Kapitel 3: Naben

Nabenlagerung

Für die Radfahrer ist nach wie vor die Leichtgängigkeit der Nabenlagerung von überragender Bedeutung ist. Rollende Kugeln statt um Achsen herumrutschende Buchsen waren hier bereits bei den ersten Kurbelfahrrädern ein technischer Leckerbissen und legten nebenbei bemerkt auch den Grundstein für die industrielle Fertigung von Kugellagerungen, aus denen sich dann später die Wälzlager entwickelten.

Wie vor 130 Jahren erfolgt auch heute noch die Lagerung der Fahrradnaben zum überwiegenden Teil mittels sogenannter Konuslagerung. Dabei rollen auf jeder Seite der Nabe je nach Hersteller und Preisklasse 7 bis 11 gut gefettete Kugeln eingegrenzt zwischen einer inneren Laufbahn, dem Achskonus, und einer äußeren Laufbahn, der Lagerschale. Mit den auf die Achse geschraubten Konen wird das Lagerspiel eingestellt und diese Einstellung mit einer sogenannten Kontermutter fixiert, siehe dazu die nebenstehende Skizze. Die Vorzüge dieser einfachen Konzeption:

1. Geringe Einbaumaße, womit sich a) Gewicht und b) Baugröße einsparen läßt.

2. Bei leichtem Verschleiß kann das Konuskugellager mittels neuer Konterrung wieder spielfrei eingestellt werden.

3. Das Konuskugellager ist relativ unempfindlich gegen Axialkräften, also gegen Kräften, die in Achs-Längsrichtung auf das Lager einwirken.

4. Geringe Ungenauigkeiten in der Lagerflucht, wie sie beispielweise durch eine leichte Achsverbiegung auftreten kann, nimmt das Konuskugellager nahezu klaglos hin.

Kein Wunder also, daß sich das Konuskugellager als meist verwendeter Lagerungstyp bis heute gehalten hat. Von technisch wenig versierten Radlern wird die Lagerwartung als Nachteil dieses Lagertyps empfunden, die als Folge ungenügender Dichtungen der Konuskugellager etwa einmal pro Jahr fällig wird. Wie beim Auto kann man sich diese Arbeit freilich auch von der Werkstatt abnehmen lassen. Probleme können beim Konuskugellager ferner auftreten, wenn Konus oder Lagerschalen aufgrund ungenau gefertigter Gewinde ( Preisfrage, aber auch Serienausrutscher) größere zentrische oder taumelnde Abweichungen voneinander besitzen, die dann nicht mehr durch o.a. Anpassungsfähigkeit ausgeglichen werden können. Bei jedem Lagerumlauf müssen sich dann die Kugeln durch eine Engstelle quetschen, was mit raschem Lagerverschleiß einher geht.

Vor allem bei preislich höher angesiedelten Naben findet man immer häufiger die sogenannte Wälzlagerung vor. Jeweils eine Lagereinheit aus Innen- und Außenring mit dazwischen eingebrachten, in Kugelkäfigen auf Abstand gehaltenen Kugeln übernehmen dabei die reibungsmindernde Arbeit der Konuslager, siehe hierzu die nebenstehende Skizze. Diese Einheit wird im allgem. Sprachgebrauch schlicht "Kugellager" genannt, von Radfahrern aber zur besseren Unterscheidung auch "Industriekugellager" genannt. Dieser Name rührt aus der nahezu ausschließlichen Verwendung dieser Lager im Maschinenbau, also in der Industrie.

Da die Werkstoffe von Wälzlagern hinsichtlich Fertigungsgenauigkeit und Oberflächenbeschaffenheit - Laufbahnhärte und -glätte sowie Lagerluft (Lagerspiel von wenigen tausendstel Millimetern) - optimiert sind, besitzen sie eine höhere Lebenserwartung als Konuskugellager. Durch Staubkappen oder Gummilippen-Abdichtungen sowie eine fabrikseitige Füllung mit hochwertigem Lagerfett wird die Lebensdauer noch weiter gesteigert, so daß sie weitestgehend wartungsfrei sind. Im Vergleich zu üblichen Konuskugellagern sind die Baugrößen etwas üppiger gehalten, außerdem können die für Nabenlagerungen verwendeten Rillenkugellager nur geringe axiale Kräfte aufnehmen (max 25% der Radiallast).

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Achsverbiegungen

Ein immer wieder auftretendes Problem bei Fahrradnaben sind Achsverbiegungen an den Hinterrädern. Ursache dafür ist nicht die höhere Betriebslast des Hinterrad, sondern vor allen die "Inflation der Zahnkränze": Die Anzahl der Ritzel auf den Hinterradnaben hat sich vergrößert und damit auch der Abstand vom Konus (oder dem Rillenkugellager) bis zum Ausfallende, nicht aber der Achsdurchmesser. Folge: Die Fahrbahnstöße wirken über einen längeren Hebelarm ein und bei kräftigen Rumplern kommt es zu plastischen also bleibenden Verformungen der Hinterradachse auf der Zahnkranzseite. Hiervon sind übrigens vor allem die sogenannten Schraubkränze betroffen. Da bei den meisten Kassettennaben der Freilaufgrundkörper als Quasi- Nabenverbreiterung genutzt wird, kann der Abstand Konus/Ausfallende extrem kurz gehalten werden - Achsverbiegungen bleiben für die meisten Kassettennaben daher selbst bei acht- und neunfach-Zahnkränzen ein Fremdwort.

