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Haben sich früher die Radfahrer die Berge hoch gequält und bergab "eine Klinke ans Ohr" gekurbelt, so erleichtern heute die bereits zur Standardausrüstung eines Fahrrades gehörende Schaltungen den Tretfluß. Weiterhin haben die Schaltungssysteme aufgerüstet: Die Schaltungen sind bedienungsfreundlicher geworden, Nabenschaltungen wurden mit Fünf-, Siebengang- und sogar 12- (Sachs Elan) und 14 Gang (Rohloff)-Naben bereichert, Kettenschaltung warten gar mit 24 und 27 Abstufungen auf.

Einander gegenübergestellt, ist die Kettenschaltung robuster, verträgt auf Dauer ein höheres Antriebsmoment, "verdaut" Schaltwechsel nahezu unter voller Tretlast und hat auch hinsichtlich Gewicht und Wirkungsgrad (98 bis 99 %) die Nase vorn. Hinzu kommt die Feinheit und Vielfalt der Gangabstufung. Nabenschaltungen hingegen bedürfen nur einem geringen Wartungsaufwand und ermöglichen eine voll gekapselte Kette oder gar einen Antrieb mittels Zahnriemen, womit ölverschmierte Hosenbeine oder Mantelzipfel der Vergangenheit angehören und Antrieb zu einer sauberen Sache wird.

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Kettenschaltungen:

Zum Prinzip: Kettenschaltungen führen die Kette indem sie in einer Schaltschwinge um zwei Kettenrädchen herumläuft. Die Schaltschwinge wird von einem Parallelogramm per Seilzug für den Schaltvorgang seitlich geschwenkt, so daß die geführte Kette von einem Ritzel auf das nächste gelangt. Um den Längenunterschied auszugleichen - größere Ritzel benötigen mehr Kettenlänge als kleinere - wird die Schaltschwinge um ihren Lagerungsachse geschwenkt und von einer Rückholfeder gespannt, so das annähernd die gleiche Kettenspannung vorliegt, egal über welches Ritzel die Kette gerade geführt wird. Bliebe noch zu erwähnen, das der Schaltzug von einem Schalthebel oder Drehschalter aus betätigt wird. Genauer: Durch Schwenken des Hebels oder Drehen des Schalters wird Seillänge eingeholt oder freigegeben.

An dieser einfachen und bereits mit gesundem Menschenverstand erfaßbaren Mechanik hat sich bis heute nichts geändert und doch haben die Kettenschaltungen einen geradezu stürmischen Entwicklungsschub hinter sich, der sich vor allem in den Feinheiten des Schaltvorganges niederschlägt. Er begann vor 15 Jahren mit den ersten Indexschaltungen ("Positron" von Shimano und "Comander" von Sachs).

Bislang waren die Kettenschaltungen fast ausschließlich den sportlichen Radfahrern vorbehalten, denn es galt den stufenlosen Schalthebel mittels gefühlvoller Feinmotorik genau soweit zu bewegen, bis die Kette auf dem nächsten Ritzel auflag. Mangels damaliger Schaltfunktion mußte sogar zunächst leicht "überschaltet" werden, um dann nach Aufliegen des Ganges den Schalthebel wieder leicht zurückzunehmen. Mit der Rasterung der Schalthebel konnte dies nun auch der motorisch weniger geschulte Normalradfahrer. Da anfänglich doch noch kräftig ratterte bis die Kette den Klettervorgang auf das nächste Ritzel bewältigte, mußte die Schaltfunktion verbessert werden.

Das war technisch bereits 1984 erreicht, als Shimano bei der Dura Ace-Schaltung das Schrägparallelogramm von Suntour übernahm und eine zweiten Rückholfeder im Befestigungsauge der Schaltung installierte. Mit einem um etwa 25 Grad schräg angeordnetem sogenannten Schrägparallelogramm erfolgt der Schwenkweg der Schaltschwinge nicht nur nach innen, sondern gleichzeitig auch nach unten. Das entspricht einmal der Kletterbewegung der Kette, zum anderen folgt die Schaltschwinge der Ritzelböschung. Will heißen: Je weiter die Schaltung nach innen schwenkt, um so weiter taucht sie nach unten ab und hält damit den Anstand zu den nach innen zu ja größer werdenden Ritzel einigermaßen konstant. Eine zweite Rückholfeder schließlich garantiert, das egal mit welchen Zahnunterschieden die Ritzelböschung verläuft, siehe Bild, der Abstand vom oberen Kettenrädchen zum den Ritzeln immer zwischen 1 1/2 und 2 1/2 Kettenglieder beträgt. Das nun ist wiederum die optimale Voraussetzung für den nächsten Schaltschritt. Denn wird dieser Abstand größer, erfolgt der Gangwechsel unwillig, da sich die auch seitlich bewegliche Schaltungskette zu weit abbiegen kann. Ist der Abstand zu klein, kann es bei kräftigen Wiegetritten infolge von leichten Rahmenverwindungen zu ungewollten Gangwechsel kommen.

