Wir kriegen das schon noch hin - insbesondere wenn Gewitter gerade die Ausfahrt verhindert. Machen wir doch mal Zahlen für die Bremsen:
Kühlflächen:
- 200mm-Scheibe mit 15mm Reibring (beidseitig gezählt!): 174cm2
- 622-Felge, 10mm Flanke, 30mm Felgenaussenbreite: 977cm2
- 180mm-Rollenbremse, als Platte vereinfacht (beidseitig gezählt): 509cm2
Erlaubte Übertemperatur gegenüber 20°C:
- Scheibe: 580K
- Felge: 80K
- Rollenkühler: 180K (hält das die Nabe/Rollenbremse wirklich aus?)
Produkt bilden (weil das für die Entwärmung eigentlich entscheidend ist):
- Scheibe: 100.920 Kcm2
- Felge: 78.160 kcm2
- Rollenkühler: 91.620 Kcm2
Was ist daraus zu entnehmen?
Die Scheibenbremse ist die leistungsfähigste im Gebirge, aber nicht mit großem Vorsprung. Deshalb sind die Bremsprobleme im Gebirge nicht verschwunden. Die Scheibe muß und kann heiß gefahren werden (600°C!), aber das erfordert geschicktes Bremsen, um Zange/Beläge nicht abzurauchen.
Die Felge darf nicht heiß gefahren werden, sonst Spontanversagen des Reifens. Außerdem sind die Gummibeläge gleich im Fading-Bereich und schmieren ab. Sägezahnbremsen hilft minimal den Belägen, bringt aber nicht wirklich was, weil die Felge ja nicht hochgeheizt werden darf. Konstruktionsfehler: eine Kühlfläche wird mit einer hitzeempfindlichen Struktur (Reifen) umkleidet - absurd.
Rollenbremse ist von den Werten dazwischen, eventuell gibt es hier kein Spontanversagen(?), dazu kenne ich das Teil aber zu wenig und auch die Zahlenannahmen.
Bremskraft bzw. Bremsmoment an der Nabe ist eine ganz andere Größe. Da liegt die Scheibenbremse auch vorne, aber gegenüber einer gut eingestellten Felgenbremse bekanntermaßen nicht um Welten, die Rollenbremse kann ich da nicht bewerten.

Die Überschlagsrechnung ist ja gut und schön, aber da fehlt irgendwie was:
Für das Aufheizen ist noch die spezifische Wärmekapazität, aber auch die Wärmeleitfähigkeit wichtig. Da gibts bei Stahl und Alu Unterschiede.
Für die Wärmeabgabe spielt die Luftanströmung eine wichtige Rolle. Da fehlen mir auf den ersten Blick die Vergleichswerte: Die Felgeninnenseite ist die Hälfte der Zeit im Windschatten vom Reifen. Ich vermute, dass das eher ungünstig ist. Dafür ist durch den großen Abstand zur Nabe der Weg, den ein Punkt auf der Bremsflanke durch die Luft zurück legt, länger, was für die Wärmeabgabe wieder von Vorteil sein sollte. Und die Rollenbremse hinten ist ähnlich wie auch die Scheibenbremse ziemlich im Windschatten.
Im Großen und ganzen sind mir das irgendwie zuviele Extrapunkte mit nicht unerheblichem Einfluss, als dass ich mir da einen pauschalen Vorteil eines Systems draus ableiten könnte.

Was sollen Grade K * Quadratzentimeter eigentlich sein ? Bei Wärmekapazität geht es um Masse und Material.

Warum zählst du bei der Scheibe 2 Seiten und bei der Felge eine ? Eine Felge mit 20x20mm Aussenmaß hat eine Oberfläche von 6cm2/cm Umfang, dazu noch den inneren Steg des Kastenquerschnitts, also zusammen eher 8. Bei einem nicht ungewöhnlichen Durchmesser von 600mm ist die Fläche damit schon >1500cm2, und K*cm2 >120.000. Scheibe ist also deutlich weniger leistungsfähig, wenn man deiner Rechnung folgte

.. weil man genau dieses Produkt in die Gleichungen einsetzt, um die abgegebenen Watt zu berechnen: Kühlfläche x Übertemperatur. Davor kommen ein paar kompliziertere Faktoren, die von der Geometrie und der Strömungsgeschwindigkeit abhängen.
Warum die Scheibe 2x? Weil beide Seitenflächen wirken.
Warum die Felge nur 1x (d.h. innen zur Nabe hin)? Weil der Reifen/Schlauch als isolierend angenommen wird.

