Welchen Zweck erfüllen Leichtbau-Hochprofil-Carbonlaufräder? Physik erwüscht!

[jonasonjan]

AW: Welchen Zweck erfüllen Leichtbau-Hochprofil-Carbonlaufräder? Physik erwüscht!

Hier mal zur Verdeutlichung
Aber daran glauben werd´ich erst wenn ich ein Rad gesehen habe, das "Am Wind" von allein anfängt zu rollen.
Ansonsten ist mir das alles viel zu akademisch!

 

[kastel67]

AW: Welchen Zweck erfüllen Leichtbau-Hochprofil-Carbonlaufräder? Physik erwüscht!

Jungs, rechnet das doch mal bitte durch, bevor solch ein Stuss immer und immer wieder abgeschrieben und dann irgendwann mal als Wahrheit verkauft wird!

Einen mittelschweren Alu-Laufradsatz beschleunigt man mit einem einzigen (!) Tritt von 0 auf 40 km/h! Selbst wenn man dessen Gewicht auf 0 reduzieren oder dessen Masse komplett in der Achse vereinigen könnte wäre gerade mal ein (!) Tritt gewonnen. Gegenüber der Vorwärtsbeschleunigung ist übrigens die rotationale Masseträgheit wiederum der kleinere Faktor. Die Positionierung des Gewichtes nahe oder fern der Achse ist also nahezu vollkommen unerheblich.

Moin,

wie viel macht denn ein gesparter Tritt bei einem Kriterium über 60 Runden a 1100 m mit 4 x 90° links einem Abrollumfang von 2030 mm und einer Übersetzung von 53/19 aus?

Gruß k67

 

[j-mo]

AW: Welchen Zweck erfüllen Leichtbau-Hochprofil-Carbonlaufräder? Physik erwüscht!

Dukesim, deine Begründung, insbesondere das erste Bild, unterliegt m.M.n einem Denkfehler.

Vorab:
Wie im Bild von jonasonjan (#61) dargestellt, lässt sich der "Segeleffekt" darauf zurückführen, dass sich die neutrale Achse des Segelprofils verstellen lässt! Wäre die neutrale Achse immer parallel zur Fahrtrichtung ausgerichtet, würde sich da überhaupt nichts tun.

Nun einigermaßen physikalisch:
Eine aerodynamisch verursachte Kraft entsteht immer durch die Impulsänderung der Luftteilchen (F=dp/dt). Wir betrachten nun nur die relative Luftbewegung zum Fahrrad, wie in deinem zweiten Bild der "gesamte Fahrtwind". Dieser Wind wird zerlegt in die Komponenten Längswind und Querwind. Wir nehmen an, dass sich der Wind an einem Laufrad laminar anschmiegt, sprich: die Querkomponente der Luftbewegung unmittelbar am Rad ist Null; die Längskomponente bleibt unverändert, wenn man vom Widerstand absieht. Der Impuls dieser Luftteilchen ist also in Querrichtung Null; in Längsrichtung unverändert. Nun resultiert nach F=dp/dt eine Kraft nur in Querrichtung, und diese wird nicht zum Vortrieb beitragen. Im Gegenteil: Aufgrund der Reibung der Luft an der Oberfläche des Laufrades wird sich die Längsgeschwindigkeit der Teilchen ebenfalls reduzieren, was dem gewöhnlichen Luftwiderstand entspricht.

Anmerkung zum Anhang:
grüner Pfeil: Querkomponente
blauer Pfeil: Längskomponente

Die Aerodynamik ist zum Glück nicht so trivial wie hier dargestellt. Aber ich denke, die grundlegenden Effekte, die in diesem Beispiel zum Tragen kommen, kann man in dieser Weise hinreichend genau modellieren.

 

[zippp]

AW: Welchen Zweck erfüllen Leichtbau-Hochprofil-Carbonlaufräder? Physik erwüscht!

Also ich habe zur "Uphill-Only" Variante der Lightweights mal folgendes gelesen:
- Die Uphill-Only Variante hat in den Felgenflanken weniger Carbonlagen
- Dadurch auch weniger Gewicht in der Felge
- Je weninger Gewicht in einem Laufrad exzentrisch vorhanden ist,desto weniger Energie muss für die Beschleunigung aufgewendet werden
=> Weniger Energie zur Beschleunigung notwendig

 

[Dukesim]

AW: Welchen Zweck erfüllen Leichtbau-Hochprofil-Carbonlaufräder? Physik erwüscht!

