Shimano Biopace Kettenblätter: Eine Analyse

Wer hat schon mal ein Shimano Biopace Kettenblatt gefahren? Biopace - das war Ende der 70er, Anfang der 80er Jahre.

Die erhofften Errungenschaften der Biopace-Kettenblätter blieben hinter den Erwartungen der Erfindern von Shimano zurück, und so wurde die Produktion Anfang der 90er Jahre eingestellt.

Noch vor der Erfindung des Kettenschaltungsantriebs für Fahrräder existierte die Möglichkeit, nicht kreisrunde Kettenblätter zu nutzen, um die Hebelübersetzung (Übersetzung) abhängig von dem Stand der Kurbel zu einem bestimmten Zeitpunkt zu variieren.

Die Idee hinter elliptischen Kettenblättern

Zur Jahrhundertwende vom 19. ins 20. Jahrhundert, kurz nachdem das kettengetriebene Fahrrad entwickelt wurde, kam jemand auf die tolle Idee, elliptische Kettenblätter zu bauen. Die Theorie war, dass man effizienter pedaliert, wenn die Kurbeln horizontal stehen, und man so in eine höheren Übersetzung fahren kann. Wenn die Kurbeln vertikal stehen, hat man effektiv eine kleinere Übersetzung, weil der anliegende Radius des Kettenblatts, kleiner ist. Die geringere Übersetzung ist leichter zu treten und man kommt um den Totpunkt leichter herum.

Das Hauptproblem dieses Designs ist die Tatsache, dass es die Knie der Fahrer verletzt. Die hohe Übersetzung bei horizontaler Kurbelstellung ermutigt die Fahrer, härter zu treten. Wie wir wissen, ist das Drücken bei zu hoher Übersetzung schädlich für die Knie. Zusätzlich bedeutet die geringere Übersetzung bei vertikaler Kurbelstellung, dass die Knie sich besonders schnell bewegen müssen, wenn sie die Richtung von oben nach unten oder umgekehrt ändern. Dieser "Peitschenschlag-Effekt" führt dazu, dass die meisten Fahrer elliptische Kettenblätter schnell wieder abschaffen.

Biopace: Eine Innovation von Shimano

Biopace sind patentierte unrunde Kettenblätter, deren Design von Shimano stammt und von Shimano hergestellt und lizensiert wurde. Oberflächlich betrachtet ähneln Biopace Kettenblätter elliptischen Kettenblättern (siehe oben). Bei näherer Betrachtung ist das Design gegensätzlich zu klassischen elliptischen Kettenblättern. Als Produkt aus extensiver Forschung und CAD Prozessen ist der kleinere Radius bei horizontaler und der große Radius bei vertikaler Kurbelstellung erreicht.

Das wurde so umgesetzt, weil das Biopace Design sich an dynamischer Analyse der Bewegung und dem Impuls sich bewegender Kurbeln und Beine orientiert. Die Theorie lautet, dass während des Kraftwegs, wenn die Kurbeln mehr oder weniger horizontal stehen, nutzt man die Kraft der Beine, die Füße zu beschleunigen, was durch die geringere Übersetzung in diesem Teil der Kurbelbewegung leichter funktioniert. Der Impuls der Füße trägt einen über den Totpunkt bei nahezu vertikaler Kurbelstellung.

Obiges Bild zeigt 48-38-28 Zähne Biopace Kettenblätter einer Dreifachkurbel.

Einsatzbereiche und Vorteile

Biopace Kettenblätter sind vor allem für Reiseradler und Zeitfahrer oder jegliche Form des Fahrens, die einen gleichmäßige und recht konstante Kadenz erfordern, passend Sie ermöglichen gesünderes und effizienteres Pedalieren bei geringen Kadenzen als bei runden Kettenblättern. Besonder geeignet sind sie für Triathleten und Mountainbiker. Mountainbiker profitieren insbesondere, weil das Biopace Design die Kraftübertragung auf das Hinterrad glättet. Beim Klettern auf losem Untergrund, ist oft Traktion der limitierende Faktor.

