Fahrphysik-Reifendruck
Beigesteuert von gerd_
06.06.2009
Immer wieder lese ich, dass Reifen im Solobetrieb mit 3 bar und mehr gefahren werden.
Natürlich kann das jeder machen wie er möchte, dennoch einige „generelle“ Gedanken dazu.
Die Voraussetzungen
Zur Darstellung dient -um es gedanklich zu verdeutlichen- ein Reifen mit Lauffläche, aber ohne Profil, und sehr weichen Flanken (also eher eine Art Schlauch mit Lauffläche).
Auflast
Der Reifen muss das auf ihm lastende Gewicht tragen. Er wird deshalb an der Aufstandsfläche „plattgedrückt“.
Nachdem wir die Steifigkeit („Schlauch“) bei „Null“ ansetzen ergibt sich die Aufstandsfläche (Latsch) aus dem Gewicht und dem Reifendruck. Nehmen wir für die Vorderachse einer 1150GSA 140 Kg und einen Reifendruck von 2 bar an, dann muss die Aufstandsfläche etwa 70qcm gross sein. Praktische Tests bestätigen zumindest diese Grössenordnung.
Natürlich lässt sich das nicht beliebig linear hoch- / herunterrechnen (etwa 7qcm bei 20 bar oder 280qcm bei 0,5 bar :-)), weil in der Praxis zur Verformung der Karkasse zusätzliche Kräfte notwendig sind oder irgendwann die Felge aufsetzt.
Nehmen wir einmal an, dass diese 70qcm ein Rechteck mit 5x14cm bilden (tatsächlich ist es natürlich eine Ellipse), dann fahren wir bei Geradeausfahrt auf einem 5cm breiten Streifen. Speziell auf langen Autobahnstrecken fährt sich der Reifen auch nur auf diesem Streifen ab. Das kann jeder auch aus der Praxis bestätigen.
Erhöhe ich den Reifendruck auf 3 bar, so steht der Reifen nur noch auf einer Fläche von 47qcm auf. Das Längen/Breitenverhältnis wird sich nicht grossartig ändern, also beträgt die Fläche 3,4x13,3cm.
Der Vorteil:
Der Reifen wird weniger plattgedrückt, sein Umfang bleibt runder, somit walkt er weniger und wird nicht so warm. Die Fuhre wird agiler, sie lässt sich „messerscharf“ lenken, der Verbrauch wird minimiert, das Aquaplaningverhalten verbessert sich in erster Näherung.
Zwischendurch sei mal die Lauffläche betrachtet.
Je nach Gummimischung ist sie unterschiedlich weich. Die jeweilige Aufstandsfläche hat alle Kräfte zu übertragen.
Nach der reinen Physik spielt bei der Haftreibung die Fläche keine Rolle. Bei gleichem Reibungskoeffizienten kann, unabhängig von der Fläche, die gleiche Kraft übertragen werden. Der grössere/kleinbere Flächendruck kompensiert die kleinere/grössere Fläche.
Die Physik der Gymnasien ist jetzt etwas überfordert weil sie nur die Haftreibung berücksichtigt.
In der Praxis verzahnt sich der Gummi mit dem Untergrund und es entsteht ein Formschluss. Daher werden scheinbar(!) Reibungskoeffizienten möglich die grösser sind als 1. Das allerdings ist physikalisch /mathematisch unmöglich weil der Reibungskoeffizient „µ“ qua Definition nur maximal 1 sein kann. Folglich sollte man diesen Gesamtwert aus (Haft-) Reibungskoeffizient und Formschlusswert nicht mit µ betiteln (nicht mal wenn man „Motorrad“, „Pirelli“, etc. heisst).
Als Extrem: Eine Zahnradbahn wird nicht durch Haftreibung sondern durch formschlüssige Zahnräder bewegt. Eine Reibzahl tritt da nur zwischen den Zahnradflanken auf und sollte da sogar möglichst gering sein (schmieren!).
Grob gesagt besteht der Formschluss des Gummirades aus zwei Komponenten: Einmal die Grobverzahnung bei der man sich vorstellen kann, dass sich das Reifenprofil in den Unebenheiten des Untergrundes verhakt, und dann die Mikroverzahnung bei der sich kleine Unebenheiten „in die weiche Gummifläche“ graben.
