Warum mehrere Materialien für Kettenblätter verwenden?

Warum sind bei einer typischen Gabelbrücke für mittelschwere Straßen die äußeren Ringe (größere Ringe) aus Aluminium, während der innere Ring (kleiner Ring) aus Chrom besteht?

Mir scheint, wenn Aluminium für einen gut genug wäre, wäre es für alle gut genug.

Hat es mit der auf jeden Ring ausgeübten Kraft zu tun? Vielleicht wird der kleinste Ring in Klettersituationen verwendet, wenn der Radfahrer steht, sodass an dieser Stelle die meiste Kraft auf die Kurbel ausgeübt wird (und Sie daher einen stärkeren Ring benötigen)?

Dies ist eigentlich eine Frage der Kraftmultiplikation, die jedes Kettenblatt liefert, und der Größe / Masse jedes Kettenblatts.

Differenz erzwingen

Lassen Sie uns nur für einen Moment vorschlagen, dass Sie ein Kettenblatt hatten, das so groß ist, dass der Radius fast der Kurbellänge entspricht. Wenn der Fahrer während der Benutzung des Kettenblatts (und unter Verwendung einfacher Plattformpedale) zum Treten stehen würde. Die maximale theoretische Kraft auf die Kette entspricht dem Gewicht des Fahrers. (Vorausgesetzt, er / sie zieht nicht am Lenker).

Lassen Sie uns nun das unpraktische und lächerlich große Kettenblatt loswerden und ein realistischeres einbauen, das einen Radius von ungefähr der halben Länge der Kurbel hat. Wenn der Fahrer nun das vorherige Experiment wiederholt, wirkt die maximale theoretische Kraft auf das Gewicht des Fahrers * 2.

Wenn Sie den gesamten Versuch wiederholen, diesmal jedoch mit einem Kettenblatt mit einem Radius von 1/4 der Kurbellänge, beträgt die maximale Kraft in der Kette das Vierfache des Fahrergewichts.

Das heißt, in einem einfachen Mechanismus wie einer Kurbel kann die Abtriebskraft wie folgt berechnet werden:

OF = IF * (Ir / Or).

Wobei IF = Eingangskraft, Ir = Eingangsradius oder = Ausgangsradius. Der Radius ist der Abstand von der Achse bis zu dem Punkt, an dem die Kraft ausgeübt wird.

Wie Sie sich vorstellen können, haben die meisten Tripe-Kettenblattkurbeln ein großes Kettenblatt mit einem Radius von ungefähr der halben Kurbellänge. Das kleinere Kettenblatt ist halb so groß. Tatsächlich verdoppelt die typische Dreifachkurbel die Abtriebskraft des kleinen Kettenblatts gegenüber dem größten.

Gewicht ist wichtig

Dies ist jedoch nur ein Teil des Themas. Je größer das Kettenblatt, desto schwerer ist es. Und es ist auch ein rotierender Teil des Fahrrads, so dass einige argumentieren könnten, dass es auf die Rotationsträgheit ankommt. Wie Sie sich vorstellen können, sind CroMo-Kettenblätter schwerer als Al.

Haltbarkeit

Das erklärt die Entscheidung noch nicht vollständig, aber hier ist sie: Aluminium hat normalerweise einen geringeren Widerstand gegen Reibungsverschleiß als Stahl. Wenn Sie beispielsweise eine Unebenheit in einem Aluminiumstück abfeilen müssten, würden Sie dies mit geringem Aufwand tun, im Vergleich zu ähnlichen Arbeiten auch bei Weichstahl. Hinzu kommt, dass eine neue Kette in einem neuen Kettenblatt bei vollem Rollenzahnkontakt mit mehreren Zähnen in Eingriff steht und die Last effektiv auf jeden Kontaktpunkt verteilt. Das kleine Kettenblatt kann weniger Berührungspunkte zum Verteilen der Last bereitstellen, wodurch jeder Zahn einem größeren Bruchteil der vom Fahrer ausgeübten und mit der Kurbel multiplizierten Gesamtkraft ausgesetzt wird. Das bedeutet, dass ein Zahn im kleinen Kettenblatt eine viel größere Last trägt als ein Zahn im großen Kettenblatt.

Nutzungsverhältnis

Dazu kommt das eher subjektive Argument, dass die meisten Fahrer mehr Zeit im mittleren Kettenblatt verbringen würden, vielleicht im kleinen oder viel zwischen ihnen springen, während das große sporadischer eingesetzt wird, normalerweise in schnellen Abfahrten, in denen der Fahrer gewonnen hat benutze nicht seine / ihre volle Kraft und nicht lange.

Fazit

All diese Argumente machen die gewählten Materialien zu einem guten Kompromiss zwischen Gewicht, Haltbarkeit und Kosten.

Kleine und mittlere Kettenblätter aus Aluminium nutzen sich zu schnell ab und neigen dazu, sich aufgrund einer falschen Schalttechnik zu verbiegen. Ein großes Kettenblatt aus Stahl wäre schwerer und der Unterschied wäre leicht wahrnehmbar, wenn man die Kurbel in der Hand hält. Die Kurbel mit dem großen Aluminiumkettenblatt wäre also der beste Kauf unter den beiden.

Der Gewichtsunterschied zwischen kleinen Kettenblättern aus diesen Materialien wäre weniger wahrnehmbar, und der Käufer wird möglicherweise nicht dazu aufgefordert, den Preisunterschied für einen so geringen Gewichtsverlust (Gewinn?) Zu zahlen.