Das Hinterrad tendiert während des höchsten Kraftaufwands in der Pedalumdrehung zum Durchrutschen, so dass der Großteil der Energie des Fahrers verschwendet wird. Das Biopace Kettenblatt wirkt wie eine Art Speichergerät, welches Energie in der Hauptkraftphase der Kurbelumdrehung speichert und die aufgesparte Kraft in der Totphase (Kurbeln nahezu Vertikal) an das Hinterrad ausgibt. Die gleiche Menge Energie wird auf das Hinterrad abgegeben, aber das passiert gleichmäßiger mit weniger pulsierendem Fluss. Das Fahrrad kann sich mit gleichmäßigerer Geschwindigkeit bewegen.

Ein Fahrradfahrer kann einen ähnlichen Effekt erzielen, indem er sich zurück lehnt, um das Fahrrad zu beschleunigen, wenn die Kurbeln vertikal stehen und sich dann vorwärts lehnt, während er die meiste Kraft bei horizontaler Kurbelstellung aufbringt.

Fehleinschätzungen und das Ende der Produktion

Die Biopace Vermarkter hatten in Ihrer Einschätzung einen entscheidenden Fehler: Zu viele Informationen. Insbesondere erwähnten sie, dass das Biopace Design für Kadenzen um die 90 UPM und weniger optimiert sei. Viele Leser interpretierten hieraus, dass Biopace bei höheren Kadenzen stören könnte. Diese Wahrnehmung erzeugte eine Art selbsterfüllende Prohpezeihung und es entstand das allgemeine Wissen, dass Biopace aus diesem Grund schlecht für Leistungssportler sei.

1989 führt Shimano eine neue Variante Biopace HP (High Performance) ein, die noch runder als das ursprüngliche Biopace Design war. Sie wurde an Fahrradfahrer vermarktet, die in Gruppen fahren und Klickpedale nutzen.

Biopace und Fixed Gear

Neben anderen Fahrrädern hatte Sheldon Biopace Kettenblätter auch an Fixed Gear Maschinen verbaut, bei denen hohe Kadenzen bergab sehr verbreitet sind. In der Praxis hatte er keine Verschlechterungen beim spinnen mit Biopace Kettenblättern bemerkt.

Dies ist der Grund: Während die Füße sich im Kreis bewegen, gehen die Beine im Wesentlichen auf und ab während einer Hin- und Herbewegung. Die langsamere Bewegung oben und unten bedeutet, dass das Bein die Richtung von auf- zu abwärts ändert (oder umgekehrt) bei einer leicht langsameren und geschmeidigeren Geschwindigkeit. Die erhöhte Beingeschwindigkeit in der Mitte der Bewegung ist das Ergebnis einer mehr graduellen Beschleunigung/Verlangsamung während sich die Beine in die gleiche Richtung weiterbewegen. Das Hüpfen im Sattel leitet sich zumeist von Schwierigkeiten her, die Richtung der Beinbewegung zu wechseln und nicht von der Geschwindigkeit in der Mitte der Bewegung.

Manche Leute sind recht erstaunt, wenn Sie hören, dass Sheldon Bioppace kettenblätter an Fixed Gear Fahrrädern fuhr. Sie erwarten, dass es deutliche Unterschiede in der kettenspannung geben müsse, während die Kettenblätter rotieren. In der Praxis ist das nicht der Fall. Es gibt eine minimale Varianz in der Spannung, die aus den variablen Winkeln zwischen den beiden geraden Kettensträngen während der Kettenblattrotation entstehen.

Verfügbarkeit und Kompatibilität

Biopace Kettenblätter werden nicht länger hergestellt. Man kann sie jedoch an vielen Fahrrädern der 1980er und frühen 1990er Jahre finden.

Für den 100 mm Lochkreisdurchmesser wurden Kettenblätter mit den Zähnezahlen 50, 48, 46, 44, 38 und 36 hergestellt; beim 74 mm Lochkreisdurchmesser gab es Zähnezahlen von 28 und 26. Die Kettenblätter waren im Allgemeinen bei Dreifachkurbeln verbaut. Die Kettenblätter mit 74 mm Lochkreis wurden nur bei den ganz innen liegenden Kettenblättern der Dreifachkurbel hergestellt.

