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Effizienz von 3-Gangnaben

Alles zum Thema Faltrad/Rad.
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EmilEmil
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Effizienz von 3-Gangnaben

Beitrag von EmilEmil » Mi 22. Apr 2020, 13:26

Im vergangenem Winter habe ich Umbauten des Antriebs an meinem Fitnessrad durchgeführt (Das als 11-fach "mißbrauchte" 10-fach Zee-Schaltwerk wurde durch ein Original 11-fach Shimano XT-Schaltwerk ersetzt, eine M10x1 Achsmutter mit der Länge 30 [mm] (Stichwort DD3 !) ließ ich mir herstellen und die Zugstange des Schaltkettchen für die Dualdrive 3-Gangnabe wurde im Hinblick auf die Länge 30 [mm] angepasst. Weiterhin wurde der Dualdrive "Knubbel-Schaltdrehgriff von SRAM gegen einen XT-Trigger (heißt bei Shimano korrekt Rapidfire !) unter Konstruktion einer Weg-Anpassung (Seileinzug bei Dualdrive ca. 6.5/5,5 [mm] bei dem Trigger ca. 8,0/8,0 [mm]) ausgetauscht. Es funktioniert bisher Alles zur Zufriedenheit. Leider wurden die Ende Januar bestellten Bremsscheiben für einen zweiten alternativen Laufradsatz noch nicht geliefert (Hängen seit 5 März in Frankfurt ? !).
Auf der Suche in Netz nach Teilen (Z. B. für die Dualdrive) findet man manchmal etwas, worüber ich schon in früherer Zeit nachgedacht habe. Hier geht es um den Wirkungsgrad von 3-Gangnaben. Ich fand per Zufall das Technische Journal of the IHPVA Number 52 Summer 2001 mit Angaben zum gemessenen Wirkungsgrad von damals Markt-üblichen 3-Gangnaben (Darüber hinaus gibt es in dem Bericht noch Informationen zu anderen Getriebenaben bis hin zur Rohloff , die ich bisher noch nicht studiert habe!).: Die Adresse im Netz ist:
http://ihpva.org/HParchive/PDF/hp52-2001.pdf
Für Sachs, Shimano und Sturmey-Archer (3-Gang) erstmal das folgende Bild:
Bild
Bemerkenswert ist die klare Überlegenheit der Fichtel und Sachs-Nabe. Für die Gänge 1,2,3 wird für den Wirkungsgrad berichtet:

1=: 94,4 % ; 2=95,0 % ; 3= 94,1 % "Sachs"

1=: 92,2 % ; 2=94,1 % ; 3= 88,7 % "Shimano"

1=: 92,9 % ; 2=95,4 % ; 3= 91,8 % "Sturmey-Archer"

Ein Wirkungsgrad unter 90 % ist indiskutabel (Shimano !).
Bei der Sachs-Nabe überrascht, daß der Spitzenwert im direkten (2. Gang = 1:1) Gang nicht stärker ansteigt, während bei den Konkurrenten da ziemliche Spitzenwerte auftreten.
Ich rätsele, was da die Ursache sein könnte. Evtl. die verbaute Bremseinrichtung der Rücktritt-Bremse mit dem Hitze-beständigem Brems-Mantel-Fett ? Denn die dreht sich ja weiterhin, während der Planetenradsatz geblockt ist.
Wer weiß da Näheres ? Oder hat eine Meinung dazu ?
Schade, daß die unfähige Fa. SRAM diese Nabe (Und die davon abgeleitete Dualdrive) eingestellt hat.

*) Edit 25.04.20 : Leider fehlen einige Angaben: bei den 3 Gangnaben steht nicht dabei, ob es sich um Rücktritt-Naben handelt oder nicht. Nach meiner Vermutung (Wirkungsgrad 2.Gang 3-Gang Sachs) müßte es sich um Rücktrittnaben handeln.

MfG EmilEmil
Zuletzt geändert von EmilEmil am Sa 25. Apr 2020, 13:18, insgesamt 1-mal geändert.

BlackStridaAustria
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Re: Effizienz von 3-Gangnaben

Beitrag von BlackStridaAustria » Fr 24. Apr 2020, 09:50

EmilEmil hat geschrieben:(Darüber hinaus gibt es in dem Bericht noch Informationen zu anderen Getriebenaben bis hin zur Rohloff ,die ich bisher noch nicht studiert habe!).: Die Adresse im Netz ist:
http://ihpva.org/HParchive/PDF/hp52-2001.pdf
Nach dem Studium dieses hochinteressanten Artikels wäre es m. E. sehr empfehlenswert auch diesen zu lesen;
http://hupi.org/HParchive/PDF/hp55/hp55p11-15.pdf
er bezieht sich direkt auf den erstgenannten, der Autor ist Bernhard Rohloff.

