Felgengewicht - wie es die Beschleunigung verändert

[Rüganer]

Führt nicht vor allem das leichtere Lenkgefühl des leichteren LRS zum täuschend leichteren Fahrgefühl?

Ich kann auf jeden Fall sagen, ja man fühlt Unterschiede zwischen einem leichten und schweren LRS. Ob das aber nur wirklich die leichtere Beschleunigung alleine ist, das wage ich zu bezweifeln.

Was man auch nicht vergessen darf, wenn das Laufrad erst mal beschleunigt ist, dann ist die Kraft zur Erhaltung der Geschwindigkeit bei beiden unterschiedlich schweren LRS so ziemlich gleich.

 

[TZR]

Der schlaue Leichtbauer umgeht den blöden translatorischen Anteil und fährt auf der Rolle.

 

[garbel]

Das war ein schönes Schlußwort

 

[Mad-Line]

Moin
ist ja toll über was ihr euch hier gedanken macht nur denk ich das eure Rechnungen lange noch nicht ausreichen. Ich bin bei diesem Theoretischen kram muss ich zu geben gelangweilt und denk an mein Bett wenn ich die ganze zahlen sehe.

Da finde ich Praktische übung viel spannender.
z.b leichtes laufrad in die hand nehmen, in bewegung setzt und eine Präzession durch füren. Das ganze noch mal bei einen deutlich schwerren laufrad.

Dabei wird ganz schnell klar wieviel kraft da gespart wird alleine nur durch die kleine übung. Grade beim MTB fahren sind lenk und kipp bewegungen nicht zu vernachlässigen.

so wer jetzt noch wach ist und das alles ganz toll findet empfehle ich das buch von
Michael Gressman "Fahrradphysik und Biomechanik"
isbn 3-89595-023-8

 

[jan84]

Wenn dus Konsequent rechnen willst nimmste das Trägheitsmoment vom VR, das reduzierte Trägheitsmoment von HR und komplettem Antrieb, daraus halt die rotatorische Beschleunigung und die translatorische packste auch noch dabei. Das ganze machste mit MatLab oÄ, dann kannst du dir auch noch ganz tolle Graphen ausspucken lassen was eine Erleichterung an welchem Teil bringt .
Bei den ganzen Rechenspielchen könnteste dann auch mal checken wie der Unterschied aussieht wenn man ne Stunde in der Ebene kurbelt und dabei das Antriebsmoment konstant um einen kleinen Wert schwankt (nicht perfekter Tritt).
Wie MadLine schon sagte, das ganze spielt auch noch in das Trägheitsmoment der Lenkeinheit (Laufrad, Gabel, Lenker und Geraffel) rein. Damit is das ganze für die Selbststabilisierung des Bikes auch noch "relativ wichtig".

Diese ganzen Gedankenspiele machen wenig Sinn wenn man keine Chance hat das ganze Messtechnisch abzusichern. Wenn man sich ein wenig mit dem Thema auseinandersetzt kann man aber ohne Messtechnische Möglichkeiten durchaus auch ordentliche Modelle finden die dazu Aussagekräftig sind. Man brauch nur die Zeit dafür .

*edit*:
@MadLine: Geht "Michael Gressman "Fahrradphysik und Biomechanik"" über die Betrachtungen auf festem Untergrund hinaus, oder "nur" Straße?

grüße
jan

 

[garbel]

Moin
ist ja toll über was ihr euch hier gedanken macht nur denk ich das eure Rechnungen lange noch nicht ausreichen. Ich bin bei diesem Theoretischen kram muss ich zu geben gelangweilt und denk an mein Bett wenn ich die ganze zahlen sehe.

Da finde ich Praktische übung viel spannender.
z.b leichtes laufrad in die hand nehmen, in bewegung setzt und eine Präzession durch füren. Das ganze noch mal bei einen deutlich schwerren laufrad.