Vorderradnaben sind in der Regel resistent gegen Achsverbiegungen - mit einer Ausnahme: Die Gabelbeine von Teleskop-Federgabeln tauchen häufig ungleichmäßig tief und intensiv ein und üben dann Scherkräfte auf die Nabe aus. Da es hier bei den früher übliche Naben mit schlankem Mittelteil häufiger zu Achs- und sogar Nabenkörper Verbiegungen kam, werden die Nabenmittelteile und teilweise auch die Achsen dicker ausgeführt. Aus optischen Gründen wurden nun auch die modernen Hinterradnaben diesem Erscheinungsbild angepaßt - die Paralax-Nabe wurde nach über hundert Jahren wieder entdeckt.

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Dichtungen

Die Lebensdauer der Nabenlagerungen hängt in erster Linie von der Dichtung, dem Schutz vor eindringendem Schmutz und Spritzwasser ab. Lange Zeit war eine Staubkappe mit einem etwa 0,5 mm breiten Spalt zum Konus hin die Standard-Dichtung der Nabenlagerung. Reichlich eingefülltes Fett übernahm als dann weitere Dichtfunktionen, was aber dazu führte, daß die Lagerung regelmäßig demontiert, gereinigt und frisch gefettet wieder zusammengebaut werden mußte. Dafür "schluckte" diese berührungslose Dichtung keine Reibungsenergie.

Besser Dichtwirkung erreichte der italienische Komponenten-Hesteller Campagnolo mit weiter vorgezogenen Staubkappen, so daß die Eindringlinge sich zunächst ein Stück weit "durchtunneln" mußten, um ins Lagerinnere zu gelangen.

Noch besser dichten ein bis zwei mitlaufende Kunststoffringe, die außen in der Staubkappe eingeklemmt sind und innen nahezu berührungslos in eine in den Konus eingebrachte Nut hineinragen, mithin also eine Art Labyrinth-Dichtung darstellen. Etwa gleich gut dichten Gummilippen, die auf dem Achskonus oder dem Innenring der Rillenkugellagers schleifen und, so sollte man meinen, das Lagerinnere hermetisch abdichten. Abgesehen davon, daß dann die Reibungsverluste durch die Dichtung nahezu denen der Lagerung gleichkommt, hat die Praxis jedoch gezeigt, daß sich mitschleifende Schmutzpartikel und Schmutzwasser mit der Zeit doch unter der Gummilippe "hindurch mogeln". Als sicherste Dichtung hat sich daher für die beiden letztgenannte Dichtungen eine noch außen davor angebrachte Deckscheibe erwiesen, die den direkten Kontakt der Eindringlinge mit der eigentlichen Dichtung verhindern.

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Lagerreibung

Der vor allem von den Radsportlern gepriesene Nabenleichtlauf sollte nicht überbewertet werden. Die hier auftretenden Reibungsverluste sind wirklich sehr gering und ergeben sich aus dem Reibungsmoment dividiert durch den Radius des Rades. Für das Vorderrad liegt der Reibungsverlust je nach Lagerungsart und Güte bei 0,006 bis 0,015 N, für das Hinterrad entsprechend bei 0,011 bis 0,025 N. Die hierfür zu erbringende Leistung beträgt bei 35 km/h 0,06 bis 0,14 Watt für das Vorderrad und 0,11 bis 0,23 Watt für das Hinterrad. Zum Vergleich: Die Kette erzeugt bei gleichem Tempo 3-6 Watt Reibungsverluste, die Rollreibung der Reifen schlägt gar mit 45-60 Watt zu Buche.

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Nabenflansche

In die Tellerartig ausgeformten Nabenteile werden die Speichen eingehängt. Hierzu sind in den Nabenflanschen Speichenbohrungen vorgesehen. Für eine gute Haltbarkeit der Speichen sollten die Bohrungen nicht größer als 2,4 mm ausfallen und die Dicke der Flansche 3,2 mm nicht unterschreiten. Nur so bekommt der Speichenbogen optimale Arbeitsunterstützung und kann sich eng und innig an den Nabenflansch anschmiegen. Eine, wichtige Voraussetzung im Kampf gegen den Speichenbruch, womit wir uns im Kapitel Speichen noch näher beschäftigen. Bei dünneren Nabenflanschen ist es vor alle für schwergewichtige oder antrittsstarke Fahrer sinnvoll, den Flansch durch einen M 3 Unterlegscheibe aufzufüttern.

