Verluste Kettenumlenkung: Zwischengetriebe vs. Rolle vs. Ritzel

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Die Reibungsverluste entstehen beim Zwischengetriebe weniger wegen des größeren Umschlingungswinkels (der bewirkt etwas größere Last auf die Lagerachse der Rolle, was bei einem einigermaßen vernünftigen Lager kaum etwas ausmacht) sondern wegen der Kraftübertragung.
Das An- und Ablaufen der Kette verursacht Reibung zwischen Zahnkranz und Kettenglied. Diese Reibung ist um so höher, je mehr Kraft an der Stelle übertragen werden muss.
Während bei einer Umlenkrolle die Kraft des Kettenzugs nur umgelenkt wird (die Rolle aber nicht bremst oder antreibt), muss bei einem Zwischengetriebe die Kraft zweimal übertragen werden: Einmal von der Primärkette auf das Zwischengetriebe und dann noch einmal wieder vom Zwischengetriebe auf die Sekundärkette.

Welche Stelle meinst Du ganz genau? Verlust heißt ja, dass Reibungskräfte über einen bestimmten Weg wirken. Wirken zusätzliche Kräfte außer der Kettenzugkraft im Fall des Zwischengetriebes? Wenn nicht, warum sind die Wege anders (gleicher Durchmesser vorausgesetzt)?

Ich habe diese Erklärung auch schon früher gelesen, aber nie verstanden.
 
AW: Verluste Kettenumlenkung: Zwischengetriebe vs. Rolle vs. Ritzel

Die Zähne müssen ja in die Kette greifen. Dabei gleitet das Kettenglied an der Zahnwandung entlang bis zum tiefsten Punkt hinab.
Bei einer reinen Umlenkrolle ist die Rolle frei beweglich - auf sie wirken ja nur radiale Kräfte und keine tangentialen. Daher kann die Rolle evtl. Zwängungen ausweichen. Das "hinabgleiten" geschieht also ohne Flankendruck.

Anders beim Zwischengetriebe: Da müssen ja die Kräfte von der Kette tangential auf den Zahnkranz eingeleitet werden. Das "Hinabgleiten" findet also mit dem Anpressdruck der Kettenzugspannung statt, wodurch die Reibungsverluste wesentlich höher sind.

(tu mich etwas schwer mit der Erklärung - hoffe es ist trotzdem verständlich)

EDIT:
Obige Erklärung stimmt insofern vlt. nicht ganz, da das Röllchen der Kette an der Zahnflanke vmtl. eher hinabrollt. Die Reibung findet also eher zwischen Kettenröllchen und Kettenbolzen statt.
Wo die Reibung jetzt aber schlußendlich stattfindet, spielt auch keine Rolle. Ohne Last ist sie immer kleiner wie mit Last.
 
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Hallo David

Meiner Meinung nach ist der Reibungsverlust am Zwischengetriebe grösser, weil wesentlich mehr Kettenröllchen auf den Kettenbölzen unter Kraft um 180 Grad rotieren müssen. Und das ja zweimal, weil 2 kettenräder...
An der Umlenkrolle müssen höchstens 3-4 Ketenröllchen auf den Kettenbolzen um 20-30 Grad verdreht werden (beim typischen Tieflieger).
Inwiefern sich diese Verluste merklich auf die Geschwindigkeit auswirken sei aber dahingestellt. Allerdings werden Zwischengetriebe ja nicht aus Jux und Tollerei eingebaut und haben durchaus ihre praktischen Vorteile, z.b. bei kleinen angetriebenen Rädern, um günstigere Übersetzungen und Gangabstufungen zu erreichen.

viele Gruesse
Lutz
 
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...auch wenn die Kette auch einzelnen Gliedern besteht, mußt du eine ständig wiederkehrende Umformung bewirken (die durch die Konstruktion der Kette durch Lager und Schmierung natürlich konstruktiv sehr stark verringert wurde). Die Physik dazu ist erst mal für beide Fälle gleich. Aber diese ist natürlich proportional zum Umschlingungswinkel, die Kette wird also beim An- und Ablaufen des Zwischengetriebes insgesamt um 360° gebogen (zweimal ein U-turn), und wieder Gestreckt, bei der Umlenkrolle sind es vielleicht 30° oder 40°. Egal also wie klein die Reibung in der Kette auch sei, die Umlenkrolle hat also in jeden Fall die Nase vorn.

