Wie Verlustleistung eines schlecht aufgefüllten Fahrrad-Reifen berechnen?
Es ergab sich mal wieder, dass ich gefühlt kaum vorwärts kam und ich meinen Schlauch wieder neu aufpumpen musste.
Wie viel Watt macht eigentlich ein schlecht aufgefüllter Reifen wirklich aus? Das hängt von vielen Faktoren ab, aber wie kann man es persönlich für sich praktisch Messen und ausrechnen?
Dank Pedelec/Fahrradmonitor/App stehen einem ja inzwischen mehr angezeigte Daten zur Verfügung als mit einem Bio-Bike. Ein Kollege und ich meinen eine Rechen-Lösung dafür gefunden zu haben. Ich möchte aber gerne hier noch einmal nachfragen, was für einen Lösungsvorschlag ihr vielleicht hättet. Man ist ja oft selbst vom eigenen Weg verblendet.
Hintergrund: Man könnte einfach die Wattzahl der gesamten Strecken vergleichen. Allerdings variieren hier zu viele Parameter wie ich feststellte (dann spielen Wind, Ampeln und co. plötzlich eine Rolle). Auch könnte man ja versuchen die Geschwindigkeit konstant zu lassen und einfach entsprechend die Leistung zu dosieren und abzulesen. Das ist allerdings schwieriger als ich dachte vor allem, da man ja auch auf den Verkehr achten muss. Es ist daher einfacher einfach das zu treten, was man normalerweise so tritt und das sind bei mir durchschnittlich 200 Watt und dann die Geschwindigkeit abzulesen. Daraus ergeben sich folgende...
...Parameter:
- gleicher Streckenabschnitt in Windgeschützter Zone ohne E-Unterstützung
- Systemgewicht (Pedelec+Fahrer+Gepäck) ca.150 kg (spielt in unserer Berechnung keine Rolle)
- Endgeschwindigkeit "schlecht aufgefüllter" Reifen 18 km/h (ca. 4,3 bar)
- Endgeschwindigkeit "gut gefüllter" Reifen 25 km/h (ca. 5 bar)
- Trittleistung (Ptritt) jedes mal ca. 200 Watt
Ich habe also durch den schlecht aufgefüllten Reifen (übrigens 4,3 vs. 5,0 bar) an Geschwindigkeit verloren, obwohl ich die gleiche Leistung reingesteckt habe. Wie viel Watt gehen also durch den schlechter gefüllten Reifen verloren?
Du bist mit einem platten Reifen schneller gefahren als mit einem schlecht befüllten? Und du hast für deine 200 W nur 25 km/h bekommen? Womit wurde die Leistung gemessen?
Sorry, Kopier Fehler. Die Druckangaben sollten es aber spätestens zeigen: "schlecht aufgefüllter"=4,3 und "Platter"= 5bar wie weiter unten geschrieben."Platter" gehört da raus.
5 Antworten
Man könnte einfach die Wattzahl der gesamten Strecken vergleichen. Allerdings variieren hier zu viele Parameter wie ich feststellte (dann spielen Wind, Ampeln und co. plötzlich eine Rolle)
Das hast du genauso, wenn du die Leistung aufrecht erhältst und die Geschwindigkeit abliest.
Du holst dir sogar noch einen zusätzlichen Faktor mit herein: Bei einer anderen Geschwindigkeit hast du auch einen anderen Luftwiderstand... und das ist sogar eine quadratische Beziehung! Bei 18 km/h hast du nur den halben Luftwiderstand wie bei 25 km/h...
Auch könnte man ja versuchen die Geschwindigkeit konstant zu lassen und einfach entsprechend die Leistung zu dosieren und abzulesen.
Richtig. Das hat den Vorteil, dass der Luftwiderstand derselbe bleibt.
Das ist allerdings schwieriger als ich dachte vor allem, da man ja auch auf den Verkehr achten muss.
Das Problem verstehe ich nicht. Es sollte doch klar sein, dass man so ein Vergleichsfahren auf irgendeinem Feldweg macht, wo einem keine Sau begegnet, es keine Ampel gibt und dergleichen.
Von solchen Feldwegen gibts hunderttausende in Deutschland.
Endgeschwindigkeit "schlecht aufgefüllter" Reifen 18 km/h
Endgeschwindigkeit "platter" Reifen 25 km/h
Trittleistung (Ptritt) jedes mal ca. 200 Watt
Ich finde es erstens erstaunlich, dass du für 200 W nur so geringe Geschwindigkeiten bekommst. Also ich weiß von mir, dass ich ganz sicher nicht den ganzen Tag 200 W treten kann, aber ich weiß dass ich einen ganzen Tag mit einer Durchschnittsgeschwindigkeit von 26-28 km/h fahren kann...
Zweitens finde ich es erstaunlich, dass du mit dem platten Reifen schneller warst als mit dem schlecht aufgepumpten.
Und drittens widerspricht die Lebenserfahrung aus 20 Jahren Radsport einfach dem Gedanken, dass ein um 14 % reduzierter Luftdruck mal eben 28 % der Geschwindigkeit "frisst".