Nach der Anzahl der Bohrungen richtet sich später die Speichenanzahl des Laufrades, die von 12 Speichen bei den Sonderlaufrädern bis hin zu 48 bei hoch belasteten Laufrädern für Reiseradlern oder Tandems reicht. Jeweils die Hälfte davon befindet sich in jedem Nabenflansch. Da in der Felge die Speichen fortlaufen einmal von der rechten und einmal von der linken Nabenflaschseite aus eingefädelt werden, ist es nötig die Löcher der Flansche um den halben Abstand zwischen zwei Löchern gegeneinander zu versetzen. Ansonsten wäre der Anstand vom Fansch zur Felge ungleichmäßig und ein Teil der Speichen wäre zu kurz, das andere Teil zu lang.

Bliebe noch der sogenannte Teilkreisdurchmesser, das ist ein gedachter Kreis, der durch die Mittelpunkte der Speichenbohrung verläuft. Sein Durchmesser geht in die Berechnung der benötigten Speichenlängen ein und liegt bei den üblichen Niederflanschnaben zwischen 38 und 43 mm für das Vorderrad und 42 bis 46 mm für das Hinterrad.

Hochflanschnaben, deren Teilkreisdurchmesser dann bei 68 bis 78 mm liegt, sind nahezu aus der Mode gekommen. Ihr Sinn liegt darin, mittels einer Vergrößerung der Speichenschräge den Laufrädern eine höhere Seitensteifigkeit zu vermitteln. Außerdem kann wird bei Hochflanschnaben der Hebelarm der Zugspeichen größer was sie weniger stark durch die Antriebskräfte belastet. Beides an sich gute Ansätze, doch mangelnder Fahrkomfort und ein höheres Baugewicht ließen den Marktanteil der Hochflaschnaben in den letzten Jahren immer kleiner werden. Nachteilig wirkt sich die Schräge aus, unter der die Speichen bei Hochflanschnaben aus der Felge austreten. Das belastet insbesonders bei der 4-fach-Kreuzung die Speichengewinde auf Biegung, so daß hier besser die 3-fach-Kreuzung (Kapitel Einspeichen) angewendet wird.

Interessant, aber nur selten anzutreffen, sind die High-Low Naben, die insbesondere für das Hinterrad eingesetzt werden. Bei ihnen ist der Zahnkranzflasch größer ausgeführt, um Seitensteifigkeit über die Speichenschräge und Speichenschonung durch die Antriebskräfte "einzufahren". Leider, wie gesagt, ist diese Bauweise nur noch selten antreffen.

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Einbaumaß

Entsprechend der verwendeten Rahmen werden Naben in unterschiedlichen Einbaumaßen hergestellt, das ist der Abstand zwischen der beiden Gegenmuttern auf der Nabenachse. Einen Überblick über die üblichen Einbaumaßen verschafft Ihnen die nebenstehende Tabelle. Die Einbaumaße sollten im übrigen müssen +/- 1 mm mit den Klemmweiten der Rahmen übereinstimmen, damit das Einbauen der Laufräder keine Probleme bereitet. Falls Sie Ihr Fahrrad beispielsweise auf die neueren acht- oder gar neunfach-Hinterradnaben umstellen, so ist eine entsprechende Aufweitung des Rahmen-Hinterbaues sinnvoll. Mit etwas Geschick läßt es sich zwar bewerkstelligen, daß man den Hinterbau auseinanderzieht und gleichzeitig das Hinterrad einfädelt. Auf Dauer aber leiden die nun im Fahrbetrieb ständig unter Biegespannung stehenden Ausfallenden unter dieser unsachgemäßen Behandlung und vor allen die filigranen Ausfallenden von Rennradrahmen "quittieren dann gern ihren Dienst".

Einbaumaße

* Sonderausführungen 81-82 mm
** ohne Gangschaltung

Vorderradnaben

In ihrer Konzeption sind Vorderrad-Naben einfacher als die zur Aufnahme von Ritzeln befähigten Hinterrad-Naben oder Sonderanfertigungen wie die Nabenschaltungen. Da die Vorderradnaben einer geringeren Betriebslast unterliegen und kurze Abstände zwischen der Konus (Rillenkugellager) und Ausfallenden besitzen, kommen trotz des um 1 mm geringeren Achsdurchmessers) a) keine Achsverbiegungen vor (Ausnahmen: Achsverbiegungen bei Teleskop-Federgabeln, wie weiter oben beschrieben) b) besitzen die Lagerungen eine höhere Lebenserwartung.

Für die Bestückung mit aufschraubbaren Trommelbremsen (Primus wird ein Schraubkranz-Gewinde, wie es herkömmliche Hinterrad-Naben besitzen, zur Fixierung genutzt oder modifizierte Schraubkranznaben verwendet. Damit die Bremskräfte die Bremstrommel oder Bremsscheibe nicht wieder abdrehen, müssen sie auf der linken Seite montiert werden. Zwecks besserer Zugänglichkeit sind auch Nabendynamos (bis auf eine ältere Version von Sturmey-Archer) ausnahmslos in der Vorderrad-Nabe untergebracht.

