Warum brauchen wir luftgefüllte Reifen?

Ist das eine Verschwörung von Fahrrad- und Laufradherstellern, um eine konstante Nachfrage nach Schläuchen und Reifen aufrechtzuerhalten?

Nein, denn wenn es so gut funktioniert hätte, wie Sie vermuten, hätte jemand es möglich gemacht und all das Geld genommen, das Schlauch- und Reifenfirmen bekommen.

Der Grund, warum Luftreifen weiterhin verwendet werden, ist, dass Luft selbst eine großartige Feder ist. Da es sich um eine Flüssigkeit handelt, hat es außerdem den Vorteil, dass die gesamte Luft in einem Reifen die ganze Zeit als Feder wirken kann. Das Gummi in der Reifenkarkasse funktioniert auch hervorragend als Stoßdämpfer, und genau wie die Luft biegt sich der gesamte Reifen auf einmal, nicht nur die Aufstandsfläche, egal in welche Richtung der Reifen ausgerichtet ist. Diese beiden Effekte ergänzen sich gegenseitig und machen den Reifen zu dem, was er ist.

Wenn Sie einen festen Gummistreifen hatten, kann nur der Gummi in der unmittelbaren Umgebung die Arbeit erledigen, sodass Sie entweder eine härtere Fahrt oder einen schwereren Reifen haben. Das gleiche Problem besteht auch bei anderen luftfreien Alternativen.

Sicher, Sie könnten ein vollgefedertes Fahrrad mit einer Federung bauen, die so abgestimmt ist, dass sie trotz Vollgummirädern eine reibungslose Fahrt ermöglicht. Aber Sie werden schnell feststellen, dass eine solche Federung, sowohl die Änderungen am Rahmen als auch die Komponenten, erheblich schwerer sein werden als ein normaler Reifen. Und Fahrräder sind eine Anwendung, die sehr gewichtsempfindlich ist.

Andere Anwendungen, wie z. B. Panzer, haben andere Einschränkungen und Kompromisse, und daher werden Strecken bevorzugt, und sie haben einige ziemlich ausgeklügelte Aufhängungssysteme, die es ihnen ermöglichen, mit hohen Geschwindigkeiten über Unebenheiten und Sachen zu fahren, denn wenn sie etwa 50 ziehen Tonnen Panzerung, eine weitere zusätzliche Tonne für eine gute Aufhängung lohnt sich.

Manchmal bleiben die Dinge für immer und ewig gleich, weil sie einfach funktionieren.

Hier gibt es bereits zwei gute Antworten, ich werde die relevante Physik hinzufügen.

Jede Aufhängung hat drei Schlüsselvariablen:

• Seine Federkonstante, dh wie schnell die Kraft ansteigt, wenn die Federung zusammengedrückt wird.

• Seine Dämpfung, dh wie viel Energie in jedem Kompressions-/Dekompressionszyklus verloren geht.

• Seine ungefederte Masse, also die Menge an Material, die aufgrund von Fahrbahnunebenheiten bewegt werden muss.

Fahrräder sind ein Fahrzeugtyp, der sehr geringe Energieverluste erfordert (einfach, weil die typische Energiezufuhr auf etwa 250 Watt begrenzt ist). Daher müssen Fahrräder unbedingt die Dämpfung niedrig halten, denn die gesamte Energie, die Sie dämpfen, muss aus Ihrer kinetischen Energie stammen (Energieerhaltung!), die der Fahrer hart erarbeitet hat. Je mehr ungefederte Masse Sie haben, desto mehr Dämpfung ist erforderlich, um kontinuierlichen Kontakt zur Straße zu halten. Sie möchten nicht, dass Ihre Räder auf und ab stoßen, nachdem Sie durch ein Schlagloch gefahren sind, das wäre extrem gefährlich. Das ist der Grund, warum jede Federgabel oder Autoaufhängung Stoßdämpfer enthält: Ihr einziger Zweck ist es, Energie zu verbrauchen, aber sie sind für die Sicherheit erforderlich.

