Radgeometrie bei Drehschemellenkung

[Christopher]

Salü

Die Diskussion in einem anderen Thread hat mich beeindruckt - und etwas verwirrt.
Vor allem weil ich vorher den (eigentlich recht logischen) Wikipedia-Artikel über Nachlauf am Fahrrad gelesen hatte.
Demnach wollte ich das Bakfiets so ändern, dass es (wie Fahrräder) einen positiven Nachlauf bekommt.
Die Empfehlungen gehen hingegen in die Gegenrichtung - zu dem, was "normale" Fahrräder unfahrbar macht (negativer Nachlauf).

Ich kontaktierte also einen Kollegen, der als Fahrwerk-Spezialist bei Spezial-Fahrzeugen gilt.
Ob Rennwagen auf Eis-Pisten, Big-Foot-Fahrwerke für abseits der isländischen Pisten oder Expeditions-Mobile für die Sahara: Er macht fast alles fahrbar.
Und so fand er die passenden Worte um mir die Widersprüche zu erklären.

Positiver Nachlauf stabilisiert den Geradeauslauf - verschlechtert aber auch das Kurvenverhalten.
Extremes Beispiel dafür sind die langen Gabeln der Easy-Rider-Harleys, die einhändig geradeaus zu fahren sind, mit denen aber jede Passfahrt zur Tortur wird.

Negativer Nachlauf ist genau das Gegenteil - extrem wendig, aber ohne stabilen Geradeauslauf.
Beispiel Einkaufs- oder Servierwagen.

Wegen der Kippneigung des Bakfiets braucht es einen ganz leichten negativen Nachlauf, aber auch Massnahmen, um den Geradeauslauf zu verbessern.
Eine dieser Massnahmen ist, die die Ladung ganz vorne zu platzieren (tiefster Punkt).
Mein Hund wird also nach der Rahmen-Modifikaion ganz vorne sitzen.
Gegen aufschaukelnde Flatter-Bewegungen können auch Dämpfer helfen, wie sie zum Beispiel im Babboe verbaut sind (habe ich persönlich Vorbehalte, versuche trotzdem mal die Original-Babboe-Dämpfer zu kaufen und erst mal einen montieren).

Nach einer Probefahrt mit meinem Bakfiets war mein Kollege davon berzeugt, dass ich mit einer Veränderung des Nachlaufs das Fahrverhalten massiv verbessern kann.
Das Hauptproblem ist die Kipp-Neigung in den Kurven, und die kommt vom 0°-Nachlauf.
Weitere Verbesserung der Stabilität wird das Verschweissen des Gelenks bringen (habe ich wohl unterschätzt).

Ich fragte den Kollegen auch, ob eine Veränderung der Vorspur etwas bringen würde.
Bei Achsschenkel-Lenkung bringt dies sicher mehr Stabilität - bei Drehschemellenkung nur erhöhten Reifen-Verschleiss.

Nun stehe ich vor dem Dilemma:
Entweder muss ich das Fahrzeug zerlegen (die Werkstatt möchte nur den Rahmen, den ich eingeflext habe).
Oder ich flexe das Ding in eingebautem Zustand und schweisse es selbst (wollte ohnehin wieder eine kleine Schweiss-Anlage kaufen und werde vorher wieder etwas Schweissen üben).

Herzliche Grüsse aus der Schweiz

Christopher

 

[schwachtreter]

Das Hauptproblem ist die Kipp-Neigung in den Kurven, und die kommt vom 0°-Nachlauf.

Nein, die Kippneigung rührt einfach daher, daß deine Räder ein Dreieck mit vielleicht 80cm Spurbreite bilden, der Schwerpunkt der Einheit aus bakfiets, Ladung und Fahrer aber vielleicht in 1m Höhe liegt.
Und durch Einschlagen der Räder steigt die Fliehkraft, gleichzeitig wird die Basis praktisch noch schmäler.