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Hinterradnaben

Hinterradnaben werden gemäß der vorgesehenen Antriebsart unterschiedlich ausgeführt, je nach dem ob sie für Rücktritt, Freilauf, Ketten- oder Nabenschaltung konzipiert sind. Darüberhinaus gibt es Spezialnaben, die bestimmte Einspeicharten ermöglichen oder dem erhöhten Risiko des Speichenbruchs am Hinterrad Rechnung zu tragen suchen.

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Rücktritt-Nabe

In Deutschland üblichster Nabentyp für schaltungslose Gebrauchsfahrräder. Durch gegenläufiges Treten wird hierbei ein Bremskonus via Mehrganggewinde in einen Bremsmantel gedrückt, der sich dadurch spreizt und von innen an den in diesem Bereich etwas dicker ausgeführten Nabenkörper gepreßt wird. Per Reibung erfolgt alsdann die eigentliche Verzögerung. Das durch die Verzögerung erzeugte sogenannte Bremsmoment muß mit einer Bremsausleger an den Rahmen weiter geleitet werden, ansonsten würde sich beim Bremsen die Achsnabe verdrehen.

Die Bremswirkung des Rücktritts kann als mittelmäßig bezeichnet werden. Sie erhöht sich allerdings bei Verwendung einer Nabenschaltung infolge günstigerer Hebelverhältnisse beim Einschalten von Berggängen, reduziert sich aber aus gleichem Grunde in den Schnellgängen. Bei sehr steilen und langen Abfahrten sollte daher aus Sicherheits- und Bequemlichkeitsgründen immer der Berggang eingelegt werden!!! Im Gegensatz hierzu ist bei einigen neuen Nabenschaltung die Wirkung unabhängig vom gerade gefahrenen Gang.

Der Rücktritt gilt als betriebssicherste Fahrradbremse schlechthin (kein Festrosten von Bowdenzügen, keine von der Felge abrutschenden Bremsklötze). Nachteilig wirkt sich hingegen aus, daß aus dem Tretfluß heraus nahezu eine viertel Umdrehung zurückgetreten werden muß, was den Einsatz der Bremswirkung (sogenannte "Ansprechzeit") verzögert. Bei Kindern sieht man häufig mangels Beinkraft, daß sie noch unter Umständen eine halbe oder gar dreiviertel Umdrehung weiter treten, bis sie ihren Bremspunkt gefunden haben. Das ist eine Kurbelstellung, bei der die Kurbeln in etwa waagerecht stehen um so eine günstigere Wirkung für die Bremsung ausüben zu können. Da vergehen zum Teil wichtige Bruchteile von Sekunden, die den Anhalteweg unnötig verlängern. Aus diesen Gründen sollten an Kinderfahrrädern eine zweite wirksamere Bremse angebracht sein. Die Kinder gewöhnen sich so nach und nach daran die wirksamere Bremse zu betätigen.

Bei langen Bergabfahrten neigen die Rücktittbremsen zu dem zur Überhitzung, so daß aus diesen und den vorgenannten Gründen heraus beim Touren- und Reiserad besser auf Felgen- oder Scheibenbremsen zurückgegriffen werden sollte, respektive bei Nabenschaltungen nicht wie der Gesetzgeber vorschreibt, eine sondern zwei zusätzliche Bremsen am Fahrrad angebracht werden.

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Kettenschaltungs-Naben

Hinterradnaben von Rädern mit Kettenschaltung unterscheiden sich prinzipiell nach der Art, wie die Freilauf/Ritzel-Einheit mit der Nabe verkoppelt ist.Grundsätzlich gibt es zwei Systeme:

1. Die konventionelle Schraubkranznaben

2. Moderne Kassettennaben.

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Schraubkranz-Naben

Jahrzehntelang war sie das Maß aller Dinge bei Kettenschaltungsrädern: Auf der rechten Seite dieser Hinterradnabe befindet sich ein Gewinde zur Aufnahme eines Schraubkranzes, in dem gleich der Freilauf integriert ist.

Aufgrund technischer und praktischer Unzulänglichkeiten (schwierigere Demontage, Vielfalt von Abziehern) ging ihr Anteil seit Ende der 80er Jahre deutlich zugunsten der modernen Kassettennabe zurück. Andererseits ermöglicht die Schraubkranznabe die Montage eines sogenannten "starren Ganges", also einem Ritzel ohne Freilauf. Als Lösehemmung wird hierzu ein Konterring mit gleicher Gewindeabmessung vor das Ritzel geschraubt. Bei den speziellen Bahnnaben hingegen ist für den Konterring ein spezielles Gewinde vorgesehen, siehe auch Skizze. Der starre Gang wird gern von Rennfahrern im Winter gefahren um einen runden Tretfluß - den sogenannten "runden Tritt" zu trainieren.