@j-mo
also ich muss sagen,dass dein ergebnis mich nicht überzeugt.
dein bild ist genau mein erstes, nur mit dem "segeleffekt" in die andere richting. das bild mit dem segelboot von jonasonjan entspricht aber meinem bild(mit deiner verktoraddition kämme man aber auch hier nicht voran). und dass es bei dem selgelbot klappt ist ja wohl unbestritten. man muss hier auch erwähnen, dass der segeleffekt bei den laufrädern nicht immmer so präsent und auch allgemein, im vergleich zu einem segelboot, sehr gering ist(er schafft es im normalfall nicht mal ansatzweise echten vortrieb zu erzeugen, im gegensatz zu einem segel beim segelboot). je nach antrömungswinkel ist er vareabel. so geht er bei 0° und auch bei hohen winkeln zurück. im durchschnitt ist aber immer ein seitenwind vorhanden. hier kann man den anströmungswinkel für verschiedenste bedingungen berechnen(das funktioniert nach dem gleichen prinzip, wie in meinem bild).
so schauen die widerstände von laufrädern aus, die aus verschiedenen winkeln angeströmt werden:

man sieht deutlich, dass der segeleffekt bei 15° bei den meißten laufrädern das maximum hat. nur die scheibe kann ihn länger aufrechterhalten.
noch zu sagen ist:
ich habe das alles nicht erfunden, sondern nur angelesen. schon der alte smolik spricht vom segeleffekt, der bei den ersten scheiben für ungeahnten vortrieb gesorgt hat. und auch zipp und hed reden davon.

 

[jonasonjan]

AW: Welchen Zweck erfüllen Leichtbau-Hochprofil-Carbonlaufräder? Physik erwüscht!

@ Beide und mich
http://images.google.de/imgres?imgu...20&prev=/images?q=segeleffekt&um=1&hl=de&sa=N
Auch hier wird von einem Segeleffekt geschrieben, einem leichten bei Seitenwind! Wobei ich gern´wüßt´was die mit leichtem Seitenwind meinen.

Folgender Versuch wäre interessant und dürfte zu einem Ergebnis führen:

Wir montieren die Felgen auf ein gut gelagertes vierrädriges Gestell, stellen dieses in einen Windkanal mit einem 20° Winkel zu einem erzeugten Wind und warten was passiert!
Beginnt dieses Gefährt nach vorn zu rollen oder nach hinten?
Natürlich wäre der optimale Wind heraus zu finden, können ja nicht mit 8Bft. anfangen
Rollt es bei einer bestimmten Windstärke auch nur einen Meter nach vorn´, dann können wir von einem Segeleffekt definitiv ausgehen.

Ganz anders und von mir schon erwähnt, verhält es sich bei schräg achterlichem Wind. Hier ist ein erhöhter Vortrieb ganz klar gegeben!


Ich persönlich gehe von einem Effekt aus bei einem Winkel zwischen 60-80°, spätestens dann müsste etwas passieren!

 

[Dukesim]

AW: Welchen Zweck erfüllen Leichtbau-Hochprofil-Carbonlaufräder? Physik erwüscht!

@ Beide und mich
http://images.google.de/imgres?imgu...20&prev=/images?q=segeleffekt&um=1&hl=de&sa=N
Auch hier wird von einem Segeleffekt geschrieben, einem leichten bei Seitenwind! Wobei ich gern´wüßt´was die mit leichtem Seitenwind meinen.

Folgender Versuch wäre interessant und dürfte zu einem Ergebnis führen:

Wir montieren die Felgen auf ein gut gelagertes vierrädriges Gestell, stellen dieses in einen Windkanal mit einem 20° Winkel zu einem erzeugten Wind und warten was passiert!
Beginnt dieses Gefährt nach vorn zu rollen oder nach hinten?
Natürlich wäre der optimale Wind heraus zu finden, können ja nicht mit 8Bft. anfangen
Rollt es bei einer bestimmten Windstärke auch nur einen Meter nach vorn´, dann können wir von einem Segeleffekt definitiv ausgehen.