 

[RAD/CAM]

Hallo Christopher,

bei allem Grübeln solltest du nicht übersehen, daß einmal von einem nicht eigenstabilen Fahrrad, ein andermal von einem eigenstabilen, mehrspurigen Fahrzeug die Rede ist. Das sind also zwei völlig verschiedene Dinge.
Die Lenkgeometrie beim Zweirad ist deswegen so komplex, weil über die wenigen Parameter Lenkwinkel, Nachlauf und Vorbiegung ein "Regelverhalten" zur Eigenstabilisierung (Gleichgewicht halten) festgelegt wird, das über einen möglichst breiten Geschwindigkeitbereich passen muß.
Je flacher der Lenkwinkel und je größer der vordere Raddurchmesser, desto größer der "natürliche" Nachlauf (gemeint ist der ohne Achsversatz) und desto energischer bei Seitenneigung das Eigenlenkverhalten in die Kurve hinein.
Der Nachlauf bewirkt eine Rückstellkraft auf die Lenkung, indem er in Fahrtrichtung betrachtet den Radaufstandspunkt neben die Lenkachse bringt. Die Fahrtwiderstände greifen an diesem Aufstandspunkt an und erzeugen so das erforderliche Drehmoment. Sie hängen von der Radlast (das ist die Crux beim Long-John), der Geschwindigkeit und dem Rollwiderstandsbeiwert (Untergrund, Reifendruck) ab.
Je größer der Achsversatz/die Vorbiegung, desto geringer der statische Einlenkwinkel, wenn man das Fahrrad zur Seite neigt. Ohne Achsversatz würde die Lenkung dabei um 90° einschlagen, bei negativem Versatz über 90° hinaus. Bei üblichen Werten wird die Endlage meist irgendwo zwischen 45° und 60° erreicht und zwar ziemlich unabhängig von Neigungswinkel, jedoch recht stark abhängig von der Reifenbreite. Der Achsversatz mildert also die Auswirkungen des Lenkwinkels ab. Der Achsversatz reduziert auch den natürlicherweise wg. Lenkwinkel und Raddurchmesser vorhandenen Nachlauf und mildert folglich auch dessen Effekte ab.
All das führt dazu, daß du ein Fahrrad leer anschubsen und frei rollen lassen kannst, ohne daß es umfällt oder sich vom Kurs abbringen läßt, solange es in dem Geschwindigkeitsbereich bleibt, in dem das Zusammenspiel all dieser Effekte funktioniert. Das ist meist so zwischen 7 und 20 km/h der Fall.

Und beim Dreirad mit Achsschemellenkung interessiert all das nicht die Bohne!