Luftreifen haben den großen Vorteil, dass nur das Gummi innerhalb der Aufstandsfläche zur Fahrbahn ungefederte Masse ist. Der gesamte Rest des Reifens, die Felge, die Speichen, die Nabe, die Gabel, sie alle sind aufgehängt und müssen daher nicht gedämpft werden. Der Reifen selbst hat auch genug Dämpfung in seinem Gummi, um einen guten Kontakt zu gewährleisten. Daher gibt es einfach kein Federungssystem, das effizienter ist als ein Luftreifen. Darüber hinaus ermöglichen Luftreifen auch eine einfache Anpassung der Federkonstante, indem sie auf unterschiedliche Drücke aufgepumpt werden, aber das ist nur ein Bonus.

Inzwischen wurden Alternativen ausprobiert und von einigen sogar verwendet. Vor allem durch die Verwendung von Airless-Reifen. Diese ersetzen den Schlauch mit einem Kern aus Gummischaum. Leider erhöht der zugesetzte Gummi bereits die Dämpfung erheblich und verringert somit die Reifeneffizienz. Trotzdem ist es nach dem Luftreifen das Nächstbeste. Alle anderen Alternativen, die die Federung weiter von der Aufstandsfläche wegbewegen und dadurch die ungefederte Masse massiv erhöhen würden, würden zu viel Energie an die Dämpfung verlieren und den Fahrer gründlich frustrieren.

Wir nicht, und es gibt Alternativen

Was wir brauchen, ist ein gewisses Maß an Nachgiebigkeit im Reifen. Der Rollwiderstand auf diesem Niveau wird durch die Fähigkeit des Reifens bestimmt, kleine Oberflächenabweichungen zu überrollen. Luft (eigentlich jedes Gas) ist stark komprimierbar und bietet eine hervorragende Möglichkeit, diese kleinen Änderungen der Oberflächenhöhe aufzusaugen, sodass der Reifen gut rollen kann.

Sie sind jedoch nicht das einzige Spiel in der Stadt. Vollgummireifen mit einer Art innerer Schaumgummistruktur gibt es schon seit einiger Zeit - ich habe sie Anfang der 90er eine Weile benutzt, aber es gab Versionen in den 70ern. Cycling Weekly hat diese Rezension einiger modernerer Versionen.

Exotischer ist, dass ein neues Unternehmen Metallfederreifen aus „Memory Metal“ entwickelt hat . Sie behaupten, dass sie nächstes Jahr auf den Markt kommen; ob es passiert oder nicht, wir werden sehen.

Aber sie haben nie sehr gut funktioniert

Das Problem mit Vollgummireifen war in der Vergangenheit immer, dass sie unabhängig von der inneren Struktur des Reifens einfach nicht so reibungslos nachgiebig sind wie ein Ballon voller Hochdruckluft. Der Rollwiderstand war schon immer schlechter, so dass selbst wenn jemand heute einen hochwertigen Vollgummireifen auf den Markt bringt, er mit 50 Jahren schlechter Presse zu kämpfen hat.

Positiv ist natürlich, dass sie keine Reifenpannen bekommen. Wenn Sie also im Winter Rad fahren, wenn die Straßen wahrscheinlich voller Schutt sind und Sie wirklich nicht im strömenden Regen einen Reifen reparieren wollen, können Sie den Rollwiderstand gegen die Zuverlässigkeit eintauschen. Das ist immer noch ein Kompromiss, den Sie wählen müssten.

Und es gibt Optionen, wenn Sie wirklich keine Luft verwenden können

In der Vergangenheit verwendeten Penny-Farthing- Fahrräder Vollreifen und verließen sich auf Speichen, um ihre gesamte Nachgiebigkeit zu gewährleisten. Sie funktionierten tatsächlich sehr gut, insofern, als "Sicherheitsfahrräder" (der dreieckige Standardrahmen, den wir heute kennen) "Knochenschüttler" genannt wurden, weil die kleineren Räder kürzere Speichen hatten, die nicht die gleiche Federungsqualität ergaben. Luftreifen (oder ein solides Äquivalent) waren erforderlich, bevor unsere modernen Fahrräder zu einem praktischen Transportmittel mit angemessener Geschwindigkeit wurden.