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Kassettennaben

Bei dieser modernsten Art der Hinterradnabe ist der als Kassettenkörper benannte Freilauf seitlich formschlüssig mit der Nabe verbunden und außen mit einen Zahnprofil zur Aufnahme des Ritzel-Paketes versehen. Während beim traditionellen Schraubkranz die einzelnen Ritzel in zwei oder mehr Stufen aufgenommen werden und daher unterschiedliche Innenabmessungen aufweisen, haben Kassettenritzel eine einheitliche Aufnahme. Die Ritzel können also beliebig einzeln oder en bloc montiert werden. Darüber hinaus werden die Ritzel durch eine einfache, verzahnte Steckverbindung mit abschließender Sicherungsmutter (bei älteren Ausführungen per Verschraubung des kleinsten Ritzels) axial fixiert, was gegenüber Schraubkränzen den Ritzelwechsel erleichtert.

Weiterer Vorteil: Die Freilaufeinheit ist soweit geometrisch verkleinert, daß die Speichen über den Kassettenkörper hinweg in den Nabenflansch gefädelt werden können. Zum Speichenwechsel müssen nur die Ritzel, nicht aber der Freilauf demontiert werden. Angenehmer Nebeneffekt der Verkleinerung: Sie macht die Kassettennaben leichter als die herkömmliche Kombination Hinterradnabe/Schraubkranz.

Ein ganz entscheidender Vorzug der meisten Kassettennaben ist die hohe Belastbarkeit der Hinterradachse: Da deren rechte Lagerung im Kassettenkörper und damit weiter außen erfolgt, wirken Kettenzug und Vertikalbelastungen mit kürzerem Hebelarm ein als beim herkömmlichen System, was die Biegesteifigkeit der Achse drastisch erhöht.

Diese gerade am hochbelasteten Rad sinnvolle Bauweise hat der Kassettennabe, allerdings erst 10 Jahre nach ihrer Markteinführung zum Durchbruch verholfen. Entscheidend daran beteiligt war die Verwendung von Kassettennaben in Mountainbikes: Es zeigte sich nämlich, daß sie die extremen Belastungen des Off-Road-Betriebs weitgehend klaglos wegsteckte, während bei herkömmlichen Naben immer wieder verbogene oder gar gebrochene Achsen auftraten.

Heute gibt es keinen renommierten Hersteller von Komponenten-Gruppen mehr, der keine Kassettennabe im Angebot hätte. In den Bildern und Expolsionszeichnungen sind die heute handelsüblichen Kassettennaben abgebildet. Darüberhinaus gibt es noch einige "Nischenanbieter" von Leicht- oder Sonder-Kassettennaben, die in der Regel einen Shimano-Kassettenkörper in ihr Nabenkonzept integrieren. Zwischen den einzelnen Kassettennaben besteht übrigens Kompatibilität hinsichtlich der Ritzelaufnahme. Nur die Naben von Campagnolo und alte Ausführungen von Suntour besitzen einen spezielle Verzahnung. Für die Campagnolo-Nabe gab es bis Anfang 1997 einen Shimano-kompatiblen Spezial-Kassettenkörper, den soganannten Cash-Acht von der Firma Rohloff. Durch den Austausch mit dem Original-Körper konnten dann auch Shimano-Ritzel auf der Campagnolo-Kassettennabe gefahren werden.

Historie: Die erste Kassettennabe wurde von Fichtel & Sachs bereits 1952 hergestellt und vertrieben, konnte sich aber auf dem Markt nicht durchsetzen. Sie war ihrer Zeit voraus und wartete in einer Version bereits mit 5-fach-Ritzeln auf (damals üblich waren 3-fach-Ritzel). Ihre Renaissance erlebte die Kassettennabe dann Ende der 70er Jahre durch Shimano, der endgültige Durchbruch kam aber erst Ende der 80er Jahre mit dem Mountainbike-Boom.

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Nabenschaltungs-Naben

In diesem auch "Getriebenaben" oder "Mehrgangnaben" benannten Nabentyp ist ein sogenanntes Planetengetriebe integriert. Damit lassen sich je nach Bauart 2-14 unterschiedliche Übersetzungen (Gänge) realisieren. Da diese Naben z.T. auch noch mit einer Rücktrittbremse kombiniert sind, ergeben sich kompakte und pflegeleichte Bauweisen, die v.a. am > Gebrauchsrad eingesetzt werden.

Prinzip: Drei auf einen Planetenträger gelagerte Planetenräder umlaufen ein auf der Nabenachse feststehendes > Sonnenrad und versetzen damit ein alles umhüllendes Hohlrad in Drehung. Dabei ergibt sich ein Drehzahlunterschied zwischen Hohlrad und Planetenträger, der je nach der Auslegung des Getriebes zwischen 25 bis 35 % beträgt.

Wie in der Skizze zu sehen, läßt sich dieser Drehzahlunterschied gleich mehrfach nutzen:

1. Übersetzung: Das Antriebsritzel wird mit dem Planetenträger verkoppelt und das Hohlrad treibt die Nabe an.

