Schläuche
Über das Rollverhalten von Schläuchen ist bis auf wenige Pauschalaussagen wie Latex rollt besser als Butyl oder PU rollt am schlechtesten, bisher wenig veröffentlicht worden. Zufällig ist bei einem Test über die Quetschfestigkeit von MTB Schläuchen (Double Snake Bite) auch der Rollwiderstand mitgemessen worden [2]. Da hier Latex- und Butylschläuche mit verschiedenen Gewichten zum Einsatz kamen, Reifen, Felge und Prüfdruck aber immer gleich waren, hat man hier eine hervorragende Datenquelle, wie stark eigentlich Schläuche am Rollwiderstand beteiligt sind. Als Messverfahren wurde eine Rollmessung auf einem glatten 1 m Stahlrad verwendet. Wegen der höheren Walkarbeit sind die Meßwerte nicht so einfach mit den ORM Werten aus ProVelo 32 vergleichbar, liegen aber näher an der Wirklichkeit. Bei den verschiedenen Tests gibt es 2 Überschneidungen bei Reifen

womit man die Größenordnung ungefähr abschätzen kann. Da bei den Messungen keine genauen Angaben zur Felge (& Schlauchtyp) gemacht wurden, sind die Werte aber nicht zu vergleichen.
Daß die Cr-Werte bei Schwalbe Butylschläuche mit niedrigen Gewichten nicht stärker nach unten gehen, scheint im ersten Moment unlogisch. Schließlich ist das Gewicht schon nahe der 0g Marke und hier müßten sich die Rollwiderstände von Butyl und Latex wieder treffen, da dann nur noch der Reifen walkt. Eine mögliche Erklärung hierfür wäre, daß die Schläuche immer kleiner werden und sich stärker dehnen, bis Sie den Reifen berühren. Mehr Dehnung bedeutet auch mehr Energie die im Schlauch gespeichert ist, höhere Verluste sind so wahrscheinlicher. Latexschläuche verlieren recht schnell ihre Luft, so daß diese

Schläuche 559 Gewicht [g] Umfang [mm] Cr mit Conti Avenue 47-559 Schwalbe Downhill 411 ? 0,0099 Schwalbe MTB 193 91 0,0071 Schwalbe Extraleicht 122 82 0,0066 Continental M 201 95 0,0040 Continental N 26"? ? ? s. Felge Hutchinson Naturgummi 330 ? 0,0061 Ritchey Butex 90 ? 0,0033

im Alltagsbetrieb wohl fehl am Platz sind. Angesichts der großen Cr- Unterschiede, dürfte aber bei einem Rennen mit gleich starkem Fahrerfeld, der richtige Schlauch vielleicht den Ausschlag geben. Da die Versorgung mit Latexschläuchen im Moment nur für 622, 571 und 559 problemlos klappt, muß man für Liegeräder selber zur Tat schreiten. Dazu wird der Schlauch durchgeschnitten, entsprechend abgelängt und mit üppiger Überlappung wieder zusammenvulkanisiert. Nach erfolgreicher Vulkanisation kann der entstandene Absatz im aufgepumpten Zustand vorsichtig an einem Doppelschleifer abgetragen werden.

Kontakfläche Schlauch - Reifen
Die Reibung in der Kontaktfläche zwischen Schlauch und Reifen ist eine weitere Quelle die den Rollwiderstand erhöht. Um diese zu verringern, hilft wieder ein möglichst flexibler und dünner Schlauch, sowie hohe Flächenpressung (Druck). Einer der Gründe, warum z.B. Autoreifen mit ihren niedrigen Drücken schlauchlos geworden sind. Inwieweit das praktizierte Einreiben des Schlauches mit Talkum (gegen Aufscheuern) den Rollwiderstand verändert, ist noch nicht gemessen worden.

