Hogy működik a kerékpár váltója?

Témánknak a Critical mass felvonulás és a szerencsére egyre inkább terjedő városi kerékpározás adhatja meg a kezdő lökést.

Míg sík terepen és országúton jól ellehetünk váltó nélkül is, a dimbes-dombos felszíni formákon való közlekedés és a sok elindulás-megállás még jó „rugók” – izmos lábak - esetén is nélkülözhetetlenné teszik a váltót. De hogy is működik e hasznos találmány? Egyszerűnek tűnik, de minden zseniális ötlet lényege az egyszerűség. Mitől és hogyan mozog és ugrik a megfelelő helyre?
Itt jegyeznénk meg, hogy az alábbiakban a Magyarországon jóval elterjedtebb „külső váltó” működését írjuk le. A terjedőben lévő agyváltó zárt szerkezete és alapvetően más működési elven alapszik (bolygóműves rendszer) és jóval hosszabb kifejtést igényelne.

A kerékpár váltójának feladata az áttétel módosítása a hajtótengely és a hajtott (hátsó) kerék között. Azzal a céllal, hogy az út- és közlekedési viszonyokhoz a legjobban alkalmazkodva hajthassuk a kerékpárt, lassan felfelé haladjunk a legmeredekebb hegyvidéken is vagy akár majdnem egy autó sebességét megközelítve száguldjunk. Váltásnál az áttétel módosítása a lánc egyik lánckerékről másikra való „terelésével” történik, bowdennel mozgatott láncvezető szerkezet segítségével. A váltás így csak a lánc mozgása (azaz a pedál hajtása közben) lehetséges – az említett agyváltós kerékpárokkal ellentétben.

A kerékpáron a váltó beiktatása tette lehetővé a kerék méretének csökkentését (gondoljunk csak a bicikli prototípusára, melyen a pedál az óriási első kerék tengelyén helyezkedett el.) Így már a pedál egyszeri körbeforgatása nem egyenlő a kerék egyszeri körbefogásával, hanem a sebességváltással változtatható.

Az első váltón általában 2-3, a hátsón 5-9 fogaskerék található. Ha a pedált hajtjuk, a lánccal mozgásba hozzuk a hátsó lánckerekeket is és ezáltal a hátsó kereket.
A váltó szerepét a némi számolás révén érthetjük meg igazán. Ha példának okáért az első lánckeréken 22, a hátsón 30 fog található (ebben az esetben a lánc elől-hátul a legalsó fokozaton – azaz az elől a legkisebb lánckeréken, hátul a legnagyobbon található) akkor a váltási arány 0,73 az 1-hez, azaz a pedál teljes körbefordulásával a hátsó kerék körméretének 0,73 részével fordul körbe. Egy átlagos, 26 inches kerékméretű kerékpárt figyelembe véve így egy pedálfordulattal a kerékpár kb. 1,5 m-t halad előre és percenkénti 60 pedálfordulattal 5,4 km/h sebességet érhetünk el így.

Ha a lehető „legmagasabb” fokozatba tesszük a kerékpárt – a lánc elől a legnagyobb, hátul a legkisebb fogaskeréken van – akkor az elülső 44 és a hátsó 11 fog aránya 4 az 1-hez. Az említett 26-inches kerék esetén így egy teljes pedálfordulattal tehát több mint 8 métert haladunk. Ez 60 db percenkénti pedálfordulat esetén 30 km/h, 120 pedálfordulat/perc esetén 60 km/h sebesség. A váltó teszi lehetővé, hogy akár ilyen rendkívüli sebességkülönbséget – 5,4 km/h összevetve 60 km/h-val - hozhassunk létre ugyanazzal a járművel.

Váltásnál a korábban már említett láncvezető szerkezetnek jut fontos szerep. A hátsó láncvezetőn két szabadon forgó fogaskerék található. Az alsó (látható) kis fogaskerék és az őt tartó kar feladata a lánc megfeszítése. A fogaskereket és a kart egy rugó állandóan hátrafelé húzza, így a láncfeszítő alsó fogaskereke mindig hátrafelé tart. Váltásnál a kar által létrehozott szög változik, így a kar rövidíti vagy hosszabbítja a láncot.
A láncvezető felső, kisebb fogaskereke alig látszik, mert a hátsó tengelyekhez tartozó fogaskerekekhez nagyon közel helyezkedik el. Sebességváltásnál a bowden révén ez a felső fogaskerék is más pozícióba helyeződik és magával húzza a láncot. A lánc a pedál mozgatása révén természetes módon átcsúszik az egyik fogaskerékről a másikra.

Csipp