2. Untersetzung: Das Antriebritzel wird mit dem Hohlrad verkoppelt und der Planetenträger treibt die Nabe an.

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

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

Nachteilig für die Nabenschaltungen ist, daß sie den permanent hohen Belastungen durch Radsportler weniger lange stand halten, außerdem fällt die Gangabstufung relativ grob aus. Ausnahme: Elan-Nabenschaltung mit 12 Gängen von Sachs und Speedhub 500/14 von Rohloff. Darüber hinaus ist das Baugewicht der Nabenschaltungen relativ hoch und der Radausbau aufwendiger als bei Kettenschaltungen. Schließlich ist der Wirkungsgrad von Nabenschaltungen (90-92%) deutlich geringer als der von Kettenschaltungen (97%). Eine Ausnahme macht hier die Rohloffnabe, bei der mittels Nadel-gelagerten Planetenrädchen und optimierten Zahnformen und Oberflächen der Wirkungsgrad nach Herstellerangabe ebenfalls auf 97 % erhöht werden konnte und damit eine echte Alternative zur Kettenschaltung darstellt. Diese für den sportlichen Einsatz konzipierte Nabe ist seit März 1999 im Handel, wiegt nur 1,65 kg (Sachs Elan: 3,5 kg).

Zur weiteren Information sind nebenstehend Explosionszeichnungen der 3-, 5- und 7-Gang-Nabenschaltungen von Sachs abgebildet, sowie eine Schnittzeichnung der im übrigen nicht mehr hergestellten Elan 12-Gang-Nabe.

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Kombi-Naben

Kombinationen von Naben- und Kettenschaltungen waren früher den Bastlern vorbehalten. Mit ihrer modernsten Ausführung, der 3x7 von Sachs, sind die nun auch im Handel erhältlich. Dabei ersetzt eine Dreigangnabe den vorderen Umwerfer und zwei der drei Kettenblätter, siehe hierzu die nebenstehende Explosionszeichnung. Die Vorteile dieses Kombis besteht in dem großen Übersetzungsbereich dieses Schaltsystemes (423%). Eine andere Möglichkeit nutzen die Down Hill-Fahrer im MTB-Bereich: Mit vorn einem 52er Kettenblatt und hinten einen 11er Ritzel kommen sie auf einen "Riesengang" von 13,4 Meter Entfaltung pro Kurbelumdrehung. Damit läßt sich auf flacheren Passagen kräftig Dampf machen, ohne das vorn ein Sonderkettenblatt mit 70 Zähnen gefahren werden muß.

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Sondernaben

Nach wie vor haben sich eine Reihe von Naben eine Marktniesche erhalten, indem sie entweder mit einer weiteren Funktion aufwarten, besondere Zwecke verfolgen oder einfach nur pfiffig konzipiert sind.

Trommelbrems-Naben: Im Inneren der Nabe ist Bremsvorrichtung untergebracht, bei der von einem Exenter Bremsbacken an eine Bremstrommel gedrückt werden und via Reibung die Verzögerung vornehmen, siehe auch Explosionszeichnung. Die gekapselte Bauweise der Trommelbremsen hat sich besonders für eine effektive Naßbremsung bewährt. Darüber hinaus sind die Trommelbremsen nicht so wartungsintensiv wie übliche Felgenbremsen.

Wie die Rücktrittbremse muß auch die Trommelbremse das Bremsmoment mit einem Bremsausleger an den Rahmen weiter leiten. Die Bremskräfte fallen entschieden höher aus als mögliche Antriebskräfte der Radfahrer (eine Antritt von 0 auf 35 km/h in 2 Sekunden dürfte auch dem sportlichsten Radler schwerfallen, das Abbremsen von 35 km/h zum Stand ist hingegen kein Problem). Da während des Bremsens zudem noch zu einer erhöhten Gewichtsverlagerung auf des Vorderrad kommt, muß vor allem die Vorderradgabel besonders stabil ausgelegt, und mit einen "T" gekennzeichnet sein.

Scheibenbremsnaben: Naben, bei denen eine Bremsscheibe entweder an einen der Nabenflansch angeschraubt oder auf ein gesondertes Gewinde aufgeschraubt wird. Diese Scheibe wird dann von den Bremsbelägen eines Bremssattels in die Zange genommen und nimmt via Reibung die Verzögerung vor. Da die Bremswirkung noch höher als die der Trommelbremsen ausfällt, reichen selbst die mit "T" gekennzeichneten Gabeln nicht aus, um das Bremsmoment der Scheibenbremsen an den Rahmen weiter zu geben. Die Firma Sachs gibt daher folgende Mindest-Drehmomente an, die der Rahmen absorbieren muß: 5000 Nm für die Vorderradgabel, 3000 Nm für die Hinterbaustreben (Nm steht für Newtonmeter, der physikalischen Angabe von Drehmomenten). Diese Werte können im übrigen auch für andere Scheibenbremstypen übernommen werden.

Nebenbei bemerkt: Wenn auch die hydraulischen Scheibenbremsen hinsichtlich Bremswirkung und Dosierbarkeit günstiger sind als Bowdenzug-betätigte, so haben letztere doch den Vorteil, daß der heute im MTB-Bereich von den Herstellern verbaute Schalt/Bremsgriff nicht ausgetauscht werden muß. Besonders mit der Kompatibilität eines Ersatzschalthebels gibt es häufiger Probleme.

