tuning investiert wird (Aerodynamische Verkleidung, Rekordreifen, Teflon/Keramik/Versteifung) um einen der 3 Terme zu verbessern komme ich, wenn ich hier queer lese, auf Pie mal Daumen:
68(-6)W Luftreibung, 49(-25)W Rollreibung und 8(-4)W Antriebsverluste.
Naturgegebenen Schwankungen wie Wetter kommen, wieder queer gelesen auf eine Varianz von ca:
12W Luftreibung, 80W Rollreibung und 2W Antriebsverluste
In allen Szenarien ist die Rollreibung auffällig. Hier ist also am meisten Effektivität zu holen.
Gut: Die Zahlen zeigen, dass besser geht. Hier spielen nur mechanische Größen, wie Gummimischung und Reifenform
Aufbau/Form eine Rolle. Einmal gefunden ist die Anwendung und der Benefit universell auf allen VMs.

Hallo Helge,
Im Winter meckern doch alle über langsame Reifen. Vlt muss es dafür gar kein neuer Reifen sein und es reicht einen Hersteller zu überreden in der Form des Sommerreifens einfach mal für eine Charge eine etwas weichere Gummimischung aufzulegen (wie für Autos).
Wenn die Mischung, sagen wir bei 20 Grad weniger, die selbe Shore Härte hat, wie der Sommerreifen bei 20 Grad mehr, kommt doch ein Winterreifen raus, der im Winter genauso schnell ist, wie der Sommerreifen im Sommer.
Oder ?
Vlt hat diese weichere Mischung ja im Sommer bei Rennen auch Vorteile.. to be tested..
Gruss Nitram

 

[RalphW]

Weich ist nicht zwingend richtig. Es kommt auf die Hysterese an. Besser gesagt wie hoch hüpft der Gummiball bei gegebener Ausgangshöhe und Temperatur.

 

[Velowerk]

Genau, die Hysterese verursacht den Verlust. Beim Auto egal, da wird vor allem auf die verbesserte Haftung auf Eis und Schnee optimiert, beim Fahrrad aber müsste diese ebenfalls optimal sein, da gibt es schon den ersten Interessenkonflikt. Grundsätzlich wird aber auch ein Reifen, der im Sommer besser läuft, auch im Winter besser laufen. Spätestens in drei Jahren sollen wir den bekommen.

 

[Radl-Philipp]

Dass eine Karosserie, die nur auf den genauen Wind von vorn optimiert ist, in solchen Fällen sehr viel schlechter abschneidet, kann sehr schön beobachtet werden, wenn die sehr ähnlichen Velomobile DF und Alpha miteinander verglichen werden bei starkem Seitenwind. Während das DF auch bei seitlichem Wind eine sehr gute Figur macht, bricht beim Alpha die Aerodynamik förmlich ein, wenn es auch geringfügig besser die Böen pariert. Wer nur bei Westwind Richtung Osten fährt, den stört das natürlich nicht.

Tja das kommt von einem Hersteller/Händler. Das ist einfach verkehrt, das A7 ist hier in etwa auf dem Niveau des Milan. Weiter Angaben wird Helge vermutlich nicht machen. Das Blatt hat sich nunmal gewaltig geändert mit M9. Das kann keiner mehr rum drehen wie er will.
Das damalige Alleinstellungsmerkmal des Milan ist überholt worden.

 

[Kaefer]

Ich freue mich schon auf die neuen Fahrzeuge. Bin gespannt, wie sie sich schlagen!