"Giftige" V-Brakes und Nasshaftung

[Pibach]

Ein blockierendes Vorderrad kannst Du am Fahrrad nicht kontrollieren, was Du beschreibst ist der Versuch, die Kontrolle wiederzuerlangen.

Kann man so sehen, ok. Wenn du keine Schräglage hast, also bei Geradeausfahrt, rutscht ein blockierendes Vorderrad aber nur wenig zur Seite weg, das lässt sich ggf. noch ganz gut abfangen. In Kurvenlagen aber kaum. Ausserdem kommt dann zur Bemskraft noch die Zentrifugalkraft, die der Reifen übertragen muss. Daher sollte man die Kurve in der Geradeausphase anbremsen und mit der Kurvenlage die Bremskraft reduzieren.

[derMac]

Der Denkschmerz rührt glaube ich daher, dass Du ein paar Dinge synonym nimmst, die das nicht sind und dabei noch Vorder- und Hinterrad gleichzeitig betrachtest. Versuchen wir das mal zu vereinfachen und lassen daher den Aspekt "blockierendes Vorderad" mal kurz weg.

Nein, ich betrachte nur das Vorderrad. Wenn ich blockieren schreibe, meine ich immer das Vorderrad. Meine Erwähnung des Hinterrades rührt daher, dass es beim blockieren des Vorderrades ohne Wegrutschen 2 Fälle gibt: das Vorderrad blockiert direkt und das Hinterrad kommt dann deshalb hoch (da kann man eigentlich kaum noch reagieren) oder das Hinterrad kommt erst hoch ohne dass das Vorderrad schon blockiert ist und dieses blockiert dann danach. Im 2. Fall die die fürs Blockieren notwendigen Kräfte sehr viel geringer, weshalb man zwingend beim hochkommen des Hinterrades die vordere Bremskraft reduzieren muss, man hat aber noch Zeit zu reagieren.

Den nächsten Prosablock überspring ich mal, der hilft uns nicht weiter. Nur soviel: du mischst da munter Energie, Geschwindigkeit und Kraft, dass ist nicht gesund.

Deine Beobachtung zeigt nun, dass es in der Realität offenbar nicht ganz so einfach ist wie oben beschrieben. Die Bremskraft, die Du auf die Felge aufbringst, erzeugt ja nur Reibung (und damit Verzögerung oder auch "negative Beschleunigung"), solange sich das Rad dreht.

Nein, sie Erzeugt auch Reibung wenn das Rad steht, das nennt man Haftreibung.

Damit es das tun kann muss der Drehimpuls (schon wieder eine Kraft) höher sein als die Bremskraft.

Nein, ein Impuls ist keine Kraft.

Das ist bei höherer Geschwindigkeit wahrscheinlicher als bei niedrigerer. Also blockiert das Rad bei niedrigerer Geschwindigkeit "früher".

Das postulierst du hier, erklärst es aber nicht wirklich.

Der zweite Aspekt dabei ist, dass das Rad ja seinerseits Reibung mit dem Untergrund hat (und zwar typischerweise sehr leichten Schlupf). Wenn das Rad nun blockiert wird die Bremskraft nun nicht länger auf der Felge in Wärme umgewandelt sondern zwischen Reifen und Untergrund, denn da findet jetzt ausschliessliche die Reibung statt. Und die ist wiederum je nach Materialpaarung sehr unterschiedlich. Um also das Rad zum Blockieren zu bringen musst Du nicht nur das Bewegungsmoment des Laufrads überwinden sondern auch die Haftreibung zwischen Rad und Untergrund in eine Gleitreibung umwandeln.

Es findet ständig sowohl an der Bremse als auch zwischen Reifen und Untergrund Reibung statt und zwar entweder Haft- oder Gleitreibung.

a) Reifen Haftreibung, Bremse Gleitreibung: Alles im grünen Bereich, der normale Bremsvorgang.

b) Bremse Haftreibung, Reifen Gleitreibung: Das Rad ist blockiert und rutscht weg.

c) Beides Gleitreibung: Kommt eigentlich beim Bremsen nicht vor.

d) Beides Haftreibung: Das Rad ist blockiert und man geht über den Lenker.

(Ja ich weiß, dass das Idealbetrachtungen sind und der Reifen sich eher wie eine hochviskose Flüssigkeit verhält, aber das ist für unsere Überlegungen grad nicht so wichtig.)