Ganz anders und von mir schon erwähnt, verhält es sich bei schräg achterlichem Wind. Hier ist ein erhöhter Vortrieb ganz klar gegeben!

so ein gestellt rollt nach hinten, da der luftwiderstand des normalen laufrades(z.b auch des zipp 808) um einiges größer ist als dessen segeleffekt(das wollte wahrscheinlich der j-mo zeigen!?). nur bei dem genannten zipp sub9 scheibenrad ist es angeblich gelungen den segeleffekt bei einem bestimmten winkel(bei anderen winkeln würde es genau so nach hinten rollen) so hoch zu bringen, dass so eine anordnung nach vorne fahren würde.

das mit dem ächterlichen wind habe ich nicht ganz verstanden. was genau ist das für ein wind?

 

[jonasonjan]

AW: Welchen Zweck erfüllen Leichtbau-Hochprofil-Carbonlaufräder? Physik erwüscht!

Das mit dem achterlichen(schräg von hinten; raumer Wind)Wind ist doch ganz einfach! Meine Shamals z. B. haben doch viel mehr Fläche zu bieten , als Neutrons oder welche niedrigprofiligen Felgen auch immer.
Hier schiebt der Wind deutlich mehr nach vorn, Fläche und Länge laufen

 

[Dukesim]

AW: Welchen Zweck erfüllen Leichtbau-Hochprofil-Carbonlaufräder? Physik erwüscht!

mit dem schräg von hinten muss man aufpassen. mit dem oben genannten rechner zur berechnung des tatsächlichen anstömungswinkels(unter "hier"), ergibt sich, dass wenn man einen rückenwind schräg von hinten von der seite hat, sich mit dem fahrtwind(immer mitbedenken. das ist der große faktor, der das fahrradfahren vom segeln unterscheidet!) ein tatsächlicher anströmungswinkel von schräg vorne ergibt(=> segeleffekt reduziert den widerstand). wenn der wind aber sehr stark von hinten seitlich kommt, schneller als die fahrtgeschwindigkeit des rades, dann tritt das gegen teil der ganzen widerstandsgeschichte auf. bei der anordnung mit deinem wagen, welcher aus 80°(schräg von hinten) angeströmt wird: der widerstand des laufrades wird zum vortrieb genutzt, der segeleffekt wirkt aber diesem vortieb entgegen. d.h. die im normal fall sehr optimalen laufräder (z.b. zipp 808) sind bei sehr starkem rückenwind weniger optimal, da sie durch den segeleffekt weniger vortrieb erzeugen, als konventionelle laufräder.

 

[jonasonjan]

AW: Welchen Zweck erfüllen Leichtbau-Hochprofil-Carbonlaufräder? Physik erwüscht!

:ka:Sag´ich doch! Sehr akademisch!

 

[Dukesim]

AW: Welchen Zweck erfüllen Leichtbau-Hochprofil-Carbonlaufräder? Physik erwüscht!

:ka:Sag´ich doch! Sehr akademisch!

nochmal in zahlen:
mit dem rechner bestätigt sich diene empfindungen, wenn auch die begründung nicht richtig ist.
wenn man 45km/h fährt und der rückenwindwind mit 15km/h mit 40° von hinten kommt, dann ergibt sich eine tatsächliche anströmung mit 34km/h in einem winkel von 15° von vorne. und genau da spielen die hochprofiler ihren segel effekt aus und haben einen relativ geringen gesamtwiderstand.

 

[jonasonjan]

AW: Welchen Zweck erfüllen Leichtbau-Hochprofil-Carbonlaufräder? Physik erwüscht!

nochmal in zahlen:
mit dem rechner bestätigt sich diene empfindungen, wenn auch die begründung nicht richtig ist.
wenn man 45km/h fährt und der rückenwindwind mit 15km/h mit 40° von hinten kommt, dann ergibt sich eine tatsächliche anströmung mit 34km/h in einem winkel von 15° von vorne. und genau da spielen die hochprofiler ihren segel effekt aus und haben einen relativ geringen gesamtwiderstand.

Was aber ist wenn ich 30km/h fahre und der Wind mit 60km/ von schräg hinten kommt?

 

[Dukesim]

AW: Welchen Zweck erfüllen Leichtbau-Hochprofil-Carbonlaufräder? Physik erwüscht!

