Besser dicke Reifen montieren (auch am Renner)?

[einbeiner]

Nein, so funktioniert das nicht.
Der Reifen wird beim Ueberfahren z.B. eines Astes verformt (etwa zu einer Ellipse). Dabei nimmt um diese Stelle herum der verfuegbare Raum fuer die Luft ab. Den fehlenden Raum kannst du nirgendwo anders im Reifen kompensieren, da der Reifen dort ueberall sonst schon die ideale Form fuer maximalen Rauminhalt (Kreisquerschnitt) angenommen hat. Ergo muss bei Abflachen des Reifens der Druck im Inneren zunehmen.
Sorry, aber anders geht es m.E. nicht.

Ein komplett mit Wasser gefuellter Reifen wuerde sich gar nicht eindruecken - Wasser ist nicht kompressibel.

 

[einbeiner]

...dann hat im Gedankenschluß ein belasteter Reifen einen höheren Innendruck als ein unbelasteter?

Natuerlich. Wie sonst wuerdest Du erklaeren wollen, dass ein schlaff aufgepumpter Reifen sich bis zu einem gewissen Punkt, aber nicht weiter mit Handkraft eindruecken laesst? Da passiert was in Inneren unter Last.

 

[bike501]

Ein Rennradreifen hat ein Volumen von... ganz grob über den Daumen geschätzen 1,5 l.

Die Volumenänderung beim Überfahren einer Unebenheit wird wohl im Bereich von max. 1-2 % sein. Wieviel sich der Druck da wohl ändert?

Und natürlich kann die verdrängte Luft irgendwo anders hin... der Reifen ist ja schließlich dehnbar.

 

[einbeiner]

...also ein mit einem bestimmten Druck befüllter Reifen hat einen höheren Druck, sobald das Fahrzeuggewicht ( Reifenaufstand wird verformt) darauf lastet - aha.

Hoere ich da Zweifel?
Ich habe mir ehrlich gesagt nie zuvor Gedanken um den Druck in einem Reifen unter Last gemacht, aber anders geht es nicht.
Du kannst jetzt gerne annehmen, dass die Karkasse diesen Raumausgleich via Dehnung uebernimmt, So, wie es ein nackter Schlauch tut. Aber das entspricht nicht unserer Beobachtung - der Reifen/Mantel bleibt weitestgehend gleich gross.

 

[NonesensE]

Nein, so funktioniert das nicht.
Der Reifen wird beim Ueberfahren z.B. eines Astes verformt (etwa zu einer Ellipse).

Was du außer Acht läßt ist, daß der Reifen schon vorm Überfahren des Hindernisses verformt ist, und zwar auf einer Länge von 5-10 cm. Wenn ein erheblich kürzeres Hindernis den Reifen eindrückt kann selbstverständlich vor und hinter dem Hindernis sich der Reifen nach außen beulen und damit die Volumenreduktion kompensieren.

Dabei nimmt um diese Stelle herum der verfuegbare Raum fuer die Luft ab. Den fehlenden Raum kannst du nirgendwo anders im Reifen kompensieren, da der Reifen dort ueberall sonst schon die ideale Form fuer maximalen Rauminhalt (Kreisquerschnitt) angenommen hat. Ergo muss bei Abflachen des Reifens der Druck im Inneren zunehmen.
Sorry, aber anders geht es m.E. nicht.

Wenn das Volumen wie oben beschrieben konstant bleibt, ändert sich der Druck nicht. Aber selbst wenn sich der Druck ändert, dann im Bereich von maximal wenigen Prozent (ca. 5% von null Einfederung bis Durchschlag auf flacher Ebene, an Kanten o.ä. noch viel weniger). Der Reifen ist so groß, daß die Druckänderung völlig unerheblich ist. Was sich beim Einfedern ändert ist die Aufstandsfläche, und da Druck=Kraft/Fläche, ändert sich entsprechend auch die dem Einfedern entgegenwirkende Kraft.

Ein komplett mit Wasser gefuellter Reifen wuerde sich gar nicht eindruecken - Wasser ist nicht kompressibel.

