Gewicht der rotierenden Massen

[Michael V.]

So Leute, neben dem Erhöhen der Motorleistung kann man ja auch noch an anderen Dingen optimieren! Zum Beispiel am Gewicht, speziell an den "rotierenden Massen", sprich: alles was ungefedert ist und sich dreht. Denn: wenn man hier Gewicht einspart, kann man diese Kilogramm mit 5 multiplizieren, um auszurechnen, was man wirklich eingespart hat.
Es geht also in erster Linie um Reifen und Felgen. Und genau da wäre ich auf Eure Hilfe durch einige Kilo-Angaben aus dem Forum gespannt!

Reifen:
ein Yokohama im Format 185/60x13 wiegt ca. 6,9 kg (sowohl als Straßenreifen A539, als auch als Semi-Slick A048). FRage: was wiegt ein Reifen im Format 175/50x13?

Felgen:
CD30 Magnesium: 4,4 kg
CD30 Alu: 5,9 kg
Nachbau der CD66 in 7x13: 7,9 kg (also eine zeitgenössische Felge, aber deutlich zu schwer!)
KBS Alu-Felge in 7x13: 5,9 kg (ein guter Wert für eine Felge in 7 Zoll Breite!)

Fragen: wer kann mit Gewichten von weiteren Felgen weiterhelfen? Z.B. Smoor in 7x13 oder Revos in 7x13 ????
Hat jemand weitere Ideen zu Felgen (Mindestbreite 7 Zoll) und Lochkreis 98?

Danke für Eure Mithilfe und schöne Grüße
Michael

[Herman]

Schönes Thema - über Massen rede ich doch immer gerne, vor allem wenn sich was sparen lässt

Ich habe auch mal ein paar Felgen und Reifen gewogen. Zwar nicht in den Dimensionen die Dich interessieren aber ich poste sie trotzdem mal. Interessanter Weise wiegen alle meine Alus in 14" bzw 15" immer ziemlich genau 8kg. Konkret:

Steffan BCW 8x14ET15: 8kg
Steffan EVO 8x14ET15 mit 195/45R14 Toyo Proxess: 14,2kg (die Felge sicherlich wie die hier drüber -> Reifen: 6,2kg)
Steffan EVO 8x14ET15 mit 225/40R14 Toyo Proxess: 15kg (wieder 8kg für die Felge -> Reifen: 7kg)

Rial 6,5x15ET35 mit 195/45R15: 14,7kg (meine die Felge schon mal ohne Reifen gewogen zu haben mit ~8kg -> Reifen 6,7kg)
Compomotive 7x15ET10: 7,8kg

Hammer wenn die KBS echt nur 5,9kg hat!

Gruß,
HermanMitX

[manuel]

<Klugscheiss>

Bei drehenden Teilen geht außer der Masse auch der Durchmesser in die Massenträgheit ein und das auch noch quadratisch sprich hoch2. Ein Reifen 175/50/13 kann eine deutlich kleinere Massenträgheit haben als 185/60, einfach weil er kleiner ist, auch wenn er nicht weniger wiegt. Wo der Faktor 5 herkommt kann ich grad nicht nachvollziehen.
Man kann das zwar alles rechnen, aber eben nicht mit einfachen Faktoren, auch nicht angenähert.

Man hat die Massenträgheit des Motors (hauptsächlich Schwungscheibe), die Massenträgheit der 4 Räder, die man aber die die aktuelle Übersetzung (Gang x Endabtrieb) teilt und dann noch die Massenträgheit des Autos, die sich wieder durch die Übersetzung und irgendwie (das muss ich nachlesen) durch den Reifenumfang teilt.
Deshalb "bringt" einen leichte Schwungscheibe auch mehr als leichte Räder, weil sie sich langsamer drehen als die Schwungscheibe.

</Klugscheiss>

Wenn ich den Bohrkopf durch hab mach ich nochn Beispiel.

[California-Markus]

Ich wollt's grad schreiben...
Bei "rotierenden" Massen dachte ich zuerst an die Kurbelwelle oder Schwungscheibe.
Ich glaube nicht, daß die Felgen als rotierende Masse habhaft in die Beschleunigung eingehen.
Höchstens in's Fahrzeuggewicht.
Viel spannender bei den Felgen ist die ungefederte Masse.
Ich bilde mir ein beim Fahren den Unterschied zwischen MG-CD30 und Alu-CD30 gespürt zu haben.
Mag aber tatsächlich Einbidung gewesen sein.

