GEMÜNDEN. Der Ritzelhopper Die Automatik- Kettenschalung fürs Fahrrad. ZfP-Sonderpreis der DGZfP beim Regionalwettbewerb Jugend forscht.

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Lieselotte Kaufer
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1 ZfP-Sonderpreis der DGZfP beim Regionalwettbewerb Jugend forscht GEMÜNDEN Der Ritzelhopper Die Automatik- Kettenschalung fürs Fahrrad Jakob Braun Schule: Friedrich-Dessauer-Gymnasium Stradtbadstraße Aschaffenburg Jugend forscht 2011

Kettenschalung fürs Fahrrad Jakob Braun Schule:

2 1 Inhalt: 1 Inhalt: Die Idee Der Hintergrund Das Konzept Meine Umsetzung Die Mechanik Die Bedienung Die Steuerung Die Automatik Das Ergebnis Wie es weiter gehen könnte Kontakt

.. 4 5.2 Die Bedienung... 5 5.3 Die Steuerung... 5 6 Die Automatik.

3 2 Die Idee Als ich eines Tages wieder einmal beim Fahrradfahren von dem Klackern der Kette genervt wurde, da ich eine ungünstige Schaltkombination verwendete, kam mir folgende Idee: Ich lasse die Schaltkombination von einer Automatik bestimmen. 3 Der Hintergrund Bei einer Kettenschaltung läuft die Kette über zwei Zahnräder (hinten & vorne). Die Kette wird von Schaltwerk und Umwerfer zwischen verschiedenen Ritzeln (Zahnrädern) hin- und hergeschoben. Kettenschaltung: Zum Schalten muss der Radfahrer die richtige Kombination von vorderem Kettenblatt und hinterem Ritzel auswählen. Er muss darauf achten, dass der Verlauf der Kette nicht zu schräg ist. Eine schräg laufende Kette hat einen schlechteren Wirkungsgrad, sie überträgt also nicht die ganze Kraft des Radfahrers auf das Hinterrad. Außerdem verursacht sie störende Laufgeräusche und erhöht den Materialverschleiß von Kette und Ritzel. Verlauf der Kette: 2

Die Kette wird von Schaltwerk und Umwerfer zwischen verschiedenen Ritzeln (Zahnrädern) hin- und hergeschoben.

4 4 Das Konzept Der Ritzel-Hopper unterstützt den Radfahrer, indem er die optimale Schaltkombination wählt und somit einen möglichst geraden Verlauf der Kette erzielt. Der Radfahrer wählt lediglich einen Gang aus, der Ritzel-Hopper stellt eine günstige Schaltkombination mit dem vorderen Umwerfer und dem hinteren Schaltwerk ein. Die folgende Tabelle zeigt die Übersetzungsverhältnisse die sich aus den möglichen Schaltkombinationen einer Schaltung mit 3 Kettenblättern und 7 Ritzeln ergeben. Tabelle der Übersetzungsverhältnisse: Man kann ablesen, dass manche Übersetzungsverhältnisse durch verschiedene Schaltkombinationen erreicht werden können. z.b.: 1,37; 1,5 Einige Schaltkombinationen scheiden aus, da hierbei die Kette zu schräg verlaufen würde. Von den 21 möglichen Schaltkombinationen (3*7) sind bei diesem Beispiel nur 11 Schaltkombinationen mit relevant unterschiedlichem Übersetzungsverhältnis. Die Schaltkombinationen welche ich für den Ritzel-Hopper ausgewählt habe, habe ich grün unterlegt und in die nachfolgende Grafik übernommen. 3

Die folgende Tabelle zeigt die Übersetzungsverhältnisse die sich aus den möglichen Schaltkombinationen einer Schaltung mit 3 Kettenblättern und 7 Ritzeln ergeben.