Was aber ist wenn ich 30km/h fahre und der Wind mit 60km/ von schräg hinten kommt?

wie gesagt:
da bieten alle laufräder votrieb, da sie ja einen widerstand gegen den rückenwind haben. die aerolaufräder bieten zu einem einen etwas geringeren widerstand gegen diesen rückenwind und außerdem ist der segeleffekt diesem vortieb entgegengesetzt. daher sind die aerolaufräder in so einem fall weniger schnell. das sub9 würde einen sogar effektiv bremsen.
mit dem rechner kannst du dir aber mal ausrechnen wie oft sowas vorkommt. man ist, solange man auch nur ein bisschen tritt, immer schneller als der umgebungswind.
gerade nachgerechnet:
wenn man mit rund 200watt tritt, ist man bis rund 200km/h windgeschwindigkeit schneller, als der wind. ab dann ist der rollwiderstand so groß, dass einen der wind "überholt" und dein genannter fall eintritt. wenn man überhaupt nicht tritt, dann tritt der fall natülich sofort ein, wenn man rückenwind hat.

 

[Campa forever]

AW: Welchen Zweck erfüllen Leichtbau-Hochprofil-Carbonlaufräder? Physik erwüscht!

wenn man mit rund 200watt tritt, ist man bis rund 200km/h windgeschwindigkeit schneller, als der wind. ab dann ist der rollwiderstand so groß, dass einen der wind "überholt" und dein genannter fall eintritt. wenn man überhaupt nicht tritt, dann tritt der fall natülich sofort ein, wenn man rückenwind hat.

Also auf gut Deutsch: Viel Rechnerei und Überlegung um Nichts.

Wie so oft ist Theorie und Praxis (bzw. Alltag) hier weit voneinander entfernt...

Letztendlich sind es immer noch die 80% Beine, 10% Motivation durch besseres Material, 5% perfekter Gang/abgestimmte Übersetzung, 5% Material.

Und natürlich gibt es da noch den Fall, wenn die Radler bei Windgeschwindigkeiten über 200 km/h, wo alles durch die Gegend fliegt, gemütlich ihre Trainingsrunde bestreiten! :lolann könnt ihr euer Wissen einbringen!

 

[Dukesim]

AW: Welchen Zweck erfüllen Leichtbau-Hochprofil-Carbonlaufräder? Physik erwüscht!

da hast du aber was gewaltig falsch verstanden... diese 200km/h ist der extremfall bei dem die aerolaufräder einen nachteil haben
die praxis ist zu fast 100% die theorie. man muss es nur richtig angehen(das ist natürlich kompliziert und man muss sehr viel rechnen und nachdenken).
die fakten schauen im übrigen so aus beim fahrrad: 50% beine(watt), 50% material(der rest)

 

[Campa forever]

AW: Welchen Zweck erfüllen Leichtbau-Hochprofil-Carbonlaufräder? Physik erwüscht!

da hast du aber was gewaltig falsch verstanden... diese 200km/h ist der extremfall bei dem die aerolaufräder einen nachteil haben

Nein, es ging ja um den Nachteil bei Rückenwind, den Hochprofil-LRS lt. Aussagen haben. Da dieser Nachteil eben erst bei 200+ km/h auftritt, ist der Nachteil für mich NICHT EXISTENT!

die praxis ist zu fast 100% die theorie. man muss es nur richtig angehen(das ist natürlich kompliziert und man muss sehr viel rechnen und nachdenken).
die fakten schauen im übrigen so aus beim fahrrad: 50% beine(watt), 50% material(der rest)

Gewagte Gegenüberstellungen: Praxis = Theorie und 50:50 Beine und Material.

Das hieße ich müsste auf einem in der PRAXIS existierenden Rad mit gleicher Kraftanstrengung genau halb so schnell fahren, wie mit einem existierendem Referenzrad. Anker zählen übrigens nicht...

Nein im Ernst, was stellst du da gegenüber? Hollandrad mit verbogenenen LRS und fast ohne Luft gegen P3 Carbon auf meine Maße angepasst oder was?

Sinnvoll wäre ja so ein Vergleich nur innerhalb einer Radgattung, sprich Stahlrenner mit 36/36 Speichen-LRS gegen Carbonrenner mit Hochprofil. Sitzposition natürlich identisch. Wie du da doppelt so schnell (in Theorie und Praxis ) werden willst, erschließt sich NUR DIR...