Wärmeleitung des Materials: Spielt eine Rolle bei der Entwärmung relativ "dicker" Klötze, wenn also der Wärmestrom innen fast ähnlich "schlecht" wird wie der Wärmestrom nach Extern. Das ist bei der dünnen Scheibe nicht der Fall (aber glücklicherweise genau bei den Streben nach innen zur Nabe, was deren Aufheizung verhindert). In der Felge auch nicht, weil der Reifen nach außen isoliert, das Felgenalu gut leitet, und die Wandstärken der Felge nicht groß sind. Bei der "klotzigen" Rollenbremse ist es etwas anders, deshalb wird sich ein deutliches Temperaturgefälle einstellen müssen. Innen vielleicht 220°C, außen vielleicht 180°C, im Mittel 200°C - rein geschätzt. Eventuell ist das Gefälle noch größer und außerdem generell zu hohe Temperatur für diesen Bremsentyp. Wenn man da um z.B. 60K runtergehen muss, also 140°C (z.B. innen 160°C, außen 120°C) dann fällt die sofort um ein Drittel zurück. Ich kenne die Rollenbremse zu wenig und kann deren Hitzegrenze nicht besser schätzen.
Wärmekapazität des Materials: Ist für die Funktion einer Bremse unverzichtbar. Ohne diese würde die Temperatur "springen", bei Belastung sofort auf die Temperatur, welche die Leistung abführt, bei Entlastung sofort auf Umgebungstemperatur. "Sägezahnbremsen" ginge gar nicht sinnvoll. Sie "glättet" die Temperatur zwischen Bremsphase und Rollphase auf den "Sägezahn" runter, aber ist immer viel zu klein, um wirklich Höhenmeter zu speichern (was leicht berechenbar ist).
Bei einer harten Einmalbremsung spielt es eine große Rolle, aber wir reden von langen Abfahrten ohne geringste Chance, "Höhenmeter" zu speichern.

Hallo Andre,



Gute Idee, das Thema mal theoretisch anzugehen ...



Da bin ich mir nach Deinem ersten Versuch allerdings noch nicht so sicher ...
...


?! inwiefern "leistungsfähigste" ?! Bei theoretischen Bergen? Sehe den Praxisbezug nicht.



?!? Was will uns das sagen?

Finde, die Ergebnisse Deiner theoretische Betrachtungsweise stehen im Kontrast zu den Praxiserfahrung vieler Reiseradler im Hochgebirge und auch im Kontrast zu den Problemen, die hier gepostet werdren:
- Fading bei Scheibenbramsen kommt vor (deshalb braucht man ja auch eine "Bremsstrategie" (vgl. Titel) um dem vorzubeugen)
- Fading bei Felgenbremsen ist eine extreme Rarität (ich hatte das noch nie) und taucht dementsprechend auch in den Forenbeiträgen praktisch NIE als Problem auf.

Finde, man kann der V-Brake ja viel nachsagen (Einstellung, Verschleiss etc), aber dass sie (immer in Bezug auf das Thema hier!) EMPFINDLICHER in Bezug auf Überhitzung ist als eine Scheib entspricht absolut nicht meiner Erfahrung (Pässe mit viel Gebäck mit Scheibe UND V-Brake bereits selbst probiert)!

Diese Widersprüche sollten Dich dazu animieren, die Grundannahmen Deines Modells zu überprüfen ...

Das sehe ich genauso.

Was bei der Felgenbremse gelegentlich auftaucht sind geplatzte Schläuche.

Definiere "gelegentlich".

Die Felge hat 3 Seiten, die der Luft ausgesetzt sind.

Der Duden sagt: gelegentlich

Hier wäre natürlich nicht der Duden gefragt, sondern eine konkrete Zahl. Wieviel Prozent der gefahrenen Bergabkilometer enden bei welchen Bedingungen mit Reifenplatzern. Kann man so natürlich kaum feststellen. Aber schätzen darf man dürfen. Und ich vermute, daß das einfach extremst selten vorkommt. (Man muß ja gegenrechnen, daß, wie üblich, von denen nix berichtet wird, bei denen es keine Probleme gab.) Hier geht es ja aber um den Vergleich zu Scheibenbremsen.