Dort hast du zwei Vorderräder, die über einen immensen Hebelarm einander entgegengerichtete Momente auf die Lenkachse ausüben. Im Idealfall auf glatter, ebener Straße heben sich diese Momente gegeneinander auf und die Fuhre rollt geradeaus. Mit dem Gleichgewicht hast du dabei auch keinen Kummer, denn der Schwerpunkt sitzt irgendwo innerhalb des Aufstandsdreiecks. Das einzige, was du von deiner Lenkung vernünftigerweise erwarten könntest, wäre, daß sie sich selbsttätig für die Richtung "geradeaus!" entscheidet, denn ohne Nachlauf und bei senkrechter Lenkachse wären für das Dreirad ja zunächst mal alle Richtungen gleich gut. Die Lenkung wäre damit also weder stabil noch labil, sondern indifferent, und du müßtest folglich alles in Eigeninitiative per Armkraft regeln.
Die Knöpfe, an denen du dabei drehen kannst, sind die selben wie oben beim Zweirad, aber die Verhältnisse sind andere. Zunächst mal erscheint es sinnvoll, die Achse nach hinten zu versetzen. So erzeugst du nicht nur einen stabilisierenden Nachlauf, sondern bewirkst außerdem eine Variation der Hebelarme, an denen die Radkräfte wirken. Wenn du dir zwei rechtwinklige Dreiecke vorstellst, gebildet aus den Durchstichpunkt der Lenkachse durch die Fahrbahnoberfläche, dem Mittelpunkt zwischen beiden Radaufstandspunkten und eben dem linken oder rechten Aufstandspunkt, dann wird beim Lenkeinschlag nach einer Seite das kurveninnere Rad auf einen kleineren Hebelarm gehen, während das kurvenäußere mehr Abstand zur Lenkachse gewinnt. (Die Hypotenuse des Dreiecks schwenkt nach außen.) Bei gleicher Reibung links und rechts stellt sich ein Rückstelleffekt ein. Beim Kurvenfahren müßte sich ein solcher Effekt aber auch ohne Achsversatz einstellen, weil sich am äußeren Rad aufgrund der Dynamik eine größere Radlast einstellt, damit auch ein größerer Rollwiderstand und folglich ein größeres Lenkmoment. Bei einer Störung des Geradeauslaufs jedoch, also wenn ein Vorderrad über einen Bordstein, durch eine schlammige Pfütze, losen Schotter etc. rollt, ist ein solcher Achsversatz sicher segensreich.
Zur Neigung der Lenkachse: Wenn man sich irgendeine imaginäre Kraft vorstellt, die den Hinterbau in der Senkrechte hält, dann ist es für die Kiste wurscht, ob die Lenkachse nach vorn oder hinten geneigt wäre. Das Energieminimum ist in beiden Fällen die Geradeausstellung. Aber der Denkansatz ist falsch, denn die Kiste kippt ja ohnehin nicht und sie ist es, die über das Gelenk "Steuerkopf" auch den Hinterbau in der Senkrechten hält. Für die Geradeausfahrt ist dies auch die zweckmäßigste Anordnung, aber bei Kurvenfahrt ist es extrem nützlich, den Hinterbau in die Kurve zu neigen. Ein nach vorn geneigter Lenkkopf schafft dafür die kinematischen Voraussetzungen. Wäre er nach hinten geneigt, würde sich der Hinterbau zur Kurvenaußenseite neigen und eine Kippgefahr heraufbeschwören. Ein richtiges Maß für die Neigung kann es nicht geben, weil es für jede Geschwindigkeit/Querbeschleunigung ein anderes sein müßte. Wenn man's übertreibt, wird die Lenkung jedoch bereits im Stand einschlagen, sobald der Fahrer den Lenkbügel losläßt, denn er befindet sich geradeaus ja am höchsten Punkt, in einem labilen Gleichgewicht. Eine geneigte Lenkachse wirkt also in jedem Fall destabilisierend(!), was dann durch den Nachlauf wieder kompensiert werden muß. Wichtig scheint mir aber, Lenkkopfwinkel und Nachlauf als zwei völlig voneinander unabhängige und frei wählbare Werte zu betrachten - und rein aus dem Gefühl würde ich immer etwas Nachlauf vorsehen, ganz egal, wo ich die Lenkachse hinbiege.
Das eigentliche Problem beim Dreirad ist wohl, daß das normale Sitzarrangement vom Fahrrad völlig ungeeignet ist, um irgendwelchen Querbeschleunigungen zu trotzen. Das ist beim Motorradgespann schon ein immenses Problem, sich da überhaupt auf dem Stuhl zu halten, wenn's mal zur Sache geht - und das, obwohl man neben die Sitzbank rutschen kann, sich mit dem Knie am Tank und mit den Armen am Lenker abstützen kann. Auf dem dreirädrigen Fahrrad hast du nichts von alle dem, nicht mal den Lenkbügel, weil du damit ja die Lenkung weiter zuziehen würdest. Bleiben also nur der Sattel und eben diese fest eingebaute Kurvenneigung.

