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Beschreibung des
Pedalkraftwandlers |
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Es stellt
sich jetzt die
Frage, was ist ein Pedalkraftwandler? In unserem Fall betrifft es den
Pedalantrieb an Fahrrädern, aber auch
Handkurbeltriebe, z.B.
Seilzugwinden,
betrieben
durch menschliche
Körperkraft. |
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Es
geht darum, die
eingesetzte eigene Körperkraft
auf das Fahrradpedal oder an einer
Handkurbel so gut wie möglich
auszunutzen.
Entweder mit der gleichen Kraft eine Strecke
mit dem Fahrrad schneller
zurückzulegen, oder mit weniger Kraftaufwand die gleiche
Strecke
in der
gleichen Zeit zu fahren. |
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Dazu
treten wir beim Fahrrad immer mit der gleichen Kraft
abwechselnd
auf die zwei Pedale, um diese von oben nach unten
in einem
Halbkreisbogen zu
bewegen. Je langsamer wir
unter
Belastung treten, z.B. bei einem Berganstieg, umso
mühsamer wird es und je schneller
wir treten können,
ermöglicht z.B. durch eine
Gangschaltung, umso angenehmer wird es. |
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Jeder,
der einmal als Kind mit einer alten
Handkaffeemühle mit der Hand Kaffee gemahlen
hat, kennt die Ursache. Da
Handkaffeemühlen kein Kinderspielzeug waren, sondern
Haushaltsgeräte für
Erwachsene, richtete sich auch die dafür nötige
Handkraft
nach den
Erwachsenen
und nicht nach der geringeren Kraft von
Kindern.
Beim mahlen von Kaffee mit der
Handkurbel musste man eine bestimmt hohe
Kurbeldrehzahl erreichen, um
über die
zwei Umkehrpunkte nach jeder halben Umdrehung zu
kommen (wo die
Hand die Kurbel
quer weiter dreht). Ansonsten wurde es in diesen
Bereichen sehr mühsam
weiter
zu drehen, weil die Haltung der Hand in der
ungünstigsten
Stellung zu der
Handkurbel steht und so die aufgebrachte Kraft auf keinen
ausreichenden Hebelweg trifft und verpufft. Je
schneller man
dreht, um so besser der
Rundlauf, wobei dann weniger Kraft bei den
Umkehrpunkten verloren
geht. Der
optimale Rundlauf wird erreicht, indem man
aus dem günstigsten Drehbereich so
viel Schwung aufbaut, dass man in dem ungünstigsten
Drehbereich nicht langsamer
wird.
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In der
Fahrradbranche nennt man den optimalen Rundlauf, den „runden
Tritt“, und der
beträgt bei einem Durchschnittsfahrer eine Trittfrequenz von
etwa
60 U/min, bei
den
Radprofis
90 U/min im Schnitt, und in Spitzenbereichen bis zu 120
U/min. |
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Viele,
die Fahrrad fahren, erreichen aber nur 45 U/min oder weniger, aus
persönlichen
Gründen, wie dem des Alters, der Gemütlichkeit, der
Gesundheit, der Kenntnis
oder der Kondition. In diesen
Fällen erreicht man keinen optimalen Rundlauf
ohne Rückenwind oder Gefälle,
außer man
hat einen Pedalkraftwandler. Damit
erreicht man auch bei 45 U/min noch einen
optimalen Rundlauf. |
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Der
Pedalkraftwandler ist ein
Zwischengetriebe zwischen dem Pedalantrieb und der
Gangschaltung.
Bei jeder
Pedalumdrehung ändert sich die Übersetzung des
eingelegten
Gangs der
Gangschaltung, je nach der Pedalstellung, in fließenden
Übergängen
stufenlos. |
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Die hier
beschriebene Ausführung des Zwischengetriebes besteht nur aus
einem
Exzenterritzel, dass anstelle des normalen Steckritzels an der
Hinterradnabe
montiert ist, und
einem vorderen normalen
Kettenblatt mit der doppelten Anzahl
der Zähne, sowie einem speziellen
Kettenspanner. |
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Das
Exzenterritzel
ist ein normales Kettensteckritzel mit außermittiger
Achsaufnahme. Durch die
exzentrische Drehung wechselt der Abstand zwischen der Radachse und der
oberen
Kettenauflage und wirkt wie
die
änderbaren Übersetzungen einer hinteren
Kettenschaltung. Durch die
exzentrische Drehung des
Exzenterritzels wirken die
Übersetzungsänderungen hier
fließend und
stufenlos. |
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Die
Übersetzungshöhe und Einteilung entspricht in
etwa der einer 3-Gang-Nabenschaltung. Wenn das Pedal
auf 12:00 Uhr steht
entspricht dass dem ersten Gang. Auf Stellung 01:30
Uhr entspricht es
dem
zweiten Gang. Auf Stellung 03:00 Uhr entspricht es dem dritten Gang.