Wenn du einen komplett mit wasser gefüllten Reifen nimmst, das Ventil öffnest und etwas Wasser heraus lässt, ist er eingedrückt. Er bleibt auch eingedrückt wenn keine Last mehr drauf liegt, aber das ist unerheblich. Ein Reifen in diesem Zustand schlurpt über kleine Hindernisse völlig problemlos hinweg.

 

[einbeiner]

Und natürlich kann die verdrängte Luft irgendwo anders hin... der Reifen ist ja schließlich dehnbar.

Dann ueberlege dir bitte mal, warum der Reifen sich auf einmal dehnt, wenn denn der Druck nicht ansteigt. Das kann es rein theoretisch nur dann geben, wenn die noetige Kraft zur Dehnung der Karkasse genau jener entspricht, die noetig ist um Luft von Druck A auf Druck B zu komprimieren. Es faellt mir schwer zu glauben, dass so ein Reifen fahrbar waere.
Betrachte unter dieser Annahme mal einen Autoreifen bei 2bar. Der soll sich leichter dehnen koennen als ich die Luft in ihm komprimieren kann?

 

[NonesensE]

Bei der Dehnung muß ich dir Recht geben, der Reifen dehnt sich nur in vernachlässigbar geringem Maße. Er dehnt sich ja beim aufpumpen zwischen halb voll und voll kaum, bei Druckänderung um 1% passiert messbar gar nichts.

 

[Chris-AC]

...dann hat im Gedankenschluß ein belasteter Reifen einen höheren Innendruck als ein unbelasteter?

Natuerlich. Wie sonst wuerdest Du erklaeren wollen, dass ein schlaff aufgepumpter Reifen sich bis zu einem gewissen Punkt, aber nicht weiter mit Handkraft eindruecken laesst? Da passiert was in Inneren unter Last.

...also ein mit einem bestimmten Druck befüllter Reifen hat einen höheren Druck, sobald das Fahrzeuggewicht ( Reifenaufstand wird verformt) darauf lastet - aha.

Im wesentlichen schließe ich mich dem Vorpost an:

...
Die Volumenänderung beim Überfahren einer Unebenheit wird wohl im Bereich von max. 1-2 % sein. Wie viel sich der Druck da wohl ändert? ....

Ich denke allerdings, dass die Volumenänderung bezogen auf das gesamte Reifenvolumen << 1% ist (beim Rennreifen - bei MTB und den dort genutzten niedrigen Drücken kann das mehr sein).
Die Druckänderung errechnet sich nach der Gasgleichung zu P = 1/V * m*R*T wobei m*R*T als Konstant angenommen werden kann.

=> Bei einer sehr kleinen Volumenänderung ändert sich der Druck zwar, aber eben auch nur unwesentlich.

Viel relevanter dürfte in dem Zusammenhang sein, dass die Kraft sich aus Druck * Fläche ergibt.
Ein aufgepumptes Laufrad wiegt ~ 1 1/2 kg (OK, das ist jetzt eher auf der schweren Seite)
Die Aufstandsfläche ist klein (rechnerisch ~ 20 mm² oder 0,2 cm² bei 7,5 bar)
Das selbe Laufrad in ein Fahrrad eingebaut und mit Fahrergewicht belastet überträgt eine Kraft von ca. 500 N (also 50 kg "Gewichtskraft").
Die Aufstandsfläche ist hier schon deutlich größer (~ 6,5 cm² bei 7,5 bar und 50 kg)

Den selben Effekt hast du, wenn du versuchst mit den Fingern (oder dem Daumen) den Reifen einzudrücken: Die Reaktionsfläche wird immer größer (Daumen immer "platter") so dass du irgendwann nicht mehr Kraft aufbringen kannst um sie noch weiter zu vergrößern.

Wenn du nun über ein Hindernis fährst, dann ist die momentane Kraft die übertragen wird nicht mehr nur 500 N (entsprechend der ~ 50 kg "Gewichtskraft"), sondern 500N + "X", wobei "X" die dynamische Komponente ist, die Abhängt von Reifengeometrie, Reifendruck, Geometrie des überfahrenen Hindernisses und der Masseträgheit des Systems. Und diese dynamische Kraftkomponente "X" wird am Lenker, dem Sattel und den Pedalen auf den Fahrer übertragen. Sitzt der Fahrer elastisch auf dem Rad und federt die Stöße gut ab - dann ist das gleichbedeutend mit einer geringeren Masseträgheit und der Stoß (Amplitude von "X") wird weniger hart, dafür wird die Amplitude Delta S (also der "Federweg") größer. Jemand der wie ein nasser Sack im Sattel sitzt und den Lenker mit gestreckten Armen krampfhaft festhält wird die Amplitude Delta S begrenzen, aber die Stöße stärker spüren.