Dabei wird ganz schnell klar wieviel kraft da gespart wird alleine nur durch die kleine übung. Grade beim MTB fahren sind lenk und kipp bewegungen nicht zu vernachlässigen.

so wer jetzt noch wach ist und das alles ganz toll findet empfehle ich das buch von
Michael Gressman "Fahrradphysik und Biomechanik"
isbn 3-89595-023-8

Lieber Mad-Line, da macht du aber einen Kardinalfehler, nämlich nur das Laufrad isoliert zu betrachten. Die Unterschiede, die man "in der Hand" spürt, fallen aber insgesamt kaum "ins Gewicht" (schönes Wortspiel )

Schonmal im Gressmann geblättert ?

Die ganze Gewichtsdiskussion führt beim MTB-Laufrad sowieso in eine Sackgasse (den traurigen Höhepunkt kannst du in meiner Sig bewundern). Hier kommt es primär auf den Rollwiderstand an.

Interessant in diesem Zusammenhang:

Wissen, was schnell macht. Ist mittlerweile Jahre bekannt (Diplomarbeit von 2004), aber anscheinend bei den allermeisten grammverliebten CC-Racern und Marathonisti bis heute nicht angekommen. Schade drum.

 

[Mad-Line]

Schonmal im Gressmann geblättert ?

ja hab das buch aufn nachttisch liegen das versuche ich zu lesen wenn ich nicht schlafen kann....

Das da noch ganze andere Faktoren eine rolle spielen, war hier nicht die Rede. Hier ging es nun man um das gewicht der felge. In dem Buch steht ganz genau was für auswirkungen mit rechen beispielen und formeln wie sich die verschieden Faktoren auswirken.

@jan84 das meiste bezieht sich leider auf strasse es ist zwar auch die rede von sand aber nix von wiesen oder so.

 

[jan84]

[...]
Interessant in diesem Zusammenhang:

Wissen, was schnell macht. Ist mittlerweile Jahre bekannt (Diplomarbeit von 2004), aber anscheinend bei den allermeisten grammverliebten CC-Racern und Marathonisti bis heute nicht angekommen. Schade drum.

Das hat ja irgendwie mit dem Einfluss der Gewichte nichts zu tun. Nur ein Thema aufeinmal .

grüße

 

[terralogiker]

Das mit dem Gewichtsunterschied hab ich verstanden,
aber was ist dran an der Aussage, dass Gewichtsersparnis "weit aussen" (also Felge, Reifen etc.) wichtiger ist als an der Nabe, Kassette o.ä.?

Wie groß ist dieser Einfluss?
Das ist dann ja auch zu vernachlässigen, oder?

 

[Waschhausernst]

Der Einfluß steigt mit dem Quadrat der Entfernung zur Drehachse.

@garbel: Danke für den Link mit den Rollwiderständen, sehr aufschlußreich!

 

[terralogiker]

Theoretisch ja,
aber wieviel Watt Unterschied macht das in der Realität aus?

Gibt es dazu auch so ein schönes Rechenbeispiel?

 

[garbel]

Theoretisch ja,
aber wieviel Watt Unterschied macht das in der Realität aus?

Gibt es dazu auch so ein schönes Rechenbeispiel?

Meine Wenigkeit hat hier ja auch schonmal etwas gerechnet (das Grüne in der Sig). Ist leider nicht so gut angekommen (das Rote in der Sig). Aber les doch einfach den letzten Absatz "Bei CC-Rennen oder Marathons..." auf der 1. Seite meines Links in #31

 

[XCountryJunkie]

