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Fahrwiderstände

Allgemeines zu den Fahrwiderständen

Der Grund, warum ein Motorrad überhaupt einen Motor braucht, scheint (angesichts dieses Menschen) auf den ersten Blick einzuleuchten, doch wenn man(n) die ganze Sache physikalisch angeht, kommen für den einen oder anderen sicher noch einige Überraschungen zu Tage. Ein physikalisches Gesetz besagt nämlich, dass ein Körper (in unserem Fall ein Motorrad mit Fahrer) bestrebt ist, seine Geschwindigkeit und Richtung beizubehalten. Die große Überraschung: Nach diesem Gesetz müssten wir unser Motorrad nur auf Reisegeschwindigkeit bringen, könnten dann den Motor abschalten, und wären nach einiger Zeit an jedem beliebigen Ziel.
Die größere Überraschung: Das funktioniert auch.
Allerdings mit einem kleinen Haken: Angenommen wir starten unseren Cruiser, beschleunigen auf 130 km/h und fahren Richtung Mars, könnten wir - sobald wir die Atmosphäre hinter uns gelassen haben - gelassen den Motor abstellen und uns gemütlich zurücklehnen. Spätestens in 68 Jahren (bei günstigster Konstellation) wären wir dort ohne viel Sprit verbraucht zu haben.
Nun verhält es sich allerdings so, dass kaum jemand eine Reise zum Mars vorhat (weil da ja nicht wirklich was los ist), sondern einfach nur von Buxdehude nach XY fahren will. Da zwischen den beiden Orten (hoffentlich) ein gewisser Luftdruck herrscht, und wir uns außerdem nicht frei im Raum bewegen sondern uns möglichst auf der Straße halten sollten, treten dabei auch verschiedene Arten von Widerständen und Reibung auf.
Das ist auch ganz gut so, denn ohne Reibung, kein Grip, ohne Grip, keine Beschleunigung bzw. Lenkung. Wobei das auch im All nicht zu unterschätzen wäre, wenn wir z.B. gerade auf Kollisionskurs mit einem Meteoriten oder einem anderem Himmelskörper sind. Auch hier wäre ein Ausweichmanöver oder die Vollbremsung zu empfehlen.
Genug mit dem Geschwätz, betrachten wir, welche Widerstände es gibt:




 

Rollwiderstand

Der Rollwiderstand ist jene Kraft, die wir aufbringen müssen um die Walkarbeit der Reifen und die Verformungsarbeit des Untergrundes zu überwinden. Letzteres spielt allerdings nur im Gelände eine Rolle. Bei weichem Boden beträgt er bis zu 15% des Fahrzeuggewichtes. Auf Asphalt allerdings ist er vernachlässigbar klein, da das Fahrzeuggewicht eines Motorrades den Asphalt nur im µ-Bereich verformt.
Entscheidend beim Rollwiderstand sind dabei folgende Größen: Walkamplitude, bestimmt durch Einfederung, Radlast, Reifen-Innendruck
Walkfrequenz, bestimmt durch Fahrgeschwindigkeit sowie Lagerreibung und schleifende Bremsen (können enorm den Fahrwiderstand erhöhen).


Als Faustregel kann man den Rollwiderstand mit
Rollwiderstand FR = 0,015 x Masse x Erdbeschleunigung [N]
bestimmen.

Wenn euch die obige Formel nichts sagt, macht das auch nichts.
Wichtig dabei ist nur, dass ihr Sprit sparen könnt (oder ein Quäntchen mehr Leistung umsetzen könnt), wenn ihr gute Reifen montiert, diese ordnungsgemäß aufpumpt, nicht zuviel Last transportiert (abnehmen !), nicht zu schnell unterwegs seit (!?), und Bremsen, Lager, etc. in Ordnung sind.
Auf der Rennstrecke ist der Spritverbrauch in gewissem Maß nebensächlich. Oft wird hier der Luftdruck im Reifen abgesenkt um die Reifen schneller auf Temperatur zu bringen und so besser Grip aufzubauen.



Luftwiderstand

Der Luftwiderstand, ist jene Kraft, die man auch als Fahrtwind bezeichnen könnte.
Sie steigt quadratisch mit der Geschwindigkeit des Fahrzeuges und ist außerdem vom CW-Wert (Luftwiederstandsbeiwert, ermittelt im Windkanal ) des Motorrades mit Fahrer abhängig. Außerdem sind noch die Fläche die Ihr dem Fahrtwind entgegensetzt (abnehmen ?) und der Luftdruck entscheidend. Die Formel möchte ich euch an dieser Stelle ersparen.

Es gilt also: Eine windschlüpfrige Kombination aus Moped und Fahrer sowie der Geschwindigkeit (quadratisch, das heißt doppelte Geschwindigkeit - vierfacher Luftwiderstand) entscheiden hier über Leistungsreserven bzw. Endgeschwindigkeit.
Gerade bei höheren Geschwindigkeiten ist der Luftwiderstand die größte Kraft, die dem Vortrieb des Fahrzeugs entgegenwirkt.

Daraus folgt, dass eine verkleidete Rennmöhre bei gleicher Leistung und Bauart eine höhere Endgeschwindigkeit als z.B. ein Naked-Bike erreicht.

Eine weitere Gemeinheit des Fahrtwindes soll euch nicht vorenthalten werden: Bei höheren Geschwindigkeiten entsteht durch die Luftströmung über dem Motorrad ein Unterdruck (gleiches Prinzip wie Flugzeugflügel), welcher die Reifen entlastet ! Das wiederum hat zur Folge, dass die Reifenhaftung bei höheren Geschwindigkeiten sinkt ! Daher wird bei schnellen Motorrädern (und anderen Fahrzeugen) durch die Form der Verkleidung versucht, dem Auftrieb entgegen zu wirken.



Steigungswiderstand

Der Grund warum es bergauf nicht gleich schnell geht, wie bergab, ist, dass der Motor zusätzlich zu den obengenannten Widerständen, auch noch Leistung aufwenden muss, um die Fuhre nach oben zu befördern. Je nach Steigung kann dieser Widerstand sehr groß werden. Die Formel:

Steigungswiderstand FST = Masse x Erdbeschleunigung x Sinus vom Steigungswinkel
Der banale Schluß aus dieser Gleichung: Bergauf, haben wir weniger Leistung zum überholen übrig!



Beschleunigung

Wenn wir alle obengenannten Widerstände abziehen, bleibt uns (hoffentlich) noch ein Rest an Leistung über den wir dem Motor entlocken können. Diesen Rest können wir nun endlich dazu benutzen um voll aufzudrehen und die Geschwindigkeit zu erhöhen. Der Vorgang wird Beschleunigung genannt. Da, wie weiter oben schon erwähnt, ein Körper seine Geschwindigkeit nicht freiwillig ändert, müssen wir nachhelfen. Einzig die Massen von Bike, Fahrer und Gepäck stehen uns jetzt noch im Weg. Das drückt sich formelmäßig folgendermaßen aus:

Beschleunigung = Beschleunigungskraft FB / Masse
Was lernen wir daraus? Je weniger Gewicht (Masse) wir mit uns herum schleppen, umso größer ist die Beschleunigung.

Abnehmen ?! ;-)



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