Zurück zum gesamten Reifen
Einfach nachzuvollziehen ist die Tatsache, dass eine mit höherem Reifendruck immer kleiner werdende Fläche die gleichen Antriebs – Brems- und Lenkkräfte übertragen muss (das Mopped steht ja nicht nur). Das wiederum bedeutet, dass sich weniger Gummifläche mit der Strassenoberfläche verzahnen kann. Der Anteil der Haftreibung ist ja lt. Physik gleichbleibend!
Muss eine kleiner werdende Aufstandsfläche eine gleichbleibende Kraft durch Formschluss übertragen, so wird dabei der Verschleiss ansteigen!
Der Nachteil
Der Reifen hat nur noch mittig Kontakt zur Fahrbahn
Das Dämpfungsvermögen des Reifens sinkt. Somit wird der Komfort schlechter.
Die Haftung (Formschlussanteil) wird durch Verkleinerung der Aufstandsfläche schlechter, somit sinkt auch die Fahrstabilität, es sind nur geringere Kurvengeschwindigkeiten möglich und der Bremsweg verlängert sich
Der Verschleiß in der Mitte der Lauffläche ist erhöht und ungleichmäßiger. Dadurch wird eine geringere Laufleistung erreicht und die Reifen werden schneller „eckig“.
In zweiter Näherung wird selbst das Aquaplaningverhalten schlechter weil auch hier zu wenig Verzahnung stattfindet.
Dass das gegenteilige Extrem genau so schlecht ist erwähne ich jetzt nicht grossartig. Wird die Auflagefläche zu gross, kann sich der Gummi gar nicht mehr optimal verzahnen weil der spezifische Flächendruck einfach zu niedrig ist. Der gesamte Reifenaufbau wird instabil und schaukelt links / rechts auf der Felge. Er wird aufgrund der heftigen Walkarbeit heisser.
Verbund Reifen und Federbein:
Ist der Reifen knallhart aufgepumpt, dann hüpft er wie ein Gummiball. Dagegen kann der beste Dämpfer wenig tun weil er nun mal "nur" die Bewegungen zwischen Rad und Aufbau „bearbeitet“.
Ist auch noch der Dämpfer „sportlich sehr hart“, dann springt die ganze Fuhre beim kleinsten Anlass. Springende Räder haften nun mal ganz schlecht. Somit dreht das Rad beim Beschleunigen lkeicht durch, hüpft beim Bremsen, und z.B. auch das ABS regelt früher!
Sonderfall Geländereifen auf der Strasse
Ich weiss nicht ob man den TKC80 auch ganz ohne Luft fahren kann, doch zumindest merkt man hinten so schnell nichts. Mir kam meiner im Winter bei flotter Fahrt einmal komisch „eierig“ vor, aber es waren „doch noch“ 0,7bar drin. Seine Reifenflanken sind sehr stabil.
Generell gilt:
Man kann mit TKC sehr flott unterwegs sein aber Rennreifen sind es nicht. Zumindest jeder der schon mal abrupt bremsen musste wird das bestätigen.
Die Freunde von „je härter je besser“ sollten sich einfach die folgende Tatsache klar machen.
Die Lauffläche der meisten „normalen“ Enduro- Strassenreifen kann trotz ihres Profils als zusammenhängend betrachtet werden.
Diejenige der TKC besteht aus einzelnen „Türmchen“ (aus wackeligem Gummi). Je härter der Reifen aufgepumpt ist, desto extremer steht man auf einem einzelnen „Turm“. Jetzt ist es nur von der Gummihärte abhängig wie schaukelig man steht. Rollt das Rad, verbiegt sich zuerst der Turm, dann kippt man zum nächsten, verbiegt den zuerst, steht dann senkrecht auf ihm, usw.. Dieses Geschaukel lässt sich keinesfalls durch mehr Druck beseitigen! Im Gegenteil! Bei weniger Druck steht man auf mehreren Türmchen und dadurch stabiler und der Verschleiss geringer!