Wie viel Watt gehen also durch den schlechter gefüllten Reifen verloren?
Sehr viel weniger, als du denkst.
Es gibt die schöne Seite bikerollingresistance.com. Die messen dort die Rollwiderstände einzelner Reifenmodelle bei unterschiedlichen Luftdrucken. Das Verfahren entspricht nicht 1:1 den realen Bedingungen (die wenigsten Radfahrer fahren auf 1 m großen Metallrollen herum), aber man bekommt immerhin eine Idee von den Größenordnungen.
Bei den Trekkingreifen liegen zwischen 4,1 bar und 5,2 bar Reifendruck etwa 3 bis 4 W Unterschied. Also ganze 2 % deiner angeblich erbrachten Tretleistung.
Nein, wegen 2 % weniger Leistung, die du gegen den Luftwiderstand treten kannst, wirst du nicht 28 % langsamer.
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Ich halte es für wahrscheinlicher, dass deine 200 W nicht stimmen. Erstens ist das zu viel Leistung für zu wenig Geschwindigkeit, und zweitens wirst du bei beiden Versuchen eine unterschiedliche Leistung erbracht haben. Und dass der geringere Luftdruck nur ein kleiner Beieffekt dieses Unterschieds war.
Selbst wenn du einen sehr genauen Wattmesser hast, schaffst du es nicht, eine konstante Leistung zu treten. Zumal selbst die teuren Wattmesser nur eine Genauigkeit von 1-2 % haben... was in etwa die Größenordnung ist, in welchem sich dein erhöhter Rollwiderstand bei etwas geringerem Luftdruck bewegt.
Gut möglich. Bosch mittelt den Wert sicherlich auch, damit der Wert nicht dauernd auf und abspringt.
Aber du kannst ein Gewicht konstant halten und wenn du immer wieder die gleiche Strecke runter rollst, hast du auch ein konstantes Gefälle. Daraus ergibt sich eine konstante Hangabtriebskraft.
Gute Idee. Liegt zwar nicht direkt auf der Strecke aber viel näher als ein möglicher Feldweg. Einfach mal einen Unweg den Hang hoch...
Ich würde mir also eine Gefällstrecke suchen, die ich einfach runter rollen kann. Ohne Verkehr und ohne Kurven, damit du nicht bremsen musst. Nicht zu viel Gefälle - viel schneller als 10-15 km/h solltest du nicht werden, weil dir sonst der Luftwiderstand den Test versaut. Und stattdessen natürlich möglichst lang; der Unterschied zwischen 120 und 125 Sekunden Rolldauer ist leichter zu erfassen als der Unterschied zwischen 12 und 12,5 Sekunden Rolldauer.
Und dann würde ich, um den Einfluss einzelner Windböen o.ä. zu reduzieren, jeden Rollversuch mehrfach durchführen. Also 5x mit hohem und 5x mit niedrigem Luftdruck.
Gute Punkte, aber leider gibt's bei uns nur 1 bis 3 km und dann immer gleich 20 % Gefälle (mit Verkehr). Daher der Wunsch nach einer Lösung auf dem Arbeitsweg. Ich kann aber deine Punkte gut nachvollziehen. Finde deinen Versuchsaufbau sehr interessant, wenn auch im Moment für mich noch nicht umsetzbar. Aber was aktuell nicht geht könnte ja noch werden. Vorerst muss aber auch noch eine glaubhafte Berechnung her. Danke schon einmal für den Input!
Mal schauen ob ich es in einem Rutsch schaffe zu antworten oder es zeitlich aufteilen muss...
Das hast du genauso, wenn du die Leistung aufrecht erhältst und die Geschwindigkeit abliest.
Nein, in dem Abschnitt gibt es eben keine Ampeln und co..
Du holst dir sogar noch einen zusätzlichen Faktor mit herein: Bei einer anderen Geschwindigkeit hast du auch einen anderen Luftwiderstand... und das ist sogar eine quadratische Beziehung! Bei 18 km/h hast du nur den halben Luftwiderstand wie bei 25 km/h...
Das habe ich in der Tat noch nicht bedacht. Danke für den Hinweis!
Das Problem verstehe ich nicht. Es sollte doch klar sein, dass man so ein Vergleichsfahren auf irgendeinem Feldweg macht, wo einem keine Sau begegnet, es keine Ampel gibt und dergleichen.Von solchen Feldwegen gibts hunderttausende in Deutschland.
Auf dem Feldweg sind die Bedingungen nicht nur komplett anders als auf der Pendler-Straße zur Arbeit, auch die Bedingungen können dort nicht konstant gehalten werden, da 1 cm Abweichung von der ersten Strecke schon x Steine/Schlamm/... mehr oder weniger sein könnten. Auch wäre ich offen wechselndem Wind ausgesetzt, was ich in windgeschützter Straße weniger/nicht bin. Mal davon abgesehen ich nicht die Zeit hätte bzw. dann mit Anhänger unterwegs wäre, was das Ergebnis noch komplexer macht.
