SCHALTUNG

Vorrichtung zum Wechseln der Antriebsübersetzung während der Fahrt.

Pro Kurbelumdrehung kann mit einer Schaltung also eine größere Strecke
(schwereres Treten, schnelleres Tempo) oder eine kürzere Strecke (leichteres
Tempo, geringere Geschwindigkeit) zurückgelegt werden.

In den Anfangsjahrzehnten des Radfahrens konnte die > Übersetzung nur durch den
Austausch von unterschiedlich großen > Ritzeln und/oder > Kettenblättern
verändert werden. Straßen-Rennfahrer hatten daher auf beiden Seiten der
Hinterradachse je ein unterschiedliches Ritzel, ein großes für den Berg, ein
kleines für die Ebene: Vor einem Berg wurde angehalten, das Hinterrad ausgebaut
und umgedreht, oben dito vice versa. Zur historischen Entwicklung der
Fahrradschaltungen s. den Abschnitt am Ende des Stichworts.

Heute finden im wesentlichen Ketten- und Nabenschaltungen Anwendung am Fahrrad.

        Kettenschaltung
Einfachster und wirkungsvollster Schaltungstyp mit großem und fein abgestuftem >
Übersetzungsbereich. Während der Fahrt wird die Kette auf unterschiedlich große
> Kettenblätter bzw. > Ritzel übergewechselt und so die > Übersetzung geändert.

Bei Standardantrieben sind heute nominell bis zu 27 Gänge möglich, in der Praxis
werden jedoch weniger Gänge realisiert, da man extreme Kettenschrägen vermeidet.

Mit einem vierten Kettenblatt (sog. > Mountain Tamer Quad) sind sogar noch
zusätzliche, extrem untersetzte "Berggänge" realisierbar.

Kettenschaltungsgetriebe bestehen i.d.R. aus 5-9 Ritzeln am Hinterrad plus 2-3
Kettenblättern, die von je einem separaten Schaltmechanismus mit > Schalthebeln
bedient werden. > Schaltwerk und > Umwerfer.

                Schaltwerk
Das Schaltwerk ist am hinteren rechten > Ausfallende angebracht und arbeitet im
sog. "losen Trumm" (der beim Treten entspannte, unteren Teil der Kette).

Prinzip: Die Kette umläuft in einer > Schaltschwinge zwei > Schaltungsrädchen.

Wird die Schaltschwinge von einem > Parallelogramm per > Schaltzug seitlich
geschwenkt, gelangt die so geführte Kette von einem Ritzel auf das nächste. Den
Längenunterschied - größere Ritzel benötigen mehr > Kettenlänge als kleinere -
gleicht die Schaltschwinge durch Schwenken um ihre Hochachse aus. Dabei wird sie
von einer > Rückholfeder gespannt, so daß stets eine annähernd gleiche
Kettenspannung vorliegt. Der Schaltzug wird von einem Schalthebel bzw. >
Drehschaltgriff aus betätigt.

I.d.R. sind die Schaltwerke aus geschmiedetem (hochwertig) oder gegossenem
(Standard) > Aluminium gefertigt. Bei Standard-Schaltwerken ist außerdem die >
Schaltschwinge aus Stahlblech gefertigt, während bei hochwertigen Schaltungen
hier ebenfalls Aluminium eingesetzt wird.

Weitere Preisunterschiede wirken sich in der > Lagerung von
Paralellogrammärmchen und Schaltschwinge aus, die bei hochwertigen Schaltungen
Gleitbuchsen aus > Messing oder > Bronze besitzen. Das "New Success"-Schaltwerk
von > Sachs besitzt sogar eine Lagerung der Schaltschwinge mit >
Industriekugellager.

Moderne Schaltwerke aller Hersteller arbeiten mit einem sog. >
Schrägparallelogramm (auch > Dreipunktlagerung genannt) und besitzen annähernd
gleiche geometrische Abmessungen. Unterschiedlich angeordnet ist jedoch die
Klemmstelle für den Schaltzug. Durch Schaltzug-Umklemmungen lassen sich jedoch
Anpassungen zwischen den Schaltwerken einzelner Hersteller vornehemen, s.a. >
Kompatibilität.

Zur Montage s. > Schaltwerkmontage.

                Umwerfer
Der Umwerfer arbeitet oberhalb der Kettenblätter im sog. "gezogenen Trumm" (der
beim Treten gespannte obere Teil der Kette). Der Name Umwerfer rührt von dem
recht rüden Schaltvorgang, bei dem die Kette regelrecht "umgeworfen" wird.

Prinzip: Eine > Schaltgabel wird von einem > Parallelogramm seitlich geschwenkt
und drückt dadurch die Kette seitlich von dem jeweils belegten Kettenblatt auf
ein größeres oder kleineres.