Wäre statt der Kette ein Keilrippenriemen verbaut, wäre das ganze natürlich noch ungünstiger, weil der ja genau so die ganze zeit richtig klar ersichtlich von Grade auf Krumm hin und her gebogen würde, und zwar nicht auf basis von gelenken sondern elastisch.. der wird darurch schon gut warm... und das frisst richtig Leistung.

Nur frage ich mich, was Verhältnismäßig mehr Reibung einbringt: Die Kettenverformung, oder das Getriebe selbst? würde mich nicht wundern wenn die Reibung in der Kette da im Faktor 10 bis 20 niedriger anzusetzen ist...

Gruß, Axel
 
AW: Verluste Kettenumlenkung: Zwischengetriebe vs. Rolle vs. Ritzel

Aber diese ist natürlich proportional zum Umschlingungswinkel, die Kette wird also beim An- und Ablaufen des Zwischengetriebes insgesamt um 360° gebogen (zweimal ein U-turn), und wieder Gestreckt, bei der Umlenkrolle sind es vielleicht 30° oder 40°.
Ein Kettenglied wird nicht gebogen sondern es dreht sich um den Bolzen. Einmal in den richtigen Winkel gedreht, ist es völlig egal, wie lange der Bogenabschnitte ist, auf dem es sich bewegt - also auch egal, wie groß der Umschließungswinkel ist, denn jedes Kettenglied ist genau 2x dran (je 1x beim An- und beim Ablaufen).

Der Umschließungswinkel hat aber Auswirkung auf die wirkenden Kräfte.

Dazu ein Gedankenexperiment:
Nimm ein Seil mit je einem Gewicht am Ende und hänge es über 2 Stuhllehnen. Dann drücke auf das Seil im Bereich zwischen den Stuhllehnen...
Die Kraft, die du zum Auslenken des Seils brauchst wird immer größer je spitzer der Winkel an diesem Aus-/Umlenkpunkt wird.
Bei einem (Theorie) unendlich langem Seil und unendlich großer Auslenkmöglichkeit wird der Winkel zwischen den abgehenden Seilstücken irgendwann mal 0°. Dann brauchst du (um diese Position zu halten) dieselbe Kraft, die aus den beiden Endgewichten hervorgerufen wird.

Auf das System Kette/Umlenkrolle übertragen bedeuten die 0° des Seils 180° Umschlingungswinkel, also das, was man bei einem Zwischengetriebe 2x (primär- und Sekundärkette) hat. Man hat also 2x volle Kettenzuglast.
Aus der Zähnezahl/Rollendurchmesser kann man nun den Anpressdruck ermitteln.
Leicht nachvollziehbar ist, dass bei geringerer Auslenkung (kleinerem Umschlingungswinkel) und dadurch auch geringerer Auslenkungskraft bei gleicher Zähnezahl/Rollendurchmesser dann auch ein geringerer Anpressdruck herrscht.
Geringerer Anpressdruck = geringere Reibung.

Das mal nur zum Umschlingungswinkel.
Der von mir in Beitrag #2 beschriebene Unterschied zwischen Umlenkrolle und Zwischengetriebe bringt IMO aber den weit größeren Unterschied.
 
AW: Verluste Kettenumlenkung: Zwischengetriebe vs. Rolle vs. Ritzel

Finde den entscheidenden Unterschied im Text (Konzentrationsaufgabe)
ich schrieb:
(...) die Kette wird also beim An- und Ablaufen des Zwischengetriebes insgesamt um 360° gebogen
Du antwortest..
(...)Ein Kettenglied wird nicht gebogen sondern es dreht sich um den Bolzen.(...)


na vielleicht helf ich ein wenig ... und unterstreich das mal...

Die Reibung zwischen den Kettengliedern tritt beim Zwischengetriebe halt zweimal auf, wo eine Umlenkrolle eben nur einmal die Kette auslenkt. Der Reibungsanteil der wegen der Kraftübertragung noch dazu kommt ist auf jeden Fall anteilig wesentlich höher... und die Reibung im Getriebe selbst natürlich...
 
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AW: Verluste Kettenumlenkung: Zwischengetriebe vs. Rolle vs. Ritzel

Finde den entscheidenden Unterschied im Text (Konzetrationsaufgabe)
Erkenne den Sinn des Beitrags und flüchte dich nicht in Spitzfindigkeiten (Konzentrationsaufgabe).

