Was sind die typischen Bereiche der maximalen Bremsreibungskräfte?

Es gibt viele Nicht-Fahrradanwendungen, die von der Verwendung von Fahrradhardware profitieren. Beispielsweise gibt es eine lange und reiche Tradition der Verwendung von Fahrradteilen in der Luftfahrt . Ein besonderes Interessengebiet ist der Einsatz von Fahrradbremsen als gewichts- und kostenoptimierte Bremslösung für viele Arten von Spinnwellen.

Vor dem Prototyping mit diesen Teilen wäre es jedoch gut zu verstehen, wo ihre Betriebsgrenzen liegen.

Während es einige gute Referenzen für die maximale Verzögerung gibt, die von einem Fahrrad vernünftigerweise erreicht werden kann (es scheint, dass ~ 0,7 g ein typischer Wert ist ), geht dies nicht auf die endgültigen Kraftgrenzen der Bremsen ein.

Ich bin daran interessiert zu verstehen, was Industrie-Statistikzahlen für die friction force on discwie im folgenden Bild sind. Bitte beachten Sie, dass dies unabhängig von der Bremskraft ist, die ein Fahrer erfährt, nämlich road pushes tyre/ tyre pushes road.

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Fragen

  1. Was sind typische Bereiche für maximale Felgen- und Scheibenbremskräfte am Fahrrad?
  2. Wie wird dies durch handelsübliches Bremsbelagmaterial beeinflusst?
  3. Wie groß ist der Kraftunterschied (absolut oder relativ) zwischen hydraulischen und kabelbetätigten Scheibenbremsen?
  4. Wie groß ist der Kraftunterschied (absolut oder relativ) zwischen hydraulischen und kabelbetätigten Felgenbremsen?

PS Mir ist klar, dass das Drehmoment letztendlich das ist, was durch das Rad auf den Reifen übertragen wird, aber das Drehmoment entsteht aufgrund der von der Bremse erzeugten Widerstandskräfte. Wenn Ihre Antwort also Drehmomentangaben enthält, beziehen Sie sich bitte auf den Durchmesser, damit ich sie in Kraft umwandeln kann.

Fragen Sie Leute, die einen Kopfüber vom Bremsen mit den Vorderradbremsen gemacht haben.
Ein Endo ist durchaus möglich, wenn Ihre Vorderradbremsen stark greifen. TBH, ein schwererer Fahrer wird mit größerer Wahrscheinlichkeit Endo als ein leichter Fahrer auf demselben Fahrrad mit derselben Geschwindigkeit. Denken Sie daran, dass sich der Fahrer im Allgemeinen über der Bremse / Achse befindet, sodass auch ein Rotationsmoment vorhanden ist.
Hier gibt es viele Fragen - versuchen Sie, sie auf eine zu reduzieren. SE ist kein gutes Format für umfangreiche Antworten rund um ein Thema.
@Criggie, ich stimme im Prinzip zu, dass Endos möglich sind, wenn die Bremsen greifen, aber es gibt ein kritisches Gewicht, über dem es nicht mehr möglich ist, weil die Bremsen die Kraft nicht aufbringen können. Was die Anzahl der Fragen betrifft, es ist wirklich nur eine, oder? Es hat nur mehrere Datenpunkte. Ich stelle mir so etwas vor wie "Hydraulikscheiben sind XY Newton, mit organischen Belägen im unteren Bereich und gesintert im oberen Bereich. Kabelscheiben reduzieren das um etwa Z% ..."
@KennSebesta In realen Situationen würde die Reifenhaftung vor gut abgestimmten Bremsen versagen
@KennSebesta - Stimmt für den Hinterreifen, aber nicht für den Vorderreifen.
Meine Frage bezieht sich auf Fahrradkomponenten , aber ich habe das Gefühl, dass die Antworten und Kommentare in Richtung Fahrräder gehen . Ich habe meine Frage aktualisiert, um zu verdeutlichen, dass es sich bei der Endanwendung nicht um Fahrräder handelt.
Die Beantwortung Ihrer Fragen im Zusammenhang mit dem Radfahren wird keine guten Daten für die Nicht-Fahrrad-Anwendung liefern, die Sie im Sinn haben. Sie müssen mit Ihrem Anwendungsfall experimentieren, um die gesuchten Antworten zu finden. Wenn Ihr Anwendungsfall die Luftfahrt ist, sind Personen, die mit der Verwendung von Fahrradteilen in der Luftfahrt vertraut sind, eine bessere Gruppe für die Befragung.
Ich habe erfolgreich eine Endo durchgeführt (erlitten), ohne eine Bremseingabe zu machen ...
@DavidD Die Bremsreibungskräfte sind unabhängig von der Anwendung. Sie sind nur eine Funktion der Belagmischung, der Belagkräfte und des gebremsten Materials (Stahl oder Aluminium). Ich stimme zu, dass ich experimentieren muss, um herauszufinden, ob die endgültigen Komponenten eine geeignete Lösung ergeben können, aber das ist unabhängig von den beteiligten Kräften. Stellen Sie sich zum Beispiel vor, jemand wollte eine Ti-Schraube von einer Sattelstütze umfunktionieren. Wie stark der Bolzen ist, ist unabhängig davon, wie er vermarktet und verkauft wurde.