Selber fahre ich den Anakee v/h 2,2/2,4 und den TKC80 2,0/1,8
Links:
Links
Fahrphysik-Reifendruck
Fahrphysik-Reifenbreite
Fahrphysik-Schraeglage
Fahrphysik-Reifenhaftung-und-Beschleunigung
Fahrphysik-Reifenprofil
Natürlich kann das jeder machen wie er möchte, dennoch einige „generelle“ Gedanken dazu.
Die Voraussetzungen
Zur Darstellung dient -um es gedanklich zu verdeutlichen- ein Reifen mit Lauffläche, aber ohne Profil, und sehr weichen Flanken (also eher eine Art Schlauch mit Lauffläche).
Auflast
Der Reifen muss das auf ihm lastende Gewicht tragen. Er wird deshalb an der Aufstandsfläche „plattgedrückt“.
Nachdem wir die Steifigkeit („Schlauch“) bei „Null“ ansetzen ergibt sich die Aufstandsfläche (Latsch) aus dem Gewicht und dem Reifendruck. Nehmen wir für die Vorderachse einer 1150GSA 140 Kg und einen Reifendruck von 2 bar an, dann muss die Aufstandsfläche etwa 70qcm gross sein. Praktische Tests bestätigen zumindest diese Grössenordnung.
Natürlich lässt sich das nicht beliebig linear hoch- / herunterrechnen (etwa 7qcm bei 20 bar oder 280qcm bei 0,5 bar :-)), weil in der Praxis zur Verformung der Karkasse zusätzliche Kräfte notwendig sind oder irgendwann die Felge aufsetzt.
Nehmen wir einmal an, dass diese 70qcm ein Rechteck mit 5x14cm bilden (tatsächlich ist es natürlich eine Ellipse), dann fahren wir bei Geradeausfahrt auf einem 5cm breiten Streifen. Speziell auf langen Autobahnstrecken fährt sich der Reifen auch nur auf diesem Streifen ab. Das kann jeder auch aus der Praxis bestätigen.
Erhöhe ich den Reifendruck auf 3 bar, so steht der Reifen nur noch auf einer Fläche von 47qcm auf. Das Längen/Breitenverhältnis wird sich nicht grossartig ändern, also beträgt die Fläche 3,4x13,3cm.
Der Vorteil:
Der Reifen wird weniger plattgedrückt, sein Umfang bleibt runder, somit walkt er weniger und wird nicht so warm. Die Fuhre wird agiler, sie lässt sich „messerscharf“ lenken, der Verbrauch wird minimiert, das Aquaplaningverhalten verbessert sich in erster Näherung.
Zwischendurch sei mal die Lauffläche betrachtet.
Je nach Gummimischung ist sie unterschiedlich weich. Die jeweilige Aufstandsfläche hat alle Kräfte zu übertragen.
Nach der reinen Physik spielt bei der Haftreibung die Fläche keine Rolle. Bei gleichem Reibungskoeffizienten kann, unabhängig von der Fläche, die gleiche Kraft übertragen werden. Der grössere/kleinbere Flächendruck kompensiert die kleinere/grössere Fläche.
Die Physik der Gymnasien ist jetzt etwas überfordert weil sie nur die Haftreibung berücksichtigt.
In der Praxis verzahnt sich der Gummi mit dem Untergrund und es entsteht ein Formschluss. Daher werden scheinbar(!) Reibungskoeffizienten möglich die grösser sind als 1. Das allerdings ist physikalisch /mathematisch unmöglich weil der Reibungskoeffizient „µ“ qua Definition nur maximal 1 sein kann. Folglich sollte man diesen Gesamtwert aus (Haft-) Reibungskoeffizient und Formschlusswert nicht mit µ betiteln (nicht mal wenn man „Motorrad“, „Pirelli“, etc. heisst).
Als Extrem: Eine Zahnradbahn wird nicht durch Haftreibung sondern durch formschlüssige Zahnräder bewegt. Eine Reibzahl tritt da nur zwischen den Zahnradflanken auf und sollte da sogar möglichst gering sein (schmieren!).
Grob gesagt besteht der Formschluss des Gummirades aus zwei Komponenten: Einmal die Grobverzahnung bei der man sich vorstellen kann, dass sich das Reifenprofil in den Unebenheiten des Untergrundes verhakt, und dann die Mikroverzahnung bei der sich kleine Unebenheiten „in die weiche Gummifläche“ graben.