Amüsanterweise fließt dies direkt in das Design von Rädern im Weltraum ein. Die Räder der Lunar Rovers waren eine Federstruktur, ähnlich den zuvor erwähnten Memory-Metal-Fahrradreifen. Die Mars Rover haben stattdessen den Hochrad-Ansatz gewählt und sich auf federnde Speichen verlassen.

Ein Rad ist im Wesentlichen rund, eine Straße ist im Wesentlichen flach. Für einen angemessenen Kontakt mit der Straße, der weder das Rad noch die Straße beschädigt, muss der Reifen am Kontaktpunkt verformt werden, um eine Kontaktfläche statt eines Punktes zu bilden. Beim Weiterrollen des Rades muss sich die Verformung auf dem Rad bewegen. Wenn die Verformungsenergie lokal verbraucht wird, braucht man vollkommen elastisches Material.

Ein Konstantdruckreifen hingegen überträgt die Verformungsenergie mühelos und verlustfrei um das Rad. Die um das Rad laufende lokale Verformung verwandelt sich an der Aufstandsfläche in eine halbkonstante Verformung, wobei der Reifen selbst keine nennenswerte Energie austauscht, während er der Verformung folgt.

Eisenbahnen machen es anders, sind aber in Beschleunigung und Neigung eher begrenzt und erfordern Tricksereien für Kurven, die zu den typischen Kreischgeräuschen führen. Sie erfordern auch das Arbeiten mit viel kleineren Toleranzen als die übliche Rad/Straßen-Kupplung.

Das ist eine dieser Ideen, die alle paar Jahre immer wieder auftauchen.

Und es ist unter bestimmten Umständen ziemlich plausibel eine gute Idee, wie z. re buchstäblich gestrandet)

Aber jedes Mal geht die Idee nie auf, weil Luftreifen einfach besser funktionieren.

Der beste Weg für Sie, sich Ihr eigenes Urteil zu bilden, ist, einige zu fahren. Beachten Sie, dass einige Fahrradgeschäfte die Montage von Airless-Reifen ablehnen, sodass Sie sie möglicherweise selbst montieren müssen.

Wenn Sie keine kaufen können, ist es möglich, Ihre eigenen Vollgummireifen herzustellen. Sehen Sie sich dies als Beispiel an:

Eine andere Lösung besteht darin, den Reifen auf einem Hochrad oder einem leichten Wagenreifen zu verwenden. Sie kommen in einer Rolle und Sie befestigen eine Schlaufe mit Bindfaden/Schnur.

Eine andere Möglichkeit, dies zu testen, besteht darin, Ihren Schlauch mit Wasser aufzublasen. Wenn Sie Ihren Schlauch zu 1/6 mit Wasser gefüllt hätten, wäre er im Wesentlichen fest, um langsam zu fahren. Langsame Geschwindigkeit und konstante Geschwindigkeit lassen dem Wasser Zeit, nach unten zu fließen, während das Wasser bei hoher Geschwindigkeit die Außenkante des Schlauchs genau wie ein Dichtmittel bei Tubeless auskleiden würde.

Dazu verwenden Sie eine Track-Pumpe und stellen sie in eine Wanne mit Wasser, sie atmet ein und pumpt Wasser durch den Schlauch in das Rohr. Es ist immens schwerere Arbeit als Luft zu pumpen, und Ihre Pumpe muss nach der Station zerlegt, gereinigt und neu gefettet werden.

Die Luft auch im Schlauch sollte auf den für Ihr Rad "normalen" Druck aufgepumpt sein. Das Wasser wird nicht komprimiert und setzt sich auf den Boden, um ein solides Gefühl zu vermitteln.

Natürlich ist dieses Rad genauso anfällig für Pannen wie ein normaler Luftreifen, der springende Punkt dabei ist, ein "solides Reifengefühl" ohne die Kosten zu erleben.