Die Schaltgabel wird aus Gründen der > Verschleißfestigkeit aus hochvergütetem
Stahl gefertigt (Ausnahme: die Schaltgabel des Dura Ace-Umwerfers der
9fach-Gruppe besteht aus Aluminium). Wie beim Schaltwerk werden die
Paralellogrammärmchen bei Standard-Umwerfern aus Stahl, bei hochwertigen aus
Aluminium gefertigt. Ebenso finden sich in den Lagerstellen nobler Ausführungen
Gleitbuchsen aus Messing oder Bronze. Desweiteren wird das vordere
Paralellogramärmchen häufig in gegabelter Version ausgeführt, um eine robustere
und wackelfreiere Lagerung zu gewährleisten.

Zur Montage s. > Umwerfermontage.

        Entwicklung zum heutigen Stand der Ketten-Schaltungstechnik
Bis in die 80er Jahre hinein fanden Kettenschaltungen trotz ihrer einfachen
Bauweise kaum Anwendung an > Gebrauchsfahrrädern. Grund war die diffizile
Bedienbarkeit des Schaltwerks mit damals noch stufenlosen Schalthebeln: Dieser
mußte nämlich frei nach Gefühl - mit evtl. "Gehörskontrolle" - zum Gangwechsel
geschwenkt werden. Dafür war eine gehörige Portion Feinmotorik nötig, denn der
Schwenkweg mußte so bemessen sein, daß die damit erzielte Änderung der
Schaltzuglänge das Schaltwerk und damit die Kette exakt von einem Ritzel auf das
andere transportierte.

Weil nun auch die Schaltungsfunktion noch Mängel besaß, war das sog.

Überschalten nötig: Es wurde zunächst etwas über den nächsten Gang
hinausgeschaltet, um dann, nach Aufliegen des Ganges, den Schalthebel wieder
etwas zurückzustellen, ein Vorgang, der selbst bei versierten Radsportlern immer
wieder mal zu Schaltfehlern führte und es gab kaum einen Profi oder Amateur, der
nicht einmal eine gute Plazierung oder gar einen Sieg "verschaltet" hätte.

Mit der Einführung von > Rasterschalthebeln vereinfachte sich der Gangwechsel
erheblich. Es waren jedoch noch eine Reihe von Funktionsverbesserungen nötig, um
die Kettenschaltanlagen auf den heutigen Stand der Technik zu verbessern. Die
einzelnen Entwicklungsschritte in Kürze, zunächst das
Schaltwerk: Schrägparallelogramm
Um 1970 > Schrägparallelogramm von Suntour; das Parallelogramm wurde um ca. 25
Grad nach innen gedreht, womit die Schaltschwinge nicht nur nach innen, sondern
auch nach unten und hinten geschwenkt wurde.

Auswirkungen: 1. Die Kletterbewegung der Kette wird aktiv unterstützt; 2. die
Schaltschwinge bekommt automatisch mehr Abstand zu den großen Ritzel hin.

1984 lief das Suntour-Patent aus - und > Shimano übernahm das
Schrägparallelogramm für seine "Dura Ace"-Gruppe. Zusätzlich wurde eine zweite >
Rückholfeder im Befestigungsauge der Schaltung installiert. Im Zusammenspiel mit
der Rückholfeder in der Schaltschwinge bleibt so der Abstand des >
Kettenführungsrädchens zur den Ritzeln annähernd konstant, egal welche
Ritzelabstufung gefahren wird.

        erste Rasterschaltungen
Ende der 1970 Jahre erschienen erste > Rasterschaltungen (> "Positron" von
Shimano; "Commander" von Sachs. Beide Modelle besaßen die Rasterstufe im
Schaltwerk.

                Rasterung im Schalthebel
Später wurden die Rasterstufen in den Schalthebel integriert. Damit wurden die
Schwenkwege des Schalthebels in genau definierte Abschnitte unterteilt, die den
Schritten der Schaltung entsprechen, um die Kette von einem Ritzel zum nächsten
zu transportieren.

        Kette als Schalthilfe
1987 erkannte die deutsche Firma Rohloff den funktionalen Anteil der Kette am
Schaltvorgang. Ihrer SLT-Kette besitzt eine größere seitliche Beweglichkeit. Die
Kette kann in einer Zick/Zack-Linie den Klettervorgang auf die gewählten Ritzel
leichter und schneller bewältigen.

        Hyperglide
1988 bringt Shimano > Hyperglide auf den Markt. Die Kette muß zum Schalten nicht
mehr über die Zahnköpfe hinweg auf das nächste Ritzel klettern, sondern kann
Zahn in Zahn eingreifend von einem Ritzel auf das nächste überlaufen. Der
Schaltvorgang wird schneller, sicherer und leiser und ist außerdem erstmals
unter Last möglich.