 

[Dukesim]

AW: Welchen Zweck erfüllen Leichtbau-Hochprofil-Carbonlaufräder? Physik erwüscht!

Nein, es ging ja um den Nachteil bei Rückenwind, den Hochprofil-LRS lt. Aussagen haben. Da dieser Nachteil eben erst bei 200+ km/h auftritt, ist der Nachteil für mich NICHT EXISTENT!



Gewagte Gegenüberstellungen: Praxis = Theorie und 50:50 Beine und Material.

Das hieße ich müsste auf einem in der PRAXIS existierenden Rad mit gleicher Kraftanstrengung genau halb so schnell fahren, wie mit einem existierendem Referenzrad. Anker zählen übrigens nicht...

Nein im Ernst, was stellst du da gegenüber? Hollandrad mit verbogenenen LRS und fast ohne Luft gegen P3 Carbon auf meine Maße angepasst oder was?

zum ersten.
das kamm in deiner vorherigen antwort so nicht zur geltung. falsche theorie und praxis liegen natürlich auseinander. die richtige rechnerei und denkerei ist aber nicht um sonst.

zum zweiten:
ja. um auf die 50:50 zu kommen muss man etwas extremere varianten des fahrrades nehmen. ein normaler mensch(2 watt/kg) ist auf einem profizeitfahrrad mit entsprechender sitzposition so schnell(um die 36km/h), wie ein profi (6 watt/kg) auf einem trekkingrad mit einer herkömmlichen sitzhaltung.
habe übrigens über dieses thema über den sinn von material uvm eine facharbeit geschrieben. das egebnis kann man in meinem rechner anschauen.

 

[Campa forever]

AW: Welchen Zweck erfüllen Leichtbau-Hochprofil-Carbonlaufräder? Physik erwüscht!

Nochmal! Sinnvoll ist nicht der Vergleich Trekking vs. Profizeitfahrkiste, bzw. Otto-Normal-Beamter vs. Radprofi, sondern ein direkter Vergleich in EINER Radgattung! Also Zeitfahrrad vs. Zeitfahrrad. Das eine mit konventionellem LRS, Ritchey Comp Anbauteilen und günstiger ZF-Lenker, gegen das andere mit Zipp 999, Profi-Carbonparts, Zipp Lenker usw... Sitzposition natürlich jeweils identisch!

In Tests müssen die Teile auch immer wieder GLEICHE Bedingungen haben, nach deiner Anschauung könnte man sagen: "Warum ein ZF-Rad kaufen, wenn man mit einem Trekkingrad genauso schnell sein kann?" Die beiden Tester (einmal Otto, einmal Profi) haben´s ja bewiesen! Auch könnte man ganze Firmen zerstören mit solch einer Vergleichsweise. Cervelo R3 mit Otto gegen Addict mit Profi. "Mann ist das R3 ne lahme Kiste... "

Du siehst, das funktioniert schonmal nicht.

Ähnlich bei den Rädern. Beim standardisierten ZF-Rad-Direktvergleich kommst du genauso wie beim obigen Vergleich "Stahlross vs. Carbonschleuder" nie und nimmer auf deine 50%. Manche reden sogar von 90% Beine (im beschriebenen Vergleichstest) 10% Material, ich denke aber auch, dass Fahrtechnik und das Gespür für die "individuell richtigen" Gänge, in denen maximale Watt bei individuell angenehmer TF, sich diese 10% teilen. Und was nutzt das beste Watt/Kg Verhältnis, wenn die Motivation fehlt?

Ich hab MEINE 80-10-5-5% Theorie natürlich nicht berechnet, das sagt mir mein Gespür. Keine Ahnung, warum der alte Fernsehtechniker von gegenüber auch immer ohne Bedienungsanleitung oder Messungen weiß, wie er die Kiste zum laufen bringen muss, vielleicht hat der irgendwann mal "ich denk darüber nach" in "ich mach´s einfach, wie ich meine" getauscht, klappt scheinbar auch...

Aber dir würde ich sowieso raten, einfach etwas mehr in der Sonne Rad zu fahren, als dir jeden Tag die neuesten und besten Aerolaufräder reinzuziehen... das schadet dem Teint!

