Eingriffswinkel

Ein aktuell heiss diskutiertes Thema: Engagement Angle oder auch Eingriffswinkel. Was verbirgt sich hinter diesem Wort und wie wirkt sich dieser Winkel auf das Fahrverhalten aus?

Eingriffswinkel

Der Eingriffswinkel ist der grösstmögliche Winkel, welcher der Freilaufkörper drehen kann, bis die Verzahnungen des Freilaufkörpers komplett ineinandergreifen und das Nabengehäuse beschleunigt wird.

Dieser Winkel lässt sich berechnen, indem man 360° durch die Anzahl der Einrastpunkte des Freilaufsystems dividiert.

36 EINRASTPUNKTE = 10º

AUSWIRKUNGEN FAHRVERHALTEN 

Wann und wie wirkt sich dieser Winkel auf das Fahrverhalten aus?

bACKLASH

Der Backlash ist der maximale Leerweg, den die Kurbel drehen kann, bevor der Freilaufmechanismus ineinandergreift und die an der Kurbel investierte Kraft an der Nabe in Beschleunigung umwandelt.

Dieser Leerweg wird von drei Faktoren beeinflusst: der Kurbellänge, dem Übersetzungsverhältnis und dem Eingriffswinkel.

Die Kurbellänge und der Eingriffswinkel verhalten sich proportional zum Leerweg der Kurbel. Das Übersetzungsverhältnis wirkt sich hingegen umgekehrt proportional auf den Backlash aus.

Fazit: Je kleiner die Übersetzung, desto grösser der maximale Leerweg der Kurbel. 

Wann ist ein schnelles Eingreifen wichtig? Wenn es um Aufstiege und Situationen geht, in denen es darauf ankommt, sofort zu beschleunigen, um Hindernisse zu überwinden. 
 

\(BACKLASH = 2\cdot \pi \cdot  Kurbellaenge \cdot {Eingriffswinkel \over 360} \cdot {Ritzel \over Kettenblatt}\)

PEDALRÜCKSCHLAG

Pedalrückschlag ist ein Phänomen, das nur bei vollgefederten Fahrrädern auftritt. Es wird durch die Kettenspannung bei der Kompression der Federung verursacht, was zu einer Rückwärtsbewegung der Kurbeln führt. Zusätzlich verhindert diese Kettenspannung, dass sich die Federung frei bewegen kann. 

Aber was hat Pedalrückschlag mit dem Eingriffswinkel zu tun?

Um den Effekt genauer zu beschreiben, treffen wir zunächst zwei Annahmen. Das Hinterrad ist fixiert und kann weder im Uhrzeigersinn noch gegen ihn drehen. Die zweite Annahme, die getroffen wird, ist, dass wir uns in einer statischen Situation befinden, was bedeutet, dass wir die Fahrtgeschwindigkeit aussen vor lassen.

Was passiert also, wenn der Hinterbau einfedert?

  1. Der Dämpfer des Fahrrades komprimiert.
  2. Das Hinterrad bewegt sich an der Schwinge um den Drehpunkt herum.
  3. Bei den meisten Bikes verändert sich der Abstand zwischen Tretlager und Hinterradachse. Dies würde nicht geschehen, wenn der Drehpunkt der Hinterradschwinge exakt auf dem Tretlager wäre.
  4. Dies führt zu einer Änderung der Kettenlänge, was dazu führt, dass die Kurbel sich dreht.

Welchen Einfluss hat die Suspension?

Wenn die Kurbel an der Drehung gehindert wird, hält die Kettenspannung den Abstand zwischen Tretlager und Hinterachse konstant, was wiederum verhindert, dass sich die Schwinge frei bewegen kann und die Federung nicht komprimieren kann.

PEDALrückschlag
EINRASTPUNKTE FREILAUFSYSTEM

Was hat der Pedalrückschlag mit der Anzahl der Einrastpunkte des Freilaufs zu tun?
Um den Einfluss des Eingriffswinkels auf den Pedalrückschlag zu verstehen, ist es am einfachsten, zuerst die beiden Extreme, sofortiger Eingriff = ∞ Einrastpunkte sowie kein Engagement und 0 Eingriffspunkte, anzuschauen.

Sofortiger EINGRIFF
∞ EinRASTPUNKTE

Ein sofortiger Eingriff wäre erreichbar bei einem Freilaufsystem mit unendlich vielen Eingriffspunkten (POE). In jeder erdenklichen Situation, in der sich der Freilaufkörper befinden kann, ist der Freilaufkörper mit dem Nabengehäuse gekoppelt. Der Freilaufkörper kann sich gegen den Uhrzeigersinn drehen, aber kein bisschen im Uhrzeigersinn bewegen. 

Wenn das Fahrwerk komprimiert wird, vergrößert sich der Abstand zwischen Tretlager und Hinterachse (in Abhängigkeit von der jeweiligen Fahrradkinematik).

Die Veränderung der Kettenlänge wird durch den Kettenspanner ermöglicht. Da sich der Freilaufkörper nur gegen den Uhrzeigersinn bewegen kann, muss sich auch die Kette  gegen den Uhrzeigersinn bewegen, was  eine Rückwärtsbewegung der Kurbeln verursacht.