Danach auf
Stellung 04.30 Uhr wieder dem zweiten Gang. Und am Ende auf Stellung
06:00 Uhr
wieder dem
ersten Gang. Daraufhin wiederholt sich der Ablauf wieder auf der
anderen Pedalseite. Die durchschnittliche Übersetzung im
Pedallauf entspricht
der des zweiten Ganges. |
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Dass
hat den
Effekt, dass man die ungünstigsten Stellen beim Pedalbetrieb
mit einer
kleineren
Übersetzung
überwinden kann und
an der
günstigsten Stelle mit der
größten Kraftumsetzung, die dort noch
zusätzlich mögliche
Leistung
auch
nutzt. |
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Zusätzlich wird
dadurch der
Zeitabschnitt der
effektiven Pedalstellung
verlängert und in der uneffektiven Pedalstellung
verkürzt. Durch die Zunahme an
Kraft und Schwung im optimalen Kraftbereich wird die
Überwindung der nun
reduzierten minimalen Kraftbereiche mit erhöhter Drehzahl
so weit verbessert,
dass die Trittgeschwindigkeit für einen optimalen Rundlauf
reduziert
wird. |
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In
der Praxis
zeigten sich im Betrieb mit einer 7-Gang-Nabenschaltung folgende
Auswirkungen: |
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1.) Bei der Fahrt
auf einer Ebene wählt man mit Pedalkraftwandler schon den 7.
Gang,
wo man ohne
erst im 5. Gang fährt. |
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2.)
Bei einer Bergfahrt fährt
man mit Pedalkraftwandler erst im 3. Gang, wo man ohne
schon im 1. Gang
fährt. |
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3.) In den
Pedalen stehend, war es mit dem Pedalkraftwandler sogar
möglich
mit wenig
Kraft
auch im 7. Gang den gleichen Berg zu befahren, ohne Pedalkraftwandler
nicht. |
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4.) Bei
einem kurzem Bergab-
und Bergaufversuch auf Asphalt lieferten sich zwei
ebenbürtige Freizeitsportler
ein Kopf-an-Kopf-Rennen, wobei der eine mit einem
Mountainbike im
ersten von 21
Gängen und der andere mit einem Cityrad im siebten
Gang
der 7-Gang-Nabe, beide
die Zieleinfahrt stehend passierten. |
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Der
Effekt der reduzierten Trittgeschwindigkeit
des Pedalkraftwandlers bedarf noch einer Anmerkung:
Bei gleicher Fahrgeschwindigkeit mit
einer
7-Gang-Nabe
ist die Pedalgeschwindigkeit bei der 12:00 Uhr und
06:00 Uhr
Pedalstellung,
ohne Pedalkraftwandler im 5. Gang, und mit Pedalkraftwandler im 7.
Gang, in
etwa die gleiche.
Umgekehrt, bei
gleicher Fahrgeschwindigkeit mit
einer
7-Gang-Nabe, ist
die Pedalgeschwindigkeit bei der 03:00
Uhr Pedalstellung, ohne
Pedalkraftwandler im 7. Gang und
mit Pedalkraftwandler im
5. Gang, in etwa auch
die gleiche. |
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Die Meinung der Testpersonen
fiel unterschiedlich
aus.
Personen, die
wenig Rad fahren oder die mit niedriger
Trittgeschwindigkeiten bis etwa 50
U/min fahren, waren alle begeistert.
Unter
den sportlicheren
Radfahrern, die
hohe Trittgeschwindigkeiten vorziehen, teilte sich die Meinung darin,
dass die
Hälfte davon im Berg einen Vorteil
sahen. Das
liegt vor allem an der Gewöhnung an
die schnellere Pedalgeschwindigkeit bei der Pedalstellung gegen 06:00
Uhr. Bis
zu einer Trittgeschwindigkeit von etwa 30 U/min merken die
meisten Personen
überhaupt keinen
Unterschied. |
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Wenn
man sich nach 10 Minuten Fahrt an den
Pedalkraftwandler gewöhnt hat und dann auf einem normalen
Pedalantrieb
umsteigt, kommt einem der normale Antrieb ungewohnt vor. Trotzdem ist
der Pedalkraftwandler für Personen, die eine weitaus
höhere
Trittfrequenz oberhalb von 60 U/min
bevorzugen, ungeeignet, da diese sich permanent im runden
Tritt befinden. |
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Für die Personen,
die sich dazwischen
befinden, haben wir
einen
automatisch durch Fliehkraft verstellbaren Pedalkraftwandler
entwickelt, der
immer einen runden Lauf gewährt, egal bei welcher
Trittgeschwindigkeit. |
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Der optimale Einsatzort
für den
Pedalkraftwandler ohne automatische Verstellung findet sich bei
Cityrädern,
Hollandrädern, Cruisern, Lastenrädern,
Dreirädern,
Rikschas und Tretbooten. |
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