Beim Bremsen hast Du nun aufgrund des ursprünglichen Bewegungsvektors von Rad und Fahrer in Fahrtrichtung eine Gewichtsverlagerung nach vorne. Dadurch wird das Hinterrad entlastet (und im Extremfalle gelupft), die Haftreibung hinten wird geringer und dadurch auch die mögliche maximale Bremskraft, die am Hinterrad aufgebracht werden kann, bevor es blockiert und so auch die maximale Verzögerung über das Hinterrad eingeschränkt.

Ja. Das ist Fall b auf das Hinterrad bezogen und Fall a für das Vorderrad.

Je nach Ausmass Gewichtsverlagerung (und der Haftreibung am Vorderrad) kommt nun das Hinterrad früher oder später hoch, bzw. bei mehr oder weniger starker Verzögerung. Wenn Du Gewicht auf dem Gepäckträger hast ist das deutlich später, wenn Du stehend radelst mit Abstützung auf den Lenker deutlich früher.

Das ist Fall a.

Das weiss ich mangels eigener Erfahrung nicht. Ich könnte mir aber vorstellen, dass das ein Bereich ist, in dem man häufiger als in anderen die nötige/mögliche Bremskraft am Hebel falsch einschätzt und zu heftig vorne zieht.

Hatte ich ja auch schon vermutet. Ich hab eigene Erfahrung mit über den Lenker gehen auch nur im Gelände, da sind die Randbedingungen aber anders weil der Untergrund stark uneben ist.

Im Laufe einer Bremsung verlagert sich das Gewicht auch immer weiter nach vorne, d.h. die HR-Bremse wird immer unwichtiger, die vordere immer wichtiger, das Kippmoment nach vorne immer höher. Wenn Du also scharf bremst aus sagen wir mal 25 km/h ist es durchaus vorstellbar dass bei 10 km/h überdurchschnittlich häufig der Punkt ist, wo das Kippmoment gewinnt.

So hab ich das nicht gemeint. Wenn "ich" aus 25 km/h abbremse, habe "ich" bei 10 km/h das Dosieren "gelernt" und geh nicht über den Lenker. Über den Lenker gehen wohl die meisten, wenn sie bei 10 km/h mit maximaler Kraft bremsen und das Vorderrad sofort praktisch schlagartig blockiert. (Vermutung von mir)

Mac

[Pibach]

Abgang nach vorne entsteht oft, weil die Arme nicht gestreckt werden. Dann federn die Arme etwas ein und die Bemsklötze können damit ins Blockieren kommen (das geht nur bei niedrigen Geschwindigkeiten)

[Pibach]

Nein, sie Erzeugt auch Reibung wenn das Rad steht, das nennt man Haftreibung.

Wobei Haftreibung aber immer den möglichen Grenzwert bezeichnet, nicht die tatsächlich wirkende Reibungskraft (was berlinaut hier wohl meinte). Das führt häufig zu Missverständnissen.

[derMac]

Wobei Haftreibung aber immer den möglichen Grenzwert bezeichnet, nicht die tatsächlich wirkende Reibungskraft (was berlinaut hier wohl meinte). Das führt häufig zu Missverständnissen.

Bei mir ist mit Haftreibung die tatsächlich wirkende Kraft gemeint. Man kann jetzt streiten, ob der Begriff Reibung hier sinnvoll ist, er ist aber der gebräuchliche. Ich weiß auch gerade nicht wie du darau kommst, dass Haftreibung immer nur die maximal mögliche Haftreibung bezeichnet.

Mac

[Pibach]

Ich weiß auch gerade nicht wie du darau kommst, dass Haftreibung immer nur die maximal mögliche Haftreibung bezeichnet.

Ok, Wikipedia spricht sehr schön klar von maximaler Haftreibung. Das wird aber stellenweise nicht so deutlich unterschieden. Reibung im engeren Sinne ist es erst, wenn die Grenzkraft überschritten wird. Das macht diese Begriffe so missverständlich.

Wikipedia:

"Reibung wird üblicherweise ein dissipativer Prozess verstanden, also ein „energiezehrender“ Prozess, bei dem die (kinetische) Energie unter Zunahme der Entropie in Wärme umgewandelt wird. Im Gegensatz zur Roll- und Gleitreibung ist dies bei der Haftreibung im Allgemeinen nicht der Fall, da eine Kraft, die nicht zur Bewegung des Körpers führt, keine Arbeit verrichtet. Aus diesem Grund wird die Bezeichnung als Reibung und die Klassifikation als solche von Physikdidaktikern stark kritisiert."

