“Wir entwickeln einen Fahrradrahmen” von 77Designz: Teil 4 & 5 – Entwurfsphase und finale Kinematik

Teil 4+5 der Serie “Wir entwickeln einen Fahrradrahmen” von 77Designz gibt es als Doppelpack, denn es geht um die finale Kinematik!


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[timey90]

Guten Abend,

Hallo @timey90 , darf ich fragen, ob Du in der Lehre tätig bist?

Nein, aber ich hoffe, man versteht mich trotzdem

Zunächst mal glaube ich, dass es durchaus schwierig ist, eine gleichmäßige Geschwindigkeit zu halten.
Und zwar umso mehr, je langsamer man ist, wegen der kurzen Übersetzung. Je länger die Übersetzung desto geringer die Beschleunigung, kennt man vom Auto ja auch.
Hinzu kommt der unbewusste Anteil vom Fahrer, der automatisch den Pedaldruck rausnimmt, wenn das Vorderrad zu leicht wird.

Aber egal, das mit deinem Spielzeug-Fahrzeug sehe ich genauso.

Ob es sich dann überschlägt hängt von Reifendurchmesser und Schwerpunktlage ab. Es kann genauso sein, dass sich nur ein wenig die Front hebt und es dann wieder stabil ist.

VG Erhard

Danke Erhard, an Selbststabilisierung hatte ich gar nicht gedacht. Das wäre beim Fahrrad beispielhaft bei der folgenden Schwerpunktlage der Fall...

Der Schwerpunkt schiebt sich mit Abheben des Vorderrades etwas nach vorne...

Hallo Zusammen,
Eine spannende Diskussion die sich bisher entwickelt hat.
@ Erhard_66: das Buch von Vittore Crossalter steht bei mir ganz vorne im Regal.
Nachdem ich Zeit hatte über Erhards, Olivers und Tims Ansichten nachzudenken und etwas Abstand gewonnen habe, muss ich sagen das meine These nicht mehr haltbar ist.
Auch wenn hier Prosa verpönt ist (deshalb zusätzlich Bild im Anhang) nochmal eine Zusammenfassung in meinen Worten (darf natürlich korrigiert werden):
Was mich am schlussendlich überzeugt hat, ist das Argument vom Tim (timy90) das das Hinterrad im Antriebslastfall aufgrund des Kettenzuges quasi fest mit dem Rahmen gekoppelt ist. Die mit der Kette gekoppelte Hinterradachse ist kein Gelenk mehr und kann Drehmomente übertragen.
Bisher bin ich in meinen Überlegungen davon ausgegangen das der Kettenzug eine reine innere Kraft im freigeschnittenen Rahmen sei.
Die Summe der Drehmomente rund um die hintere Radachse muss Null sein.
Kettenzugkraft mal Ritzelabstand zur Achse ist das eine Drehmoment ("Drehmoment Hinterrad") und das kompensierende gegenläufige Drehmoment ist der horizontale Abstand von der Gewichtskraft (Schwerpunkt) zur Hinterradachse ("Drehmoment Rahmen"). Dieses gegenläufige Drehmoment entlastet zusätzlich zur reinen Achslastverschiebung das Vorderrad. Aus diesem Grund wird der Kipp-Punkt früher erreicht und das Lot des Schwerpunktes kann nicht hinter den Radaufstandspunkt wandern ohne das das Fahrrad sich bergauf überschlägt.
Grüße,
Lutz
Anhang anzeigen 804226 Anhang anzeigen 804227

Es freut mich, dass man letztendlich auf einen Nenner gekommen ist. Dein Kräftegleichgewicht bleibt seltsam. Am Vorderrad kann für den betrachteten Fall nur eine Kraft in Normalenrichtung wirken. Die eingezeichneten Kräfte ergeben sich aus dem Kräfte- und Momentengleichgewicht und unterliegen einer Systematik...

Schöne Weihnachten und Grüße
Tim

 

[DrFlow]

Nein, aber ich hoffe, man versteht mich trotzdem

Und wie, darum meine Frage. Mein alter Mechanik-Prof an der TU konnte auch mittels Skizzen sehr gut erklären.

 

[Felger]

Könnte man so mit gutem Willen als richtig interpretieren, scheint mir aber mindestens unpräzise formuliert im ersten Teil, wenn nicht sogar unklar und möglicherweise unrichtig, weil man nicht sagen kann um welches Lot es da geht. Manchmal meint Lot ja nur den rechten Winkel zu einer Bezugsachse oder Ebene, manchmal meint es die Richtung der Gravitation. Geht es ums Lot von der Hinterachse oder vom Schwerpunkt aus?

Ganz klar und einfach:
Die senkrechte Projektion des (Gesamt-)Schwerpunktes auf die Fahrbahn darf nicht hinter der (Kraft-)Mitte der (hinteren) Reifenaufstandsfläche (Fachbegriff: Latsch) liegen. Sonst beginnt eine Kippbewegung nach hinten, falls die übrigen maßgeblichen Randbedingungen aufrechterhalten werden.

sorry - etwas spät...