... und vor allem: Zitiere nicht so , dass der Kontext verloren geht (ich unterstreich das auch mal):
...auch wenn die Kette auch einzelnen Gliedern besteht, mußt du eine ständig wiederkehrende Umformung bewirken (die durch die Konstruktion der Kette durch Lager und Schmierung natürlich konstruktiv sehr stark verringert wurde). Die Physik dazu ist erst mal für beide Fälle gleich. Aber diese ist natürlich proportional zum Umschlingungswinkel, die Kette wird also beim An- und Ablaufen des Zwischengetriebes insgesamt um 360° gebogen (zweimal ein U-turn), und wieder Gestreckt, bei der Umlenkrolle sind es vielleicht 30° oder 40°. Egal also wie klein die Reibung in der Kette auch sei, die Umlenkrolle hat also in jeden Fall die Nase vorn.

BTW:
Biegen (dauerhaft umformen) kannst du eine Kette nur seitlich.
 
AW: Verluste Kettenumlenkung: Zwischengetriebe vs. Rolle vs. Ritzel

Klappen... Drehen... Auslenken.... egal was ich geschrieben hätte, immer wär's irgendwie nicht ganz richtig gewesen... aber ich hab GANZ KLAR nicht gemeint das Kettenglieder "gebogen" werden sollen... und das was Du draus gemacht hast wirft einfach ein völlig falsches Bild.

So... um was geht es bei der Frage hier überhaupt? Das der Wirkungsgrad eines Antriebs mit Zwischengetriebe schlechter ist als der mit einer Umlenkrolle?

Kurz gesagt:
JA!

Ob das "zweimal umlenken" entscheidend zu dem Wirkungsgradverlust beiträgt?

ich denke:
NEIN

Ob der Wirkungsgradverlust durch die Vorteile des Zwischengetriebes aufgehoben werden? Ich antworte mit einem entschiedenen:
KANN SEIN.. um was geht's denn dabei?
 
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AW: Verluste Kettenumlenkung: Zwischengetriebe vs. Rolle vs. Ritzel

Ich habe diese Erklärung auch schon früher gelesen, aber nie verstanden.

Ich dachte letztes Mal, ich hätte es verstanden - je mehr ich darüber nachdenke desto weniger verstehe ich es aber... also: Holzweg

Die Kette besteht praktisch aus drei Funktionalen Einheiten, an deren Berührungspunkten Reibung entsteht:

Außenglieder (Außenlaschen, fest (!) verbunden mit den Bolzen)
Innenglieder (Innenlaschen mit Kragen, reiben gegen Bolzen)
Röllchen (reiben gegen Kragen der Innenlaschen)

Jedes Gelenk schwenkt um den Winkel zwischen drei Zahnflanken

Bei Wandlung von (Kettenzug-)Kraft in (Ritzel-)Drehmoment und umgekehrt, also an beiden Enden des Zugtrums, belastet die gesamte Kettenzugkraft die Kettenröllchen.

Im Unterschied hierzu belastet beim Umlenkritzel nur die zum Umlenken der Kette benötigte Kraft anteilig die anliegenden Röllchen.


Daraus müßte sich doch die Lösung basteln lassen...


Gruß,
Patrick
 
AW: Verluste Kettenumlenkung: Zwischengetriebe vs. Rolle vs. Ritzel

Klappen... Drehen... Auslenken.... egal was ich geschrieben hätte, immer wär's irgendwie nicht ganz richtig gewesen... aber ich hab GANZ KLAR nicht gemeint das Kettenglieder "gebogen" werden sollen... und das was Du draus gemacht hast wirft einfach ein völlig falsches Bild.
Da versucht ihr Euch ja an einem wirklich harten Brocken.

In einem einfachen Kettengetriebe gibt es 2 Fälle die zu betrachten sind.
Kette ohne Last, Kette mit Last.

Und wenn es um einen Kettenantrieb mit Umlenkung der Kettenzugrichtung geht und die Frage auftaucht
Umlenkrolle oder Zwischengetriebe. Da hat eindeutig die Kettenrolle die Nase vorn.

Denn beim Zwischengetriebe, musst Du das Ganze wie zwei hintereinander geschaltete Getriebe betrachten.
Als ganz groben Näherungswert kann man die Verluste in einem Fahrradkettenantrieb mit etwa 5% annehmen.

So käme dann beim Zwischengetriebe ohne Umlenkung 9,75% aus der reinen Kraftübertragung.