So, nächstes Gewitter da, deshalb Runde abgebrochen.
Ich sehe da den Widerspruch nicht. Der Vorsprung der sogar 200mm(!)-Scheibe bei immerhin 600°C(!) ist mit nur 100.920 Kcm2 gegen die 78.160 kcm2 der Felge bei 100°C doch eigentlich erschütternd gering. Da hätte ich mindestens Faktor 2 gewünscht, aber die Physik gibt nicht mehr her. Das paßt doch genau zu Erfahrungen der V-Brake-Fahrer und auch der Scheibenbrems-Fahrer: die einen liegen nicht so stark zurück und die anderen nicht so weit vorne. Beides die gleiche Aussage.
Die Einsortierung der Rollenbremse ist noch unsicher, weil die 200°C-Annahme keiner bestätigen/widerlegen kann. Mal schauen, ob da jemand Erfahrungen hat.
"Felge nicht heiß werden" bedeutet, nicht über die 100°C, weil es riskant für den Reifen wird. Das ist aber auch die Annahmen der lila Kurve in www.sudibe.de - und das scheint mir plausibel. Die V-Brake-Fahrer mit Reifenversagen im Gebirge können natürlich keine konkrete Temperatur nennen. Nur mit was darf man aufgepumpte Reifen thermisch belasten? Die 100°C sind keine so schlechte Schätzung.
Fading bei V-Brakes gibt es, aber man nennt es dort nicht so, weil das Problem der Felgenüberhitzung, die den Reifen tötet im Vordergrund steht. Das Schmieren der Beläge berichten aber ebenfalls die V-Brake-Fahrer - und zwar auch ohne Reifenplatzer. Fading heißt "nur": der Reibungskoeffizient zwischen den Reibpartnern geht ab einer bestimmten Temperatur zurück. D.h. mehr Druck am Griff für gleiche Bremskraft (nicht mit Bremsleistung verwechseln!!). Bei den "gebackenen" Belägen in KFZ und Fahrrad-SB liegt das so bei 300/400°C, bei "Gummi" der Felgenbremsen viel tiefer, was aber - wie oben gesagt - ja kein großes Problem ist.
Was generell die Formeln angeht: das sind etablierte Rechnungen aus der Ecken Thermodynamik, Abschnitt Wärmeleitung/Konvektion. Die stecken auch hinter der lila Kurve in www.sudibe.de. Fahrradbremsen (gerade die Scheiben) sind verhältnismäßig einfache Gebilde. Knifflig ist die Berechnung des Wärmeflusses in der Zange und wann die Hydraulik versagt. Aber an dem Punkt sind wir ja noch gar nicht. Ausgangspunkt war die Frage des TE, warum die "Sägezahnbremsung" besser als die "Dauerbremsung " ist und zwar technisch begründet. MMn sind wir da dran. Die Scheibe bei 600°C mit Dauerbremsung zu halten ist der Tod der Zange. Unter 600°C zu gehen heißt, die Bremsleistung reduzieren. Bleibt nur die Sägezahnbremsung.

"nicht so stark zurück" - in Bezug auf WAS? Fadingfestigkeit?! Sorry, da liegen handelsübliche Billo-V-Brakes auch OHNE Strategie eindeutig (!) vorn! Pässe mit Gebäck bist Du aber schonmal gefahren, gell?

Um eine Felge auf 100 Grad zu bekommen, muss man es schon drauf anlegen! Rainer Mai hat das mal untersucht: http://fahrradzukunft.de/3/felgenerwaermung/#fazit Und selbst dann halten korrekt bemasste Reifen und Felgen!

Deinen sogenannten "Vorsprung" gibt es nicht !
Du kannst dir auch Gedanken machen, wieviel Energie notwendig ist, um 500g Alu um 80° zu erwärmen, im Vergleich zu 120g Stahl um 600°. Mit deiner Rechnerei ist die Scheibe jedenfalls klar unterlegen.