[berlinonaut]

Den nächsten Prosablock überspring ich mal, der hilft uns nicht weiter. Nur soviel: du mischst da munter Energie, Geschwindigkeit und Kraft, dass ist nicht gesund.

Das ist mir auch schon negativ aufgefallen.

a) Reifen Haftreibung, Bremse Gleitreibung: Alles im grünen Bereich, der normale Bremsvorgang.

b) Bremse Haftreibung, Reifen Gleitreibung: Das Rad ist blockiert und rutscht weg.

c) Beides Gleitreibung: Kommt eigentlich beim Bremsen nicht vor.

d) Beides Haftreibung: Das Rad ist blockiert und man geht über den Lenker.

(Ja ich weiß, dass das Idealbetrachtungen sind und der Reifen sich eher wie eine hochviskose Flüssigkeit verhält, aber das ist für unsere Überlegungen grad nicht so wichtig.)

Frustrierend ist, dass Du die möglichen Varianten mit so viel weniger Worten auf den Punkt bringst, dass ich mich gräme. Beruhigend ist, dass ich heute abend mit einem promovierten Physiker länger über dieses Thema diskutiert habe und auch er keine eineindeutige Lösung aus dem Stand wusste für das Problem: Gleiche eingebrachte Bremskraft, unterschiedliche Geschwindigket: kommt in beiden Fällen der Hintern gleich hoch bzw. blockiert in beiden Fällen das Vorderrad oder nicht? Für beide Varianten gab es valide Theorien und Begründungen (und sogar dafür, dass man für eine Blockade bei niedrigerer Geschwindigkeit die doppelte Bremskraft bräuchte als bei höherer) - welche davon zutreffend ist konnten wir nicht zuverlässig entscheiden. Er sagte (schon zu Beginn der Diskussion) dass diese Problemstellung zwar trivial scheine, aber unter physikalischen Gesichtspunkten elend komplex und vertrackt wäre. Wir müssen uns also nicht schlecht fühlen, wenn wir uns schwer tun. Die Frage ist, ob wir überhaupt in der Lage sind, die richtige Lösung zu finden. Ich würde ja einen Testaufbau vorschlagen. Möglichst einen mit geringem Verletzungsrisiko.

[Motte]

Die Frage ist, ob wir überhaupt in der Lage sind, die richtige Lösung zu finden

Man muss das Rad ja nicht neu erfinden :

http://www.physik.uni-wuerzburg.de/file ... arsten.pdf

[derMac]

Die Frage ist, ob wir überhaupt in der Lage sind, die richtige Lösung zu finden

Man muss das Rad ja nicht neu erfinden :

http://www.physik.uni-wuerzburg.de/file ... arsten.pdf

Das ist eine sehr schöne Zusammenfassung viele Probleme, die wir hier im Forum an verschiedenen Stellen schon besprochen haben (mit anderen verlinkten Quellen). Allerdings kommt physikalisch auch nicht viel neues und seine Beschreibung er Kräfte beim Bremsen unterscheidet sich auf den ersten Blick nicht vom Penninger. Die hier aufgetauchten Fragen beantwortet es nicht wirklich. Spannend sind allerdings seine Beschleunigungsmessungen beim Bremsen die zeigen, dass die Bremsverzögerung während des Bremsvorganges sehr weit von konstant entfernt ist und beim Vorderrad immer eine extreme Spitze kurz vor dem Stillstand hat. Das unterstütz ein wenig meine Vermutung unterstützen, dass diese Spitze eventuell bei hartem Bremsen bei geringen Geschwindigkeiten schon gleich am Anfang des Bremsvorgangs kommt und man mental noch nicht auf das Bremsen eingestellt ist und schlecht reagiert. Zur Validierung müsste man das Bremsverhalten aus verschiedenen Anfangsgeschwindigkeiten heraus mit einem Beschleunigungssensor messen.

Mac

[Splithub]

Sehr interessantes Thema und viele erhellende Beiträge.
Wenn ich mir anschaue wie hochkomplex ein Motorrad-ABS ist - da ja dort im Gegensatz zum Auto mehr oder weniger erfolgreich ein Überschlagschutz integriert ist und es zwei unabhängig zu betätigende Betriebsbremsen gibt, denke ich das es für Fahrräder auf mittlere Sicht kein leichtes, einfach zu integrierendes, überzeugend funktionierendes ABS geben wird.
http://www.kingindustries.ca/SABS.htm ...hochviskoses Schlangenöl, ABS ohne jeden Sensor das alle Situationen souverän entschärft