Brainstorming Rollenprüfstand für Reifen

[-Robert-]

Hi!

Bedingt durch die Diskussionen im https://www.mtb-news.de/forum/t/bester-marathon-reifen.159676/ überlege ich spontan selber einen Rollenprüfstand zu bauen um

• eigene Reifen/Felgen zu messen
• "Untergründe" variieren zu können

Das ganze habe ich nicht erfunden, der bekanteste ist hier: https://www.bicyclerollingresistance.com/

Eine weitere schöne Abhandlung zu den Testmöglichkeiten ist hier: https://www.morespeedlesspower.com/2022/02/testing-of-tyre-rolling-resistance.html

Zur Verfügung stehen unendlich viele Biketeile, Schraubererfahrung, Powermeter als Direktrainer, Spider, Kurbelarm, Pedal, Itemprofile, 3d-Drucker, Elektronikwissen in HW und SW.

Vom Konzept her (ohne dass ich jetzt groß gespickt hätte):

Mechanisch:

• möglichst große Gegenrolle mit Variationsmöglichkeit des Untergrunds, z.B. unterschiedlich stark ausgeprägten Erhebungen statt nur dem Tränenblech von BRR
  • herkömmliches Laufrad was einen 60mm breiten Kunststoffgurt bekommt?
  • oder ggf. gleich eine Art GfK-Form die ich an eine Felge anklebe?
  • andere Ideen?
• restliche Konstruktion aus "Bosch-Profilen" (=wiederverwendbar und schnell umbau-/erweiterbar)
  • ggf. könnte man den "Arm" der das Testlaufrad hält wie einen Ausleger klappbar an eine Wand schrauben und die notwendigen Gewichte bei 2x Distanz von Auslegerachse "anhängen" - so spart man auch (Belastungs-)Gewichte

Elektrisch/Elektromechanisch

• Am liebsten wäre mir ein Direktantrieb an der Achse
  • Motorleistung ist leider nicht (direkt) hilfreich, da unbekannte Effizienz
    • Frage: Könnte man versuchen zu kalibrieren (mit z.B. Motortemperatur) - wie?
  • Ansonsten Torsion der Achse und Drehzahl, ggf. optische Verfahren wie bei manchen Rollen
  • Benötigte Leistung scheint irgendwo 10-30W, mit Reserve max. 50W zu sein (siehe BRR)
    • kurzfristig mehr zum "Beschleunigen"
  • BRR misst bei 29 km/h, d.h. 29 km/h *1000.000 mm/km / 3600 s/h / 2280mm/1/s = 3,5 1/s (Umdrehungen pro Sekunde)
    • 50W / (3,5 1/s * 3,14) = 5 Nm -> Messbereich Drehmomentsensor auf Achse irgendwo 0-5Nm, allerdings kurzfristig mehr beim Beschleunigen
• Frage ist welche Achse angetrieben/gemessen
  • die der "Gegenrolle" -> mechanisch etwas einfacher umzusetzen
  • des getesteten Laufrades, um wirklich auch das Abrollverhalten des Profils in Belastungsrichtung korrekt zu erfassen (ggf. gibt es Unterschiede bei der Verformung wenn das Rad antreibt oder angetrieben wird, allerdings müsste man da Vorderräder immer "angetrieben" werden dann beide "Modi" berücksichtigen.

Weitere Gedanken: Große Trommel ist nett, aber eigentlich wäre ein "Laufband"/eine Laufkette die dann eine perfekt plane Aufstandsfläche ermöglicht ideal - nur absolut schwer die so leichtgängig zu lagern, dass sie bei bis zu 50kg Auflast leicht läuft (bzw. das reproduzierbar rausrechnen kann).


Ideen?

 

[StelioKontos]

Meine Gedanken dazu:

Messung der Leistung würde ich über den Spider Powermeter lösen. Diesen mit einem Adapter am Motorschaft befestigen.
Antrieb des Testrads dann ganz normal über Kette vom Spider/Kettenblatt an die Nabe.
Ich hab zwar etwas Bedenken wegen der Genauigkeit des Powermeters bei so geringen Leistungen, denke aber dass dessen Tachometer besser mit geringen Drehzahlen klar kommt, als der Drehmomentmesser mit geringen Drehmomenten. Daher möglichst große Übersetzung wählen. Hat auch den Vorteil, dass weniger Verluste im Antrieb über die Kette sind.

Ein Laufband halte ich aus den selben Gründen für ungeeignet. Daher möglichst große Rolle.
Als Rolle würde ich ne Konstruktion aus Lasercut/CnC gefräst Sperrholz machen, sowas in schmal:

In die Querverstrebungen Gewinde einsetzen, so dass verschiedene Oberflächen bestehend aus mehreren Teilen drauf verschraubt und einfach gewechselt werden können.

Die Testoberflächen könnte man dann 3d-drucken (evtl basierend auf 3d-Scans echter Oberflächen) oder einfach auf die Teile steine oder Ähnliches aufkleben.
Interessant wäre auch mit Silikon ne Negativform von der Straße/Untergrund zu nehmen, und einen Abguss aus festerem Polyurethan erstellen, der noch flexibel genug ist, dass er um die Rolle gebogen werden kann.