Antworten (5)

Was ist der relative Unterschied zwischen hydraulischen und kabelbetätigten Scheibenbremsen?
Was ist der relative Unterschied zwischen hydraulischen und kabelbetätigten Felgenbremsen?

Im Allgemeinen bieten hydraulische Bremsen mehr Modulation. Es gibt mehr "Handgefühl" zwischen dem anfänglichen Biss und bis zum Vollbremsen.

Ob Scheibe oder Felge spielt dabei keine Rolle – die Felgenbremse kann wie eine richtig große Bremsscheibe behandelt werden.

Kabelbetätigte Scheibenbremssättel sind in der Regel einseitig, haben also ein bewegliches und ein feststehendes Pad. Diese können gut funktionieren, müssen aber den Rotor beim Bremsen subtil biegen. Ein hydraulischer Scheibensattel und jede Art von Felgenbremse bringen beide Beläge an die Bremsfläche.

Eine gute Felgenbremse kann eine mittelmäßige Scheibenbremse jeder Art locker übertreffen. Was zwischen einer guten Felgenbremse und einem guten Scheibensattel besser ist, ist noch offen. Scheiben haben einen Gewichts- und Aero-Nachteil, sind aber nicht von einer ebenen Felge abhängig.

@Craggie, danke fürs Posten, aber das beantwortet die Frage nicht. Der Teil „relative Differenz“ bezieht sich auf die maximalen Bremskräfte, nicht auf das Gefühl des Benutzers. Ich habe die Frage aktualisiert, um dies zu verdeutlichen.
Um zu verdeutlichen, warum diese Antwort nicht in die richtige Richtung geht, geht es darum, (ungefähre) Werte für die beim Bremsen auftretenden Reibungskräfte zu dokumentieren. Diese Kräfte sind eine Funktion davon, wie stark der Bremsbelag in die Felge gedrückt wird, im Vergleich zum Reibungskoeffizienten des Bremsbelags.
@KennSebesta es gibt ein solches Qualitätsspektrum der fraglichen Bremsenstile, ich glaube nicht, dass es möglich ist, eine endgültige Antwort auf Ihre Frage zu geben. Vielleicht finden Sie diese dennoch interessant enduro-mtb.com/en/best-mtb-disc-brake-can-buy
@PaulH Dieser Link ist großartig! Ich würde es auf jeden Fall als endgültig betrachten. Generell würde mich wundern, wenn es bei seriösen Teilen mehr als Faktor 2 gibt. Hersteller entwickeln und testen wahrscheinlich irgendwo nach einer Spezifikation, sodass sie relativ gleich eintreffen. Das typische Fahrrad + Fahrer wird fast 100 kg wiegen, aber nicht 50 und nicht 200. Eine Sache, die wir aus dem Link lernen können, ist, dass 75 Nm auf einer 180-mm-Bremsscheibe ein anständiger Mittelwert für eine gute Ausrüstung sind.
FTR, „was besser ist zwischen einer guten Felgenbremse und einem guten Scheibensattel, ist noch offen“, gilt nur bei idealen trockenen Bedingungen. Ich denke, niemand würde bestreiten, dass Felgenbremsen bei Nässe, geschweige denn im Schlamm, sowie in verschiedenen Wartungsbelangen viel lästiger sind – deshalb verwendet MTB jetzt fast ausschließlich Scheiben.