[Herman]

Ich habe die ganzen Formeln zu Rotationsthemen auch nicht mehr im Kopf aber ich kann mich an keine Zusammenhang bzgl Drehzahl erinnern (erscheint mir auch nicht logisch). Zumindest nicht in Bezug auf das aufzubringende Moment - da geht die Beschleunigung ein.

Die Drehzahl hat einen Einfluß auf die kinetische Energie, die aber wiederum interessiert hier ja nicht wirklich.

Mit dem Radius hast Du natürlich Recht, der geht zum Quadrat ins Massenträgheitsmoment ein. Das ist auch der Grund warum sich deutlich größere Räder auch deutlich träger fahren.

Am Ende lohnt es sich aber so oder so Masse zu sparen, und bei rotierenden Teilen eben gleich doppelt: zum Einen wird die Karre grundsätzlich leichter was sich in Bezug auf Längs- und Querdynamik lohnt und zum Zweiten gewinnt man zusätzlich in Bezug auf die das Rotationsmoment.

Gruß,
HermanMitX

[manuel]

Hermann, nicht die Drehzahl in min^-1 sondern die Verhältnisse der Drehzahlen bzw. die Übersetzung.
Auf die Schnelle gefunden:
http://matheplanet.com/default3.html?ca ... D0CDAQFjAB

[Gstalzer]

Aha Interessant.....

[Querlenker]

Ahhh, endlich mal wieder ein interessantes Thema.

Ralf und ich haben auch eine Liste mit Gewichten, die habe ich aber im Moment im Büro.

Die CD30 wiegt tatsächlich nur 3,875 kg, laut Datenblatt. Das ist echt sensationell.





Die KBS hab ich auch gewogen, ich poste am Montag mal die Ergebnisse.

[Michael V.]

Moin an alle Freunde der "rotierenden Massen"!

Danke für die lebhafte Diskussion. Ich hatte eigentlich angenommen, der eine oder andere würde, so wie Hermann es getan hat, hier die Kilogramm-Angaben seiner Reifen / Felgen einstellen...
Aber: ich kann natürlich auch gut nachvollziehen, wenn der eine oder andere Dipl.-Ing. skeptisch ist und das Thema "rotierende Massen" hinterfragt. Ich will deshalb versuchen, möglichst kurz (?) zu begründen, woher meine Aussagen stammen.

An anderer Stelle hier im Forum hatte ich bereits das Buch "Fahrdynamik in Perfektion" von Dipl.-Ing. Wolfgang Weber erwähnt. Hier stammt auch mein Wissen zum Thema "gefederte, ungefederte und rotierende Massen" her. Ich versuche, das Kapitel kurz zusammenzufassen (soweit möglich) um im Endeffekt den Faktor "mal 5" zu begründen:

Stell Dir vor, jemand wirft Dir aus kurzer Distanz heftig einen Medizinball zu, Du willst ihn fangen. Da musst Du schon einen Schritt zurückgehen, damit es Dich nicht umhaut. Der Impuls muss gebremst werden, was nicht ohne einen gewissen Bremsweg vonstatten gehen kann. Das gleiche Szenario mit einem Volleyball: kein Problem, oder?
Übertragen auf das Auto heißt das, das eine schwere Rad-/Reifenkombination bei Fahrbahnunebenheiten mit mehr Energie abgefedert werden muss, als eine leichte. Die Dämpfer müssen also mehr arbeiten, ein höherer Federweg ist die Folge. Oder andersherum ausgedrückt: eine leichte Rad-/Reifenkombination verliert nicht so schnell den Kontakt zur Fahrbahn, hat mehr Grip und bringt dadurch natürlich Vorteile.
Bei Straßenfahrzeugen wird auf Komfort hohen Wert gelegt. D.h. das Chassis ist relativ schwer, die ungefederten Massen möglichst leicht, so dass Stöße in der Fahrbahn für den Fahrer fast nicht spürbar sind und komfortabel abgefdert werden können. Bei Rennfahrzeugen zählt jedes Kilo, also sollen nicht nur die ungefederten Massen leicht sein, sondern auch die gefederten Massen (Karosserie). Es gibt verschiedene Methoden, die ungefederten Massen zu wiegen, aber das führt an dieser Stelle zu weit.
Wir sind uns einig, dass letzendlich jedes Kilo zählt, weil es beschleunigt und abgebremst werden muss. Ein leichtes Auto ist schneller in den Kurven, da es in einem besseren Bereich des Haftungskoeffizienten der Reifen bleibt.

