Hydraulische Scheibenbremsen - Gesamtreibung in Abhängigkeit von der Bremsscheibengröße

Ich habe ein hydraulisches Scheibenrennrad mit einem 160-mm-Rotor vorne und einem 140-mm-Rotor hinten. Das Setup ist von vorne nach hinten genau gleich, mit Ausnahme der Rotorgröße. Ich würde gerne die Ungleichheit zwischen der Kraft wissen, die ich am Bremshebel aufbringen müsste, damit die Gesamtreibung oder Bremskraft bei einer bestimmten Geschwindigkeit über eine bestimmte Strecke von vorne nach hinten gleich ist, bis zu einem vollständigen Halt, dh insgesamt Arbeit, die von jedem geleistet wird, um genau gleich zu sein. Da der 140-mm-Rotor 7/8 der Größe des 160-mm-Rotors hat, wäre ich versucht zu sagen, dass ein gleicher Hebelzug 7/8 der Reibung am Heck erzeugen würde, aber ich bin sicher, dass mehr dahinter steckt.

Wenn ich also beispielsweise mit 10 km/h fahre und über 100 Fuß zum Stehen komme, wie stark müsste ich jeden Hebel ziehen (als Verhältnis von Vorderradbremse/Hinterradbremse), um sicherzustellen, dass mein Schwung in genau das umgewandelt wird jeweils gleiche Wärmemenge durch jeden Rotor?

Hmm, der Bremshebel bietet einen mechanischen Vorteil, um den Hydraulikzylinder niederzudrücken. Ich denke, dass es aus diesem Grund nicht genügend Informationen gibt, um dies wissenschaftlich zu beantworten. Wie wolltest du die Kraft, die du ausübst, überhaupt ausdrücken? Wenn Sie nach einer Zahl suchen, z. B. wie viele Newton aufgewendet werden müssen, um mit jeder Scheibe die gleichen Ergebnisse zu erzielen, nun, ich wäre wirklich neugierig, wie Sie diese Zahlen verwenden würden, um Ihre Bremsgewohnheiten zu beeinflussen … Andernfalls, wenn Sie versuchen möchten, Ihre Bremsen ungefähr gleich zu machen. Vielleicht bin ich aber daneben
@renesis Ich suche keine Kraft in Newton, sondern nur ein Verhältnis und wie dieses Verhältnis abgeleitet wurde. Etwas in der Art von "Ich muss hinten mit 8/7 der Kraft wie vorne ziehen, um sicherzustellen, dass ich die Geschwindigkeit gleichmäßig ablasse". Wenn ich mehr darüber nachdenke, bin ich sicher, dass der Drehimpuls irgendwie in die Antwort einfließen muss. Praktisch werde ich beim Bremsen nicht bewusst stärker am Hinterrad ziehen, ich möchte es nur aus Wissensgründen wissen und auch den Verschleiß und den Austausch der Beläge feststellen.
Erwischt. Es ist also eher eine akademische Frage als etwas, das angewendet werden muss. Nun, wenn niemand vorbeikommt, der Ihre Frage beantworten kann, möchten Sie es vielleicht bei physical.stackexchange.com versuchen. Nur ein Vorschlag.
@renesis danke für den Vorschlag. Ich denke, ich werde es aufschreiben und die Frage in der Physik-Community posten, etwas anders formuliert.
Eine größere Scheibe kühlt schneller ab, daher müssen Sie möglicherweise die zusätzliche Wärme in der hinteren Scheibe bei der Berechnung der erzeugten Fiktion und des Drucks berücksichtigen. In diesem Fall müsste die Bremsgeschwindigkeit berücksichtigt werden. Ich denke, am Ende (wie von @renesis vorgeschlagen) ist es am besten, über Physik zu fragen.
Warum willst du, dass die Bremskraft von vorne nach hinten gleich ist? Die Front ist größer, weil das Vorderrad mehr Bremskraft hat. Beim Bremsen wird das Gewicht auf das Vorderrad verlagert. Gleiche Hitze ist eine andere Frage.

Antworten (5)

Machen Sie sich keine Sorgen um das gleiche Drehmoment. Das Vorderrad erledigt bis zu neunzig Prozent der Arbeit bei einem maximalen Stopp. Sie werden lernen, das Heck zu modulieren, um ein Blockieren zu verhindern. Gleicher Druck ist für normale Stopps in Ordnung.

Es gibt einige Annahmen in Ihrer Frage, die eine Beantwortung nahezu unmöglich machen.

  1. Bremsen ist kein statischer Vorgang.

Die Reibung jedes Rades ist direkt proportional zu dem Gewicht, das gerade von diesem Rad getragen wird. Beim Bremsen verlagert sich das effektive „Gewicht“ von beiden Rädern fast vollständig auf das Vorderrad. Je stärker Sie nur das Hinterrad bremsen, desto eher blockiert es.