        Drehschaltgriff & Brems/Schalt-Hebel
1990 kommt die Fa. Gripshift mit dem > Drehschaltgriff, Shimano mit dem >
Brems/Schalt-Hebel auf den Markt. Damit kann an MTB und Rennrad sogar ohne
Veränderung der Handhaltung am Lenker sowie im > Wiegetritt geschaltet werden.

        Umwerfer
Weniger revolutionär, aber kontinuierlich wurde auch die Funktion der > Umwerfer
verbessert:

* Die Innenseite der Schaltgabel wurde leicht kurvenförmig ausgebildet, wodurch
die Kette beim Auflaufen auf die größeren Kettenblätter eine Art
Kletter-Beschleunigung erfährt.

* Auf der Außenseite der Schaltgabel wird vorn eine leicht vorspringende Nase
nach innen geprägt. Dadurch werden die seitlich beweglicher gewordenen Ketten
"punktueller" belastet und springen schneller auf kleinere Kettenblätter über.

* Shimano stattet seine > Hyperdrive-Kettenblätter Hilfszähnen und Fangnieten
aus und schafft so Bedingungen für den Kettenüberlauf Ähnlich wie bei Hypeglide.

Erstmalig kann nun das Kettenblatt unter (geringer) Tretlast gewechselt werden.

* Eine interessante Variante ist der Umwerfer "Quark Inverse" von Sachs, bei dem
die Federrichtung umgekehrt ist. Vorteil: Es läßt sich mit Handkraft
runterschalten statt rauf.

        Sonder-Kettenschaltungen
> "S 1" von Suntour: An der > Kettenstrebe statt im > Ausfallende angebrachtes
Schaltwerk mit hervorragender Funktion, Einzelheiten s.d.

Browning-System (1990): > Elektrisches Schaltsystem, bei dem ein
Kettenblattwechsel durch seitliches Schwenken von Kettenblattsegmenten
ausgeführt wird, was unter voller Tretlast erfolgen kann.

ZAP Mavic System(1993): > Elektrisches Schaltsystem, bei dem ein mit Rechner und
Sensoren ausgestattetes Schaltwerk die Schaltschwinge linear verschiebt.

Weitere wichtige Informationen finden Sie insbes. unter > Schaltprobleme; >
Schaltungs-einstellung; > Schaltungssynchronisierung; > Kompatibilität; beachten
Sie auch > Schaltwerkmontage und > Umwerfermontage.

        Nabenschaltung
In der Hinterradnabe untergebrachtes Zahnradschaltgetriebe ("Planetengeriebe")
zur Veränderung der Übersetzung.

Die ersten Nabenschaltungen wurden bereiets um die Jahrhundertwende patentiert
und waren damit trotz komplizierterer Bauart um Jahrzehnte früher auf dem Markt
als Kettenschaltungen.

                Prinzip Planetengetriebe
Auf ihrem > Planetenträger umlaufen drei > Planetenräder ein auf der Nabenachse
feststehendes > Sonnenrad und versetzen damit ein alles umhüllendes Hohlrad in
Drehung.

Übersetzungsmöglichkeiten ergeben sich durch die unterschiedlichen Drehzahlen
von Hohlrad und Planetenträger. Je nach der Auslegung des Getriebes betragen sie
zwischen 25 bis 35 %.

Der Drehzahlunterschied ist mehrfacht zu nutzen:

1. Übersetzung: Planetenträger mit dem Ritzel verbunden, Hohlrad treibt die Nabe
an.

2. Untersetzung: Das Hohlrad mit dem Ritzel verbunden, Planetenträger treibt die
Nabe an.

3. Daneben steht noch die 1:1-Übersetzung zur Verfügung, indem das Getriebe
blockiert wird und das Ritzel die Nabe direkt antreibt.

Durch Verkoppeln oder Hintereinanderschalten von zwei oder drei
Planetengetrieben stehen dann entsprechend mehr Übersetzungen zur Verfügung.

                Vorteile
Gegenüber den Kettenschaltungen besitzen Nabenschaltungen einen geringeren
Aufwand an Pflege und Wartung, außerdem können sie statt mit einer Kette auch
mit einem > Zahnriemen angetrieben werden. Weiterer Vorteil: Man kann im Stand
schalten.

Nahezu wartungsfrei werden Nabenschaltungen, wenn die Kette vollständig in einen
> Kettenkasten eingekapselt ist (s.a. > Hollandrad). In Nabenschaltungen läßt
sich ein Rücktritt integrieren, was noch einmal den Aufwand an Pflege und
Wartung reduziert und damit die Betriebssicherheit bei den generell weniger
intensiv gewarteten > Gebrauchsfahrrädern (verglichen mit sportlich genutzten
Fahrrädern) erhöht.