Für das Umlenken hast Du sowohl mit Umlenkrolle als auch mit Zwischengetriebe zusätzliche Verluste.
und die sind in beiden Fällen etwa vergleichbar. Ist die Umlenkrolle in der gleichen Qalität gemacht wie die
Ritzel und ihre Lagerung ist es jedenfalls nicht verkehrt als ganz groben Richtwert für jede Richtungsänderung etwa 2-3%
anzunehmen.

Die Umlenkrolle kann unter gewissen Umständen auch bei der Umlenkung punkten, wenn z.B. die Größe der Rolle so
abgestimmt wird das weniger als 3Gelenke auf der Rolle liegen. Und natürlich weil in der Umlenkrolle keine Drehmomente übertragen werden müssen.

Ohne die Abnahme von Drehmomenten ist nur die Reibstelle zwischen Lasche und Bolzen unter Druck,
und beim ein- oder ableiten von Drehmomenten kommt auch die 2. Reibstelle zwischen Hülse und Röllchen unter Druck.
Und am Zwischenrad müssen immer die Drehmomente in einem Rad abgeleitet und im anderen Rad eingeleitet werden.


Ob der Wirkungsgradverlust durch die Vorteile des Zwischengetriebes aufgehoben werden? Ich antworte mit einem entschiedenen:
KANN SEIN.. um was geht's denn dabei?
Was den Wirkungsgrad innerhalb des Antriebstranges betrifft hat das Zwischengetriebe NUR Nachteile.

Manchmal ist es aber für den Konstrukteur aber eben einfacher seine Aufgabe zu erledigen indem er ein Zwischengetriebe
einsetzt. Am Fahrrad können ja auch andere Verluste auftreten als in der Kette, und vielleicht so woanders gepunktet werden.

Grüße
Veronika

PS. Draußen ist schönes Wetter geht Fahrradfahren, und denkt dran, an den geringen Verlusten in der Kette kann der Fahrer nichts ändern, an den zum Teil recht heftigen, in den Reifen aber schon.
 
AW: Verluste Kettenumlenkung: Zwischengetriebe vs. Rolle vs. Ritzel

Klappen... Drehen... Auslenken.... egal was ich geschrieben hätte, immer wär's irgendwie nicht ganz richtig gewesen... aber ich hab GANZ KLAR nicht gemeint das Kettenglieder "gebogen" werden sollen... und das was Du draus gemacht hast wirft einfach ein völlig falsches Bild.
Mir ist schon klar, dass du weißt, wie eine Kette funktioniert und mein Hinweis auf "Biegen" war nur eine kleine Retourkutsche auf deine mMn recht überheblich formulierte Antwort.

Nichtsdestotrotz ist es IMO einfach falsch, dass die schiere Größe des Umschlingungswinkels oder die Länge des an der Rolle anliegenden Kettenabschnitts direkt etwas ausmacht.
Das "Mehr" an Reibung kommt durch den größeren Anpreßdruck.
 
AW: Verluste Kettenumlenkung: Zwischengetriebe vs. Rolle vs. Ritzel

Interessantes Thema, wie hoch schätzt ihr den Verlust der Kettenumlenkung bei diesem Rad ein? bringt der wechsel von billigen Plastigkettenumlenkrollen auf welche mit Ritzel was? Selbst wenn man nur 1 Kmh bei gleichem Puls gewinnt an Tempo würde sich das Tuning lohnen
http://www.recumbent.de/

LG Patrick
 
AW: Verluste Kettenumlenkung: Zwischengetriebe vs. Rolle vs. Ritzel

... das weniger als 3Gelenke auf der Rolle liegen.
Warum?
Je weniger Gelenke im Spiel sein sollen, desto kleiner müsste die Umlenkrolle ausfallen. Das deckt sich nicht gerade mit meinem Kenntnisstand.
OK, mann könnte sagen: Bei einem bestimmten Rollendurchmesser liegen desto weniger Glieder an je kleiner der Auslenkwinkel der Kette ist - doch der Auslenkwinkel ist meist vorgegeben und lässt sich nur in ganz beschränktem Maße verändern.
 
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AW: Verluste Kettenumlenkung: Zwischengetriebe vs. Rolle vs. Ritzel

Hallo Veronika,

daß das Umlenkgetriebe mehr verluste hat hat niemand angezweifelt. Mir (und lida(?)) geht es um die konkreten ursächlichen Vorgänge.

