Es ist schon viel zu lange her, seit die letzte Ausgabe von Dreh-Momente am Dienstag online ging. Was war da los? Sagen wir mal: Die Saison ist mir dazwischen gekommen, ich bin einfach Fahrrad gefahren und nebenbei noch in meinem ganz normalen Ingenieursjob ganz gut beschäftigt gewesen. Jetzt aber: Der Advent ist da, die Tage sind kurz, Zeit für neue Momente rund um die technische Seite unseres Lieblingshobbies.

In der heutigen Ausgabe spielt Drehmoment auf jeden Fall eine Rolle, genauer gesagt sogar der Drehimpuls. Der Drehimpuls wird gern auch Drall genannt und lässt sich im Sport häufig beobachten, am anschaulichsten sicher bei einer Pirouette beim Eiskunstlauf, aber auch bei einem Frontflip. Bevor wir hier den Rahmen sprengen, gehe ich jetzt nur auf zwei wichtige Eigenschaft dieser Erhaltungsgröße ein:

  1. Je schwerer, größer und schneller rotierend ein System ist, desto größer der Drehimpuls.
  2. Um den Drehimpuls zu ändern, braucht es ein Drehmoment. Andernfalls bleibt der Drehimpuls erhalten.
Mechaniker in Gefahr
# Mechaniker in Gefahr - wer seinen Finger jetzt in die Bremsscheibe steckt...

Bei groß, schnell, schwer und rotierend habt ihr wahrscheinlich gleich ans Laufrad eines Fahrrades gedacht. Und genau hier findet sich der Gefahrenherd im Biker-Alltag. Mein Arbeitskollege Matthias ahnte nichts Übles, als er seinem Fixie etwas gutes tun wollte und die Kette reinigte. Also: Fixie in den Montageständer gehängt, Kette mit einem Lumpen umgriffen und durch Drehen der Tretkurbel die Kette durch den Lumpen gezogen. Das Hinterrad beginnt sich zu drehen und erhält einen Drehimpuls, den es nun beibehält, bis es durch ein Drehmoment wieder abgebremst wird. Bei einem Fixie ist der Drehimpuls noch relativ gering, schließlich sind Felge und Reifen eher leicht. Dafür hat Matthias schön schnell gekurbelt, bevor er in einem unachtsamen Moment seinen Finger zwischen Kette und Ritzel ziehen ließ. Bei einem Fixie ist ja das Hinterrad fix mit dem Ritzel verbunden, dreht sich das Hinterrad, bewegt sich auch die Kette. Was also wird wohl passiert sein?

  1. Der Finger zwischen Kette und Ritzel sorgt für ein Drehmoment, das das Hinterrad anhält. Glück gehabt!
  2. Das Ritzel wird einfach durch den Finger gedrückt, das Hinterrad dreht sich weiter. Ehe Matthias es bemerkt, ist sein Finger ein gutes Stück kürzer. Es blutet übel, ihm wird ein wenig schwarz vor Augen, und er findet sich im Krankenhaus wieder.

Der geneigte Leser wird es an der ausführlicheren Beschreibung von Antwort “2” bereits ahnen: Der Drehimpuls war stärker als der Finger.

Finger, gekürzt mit Fixie
# Finger, gekürzt mit Fixie - Bild: Privat

An dieser Stelle könnten Fahrer von Bikes mit Freilauf eigentlich aufatmen: Der Freilauf entkoppelt Hinterrad und Ritzel, und am Pedal wird man selbst hoffentlich nicht so fest kurbeln, dass man sich den Finger kürzt. Aber halt: auf der anderen Seite des Laufrades lauert auch für Mountainbiker die Gefahr – die Bremsscheibe! Ehrlich gesagt habe ich mich schon ein paar Mal gewundert, dass mir hier kein Unfall bekannt ist: Die Stege im Inneren der Bremsscheibe sind scharfkantig und schmal, und hier schützt kein Freilauf. Vor allem an Kinderbikes kann ich hier manchmal mein Kopfkino nicht ausschalten.

Kommen wir aber nochmal kurz zur Physik: Warum schneidet ein Ritzel oder eine Bremsscheibe so locker durch Fleisch, Fingernagel, Knochen? Kurze Wiederholung: zeitliche Drehimpulsänderung = Drehmoment.

Der Drehimpuls L eines Rades beträgt L = mrv = mr2ω

Wir nehmen ein leichtes Beispiel: Felge mit Reifen (zusammen 1000 g), ein 28/29″ Laufrad (Radius der Masse etwa 325 mm) und drehen einfach mal mit einer Kurbelumdrehung pro Sekunde bei einer Übersetzung von 1:2,5 (nichts extremes, ω = 15 entspricht mit einem 29er einer Geschwindigkeit von 18 km/h). Einsetzen in die obige Gleichung führt auf L = 1,8 kg·m2/s.