(So ​​bremsen Sie richtig auf Ihrem MTB | Brake Power Meter)

Wichtige Statistiken aus dem Video:

  • Auf einer 1 km langen Strecke mit 122 m Höhenverlust betrug die durchschnittliche Bremsleistung (bei Verwendung der Bremsen, nicht über die gesamte Fahrt gemittelt) 441 Watt für einen Anfänger und 643 Watt für einen fortgeschrittenen Fahrer.
  • Die Spitzenbremsleistung lag bei beiden Fahrern bei fast 2000 Watt.
  • Die verbrauchte Gesamtenergie betrug für beide Fahrer rund 31 Kilojoule.
  • Die Vorspannung der Vorder- / Hinterradbremse lag bei etwa 2: 1 für den Anfänger und 3: 1 für den fortgeschrittenen Fahrer.

Denken Sie auch daran, dass höhere Macht nicht immer das Ziel ist. Zum Beispiel sind Magura-Scheibenbremsen sehr stark, haben aber auch einen lächerlich engen Belagabstand. Im Vergleich zu anderen Marken müssen Sie Bremsscheiben viel häufiger zentrieren und ersetzen.

Bearbeiten: Hier sind noch zwei Videos zu diesem Thema. Ich werde mir nicht die Mühe machen, die wichtigsten Fakten für diese aufzuschreiben, da sie weit weniger wissenschaftlicher Natur sind.

Ich wollte hier nur einen Kommentar hinterlassen und mich für das Video bedanken. Ich habe dem Typen geschrieben, der es gemacht hat, er hat eindeutig eine Menge Ingenieursarbeit in diesem Bereich geleistet und könnte einige repräsentative Werte haben.
Ich möchte nur hinzufügen, dass Macht und Kraft verschiedene Dinge sind.
@ojs Einverstanden, aber die Leistung ist sicherlich immer noch eine nützliche Metrik.

Bremsen ist mehr als nur Bremsen.

Auf die Spitze getrieben, können Standard-Fahrradbremsen einen 300 kg schweren Fahrer wahrscheinlich nicht über den Lenker werfen

Nein, das können sie nicht, aber das liegt daran, dass die Reifen die Traktion verlieren und rutschen, an diesem Punkt ist jede zusätzliche Bremskraft nutzlos.

Tandemfahrräder haben die doppelte Masse zum Anhalten und verwenden die gleichen Bremsen wie normale Fahrräder für schnelle Stopps. Selbst mit dieser zusätzlichen Masse und richtig eingestellten Bremsen können Sie das Hinterrad ins Rutschen bringen, wenn Sie diesen Hebel fest genug greifen und sich nicht darum kümmern, möglicherweise die Kontrolle zu verlieren.

Kurz gesagt, Bremsen sind so ausgelegt, dass sie so viel Leistung liefern, wie die Reifen greifen können, und nicht mehr. Alles andere erfordert zusätzliche Steifigkeit/Material, das effektiv Eigengewicht ist.

