442 Vier Räder für zwei Teil 1, 2013-2015

442_freigestellt

 

Die 442 Projektidee

Mit dem 442 (Four For Two) wurde eine Technologieplattform für ein ultraleichtes, muskelkraftbetriebenes Vierrad für 2 Personen nebeneinander plus Gepäck geschaffen. Konzeptionell sollten folgende Ziele verfolgt werden:

  • Vorteile von Velomobil, Liegerad und Pedelec vereinen. Elektrische Unterstützung zum Beschleunigen und Bergfahren
  • Benutzung von Autostrasse & Veloinfrastruktur ermöglichen
  • modularer Aufbau für Anpassung an unterschiedliche Einsatzbereiche (separater Rahmen, Verschalungsvarianten, Zusatzantrieb, Standardteile)

Ab 2013 wurden unterschiedliche aerodynamische Verschalungsvarianten geplant, mit Auto-CAD von Tilo Dobermann gezeichnet und als 1:4 Styropormodelle realisiert (Damals konnte ich mir nicht vorstellen, dass ich mein nächstes 4-Rad mit dem CAD selbst zeichnen würde)

 

 

 

 

 

CFD-Analyse

Anfang 2015 konnten wir basierend auf einem der CAD-Modelle zusammen mit einem Architekturstudenten(!) der HSR (Hochschule Rapperswil, heute: Ost) im Rahmen seiner Semesterarbeit die Strömungsverältnisse in einem virtuellen Windkanal (CFD = Computational Fluid Dynamics) simulieren. Dabei gelang es, die Grundform unserer Verschalung markant zu verbessern. Die entsprechenden Erfahrungen bildeten auch die Leitlinien für die Formgebung beim 441.

Der Auftrag beinhaltete folgende Punkte:

  • Visualisierung und Interpretation des Ströhmungsbildes
  • Wirbelbildung, Transversalströmung am Heck in Verbindung mit Radverschalungen.
  • Optimierung: Gestaltung von Unterboden und Radverkleidungen
  • Einfluss des Anstellwinkels auf Luftwiderstand und Auftrieb
  • evtl. Aussagen zu: laminare Strömung, Lüftungsöffnungen

 Eine gemeinsame Plattform für viele Anwendungen

Der modulare Aufbau des 442 ermöglicht es, unterschiedliche Fahrzeugvarianten auf Basis einer gemeinsamen Plattform zu entwickeln, die sich für vielerlei Anwendungen eignen:

  • im Alltag (Arbeitsweg, Einkauf)
  • als Kleinfamilienfahrzeug Kindertransport
  • für Freizeit und Touren
  • als Sportgerät
  • für den Warentransport als Cargo-Bike
  • zur Vermietung
  • im Taxibetrieb
  • in Tourismusgebieten (auch mit Elektromotorunterstützung)
  • für Spezialanwendungen (Mileage-Marathon)

Was macht ein Vierrad komplizierter?

Die technischen Herausforderungen an eine Vierradkonstruktion sind ungleich gösser als bei Dreirädern wie nachfolgendes Pflichtenheft zeigt:

  • Fahrwerke haben dafür zu sorgen, dass alle Räder auch bei unregelmässiger Fahrbahnoberfläche mit der Strasse in Kontakt bleiben. Bei 3 Rädern ist dies bis hin zum Kippen immer der Fall, bei 4 Rädern muss eine geeignete Federung unterschiedliche Standhöhen der Räder ausgleichen.
  • Um genügend Traktion zu erzielen, müssen bei einem 4-Rad mind. 2 Räder angetrieben werden.
  • Bei 2 angetriebenen Rädern treten in Kurven Laufdifferenzen auf, die (z.B. durch ein Differential) ausgeglichen werden müssen.
  • Beim Vierrad werden Fahrwerk und Rahmen stärker auf Torsion belastet und müssen deshalb stabiler sein.
  • Die Verschalung von Vierrädern ist eine Knacknuss für jeden Aerodynamiker

Die speziellen Herausforderungen an ein Sociable

Muskelkraftbetriebe Fahrzeuge (sog. HPVs) dürfen CH-Fahrradwege nur befahren, wenn sie schmaler als 1000 mm sind, was sog. Sociables (HPVs bei denen die Passagiere nebeneinander sitzen) faktisch auf die Strasse zwingt. Dank dem Geschlechtsdimorphismus beim Homo Sapiens und der Tatsache, dass frau/man sich bei dieser Spezies nicht nur in der Paarungszeit gerne näher kommt, haben wir aber eine durchaus organische Sitzlösung gefunden, wobei die Sitze nach Möglichkeit immer etwas gegeneinander verschoben eingestellt werden.

