Montag, 24. August 2015

Achsmutter einer Nabenschaltung



Ich fahre nun schon länger ein Fahrrad mit einer Nabenschaltung. Um die Kette zu spannen gibt es zwei Möglichkeiten. Bei der einen wird ein Kettenspanner mit einer Feder benutzt. Das Prinzip ist dasselbe wie bei einer Kettenschaltung. Bei der anderen wird das gesamte Hinterrad verschoben. 


Vorteil dieser Methode ist es, dass ein zusätzliches Rädchen entfällt und der Wirkungsgrad dadurch etwas höher ist. Konkret geht es dabei um circa 6 Watt. (Quelle:http://fahrradzukunft.de/16/wirkungsgradmessungen-an-nabenschaltungen/) Außerdem sieht es, in meinen Augen, schöner aus. Die Methode hat allerdings auch zwei Nachteile. Zum Einen muss das Spannen der Kette manuell vorgenommen werden und zum anderen müssen die Bremsbeläge der Felgenbremse (V-Brake) hin und wieder neu eingestellt werden. Diese beiden Nachteile sind verschmerzbar. Eine Sache hat mich jedoch noch viel mehr gestört. Die beiden Muttern an, die das Hinterrad klemmen, kann man nur mit begrenztem Drehmoment anziehen. Hinzu kommt, dass der Fahrradrahmen aus Aluminium ist und das Material am Ausfallende im Laufe der Zeit etwas nach gibt. (Fließt)
Wird die Mutter mit einem zu geringen Drehmoment angezogen, besteht die Gefahr dass das Hinterrad beim starken Tritt in die Pedale verrutscht. Genau das ist mir häufig passiert. Sucht man in verschiedenen Internetforen nach Informationen oder fragt verschiedene Fahrradhändler, erhält man meistens dieselbe Antwort. Nämlich, dass das Problem nur dadurch entsteht das man die Mutter falsch angezogen hat oder ein Fertigungs- oder Materialfehler vorliegt. 

Bei Mountainbikern und solchen die solche Fahrräder fahren, besteht das Problem gar nicht. Diese Rahmen sind ausschließlich für eine Kettenschaltung vorgesehen und brauchen daher zwingend einen Feder belasteten Kettenspanner. (Das Schaltwerk selber.) Ein Ausfallende in Form eines Langloches wird dadurch überflüssig. Meist kommt ein sogenanntes vertikales Schaltauge zum Einsatz. Bei diesem kann die Achse nur gegen den Rahmen gezogen werden. Die Kraftübertragung findet aber Formschlüssig statt. In meinen Augen ist das die beste Lösung, wobei das Nachstellen der Bremsbeläge auch entfällt.


Auch die Kombination aus vertikalen und Horizontalen Ausfallende wird gebaut. Für besonders edel halte ich aber auch diese Lösung nicht.

Fündig wird man erst in der Szene der Fahrradkurier Fahrer oder Singlespeed Fahrer, was im Grunde dasselbe ist. Singlespeed bedeutet, dass diese Fahrräder nicht mit einer Schaltung ausgestattet sind, sondern immer im selben Gang fahren. Infolgedessen, muss bei geringer Geschwindigkeit sehr kräftig in die Pedale getreten werden. Viele berichten, dass sie sich einen zusätzlichen Kettenspanner auf der Antriebsseite, also der rechten Seite, montiert haben. Dabei geht es nicht um einen Kettenspanner im oben beschriebenen Sinne, sondern um ein kleines Blech- oder Frästeil das verhindert, dass das Rad nach vorne rutschen kann. Genau so ein Teil habe ich auch montiert und das Problem für mich damit gelöst. Der Kraftschluss wird durch einen Formschluss ersetzt.


Trotzdem muss das Rad hin und wieder verschoben werden um die Kette zu spannen. Dazu muss jedes mal die Achsmutter gelöst und wieder angezogen werden. Das nötige Drehmoment ist durch den Kettenspanner zwar etwas geringer aber immer noch beachtlich. Shimano gibt für die Achsmuttern der Alfine-8 Nabenschaltung ein Drehmoment von 30-45Nm an. (Quelle: Einbauanleitung SI-37N0A-001 Link zum pdf-Dokument)

Irgendwann hat man so eine Mutter auch überdreht. Getreu dem Motto: "Nach fest kommt ab!" bin ich davon ausgegangen, dass ich die Mutter einfach mit einem zu hohen Drehmoment angezogen habe. Wenn man sich die Mutter aber von innen anschaut, also die Gewindegänge, stellt man fest, dass diese förmlich herausgerissen wurden. Das Gewinde der Achse bleib unversehrt.


Dies ließ mich vermuten dass die Festigkeit der Muttern gering ist. Diese Vermutung galt es zu überprüfen. Dazu wurde am Rand der Mutter eine Härteprüfung nach Vickers durchgeführt.


Von den hier gezeigten Werten nicht verunsichern lassen. Diese wurden mit HV1 gemessen. Die Werte weiter unten angegebenen Wert sind relevant. Falsch sind die 261 HV 1 deswegen natürlich nicht.

 Bei diesem Verfahren wird eine gleichseitige Pyramide aus Diamant mit einer bestimmten Prüfkraft in das Material gedrückt. Mit einem Messmikroskop werden die Kanten des Abdrucks ausgemessen. Aus diesen kann wiederum die Eindruckoberfläche errechnet werden. Die Vickershärte (kurz HV) ergibt sich dann aus dem Verhältnis zwischen der Prüfkraft [N], der Abdruckfläche [mm²] und einem Faktor. Der Faktor rührt daher, dass die Prüfkraft früher in Kilopond angegeben wurde. 

Gemessen (bzw. errechnet) wurden folgende Werte: 217 HV 10; 224 HV 10 und 214 HV 10 Nun sind Härte und Festigkeit zwar verschiedene Eigenschaften, lassen sich aber mit Hilfe von Tabellen vergleichen. Ich habe eine Tabelle aus Schaefflers Technischen Taschenbuch genutzt. (Dieses kann man übrigens völlig kostenfrei auf der Internetpräsenz der Firma Schaeffler bestellen.) Diese zeigt einen Ausschnitt aus DIN EN ISO 898-1. Daraus lässt sich ablesen, dass eine Schraube (Keine Mutter) der Festigkeitsklasse 6.8 (Zugfestigkeit Rm in N/mm² = 600) eine Vickershärte von min 190 und max 250 hat.

Meine Vermutung, dass die Muttern eine geringe Festigkeit haben, wurde also bestätigt. Es ist anzunehmen, dass Shimano dies macht um eine Beschädigung der Achse zu vermeiden und weil die Herstellung (Umformung) leichter, also günstiger, ist.

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