Viele meiner Freunde und ich selbst auch haben in dem letzten Jahr ihre LRS getauscht und je nach Jahreszeit fahren wir andere Reifen. Die Hochwertigen LRS ließen sich mit gleichen Reifen deutlich besser beschleunigen. Ich glaube jedoch, dass dort nicht nur das Gewicht und die Gewichtsverteilung eine Rolle spielt, sondern auch die Steifigkeit der Laufräder! Von der elastischen Verformungsarbeit am Rad spricht komischerweise keiner...
Ich möchte mich nicht auf geschätze Zahlen festlegen, aber der Reifen macht auch einen riesen Unterschied. Nicht nur Druck und Breite, ich spüre nach einer Tagestour ob ich Nobby Nic und Racing Ralph oder zwei Alberts durch die Gegend gefahren habe.
Ich denke man sollte bei gleichem Druck und gleicher Reifenbreite (sagen wir einfach mal 2,25" mit 2,25bar ) Gewicht, Gewichtsverteilung, Torsions-& Seitensteifigkeit der Laufräder sowie Reifenarchitektur und Gummimischung mit einbeziehen. Das betrachten isolierter Werte halte ich für relativ aussagelos. Was bringt mir ein 50 g leichterer LRS wenn seine Steifigkeitswerte um 50% reduziert werden?!
Das soll eine rein qualitative Überlegung sein, keine quantitative

 

[tombrider]

Wie man in der Studie deutlich sehen kann, spielt die Wahl des Reifens eine erheblich größere Rolle als die Wahl des Drucks oder der Breite. Und 200 Gramm mehr oder weniger am Rad spürt man einfach nicht. Wers nicht glaubt, der probiere es mit seiner Wasserflasche aus. Solche Unterschiede sind vielleicht am Ende einer Tour mit der Uhr meßbar, aber nicht unterwegs spürbar. All solche Maßnahmen machen nur in der Summe mit vielen anderen Maßnahmen Sinn, und wenn man dann ein, zwei Kg eingespart hat, dann merkt man das durchaus.

 

[spokie]

Und 200 Gramm mehr oder weniger am Rad spürt man einfach nicht. Wers nicht glaubt, der probiere es mit seiner Wasserflasche aus. Solche Unterschiede sind vielleicht am Ende einer Tour mit der Uhr meßbar, aber nicht unterwegs spürbar.

Vergleiche bitte nicht rotierende Masse mit statischer Masse.
wenn du nur eine Geschwindigkeit hälst gebe ich dir recht. Wenn du bremst, beschleunigst oder lenkst hat das schon einen Einfluss auf das fahren.

gruss

spokie

 

[siq]

zwei Sachen werden immer gerne vergessen bei diesen Rechnungen.

1. ist weder der Reifen noch der gefahrene Untergrund in Praxis je komplett flach.

2. ist man nie nur am Beschleunigen, sondern auch am Bremsen bzw. am befahren von unebenem Untergrund. Genau da wird das Rad zusammen mit dem Fahrer/Bike jedes mal angehoben bzw. abgebremst. Ergo, schwerere Laufräder lassen sich weniger schnell abbremsen. Durch ihre grössere rotierende Masse (Kreiselkraft => zwischengespeicherte Energie) lassen diese somit, auf holperigem Untergrund, eine gleichmässigere und kräftesparenderere Fahrweise zu. Je nach Beschaffenheit des Untergrunds kann dies dann in der Praxis sogar ein Vorteil sein.

 

[tombrider]

Vergleiche bitte nicht rotierende Masse mit statischer Masse.
wenn du nur eine Geschwindigkeit hälst gebe ich dir recht. Wenn du bremst, beschleunigst oder lenkst hat das schon einen Einfluss auf das fahren.

gruss

spokie

Richtig, gerade rotierende Massen in Schwung zu bringen, oder aus ihrer Richtung auszulenken, macht einen deutlich höheren Unterschied. Aber ich habs in dem erwähnten Thread "Breite Reifen" für den schlimmsten Fall konkret durchgerechnet: Mit zweimal 400 Gramm (!) schwereren Reifen macht das Mehrgewicht in den 10 Sekunden Beschleunigung von Null auf 30 km/h tatsächlich 9 Watt aus. Wovon man jedesmal, wenn man von 15 auf 30 Beschleunigt, drei Viertel, nämlich 6,75 Watt braucht. Auf der Straße, wo ein leicht laufender Reifen im Normtest nur gute 20 Watt braucht, ein beachtlicher Unterschied! Hält man dagegen, daß ein Schwalbe Albert bei etwa Tempo 20 auf Schotter schon so um die 100 Watt brauchen kann, dann relativiert sich das ganze ein wenig.