Wäre die Kurbel fixiert, wäre eine Abstandsänderung zwischen Tretlager und Hinterachse nicht möglich, was eine freie Bewegung der Federung verhindern würde.

KEIN ENGAGEMENT
0 EINGRIFFSPUNKTe

Das andere Extrem wäre ein Freilaufsystem ohne Einrastpunkte, was bedeuten würde, dass sich der Freilaufkörper frei in beide Richtungen drehen könnte.

Mit dieser Ausgangslage kann sich der Freilaufkörper und die Kette nun auch im Uhrzeigersinn bewegen. Das für eine frei beweglichen Hinterbau notwendige Kettenwachstum kann selbst bei einer fixierten Kurbel stattfinden, da die Kette nun über die Kassette, im Uhrzeigersinn, sich bewegen kann.

BEISPIEL PEDALRÜCKSCHLAG 

Nehmen wir an, ein vollgefedertes Fahrrad weist bei 50 mm Federweg einen Pedalrückschlag von 3° bei einer Übersetzung von 32x14 auf. Was bedeutet das für den Freilauf?

Um den Einfluss des Einrastwinkels auf den Pedalrückschlag zu verstehen, muss man wissen, um wie viel sich der Freilauf drehen würde. Dazu muss man den Pedalrückschlag mit dem Übersetzungsverhältnis multiplizieren.

3° an der Kurbel, bedeutet eine 6.8° grosse Drehung des Freilaufkörpers.
 

\(6.8° = 3°\cdot {32\over 14}\)

In einem System ohne Engagement könnte sich der Freilaufkörper um den entsprechenden Winkel in jeder Position frei drehen, und es würde niemals einen Pedalrückschlag geben.

In einem System mit sofortigem Engagement oder mit einer hohen Anzahl an Einrastpunkten besteht eine hohe Wahrscheinlichkeit eines Pedalrückschlags. In Bezug auf das Beispiel bedeutet dies, dass bei einem Eingriffswinkel von weniger als 6,8° eine hohe Wahrscheinlichkeit für einen Pedalrückschlag besteht.
 

Mehr Einrastpunkte = höheres Potential Pedalrückschlag*

* abhängig von der Kinematik des Fahrrads 

1: Kein Eingriff,    2: 10º Eingriffswinkel,    3: <6.8º Eingriffswinkel

ZUSÄTZLICHE ANMERKUNGEN

Während der Fahrt rotiert die Nabe mit einer bestimmten Geschwindigkeit. Zur Beschleunigung muss der Freilaufkörper in die Nabe eingreifen, und dies geschieht nur, wenn sich die Kassette schneller dreht als die Nabe. Wenn die Winkelgeschwindigkeit der Nabe schneller ist, als die der Kassette, kann der Freilaufkörper nicht einrasten und das Rad würde nicht beschleunigen.

Für den Pedalrückschlag bedeutet das, dass wenn die Winkelgeschwindigkeit der Nabe höher ist, als die durch die Längung der Kette erzeugte Geschwindigkeit des Freilaufkörpers, kein Pedalrückschlag oder negativer Einfluss auf ihre Fahrwerk auftreten würde.

Aber es ist nicht leicht, diese kritische Geschwindigkeit zu erreichen, denn je schneller man fährt, desto höher ist die Wahrscheinlichkeit auf härter Kompressionen und desto schneller die durch den Kettenzug erreichte Geschwindigkeit des Freilaufkörpers. Wenn es einfach wäre, diese Geschwindigkeit zu erreichen, würden Weltcup-Fahrer nicht damit experimentieren Ritzel aus der Kassette zu entfernen, um einen Leerlauf zu haben, um den Pedalrückschlag zu eliminieren.

Jedoch ist auch anzumerken, dass es einige Bikes gibt, welche eine Kinematik besitzen, die kaum Pedalrückschlag aufweisen. 

fazit

Bei der Entwicklung eines optimalen Freilaufsystems müssen unserer Meinung nach drei Faktoren berücksichtigt werden: Zuverlässigkeit, Gewicht und Einrastpunkte. Man muss jedoch bedenken, dass es einen Kompromiss zwischen diesen drei Faktoren gibt.

Wenn wir ein System mit mehr Eingriffspunkten einführen würden, müssten wir die Konstruktion der Nabe vergrößern, was letztendlich zu einem deutlich höheren Gewicht führen würde.
 
Anstatt jedoch den Eingriffswinkel zu minimieren, muss die Gesamtleistung des Systems maximiert werden. Wir sind nach wie vor der Meinung, dass ein System mit 36 Eingriffspunkten die beste Optimierung innerhalb dieser dreidimensionalen Perspektive in Bezug auf Zuverlässigkeit, Gewicht und Eingriffspunkte darstellt.

Umrüst kit

Wir wissen, dass für einige Fahrer, z.B. Trial-Fahrer, ein kleiner Einrastwinkel sehr wichtig ist, deshalb bieten wir einen 54t Umbausatz an, der den Einrastwinkel reduziert 
auf 6.7°.

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