Natürlich stimmt der Vorsprung mit den oben gewählten Zahlen. Wenn andere Eingangswerte gesetzt werden (deshalb stehen sie ja oben angegeben), kommen auch andere Ergebnisse heraus. Wenn also der Artikel in der Fahrradzukunft für die Felge 110°C als sicher genug vermutet - kein Problem. Dann geht der Wert von 78.160 auf 87.930. Wenn die Scheibe von 200mm auf die eher üblichen 180mm verringert wird, geht es dort von 100.920 runter auf 89.810. Und wenn der "Bremser" es nicht drauf hat, die Scheibe bei den 600°C zu halten (was ziemlich anspruchsvoll ist), sondern tiefer gehen muss, dreht es sich zugunsten der V-Brake um. Übrigens wird auch der V-Brake-Fahrer seine Probleme haben, die Felge schön an 110°C zu halten und nicht darüber zu bringen.
Es ist kein Fehler in den Rechnungen, aber man muss sich über die richtigen Eingangswerte bzw. Grenzwerte unterhalten. Z.B. auch ob die 600°C für die Scheibe realistisch sind. Anstatt im Rechenweg die Probleme zu suchen, wäre es besser, solche Werte zu diskutieren.
Um 500g Alu um 80K zu erwärmen braucht man 36.400J, für 120g Stahl um 580K etwa 32.000J, also fast das gleiche. Das entspricht ziemlich genau der potentiellen Energie eines 150kg-Reiserades/Fahrer, das um 24 Höhenmeter "heruntergelassen" wird. Also ganz grob ohne sonstige Reibung: 24 Höhenmeter jeweils in eine Bremse "eingespeichert" lädt die Wärmekapazität bereits auf die 80K bzw. 580k auf. Ab dann muss rein- und rausgeschaufelte Energie sich das Gleichgewicht halten, sonst geht die Temperatur durch die Decke. Das kann man auch dynamisch rechnen, ist aber überflüssig, weil am Berg nicht die erste Bremsung zählt sondern die vielen dutzend danach und ob man das Gleichgewicht findet.

Um Gottes Willen! So ein Müll-Teil habe ich erst kürzlich entsorgt, da es nicht eine einzige Vollbremsung aus 50km/h mit 150kg Gesamtgewicht überlebt hat. Die war danach defekt da ging nix mehr, nada, niente, null Bremskraft. Der Bremsweg war auch unterirdisch. Die Umrüstung des Rads incl. Nuvinci Nabe auf Scheibe war schmerzhaft, aber hat sich gelohnt. Bzgl. Kühlleistung würde ich mich keinen Illusionen hingeben, die Kühlscheibe hat so viel Spiel, dass da kaum nenneswerte Wärmeübertragung stattfinden dürfte. Vorher ist das Fett verdampft und dann passiert da eh nix mehr. Das taugt für Holländer die im Flachen Schrittgeschwindigkeit fahren, aber nix für echten Einsatz. Jede Autobahnbrücke überfordert diese "Bremse"

Noe Rainer hatte in seiner Testreihe nur beim allerextremsten (!) Test so eine Temperatur, alle anderen (Aufheiz!) - Tests waren unter 100° - bei einer normalen Abfahrt sicher NOCH weniger!

.... dann würde auch die Scheibenbremse bei den Bergen nicht auch 600°C kommen.

Das ist exakt auch meine Erfahrung. Fading mit Scheibe hatte ich auch schonmal, mit Felgenbremsen noch nie. Auch keinen Schlauchplatzer. Aber die heutigen Disc-Bremsen sind schon gut, habe kürzlich ne 4-Kolbenbremse aus dem Downhill-Regal mit 203/180er Scheiben montiert, die taugt schon.

Was die Rechnerei betrifft, muss man nur mal überschlagen, um festzustellen, dass die Wärmekapazität eine untergeordnete Rolle spielt, entscheidend ist die Wärmeabfuhr.

Beispiel: Alu hat ca 900 J/(kg*K), Stahl ca 500.

macht für eine 120g schwere Stahlscheibe (das wiegt eine 180er ungefähr) die um 600K erwärmt wird ca 36kJ speicherbare Energie.
Alufelge 500g um 100K erwärmt macht ca 45kJ.

100 höhenmeter haben bei 100kg Gesamtgewicht bereits 100kJ potentielle Energie intus. Hier wird klar, dass man bei 1.000hm Abfahrt schon anderweitig die meiste Energie vernichten muss.

... jo, das sind interessante Punkte. Dann bekommt man den Kühlkörper nicht ohne Schaden der Bremse auf 200°C und damit passiert das, was oben schon irgendwo im Text steckt: die Bremse fällt dann deutlich zurück.