Zurück zum gesamten Reifen
Einfach nachzuvollziehen ist die Tatsache, dass eine mit höherem Reifendruck immer kleiner werdende Fläche die gleichen Antriebs – Brems- und Lenkkräfte übertragen muss (das Mopped steht ja nicht nur). Das wiederum bedeutet, dass sich weniger Gummifläche mit der Strassenoberfläche verzahnen kann. Der Anteil der Haftreibung ist ja lt. Physik gleichbleibend!
Muss eine kleiner werdende Aufstandsfläche eine gleichbleibende Kraft durch Formschluss übertragen, so wird dabei der Verschleiss ansteigen!
Der Nachteil
Der Reifen hat nur noch mittig Kontakt zur Fahrbahn
Das Dämpfungsvermögen des Reifens sinkt. Somit wird der Komfort schlechter.
Die Haftung (Formschlussanteil) wird durch Verkleinerung der Aufstandsfläche schlechter, somit sinkt auch die Fahrstabilität, es sind nur geringere Kurvengeschwindigkeiten möglich und der Bremsweg verlängert sich
Der Verschleiß in der Mitte der Lauffläche ist erhöht und ungleichmäßiger. Dadurch wird eine geringere Laufleistung erreicht und die Reifen werden schneller „eckig“.
In zweiter Näherung wird selbst das Aquaplaningverhalten schlechter weil auch hier zu wenig Verzahnung stattfindet.
Dass das gegenteilige Extrem genau so schlecht ist erwähne ich jetzt nicht grossartig. Wird die Auflagefläche zu gross, kann sich der Gummi gar nicht mehr optimal verzahnen weil der spezifische Flächendruck einfach zu niedrig ist. Der gesamte Reifenaufbau wird instabil und schaukelt links / rechts auf der Felge. Er wird aufgrund der heftigen Walkarbeit heisser.
Verbund Reifen und Federbein:
Ist der Reifen knallhart aufgepumpt, dann hüpft er wie ein Gummiball. Dagegen kann der beste Dämpfer wenig tun weil er nun mal "nur" die Bewegungen zwischen Rad und Aufbau „bearbeitet“.
Ist auch noch der Dämpfer „sportlich sehr hart“, dann springt die ganze Fuhre beim kleinsten Anlass. Springende Räder haften nun mal ganz schlecht. Somit dreht das Rad beim Beschleunigen lkeicht durch, hüpft beim Bremsen, und z.B. auch das ABS regelt früher!
Sonderfall Geländereifen auf der Strasse
Ich weiss nicht ob man den TKC80 auch ganz ohne Luft fahren kann, doch zumindest merkt man hinten so schnell nichts. Mir kam meiner im Winter bei flotter Fahrt einmal komisch „eierig“ vor, aber es waren „doch noch“ 0,7bar drin. Seine Reifenflanken sind sehr stabil.
Generell gilt:
Man kann mit TKC sehr flott unterwegs sein aber Rennreifen sind es nicht. Zumindest jeder der schon mal abrupt bremsen musste wird das bestätigen.
Die Freunde von „je härter je besser“ sollten sich einfach die folgende Tatsache klar machen.
Die Lauffläche der meisten „normalen“ Enduro- Strassenreifen kann trotz ihres Profils als zusammenhängend betrachtet werden.
Diejenige der TKC besteht aus einzelnen „Türmchen“ (aus wackeligem Gummi). Je härter der Reifen aufgepumpt ist, desto extremer steht man auf einem einzelnen „Turm“. Jetzt ist es nur von der Gummihärte abhängig wie schaukelig man steht. Rollt das Rad, verbiegt sich zuerst der Turm, dann kippt man zum nächsten, verbiegt den zuerst, steht dann senkrecht auf ihm, usw.. Dieses Geschaukel lässt sich keinesfalls durch mehr Druck beseitigen! Im Gegenteil! Bei weniger Druck steht man auf mehreren Türmchen und dadurch stabiler und der Verschleiss geringer!
Selber fahre ich den Anakee v/h 2,2/2,4 und den TKC80 2,0/1,8
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Letzte Aktualisierung ( 20.10.2009 )
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