                Nachteile
Nabenschaltungen halten den permanent hohen Belastungen durch Radsportler i.d.R.

weniger lange stand, außerdem fällt die Gangabstufung relativ grob aus.

Ausnahme: > Elan-Nabenschaltung mit 12 Gängen von Sachs und > Speedhub 500/14
von Rohloff. Darüberhinaus ist das Baugewicht der Nabenschaltungen relativ hoch
und der Radausbau aufwendiger als bei Kettenschaltungen.

Schließlich und endlich ist der > Wirkungsgrad von Nabenschaltungen (90-92%)
fast 10% geringer als der von Kettenschaltungen (98%).

Da die Planetenräder sowohl ins Sonnenrad als auch ins Hohlrad einkämmen,
bedeutet das bereits einen > Reibungsverlust von ca. 4%. Hinzu kommen die
Reibungsverluste der gleitgelagerten Planetenrädchen sowie der des
Kettenantriebs.

                Sonder-Nabenschaltungen
2-Gang-Nabenschaltungen: Nabenschaltung mit Normal- und Schnellgang ohne
Betätigungszug. Das Umschalten bewirkt entweder eine Fliehkraft-Einrichtung
(Automatic-Nabe von Sachs) oder ein kurzes Rückwärtstreten (Duomatic-Nabe von
Sachs). Im Normalzustand treibt das Ritzel die Nabe an. Für den Schnellgang
werden Ritzel und Planetenträger miteinander verkuppelt, so daß nun das Hohlrad
die Nabe antreibt.

Da in beide Naben geich der Rücktritt integriert ist, ergibt sich bei kleiner
Bauweise (nicht größer als eine normale Rücktrittnabe) ein Kompaktgetriebe,
welches früher häufig in > Klapprädern eingesetzt wurde.

Kombis: Kombination von Naben- und Kettenschaltung. War die Verbindung von
Naben- und Kettenschaltung früher nur Bastlern vorbehalten, so brachte Fichtel &
Sachs mit der 2-Gang-"Orbit"-Nabe (in Verbindung mit damaligen
"Commander"-Kettenschaltung) eine handelsübliche Ausführung auf den Markt.

In moderner Ausführung erfreut sich momentan die "3 x 7" von Sachs - 3
Nabengänge, 7 Schaltwerkgänge, macht wie bei reinen Kettenschaltanlagen 21 Gänge
- für die gehobenen Gebrauchsräder zunehmender Beliebtheit.

Vorteile:

* geringerer Kettenschräglauf, daher alle 21 Gänge schaltbar;
* schalten im Stand möglich;
* > Schaltumfang 423%, was einer Kettenschaltungsabstufung von 48/38/28 mit
Ritzeln von 13 bis 32 Zähnen entspricht (wie alte MTB-Antriebe).

* Möglichkeit, per 55er Kettenblatt eine extreme Downhill-Übersetzung von 11,3 m
pro Kurbelumdrehung zu realisieren.

Bei den Kombis übernehmen die Nabenschaltungen die Funktion des Umwerfers,
weshalb diese Schaltanlagen mit einem Kettenschutz gefahren werden können.

Kettenblatt-Planetengetriebe:

1. Wiederum als Ersatz für den Umwerfer wartete 1988 die Fa. Bridgestone mit
einem 4-Gang-Planetengetriebe auf, das anstelle des > Kurbelsterns zwischen
Tretkurbel und Kettenblatt angeordnet ist: Mit einem 34er Kettenblatt bestückt,
ermöglicht dieses Getriebe Drehzahlerhöhungen, die einem 46er, 53er und 63er
Kettenblatt entsprechen. Mit einer 6 Gang-Kettenschaltung kombiniert, stehen so
24 Gänge zur Verfügung. Da auch im Stand ein Gangwechsel möglich ist, hat dieses
System besonders beim Halt an der Ampel seine Vorteile, erreichte allerdings
keine nennenswerte Marktbedeutung.

2. "Mountain Drive": durch kurzes Zurücktreten schaltbares
2-Gang-Kettenblattgetriebe (BILD 42), das einem Übersetzungssprung von
montierten 28 Zähnen auf quasi 46 entspricht.

Schal-tungs-adapter
3-4 mm dickes Blechteil, das ins hintere rechte > Ausfallende verschraubt wird
und ein > Schaltungsauge für die Aufnahme eines > Schaltwerks besitzt.

Damit lassen sich auch schaltungslos konzipierte Standardräder oder solche, die
für Nabenschaltungen vorgesehen waren auf Kettenschaltung umrüsten (beachte dann
aber die > Einbaumaße).

Copyright und redaktionelle Inhalte:
Dipl.Ing.FH Christian Smolik 18.05.2000
technische Umsetzung:
Dipl.Ing.FH Jörg Bucher zuletzt am 18.05.2000