Ich finde es erstens erstaunlich, dass du für 200 W nur so geringe Geschwindigkeiten bekommst. Also ich weiß von mir, dass ich ganz sicher nicht den ganzen Tag 200 W treten kann, aber ich weiß dass ich einen ganzen Tag mit einer Durchschnittsgeschwindigkeit von 26-28 km/h fahren kann...
Sagt ja keiner, dass ich den ganzen Tag Fahrrad fahre. Ich muss ja auch arbeiten. Auch weiß ich weder wie schwer du bist, was für eine Art Fahrrad du fährst und du fährst auch nicht den gleichen 500 m Streckenabschnitt den ich hierzu nutzte. Ich glaube da tun sich Vergleiche echt schwer. Sollte aber für die Berechnung keine Rolle spielen so lange der vergleichende Streckenabschnitt immer identisch bleibt.
Zweitens finde ich es erstaunlich, dass du mit dem platten Reifen schneller warst als mit dem schlecht aufgepumpten.
War ein Kopierfehler, siehe Druckangaben: 4,3 = langsam, 5 bar = schneller.
Und drittens widerspricht die Lebenserfahrung aus 20 Jahren Radsport einfach dem Gedanken, dass ein um 14 % reduzierter Luftdruck mal eben 28 % der Geschwindigkeit "frisst".
Ich habe noch nie Radsport betrieben und vielleicht liegt genau dort das Problem. Dann bist du vielleicht Rennrad gefahren und ich immer nur MTB bzw. inzwischen City Cruiser. Wir hätten dann komplett andere Reifen, Gewichte usw.. Aber weil es mir schon immer gefühlt so krass unterschiedlich vorkam und endlich das auch an einem Tacho ablesen konnte, wollte ich das mal wirklich ausrechnen.
Sehr viel weniger, als du denkst.
Das gilt es zu berechnen. 🤗
Es gibt die schöne Seite bikerollingresistance.com. Die messen dort die Rollwiderstände einzelner Reifenmodelle bei unterschiedlichen Luftdrucken. Das Verfahren entspricht nicht 1:1 den realen Bedingungen (die wenigsten Radfahrer fahren auf 1 m großen Metallrollen herum), aber man bekommt immerhin eine Idee von den Größenordnungen.
Auf diese Seite bin ich auch schon gestoßen. Mein Reifen ist leider nicht dabei. Leider nutzen sie auch immer nur 42,5 kg als Gewicht. Ich habe aber auch noch keine Seite gefunden bei der einmal das Gewicht von bis verändert worden wäre. Dieser Einfluss fehlt dort leider komplett.
Bei den Trekkingreifen liegen zwischen 4,1 bar und 5,2 bar Reifendruck etwa 3 bis 4 W Unterschied. Also ganze 2 % deiner angeblich erbrachten Tretleistung.
Nein, wegen 2 % weniger Leistung, die du gegen den Luftwiderstand treten kannst, wirst du nicht 28 % langsamer.
Vielleicht kommt der Rest von deinem besagten Luftwiderstand. Zudem fahre ich 50-622 Schwalbe Big Ben Reifen und keine Trekkingreifen. Könnte auch noch ein Faktor sein. Natürlich gibt es noch Messfehler - so kann ich natürlich keine konstante Windstille garantieren. Hier muss ich noch öfter den Vergleich fahren um das über mehr Messungen ausschließen zu können. Bevor ich mir aber den Aufwand mache, wäre ein guter Rechenweg wissenswert und dieser könnte näher an der Realität liegen als künstliche Labormessungen.
Ich halte es für wahrscheinlicher, dass deine 200 W nicht stimmen. Erstens ist das zu viel Leistung für zu wenig Geschwindigkeit, und zweitens wirst du bei beiden Versuchen eine unterschiedliche Leistung erbracht haben. Und dass der geringere Luftdruck nur ein kleiner Beieffekt dieses Unterschieds war.
Kann gut möglich sein. Ich schätze aber eigentlich, dass die 200 Watt passen sollten. Ich habe kein Sportrad. Um die Kurbel mit meinem Riemen in Drehung zu versetzen brauche ich allein schon 0,6 bis 0,7 kg und meine Nabenschaltung wird auch etwas schlucken.
Vielleicht kommt der Rest von deinem besagten Luftwiderstand.
Der von mir besagte Luftwiderstand, der bei 18 km/h nur halb so groß ist wie bei 25 km/h, hieße dass du nur halb so viel Energie übrig hast, um ihn zu überwinden und deshalb nicht schneller werden kannst. Heißt, die fehlt bei dem Teil deiner Leistung, die du investierst um gegen den Luftwiderstand zu treten, die Hälfte der Leistung. Dieser Teil wird entweder von vornherein weniger geleistet oder fällt bei der Überwindung anderer Widerstände an, die vorher noch kleiner waren.
Sprich: Wenn du 20 W gegen den Luftwiderstand trittst und 10 W davon wegen eines geringeren Luftdrucks gegen den höheren Rollwiderstand wegfallen, hast du nur noch 10 W gegen den Luftwiderstand zu leisten und erreichst dementsprechend eine geringere Geschwindigkeit.