Entsprechend der in dem Moment übertragenen Kraft 500N + "X", wird sich dann die Reifenaufstandsfläche auch noch mal vergrößern (und der Innendruck in geringem Maße auch).
Das geht aber sicherlich in erster Linie über die Reifenaufstandsfläche (bis hin zum "Snakebite") und eher weniger über den steigenden Druck.

 

[neongruen]

Ein Rennradreifen hat ein Volumen von... ganz grob über den Daumen geschätzen 1,5 l.

0,841 l (bei 28" und 23mm)
Ich wusste, das wird spannend

 

[einbeiner]

Einer von uns beiden verrennt sich hier.

Was du außer Acht läßt ist, daß der Reifen schon vorm Überfahren des Hindernisses verformt ist, und zwar auf einer Länge von 5-10 cm. Wenn ein erheblich kürzeres Hindernis den Reifen eindrückt kann selbstverständlich vor und hinter dem Hindernis sich der Reifen nach außen beulen und damit die Volumenreduktion kompensieren.

Nein - "nach aussen beulen" - was ist das?
Plattdruecken? Dann nimmt das Volumen ab.
Dehnen? Glaube ich nicht, nicht im noetigen Mass und wenn dann nicht punktuell, sondern ueber die komplette Flanke. Der Druck im Reifen ist doch ueberall gleich.

Wenn das Volumen wie oben beschrieben konstant bleibt, ändert sich der Druck nicht.

Guck doch bitte nochmal eine Seite zurueck. Wenn du den reifen verfomst/eindrueckst muss sich das Volumen aendern. Es ist NICHT konstant.

Wenn du einen komplett mit wasser gefüllten Reifen nimmst, das Ventil öffnest und etwas Wasser heraus lässt, ist er eingedrückt. Er bleibt auch eingedrückt wenn keine Last mehr drauf liegt, aber das ist unerheblich. Ein Reifen in diesem Zustand schlurpt über kleine Hindernisse völlig problemlos hinweg.

In dem Moment, wo Du ein wenig Luft einfuellst hast du wieder einen kompressiblen Anteil. Das ergibt keinen Sinn, dann kannst du auch gleich ganz ohne Wasser rechnen.

Ich glaube, ich verstehe jetzt aber, was du mit der Wippe meinst. Wenn Du mit einen Reifen eine topfebene Strecke ganz gleichmaessig entlang faehrst, dann ist der Reifen an der Kontakstelle zum Boden immer gleich weit eingedrueckt. Da bleibt die ganze Zeit der Druck konstant, auch wenn staendig eine andere Stelle der Flanke verformt wird (Walkarbeit).

Wenn Du aber Hindernisse ueberfaehrst oder so wild wiegetrittst, dass der Reifen wechseln staerker/weniger stark abgeflacht wird, dann aendert sich laufend der Druck.

 

[einbeiner]

Die Druckaenderung ist sicherlich gering. Aber sie ist der wesentliche physikalische Effekt, warum das ganze Kontrukt "Reifen" ueberhaupt so funktioniert. Mit einem inkompressiblen Medium wuerde das gar nicht funktionieren - da braeuchte man dann wie in hydrauischen Federgabeln Ausgleichbehaelter und Ventile.

 

[bike501]

Es ändert sich der Druck.... oder die Temperatur.

Blöde Gasgesetze....

Es steht übrigens nichts dem Feldversuch entgegen, einfach ein Manometer ans Ventil zu packen und mal auf dem Reifen rumzudrücken!

 

[NonesensE]

Okay, hier eine schematische Zeichnung. Links: Reifen auf Ebener Fläche. Durch Last etwas eingefedert. Rechts: Fläche mit Hindernis. Reifen im Vergleich zu Links an der Stelle des Hindernisses eingefedert, um das Hindernis herum ausgefedert. Aber immernoch eingefedert im Vergleich zum Lastlosen Reifen.