Teilbare Naben: Früher von Cinelli und heute von Weco hergestellter Nabentyp. Beim Hinterradausbau verbleibt die Freilauf/Ritzel-Einheit am Rahmen. Die einzelnen "Blöcke" der Nabe werden durch eine Steckachse zusammengehalten. Vorteil: Schneller Ein- und Ausbau des Hinterrades ohne Berühren der Kette, die einfach in Position bleibt. Außerdem wird das Packmaß des Hinterrades schmaler und weniger sperrig. Eine Eigenschaft, die z.B. beim Bahn- oder Autotransport des Fahrrades angenehm ist und übrigens daher auch von einigen Zerlege- und Reiseräder genutzt wird.

Sonnenradnaben: Von der TH Aachen entwickelte Naben, bei die Speichen radial in speziell in die Nabenflansche eingebrachte Schlitze eingelegt werden. Das Einlegen der Speichen kann damit einfacher automatisiert werden, als das bei normalen Nabenflanschen notwendige Einfädeln. Zur Serienausführung kamen diese Naben 1988 von Weco; 1996 von Mavic. Ein weiterer Vorteil: Es können Speichen ohne Bogen sogenannte Geradspeichen) verwendet werden. Eine an sich sinnvolle Maßnahme, da der Speichenbogen die bruchgefährdeste Stelle der Speichen darstellt. Nachteil: Bei hohen Antrittskräften wird die Hinterradfelge sehr stark belastet, da Radialspeichung stärkere Zugkräfte auf die Felge ausüben. Die Folge können Felgenbettrisse um die Nippellöcher herum sein. Daher sind für Nabe nur Felgen mit mehr als 450 Gramm Gewicht sinnvoll.

Nockennabe: Statt der üblichen Nabenflansch besitzt diese Nabe acht Nocken, an denen jeweils zwei nebeneinander liegende Speichen in unterschiedliche Richtung eingehängt werden. Auch hier lassen sich Speichen ohne Bogen verwenden. Zudem läßt sich so im Gegensatz zu den oben bebeschriebenen Sonnenrad-Naben eine gekreuzter Einspeichung realisieren. Die Nockennaben wurden Anfang der 90er Jahre erstmals von Pulstar hergestellt und sind als Vorder- und Hinternabe (Kassettennabe) erhältlich.

Knopflochnabe: Früher von der französischen Firma Maxicar hergestellte Naben, bei der die Speichenlöcher auf der Zahnkranzseite in knopflochartig gelängte Speichenlöcher eingehängt werden können. Der Vorteil besteht insbesondere darin, daß bei einem Bruch von Speichen hinter dem Zahnkranzflasch, diese ohne Demontage des Zahnkranzes ausgewechselt werden können. Trotz der durchaus praktikablen Seite dieser Nabe hat sie sich auf dem Markt nicht durchsetzen können. Heute ist das Einfädeln von Ersatzspeichen hinter dem Zahnkranz im übrigen auch mit der "Z-Speichen" von Rödel möglich.

Tomo-Nabe: Werden normale Naben radial eingespeicht, so kann es (vor allem wenn die Speichenanzahl über 28 Speichen liegt) zu Flanschausrissen kommen, siehe Bild. Die Tomo-Nabe besitzt noch gut 10 mm "Fleisch" über den Speichenlöchern, so daß dieser Sprengwirkung entgegengewirkt wird. Damit ist sie die momentan einzige Nabe auf dem Markt, die speziell für das radiale Einspeichen mit konventionellen Speichen (mit Bogen) ausgelegt ist. Die Speichen werden außerdem in einer Nut geführt, so daß auch beim Hinterrad Antriebs-Drehmomente besser übertragen werden können (kein Verdrehen der Speichenbögen im Flansch). Beim einem Trittablauf mit Lastspitzen (unrunder Tritt) wirken die in den Nuten geführten Speichen ausgleichend: Bei Kraftspitzen speichern die Speichen die Kraft - wodurch keine energiezehrende Beschleunigung erfolgt - die dann beim Nachlassen der Trittkraft wieder in den Antrieb einfließt.

Scheibenrad- und Composite Wheel-Naben: Hierbei handelt es sich um spezielle Naben aus Aluminium oder Carbon ohne Speichenlöcher, die entweder gleich bei der Fertigung der Laufräder in diese einlaminiert, oder nachträglich eingeklebt werden. Interessant sind die Mavic-Nabenpatronen, die auswechselbar sind und aus einem Vorderrad ein Hinterrad machen können oder umgekehrt. Die Gewichtsminimierung der Scheibenräder hat teilweise dazu geführt, daß die Lagerschalen oder Rilllenkugellager gleich in den Carbonkörper eingesetzt werden, oder mittels spezieller Klebeflansche eine intensivere Kontaktierung zwischen Flansch und Scheibe hergestellt wird.

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Werkstoffe

Die zur Herstellung von Nabenkörper und -achse verwendeten Werkstoffe bestimmen einerseits das Gewicht einer Nabe und haben andererseits Einfluß auf ihre Verwindungssteifigkeit.