Damit der Finger dran bleibt, müsste das Hinterrad sich ab dem Kontakt des Fingers um weniger als 20° weiter drehen (das kommt jetzt ein bisschen drauf an, wie groß das Ritzel oder die Bremsscheibe ist und hängt auch davon ab, wie viel Fleisch man auf dem Finger hat, und ob jetzt Fleisch, Fingernagel oder auch Knochen beteiligt ist). Bei unserer Rotationsgeschwindigkeit  braucht das Hinterrad für 20° gerade einmal 0,02 Sekunden. Folglich muss das Hinterrad in 0,02 Sekunden angehalten werden, wenn man seinen Finger behalten will, wofür ein Drehmoment von 90 Nm nötig wäre. Bei einem Ritzel-Durchmesser von 10 cm wirkt auf den eingeklemmten Finger eine Kraft von 1800 N. Um es etwas anschaulicher zu machen: Das ist, als würde das Ritzel auf dem Finger angesetzt und eine sehr schwere Person oben drauf springen. Da muss das Ritzel nicht besonders scharf sein, um wie Butter durchzugehen – und mit der Bremsscheibe ist es auf keinen Fall besser.

Wir verzichten auf die Fingerprobe
# Wir verzichten auf die Fingerprobe - die Riemenscheibe ist zwar schonender als das Ritzel, aber gute Chancen rechnen wir uns hier auch nicht aus.

Hätte ein Riemenantrieb den Finger retten können?

Können Besitzer eines Riemenantriebs ruhig schlafen? Schließlich gibt es jede Menge Riemen-Fixies; und sogar einige wenige Getriebebikes mit Riemen, die auf einen Freilauf in der Nabe verzichten. Am Drehimpuls und dem benötigten Drehmoment für das abrupte Anhalten ändert sich nichts, bei einem Bike mit schweren Reifen sind die Zahlenwerte ja sogar noch deutlich höher. Aber: Die Flächenpressung auf den Finger wird geringer. Ein Gates Carbondrive-Ritzel ist 12 mm statt 2 mm breit, die eingequetschte Fläche ist also 6 Mal so groß. Das Blöde an der Sache: über 180 kg auf der Fläche eines Fingernagels bleiben leider ebenfalls nicht ohne Folgen.

Fazit

Kette ölen kann tödlich sein! Im Ernst: Augen auf bei rotierenden Rädern! Man muss nicht gleich zu amerikanischen Maßnahmen greifen und sein Laufrad nur noch mit Schutzbrille und schnittfesten Handschuhen zentrieren, aber sich des Risikos bewusst zu sein, kann niemals schaden. Und: Gute Besserung an Matthias, dessen Finger inzwischen schon fast wie neu ist. Nur eben kürzer.

  1. benutzerbild

    travelgerd

    dabei seit 08/2014

    coopera
    @LB Jörg

    ich arbeite in der Baubranche, wenn hier nur irgendwas nach genauen herstellervorgaben passieren würde kannst du 2/3 des jahres nicht arbeiten weil es zu feucht, zu heiß kalt oder zugig ist...

    da betonierst keine decke, klebst keinen ziegel und rühst nicht einmal einen sack fertigbeton an weil du da nichtmal alles einhätst was auf dem sack steht...

    aber das ist ein anderes thema...
    Ist das dann der bekannte Pfusch am Bau? Wenn der Putz abblättert, weil bei Minusgraden aufgebracht, entgegen den Vorgaben?
  2. benutzerbild

    coopera

    dabei seit 08/2015

    travelgerd
    Ist das dann der bekannte Pfusch am Bau? Wenn der Putz abblättert, weil bei Minusgraden aufgebracht, entgegen den Vorgaben?
    jep, genau der... nur die baubranche funktioniert leider nicht wie ein industriebetrieb unter kontrollierten bedingungen, da bist du der Witterung ausgesetzt und die hast du nicht im Griff...

    wenn du jetzt zb. ein Hotel umbaust kannst du das ja nicht im Sommer machen bei Schönwetter sondern dann wenn der Wirt dir es vorgibt und das ist bei einem Sommerbetriebswirt hald winter...

    part of the game....

    es baut dir ja keiner mit mit vorsatz etwas ein das hält nicht, macht ja keinen sinn, das geht hald in ein paar prozensätzen schief...

    roli
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  4. benutzerbild

    Jaerrit

    dabei seit 10/2014

    War "Was nicht passt wird passend gemacht" schon?

    [​IMG]
  5. benutzerbild

    Heiko_Herbsleb

    dabei seit 01/2015

    Ricky456
    ...
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