 

[XCountryJunkie]

Ich gebe meinem Vorredner recht. Ist der LRS "zu leicht" wird das bike im groben Gelände nervöser. Ein höheres Laufradgewicht erzeugt stärkere Kreiselkräfte und hält das Rad aufrecht und in der Spur. Der zusätzliche Impuls schiebt das Gesamtsystem dann auch mal über einen größeren Brocken.
Ich denke, dass man nichts pauschalisieren sollte. Es gibt ja auch nicht das MTB...

 

[LaiNico]

Richtig, gerade rotierende Massen in Schwung zu bringen, oder aus ihrer Richtung auszulenken, macht einen deutlich höheren Unterschied. Aber ich habs in dem erwähnten Thread "Breite Reifen" für den schlimmsten Fall konkret durchgerechnet: Mit zweimal 400 Gramm (!) schwereren Reifen macht das Mehrgewicht in den 10 Sekunden Beschleunigung von Null auf 30 km/h tatsächlich 9 Watt aus. Wovon man jedesmal, wenn man von 15 auf 30 Beschleunigt, drei Viertel, nämlich 6,75 Watt braucht. Auf der Straße, wo ein leicht laufender Reifen im Normtest nur gute 20 Watt braucht, ein beachtlicher Unterschied! Hält man dagegen, daß ein Schwalbe Albert bei etwa Tempo 20 auf Schotter schon so um die 100 Watt brauchen kann, dann relativiert sich das ganze ein wenig.

ich glaube, dass du da einen wichtigen punkt ansprichst.

500g einer wasserflasche an nem 15kg mtb merkt man bei weitem nicht (wenn überhaupt) so stark wie an nem 7-8kg renner.

also das reine verhältnis des mehrgewichts zur gesamtmasse.


wobei auch dieser punkt keineswegs teil des threadtitels ist...

 

[Bruno M]

zwei Sachen werden immer gerne vergessen bei diesen Rechnungen.

1. ist weder der Reifen noch der gefahrene Untergrund in Praxis je komplett flach.

2. ist man nie nur am Beschleunigen, sondern auch am Bremsen bzw. am befahren von unebenem Untergrund. Genau da wird das Rad zusammen mit dem Fahrer/Bike jedes mal angehoben bzw. abgebremst. Ergo, schwerere Laufräder lassen sich weniger schnell abbremsen. Durch ihre grössere rotierende Masse (Kreiselkraft => zwischengespeicherte Energie) lassen diese somit, auf holperigem Untergrund, eine gleichmässigere und kräftesparenderere Fahrweise zu. Je nach Beschaffenheit des Untergrunds kann dies dann in der Praxis sogar ein Vorteil sein.

Ganz wichtiger Punkt. Ist die Energie erstmal im rotierenden System gespeichert, kann sie ja (beim Ausrollen lassen) sogar wieder abgegeben werden. Man kriegt den Verlust also quasi zurück.

Was bei gleichbleibender Geschwindigkeit Verluste erzeugt ist dann in der Tat maßgeblich der Rollwiderstand. Der ist zwar auch proportional zum Gesamtgegwicht, bei ein paar Gramm kann man sich aber leicht ausrechnen vieviel Prozent (oder Promille) der Nachteil ausmacht.

 

[spokie]

hi,

ja das ist richtig!
Wenns flach und grade ist und wenig gebremst und beschleunigt wird kann hohes Gewicht vorteilhaft sein.
Mavic hatte sogar mal eine Schwungscheibe für Zeitfahren im Programm.
die nannte sich Mavic challanger.


gruss

Spokie

 

[siq]

je ruppiger die Strecke zb. Bergauf auf, ist umso vorteilhafter ist die grössere Kreiselkraft durch die grössere rotierende Masse. Bei ruppigen Bergaufstrecken ist ein Fully auch schneller wie ein leichteres HT. Da kommt dann noch zusätzlich die bessere Traktion ins Spiel. Also, sind die ganzen Theorien höchstens interessante Gedankenspiele. In real vorkommenden MTB Gegebenheiten und "normalen" Bikern, spielen diese Rechnungen eine eher untergeordnete Rolle.
Wenn es jedoch, wie bei Profis um den Kampf um Sekunden geht, man also damit sein Geld verdient, kann dann das Gewicht schon Matchentscheindend sein.