 

[Polyphrast]

Interessanter Thread, mir schwirrt ein Prüfstand für 20" Reifen vor. Allerdings will ich die Rollwiderstandsänderung bei Abkühlen messen, der Aufbau soll in eine Klimakammer, daher bin ich platztechnisch leider limitiert. Den Thread nehme ich mal als Anstoß, mein Projekt etwas voranzutreiben und hier vielleicht ein paar sinnvolle Ideen einzustreuen.

Weitere Gedanken: Große Trommel ist nett, aber eigentlich wäre ein "Laufband"/eine Laufkette die dann eine perfekt plane Aufstandsfläche ermöglicht ideal - nur absolut schwer die so leichtgängig zu lagern, dass sie bei bis zu 50kg Auflast leicht läuft (bzw. das reproduzierbar rausrechnen kann).

Musst Du denn das Laufband rausrechnen? Hast Du den Anspruch, genaue absolute Werte zu messen oder nur Differenzen zwischen verschiedenen Oberflächen und Reifen? Wenn Du mit letzterem Leben kannst (für Absolutwerte gibts BRR), brauchst Du Dir auch keine Gedanken machen, wie Du das Laufband rausrechnest.
Bei meinem Projekt interessiert mich nur die relative Änderung, wie nah ich am "wahren" Werte des Rollwiderstandes bin, ist mir recht egal. Ich will wissen wie groß der Vorteil von Latex, TPU oder Tubeless bei kalten Temperaturen wird im Vergleich zum Standardbutylschlauch. Für den Vergleich bei 20°C gibts ja ausreichend Daten (bicyclerollingresistance).

 

[-Robert-]

Hallo,

danke für eure Ideen und Anregungen.

Bei der weiteren Recherche musste ich erstmal feststellen, dass gerade dynamische Drehmomentssensoren (also die das Drehmoment einer sicher drehenden Welle messen können) entweder fertig irre teuer (>1000€) oder vom Wertebereich/Genauigkeit ziemlich sicher unzureichend (z.B. von E-Bikes) sind. Im DIY gibt es auch erstaunlich wenig, vor allem nicht im Bereich 5 Nm.

Ein System mit DMS ist ohne Drehbank etc. schwer geeignet auszulegen, zumal man im dynamischen Fall auch die Signale über Schleifer oder aufbereitet über Funk (quasi Spider-PM) übertragen muss.

Am interessantesten ist noch das "OTS" System von Elite was auch im Direto-Trainer eingesetzt wird: https://www.elite-it.com/de/neuerungen/optischer-drehmomentsensor-leistungsmesser - Problem hier ist, dass dieser Typ nicht statisch kalibriert werden kann (also kein Arm mit bekannten Gewicht hilft).

Letztlich bin ich (weiß nicht warum ich da nicht sofort drauf gekommen bin) auf einen statischen Drehmomentsensor, der das Drehmoment zwischen Motorgehäuse und Gestellt misst, gekommen. Also quasi den gesamten Motor selber drehbar lagern und mit einem Ausleger auf eine Wägezelle "drücken".

Etwas schockiert war ich, was für ein Motor benötigt wird. Durch Fabelwerte der hochdrehenden BLDC Motoren glaubt man, 20-30W Antriebsleistung problemlos realisieren zu können. Bei Studium der (eh meist schon optimistischen) chinesischen Datenblätter kommt aber schnell raus, dass ein "normaler" Getriebemotor nicht ausreicht (oder ich verstehe es nicht):

- https://de.aliexpress.com/item/1005005518476723.html - funktioniert nicht, da bei 24V, 1,4A (=ca. 35W) mit 1:176 Untersetzung zwar 6,5 Nm an der Welle, aber nur noch 28 rpm (=0,5 Hz) anliegen - erstaunlich, denn P_welle = 6,5 Nm * 0,5 1/s * 3,14 = 10 W ? Das wäre ein Wirkungsgrad von 30%? Damit würde ich nicht mal die 20W für leichtlaufende Reifen erreichen

- https://de.aliexpress.com/item/32818428082.html - der "funktioniert mit 1:5 bis 1:10 Untersetzung für 200 UPM (> 3,5 Hz) und entsprechend >5 Nm an der Welle (also sichere 50W Wellenleistung).

Mit dem "Laufband" bin ich noch nicht ganz durch, u.A. auch weil es viel kompakter ist verglichen zu @StelioKontos Vorschlag aus Sperrholz.
@Polyphrast : doch, ich würde schon gerne absolute Werte zwecks Vergleichbarkeit haben, sonst könnte ich auch den Drehmomentsensor weglassen und die Motoreffizienz außen vor lassen. Aus dem gleichen Grund muss ich wohl auch eher die "Testrolle"/das Laufband antreiben, damit ich alle Verluste die da entstehen "nullen" kann.