Verwendung einer Schaltnabe

Die Verwendung einer Schaltnabe ist bei Liegerädern relativ beliebt, da sich einige konstruktive Probleme, die sich aus den kleinen Radgrößen ergeben, einfacher lösen lassen. Insbesondere entfällt dadurch die Notwendigkeit, Schaltwerke mit sehr hoher Schaltkapazität zu verwenden, die sonst auf Grund der großen Kettenblätter notwendig wären. Neben der Kombination aus Ketten- und Nabenschaltung z.B in der 3x8 von Sachs bzw. SRAM werden auch reine Nabenschaltungen immer häufiger verwendet. Alle Nabenschaltungen leiten ein je nach gewähltem Gang auch im Vorzeichen unterschiedliches Drehmoment in das Ausfallende und damit in die Schwinge ein. Daher soll eine kurze Drehmomentbilanz aufgestellt werden. Der oben berechnete Pedalrückschlag kann auch als Hebelgetriebe zwischen Pedal und Schwinge aufgefasst werden. Das heißt :

F_Schwinge * delta_y = F_Pedal * delta_Pedal

Bei positive Werte bewirkt diese Kraft ein Einfedern des Hinterrades, negative dementsprechend eine Entlastung des Feder/Dämpferelementes. Oder mit anderen Worten, bei positiven Werten ist dieses Drehmoment mit dem Drehmoment, das die Kettenzugkraft am Ritzel erzeugt, gleichgerichtet. Auch bei einer Schaltnabe gilt, das die Summe aller Drehmomente verschwinden muß. Für die Drehmomentblianz gilt damit unter der Voraussetzung, das eine Eingelenkschwinge vorliegt :

Simplify[Solve[{0 == FKette*RRitzel + FRad*RRad + FStütze*LStütze,
0 == FRad*RRad + FKette*RRitzel/UGetriebe,
0 == FStütze*LStütze + FSchwinge*lSchwinge,
FKette*RKettenblatt == FPedal*lKurbel},
FSchwinge, {FStütze, FRad, FKette}]]

Daraus ergibt sich für die Kraft am Ende der Schwinge, die aus dem durch die Nabe eingeleiteten Drehmoment resultiert:



Positive Werte bedeuten, das diese Kraft ein Einfedern der Schwinge bewirkt. Die folgende Funktion berechnet den resultierenden Anteil der Pedalkraft, der am Schwingenende auftritt. Dieser beinhaltet sowohl den aus dem Pedalrückschlag folgenden Beitrag, als auch das Stützmoment der Schaltnabe. Letzterer ist bei einer reinen Kettenschaltung ebenso Null wie im Falle des direkten Ganges einer Schaltnabe.

Da die zum Pedalrückschlag durchgeführten Betrachtungen nur die Veränderung der geometrischen Verhältnisse berücksichtigen und kein Kräfte oder Drehmomente einbeziehen,wirkt sich hierbei die Schaltnabe nur in einer Veränderung der wirksamen Ritzelgröße aus. Durch das zusätzlich in das Ausfallende eingeleitete Drehmoment kann es jedoch im Gegensatz zur reinen Kettenschaltung auch für den Fall,daß kein Pedalrückschlag beim Einfedern auftritt,zu merklichen Einwirkungen des Antriebes auf die Federung kommen. Dieser Effekt wird bei den Nabenschaltungen zusätzlich betrachtet.
Generell unbeachtet geblieben sind hierbei Kräfte und daraus resultierende Drehmomente , die aus den Fahrwiderständen resultieren und ebenfalls einen Beitrag zu den auf die Schwinge wirkenden Momenten leiten. Diese Effekte, die das von der Schaltnabe resultierende Drehmoment teilweise oder ganz kompensieren können, werden im weiteren nicht diskutiert. Die Minimierung des Pedalrückschlages stellt auch für diesen Fall einen in der Entwurfsphase einfach gangbaren Weg dar, die Wechselwirkung zwischen Federung und Antrieb in einem für die Praxis ausreichendem Maße zu begrenzen.