Gruß,

Clemens

 

[Reinhard]

Hallo Clemens,

Das eigentliche Problem beim Dreirad ist wohl, daß das normale Sitzarrangement vom Fahrrad völlig ungeeignet ist, um irgendwelchen Querbeschleunigungen zu trotzen.

das gilt aber nur bei "normalen" Dreirädern, wo man auf dem Rad sitzt. Fahr mal ein schnelles Trike ... dort sitzt man praktisch im Rad und kann wg. tiefem Schwerpunkt extrem schnell um die Kurven flitzen wenn man mit dem Oberkörper mit geht. Bspw. wie hier:

 

[Christopher]

Zunächst mal VIELEN DANK für Eure Beiträge!
Einmal mehr erscheinen mir alle Klarheiten beseitigt.
Frei nach

Die Gegensätze sind Erfindung der Sprache, die das verwirrt, was sie zu erfassen glaubt.
(Antoine de Saint-Exupéry: Die Stadt in der Wüste)

Ideal wäre es, zwei Bakfiets zu nehmen und bei einem einen positiven und bei einem einen negativen Nachlauf zu setzen - und am Ende beide zu vergleichen.
Doch dazu fehlen mir die (finanziellen) Möglichkeiten.

Dass das Bakfiets ein Kompromiss, ist mir auch klar.
Mein Wunsch-Fahrzeug wäre ein Lightfoot Transporter gewesen: Tiefer Schwerpunkt, Ladefläche hinten.
Doch verschiedene Gründe sprachen dagegen: Preis, Breite (in CH max 1000 mm für Fahrräder erlaubt), schlechte Übersicht im Stadt-Verkehr.
Allein die hohe Sitzposition (statt auf Auspuff-Höhe im Stadtverkehr) handelt mir ein höheres Kippmoment ein.
Elektro-Antrieb war ein Muss (bin starker Asthmatiker und Bern ist hügelig), dies bedingte beidseitige Befestigung der Vorderräder und schloss eine Achsschenkellenkung aus (auch wieder ein Kompromiss).

Wer von Euch hat Erfahrungen mit positivem und negativem Nachlauf bei Drehschemel-Lenkung?
Bitte meldet sie hier - ausser mir könnt Ihr auch weiteren Leuten helfen!

Herzliche Grüsse aus der Schweiz

Christopher

 

[schwachtreter]

Hallo Christopher,

bei allem Grübeln solltest du nicht übersehen,...

....Bleiben also nur der Sattel und eben diese fest eingebaute Kurvenneigung.

Gruß,

Clemens

Komplett druckreif, damit hast du dich selbst übertroffen!

 

[RAD/CAM]

Zunächst mal VIELEN DANK für Eure Beiträge!
Einmal mehr erscheinen mir alle Klarheiten beseitigt.
Frei nach


Ideal wäre es, zwei Bakfiets zu nehmen und bei einem einen positiven und bei einem einen negativen Nachlauf zu setzen - und am Ende beide zu vergleichen.
Doch dazu fehlen mir die (finanziellen) Möglichkeiten.

Hallo Christopher,

was ich dir oben lang und umständlich zu erklären versucht habe ist, daß Lenkkopfneigung und Nachlauf nicht zwangsläufig in einem festen Verhältnis zueinander stehen müssen. Du kannst also den Lenkkopf nach vorne neigen und (via Achsversatz) trotzdem positiven Nachlauf haben.

Positiver Nachlauf stabilisiert den Geradeauslauf - verschlechtert aber auch das Kurvenverhalten.
Extremes Beispiel dafür sind die langen Gabeln der Easy-Rider-Harleys, die einhändig geradeaus zu fahren sind, mit denen aber jede Passfahrt zur Tortur wird.

Negativer Nachlauf ist genau das Gegenteil - extrem wendig, aber ohne stabilen Geradeauslauf.