Als nächstes erkannte 1987/88 die deutsche Firma Rohloff den funktionalen Anteil der Kette am Schaltvorgang. Mit ihrer SLT-Kette wird eine noch größere seitliche Beweglichkeit der Kette erreicht, so daß die Kette in einer Zick/Zack-Linie den Klettervorgang auf die gewählten Ritzel leichter und schneller bewältigen kann. Weiterhin können die Ritzlezähne die angefasten Kettenlaschen der SLT-Kette schneller erfassen.

Der nächst Innovationsschub war geradezu revolutionär: Mit ihrer Hyperglide-Zahnform ermöglicht 1988 Shimano das Schalten sogar unter Last und das kam den Mountainbiker gerade recht, denn immer wieder gibt es bei plötzlichen Steigungen oder "tiefem Geläuf" Situationen, in denen nur ein Gangwechsel vor dem Verlassen des Sportgerätes bewahren kann. Das geniale dieser Zahnform: Die Kette muß nun zum Gangwechsel nicht mehr über die Zahnköpfe hinweg auf das nächste Ritzel klettern, sondern sie läuft, ähnlich einer Eisenbahnweiche Zahn in Zahn eingreifend von einem Ritzel auf das nächste über. Dazu wurde einmal die Zahnhöhe drastisch gekürzt, zum anderen der Zwischenraum von Zahn zu Zahn wannenförmig erweitert und letztlich "Überlauf-Weichen" geschaffen. An den Stellen, an denen die Zähne der benachbarten Ritzel nebeneinander stehen - das ist bei Ritzel mit einem Zahn Unterschied einmal, bei zwei Zähnen Unterschied zweimal und bei drei Zähnen entsprechend dreimal der Fall - wird die Zahnhöhe weiter reduziert und der Zwischenrum nochmals erweitert, außerdem sind hier die Zähne seitlich ausgenommen, so daß hier ein diagonaler Überlauf der Kette stattfinden kann.

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Umwerfer:

Zum Prinzip: Eine Schaltgabel drückt die Kette durch seitlichen Schwenk auf ein größeres oder kleineres Kettenblatt.

Elegant und durch ausgefuchste Technik nahezu perfektioniert, tänzelt die Kette mittlerweile beim Schaltvorgang von Ritzel zu Ritzel. Ziemlich rüde dagegen geht der vordere Kettenwechsler zu Werke. Im "ziehende Trumm", dem von des Radlers Trittkraft gespannten oberen Kettenteil also, muß der Wechsel von einem Kettenblatt zum anderen ablaufen. Ein Vorgang, der einer "Vollstreckung" eher gleicht als einem sauberen Schaltvorgang. Dennoch, auch hier ist viel verfeinert und verbessert worden, so daß heute sogar unter mäßiger Trittlast eine zufriedenstellende Funktion erreichbar ist. Im Einzelnen erfolgten hier folgende Verbesserungen:

- Die Schaltgabel wurde nach hinten zu weiter geöffnet, damit der Umwerfer (Vermeiden von Kettengeratsche an der Umwerfergabel) nicht "nachgezogen" werden muß, wenn hinten die Ritzel gewechselt werden.

- Eine Nase an der äußeren Schaltgabelseite erzeugt punktuellen Druck auf die Kette, so daß beim Schalten auf kleiner Kettenblätter deren heute erhöhte seitliche Beweglichkeit genutzt wird.

- Die Innenseite der Schaltgabel verläuft in einer Kurve nach oben, womit eine Art Kletter-Beschleunigung erreicht wird: Je weiter die Kette bei Schalten auf größere Kettenblätter nach oben klettert, um so intensiver wird sie nach außen gedrückt.

- Gekürzte Kettenblattzähne erleichtern den Blattwechsel.

- Mit Hilfs- und Fangzähnen wird der Kletter- und Absteige- Vorgang der Kette unterstützt.

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Nabenschaltungen:

Ein in der Hinterradnabe untergebrachtes Zahnradschaltgetriebe ("Planetengeriebe") wird zur Veränderung der Übersetzung zwischen Ritzel und Nabe genutzt.

Prinzip:

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, die sich mehrfach nutzen lassen:

1. Übersetzung: Der Planetenträger wird mit dem Ritzel verbunden und das Hohlrad treibt die Nabe an.

2. Untersetzung: Das Hohlrad wird mit dem Ritzel verbunden und der 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.