EmilEmil
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Re: Effizienz von 3-Gangnaben

Beitrag von EmilEmil » Fr 24. Apr 2020, 13:29

Ja, danke. Das ist eine Übersetzung eines in Deutsch verfaßten Beitrags, den es irgendwo auf der Homepage von Rohloff gibt und mir bekannt ist.
Figure 1 Torque vs. crank, one crank Revolution
korrespondiert mit meiner eigenständigen Ableitung (Ich kannte da den Beitrag von Rohloff noch nicht !; meine Daten sind aus den Messungen in der "Runde Tritt"- Beitrag entnommen) unter:
weitere-f77/folding-star-20-faltrad-pro ... tml#p20735
Mein Bild berücksichtigt im Gegensatz zu Figure1 die immer vorhandene Phasenverschiebung (ca. 20 [Grd]) und benennt für einen konkreten Fall die Größenordnungen.
Außerdem beinhaltet meine Ableitung Extrapolationen für verschiedene Leistungsklassen.
Bild

MfG EmilEmil

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Re: Effizienz von 3-Gangnaben

Beitrag von Hein » Mi 6. Mai 2020, 10:29

Moin!
EmilEmil hat geschrieben:
Mi 22. Apr 2020, 13:26
Bei der Sachs-Nabe überrascht, daß der Spitzenwert im direkten (2. Gang = 1:1) Gang nicht stärker ansteigt, während bei den Konkurrenten da ziemliche Spitzenwerte auftreten.
Ich rätsele, was da die Ursache sein könnte.
Nach allem, was ich als interessierter Laie bisher über Leistungsgradmessungen an Fahrradkomponenten gelesen habe, würde ich experimentelle Ungenauigkeiten als Ursache nicht ausschließen.

So auf die Schnelle habe ich in diesem Artikel keine Angaben zur Quantifizierung möglicher Meßfehler gefunden, nur die Angabe, daß der nicht gemessene Wirkungsgrad der Kraftübertragung zur Meßeinrichtung in der Größenordnung von 98 % liegen soll.

(Die angegebenen Wirkungsgrade sind dementsprechend "Brutto-Wirkungsgrade" der Kombination von Schaltung und Meßeinrichtung.)

Die "Fahrradzukunft" hatte übrigens neulich auch einen interessanten Vergleich der Wirkungsgrade verschiedener Schaltungen:

https://fahrradzukunft.de/16/wirkungsgr ... haltungen/

Tschüs!

Hein

EmilEmil
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Re: Effizienz von 3-Gangnaben

Beitrag von EmilEmil » Mi 6. Mai 2020, 11:27

Danke für den Beitrag. Zu dem Hinweis "Fahrradzukunft/16/" : Den und 2 weitere Berichte (Ergänzungen zum Thema Wirkungsgrad) in der "Fahrrandzukunft" haben wir hier im Forum schon diskutiert. Der Wirkungsgrad-Verlust durch die Messeinrichtung über ein Schwungrad (Flywheel), das mit einer zusätzlichen Kette angetrieben wird, wird in der Abhandlung dieses Themas mit 2,0 % bis 2,5 % angegeben. Die veröffentlichten Meßwerte geben daher um diesen Betrag zu niedrige Werte an.
Wenn man die Meßwerte nur im Vergleich sieht, kann man auch ohne den Wirkungsgrad-Verlust Aussagen mindestens qualitativer Art machen.
Grundsätzlich ist bei Wirkungsgrad-Messungen von Fahrrad-Antrieben zu beachten, daß der Muskelkraft-Antrieb ein pulsierendes Moment (doppelt pulsierend, vgl. mein Diagramm in diesem Faden) erzeugt, das man eigentlich nicht unter den Tisch fallen lassen kann. Messungen mit einem konstanten Drehmoment können daher nur eine Annäherung sein. Da die Leistung neben dem Moment auch von der Winkelgeschwindigkeit abhängt, müßte auch dieser Parameter (Ebenfalls pulsierend über eine Kurbel-Umdrehung z. B. 80 +- 5 [1/min] ?; 80 [1/min] ist da der konstante Anteil, +-5 1[1/min] die Amplitude der Pulsierung)} zumindest mal auf seine Auswirkung untersucht werden.
Das wäre nun auch für das theoretische Verständnis der "Ovalen Kettenblätter" ein Beurteilungs-Kriterium.
Es ist immer wieder überraschend, wieviel Fragen des technischen Verständnisses in der Fahrrad-Technik gar nicht oder nur eingeschränkt behandelt werden. Was machen eigentlich die mittlerweile in jedem größeren Dorf aufgebauten Hochschulen und Fachhochschulen ?