Ein Fahrrad, das einen 75-kg-Fahrer über den Lenker werfen kann, kann bei ausreichender Bremsleistung auch einen 300-kg-Fahrer über den Lenker werfen: Die Kraft, die die Reifen übertragen, wächst linear mit dem Gewicht des Fahrers. Sie begrenzen nicht die Bremskraft, sie begrenzen den Winkel , in dem Sie Kraft auf den Reifen ausüben können, ohne dass er durchrutscht. Die Frage, ob dein Vorderrad zuerst rutscht oder blockiert, hängt also nur von der Rahmengeometrie und dem Reifenmaterial ab, nicht vom Fahrergewicht.
@cmaster-reinstatemonica, aber das Tandem-Beispiel hat einen viel längeren Radstand und der C von G ist viel weiter von der Vorderachse entfernt, also ist es eine gute Demonstration
@ChrisH Ja, in der Tat. Ich würde nie erwarten, dass ein Tandem umkippt, selbst wenn es von zwei Kindern gefahren wird. Der Winkel zwischen der Aufstandsfläche des Vorderreifens, dem Schwerpunkt und der Straße ist einfach zu niedrig. Ich habe die ersten drei Absätze vor der Erwähnung von Tandems kommentiert. (Übrigens: Genau deshalb fahre ich am liebsten Fahrräder mit richtig langem Radstand. Mit dem Vorderreifen ins Rutschen zu kommen ist einfach viel gesünder als über den Lenker zu fahren...)
@cmaster-reinstatemonica fair genug. Mein Tourer (Rahmengröße XL) hat einen der längsten Radstände auf dem Markt. Ich habe hart genug gebremst, um das Hinterrad anzuheben, aber das einzige Mal, dass ich OTB fuhr, war, einen Stein zu treffen
Vielen Dank, dass Sie sich die Zeit für eine Antwort genommen haben, aber leider handelt es sich bei dieser Antwort um den Fahrradbetrieb , während es bei der Frage um die Kräfte der Fahrradkomponenten ging . Ich habe die Frage aktualisiert, um klarzustellen, dass die fraglichen Mechanismen zwar aus der Fahrradindustrie stammen, die Endanwendung jedoch keine Fahrräder sind.
@KennSebesta Nun, dann sollten Sie diese Frage vielleicht auf engineering.se stellen. Ihre Beobachtung, die beantwortet: „Versuchen Sie, die Frage neu zu formulieren, wie sie sich auf Fahrräder und Fahrradfahrer auswirkt.“ liegt daran, dass es auf dieser Q&A-Site genau darum geht .
Vielleicht hast du recht! Es ist schwierig herauszufinden, ob man allgemeine Experten oder Fachbegeisterte fragen sollte. Aber bevor ich hier das Handtuch schmeiße, möchte ich ihm noch etwas Zeit geben. Es ist ziemlich offensichtlich, dass ich die Frage anfangs so gestellt habe, dass sie für diese zweite Interpretation offen war. Ich entschuldige mich zutiefst dafür, dass ich allen ein Bein gestellt habe, und ich hoffe, ich habe es jetzt behoben.

Sie können eine Zahl für Ihre beiden Kräfte – „Reibungskraft auf der Scheibe“ und „Reifen drückt auf die Straße“ – nur aus physikalischen Überlegungen schätzen.

Erstens, wenn wir die Masse des Fahrers und die Verzögerung kennen, können wir die Nettobremskraft auf die Kombination Fahrer/Fahrrad berechnen . Diese Kraft kommt von der "normalen Kraft" der Reifen gegen den Boden, die Ihrer Kraft "Reifen drückt auf die Straße" entspricht, aber das ist zu diesem Zeitpunkt nicht wichtig. Mit Ihrer Zahl von 0,7 G Verzögerung können wir die Beschleunigung in m/s^2 als (0,7 * 9,81) = 6,9 m/s^2 Beschleunigung berechnen (oder Verzögerung, wenn Sie es vorziehen; das Vorzeichen ist hier nicht wichtig).

Um die Gesamtbremskraft zu berechnen, verwenden wir einfach das Newtonsche Gesetz Kraft = Masse * Beschleunigung. Unter der Annahme eines 100 kg schweren Fahrers und Rundung beträgt die Bremskraft = 100 kg * 6,9 m/s^2 = 687 Newton.

Unter der Annahme, dass die gesamte Bremskraft vom Vorderrad kommt, was für die meisten Fahrräder mit kurzem Radstand bei maximaler Bremsung eine vernünftige Annahme ist, haben wir bereits den Wert für "Reifen drückt Straße" ... er beträgt 687 Newton.

Um die „Reibkraft auf Scheibe“ zu berechnen, multiplizieren wir einfach mit dem Verhältnis aus wirksamem Scheibendurchmesser und Reifendurchmesser. Wenn es sich um ein Fahrrad mit 26-Zoll-Rädern (660 mm) und einer 160-mm-Vorderradscheibe (effektiver Durchmesser ~150 mm) handelt, beträgt die „Reibungskraft auf der Scheibe“ ungefähr 687 Newton * (660 mm / 150 mm) = 3023 Newton. Dies entspricht etwa 680 Pfund-Kraft.

Wir können sehen, dass eine größere Bremsscheibe die „Reibkraft auf der Scheibe“ verringert, ebenso wie ein kleineres Rad, aber beides hat keinen Einfluss auf „Reifen drückt Straße“.

Nun, was "Industriestandardzahlen" betrifft, habe ich keine Kenntnis der Industriepraxis in diesem Bereich, und es ist eine Frage der Konstruktion und des Testens, um solche Designfaktoren zu finden. Ich stimme zu, dass der beste Weg, dies herauszufinden, abgesehen von der Durchführung Ihrer eigenen Fehlertests an Komponenten, darin besteht, mit tatsächlichen Komponenteningenieuren zu diskutieren, aber es wird schwierig sein, die richtige Person zu finden, die mit Ihnen zusammenarbeitet.

