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 Treten, geringeres Tempo) 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 (BILD 22). Während der Fahrt wird die Kette auf unterschiedlich große > Kettenblätter bzw. > Ritzel übergewechselt und so die > Übersetzung geändert (vgl. hierzu BILD 23 rechts und links).

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
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 (BILD 24) 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 (BILD 25).

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 Kettenschaltungstechnik
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 (BILD 26) 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 (BILD 27); 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, BILD 29).
 

Rasterung im Schaltwerk
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 (BILD 29). 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:

 
Sonder-Kettenschaltungen
> "S 1" von Suntour: An der > Kettenstrebe statt im > Ausfallende angebrachtes Schaltwerk (BILD 30) 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 (BILD 31).

ZAP Mavic System(1993): > Elektrisches Schaltsystem, bei dem ein mit Rechner und Sensoren ausgestattetes Schaltwerk die Schaltschwinge linear verschiebt (BILD 32).
 

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 (BILD 33).

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

Wie in BILD 34 zu sehen, ist der Drehzahlunterschied doppelt zu nutzen:

  1. 1. Übersetzung: Der Planetenträger wird mit dem Ritzel verbunden und das Hohlrad treibt die Nabe an (BILD 34 oben).
  2. 2. Untersetzung: Das Hohlrad wird mit dem Ritzel verbunden und der Planetenträger treibt die Nabe an (BILD 34 unten).
  3. 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, wie in den Skizzen am Beispiel der 5- und 7-Gang-Nabe von Sachs sowie der 7-Gang-Nabe von Shimano zu sehen.


 

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.

Zur weiteren Information zeigt BILD 35 den Querschnitt durch die 3-Gang-Nabenschaltung von Sachs, die BILDER 36-38 zeigen Explosionszeichnungen der 3-, 5- und 7-Gang-Nabenschaltungen von Sachs, BILD 39 zeigt die neue > Elan 12-Gang-Nabenschaltung (Einzelheiten s.d.), BILD 40 schließlich die > Speedhub 500/14, die 14-Gang-Getriebenabe von Rohloff (Einzelheiten s.d.).

 

Sonder-Nabenschaltungen

1. Zweigang-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.

2. 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 (BILD 41).

Vorteile:

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

3. Kettenblatt-Planetengetriebe:
a. Wiederum als Ersatz für den Umwerfer wartete 1988 die Fa. Bridgestone mit einem 4-Gang-Planetengetriebe auf (BILD 42), 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.

b. "Mountain Drive": durch kurzes Zurücktreten schaltbares 2-Gang-Kettenblattgetriebe (BILD 42), das einem Übersetzungssprung von montierten 28 Zähnen auf quasi 46 entspricht. Einen Querschnitt durch das Getriebe zeigt BILD 43.
 
 
 

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