Felge
Wie vorhin schon angeschnitten, hängt der Rollwiderstand auch von der Felge ab. Das ist bis jetzt noch nie gemessen oder veröffentlicht worden [3]. Nach den bisherigen Tests konnte man vermuten, daß ein Reifen der breiter aufliegt auch besser rollt, was auch zutrifft. - Leider geht in den Rollwiderstand auch die Höhe des Felgenhorns ein. Je kürzer die Felgenhörner sind, desto besser rollt der Reifen (Conti Grand Prix 25-559). Bei schmalen Felgen fallen diese kürzer aus worauf die Cr- Reduzierung zurückzuführen ist. Da nur bei 2 verschiedenen Felgenhornweiten / Höhen (20/6,5 und 14/5,0 mm) gemessen wurde, läßt sich über den Verlauf der Kurven allerdings nur spekulieren. Bei höheren (breiteren) Reifen ist die Hornweite vermutlich wichtiger. In dem Zusammenhang sind Rollwiderstände von früheren Messungen mit unbekannten Felgen oder Schläuchen wohl nicht zu reproduzieren.

Möglicherweise spielt da auch noch ein Schlaucheffekt mit, da bei der breiteren Felge 20/6,5 der Schlauch (Conti N 26"?) stärker gedehnt wird.

Belastung Temperatur & Geschwindigkeit
Belastung, Temperatur und Geschwindigkeit sind weitere Faktoren die Cr und damit den Rollwiderstand bestimmen. Diese Tatsache ist bei Cr- Messungen in der Autobranche bekannt und wird auch berücksichtigt. Bei steigender Belastung bleibt Cr nicht konstant sondern beginnt immer stärker anzusteigen. Der Rollwiderstand steigt also zu höheren Belastungen überproportional an.
Beim Einfluß der Temperatur, läßt sich nur hoffen, daß Fahrradreifen das Minimum der Hystereseverluste bei 20°C haben. Der Schwefelgehalt, der maßgeblich an dem Kurvenverlauf beteiligt ist, läßt sich nachträglich nicht so ohne weiteres verändern. Falls das Minimum bei höheren Temperaturen liegen sollte, würde ein Aufheizen der Reifen im Wasserbad für Rekordversuche, hier noch etwas bringen (Druck beachten). Autoreifen erreichen ihr niedrigstes Cr erst ab ca. 60°C.
Der Rollwiderstandskoeff. Cr und die Federkonstante von Diagonalreifen sind auch deutlich geschwindigkeitabhängig. Die Beiwerte steigen kontinuierlich mit der Geschwindigkeit an, wobei ein hoher Luftdruck diesen Effekt abschwächt [15]. Höchste Drücke sind also bei Rekordfahrzeugen Pflicht. Bei Stahlgürtel Radialreifen tritt dieser Effekt erst ab ca.150 km/h auf.

Luftwiderstand
Fahrradreifen erzeugen auch Luftwiderstand. Neben der Breite, spielt dabei ebenfalls die Oberfläche eine Rolle. Bei niedrigen Reynoldszahlen tritt z.B. häufig laminarer Abriß an der Vorderseite auf. Die dadurch entstehende Wirbelverbreiterung treibt den Luftwiderstand nach oben. Um den Ablösepunkt möglichst weit nach hinten zu verlagern, müßte die Reifenoberfläche rauh, also mindestens diamantiert oder profiliert sein (Grenzschichtumwandlung). Reine Slicks sind hier wohl eher 2.Wahl. Bei Reifen-Strömungsbilder von Scheibenrädern, kann man am Reifen eine laminare Ablöseblase und turbulentes Wiederanlegen der Strömung an der Scheibenfläche erkennen [14].

Luftverlust (grüne Ventilkäppchen)
Sauerstoff (21%) und Stickstoff (78%), die beiden Hauptbestandteile von Luft, diffundieren durch ihre geringe Molekülgröße (0,0004 µm) relativ leicht durch Gummi.
Lt. einer interessanten Werbung [10] läßt sich durch Gas, das aus größeren Molekülen besteht, bei Autoreifen die Diffusion fast vollständig unterbinden.
Ein Bekannter hat das einmal bei seinem Auto ausprobiert und damit leider einen Riesen-Beitrag zur Klimaerwärmung geleistet (s. Kasten).
Denn entgegen zusätzlicher Versprechungen (Komfort-Füllung, Formel-1 erprobt, ...) läßt sich durch Wechseln der Gassorte, weder der Rollwiderstand oder Verschleiß verringern, noch die Reifen-Dämpfung verändern.

