geschleppte Gabel

Von Ingo Kollibay sind in der InfoBull 97/2001 und 98/2001 einige Möglichkeiten zur Realisierung eines gefederten Vorderradantriebes vorgeschlagen worden. Die dortigen Varianten mit geschleppter Gabel, deren Lenkgeometrie auf Untersuchungen von Stefan Gloger zurückgeht, .können wie eine Hinterradfederung mit dem obigen Formeln behandelt werden. Ein Geometrieentwurf für eine solche Federung, der Abbildung 15 aus dem Artikel von Ingo Kollibay entsprechen dürfte, wurde mir von Reinhold Braun mit der Bitte zur Verfügung gestellt, die Geometrie bezüglich Pedalrückschlag und Wechselwirkung zwischen Antrieb und Federung zu modellieren. Im Weiteren soll daher dieser Entwurf betrachtet werden., ausgestattet mit einer Rohloff Nabe, die in allen außer dem direkten 11. Gang ein zusätzliches Drehmoment in die Schwinge einleitet. Die Rechnung wird erst einmal ohne die Berücksichtigung diese Drehmomentes ausgeführt, da es die Größe des Pedalrückschlages beim Einfedern nicht beeinflußt.

Mit diesen Werten lässt sich der Pedalrückschlag über einen Federweg von 50mm für alle 14 Gänge der Speedhub berechnen. Babei wird davon ausgegangen, daß die angegebene Geometrie für den Fall des belasteten Rades bei etwa 25% des Federweges gilt.

In dieser Darstellung entpricht die Farbe der Linien den einzelnen Gängen. Sie wurde von Rot für den den niedrigsten ersten Gang über Gelb, Grün und Blau nach Violett für den 14. Gang mit der höchsten Entfaltung gewählt. In einigen Gängen tritt ein merklicher Pedalrückschlag auf, der in den niedrigen Gängen bis zu 6 mm ausmacht.
Um zu sehen, ob sich eine bessere Lösung finden lässt, wird die Größe des Pedalrückschlages für verschiedene Positionen der rahmenfesten Umlenkrolle berechnet. Dabei wird von einem positiv Federweg von 37 mm und einem negativ Federweg von 13 mm ausgegangen. Für optimale Verhältnisse sollte der Pedalrückschlag bei 25 mm Einfederung Null sein. Die Optimierung wird für den fast in der Mitte liegenden 8. Gang der Rohloffnabe vorgenommen.

Im weißen Bereich dieser Konturdarstellung ist die Änderung der Pedalposition positiv und ihr Betrag größer als 10 mm im roten Bereich negativ und der Betrag ebenfalls größer als 10 mm. Im Bereich zwischen den beiden schwarzen Linien ist der Betrag kleiner 1 mm. Die optimale Position liegt in guter Näherung auf einer Geraden, die deutlich oberhalb des Schwingendrehpunktes verläuft. Diese Gerade soll im Detail nocheinmal berechnet werden.

Diese Linie ist in die Skizze des Geometrieentwurfes mit eingezeichnet. Sie verläuft hier zufälligerweise fast parallel zur Schwinge Betrachtet man die anfangs gewählten Koordinaten für die rahmenfeste Umlenkrolle, so ist zu erkennen, das diese weniger als 1mm von dieser Linie entfernt liegen. Aus dem x Wert lässt sich sofort der Wert der zugehörigen y Koordinate berechnen.

Lassen wir die Position der Umlenkrolle bei diesem um knapp 1mm veränderten Werten und sehen uns noch mal genauer den Einfluß der Schaltnabe an, auch wenn die Drehmomente Bilanz unvollständig ist. Dazu werden die einzelnen Effekt getrennt für eine Einfederung von 50% des gesamten Federweges ( entsprechend 25mm ) betrachtet.

Die roten Punkte zeigen den Effekt des von der Nabe eingeleiteten Drehmomentes, die grünen Punkte das aus dem Pedalrückschlag resultierende Drehmoment und die blauen Punkte den resultierenden Effekt. Bei dieser Geometrie bewirken sowohl die Kettenzugkräfte als auch die aus der Nabe in die Schwinge eingeleiteten Drehmomente eine Ausfederung. Damit wirken diese Drehmomente in der gleichen Richtung wie die Fahrwiderstände, die ebenfalls zu einer Entlastung des Vorderrades und einer Belastung des Hinterrades führen. Inwieweit das im praktischen Fahrbetrieb spürbar ist und negative Auswirkungen auf das Fahrverhalten hat, kann mit diesem Ansatz nicht abgeschätzt werden.
Das Problem mit dem in die Nabe eingeleiteten Stützmomenten entfällt bei Verwendung einer Kettenschaltung. Deswegen soll im Folgenden zum Vergleich die gleiche Geometrie mit einer 16 Gang Kettenschaltung betrachtet werden.

Auch mit einer Kettenschaltung tritt ein merklicher Pedalrückschlag auf, der um so größer ist, je stärker die Ritzelgröße von dem für die Optimierung zugrunde gelegten Wert abweicht. Auffällig ist die starke Abhängigkeit von der Ritzelgröße bei eher geringem Einfluß der Zähnezahl des Kettennblattes. Schaut man sich die Abhängigkeit der Pedalposition von der Einfederung für drei der acht verschiedenen Ritzelgrößen genauer an,

erkennt man, daß die Verhältnisse für die Kettenschaltung eher noch ungünstiger sind als für eine Nabenschaltung.. Die Änderung der Pedalposition ist in diesem Falle noch größer.