Bei der Siebengangnabe von Sachs liegen mit 3 Sonnenrädern, 3 Planetenradsätzen und einem Hohlrad drei einzelne Planetengetriebe vor, woraus durch Antrieb durch Hohlrad oder Planetenträger 6 Gänge möglich sind. Hinzu kommt der Normalgang, bei dem das Getriebe blockiert wird. Die Gasamtübersetzung beträgt 284 %, der Schaltwechsel kann nur im Tretstillstand erfolgen. Shimano verkoppelt mit 4 Sonnenräder, 2 Planetenradsätze und 2 Hohlräder zwei Getriebe und verzichtet auf einen Normalgang. Diese Nabe bietet eine Gesamtübersetzung von 244% und läßt sich auch unter mäßiger Trittlast schalten.

Mit ihren 1992 zeitgleich auf Markt gekommenen Siebengang-Nabenschaltungen erhofften sich Sachs und Shimano einen Einbruch in die Welt der Kettenschaltungen. Der Erfolg war eher bescheiden, erbrachte dennoch eine sichere Niesche auf dem Schaltungssektor. Besonders Gelegenheitsradler oder Radfahrer, die auf einen Kettenschutz nicht verzichten möchten, sowie weniger sportlich ambitionierte Trekking Biker greifen zu dieser Schaltungsvariante, die darüber hinaus auch nur geringen Wartungaufwand bedarf.

Gründe, warum Sportler nicht zur Nabenschaltung greifen: Nabenschaltungen besitzen relativ große Gangsprünge, widerstehen auf Dauer nicht den kraftvollen Tritten sportlich ambitionierter Radler und warten mit einem relativ schlechtem Wirkungsgrad auf (ca. 90% gegenüber 98 % der Kettenschaltungen). Der Normalgang jedoch ist unübersetzt und hat daher nur ca. 1% Verlust. Da dieser Gang auf flachem Terrain nahezu ausschließlich gefahren wird, sollte er im Arbeitsbereich der Radfahrer angesiedelt sein, also entgegen der Herstellerangabe (44/22) etwa mit der Kettenblatt/Ritzel-Kombination von 48/19 gefahren werden - auch wenn sich hierdurch die Bergsteigfähigkeit und die Rücktritt-Bremsfunktion etwas reduzieren.

Eine Ausnahme stellt die 14-Gangnabe von Rohloff, die Speedhub 14/500 dar. Mit relativ kleinen und konstanten Gangsprüngen von etwa 13,5 % deckt sie ein Übersetzungsbereich von 526% ab. Auf guten Wirkungsgrad (96-98% je nach aufliegendem Gang) getrimmt, ist sie speziell auf die Bedürfnisse sportlicher Mountainbiker ausgelegt, aber auch für Reiseradler oder das anspruchsvolle Trekkingrad geeingnet.

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Tips bei Kompatibilitäts-Problemen

Wollen Sie nun aus optischen, finanziellen oder funktionalen Gründen, oder zum Zwecke längerer Haltbarkeit zu einem Ritzelpaket, einer Schaltung oder einem Schalthebel (Drehschalter) eines anderen Hersteller wechseln, kann es Schwierigkeiten geben. Relativ einfach läßt sich das durch eine Änderung der Betätigungs-Hebelverhältnisse an den Schaltwerken (Seil-Umklemmen) beheben. Sind die Schaltschritte zu kurz, verlegen Sie die Seil-Klemmstelle auf die andere Seite der Befestigungsschraube - die Schaltschritte fallen dann etwa um den Faktor 1,3 größer aus. Sind sie nun zu groß, wechseln sie die Befestigungsschraube gegen eine durchbohrter Schraube aus einer einfachen Seitenzugbremse aus und die Schaltschritte verkleinern sich um den Faktor 1,15.

Zum Verkleinern der Schaltschritte kann man die Seilklemmung mit einer Winkelscheibe (zur Seilklemmung (werden bei einigen Suntour-Schaltungen sowie bei einigen älteren Cantilever Bremsen verwendet) vornehmen, wobei das Seil um die Winkelnase herum weiter zur Radmitte hin platziert wird. Der Verkleinerungsfakor beträgt dann ca. 1,3.

Weiterhin hat man die Möglichkeit Distanzringe zwischen den Ritzeln gegen schmalere oder breitere auszutauschen und so auch von den Ritzelabständen her Einfluß auf zu große oder zu kleine Schaltschritte nehmen. Bezug: Fachhandel über "The Cutting Crew". Hierzu ist übrigens zu bemerken, daß der Hyperglide-Überlauf der Kette beim Schaltvorgang mit zunehmendem Ritzelabstand besser wird, sich dagegen mit kleiner werdenden Abständen verschlechtert.

Copyright und redaktionelle Inhalte:
Dipl.Ing.FH Christian Smolik 1994 - 03.08.1999
technische Umsetzung:
Dipl.Ing.FH Jörg Bucher zuletzt am 24.08.1999