 

[Dukesim]

AW: Welchen Zweck erfüllen Leichtbau-Hochprofil-Carbonlaufräder? Physik erwüscht!

man kann alles mit meinem rechner berechnen. da braucht man(ich) nicht rumraten. wenn zwei leute genau gleich sitzen und auch sonst die gleiche ausstattung und leistung haben, fährt der eine mit einem trek equinox ttx mit einem zipp 808 laufradsatz 41,4 km/h, der andere mit einem scott plasma mit einem LW standard satz 40 km/h. die motivation beeinflußt die leistung(das ist natürtlich wichtig), aber nicht das potential das fahrades. in dem beispiel treten beide fahrer 3,48watt/kg. würde der plasma-fahrer so schnell fahren wollen, wie der ttx fahrer müste er 3,82watt/kg treten(schon einiges (9%) mehr).
wenn der ttx fahrer in dem oberkenker geht fährt er nurnoch 37,6km/h mit seinen 3,48W/kg. die sitzposition ist also ein sehr wichtiger faktor. so kann man alle möglichen konstelationen ausprobieren und kommt zu ganz verschiednen vorteilen.

 

[j-mo]

AW: Welchen Zweck erfüllen Leichtbau-Hochprofil-Carbonlaufräder? Physik erwüscht!

Dukesim, nochmal mit etwas mehr Prägnanz:

Ich bezweifele nicht, dass einige Laufräder unter bestimmten Windeinfallswinkeln gegenüber anderen Laufrädern gewisse Vorteile haben.
Ich bezweifele nur sehr stark, dass man die dafür verantwortlichen Effekte auch nur in die Nähe des "Segeleffektes" rücken sollte. Aufgrund einer schwenkbaren Profilsehne kann ein Schiff gegen den Wind kreuzen. Dabei treten ähnliche Effekte auf, wie bei einem Flugzeug. Das verdeutlicht das Bild aus Beitrag #61 sehr schön.
Der Grund dafür, dass Hersteller mit diesem Effekt werben, ist, dass sie einen innovativen Technologievorsprung beim Kunden assozieren wollen. Dieser Effekt ist bei starren Laufrädern nicht erreichbar. Wenn Du aber gute physikalische Gründe dafür liefern könntest, könntest Du mich ja vielleicht überzeugen. Was mich allerdings etwas stört ist, dass Du damit argumentierst, dass Laufradhersteller einen physikalischen Effekt für ihre Produkte beanspruchen. Du wirbst hier so oft für die 808, ohne richtige Argumente anzuführen.
In diesem Zusammenhang habe ich Fragen zu dem von dir geposteten Diagramm (#65): Wer ist der Urheber? Ist bei der Messung die absolute Windgeschwindigkeit konstant, gepaart mit einer konstanten Bewegungsgeschwindigkeit des Fahrrades, oder ist die Relativgeschwindigkeit konstant gehalten?

Mit deiner Darstellung, mit der Du auf mein Posting geantwortet hattest, versuchtest Du, Winde und Kraftwirkungen in einer Vektordarstellung durch Addition irgendwie zu kombinieren. Der Zusammenhang zwischen dem Wind und einer Kraft ist aber im einfachsten Fall im Impulssatz zu suchen. Mit meiner Zeichnung wollte ich nicht das gleiche zeigen wie Du, sondern nur darstellen, was ich mit den verschiedenen Windkomponenten, die ich in der Beschreibung verwendet habe, meinte.

Und nun noch meine persönliche Begründung dafür, dass einige Laufräder sich bei Querwindkomponenten besser verhalten als andere:
Die Hersteller können den Luftwiderstand dadurch beeinflussen, dass sie die Strömung auf der Oberfläche künstlich turbulent halten. Hier wird auch der Übergang zwischen Reifen und Felge ein Rolle spielen. Weiterhin hat eine Scheibe womöglich ein besseres Wirbelverhalten bei Querwind - sie erzeugt ein kleineres Wirbelfeld. Wie Du selbst, Dukesim, schreibst, hat auch die Form der Felge einen Einfluss auf das Strömungsabrissverhalten an der Felgeninnenseite. Ich wage hier aber kein Urteil darüber, welche Form die wohl beste ist.

So, das ist was ich sagen wollte