So, nun zu den rotierenden Massen:
Alles was sich im Fahrbetrieb dreht, muss nicht nur mit seinem Eigengewicht, sondern auch in seiner Drehbewegung beschleunigt und abgebremst werden. Hier hängt nun der Widerstand der Drehbewegung, also das sog. Widerstandsmoment, einerseit vom Gewicht der sich drehenden Masse ab und andererseit von der Form und dem Durchmesser ab, auf denen sich die Massen drehen! Die Hauptmasse ist also außen und außen ist der Reifen. Deshalb wäre ein Umstieg auf kleinere Reifen (175/50x13 statt 185/60x13) eventuell interessant. Leichtere Reifen gibt es ja nicht...
Bei einer Antriebswelle mit ca. 3 cm Durchmesser beispielsweise, macht es wenig Sinn, Gewicht zu optimieren. Wohl aber an der Schwungscheibe (wie ja auch schon des öfteren hier erwähnt und praktiziert).
Für das Durchrechnen des Widerstandsmoments eines Komplettrades kann man (lt. Wolfgang Weber) folgende Faustformel verwenden:
ein Kilo am Rad (vor allem möglichst weit außen) gespart ist soviel wert, wie 5 Kilo am Chassis gespart. Daher also meine Eingangsaussage!

Ich hoffe, ich habe Euch damit nun nicht zu sehr gelangweilt und bin guter Hoffnung auf weitere Kilogramm-Angaben von Euch - danke!

Schöne Grüße
Michael

edit: als Nachsatz noch: natürlich sind nicht nur Reifen und Felgen "rotierende Massen", sondern alles, was sich am Antriebsstrang dreht. Ich denke mir, dass es Sinn machen kann, an der Rad-/Reifenkombination bei Optimierungsmaßnahmen zu beginnen. Ist jedenfalls einfacher, als jetzt mal auf die Schnelle die Kurbelwelle feinzuwuchen...

[Dierk]

Zum Vergleich, die 9x13 Campagnolo Magnesium vom Fili wiegt 6,3kg.

[Gstalzer]

Probiert habe Ich 175 60 13 also spontaneresansprechen auf lenkung ,höheres drehzahlniveau
weniger grip,habediese Reifen verschenkt und wieder 185 60 13 drauf (yokos)
Weniger gewicht hinten habe ich realisiert (heckfenster Plexiglas,leichte Lima,leichter Starter,kein
Reserverad,kein Wagenheber,alle unnötigen Halterungen entfernt.....)ca 10 kg-das merkt man
Leichteres Swungrad,leichte Kolben bringen ebenfalls viel einen gemachten Murl erkennt man nicht wieder,
Das mit den leichteren Räder kann Ich aus eigener erfahrung bestätigen.Liechtere Räder haben Vorteile
Das auto liegt besser,reagiert schneller .

[Heinz]

...Nachbau der CD66 in 7x13: 7,9 kg (also eine zeitgenössische Felge, aber deutlich zu schwer!)...

Hier gibt es einige Angaben http://roisgimo.multiply.com/photos/alb ... ora_Wheels#

[Holgi]

Die relevanten Grundgleichungen:

F=m*a

Kraft = Masse * Beschleunigung

M = omega punkt * J

Drehmoment = Winkelbeschleunigung * Trägheitsmoment

Damit ist klar: Wenn ich einen Wagen beschleunige bleibt für die Fahrzeugbeschleunigung nur das übrig, was der Motor nicht auch noch als Drehoment für den Term M=omega punkt * J benötigt.

Wenn ich als 150 Nm zur Verfügung habe (natürlich keine feste Größe, schon klar), dann benötigt man unter Umständen allein schon 1/3 der Kraft des Motors dafür, überhaupt mal die trägen Massen hochzubeschleunigen, also den Motor auf Drehzahl zu bringen und die Räder/Achswellen zu beschleunigen.

Daher ist auch klar, dass das Massenträgheitsmoment des Motors eine besonders große Rolle spielt: Denn hier ist die Winkelbeschleunigung besonders hoch!