Laut Spiegel 52/97 S.149 handelt es sich bei dem Gas um SF6, einem extrem langlebigen Treibhausgas, mit dem sich während eines (Auto-)Reifenlebens ca. 141 kg CO2-Emissionen einsparen lassen (durch konstanten Reifendruck), daß beim Entweichen in die Atmosphäre aber so klimawirksam wie 23900 kg CO2 ist. Eine Gasrücknahme beim Reifenhändler vor einem Reifenwechsel durch Absaugen aus den Altreifen wird nicht angeboten. s. auch [16]

Die SF₆(Schwefel-hexa-fluorid)-Füllung hat die einzige Aufgabe, den Luftverlust zu verringern und damit das 2-monatliche Luftdruckprüfen zu umgehen.
Tip: Den Druck muss man aus Sicherheitsgründen von Zeit zu Zeit ohnehin prüfen (0,0006 µm grosse Moleküle dichten keine Löcher ab). Dabei kann man auch die (+)-Taste am Druckbehälter benutzen und so gratis und ohne Treibhausgas den Reifen auf Druck halten.
 
Im Gegensatz dazu werden Reifen-Füllungen mit Stickstoff (N₂) bei Fahrzeugen verwendet, die leicht brennbare Materialien mitführen und es darauf ankommt, den Rest möglichst brandhemmend zu gestalten.
CO₂ als Füllgas kommt zum Einsatz, wenn möglichst viel Gas auf kleinstem Raum mitgenommen werden soll, da dieses bei moderaten Drücken (~56 Bar) flüssig ist. => Pannensets für Fahrräder.
 

Gürtelreifen
In verschiedenen ProVelo-Artikeln war verstärkt darauf gedrängt worden, doch endlich Gürtelreifen für kleine Größen herzustellen. Bei der Menge an verschiedenen 18/20 Zoll Größen, fragt sich nur für welche? Und bei dem Preis ist auch nicht jeder Betrag möglich. Gürtelreifen für 80,- DM müßten schon deutliche Verbesserungen gegenüber Diagonalreifen aufweisen. Ein Selbstbau nach Rinkowski Art macht zwar viel Mühe, ist aber möglich, wobei man von der Haltbarkeit nicht zuviel erwarten sollte. Vom Zeitaufwand her, dürfte das ähnlich sinnvoll wie der Bau von Rahmen sein. Wer Interesse an schlauchlosen Radialreifen mit 0° Gürtel hat, kann sich auch aus dem Motorrad Sektor bedienen. 16 Zoll Mofa / Moped / Motorrad Reifen besitzen die Größe 406 ETRTO, wobei die erhältlichen Breiten (70-180 mm) locker für ein Pentadem reichen und der Geldbeutel pro Stück um 250 - 340,- DM erleichtert wird (zum Testen Altreifen?).

Zukünftige Messungen
In naher Zukunft hoffe ich, daß noch folgende Messungen veröffentlicht werden
1. Rollwiderstand ohne Schlauch, z.B. mit abgedichteter Felge (mit Pannenspray und Mikropumpe [Autozubehör] zum Überbrücken der Messdauer).
2. Einen Test mit vielen verschiedenen (auch extremen) Felgenhornweiten / Höhen für einen breiten und einen schmalen Reifen.
3. Die Abhängigkeit von der Belastung im Bereich 10-100 kg für verschiedene Reifen (auch wenn die Reifen nicht für die Belastung empfohlen werden).
4. Eine Überprüfung der Verhältnisse der Meßwerte von Tour.
5. Die verwendeten Felgen und Schläuche von älteren Tests.
6. Einen ausgiebigen Schlauchtest, auch mit PU, AirB, Vollmaterialschläuchen wie Panzerschlauch oder Anti-Platt Einlagen etc.
7. Temperaturverlauf der Dämpfungsverluste
8. Bauanleitung für das ORM, den Reifendämpfungs-Messaufbau und Rinkowski Gürtelreifen.
9. Wegen der mickrigen Auswahl an kleinen Reifen, eine Hochdruckprüfung (5 Bar) von einfachen Kinderradreifen Die Formel, nach der meistens der Reifen-Nenndruck berechnet wird, bietet hier noch Reserven. · Pnenn=P [50 % Ausfall] / 2
Fazit, wer Interesse hat sich etwas intensiver mit der Materie auseinandersetzen, kann seinen Rollwiderstand auch ohne Rinkowski Gürtelreifen deutlich absenken.

