Felgenperformance – Wie entscheidend ist Gewicht?

Felgen…
gegossen, gesintert, geschmiedet,
mehrteilig, einteilig,
Einpresstiefe, Felgenbreite, Durchmesser
Alu, Magnesium, Stahl usw!

Die Auswahl an Felgen heutzutage ist riesig, wenn dann noch Begriffe wie Flowforming, Concave, Ultralight etc. in den Raum gebrüllt werden ist die Verwirrung perfekt. Doch was macht eine gute Felge aus und worauf sollte man überhaupt achten? Ist teuer immer gut und eine Stahlfelge wirklich so schlecht?

Grundwissen

Um dem Ganzen auf den Grund zu gehen vorerst ein wenig technisches Grundwissen. Der Motor erzeugt am Rad ein Drehmoment, dieses Drehmoment nennen wir MRad. Ein Moment definiert sich aus einer Kraft multipliziert mit einem Weg l. M=F·l Dies wird schon beim Schrauben klar, da man schwergängige Schrauben mit einem langen Hebel besser lösen kann (oder sie komplett ruiniert :).

Ein rotierender Körper absolviert einen bestimmten Winkel pro Zeiteinheit, dreht sich also mit der Winkelgeschwindigkeit ω  (z.B. Felge), während ein translatierender Körper eine gerade Strecke pro Zeiteinheit zurücklegt, die wir Geschwindigkeit v nennen (z.B. Auto). Wenn diese sich in Abhängigkeit zur Zeit ändern, erhalten wir die Beschleunigung und die Winkelbeschleunigung α.

Kinetische Energie

Die Kinetische Energie ist als Ekin=0,5·m·v² definiert, bei einem rotierenden Massepunkt mit dem Abstand R zum Rotationszentrum, hilft diese Formel jedoch nicht weiter. Erst wenn uns klar wird, dass die translatierende Geschwindigkeit sich aus der Multiplikation der Winkelgeschwindigkeit und dem Radius bzw des Abstands zum Drehzentrum r ergibt. v=ω·r

Die kinetische Energie ist also Ekin=0,5·m·(ω·r)² bzw. Ekin=0,5m·r²·ω².

Hier wird schon deutlich, dass ein Massepunkt, z.B. ein Stein an einem Seil, bei gleicher Drehgewichtigkeit deutlich mehr kinetische Energie besitzt, wenn der Abstand zum Drehzentrum vergrößert wird, da dieser quadriert wird.

Ebenso kann man sich vorstellen, dass man eine Kugel mit einem Gewicht von drei Kilogramm in der Hand hält und mit dieser das Handgelenk schnell hin und her dreht. Dies wird deutlich leichter gehen, als gleiches mit einem 50cm langen steifen Metallstab mit der gleichen Masse. Es existiert also eine Art Widerstand gegen das Beschleunigen in Abhängigkeit von der Form des Gegenstands.

Stellen wir uns den rotierenden Körper nun als Ansammlung vieler kleiner Massepunkte vor und deren einzelne Anteile an der Gesamtenergie Ekinges=Σ(0,5·mi·ri²·ωi²), so stellt man fest, dass Massepunkte vorallem bei weiterer Entfernung zum Drehzentrum kinetische Energie zu unserer Summe hinzufügen.

Rotationsenergie und Trägheit

Dieser Effekt wird durch die Trägheit beeinflusst. Für einen Massepunkt ist diese θ=mr² und ergibt durch einsetzten in die kinetische Energieformel Ekin=0,5m·r²·ω² → 0,5·θ·ω² die Rotationsenergie Erot.

Wenn wir nun einen rotierenden Körper nehmen, zum Beispiel eine Felge, gilt also nicht die Masse, welche wir auf der Waage lesen, sondern die Trägheit, diese ist Näherungsweise bei einer Walze θ≈0,5·mr² und wir sehen schon, dieser Part kommt uns bekannt vor.

Durch unseren Motor liegt am Rad das oben genannte Drehmoment an, der Widerstand durch die Trägheit wirkt allerdings beim Beschleunigen entgegen. Die Massenträgheit ist also ein Proportionalitätsfaktor vom Drehmoment zur Winkelbeschleunigung.

MRad=θ·α

Für ein dünnwandiges Rohr mit Drehzentrum im Schwerpunkt (Annäherung zur Felge) gilt ebenfalls θ=mr².

Gehen wir nun davon aus, dass ein Reifen auf dieser sitzt. In dieser Betrachtung wäre eine große Felge im Vorteil, wenn die Masse des Reifengummis im Abstand x schwerer ist, als die Felge. Doch meist ist der Reifengummi leichter und eine kleine Felge hat beim Beschleunigen Vorteile.

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Fazit

Bei einer Felge kommt es also nicht nur auf das Gewicht an, sondern ebenfalls wie diese verteilt ist! Ein dünner Felgenstern mit massivem Felgenbett kann sich also im Vergleich zu einem dünnen Stern mit dünnem Felgenbett negativ auf die Beschleuinigung auswirken, obwohl beide Felgen gleich viel Masse auf die Waage bringen. Ein geringes Gewicht ist  prinzipiell nicht falsch und beeinflusst auf Grund der ungefederten Masse auch den Fahrkomfort. Wie das Gewicht verteilt wird kommt jedoch im nächsten Felgen-Kapitel, wenn es um Umformtechnik geht!

Achtung! In diesem Artikel wurden Fahrwiderstände, Reibkräfte (Schlupf) und Exzentrizität durch den Reifenlatsch, sowie Integralrechnungen weggelassen, um das Verständnis zu stärken. Durch Faktoren wie Seitenführungskräfte oder Flächenpressung existieren durchaus Gründe, für größere Reifen oder breitere Felgen.