Stahl: Preiswerte Naben, aber auch die meisten Mehrgang-Naben werden aus Stahl gefertigt. Nachteilig ist bei Stahlnaben neben dem hohen Gewicht der sehr dünn (in der Regel um 2 mm) ausgeführte Flansch, was bei Dauerbelastung häufig zum Speichenbruch führt. Außerdem warten diese preiswerten Naben in der Regel mit schlechte Lagerqualität auf. Eine Ausnahme stellen hier die Mehrgang-Naben dar. Stahl als Achsmaterial hingegen ist nach wie vor bei den höher belasteten Naben Standard.

Aluminium: Aluminium ist der Standardwerkstoff für Naben. Mit diesem Leichtmetall kann das Baugewicht drastisch gesenkt werden, bisweilen werden sogar die Achsen aus Aluminium gefertigt. Für hochwertige Naben kommen kalt geschmiedete Legierungen zur Anwendung, die in der Regel aushärtbar sind und somit eine deutliche Erhöhung der Materialfestigkeit erzielen. Preiswerte Alu-Naben werden entweder gegossen oder aber auch aus rundem Stangenmaterial, den sogenannten "Halbzeugen" hergestellt.

Carbon: Bei Scheibenrädern wird, wie oben erwähnt aus Gewichtsgründen bisweilen der komplette Nabenkörper aus Carbon gefertigt. Für normalen Speichennaben dagegen wäre eine Komplettherstellung sehr aufwendig, da jedes Speichenloch einzeln aufgebaut ("gewickelt") werden müßte, um dem Speichenzug zu widerstehen. Daher kommen bei sog. Carbon-Naben fast nur eingeklebte Carbonrohre als beide Alu-Flansche verbindendes Mittelteil zur Anwendung, was allenfalls der optischen Attraktivität der Naben, nicht aber einer deutlichen Gewichtsreduktion dienlich ist.

Kunststoff: Da kein üblicher Kunststoff dem Speichenzug auf Dauer widersteht, werden Stahl- oder Aluflansche in faserverstärkte Thermoplaste eingeschmolzen. Beispiel: Radialnabe von Weco. Eine Ausnahme stellten die um 1994 erhältlichen "Free-X"-Naben von Mobil-Tech dar, die aus einem Spezialnylon hergestellt werden: Die Fertigung der - übrigens durchsichtigen - Nabenkörper erfolgt dann durch Drehen.

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Tips und Tricks:

- Wenn das Einbaumaß der Nabe mehr als 2 mm größer ist als die Klemmweite des Hinterbaues, sollte der Hinterbau aufgeweitet werden. Ansonsten besteht auf Dauer die Gefahr eine Ausfallenden-Bruches.

- Nach ausgeführter Hinterbau-Aufweitung die Kettenlinie kontrollieren, bei Schaltproblemen korrigieren (breitere Tretlagerachse).

- Wird an Hinterradnaben eine Achsverbreiterung vorgenommen, sollte die Achse mindestens noch 2,5 mm aus den Gegenmuttern herausragen, damit sie sicher im Ausfallende geführt wird.

- Durch ihre große Stützbreite sind Vorderradnaben verbiegesicher. Lediglich bei Teleskop-Federgabeln bedarf es einer verstärkten Nabenausführung (Parallax-Naben)

- Die Gefahr von Achsverbiegungen besteht bei sieben- und achtfach-Zahnkränzen vor allem auf normalen konusgelagerte Schraubnaben (10 mm Gewindeachse).

- Resistenter gegen Achsverbiegungen sind bereits die Achsen von gewindelosen Industriekugel-gelagerten Naben mit verdickten Achsmittelteil.

- Die Achsen von Kassettennaben sind unter dem Freilauf noch einmal abgestützt und daher noch biegesteifer.

- Die Lebensdauer von Industriekugel-gelagerten Naben ist bereits durch optimierte Material Abstimmung und Oberflächengüte länger als die von Konuskugel-gelagerten. Hinzu kommt in der Regel noch eine bessere Dichtung der Naben.

- Von außen nachschmierbare Naben (Suntour Grease Guard; Edco) erübrigen aufwendige Wartungsarbeiten und - regelmäßig nachgeschmiert - resultiert daraus auch eine längere Lebensdauer dieser Naben.

- Besitzen Naben eine Flanschdicke unter 3 mm, so sollten (Speichenbruchgefahr!!!) beim Einspeichen kleine M3-Unterlegscheibchen vor den Speichenkopf plaziert werden.

- Bei Hochflanschnaben nicht 4-fach-kreuzen. Die Speichen treten ansonsten zu schräg aus der Felge aus und belasten das Speichegewinde auf Biegung Speichenbruchgefahr!!!).

- Bei Kauf von amerikanischen Naben bitte auf metrische Kugellager-Abmessungen achten. Die Ersatzteilbeschaffung wird ansonsten a) teuer, b) es kann zu Lieferproblemen kommen.

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Copyright und redaktionelle Inhalte:
Dipl.Ing.FH Christian Smolik 1994 - 03.08.1999
technische Umsetzung:
Dipl.Ing.FH Jörg Bucher zuletzt am 18.05.2000