 

[CHnuschti]

Schön aufgezeigt mit Rechnung @garbel in #11.

Weise als Abrundung der Diskussion noch auf diesen Thread hin: http://www.rennrad-news.de/forum/showthread.php?t=37218
sowie auf den "dazugehörigen" Labortest: http://www.rouesartisanales.com/article-15087917.html

In diesem wurden Laufräder (Rennrad) auf "Rotationsverlust" (Energie für die Laufradbeschleunigung) sowie auch auf Verluste infolge Luftwiderstand/Aerodynamik (der Laufräder alleine) messtechnisch untersucht. Das Resultat ist doch etwas überraschend insofern, als klar daraus hervorgeht, dass der Verlust infolge Aerodynamik in Vergleich gesehen recht hoch ist gegenüber dem der Beschleunigung. Vom Gefühl her würde man den sicher als geringer einschätzen. Die Versuche zeigen auf, dass die Verluste für die Laufradbeschleunigung beinahe untergehen im Vergleich zu den Verlusten infolge Aerodynamik (der Laufräder ALLEINE).

Und das notabene für Rennrad Laufräder, die MTB Laufräder sind breiter und mit groben Stollen, was den Aerodynamikeffekt mit Sicherheit nochmals wesentlich verschlechtert. Und wenn man vergleicht was der Körper mit seiner Fläche in der Luft für einen Widerstand erzeugt, verglichen mit dem Laufrad, darf man mMn leicht zum Schluss kommen, dass "leichtere" Laufräder eine sehr untergeordnete wenn nicht gar fast inexistente Bedeutung haben im Gesamtenergieaufwand.

Gruss

 

[Bruno M]

Schön aufgezeigt mit Rechnung @garbel in #11.

Weise als Abrundung der Diskussion noch auf diesen Thread hin: http://www.rennrad-news.de/forum/showthread.php?t=37218
sowie auf den "dazugehörigen" Labortest: http://www.rouesartisanales.com/article-15087917.html

In diesem wurden Laufräder (Rennrad) auf "Rotationsverlust" (Energie für die Laufradbeschleunigung) sowie auch auf Verluste infolge Luftwiderstand/Aerodynamik (der Laufräder alleine) messtechnisch untersucht. Das Resultat ist doch etwas überraschend insofern, als klar daraus hervorgeht, dass der Verlust infolge Aerodynamik in Vergleich gesehen recht hoch ist gegenüber dem der Beschleunigung. Vom Gefühl her würde man den sicher als geringer einschätzen. Die Versuche zeigen auf, dass die Verluste für die Laufradbeschleunigung beinahe untergehen im Vergleich zu den Verlusten infolge Aerodynamik (der Laufräder ALLEINE).

Und das notabene für Rennrad Laufräder, die MTB Laufräder sind breiter und mit groben Stollen, was den Aerodynamikeffekt mit Sicherheit nochmals wesentlich verschlechtert. Und wenn man vergleicht was der Körper mit seiner Fläche in der Luft für einen Widerstand erzeugt, verglichen mit dem Laufrad, darf man mMn leicht zum Schluss kommen, dass "leichtere" Laufräder eine sehr untergeordnete wenn nicht gar fast inexistente Bedeutung haben im Gesamtenergieaufwand.

Gruss

Ich glaube die Relation des Beschleunigungswiderstandes im Vergleich zu den maßgeblichen Faktoren wie Luft- oder Rollwiderstand hat hier keiner wirklich bezweifelt.