Für den 130mm Lochkreisdurchmesser wurden Zähnezahlen von 53, 52, 42 und 40 hergestellt (jedoch ausschließlich aus Stahl). Sie fand man bei Renneradkurbeln (Zweifachkurbel). Manche dieser Kurbeln hatten einen äußeren Lochkreisdurchmesser von 130 mm und einen inneren Lochkreisdurchmesser von 74 mm.

Die üblichen Kombinationen ab Lager bei Biopace Kettenblättern waren 48-38-28 oder 46-36-26 bei Dreifachkurbeln und 52-42 bei Zwiefachkurbeln.

Als eine mögliche Halbschritt-Schaltungs-Kombination mit Rettungsring wäre 50-46 oder 48-44 für die beiden äußeren kettenblätter und 28 oder 26 Zähne beim inneren Kettenblatt möglich. das passt gut mit einer 11-13-16-19-23-28-34 Kassette zusammen. Ein Dreifach-Umwerfer muss mit großen Sprüngen eingesetzet werden, während man Zweifach-Umwerfer mit Halbschritt Kombinationen benutzen kann.

Montagehinweise

Bei der Montage von Biopace-Kettenblättern sollte die Orientierung im Allgemeinen beibehelaten werden. Jedes Biopace.Kettenblatt hat eine "Indexierungs-Markierung". Bei einem normalen Aufrechten Fahrrad, sollte die Markierung hinter der rechten Kurbel verborgen sein.

Grundsätzlich ist es möglich, Biopace- und runde Kettenblätter an der gleichen Kurbeln zu mischen, jedoch riet Sheldon Brown davon ab. Wenn mann Kettenblätter mischt, setzte man üblicherweise ein kleineres Biopace mit einem größeren runden kettenblatt zusemmen.

Das Probelm an dieser Stelle ist, dass Biopace Kettenblätter bei niedrigen Umdrehungen komfortabler und runde Kettenblätter bei hohen Umdrehungen komfortabler sind. Wenn man vom kleineren Biopace-Kettenblatt auf das große runde Kettenblatt schaltet, wechselt man von einer hohen Kadenz zu einer niedrigen. Das ist also genau umgekehrt wie erwünscht.

Damit Biopace bei einem Umwerfer richtig funktioniert, hat das größte Kettenblatt einen kleineren "Biopace-Effekt". Große Biopcae/kleine runde Kettenblätter sind noch weniger sinnvoll. Wenn Du ein großes Biopace Kettenblatt magst, wirst Du auch ein kleineres mögen. Der einzige mögliche Grund könnte sein, dass man einen sehr kleinen Rettungsring verbauen möchte, den es nicht in Biopcae-Ausführung gibt.

Zum Beispiel ist das kleinste je hergestellte Biopace-Kettenblat für 74 mm Lochkreisdurchmesser 36 Zähne groß. Man kann jedoch für diesen Lochkreisdurchmesser Kettenblätter mit 24 Zähnen kaufen. Die meisten 110 mm Lochkreisdurchmesser-Kurbeln ist 36 Zähne bei Biopcae die Untergrenze und bei runden Kettenblättern 33 Zähne.

Die Form der Biopace Kettenblätter

Biopace Kettenblätter wurden von Shimano hergestellt. Es gab mache Hersteller, die sie unter Lizenz herstellten. Die Form des originalen Biopace Kettenblatts ist keine simple Ellipse, sondern etwas komplexer. Die Form wurde von Shimano als "Punktsymmetrische eiförmige Kurve" bezeichnet. Andere Kurbelsatzhersteller hatten einfachere Formen im Angebot, die meist einfach elliptisch war, sich jedoch an Biopace orientierten.

Unrunde Kettenblätter sind und bleiben kontrovers. Insbesondere bei renorientierten Fahrer, die glauben, dass jeder ein Rennrad fahren müsse. Originalautor des Artikels ist Sheldon Brown.

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