Lot von CenterOfMass in Richtung Grafity (oh das DEngelt )
Aber Lot ist doch immer Richtung Masseanziehungspunkt

 

[Lutz-Scheffer]

An Sylvester ist mir eine Konstellation in den Sinn gekommen bei dem es theoretisch möglich wäre das das Lot des Schwerpunktes hinter dem Radaufstandpunkt sich befinden kann: Gesetz den Fall das Hinterrad wird nicht über eine Kette angetrieben sondern treibt sich selber durch zwei oder mehr Raketen an die sternförmig rund um die Achse im Laufrad befestigt sind und eine Rotation bewirken.
Damit würde kein Drehmoment seitens der Kette entstehen der den Rahmen- Vorderbau anhebt.
Um die Situation zum besseren Verständnis noch weiter zu vereinfachen, kann man auch das Raketen- Rad alleine betrachten (als Einrad sozusagen). Dieses Laufrad würde eine Steigung hochfahren können, wobei das Lot des Schwerpunkts sich hinter dem Radaufstandpunkt befindet.

 

[DrFlow]

Das müsste funktionieren, solange das Moment, welches durch die Raketen erzeugt wird größer ist, als das der Gewichtsabtriebskraft mal Abstand zum Aufstandspunkt. Richtig?

 

[Lutz-Scheffer]

Exakt!

 

[Erhard_66]

sorry - etwas spät...

Lot von CenterOfMass in Richtung Grafity (oh das DEngelt )
Aber Lot ist doch immer Richtung Masseanziehungspunkt

Ja da kann man drüber philosophieren. In der Mathematik ist ein Lot immer auf eine Gerade oder Ebene zu fällen. Der Bezug (Gerade bzw. Ebene) muss also angegeben sein, sonst ist das Lot nicht definiert.
Der begriff Lot an sich kommt allerdings eher aus der Praxis. Man bindet ein Gewicht an einen Faden und der Faden zeigt dann genau in Richtung Schwerkraft. Aber nur, wenn der Haltepunkt vom Faden nicht ungleichförmig bewegt wird (beschleunigte Bewegung). Ein Lot am Rücksiegel im Auto zeigt beim Fahren sonst wo hin ;-)


VG Erhard

 

[Erhard_66]

An Sylvester ist mir eine Konstellation in den Sinn gekommen bei dem es theoretisch möglich wäre das das Lot des Schwerpunktes hinter dem Radaufstandpunkt sich befinden kann: Gesetz den Fall das Hinterrad wird nicht über eine Kette angetrieben sondern treibt sich selber durch zwei oder mehr Raketen an die sternförmig rund um die Achse im Laufrad befestigt sind und eine Rotation bewirken.
Damit würde kein Drehmoment seitens der Kette entstehen der den Rahmen- Vorderbau anhebt.
Um die Situation zum besseren Verständnis noch weiter zu vereinfachen, kann man auch das Raketen- Rad alleine betrachten (als Einrad sozusagen). Dieses Laufrad würde eine Steigung hochfahren können, wobei das Lot des Schwerpunkts sich hinter dem Radaufstandpunkt befindet.

Bezüglich steigendes Vorderrad ist das genau die gleiche Situation, wie wenn die Kette gerissen wäre und die Bremse nicht betätigt wird.
Nur mit dem Unterschied, dass das Vehikel in dem Fall nicht am Berg seinen Schwung verliert. Zumindest, wenn die Raketen stark genug sind.

Es genügt dann (damit das Vorderrad nicht steigt), wenn das Lot (Richtung der Schwerkraft) vom Schwerpunkt vor der Hinterachse verläuft und nicht mehr wie zuvor vor dem Reifenaufstandspunkt des HR.

VG Erhard

 

[Oldie-Paul]

Anhang anzeigen 806441
Der Schwerpunkt schiebt sich mit Abheben des Vorderrades etwas nach vorne...

Sieht überzeugend aus, trifft aber nicht zu. Der schwerpunkt, besser massenmittelpunkt ist fest mit dem bike verbunden. Bezüglich des bikes bleibt er immer am selben ort, solange sich die massenverteilung nicht ändert. Die skizze suggeriert, dass sich der sp gegenüber dem bike verschiebt. Laut definition kann er das gar nicht. Er verschiebt sich im ruhenden system (umwelt) gegenüber seiner bisherigen linearen bewegung. (Änderung der orientierung des bikes im raum) Hier ist der aktuelle drehpunkt aber der momentane aufstandspunkt des rades. Und damit verschiebt sich der sp auf dem entsprechenden drehkreis nach hinten bezüglich der bisherigen linearbewegung.

 

[DrFlow]

Ich würde sagen, ihr meint beide das gleiche, Oldie-Paul hat es nur ausformuliert. Der MMP verschiebt sich in Relation zum Radaufstandspunkt nach vorne, das stabilisierende Moment durch die Gewichtskraft erhöht sich.

 

[Oldie-Paul]

Ich würde sagen, ihr meint beide das gleiche, Oldie-Paul hat es nur ausformuliert. Der MMP verschiebt sich in Relation zum Radaufstandspunkt nach vorne, das stabilisierende Moment durch die Gewichtskraft erhöht sich.

Eigentlich wollte ich das gegenteil beweisen, musste aber erkennen, dass die aussage stimmt.

 

[DrFlow]

 

[Joey12345]

Welches bike ist das denn?
Edit: Auflösung durch mich: forbidden Prototyp