Tips
Für Rennen empfehlen sich eigentlich nur superleichte Latexschläuche und falls diese nicht in der entsprechenden Größe (z.B. Liegerad) erhältlich sind, kann man selbige aus größeren Exemplaren selbst zusammenvulkanisieren. Evtl. könnte man die Wandstärke auf der Oberseite durch Sandstrahlen des angepumpten Schlauches noch weiter verringern. Alltagsradler denen geringster Luftverlust wichtiger ist, haben z. Zt. keine Möglichkeit den Rollwiderstand mit Latexschläuchen abzusenken. Trotz (Roll-) Leistungseinsparung von bis zu 50 %, ist halbwöchentliches nachpumpen auch mit butylisierten Exemplaren unumgänglich. Und Nabenpumpen die das erledigen gibt es noch nicht zu kaufen. Alternativ bieten sich große flexible Butylschläuche an, die sich gerade noch faltenfrei montieren lassen . Wenn der Reifen allerdings schlecht rollt, lohnt sich auch kein Superschlauch.
Die Frage welche Reifenbreite sinnvoll ist, muß man je nach Bedarf neu entscheiden. Gut rollende Reifen gibt es in allen Breiten (schlecht rollende auch). Also in Tests nachschlagen oder selber messen. Wegen den normalerweise großen Unterschieden, kann z.B. ein Breitreifen bei 3 Bar besser rollen, als ein Hochdruckreifen bei 7 Bar. [4], [1], [2]
Als Felgenhornbreite empfehlen sich wahrscheinlich 60-80% Reifenbreite nach ETRTO. Wer sich die Mühe macht und die einzelnen Hornhöhen sowie Hornweiten von Felgen in Erfahrung bringt, kann durch eine geschickte Auswahl noch mehr erreichen. Heruntergefeilte Hornhaken sind wegen des unsicheren Reifenhalts allerdings nicht empfehlenswert. Da Rollwiderstände auch Lastabhängig sind, wäre es sicherlich sinnvoll für Vorne und Hinten verschiedene Reifen zu benutzen. Dies ließe sich durch einen Blick auf (nicht vorhandene) Kurvenverläufe von Cr in Abhängigkeit von der Last, leicht bewerkstelligen. Bei breiten Reifen mit großem Durchmesser und geringer Belastung braucht man nur geringe Drücke um ein minimales Cr zu erreichen s.TT 2000.

Reproduzierbare Messungen
Bei Rollwiderstandsmessungen reicht es angesichts der vielen Parameter nicht aus, nur das Meßverfahren und die Oberfläche zu beschreiben. Die Cr-Werte in [1], [2], [4] ändern sich z.B. mit Sicherheit, wenn mit anderen Felgen oder Temperaturen gemessen wird. Daß diese Effekte sogar teilweise den Anteil des Reifens am Rollwiderstand erreichen (s. Schläuche), ist erstaunlicherweise bisher in fast keinem Test berücksichtigt worden.

In Zukunft Gürtel?
Radial- Fahrradgürtelreifen in naher Zukunft, scheinen unwahrscheinlich. Hoher Preis, identische Laufleistung, allgemein unbekannte Rolleigenschaften und typisches Kaufverhalten sprechen z. Zt. dagegen. Im Bedarfsfall also selber bauen und einen Artikel schreiben.
Bei Reifen wie Semperit Steel oder Wolber Invulnerable liegt auf einer Diagonalkarkasse ein Stahlgewebe oder -Cord als Schutzeinlage. Damit rollen diese kaum besser als übliche Diagonal- Fahrradreifen sondern eher schlechter, wie Tests [1] und Werbung belegen. Für Optimisten hier noch die Daten eines Rinkowski Gürtelreifen 47-406, 5 Bar, Cr=0,0016 ORM, Butylschlauch g ?, Felge ? [4].