Kleine Kettenblätter aus Aluminium eignen sich möglicherweise besser für professionelle Fahrer, die im Idealfall ordnungsgemäß gesponsert werden. Daher ist es keine große Sache, ein Kettenblatt pro Rennen auszugeben. Außerdem kann er / sie (im Idealfall) eine optimierte Schalttechnik haben (dh der Fahrer hat seine / ihre Schalttechnikfehler erkannt und korrigiert).

Gute Frage! Es gibt einige wichtige Gründe für die unterschiedlichen Materialien:

• Verschleiß : Stahl hält länger als Aluminium, schlicht und einfach. Warum also nicht alle Ringe aus Stahl? Die größeren Ringe sind an den Seiten mit Rampen versehen, die das Schalten erleichtern und beim Tragen des Rings nicht gedreht werden können. Der Oma-Ring kann, daher kann es viel länger dauern.

• Biegung / Biegung : Mit zunehmender Größe eines Kettenblatts wird es aufgrund des Drehmoments / der Belastung anfälliger für Biegungen und Biegungen. Gerader Stahl würde sich eigentlich ziemlich leicht biegen, aber die Art und Weise, wie sie CNC-Ringe bilden, ermöglicht eine größere Unterstützung der Ringe.

• Gewicht : Stahl wiegt mehr als Aluminium, wie auch CroMo. Für einen kleinen Ring ist der Unterschied viel geringer als für einen größeren Ring.

• Kosten : Genau wie bei einem schönen Fahrrad mit Stahlrahmen im Vergleich zu Aluminium kostet das bessere Material mehr Geld, es kann auch ein kostensparender Winkel sein. (Beachten Sie, dass dies auch für andere Materialien wie Titan gilt.)

Sie haben also mehrere Gründe, warum der Hersteller / Verkäufer unterschiedliche Ringmaterialien hat. Es ist höchstwahrscheinlich eine Kombination der oben genannten und ein Kompromiss für eine oder mehrere (mehr Gewicht gegen weniger Kraft usw.).

Hauptsächlich aufgrund von "Hebelarm" -Problemen wird auf die Zähne des kleinsten Rings viel mehr Kraft ausgeübt, und sie müssen am stärksten sein. Dies wird durch die Tatsache verschlimmert, dass die Kraft auf weniger Zähne verteilt wird.

Für # 2 würde ich das Gewicht auflisten - mit dem kleinen Ring aus Aluminium würde sehr wenig Gewicht gespart.

Ein Wort: Drehmoment. Auch als Hebelarm bekannt.

In diesem Fall ist der Hebelarm die Differenz zwischen den Radien des Kurbelarms (an dem das Pedal befestigt ist) und des Kettenrads. Wir Fahrer haben eine begrenzte Kraft, die wir auf die Pedale ausüben können, wodurch ein Drehmoment im Kurbelarm erzeugt wird. Unsere Trägheit erzeugt über die Kette im gewählten Zahnkranz eine Gegenkraft. Bei ausreichenden Höhenunterschieden der Arme kann unsere menschliche Kraft ein Drehmoment erzeugen, das die Materialfestigkeit des Kettenblatts überwindet.

Um dem erhöhten Drehmoment standzuhalten, besteht das kleinste Kettenblatt normalerweise aus dem stärkeren Material, häufig Stahl.

UPDATE: Moderatoren haben eine Erweiterung beantragt. Hier ist es.

Drehmoment ist eine "Drehkraft", die genau das ist, was wir Fahrer beim Treten eines Fahrrads erzeugen. Die Kraft, die wir auf die Pedale ausüben, kann durch die Länge des "Drehmomentarms" verstärkt werden - in unserem Fall die Länge von Mitte zu Mitte der Kurbelarme vom Tretlager zum Pedal ( s). Die gleiche Achse umgeben auch die vorderen Kettenräder. Der Unterschied zwischen unserem Pedalradius und dem Kettenradius ist der effektive "Drehmomentarm" oder "mechanische Vorteil" für das gegebene Kettenrad. Wenn der mechanische Vorteil zunimmt, nimmt auch das Drehmoment oder die Verdrehkraft zu, die wir von den Pedalen erzeugen. Wir erzielen den maximalen mechanischen Vorteil, wenn wir gegen das Kettenrad mit dem kleinsten Radius treten.

Das fasst unsere Kräfte zusammen. Nun ein Wort zu den Materialien. Relativ gesehen ist Stahl stark und schwer, während Aluminium weich und leicht ist. Legierungen und verschiedene Behandlungen modifizieren jedoch diese natürlichen Eigenschaften, gewöhnlich mit zusätzlichen Kosten. Das Endergebnis ist eine Spannungs- / Dehnungsanalyse der Kräfte (Drehmomente), die mit der inhärenten Festigkeit des Materials zusammenhängen. Und dann ist da noch das Geldbudget, das die verfügbaren Optionen und Auswahlen beeinflusst. Eine Überprüfung der in Frage kommenden Kettenradmaterialien würde den Rahmen dieser Antwort oder meines derzeitigen Wissens bei weitem sprengen.

Es genügt zu sagen, dass die Hersteller die kostengünstigsten Produkte für ihre Zielgruppe verwenden werden. Das könnte für die Tour de France-Teams andere Materialien bedeuten, als das, was Sie und ich in unseren örtlichen Fahrradgeschäften bekommen können.

Wenn es um Kettenräder für alltägliche Fahrer geht, geht es um das Drehmoment. Und die zwei billigsten Materialien, die die erforderliche Belastungs- / Dehnungsbeständigkeit erfüllen, sind Aluminiumlegierungen und Stahllegierungen.

Es ist zu beachten, dass sich der Begriff "Chromo" des OP auf Chrom-Molybdän-Stahl bezieht , der auch als Chromoly-Stahl bezeichnet wird.