  1. Beim effektiven Bremsen geht es nicht um absolute Bremskraft, sondern um Modulation.

Nahezu jede Bremse kann ein Rad blockieren, und sobald Sie ein Rad blockieren, wird Ihr Bremsweg nicht kürzer[1] und Sie haben erheblich die Kontrolle darüber verloren, wohin das Fahrrad fährt. Der Sinn größerer Scheiben besteht nicht darin, die absolute Bremsleistung zu erhöhen, sondern die Kontrolle und Wärmeableitung zu verbessern. Der Hebelunterschied zwischen einem 140-mm- und einem 160-mm-Rotor im Vergleich zum viel größeren Durchmesser des Laufrads ist ziemlich gering:

140/700 = 0,2

160/700 = 0,228

Eine größere Scheibe ermöglicht es Ihnen, näher an den Sperrpunkt heranzukommen und erleidet auch weniger Bremsfading aufgrund von Erwärmung. Im MTB-Jargon sorgt ein größerer Rotor für eine bessere „Dosierung“, das bedeutet Kontrolle der Bremsleistung, nicht absolute Bremsleistung.

Die Antwort auf Ihre Frage ist kein einfaches Verhältnis, sondern eine Kurve, die eine Lösung für einen relativ komplexen Satz von Differentialgleichungen darstellt.

[1]- Je nach Oberfläche kann es sogar länger werden.

Unter der Annahme der gleichen vom Zylinder ausgeübten Kraft und der gleichen Materialien bei gleicher Belaggröße hat der größere Rotor einen größeren "Hebelarm" und ist im Verhältnis zum Durchmesser "effektiver".

Ich weiß, dass der größere Rotor mehr Drehmoment am Rad erzeugt. Ich würde gerne wissen, welches Kräfteverhältnis - vorderer / hinterer Hebelzug - dazu führt, dass die beiden unterschiedlich großen Rotoren die Geschwindigkeit gleichmäßig verbrennen. 160 mm vorne, 140 mm hinten oder ein beliebiges Verhältnis für diese Angelegenheit. In diesem Fall müssen Sie stärker am Heck ziehen. Ich frage, wie viel schwerer.
@ebrohman - Sie können ungefähr davon ausgehen, dass die Kraft am Hebel über vielleicht 30% Bremskraft proportional zum Drehmoment am Rad ist.
IMHO ist das richtig. Die hintere Scheibe ist 7/8 so groß wie die vordere, also erzeugt der gleiche Druck el 7/8 des Drehmoments. Um das gleiche Drehmoment zu erhalten, müssen 8/7 des Drucks, der auf der Vorderseite lastet, auf die Rückseite ausgeübt werden.
@ andy256 das habe ich mir gedacht, aber es scheint zu einfach zu sein. Ich freue mich auf diese tatsächliche Berechnung. Wie Maatnz sagte, kühlt der größere Rotor schneller ab, es strömt mehr Luft darüber usw.
@ebrohman - Bei den meisten Materialien ist der "Reibungskoeffizient" im "mittleren" Betriebsbereich (wo wahrscheinlich Bremsen funktionieren würden) nahezu konstant, was bedeutet, dass die Gleitreibung direkt proportional zum Bremssatteldruck ist.

Ihre einfache Antwort ist im Wesentlichen richtig. Ein hydraulisches System wird einen ziemlich konstanten mechanischen Vorteil aufrechterhalten und Reibungsverluste werden unbedeutend sein. 8/7 mehr Kraft am Hinterrad sorgen also für identische Drehmomente an jedem Rad, vorausgesetzt, die Bremsbelagreaktion ist linear. Wie bereits erwähnt, bedeuten identische Drehmomente nicht viel, da jedes Rad unter einer anderen Last steht. Oder anders ausgedrückt: Solange beide Räder Bodenkontakt halten, verzögern sie beide mit der gleichen Geschwindigkeit, unabhängig davon, welche Bremse Sie verwenden ...

Beim sanften Bremsen:

Unter der Annahme identischer Hydraulik, Beläge und Rotormaterialien ist die Reibung linear zur aufgebrachten Kraft. Die größere Scheibe bewegt sich jedoch schneller am Bremssattel vorbei, wodurch der Abstand, auf den die Reibung wirkt, und damit die Bremsleistung erhöht wird. Das Verhältnis wird ungefähr 7/8 sein (wobei ein größerer Rotor weniger Kraft benötigt) mit einer gewissen Anpassung für die Tatsache, dass die Beläge nicht am Rand der Scheibe liegen (wodurch der Unterschied etwas größer wird).

Aber:

Das Bremsen bewirkt eine Gewichtsverlagerung – das Hinterrad neigt zum Abheben, während das Vorderrad mehr Gewicht trägt. Dies bedeutet, dass das Hinterrad bei deutlich geringerer Bremskraft rutscht als das Vorderrad (ich höre, es liegt bei etwa 50% bei üblichen Konstruktionen). Dies bedeutet, dass unter bestimmten Bedingungen einige Bremsleistungen, die mit der Vorderradbremse erreichbar sind, mit der Hinterradbremse nicht möglich sind.

(Eine detaillierte Diskussion darüber, wie die Verwendung der Vorder- und Hinterradbremse ausbalanciert und kombiniert wird, liegt außerhalb des Rahmens dieser Frage.)