Ist jetzt klar, was ich zu erklären versuche?

 

[einbeiner]

Okay, hier eine schematische Zeichnung. Links: Reifen auf Ebener Fläche. Durch Last etwas eingefedert. Rechts: Fläche mit Hindernis. Reifen im Vergleich zu Links an der Stelle des Hindernisses eingefedert, um das Hindernis herum ausgefedert. Aber immernoch eingefedert im Vergleich zum Lastlosen Reifen.
Anhang anzeigen 170695

Ist jetzt klar, was ich zu erklären versuche?

Das Volumen rechts ist erkennbar kleiner. Da bei als nicht dehnbar angenommener Karkasse die Luft nirgendwohin entweichen kann steigt der Druck. Jo, ist klar.

Deine Annahme vom konstanten Volumen ist falsch. Absehen davon denke ich, dass Chris' Ansatz ueber die Aufstandflaeche und fixe/dynamische Komponente fuer die Problembeschreibung einfach geeigneter ist.

 

[NonesensE]

Wenn ich den Kreis kleiner gemalt hätte wäre das Volumen größer als links, und was hätten wir daraus gewonnen? An der schematischen Zeichnung ein Volumen ablesen zu wollen ist grober Unfug.

Nachtrag: Über die Aufstandsfläche gehe ich doch schon die ganze Zeit. Wenn man die ideal langsame Bewegung betrachtet bleibt übrigens die Aufstandsfläche konstant und man bekommt als Ergebnis die Auf- und Abbewegungen, die bei realer Bewegung überhaupt auf die Federung einwirken. Von da aus kann man wieder zurückrechnen und erhält die dynamische Komponente, die Chris als +X bezeichnet hat. Wie herum man das dreht ist egal.

 

[einbeiner]

Wenn ich den Kreis kleiner gemalt hätte wäre das Volumen größer als links, und was hätten wir daraus gewonnen? An der schematischen Zeichnung ein Volumen ablesen zu wollen ist grober Unfug.

Nein,
kein Unfug, Mathematik. Der Umfang deines Reifens hat sich hoffentlich nicht geaendert (du hast mir doch gerade zugestimmt, dass wir Dehnung vernachlaessigen koennen).
Damit umschliesst deine rechte Skizze ganz deutlich erkennbar ein geringeres Volumen (bei gegebenem Umfang). Dafuer muss deine Skizze nicht exakt sein, nur sinnbildlich richtig.

Wir machen jetzt ein Kuechenexperiment:
Strohhalm holen, unten zuhalten, mit Wasser fuellen. In der Mitte zusammendruecken -> der Wasserpegel steigt.
Weil eben die Kreisform bei gegebenem Umfang die groesstmoegliche Flaeche bietet.

Wenn du den leeren Strohhalm an beiden Seiten luftdicht versiegeln wuerdest, dann wuerdest du durch Zusammendruecken innen einen Ueberdruck erzeugen (oder es wuerde "Plopp" machen).

 

[NonesensE]

Nein,
kein Unfug, Mathematik. Der Umfang deines Reifens hat sich hoffentlich nicht geaendert (du hast mir doch gerade zugestimmt, dass wir Dehnung vernachlaessigen koennen).
Damit umschliesst deine rechte Skizze ganz deutlich erkennbar ein geringeres Volumen (bei gegebenem Umfang).

Ich habe den Wulst, der am Beginn und am Ende der Aufstandsfläche entsteht, nicht mit eingezeichnet. Der ist stärker eingefedert größer als weniger stark eingefedert, umschließt ein vernachlässigbar geringes Volumen und "speichert" deinen fehlenden Umfang. Und dein Küchenexperiment geht immernoch vom im Lastzustand nicht eingefederten Reifen aus, das ist ungeeignet.

 

[einbeiner]

Ich habe den Wulst, der am Beginn und am Ende der Aufstandsfläche entsteht, nicht mit eingezeichnet. Der ist stärker eingefedert größer als weniger stark eingefedert, umschließt ein vernachlässigbar geringes Volumen und "speichert" deinen fehlenden Umfang. Und dein Küchenexperiment geht immernoch vom im Lastzustand nicht eingefederten Reifen aus, das ist ungeeignet.