Der Punkt ist nur, dass du bei 25 km/h nicht nur 20 W gegen den Wind zu leisten hast. Und erst recht nicht 90% von deinen 200 W für den Rollwiderstand drauf gehen.
Aber dass die Reifen 10 W mehr "fressen", das ist eine realistische Größenordnung. Auch hier hast du mich falsch verstanden:
Mein Reifen ist leider nicht dabei.
Mir ging es nicht darum, dass du nach deinem konkreten Reifen gucken sollst. Oder nach einem bestimmten Druck. Sondern darum, dass du dir anguckst um welche Größenordnung es geht. Also ob man da über "zig" Watt spricht oder doch nur über ein paar wenige Watt.
Einmal, um grundsätzliche Überlegungen zur Plausibilität anzustellen und einmal, um sich grundsätzliche Überlegungen über die Versuchsbedingungen anzustellen.
Wie gesagt: Dass du bei 25 km/h nur 20 W Luftwiderstand hast und 180 W andere Widerstände, ist unrealistisch. Das wäre aber notwendige Voraussetzung, dass 10 W mehr Rollwiderstand dich auf 18 km/h verlangsamen.
Und, was die Versuchsbedingunen angeht: Du versuchst, einen Unterschied zu ermitteln, der bei wenigen Prozenten liegt. Da sollte doch klar sein, dass du da nicht mit einem "pi mal Daumen, wird schon passen" Versuchsaufbau zu einem sinnvollen Ergebnis kommst.
Leider nutzen sie auch immer nur 42,5 kg als Gewicht. Ich habe aber auch noch keine Seite gefunden bei der einmal das Gewicht von bis verändert worden wäre.
Das Gewicht spielt nur eine Rolle, wenn du ganz bestimmte Luftdrücke vergleichen möchtest. Denn am Ende geht es, wie gesagt, um das Walkverhalten des Reifens. Ob du ein geringeres Gewicht bei niedrigerem Luftdruck oder ein höheres Gewicht bei hohem Luftdruck betrachtest, ist vollkommen wurscht - solange dabei der Reifen gleich stark walkt, kommst du zum gleichen Rollwiderstand vonseiten des Reifens.
Und nochmal der Hinweis: Mir gehts darum dass du über die Größenordnung des zu erwartenden Mehrwiderstands nachdenkst.
Bevor ich mir aber den Aufwand mache, wäre ein guter Rechenweg wissenswert und dieser könnte näher an der Realität liegen als künstliche Labormessungen.
Eine Berechnung kann niemals besser werden als die Werte, die du einberechnest. Wenn du also von vornherein mit Messwerten rechnest, die ein großes Fehlerintervall haben, bekommst du zwangsweise auch bei deinem Rechenergebnis ein hohes Fehlerintervall.
Und das kumuliert sich auf: Wenn du beim Wind ±5 % hast, beim Reifendruck (wann wurde dein Manometer das letzte Mal geeicht?) ±5 %, bei der Leistungsmessung ebenfalls ±5 %*... dann musst du damit rechnen, dass dein Rechenergebnis um 15 % von der Realität abweichen kann.
(*EDIT: Nach einer Recherche komme ich zu dem Eindruck, dass die Bosch Kiox Leistungsmessung wohl bis zu 10% Abweichung hat, vor allem nach oben)
Deshalb sollte man so eine Berechnung möglichst auf gesicherten Daten aufbauen (z.B. ein anerkanntes Rechenmodell zum Walkverhalten von Fahrradreifen) und wenn man empirische Werte eingrechnet, dann zusehen dass diese eine möglichst hohe Qualität haben.
Es hat so seinen Grund, dass wissenschaftliche Untersuchungen üblicherweise Monate dauern. Das liegt nicht daran, dass das Rechnen so langsam ginge! Sondern dass man zur Gewinnung der benötigten empirischen Daten einen Versuchsaufbau mit möglichst wenig unkalkulierbaren Einflussfaktoren herstellen muss.
Der von mir besagte Luftwiderstand, der bei 18 km/h nur halb so groß ist wie bei 25 km/h, hieße dass du nur halb so viel Energie übrig hast, um ihn zu überwinden und deshalb nicht schneller werden kannst. Heißt, die fehlt bei dem Teil deiner Leistung, die du investierst um gegen den Luftwiderstand zu treten, die Hälfte der Leistung. Dieser Teil wird entweder von vornherein weniger geleistet oder fällt bei der Überwindung anderer Widerstände an, die vorher noch kleiner waren.
Sprich: Wenn du 20 W gegen den Luftwiderstand trittst und 10 W davon wegen eines geringeren Luftdrucks gegen den höheren Rollwiderstand wegfallen, hast du nur noch 10 W gegen den Luftwiderstand zu leisten und erreichst dementsprechend eine geringere Geschwindigkeit.