[Acki]

Irgendwo hatte ich es mal gerechnet gefunden.
1 Kilo an der Felge wurde durch die Übersetzung richtig viel. (muss Lügen aber 100 Kilo Fahrzeugmasse wurden da als Beispiel genannt)
Also der Effekt an den Rädern ist schon sehr groß.
Sommer/Winterräder merkt man es ja auch schon deutlich.

[Holgi]

Die Formeln, inwieweit rotatorische Massenträgheiten in lineare umzurechnen sind kann man sich herleiten:

Annahme eines bestimmten dynamischen Radhalbmessers (rdyn)
omega_Punkt_Rad * rdyn = a

Weiterhin gilt an EINEM Rad (bitte also die entsprechende Zahl der Räder selbst einrechnen):

Radmoment / rdyn = Radkraft

Es soll gelten: Radkraft = m * a =(!) omega_Punkt * J / rdyn

obige Formel eingesetzt:

m * omega_Punkt_Rad * rdyn = omega_Punkt * J / rdyn

Aufgelöst nach omega_Punkt * J ergibt sich also:

omega_Punkt * J = m * omega_Punkt * rdyn^2

und damit J = m * rdyn^2

mit anderen Worten:

Das Trägheitsmoment der Räder entspricht der Fahrzeugmasse mal dynamischem Radhalbmesser zum Quadrat oder umgekehrt: Die äquivalente Fahrzeugmasse ist m= J / rdyn^2

Beispiel:
Radhalbmesser: ca. 0,3m
Trägheitsmoment pro Rad: ca. 2 kg m^2
D.h. jedes Rad wirkt so als ob ca. 22 kg träge Fahrzeugmasse beschleunigt werden muss.
Nun lässt sich das Massenträgheitsmoment halt nicht auf 0 reduzieren, d.h. realistisch schätze ich, dass man das Trägheitsmoment z.B. auf 1,5 kg m^2 reduzieren könnte, was dann in Summe einem Gewichtsvorteil von zusätzlichen 20 kg (lineare Masse) entspricht. Zusammen mit dann vielleicht in Summe 10kg Massenreduktion wirkt das also als hätte man sein Fahrzeug 30kg leichter gemacht.

Finde ich übrigens auch mal wieder ein spannendes Thema!

[Herman]

Habe jetzt zwar nicht alles hier im Detail gelesen (vielleicht steht hier schon irgendwo die Antwort) aber die Drehzahl hat indirekt einen Einfluß, wie Manuel schreibt. Wenn man ein breites Drehzahlspektrum hat, wie eben beim Motor von 1000 1/min bis 7000 1/min kann man auch größere Winkelbeschleunigungen haben. Die Übersetzung hat auch noch einen Einfluß weil der Motor im 1. Gang natürlich schneller das Drehzahlband durchlaufen kann als z.B. im 5. Gang. Als Folge ist die Winkelbeschleunigung größer und deshalb eben auch das aufzubringende Moment. An den Rädern sind die Drehzahldifferenzen viel kleiner und somit auch die auftretenden Winkelbeschleunigungen.

(Das Ganze gilt für ein mechanisch gekoppeltes System, theoretisch könnten die Räder trotz kleinerem Drehzahlbandes trotzdem sehr hohe Beschleunigungen erfahren. Es geht hier nur um die Relation zwischen Motor und Rädern. Am Ende lont es sich aus dynamischer Sicht ohnehin bei beiden die rotatorisch beschleunigten Massen klein zu halten.)

Aber zurück zu den Fakten - wer hat noch Gewichtsangaben?

Gruß,
HermanMitX

[Holgi]

Wenn man obige Gleichungen konsequent auf die Drehzahl am Rad reduziert, dann kommt automatisch das Übersetzungsverhältnis mit rein. Daher hatte ich ja auch geschrieben, dass das Massenträgheitsmoment natürlich am Motor wegen dort höheren Winkelbeschleunigungen auch die größere Rolle spielt!

Daher ist doch auch die Frage viel spannender: Um wieviel wird bei einer Felge auch das Trägheitsmoment reduziert? Hier ist naturgemäß eine 14 oder gar 15 Zoll Felge schlechter dran als eine 13 Zoll Felge! Auch die Breite der Felge geht wegen starker Massenwirkung am äußeren Radius direkt ins J ein ...