Definiere "schlechtes Kurvenverhalten"! Je länger der Nachlauf, desto sturer der Geradeauslauf und desto kurvenunwilliger die Fuhre. Das kann durchaus gewünscht sein. Negativer Nachlauf hingegen ist nicht gleich "extrem wendig", sondern ein Unfall der auf Kundschaft wartet. Die Lenkung geht, einmal eingeschlagen, selbsttätig auf Anschlag. Das hat mich als Kind bei meiner fehlkonstruierten Seifenkiste die komplette Oberflächenbeschichtung meines rechten Beines gekostet. Mit 13, 14 hatten mein Kumpel und ich 'ne Menge Spaß mit einem schrottreifen Peugeot 403. Den haben wir immer rückwärts den Hang runter gefahren, die Lenkung eingeschlagen und das Lenkrad losgelassen. Die Lenkung (rückwärts = Vorlauf) ging dann selbständig auf Block, und wenn die Fuhre dann quer zum Hang stand, hat sie sich mehrfach überschlagen. (Gab damals noch keine Spielkonsolen und kein Internet und irgendwie mußte man die Zeit ja trotzdem rumbringen.) Mein Motorradgespann hat eine Vorderradgabel, bei der man den Nachlauf stufenlos einstellen kann - und weil mir das Ding schwer beladen in unwegsamem Geläuf fast die Arme ausgekugelt hat, habe ich den Nachlauf immer weiter Richtung Null nachjustiert. Irgendwann gings beim Bremsen mal durch 'ne Senke. Die Gabel ist etwas weiter als gewöhnlich eingefedert und der Nachlauf wurde damit negativ. Das hatte einen Schlenker zur Folge, bei dem ich fast die gesamte Straßenbreite gebraucht habe - trotz eines über 800mm breiten Lenkers.

---> negativer Nachlauf = Teufelszeug! Hüte dich davor!

@schwachtreter: Danke für das Blümchen!

Gruß,

Clemens

 

[Christopher]

Hallo Christopher,

was ich dir oben lang und umständlich zu erklären versucht habe ist, daß Lenkkopfneigung und Nachlauf nicht zwangsläufig in einem festen Verhältnis zueinander stehen müssen. Du kannst also den Lenkkopf nach vorne neigen und (via Achsversatz) trotzdem positiven Nachlauf haben.

Danke Clemens, dies ist mir nun klar geworden.

Definiere "schlechtes Kurvenverhalten"! Je länger der Nachlauf, desto sturer der Geradeauslauf und desto kurvenunwilliger die Fuhre. Das kann durchaus gewünscht sein. Negativer Nachlauf hingegen ist nicht gleich "extrem wendig", sondern ein Unfall der auf Kundschaft wartet. Die Lenkung geht, einmal eingeschlagen, selbsttätig auf Anschlag.

Den Leuten, die in Bern wohnen, sagt man eine gewisse Langsamkeit nach.
Trotzdem habe auch ich nun begriffen, dass ein kleiner positiver Nachlauf die beste Lösung sein wird.

Mit 13, 14 hatten mein Kumpel und ich 'ne Menge Spaß mit einem schrottreifen Peugeot 403. Den haben wir immer rückwärts den Hang runter gefahren, die Lenkung eingeschlagen und das Lenkrad losgelassen. Die Lenkung (rückwärts = Vorlauf) ging dann selbständig auf Block, und wenn die Fuhre dann quer zum Hang stand, hat sie sich mehrfach überschlagen. (Gab damals noch keine Spielkonsolen und kein Internet und irgendwie mußte man die Zeit ja trotzdem rumbringen.)

Bei uns war's ne alte Mini (1. Baureihe), deren Getriebe kaputt war und nur noch der Rückwärtsgang ging.
Mit Hinterrad-Lenkung und negativem Vorlauf war das Ding kaum geradeaus zu fahren.
Und wie Du geschrieben hast, sobald die Lenkung etwas eingeschlagen war, ging die Lenkung auf maximalen Einschlag, was dem Kollegen einen ausgerenkten Daumen bescherte (zum Glück war seine Mutter Krankenschwester).
Aber so ein Lenkverhalten auf öffentlichen Strassen:

---> negativer Nachlauf = Teufelszeug! Hüte dich davor!