Ich weiß die Mühe zu schätzen, aber das beantwortet die Frage nicht. Die Frage ist nach der absoluten Maximalkraft, die die Bremskomponenten aufbringen können, im Gegensatz zu dieser Antwort, die (richtig) die ganzheitliche Systemkraft für ein typisches Fahrrad analysiert.
Indem wir dieser Übung folgen, um zu berechnen, welche Kräfte Bremsen im wirklichen Leben erreichen, können wir eine Grenze für die Kräfte abschätzen oder festlegen.
Ich stimme zu, insofern wir durch diese Übung nur eine Untergrenze festlegen. Es gibt Zeiten, in denen die Festlegung einer Untergrenze die Frage beantworten kann: „Ist sie stark genug?“, aber die OQ lautet: „Wo sind die typischen Grenzen?“ In diesem Sinne hoffe ich, dass Sie nachvollziehen können, woher ich komme, wenn ich sage, dass die Antwort die Frage nicht beantwortet.

Kenn. Ich bin ein Fahrrad-Enthusiast, ein stolzer Nerd-Mech. Ingenieur und ein (nicht aktueller) PPL, der jetzt einen Fahrradladen betreibt, also interessiert mich Ihre Frage. Ich glaube, dass Shimano pro Kopf mehr Ingenieure beschäftigt als jedes andere Unternehmen der Fahrradindustrie. Wenn dies zutrifft, wäre eine Möglichkeit, endgültige Zahlen zu erhalten, Shimanos Kompetenzzentrum für Bremsendesign aufzusuchen, um deren Zahlen zu erhalten, z. B. typische Hydraulikdrücke, die von Handhebeln erreicht werden (ich schätze 1500 psi oder 100 bar), Reibungskoeffizienten von verschiedenen Mischungen mit Stahlscheiben und Bremssattelkräften und Flüssigkeitsmengen? Vielleicht auch einige Wärmeableitungs- und Schlauchausdehnungsdaten. Wie das Sprichwort sagt, ist eine Messung tausend Meinungen wert. Außerdem sind Anekdoten keine Daten.

IMHO haben kabelbetätigte Bremsen fast keine Hoffnung auf wiederholbare zuverlässige Leistung in einer Nicht-Fahrradanwendung, daher die vollständige Dominanz der Hydraulik bei der Verwendung von Automobil- und Motorradbremsen für viele Jahrzehnte.

Übrigens würde ich definitiv bei Mineralöl bleiben und nicht bei DOT-Flüssigkeit. Citroën hat in den 1960er-Jahren damit Pionierarbeit geleistet.

Dieser Beitrag wurde als „Keine Antwort“ gekennzeichnet. Teile davon, wie die Anweisung von OP, Shimano zu kontaktieren, eignen sich eher für Kommentare als für Antworten. Wenn möglich, bearbeiten Sie bitte Ihre Antwort, um die im ursprünglichen Beitrag gestellte Frage direkter zu beantworten.
+1, weil ich Pilot bin, aber ich stimme @Gary.Ray zu, dass dies als Kommentar besser wäre. Ich schlage überhaupt nicht vor, dass Sie Shimano anrufen sollten, aber wenn Sie dies getan und dies hier als absolute / relative Zahlen gemeldet hätten, wäre dies eine Antwort.
Kenn. Hier bekommt man eine breite Palette von Ansichten von Fahrradbegeisterten, das ist schön. Die meisten geben Ihnen jedoch nicht die tatsächlichen Konstruktionsdaten, die Sie suchen. Anstatt mit einer Menge „erfundenen“ Sachen und Anekdoten zu gehen, schlage ich daher vor, dass Sie sich nach echtem Fachwissen umsehen, z. B. von Shimano. Sofern nicht ein technischer Experte für Bremsen von Shimano oder ein Kollege hier freiwillig eine Antwort gibt (unwahrscheinlich), müssen Sie selbst Kontakt aufnehmen. Dann könntest du das Wissen hier für zukünftige Leser teilen :)
Was sind die typischen Bereiche der maximalen Bremsreibungskräfte?
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