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Fahrradhersteller & Fahrrad / E-Bike - Lexikon

Fahrrad - Lexikon

Das Drehmoment mit dem Physikalischen Formelzeichen „M“ sowie der Einheit Newton Meter (Nm) spielt im Bereich des Fahrrads vielerorts eine Rolle. In anderen Ländern ist zudem noch die Einheit inch-pound (in-lbf) gebräuchlich. Achtundzwanzig Newtonmeter entsprechen in etwa zweihundertfünfzig inch-pound. Die in den USA hierfür am meisten verwendete Größe ist das Foot-pound (ft-lbf), welches in etwa 0,73 Newtonmeter entspricht.

Häufig Erwähnung findet es vor allem beim sogenannten Anzugsdrehmoment von Fahrradbauteilen. Dieser besagt mit welchem Drehmoment ein bestimmtes Bauteil montiert werden darf. Es bezeichnet die optimal anzuwendende Kraft bei Schaubverbindungen. Typische Drehmomente am Fahrrad sind z.B. etwa 40 Nm bei Pedalen die in die Achse geschraubt werden, oder knappe 5 Newtonmeter für Befestigungsschrauben am Umwerfer. Das benötigte Drehmoment variiert stark je nach Bauteil und verwendetem Material, sowie leicht zwischen Herstellern. Oft ist die genaue Einhaltung des Anzugdrehmoments kritisch, da sonst Bauteile schwerwiegend beschädigt werden können oder nicht richtig sitzen. Das zu verwendende Drehmoment bei einer Schraubverbindung wird immer durch das schwächste der involvierten Bauteile bestimmt.

Das Drehmoment (teils auch Drehkraft genannt) ist die Wirkung auf einen Körper, die zu einer Drehbeschleunigung um eine Dreh(achse) führt. Es handelt sich um eine Beschleunigung im physikalischen Sinne, da bei jeder Bewegung die eine Kurvenbahn beschreitet, sich fortwährend die Geschwindigkeitsvektoren in ihrer Richtung verändern und somit auch die Beschleunigung. Die Beschleunigung ändert also nicht die Geschwindigkeit des Körpers, sondern nur seine Bewegungsrichtung.

Angelegtes Drehmoment an einem Pedal beim Treten mit Kurbel und Pedal waagrecht
Bild 1 stellt die Ausgangssituation fast jeder Radtour dar, 
nach dem Aufsteigen befindet sich das Pedal in waagrechter Position
- das Drehmoment das aufgebracht werden kann ist in dieser Stellung am größten

Angelegtes Drehmoment an einer Kurbel bei einem Winkel der Kurbel welcher nicht diagonal zur Fahrbahn ist
Nach dem Aufsteigen auf das Rad und dem Beginn des Pedalierens, 
ändert sich der Radius r, also die effektive Länge der Kurbel ständig 
- das aufgebrachte Drehmoment und die dadurch erbrachte Leistung 
sinken also bis das Pedal sich wieder in der Ausgangstellung befindet

Wie groß das aufgebaute Drehmoment ist, hängt von folgenden Faktoren ab:

  • Wie weit von der Drehachse bzw. dem zu drehenden Objekt, z.B. einer Schraube greift man an. Beim Anziehen von z.B. den Pedalen am Fahrrad heißt das wie lange ist der verwendete Schlüssel. Je länger er ist, desto größer wird das Drehmoment das sich damit aufbauen lässt. Sollte das Drehmoment nicht reichen, z.B. weil das Pedal sehr festsitzt, so lässt es sich beispielsweise durch überstülpen eines Rohres über den Pedalschlüssel vergrößern.
  • Der senkrechte Abstand der wirkenden Kraft von der Drehachse. Das bedeutet es wird mehr Drehmoment erzeugt wenn die Kraft in einem 90 Grad Winkel zu der Achse angreift als beispielsweise in einem 50 Grad Winkel.

Formeldefinition:
Drehmoment M = Abstand im 90 Grad Winkel der wirkenden Kraft von der Drehachse r * wirkende Kraft F  
wobei alle Größen vektorielle Größen sind, d.h. sie besitzen sowohl einen Betrag als auch eine Richtung. Die korrekte Darstellung wäre also mit Vektorpfeilen über den Physikalischen Symbolen. Die Richtung der einzelnen Größen bestimmt maßgeblich deren Wirkung. Der Abstand der wirkenden Kraft von der Drehachse wird auch als Hebelarm oder Kraftarm bezeichnet. Diese Formel gilt, wenn die auf die Achse wirkende Kraft, senkrecht (also orthogonal) zum Hebelarm steht, d.h. in einem 90 Grad Winkel. Weicht dieser Angriffswinkel davon ab, so sinkt der Drehmoment der mit der Kraft erzeugt wird. Somit wird bei einem Winkel von z.B. 30 Grad ein signifikant geringeres Drehmoment erreicht, als bei einem Angriffswinkel der Kraft am Hebelarm von 60 Grad.  Ebenfalls nicht gültig ist diese wenn der Hebelarm in einem anderen Winkel als 90 Grad wirkt.

Abbildung des Drehmoments bei dem Öffnen einer Tür unter verschiedenen Winkeln
Je weiter weg von der Türangel (also der Drehachse) die Tür geöffnet wird
desto größer das Drehmoment. Ebenfalls wird das Drehmoment 
durch den Winkel beim Öffnen massiv (negaitv) beeinflusst (siehe Formel)

In allen anderen Fällen gibt es einen „realen“ Hebelarm oder eine „reale“ Kraft, wobei aber immer nur die Teile zählen, welche senkrecht zueinander stehen im Vergleich zur Drehachse.

 

 
 

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