5 Auswahl der Schaltkombinationen für eine Schaltung mit 3 Kettenblättern und 7 Ritzeln: Bei einer Schaltung mit 3 Kettenblättern und 7 Ritzeln (3*7) ergeben sich beispielweise 11 Gänge mit unterschiedlichen Übersetzungsverhältnissen. Der Ritzel-Hopper kann jedoch für beliebige Kettenschaltungen benutzt werden z.b.: 2*6, 2*9, 3*6, 3*9, 3*10,. 5 Meine Umsetzung 5.1 Die Mechanik Um das Schaltwerk und den Umwerfer zu positionieren, nutze ich Modellbauservos und entferne deshalb die nun nutzlosen Schalthebel. Die Servos befestige ich nahe des Schaltwerks und des Umwerfers am Fahrradrahmen. Die Kraftübertragung von Servo auf Umwerfer erfolgt mit einem Gestänge und zum Schaltwerk mit einem Schiebezug, der nicht nur auf Zug, sondern auch auf Schub belastbar ist. Außerdem muss bei dem Schaltwerk und dem Umwerfer die Rückstellfeder entfernt werden, da diese zu hart für die Servos ist. Servos positionieren das Schaltwerk und den Umwerfer: 4

1 Die Mechanik Um das Schaltwerk und den Umwerfer zu positionieren, nutze ich Modellbauservos und entferne deshalb die nun nutzlosen Schalthebel.

6 5.2 Die Bedienung Die Auswahl des Ganges erfolgt über einen einzigen Drehschalter, der am Lenker montiert ist. Durch eine Taste kann der Lernmodus aktiviert werden. Im Lernmodus kann die Position von Umwerfer und Schaltwerk eingestellt und korrigieren werden. Die Einstellungen bleiben auch beim Ausschalten erhalten. 5.3 Die Steuerung Die Steuerung des Ritzel-Hoppers realisiere ich mit dem programmierbaren Mikrochip AVR ATMega8. Das Programm schreibe ich in der Programmiersprache C, welche sich neben Assembler zur Programmierung von Mikrochips dieser Art eignet. Die Tabelle der Schaltkombinationen wird im Chip in einem Speicher, der auch beim Ausschalten erhalten bleibt (Eeprom), abgelegt. Die Servos werden durch ein Steuersignal, das durch das Programm generiert wird, angesteuert. Damit lassen sie sich präzise und schnell betreiben. Die Steuerelektronik: 6 Die Automatik Der Ritzel-Hopper kann auch in einem Automatikmodus betrieben werden. Die gewünschte Trittfrequenz kann durch den Drehschalter eingestellt werden, und der Ritzel- Hopper übernimmt die Gangwahl, sodass die Trittfrequenz konstant bleibt. Geht es beispielsweise bergauf, schaltet der Ritzel-Hopper in einen kleineren Gang, geht es bergab, schaltet er in einen höheren Gang. 5

3 Die Steuerung Die Steuerung des Ritzel-Hoppers realisiere ich mit dem programmierbaren Mikrochip AVR ATMega8.

7 7 Das Ergebnis Der Ritzel-Hopper kann an jedes Fahrrad mit Kettenschaltung montiert werden, wobei der vorhandene Umwerfer und das Schaltwerk verwendet werden können. Das Schalten geht jetzt mittels des Drehschalters kinderleicht. Der Ritzel-Hopper wählt zuverlässig die günstigste Schaltkombination und positioniert Umwerfer und Schaltwerk äußerst schnell und präzise. Mit dem Ritzel-Hopper kann eine komplizierte Kettenschaltung auch von Ungeübten leicht bedient werden. Ganz bequem wird das Fahrradfahren, wenn man den Ritzel-Hopper als vollautomatische Gangschaltung betreibt. 8 Wie es weiter gehen könnte Ich werde die Fahrräder meiner Familie mit dem Ritzel-Hopper ausstatten und außerdem eine detaillierte Nachbauanleitung im Internet veröffentlichen. Es gibt bereits eine sehr hochpreisige Fahrrad-Kettenschaltung, die elektrisch betätigt wird. Diese bietet allerdings nicht den Komfort der automatischen optimalen Kettenführung wie der Ritzel-Hopper. Auch der Automatikmodus, den der Ritzel-Hopper bietet, ist ein Novum. Ich fände es toll, wenn die eine oder andere meiner Ideen von einem Fahrradschaltungshersteller aufgegriffen werden würden. 9 Kontakt Jakob Braun Kirchstraße Kleinostheim Tel: 06027/ Jakob.Braun96@gmx.de 6

Der Ritzel-Hopper wählt zuverlässig die günstigste Schaltkombination und positioniert Umwerfer und Schaltwerk äußerst schnell und präzise.

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