Es sind laut diesem Link (bei Optimum und auf einem Holland/Citybike) 80 Watt Unterschied. grafik3.gif (530×494) (klara-agil.de) Ich müsste also diese 80 Watt noch vom "guten" Reifen Abziehen oder beim "schlechten" Reifen drauf rechnen. Das wären dann aber schon krasse Größenordnungen. Ich muss also eher von einem Messfehler meinerseits ausgehen. Wiederholmessungen habe ich kaum gemacht (nur 2 mal mit niederem Druck und einmal mit besseren Druck auf dem gleichen Streckenabschnitt gefahren). Da kommen wir dann wieder zum besagten Versuchsaufbau, wo du ja schon einige gute Tipps hattest.
Der Punkt ist nur, dass du bei 25 km/h nicht nur 20 W gegen den Wind zu leisten hast. Und erst recht nicht 90% von deinen 200 W für den Rollwiderstand drauf gehen.
So steht es in der Theorie und via Prüfständen (mit leider zu wenig Beladung und anderen Reifen). Es ist einfach meine Neugierde es aber selbst noch mal herauszufinden und wirklich im Feld draußen zu messen und ja vielleicht kommt dabei heraus, dass die Pedale oder sonst etwas eher Ursache für das Leistungsfressen sind oder vielleicht gibt es gar kein Leistungsfressen und alles ist einfach nur gefühlt bzw. von der Tagesform abhängig und nur zufällig mit dem Reifen verbunden gewesen. Schließlich schaue ich ja nur auf den Reifen, wenn es schwer geht und nicht wenn es leicht geht - wer weis.
Mir ging es nicht darum, dass du nach deinem konkreten Reifen gucken sollst. Oder nach einem bestimmten Druck. Sondern darum, dass du dir anguckst um welche Größenordnung es geht. Also ob man da über "zig" Watt spricht oder doch nur über ein paar wenige Watt.
Einmal, um grundsätzliche Überlegungen zur Plausibilität anzustellen und einmal, um sich grundsätzliche Überlegungen über die Versuchsbedingungen anzustellen.
Da gebe ich dir vollkommen Recht. Aber da sagte ich ja schon, dass mir in dieser Tabelle verschiedene Lastfälle fehlen. Vielleicht wären die Spreizungen viel größer wenn mehr Gewicht (so wie bei mir) aufliegt. Auch kommt noch Faktor reale Straße vs Labor hinzu. Aber ja das wird vielleicht helfen am Ende die "richtigere" Berechnung und Versuchsaufbau herauszufinden. Allein diese Tabellen lassen in der Tat erst einmal nur etwas unter 10 Watt vermuten.
Wie gesagt: Dass du bei 25 km/h nur 20 W Luftwiderstand hast und 180 W andere Widerstände, ist unrealistisch. Das wäre aber notwendige Voraussetzung, dass 10 W mehr Rollwiderstand dich auf 18 km/h verlangsamen.
Das sagt dein Bauchgefühl, was ich gar nicht in Frage stellen möchte, da es für deine Randbedingungen so stimmig ist. Vielleicht komme ich aber mit meinen Randbedingungen eben mit 180 Watt nur auf 18 km/h und mit 200 Watt schon auf 25 km/h. Dafür bräuchte ich erst einmal eine Formel um die Zusammenhänge/Abhängigkeiten besser zu verstehen, was ja u.a. Ziel meiner Frage ist.
Und, was die Versuchsbedingunen angeht: Du versuchst, einen Unterschied zu ermitteln, der bei wenigen Prozenten liegt. Da sollte doch klar sein, dass du da nicht mit einem "pi mal Daumen, wird schon passen" Versuchsaufbau zu einem sinnvollen Ergebnis kommst.
Wenn das nur ein so kleiner Unterschied sein sollte, dann gebe ich dir da vollkommen Recht. Mein Gefühl sagte halt bisher nur, dass diese Aussage nicht stimmen kann. Jetzt gilt es herauszufinden wieso ich dieses Gefühl immer so hatte.
Das Gewicht spielt nur eine Rolle, wenn du ganz bestimmte Luftdrücke vergleichen möchtest. Denn am Ende geht es, wie gesagt, um das Walkverhalten des Reifens. Ob du ein geringeres Gewicht bei niedrigerem Luftdruck oder ein höheres Gewicht bei hohem Luftdruck betrachtest, ist vollkommen wurscht - solange dabei der Reifen gleich stark walkt, kommst du zum gleichen Rollwiderstand vonseiten des Reifens.
Ja. Das bedeutet aber auch, dass ich mit meinem hohen Gewicht mich vielleicht eher im Druckbereich der Tabelle von 1,5 bis 2,5 oder so bewege und diese Werte kann ich nicht einsehen, da ich kein Pro-Anwender bin. Aber auch dass kann ich nicht genau wissen. Vielleicht bewege ich mich auch eher im Bereich von 0,5 bis 1,5 bar(?) und ich gehe mal davon aus, dass sich die Walkarbeit nicht linear zum Druck verhält(?).
Und nochmal der Hinweis: Mir gehts darum dass du über die Größenordnung des zu erwartenden Mehrwiderstands nachdenkst.