MfG EmilEmil

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Re: Effizienz von 3-Gangnaben

Beitrag von Hein » Mi 6. Mai 2020, 11:51

Moin!
EmilEmil hat geschrieben:
Mi 6. Mai 2020, 11:27
Wenn man die Meßwerte nur im Vergleich sieht, kann man auch ohne den Wirkungsgrad-Verlust Aussagen mindestens qualitativer Art machen.
Ja, zumindest wenn es keine weiteren, unerkannten Einflüsse gibt. Im Falle einer scheinbar "unlogischen" Wirkungsgrad-zu-Gang-Zuordnung könnten letzere unter Umständen eben auch eine Rolle spielen. Oder die Schaltung ist eben wirklich irgendwie "komisch"!
EmilEmil hat geschrieben:
Mi 6. Mai 2020, 11:27
Grundsätzlich ist bei Wirkungsgrad-Messungen von Fahrrad-Antrieben zu beachten, daß der Muskelkraft-Antrieb ein pulsierendes Moment (doppelt pulsierend, vgl. mein Diagramm in diesem Faden) erzeugt, das man eigentlich nicht unter den Tisch fallen lassen kann. Messungen mit einem konstanten Drehmoment können daher nur eine Annäherung sein.
Stimmt, die Abhängigkeit des Wirkungsgrades von der Leistung fand ich an der Rohloff-Untersuchung sehr interessant.
EmilEmil hat geschrieben:
Mi 6. Mai 2020, 11:27
Das wäre nun auch für das theoretische Verständnis der "Ovalen Kettenblätter" ein Beurteilungs-Kriterium.
Es ist immer wieder überraschend, wieviel Fragen des technischen Verständnisses in der Fahrrad-Technik gar nicht oder nur eingeschränkt behandelt werden.
Absolut! Schon üben den Wirkungsgrad eines Kettenantriebes ohne Schaltung scheint nicht wirklich Einigkeit zu bestehen ... das ist nach 150 Jahren Rollenketten-Verwendung schon etwas überraschend!

Zu ovalen Kettenblättern, Linearantrieben etc. hier ein etwas älterer, aber sehr interessanter Artikel (auf Englisch):

https://lefthandedcyclist.blogspot.com/ ... iency.html

Tschüs!

Hein

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Re: Effizienz von 3-Gangnaben

Beitrag von Motte » Mi 6. Mai 2020, 12:59

Hier steht der Artikel in Deutsch auf der Rohloff Seite.
https://www.rohloff.de/de/erleben/techn ... radmessung

Ist ja immer die Gefahr, wenn man ein Detail raus zieht und dieses isoliert betrachtet, dass man dann schnell ein Optimum entdeckt - dieses aber komplett "unpraktisch" ist. Weil man das System Maschine Mensch mal eben vergessen hat.
Der Mensch hat eben seinen Wohlfühlbereich - beim runden oder unrunden Tritt, bei der Drehzahl und bei der Übersetzung (Geschwindigkeit). Dann sind u.U. eben nicht ideal wenig Zahnräder im Eingriff. (je nach Konstruktion).

Hein
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Re: Effizienz von 3-Gangnaben

Beitrag von Hein » Do 7. Mai 2020, 09:41

Moin!
Motte hat geschrieben:
Mi 6. Mai 2020, 12:59
Hier steht der Artikel in Deutsch auf der Rohloff Seite.
https://www.rohloff.de/de/erleben/techn ... radmessung
Danke für den Link!

Dort steht in der Bildunterschrift von Bild 2:

"Aus diesen Beispielen ist zu erkennen, dass bei Messungen unterhalb 200W relativ kleine, lei­stungs­un­abhän­gige Verlustschwankungen von +/-1W eine besonders große Rolle bei der Wir­kungs­gradbildung spielen. Da diese Verluste in einem komplexen Zusammenhang zwi­schen Drehzahl- und Temperaturänderung (auch erzeugt durch eigene Reibungswärme) sowie Schmierstoffverhalten stehen, können diese Schwankungen auch innerhalb einer Prüf­si­tuation auftreten. Bei Messungen unterhalb 200W ist es daher notwendig, den Einfluss die­ser Schwankungen durch mehrfache Wiederholung der Prüfung festzustellen."

Das illustriert ganz gut die experimentellen Schwierigkeiten, die mich mit einer gewissen Skepsis auf Einzelergebnisse schauen lassen (auch wenn das Gesamtbild sehr interessant ist).

Tschüs!

Hein

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