Ok, verstehe, was du meinst, das kleine Steinchen hebt mein Rad ein winziges Stueckchen an.
Aber dein Ansatz versagt doch sofort, wenn du etwas ueberfaehrst, dass breiter oder gleichbreit wie der Reifen ist?! Oder das Rad auf ebenem Untergrund nur staerker belastest (Wiegetritt, Bodenwellen). Das kannst du mir nicht als allgemeingueltig verkaufen wollen?

Ich denke der Aufstandsflaechenansatz wuerde deinen Fall auch gut abbilden.

 

[NonesensE]

Ok, verstehe, was du meinst, das kleine Steinchen hebt mein Rad ein winziges Stueckchen an.
Aber dein Ansatz versagt doch sofort, wenn du etwas ueberfaehrst, dass breiter oder gleichbreit wie der Reifen ist?!

solange es immernoch erheblich kürzer ist als die Aufstandsfläche, dann nicht. Und letztlich versagt der Ansatz auch bei Großflächigen Unebenheiten nicht, er sagt dann, da die Fläche der Unebenheit, auf der man fährt, genauso groß ist, wie die Aufstandsfläche, daß nur noch mit dem Faktor A/A=1 untersetzt wird, also die volle Höhe der Unebenheit auf die Federung einwirkt. Der Ansatz sagt also aus, welcher Bruchteil der Hindernishöhe als theoretische Einfederhöhe angesetzt werden muß, und aus letzterer ergibt sich dann die theoretische Flächenänderung, die für eine Beschleunigungskraft in der Vertikalen sorgt.

Oder das Rad auf ebenem Untergrund nur staerker belastest (Wiegetritt, Bodenwellen). Das kannst du mir nicht als allgemeingueltig verkaufen wollen?

Ich denke der Aufstandsflaechenansatz wuerde deinen Fall auch gut abbilden.

Allgemeingültig? Nö. Gültig aber für viele Belastungen, die auf typischen deutschen Straßen und Radwegen auftreten. Wiegetritt und Bodenwellen gehen nur über die Federkraft durch Änderung der Aufstandsfläche, das ist klar - das sind aber eher nicht die Belastungen, die den Fahrer ermüdend durchschütteln (na gut, Bodenwellen mitunter schon, vor allem die Absenker auf einigen Radwegen - die werden aber auch überhaupt nicht gefedert). Ein weicher Reifen federt im Wiegetritt auch gut ein, kennt sicher jeder hier.

Du sagst, der Aufstandsflächenansatz würde den Fall eines kleineren Hindernisses auch gut abbilden - das ist richtig. Die Aufstandsfläche ist dann bloß äußerst schwierig zu berechnen. Deswegen - s.o. - mein Ansatz, die Ermittlung der Aufstandsflächenänderung zu vereinfachen.

 

[einbeiner]

Na ja, du erklaerst das jetzt anhand eines Falls, den du bei deiner urspruenglichen Annahme erstmal ausgeklammert hattest.

Da die Reifenaufstandsfläche ungefähr eine Ellipse ist und viele Unebenheiten breiter sind, als die Ellipse, kommt es also in erster Linie auf die Länge der Aufstandsfläche an -

Drum war's wohl auch so schwierig zu verstehen, was genau du meintest.
Ich weiss nicht, ob man hier eine Fallunterscheidung braucht oder einen gemeingueltigen Ansatz finden kann oder diesen Fall (Hinderniss deutlich schmaler als Aufstandsflaeche) fuer hinreichend schmale Reifen ganz vernachlaessigen kann.

Ehrlich, das ist nicht zielfuehrend so. Zu verworren und wiederspruechlich, schon in den Ansaetzen.

Chris hat recht - die Aufstandflaeche ist eine wesentliche Groesse in der Betrachtung und im Gegensatz zum Druck (mit dem sie in direkter Beziehung steht) gut betrachtbar.

Ich kann mal gucken, wie die Argumentationskette von Jan Heine bzgl. Aufstandsflaeche ausieht. Und ob wir das gemeinsam auseinandernehmen konnen (oder ob er recht hat) ;-)