Habe ich gemacht und ich bin zu dem Schluss gekommen, dass mein Gefühl auf der Straße etwas anderes sagt - was natürlich täuschen kann. Und dass ich keine Vergleichswerte im Internet finde, da diese zu idealisiert und womöglich viel zu gering sind. Aber es ist ein guter Einwand dennoch erst einmal davon auszugehen, dass ich vielleicht nur geringe Unterschiede suche.
Eine Berechnung kann niemals besser werden als die Werte, die du einberechnest. Wenn du also von vornherein mit Messwerten rechnest, die ein großes Fehlerintervall haben, bekommst du zwangsweise auch bei deinem Rechenergebnis ein hohes Fehlerintervall.
Da gebe ich dir vollkommen Recht. Ohne Rechenweg kann ich aber auch nicht wissen wie ich den Versuchsaufbau gestalten sollte. Ich weiß ja sonst gar nicht welche Parameter ich aufnehmen/konstant halten sollte. Dein und der Input der anderen werden wir aber dabei helfen.
Und das kumuliert sich auf: Wenn du beim Wind ±5 % hast, beim Reifendruck (wann wurde dein Manometer das letzte Mal geeicht?) ±5 %, bei der Leistungsmessung ebenfalls ±5 %*... dann musst du damit rechnen, dass dein Rechenergebnis um 15 % von der Realität abweichen kann.
Mit geschicktem Rechenweg und Versuchsaufbau ist vieles eliminierbar. Ich benutze z.B. immer die selbe Pumpe, mal davon abgesehen, dass es mir da nicht auf Kommastellen ankommt. Der Luftwiderstand ist aber tatsächlich etwas, was ich total unterschätzt habe. Da muss ich die Messungen wirklich zeitnah zueinander wiederholen. Aber auch da wird mir nun mein Pedelec helfen. Wäre ich vorher nie einfach so 10 mal den Berg hoch gefahren, sollte das nun mit Pedelec kein Problem sein.
(*EDIT: Nach einer Recherche komme ich zu dem Eindruck, dass die Bosch Kiox Leistungsmessung wohl bis zu 10% Abweichung hat, vor allem nach oben)
Wie kommst du darauf, hast du da einen spezifischen Link? Aber selbst wenn, sehe ich das nicht als ein Problem. Solange der Wert immer um z.B. 10 % überhöht ist, dann eliminiert sich der Fehler im Vergleich wieder.
Deshalb sollte man so eine Berechnung möglichst auf gesicherten Daten aufbauen (z.B. ein anerkanntes Rechenmodell zum Walkverhalten von Fahrradreifen) und wenn man empirische Werte eingrechnet, dann zusehen dass diese eine möglichst hohe Qualität haben.
Den Versuchsaufbau muss ich definitiv noch verbessern. Ich sah aber noch keinen Grund darin, wenn ich noch kein plausibles Rechenmodel habe. Erst wenn ich das habe, werde ich mir mehr arbeit machen.
Es hat so seinen Grund, dass wissenschaftliche Untersuchungen üblicherweise Monate dauern. Das liegt nicht daran, dass das Rechnen so langsam ginge! Sondern dass man zur Gewinnung der benötigten empirischen Daten einen Versuchsaufbau mit möglichst wenig unkalkulierbaren Einflussfaktoren herstellen muss.
Habe ich auch nichts anderes behauptet. Ganz im Gegenteil bin ich mir dessen bewusst. Daher mein ursprünglicher Wunsch das auf dem Weg zur Arbeit oder zurück machen zu können. Da ich durchaus davon ausgegangen bin, dass es mich noch viele Versuche kosten könnte. Das macht man eben mal nicht gerade so. Darum habe ich auch besagten Feldweg ausgeschlossen. Und weil es viel Aufwand/Messungen kosten kann, möchte ich erst einmal eine verlässliche Berechnungsformel mit den mir möglichen erhebbaren Daten in der Hand haben. Nur dann weiß ich, ob es sich lohnt. Und selbst, wenn sich der Rollwiderstand als Null-Nummer heraus stellt, so werde ich aber von den anderen bei mir persönlichen großen oder kleinen Einflussfaktoren mehr lernen können.
Also ich mache tatsächlich regelmäßig Rollversuche mit meinen 4 verschiedenen Fahrrädern, verschiedenen Reifen und verschiedenen Drücken. Ergibt sich einfach so, wenn ich abends nochmal zum Spaß eine kleine Tour mache über kilometerlange, gerade Straßen mit ganz leichtem Gefälle auf dem Rückweg.
Mein Credo: Weniger ist mehr! Ich hatte mal einen Beitrag eines Profis gelesen, der feststellte, dass der optimale Druck meistens zu hoch eingeschätzt wird. Für mich hat sich das bestätigt. Das Rennrad läuft z. B. supergut mit einem Druck von nur 5,5 und 6,0 bar. Der Profi, der den richtigen Druck für einzelne Fahrer für jede einzelne Etappe der TdF berechnet, meinte, er kommt nur ganz selten über 7 bar.