Darüber hinaus möchte ich anmerken, dass es ohne Zweifel Unterschiede zwischen einem Rennrad und einem MTB gibt. Wenn du mit einem MTB an einem Straßenrennen teilnimmst, wirst du wohl tatsächlich mit geringfügigen Nachteilen leben müssen . Diejenigen die das MTB weiterhin zum Berg hoch und runterfahren nutzen, werden mit dem höheren Luftwiderstand wohl leben können.

 

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Nabend!

Sorry, hat was länger gedauert, mußte erstmal Mittagessen

Arbeit, die ein Radfahrer benötigt, um sich und sein Rad auf 10m/s (36 km/h) zu beschleunigen (Systemgewicht 70 kg Fahrer + 10 kg Rad = 80kg)

Wb=1/2*m*v²=1/2*80kg*(10m/s)²=4000Nm

---

Kommen wir zur rotierenden Masse (Laufräder). Annahmen:

- Reifen u. Schlauch: 600 Gr. (Radius für J: 30 cm)
- Speichen 200 Gr. (Radius für J: 15 cm)
- Nabe aufgrund des sehr geringen Radius vernachlässigbar.

Laufradsatz 1 mit 500 Gramm schwerer Felge:

J=m*r²
J1=1,1kg*(0,3m)²+0,2kg*(0,15m)²=0,1035 kg*m² (pro Laufrad) -> 0,2070 kg*m² pro LRS

Laufradsatz 2 mit 650 Gramm schwerer Felge:

J2=1,25kg*(0,3m)²+0,2kg*(0,15m)²=0,117 kg*m² (pro Laufrad) -> 0,234 kg*m² pro LRS

---

Rotationsenergie Wr=1/2*J*(Winkelgeschwindigkeit)²

Winkelgeschw. w bei v=10m/s und einem Radius von 30cm:

Umfang U=d*Pi=0,6m*3,14=1,88m

Umdrehungsgeschwindigkeit des Laufrades: (10m/s)/1,88m=5,3 U/s

Winkelgeschwindigkeit w=2*pi*5,3=33 rad/s

Wr1=1/2*0,207*33²=112 Nm (Laufradsatz 1)

Wr2=1/2*0,234*33²=127 Nm (Laufradsatz 2)

Gesamtarbeit mit den "leichten" Laufrädern (LRS1):

Wb+Wr1=4000 Nm+112 Nm=4112 Nm

Gesamtarbeit mit den "schweren" Laufrädern (LRS2):

Wb+Wr2=4000 Nm+127 Nm=4127 Nm

Was heißt das nun?

Der Anteil der Rotationsenergie an der Gesamtenergie beträgt mit den 300 gr. schwereren Laufrädern 3,175% und mit den leichten Laufrädern 2,8 %.

Der Unterschied zwischen beiden Laufrädern beträgt also 0,375 % oder 3,75 Promille !!!

---

Gehen wir mal auf die Leistung ein (=Arbeit/Zeit)

Nehmen wir an, unser Radfahrer möchte sich in 10 sek. auf 10m/s beschleunigen. Welche Leistung muß er aufbringen:

LRS1: 4112 Nm/10s=411,2 Watt

LRS2: 4127 Nm/10s=412,7 Watt

Das sind gerade mal 1,5 Watt mehr !!

Du bist ab heute mein persönlicher Held dieses Forums! Danke. Endlich mal jemand, der Fakten schafft und nicht rumschwafelt!
Deine Annahmen und Näherungen sind realistisch, meiner Meinung nach treffend gewählt.
Ich habs mal nachgerechnet, mit 34 cm Radius und weisste was? Es bleibt bei 0,36% der Gesamtenergie, die man zum Beschleunigen aufwenden muss. Die Trägheitsmomente werden zwar größer, aber dafür wird die Kreisfrequenz/Winkelgeschwindigkeit ja geringer. Und da beides quadratisch eingeht, ists fast ein Nullsummengeschäft
Ich werde Dich mal abonnieren
Da sieht man, dass Leichtbau nur mit *Nachdenken* was bringt, ganz zu schweigen vom Einfluss der richtigen Wahl des Reifens und Druck, passend zum Untergrund.
Hach...
MfG
bAd_taSte