Selber Messen
Wer keine Lust hat bis zum nächsten Jahrtausend auf Messungen (und deren Veröffentlichung !) zu warten, kann diese auch selbst ausführen. Praktisch alle I/O - Karten von PC´s besitzen einen 15 poligen Gameport, welcher mindestens 2 analoge und 2 digitale Eingänge

PC Gameport
Pin	Belegung	Addr. [Bit]
1,8,9,15	+5V	---
2	D0 auf GND	513 [4]
3	Analog 1 R1 gegen +	513 [0] Stat.*
4,5,12	GND	---
6	Analog 2 R2 gegen +	513 [1] Stat.*
7	D1 auf GND	513 [5]
10	D6
11	D2
13	D3
14	D7
* Abfrage nur zum Initialisieren

beherbergt. Nach Initialisieren der Port´s, liefern die Analogeingänge 20 mal in der Sekunde einen Zahlenwert zwischen 0-255 der von dem Widerstand (0-300 K) gegen +5V abhängt. Die digitalen Eingänge natürlich nur 0 oder 1. Damit hat man ein preiswertes Meßwerkzeug um Drehmomente, Längenänderungen, zeitl. veränderl. Pulse und andere Größen mit Hilfe von Federn & Potis, Discount-Walkmen, Pulsclips (Hometrainer) etc. zu erfassen und auszuwerten. Programmier- und Elektronikkentnisse vorausgesetzt. Die erforderlichen Aufbauten zum Messen von Roll- und sonstigen Widerständen wie Meßdreiräder, Vollmaterialräder etc. kann man entweder nachbauen oder sich neue Konzepte überlegen.
Beim Testen sollte man der Versuchung widerstehen, Fremdspannung an die Analogeingänge anzulegen, da das Meßprinzip auf einer Zeitmessung mit Hilfe eines RC-Gliedes basiert, welches durch den Meßwiderstand auf- und im 20 Hz Takt mit einem Transistor entladen wird. Bei Fremdspannung hat man dann günstigenfalls 2 ruinierte Eingänge.
Wer die Sache etwas vorsichtiger angehen will, kann sich auch eine gebrauchte I/O Karte (2 ser / 1 par / 1 game) für ca. 15,-DM kaufen und so etwaigen Zerstörungen etwas gelassener entgegensehen. Trotzdem gilt, Computer-Datenleitungen nie mit den Fingern o.ä. anfassen und immer potentialfrei arbeiten. Für defekte Motherboards oder Baufehler ist natürlich jeder selber verantwortlich.

R Sch"upferling

Literatur

1. R. Kühnen, D. Zedler, Drucksache, Tour 8/94 S.52ff.
2. R. Kühnen, D. Zedler, Begrenzte Haftung, Tour1/95 S.42ff.
3. R. Kühnen, Machen schmale Felgen schneller?, Tour5/95 S.16
4. T. Senkel , Plädoyer für einen guten Reifen , ProVelo 32 3/93 S.15ff.
5. K. P. Backfisch, D. Heinz, Das Reifenbuch, Motor Buch Verlag
6. G. Schreyer, Konstruieren mit Kunststoffen, Carl Hanser Verlag
7. Autorenkoll., Neue Konstruktionsmöglichkeiten mit Kunststoffen Bd.4
8. H. Domininghaus, Die Kunststoffe und ihre Eigenschaften, VDI Verlag
9. Autorenkoll., Alles über Räder und Reifen, mot Spezial
10. Werbung, Conti AIRSAFE
11. M. Pastré, Die Ausrollmessung zur Bestimmung . . , ProVelo 40 3/95 S.45 ff.
12. 486-GIO-VT Mainboard Manual (Jum456.zip->Jumper6.pdf)
13. H. J. Zierke, Conti Super Sport 100, Radfahren 3 - 95 S.57 f.
14. Prof. A. Dal Monte, M. F., P. F., Italian Development in HPV´s, Rome, Institute of Sport Science 1986
15. F. R. Witt, D. G. Welson, (Ch.5 The Wheel) S.127, Bicycling Science, MIT Press 1982
16. Vergölst.de PowerAir (vorher Airsafe)