Insofern kann ich dir nicht folgen. 4,3 bar sind nicht zwangsläufig zu wenig. Ich habe auch dicke Reifen, bei denen 4 bar schon zu viel sind. Für die meisten Alltagsradler ohne gute Pumpe mit Manometer sind 4,3 bar 'knallhart'. Genau wie Redpanther leuchtet mir der enorme Unterschied deiner gemessenen Geschwindigkeiten daher nicht ein.
Mit so hohen Systemgewichten habe ich allerdings keine Erfahrung. Ich will nicht ausschließen, dass es bei deinen speziellen Reifen einen Grenzwert gibt, unter dem sie einfach nicht mehr richtig funktionieren.
Es ist nicht auszuschließen, dass meine Messergebnisse z.B. durch Wind beeinflusst wurden.
Ich muss viel mehr Messungen durchführen. Bevor ich das aber mache, würde ich gerne wissen, ob ich mit den Werten am Ende auch etwas sinnvolles berechnen kann. Und wenn dann der Rollwiderstand nicht messbar ist, dann ist es vielleicht der Unterschied ob Jacke auf oder zu und viel wichtiger wie viel ist der Unterschied bei dir persönlich und nicht bei einer fiktiven Labormessung. Ich fände es allein faszinieren, wenn man mit Hilfe der heutigen Pedelec-Technik mehr im Feld/der Praxis messen könnte. Das könnte dann noch weiter führen zu Themen wie Leistungsverluste Kette vs Riemen mit Nabenschaltung wo es (zumindest meines Wissens) gerade einmal ein einzelnes Vergleichsdiagramm im ganzen weltweiten Web gibt.
Ja, der Wind ist das erste Problem. Windgeschützt bedeutet doch in erster Linie vor Seitenwind geschützt. Und wenn dem so ist, kann es sein, dass du in einem regelrechten Windkanal fährst ;). Wirklich spüren kann man den Wind erst ab ca. 20 km/h. 10 km/h von vorn oder von hinten könnten aber durchaus deine Messwerte erklären.
Ja. Den Wind hatte ich einfach pauschal als konstant gehalten, weil das ja nicht offen auf dem Feld war, aber wie du schon sagtest, kann es sogar noch schlimmer da Kanalwirkung gewesen sein. Schon allein dafür hat sich hier die Frage gelohnt, um sich dessen Einfluss einmal bewusst zu werden.
Ein Big Apple hat auch z.B. wesentlich bessere Rolleigenschaften als viele andere Reifen...
Ich gehe natürlich immer von ein und demselben Reifen aus. Also z.B.
Fatbike 0,7 versus 0,4 bar
Rennrad 7 versus 4 bar
usw.. Insgesamt habe ich aber festgestellt, dass der Wind doch einen weit größeren Einfluss hat (sagt im Endeffekt auch die Literatur). Man das aber natürlich schlechter messen kann.
Ich habe das festgestellt indem ich auch mal mit weniger Luft ein paar Tage weiter gefahren bin. Wenn ich einmal schwer getreten habe, dann habe ich in dem Moment natürlich immer zum Reifen geschaut und dann gleich wieder aufgepumpt. Wenn man das mal nicht macht, merkt man, dass es gar nicht so viel Einfluss hat, sondern das am Ende die Windrichtung/Windgeschwindigkeit war, die einen das Glauben hat lassen.
Leistung ist Kraft mal Geschwindigkeit. Wenn Du beide Male mit gleicher Kraft getreten hast und und 18/25 der Geschwindigkeit erreicht hast, sind 7/25 der Geschwindigkeit und damit 7/25 der Leistung verlorengegangen.
Hmmm... Aber bei 18 km/h sollte doch der Luftwiderstand nur grob die Hälfte dessen bei 25 km/h sein. Also hätte ich jetzt gemeint, dass die Hälfte der Leistung anderweitig "gefressen" wird und nicht mehr zur Überwindung des Luftwiderstands zur Verfügung steht.
Oder wo ist da mein Denkfehler?
Ah, klar: Es fehlt nur die Hälfte des Leistungsbedarfs, der zur Überwindung des Luftwiderstands zur Verfügung steht. Also dass quasi bei den 25 km/h ganze 14/25 der Leistung gegen den Luftwiderstand gingen und die restlichen 11/25 zur Überwindung des (geschwindigkeitsunabhängigen) Rollwiderstands draufgingen.
Guter Einwand. Wind hatte ich jetzt außen vor gelassen. Dachte bei Windstille ist der bei beiden konstant... im Internet steht 18 km/h ca. 80 Watt und 25 km/h ca. 160 Watt. Habe ein City/Holland Bike. Dann hätte ich aber mit dem pralleren Reifen faktisch ein Energie-Gewinner, was nicht möglich ist. 🤔
Hast schon Recht, ich habe den Einfluss des Luftwiderstands und dessen Ansteigen in diesem Geschwindigkeitsbereich unterschätzt.