Der Antrieb bei einem Tandem erfolgt durch die Koppelung der Tretkurbeln über eine Kette geregelt synchron in einem gleichbleibenden Winkel zueinander, wodurch ein ruhiger Lauf mit maximalem Wirkungsgrad erzielt wird. Unerfahrene Stocker:innen beklagen aber oftmals die hohe Tretfrequenz. Zwischenzeitliches Ausruhen ist auch nicht möglich. Anfänglich waren beim 442 die beiden Pedalpaare über eine gemeinsame Kurbelwelle miteinander verbunden. Diese forcierte Bewegung wurde von den meisten Testenden als eher unangenehm empfunden, und es bestand die Gefahr, den Kontakt zu den Pedalen zu verlieren.

Deshalb spendierte man ab 2016 dem 442 einen separaten Antriebsstrang mit einem Freilauf auf der Beifahrer:innenseite. Pedaliert wird jetzt immer noch mit derselben Frequenz, aber auf dem Beifahrersitz kann jetzt nötigenfalls ausgeruht werden.

Die Auslegung der Bremsen muss der ggf. unterschiedlichen Gewichtsverteilung Rechnung tragen - auch beim Einpersonenbetrieb.

Der Rahmen und die Komponenten

Aluminium ist ein hervorragendes Konstruktionsmaterial, wenn es jemand schweissen kann. Diese Technik beherrscht Stefano vom Fahrradbau Stolz in extremis. Der 442-Rahmen besteht hauptsächlich aus 50 mm x 50 mm x 2 mm Alurohr. Die flache Bauweise macht es einfach, geeignete Aufhängungspunkte für die beiden Längslenker vorne und die Starrachse hinten zu finden. Diese war anfänglich an einem Deichsel mittig am Rahmen befestigt, Die beiden Sitze lassen sich stufenlos auf den beiden Längsträgern (Abstand voneinander: 460 mm) verschieben. Die Tretlager sind fix am Ende der beiden schräg ansteigenden Tretlagermasten befestigt.

Viele der Aluminiumanschweissteile für den Rahmen, die Tretlagerarme, die Tretkurbeln und sogar die Achsträger der Vorderachse konnten aus Plattenmaterial rel. günstig mittels Wasserstrahlschneiden angefertigt werden. (Gerade Kurbeln und schmalesTretlager sind notwendig um genügend Beinraum zu erhalten - Q-Faktor 120 mm).

Vorder und Hinterradnaben sind besonders kostbar. Sie wurden von einem Auftragsbetrieb gedreht und gefräst. Die stylischen 5-Speichen-Räder aus carbonverstärktem Thermoplast stammen vom Orca von Flevobike. Herstellungsbedingt haben sie keine Felgenhaken, was bei Pneudrücken über 4 Bar bei gewissen Reifen gelegentlich zu ungewollten Knalleffekten führte. Vier 180 mm Scheibenbremsen sorgen für kürzeste Bremswege.

Der Antriebsstrang verlief von der gemeinsamen "Kurbelwelle" über eine Kette auf eine Rohloffnabe, an welcher am Speichenflansch ein Kettenrad angebracht war. Eine 2. ebenfalls mittig geführte Kette, trieb schliesslich das Ritzel des Differentials (Hersteller: Samagaga) an. (Anmerkung: 2 Differentiale und die dazugehörenden Antriebszapfen, wären günstig abzugeben...).

Der erste Lenker war vom Typ UDK ("um die Knie"). Er funktionierte einwandfrei, war aber durch die hohe Lenksäule etwas exponiert.

Aussenwahrnehmung des 442

In diesem Artikel im Velojournal Nr. 4/2015 beschreibt Ester Banz ihre Eindrücke vom 441 Projekt.

Diverse Testfahrten mit unterschiedlichen Personen ergaben eine recht gute Vorstellung davon, wie das 442 grundsätzlich "erfahren" wird und was noch verbessert werden sollte. Einige Kommentare...

  • Tritt nicht so schnell, ich komm da nicht mehr nach (Sabine S.)
  • Fährt sich wie ein Go-Kart (Charles H.)
  • Wenn du den Stocker verlieren möchtest fahr ruhig so weiter (R. Stolz)
  • Ich will auch mal driften (Jan S.)
  • gemütlich eng aber sehr kommunkativ (Spaceballs)
  • Wo hats hier Pflastersteine (Michael A. zur bequemen Federung)
  • So hätte man den Twike-Nachfolger bauen sollen (P. Zeller)
  • Wann geht das in Produktion? (HolyCow)
  • Gute Bremsen aber schwierig zu dosieren, wenn solo (the real Silver Tongued Devil)

Letzter Punkt in dieser Liste war dann derart rock-bottom, dass ich mich entschloss, vorerst keine Vollverschalung für das 442 zu bauen und stattdessen einen Platz in der Garage suchte, wo ich es platzsparend auf Hinteräder stellen konnte.

Dies war dann sozusagen die Geburtsstunde des 441 (Vier Räder für eine Person) ..Wann und wieso ich das 442 dann doch wieder aus der Garage holte, werde ich mal in einem 2. Teil berichten.

 

Charles Henry alias Carbono, 06.05.2022