Parallelogrammschwinge

In einer schon einige Zeit zurückliegenden Diskussion auf der HPV Mailingliste über die Möglichkeit eines gefederten Vorderradantriebes hatte ich eine Parallelogrammschwinge vorgeschlagen, mit der es ebenfalls möglich sein sollte, Antrieb und Federung weitestgehend zu entkoppeln. Eine solche etwas abgewandelte Lösung wurde in Berlin für den Prototyp eines BacktoBack Tiefliegertandems realisiert und ist ein Anlass für die genauere Beschäftigung mit dieser Geometrie, bei der es sich um eine spezielle Variante einer Schwinge mit vier Gelenken handelt. Die Anwendung des dafür aufgestellten Geometriemodelles ist zur Modellierung der Bewegung des Rades, dessen Mittelpunkt nicht mehr mit dem zweiten Bezugspunkt der Schwinge zusammenfällt, erforderlich. Unter der Voraussetzung eines Parallelogrammes reicht die Kenntnis der Positionen von zwei der vier Gelenke aus. Alle der folgenden Berechnung zugrundeliegenden Abmessungen sind, da keine andere Quelle vorlag, der Skizze vom Oktober 2000 entnommen.

Mit diesen Werten lässt sich der Pedalrückschlag über den Federweg von -20 bis +60 mm berechnen.

Die gewählte Lage der Umlenkrolle ist noch nicht optimal. Für optimale Verhältnisse sollte die Änderung der Pedalposition bei 2/3 des Federweges etwa Null betragen. Gesucht ist der Bereich für die Position der Umlenkrolle, in dem diese Forderung Näherungsweise erfüllt ist. Zu diesem Zweck wird der Pedalrückschlag als Funktion der x und y Koordinaten der Umlenkrolle in einer Konturgrafik dargestellt.

Die Größe des Pedalrückschlages wird durch die Farbe wiedergegeben. Im weißen Bereich 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. Diese Gerade kann nochmal genauer berechnet werden.

Die Gerade verläuft durch die Punkte :

und ist in die Zeichnung der Parallelogrammschwinge mit eingezeichnet. Die zweite Bedingung für die Position der Umlenkrolle ergibt sich aus der Forderung, daß die Kettenzuglinie zwischen Umlenkrolle und Ritzel parallel zur Lenkachse verlaufen sollte um Wechselwirkungen zwischen Antrieb und Lenkung gering zu halten. Daraus ergibt sich als Position für eine Umlenkrolle mit 24 Zähnen :

Damit lässt sich der Pedalrückschlag für alle 14 Gänge der Rohloff Nabenschaltung berechnen.

Eine Betrachtung des Drehmomenteneintrages durch die Nabenschaltung kann an dieser Stelle entfallen, da bedingt durch die Parallelogrammkonstruktion der Schwinge diese Drehmomente in den Rahmen weitergeleitet werden ohne das sich ein Drehmoment ergibt, das die Lage des Rades verändern würde. In den kleinen Gängen tritt eine merkliche Rückwirkung der Federung auf den Antrieb auf, wohingegen in den oberen meist genutzten Gängen diese nur sehr minimal ist. Die gleiche Berechnung kann für eine Kettenschaltung mit doppeltem Kettenblatt wiederholt werden.

Auch hier ergibt sich in den kleinen Gängen, beim kleinen Kettenblatt, ein merklicher Pedalrückschlag, der bei noch kleinerem Kettenblatt entsprechend stärker ausfallen würde. Dieses Verhalten ist ein gänzlich anderes verglichen mit der für die gezogene Schwinge ermittelten geringen Abhängigkeit von der Kettenblattgröße. Demgegenüber ist hier die Abhängigkeit von der Ritzelgröße nur minimal.
Insgesamt ist bei den hier betrachteten Vorderradantrieben eine deutlich stärkere Abhängigkeit des Pedalrückschlages von der gewählten Entfaltung zu beobachten als beim Hinterradantrieb mit Umlenkrolle. Dies mag durch die geringeren Abstände zwischen den einzelnen die Richtung des Kettenstranges ändernden Komponenten Ritzel, Umlenkrolle und Kettenblatt bedingt sein. Durch die kompaktere Anordung ergeben sich deutlich größere Änderungen der Kettenzugrichtung beim Wechsel zwischen den einzelnen Kettenblättern bzw Ritzeln.