Dies ist der richtige Ausdruck dafür.

Herzliche Grüsse aus der gemütlichen Schweizer Hauptstadt

Christopher

 

[schwachtreter]

um etwas ins o.t. abzuschweifen:
-Die Variomatik-DAF gingen rückwärts so schnell wie vorwärts, gab da auch Meisterschaften im rückwärtsfahren...
-Weshalb dürfen in Bern samstags keine Witze erzählt werden?
Wie die sonst sonntags in der Kirche lauthals loslachen...

in diesem Sinne noch frohe Weihnachten!

 

[RAD/CAM]

Und beim Dreirad mit Achsschemellenkung interessiert all das nicht die Bohne!

Hmm, doch nicht druckreif! Was bitte ist eine Achsschemellenkung? Gemeint ist natürlich Drehschenk- -ähm- -schemel.

BTW: Ist euch eigentlich mal aufgefallen, daß solche Fehler immer erst in den Text springen, wenn man auf "Antworten" drückt? Vorher, beim Korrekturlesen, waren die definitiv noch nicht da!

 

[--freeride--]

Ich bin schon diverse 3Räder probegefahren und hab mich absolut nicht wohl gefühlt, das Christiania Lastenrad mit Drehschenkellenkung fährt ab 15km/h überall hin, nur nicht gerade aus, das ist gemeingefährlich...
Dann bin ich noch das Rad mit der Achsschenkellenkung gefahren, das war schon besser, aber auch bei dem muss man bei Geschwindigkeiten über 15km/h nur am Lenker zucken und schon fährt man auf 2 Rädern. Ist zwar ganz spassig, aber ich stelle mir eine unerfahrene Mutter mit Kind vorne drin vor... das geht nicht und gerade für die sind solche Räder gedacht.
Irgendwie habe ich das Gefühl, dass die Räder nicht zuende gedacht sind. Auch bei einem Dreirad will ich mal locker einhändig oder freihändig durch den Park rollen könne und nicht die ganze Zeit wie ein Ochsean der Kiste rumreisen müssen...

 

[schwachtreter]

Auch bei einem Dreirad will ich mal locker einhändig oder freihändig durch den Park rollen könne und nicht die ganze Zeit wie ein Ochsean der Kiste rumreisen müssen...

Einhändig geht schon bei entsprechender Übung. Das Grundproblem heißt Spurbreite zu Schwerpunktshöhe, das wird immer kippeln, da hilft dann nur esp, das dann das kurvenäußere Rad abbremst oder so ähnlich.

 

[Christopher]

Rein subjektiv hat für mich das Nihola das sicherere Fahrverhalten als das Bakfiets.
Doch das Nihola hat für mich eine viel zu kleine Ladefläche, die einseitige Radbefestigung taugt nicht für Elektromotoren, und der Preis ist mir zu hoch.
Möglicherweise täuscht es auch: Mit weniger Gewicht (in der Kiste), tieferer Ladefläche und ohne Antriebskräfte vorn scheint es nur besser zu liegen; wie weit die Achsschenkellenkung stabiler ist als die Drehschemellenkung ist für mich unklar (und eigenlich für mich irrelevant, da ich das Fahrverhalten der Drehschemellenkung verbessern möchte).

Herzliche Grüsse aus der gemütlichen Schweizer Hauptstadt

Christopher

 

[eisenbart]

find auch das dass nihola sehr gut fahrt, aber es ist auch deutlich kleiner von der ladefläche als die meisten anderen 3rädrigen.
ich bin dahingehend mal aufs butcher gespannt, nicht das ich ein 3rad kaufen wollte, aber ne ordentliche probefahrt darfs schon sein.

wobei ich auch gut mit meinem china 3rad klargekommen bin, man muss halt körperbetonter fahren.