Fehler ist keiner drinnen, aber das Gleichungssystem ist nicht komplett. Es wurde ja schon erwähnt, dass die Wärmeabgabe komplett vernachlässigt wurde.
Da haben wir Energieabgabe über Wärmestrahlung und über Konvektion. Erstere hängt vom Temperaturunterschied zur Umgebung (hoch 4) und der Fläche ab, letztere maßgeblich von der Anströmgeschwindigkeit, bzw. der vorbei strömenden Luftmenge pro Zeiteinheit. Und gerade dort dürfte es große Unterschiede geben. Da es sich - gerade bei der Umströmung der Felge - nicht um eine laminare Strömung handelt ist das leider auch nicht mehr mit Schulphysik zu lösen. Da müsste man schon anfangen das Gesamtsystem in einer Strömungsmodellierungssoftware (CFD) nachzubilden...
Ohne diese Zahlen hast Du aber nur das halbe Bild.

Aus persönlicher Erfahrung, die natürlich keine Allgemeingültigkeit hat, kann ich mich nur dem allgemeinen Tenor anschließen und Felgenbremsen deutlich geringere thermische Probleme als Scheibenbremsen zusprechen.

Hallo!

Irgendwie beschleicht mich das Gefühl, dass die aktuelle Diskussion ziemlich "deutsch" geworden ist. Es geht mehr ums Prinzip als um praktische Ergebnisse. Nicht, dass da nicht auch interessante Informationen drin stecken, aber: Ist das alles wirklich so wichtig?

Wer ein Fan von Scheibenbremsen ist, wird das auch nach der Diskussion bleiben, wer einer von Felgenbremsen ist, wird bei seinen Felgenbremsen bleiben. Warum? Weil beide ihre Vor- und Nachteile haben. Und weil beide Systeme gute Lösungen fürs Reiseradeln bieten.

Allgemein möchte ich anmerken: Ich bin selbst immer wieder auf langen Abfahrten unterwegs, zum Auskühlen der Felgen (man sieht, ich verwende V-Brakes) bin ich erst zweimal stehen geblieben. Und in beiden Fällen war das so gut wie sicher unnötig. Es war unwichtig, die Aussicht wollte ohnehin genossen werden. Reifenplatzer habe ich in meiner Eigenschaft als inzwischen schon eher alter Reiseradler noch nie erlebt, auch nicht bei durchgehenden, und langen und steilen Abfahrten um die 1000 Höhenmeter. Das Sägezahnbremsen (Ich habe es in Österreich als Intervallbremsen kennen gelernt) mag dabei zwar möglicherweise doch unnötig sein, praktisch ist es offenbar ausgesprochen sinnvoll, wie immer der theoretische physikalische Hintergrund dafür sein mag.

Einen echten Unterschied zwischen den Bremssystemen sehe ich im Tandembereich. Da müssen die Bremsen mit knapp der doppelten Energie zurande kommen, da stoßen Felgenbremsen leichter an ihre Grenzen. Außerdem kann es mit der Bremsleistung, wenn es steil bergab geht, mit Felgenbremsen knapp werden.

In allen anderen Fällen denke ich, dass alle ruhig nehmen können, was sie gerade haben oder lieber verwenden. Sie werden gut damit zurecht kommen, wenn sie nur ein kleines bisschen Hirn beim Bergabfahren einsetzen.

lg!
georg

Georg, wenns richtig steil wird, typisch in Südtirol die Weinbergstraßerl, kommen Scheiben definitiv (auch) ans Limit. Wir hatten da oft genug Techniktraining. Da helfen nur Pausen. Ob Felgenbremsen besser ausschauen würden weiß ich nicht, weil jeder Scheiben hatte.

Und ja, am schnellsten ist man immer mit Regulierbremsung unten, wenn nicht der Windwiderstand limitiert. Sägezahnbremsen dauert länger, logisch. Wie bergauf und bergab länger dauert als dieselbe Strecke flach. Die Frage ist ja nur wie man mit limitierten Bremsen umgeht. Und das heißt immer mehr Zeit. Sägezahn, Kriechfahrt (ist auch "regulier" ), Pausen. Oder "unnötig" dicke Bremsen kaufen. Bei meinem Gewicht halten die meisten schon 203 mm vorne für Luxus, ich gönnte mir aber 203/203. Damit kann ich auch einfach mal nur hinten regulierbremsen.

ciao, Christian