Auch ein interessanter Denkansatz. Aber warum dann nicht einfach ins Verhältnis setzen? Wenn ich mit 18 km/h 200 Watt verbrauche, dann verbrauche ich mit 25 km/h 278 Watt. Dass ich nur 200 Watt mit dem besseren Reifen verbrauche bedeutet, dass der plattere Reifen 78 Watt mehr verbraucht womit ich eben die 25 km/h nicht erreiche bzw. der bessere Reifen 78 Watt weniger schluckt.
25/18 = x/200 => x= 25/18*200 = 278.
Am Ende sind wir aber den Weg über die Kinetische Energie W= (m*V²)/2 gegangen. Da kamen wir dann auf ca. 96 Watt.
Ich habe mich mal noch mit ein paar Leuten unterhalten was für oder gegen die verschiedenen Formeln spräche.
Meine Ansatz mit der Verhältnisgleichung wäre Linear und das ist das Geschwindigkeitsystem wohl eher nicht. Würde also wirklich nur als grober Anhaltspunkt herhalten.
Dein Ansatz berücksichtigt nur den Impuls-Satz/Impulsgesetz aber keine Leistungsaufnahme/-Verbrauch.
Somit spräche am Ende alles eher für eine Formel mit kinetischer Energie. Was sagst du dazu?
Experimentell geschickter würde ich es finden, mit der gleichen kinetischen Energie zu starten und auszurollen. Dann sieht man ja, wie weit man mit unterschiedlichem Reifendruck noch kommt und wie lange man noch rollt, bis die kinetische Energie Null wurde. Damit ist dann auch der Einfluss des Luftwiderstands vergleichbar.
Dein Ansatz war, mit konstanter Leistung hineinzugehen und zu schauen, was die Endgeschwindigkeit ist. Das bringt tatsächlich mehr experimentelle Unsicherheiten mit sich.
Kennst Du diese Seite hier? Da ist sogar eine Tabelle mit Rollreibungskoeffizienten bei verschiedenen Rädern und Drücken enthalten.
https://www.leifiphysik.de/mechanik/reibung-und-fortbewegung/ausblick/reibungskraefte-beim-fahrradfahren
Es gibt dazu eine Abhandlung, ab Seite 99 wird in Abschnitt 5.2.3 Versuch Nr. 3 (Leistungsbestimmung durch Ausrollen) beschrieben:
In der Praxis lässt sich das nur theoretisch bestimmen: zalto hat ja die Formel dafür gezeigt. Jedoch bei einer Radreise gibt es verschiedenste Untergründe. Mal ist es Asphalt. Mal Kopfsteinpflaster, Mal Schotter. Mal Sand. Bei Sand z.b. ist ein zu gut gefüllter Reifen kontraproduktiv. Man rutscht nur noch und hat keinen gripp. Also immer den richtigen Reifendruck für das richtige Gelände. Notfalls Druck ablassen und danach wieder aufpumpen. ... Denn dann kann ein gut gefüllter Reifen nicht nur das Fortkommen behindern, es ist zudem dann auch mit Sturzrisiko verbunden.
Da gebe ich dir vollkommen Recht. Ich bin aber in 95 % auf der Straße unterwegs, weils halt der Weg zur Arbeit ist. Daher ist diese Rechnung sehr interessant für mich und sicherlich auch für viele andere Pendler. Für jemanden der nur Hobbymäßig z.B. Downhill fährt natürlich überhaupt nicht.
Ich bin jetzt auf ner Radtour. Täglich zwischen 80..120km und da trifft das zu, was ich geschrieben habe...
Ok, aber das beantwortet ja jetzt leider nicht meine Frage. Oder was ist deine Einschätzung zu einem täglichen Asphalt-Fahrer?
Selbst wenn du einen sehr genauen Wattmesser hast, schaffst du es nicht, eine konstante Leistung zu treten. Zumal selbst die teuren Wattmesser nur eine Genauigkeit von 1-2 % haben... was in etwa die Größenordnung ist, in welchem sich dein erhöhter Rollwiderstand bei etwas geringerem Luftdruck bewegt.
Aber du kannst ein Gewicht konstant halten und wenn du immer wieder die gleiche Strecke runter rollst, hast du auch ein konstantes Gefälle. Daraus ergibt sich eine konstante Hangabtriebskraft.
Ich würde mir also eine Gefällstrecke suchen, die ich einfach runter rollen kann. Ohne Verkehr und ohne Kurven, damit du nicht bremsen musst. Nicht zu viel Gefälle - viel schneller als 10-15 km/h solltest du nicht werden, weil dir sonst der Luftwiderstand den Test versaut. Und stattdessen natürlich möglichst lang; der Unterschied zwischen 120 und 125 Sekunden Rolldauer ist leichter zu erfassen als der Unterschied zwischen 12 und 12,5 Sekunden Rolldauer.
Und dann würde ich, um den Einfluss einzelner Windböen o.ä. zu reduzieren, jeden Rollversuch mehrfach durchführen. Also 5x mit hohem und 5x mit niedrigem Luftdruck.