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Kurventechnik Teil 4 - Vom Spiel der Kräfte

Die Kritik ist berechtigt. Die bisherigen Betrachtungen sind doch sehr theoretisch. Wo gibt es den Biker, dem es gelingt mit konstanter Geschwindigkeit und konstantem Radius eine Kurve zu durchfahren und wo gibt es die Kurve, die irgendwann schlagartig als solche beginnt und endet. Alles graue Theorie - aber um das komplizierte Spiel der Kräfte, das ja unsere Leidenschaft das Motorradfahren so interessant macht, zu verstehen, muss man eben Vereinfachungen treffen. Eine alle Einflussfaktoren berücksichtigende Analyse des Kräftespiels des kurvenräubernden Bikers ist eigentlich unmöglich und kann bestenfalls mittels komplexer Simulationsverfahren näherungsweise nachvollzogen werden.
Um einen weiteren Schritt in Richtung Realität zu gehen, soll jetzt untersucht werden, wie sich neben den bisher betrachteten radialen Kräften Brems- und Beschleunigungskräfte bei Kurvenfahrten auswirken.
Ergebnis der Betrachtungen im Teil 2 "Grenzwerte" war die Erkenntnis, dass es bei Ausnutzung der maximal möglichen Bodenhaftung eine vom Kurvenradius abhängige maximale Geschwindigkeit gibt. Diese Betrachtung wäre dann richtig, wenn bei der Kurvenfahrt keinerlei in Fahrtrichtung wirkende Kräfte zwischen Rad und Straße übertragen werden würden. Das ist eigentlich nur im Leerlauf oder mit betätigter Kupplung möglich. Schon zum Beibehalten einer konstanten Geschwindigkeit ist es notwendig, ein paar Kilowatt auf die Straße zu bringen (siehe Thema "Power und Speed"). Was nun passiert stellt nebenstehende Abbildung dar:
Kräfteparalleogramm Neben der die Fliehkraft kompensierende Radialkraft Fradial tritt eine in Fahrrichtung wirkende Beschleunigungs- oder Bremskraft Fa auf den Plan. Dabei ist es egal ob wir Brems- oder Beschleunigungsvorgänge betrachten, diese unterscheiden sich lediglich im Vorzeichen - nicht in der Wirkung. Da beide Kräfte senkrecht aufeinander stehen, die Radialkraft in Richtung Kurvenmittelpunkt, die Beschleunigungskraft tangential in Fahrrichtung, kann der Betrag der resultierenden Kraft Fresult mittels Pythagoras berechnet werden:
Phythagoras
Beim Versuch, das Ganze mit konkreten Zahlenspielereien zu untermauern ergibt sich ein weiteres Problem, nämlich die Tatsache, dass ein Bike insgesamt zwei Räder hat, von denen nur das hintere zu Vortriebszwecken genutzt werden kann. Schlussfolgerung: Beschleunigungsorgien bei Kurvenfahrten führen in der Regel zum "Weggehen" des Hinterrades, während spontane Bremsversuche, zum Ausbrechen des Vorderrades führen.
Dennoch einige Zahlen: im Teil 2 wurde für eine Kurve mit einem Radius von 100 Metern eine maximale Geschwindigkeit von 112,8 km/h (31,32 m/s) berechnet. Die dabei auftretende Fliehkraft ist gleich der Kraft, die die Fahrzeugmasse plus Fahrer auf die Straße drückt, bei 300 kg ergeben sich mithin 2945 Newton. Aus dem Diagramm im Beitrag "Power und Speed" können wir ablesen, dass zur Aufrechterhaltung dieser Geschwindigkeit etwa 15,7 PS bzw. 11,5 kW notwendig sind. Um diese Kilowatt auf die Straße zu bringen dividieren wir die Leistung von 11500 Watt durch die Geschwindigkeit von 31,32 m/s und erhalten eine Beschleunigungskraft von 367 N. Mittels des oben angegebenen Pythagoras können wir jetzt die Resultierende und damit die reale Kraft berechnen, die vom Reifen auf die Straße übertragen werden muss:
Das Ergebnis überrascht: Mit einem Wert von 2965,7 N zeigt sich, dass moderates Gasgeben zum Aufrechterhalten der Geschwindigkeit im Kurvenverlauf kein Risiko darstellt.
Dramatischer sind Bremsversuche: um vom Tempo 112,8 auf 50 Metern zum Stehen zu kommen, ergibt sich ein (negativer) Beschleunigungswert von g = 9,8 m/s2. Dieser fordert jedoch die gesamte verfügbare Reibkraft, ist also nur bei absoluter Geradeausfahrt und optimaler Beherrschung der Bremstechnik zu bewältigen. Sollte kein Gegenverkehr und keine Leitplanke dieser Katastrophenbremsung im Wege stehen, bleiben dem Biker die erforderlichen 3,19 Sekunden in guter Erinnerung.

Zusammenfassung: Die Bremserei erledigt man am besten vor der Kurve. Ist diese unbekannt und nicht vollständig zu übersehen ist es zweckmäßig, eine angemessene Reserve Haftreibung für eventuell operativ notwendig werdende Bremsmanöver einzuplanen. Hingegen sind moderate Beschleunigungsaktionen auch in Kurven möglich.

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