Der Einfluß des Umschlingungswinkels ist mir schleierhaft, findet doch augenscheinlich zwischen Auf- und Ablaufen der kette keine Winkeländerung im Gelenk und somit keine Reibung statt.

Gruß aus dem verregneten Vorarlberg,
Patrick
 
AW: Verluste Kettenumlenkung: Zwischengetriebe vs. Rolle vs. Ritzel

Nichtsdestotrotz ist es IMO einfach falsch, dass die schiere Größe des Umschlingungswinkels oder die Länge des an der Rolle anliegenden Kettenabschnitts direkt etwas ausmacht. Das "Mehr" an Reibung kommt durch den größeren Anpreßdruck.
Das ist nochmal eine Größenordung komplexer als Du glaubst, es gibt nicht nur doppelt so viele Reibstellen wie Du betrachtest, sondern es gibt auch noch das Problem dass ein Kettengetriebe immer "auf Stoß" läuft. also bei jedem Zahn eine Geschwindigkeitsänderung in der Kette stattfinden muß. Ein Kettenrad ist immer nur ein Vieleck.

Der gewöhnliche Konstrukteuer durchdringt das ganze meist nicht theoretisch, bis ins letzte Teil, denn alles ist sehr komplex, und mit vielen Stolperstellen übersät ...
Er verwendet Tabellen, die aus Messwerten resultieren ... und bastelt sich ein vereinfachtes Erklärungsmodell darum herum, für den Fall das er mal jemandem vereinfacht erklären soll, warum das so ist.

Grüße
Veronika
 
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Damit bist du nicht mal ansatzweise auf die Frage eingegengen.
 
AW: Verluste Kettenumlenkung: Zwischengetriebe vs. Rolle vs. Ritzel

Mir (und lida(?)) geht es um die konkreten ursächlichen Vorgänge.
Vielleicht kann da ein Ingenieur sein Erstpromotion dazu schreiben. Getriebetechnik ist überhaupt nicht trivial.

Der Einfluss des Umschlingungswinkels ist mir schleierhaft, findet doch augenscheinlich zwischen Auf- und Ablaufen der kette keine Winkeländerung im Gelenk und somit keine Reibung statt.
Aber die Kraftvektoren in allen beteiligten Reibstellen sind anders, also auch die Drücke in den jeweilig beteiligten Lagern
Und aus dem Knickwinkel in der Kette, dem Drehwinkel des Röllchens, der Geschwindigkeit der Bewegung, und dem Druck im Lager und der Qualität der Lager resultiert am Ende die Reibung ....

Die jeweiligen Lastkollektive inklusive die aus den dynamischen Belastungen durch den "Stoß" können wirklich sehr komplex sein ... Aber das ist "Grundlagenforschung".

Grüße
Veronika
 
AW: Verluste Kettenumlenkung: Zwischengetriebe vs. Rolle vs. Ritzel

Die Ostfalia hat zu diesem Thema einen Messstand errichtet und umfangreiche Tests durchgeführt. Die Ergebnisse sind in der Aufbereitung und werden demnächst veröffentlicht.

Also noch etwas Geduld, dann gibt es demnächst (hoffentlich) belastbare Zahlen zum Thema Leistungsverlust durch Umlenkrollen etc..
 
AW: Verluste Kettenumlenkung: Zwischengetriebe vs. Rolle vs. Ritzel

dann gibt es demnächst (hoffentlich) belastbare Zahlen zum Thema Leistungsverlust durch Umlenkrollen etc..

Fein, hoffentlich gibt es dann auch belastbare Theorien zu den Zahlen - die ohne "Dunkle Materie" auskommen ;)

Ich kann ganz gut mit empirisch gewonnenen Erkenntnissen leben aber die Frage nach dem Hintergrund bleibt.

Gruß,
Patrick
 
AW: Verluste Kettenumlenkung: Zwischengetriebe vs. Rolle vs. Ritzel

Wunderbarer Thread.
Jetzt werfe ich mal ein, dass die Radialkraft umgekehrt proportional zum Radius ist. Und da die Reibungskraft proportional zur FLächenpressung ist, mach es also Sinn nicht allzu kleine Zahnräded zu verwenden.
Und noch einer: Die Zähnezahl soll ungerade sein. Macht eine gleichmässigere Abnützung und weniger “Längenänderung“ der Kette also weniger Arbeit für den Kettenspanner.

So, jetzt kommt Ihr :)
 
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