Die Fahrradgangschaltung: Erklärung und Funktionsweise

Mit einer Gangschaltung können Sie den notwendigen Kraftaufwand beim Fahrradfahren an Ihre körperlichen Möglichkeiten und die unterschiedlichen Anforderungen des Geländes anpassen. Es gibt verschiedene Arten von Schaltungen, wobei die Kettenschaltung und die Nabenschaltung besonders weit verbreitet sind. Wer heutzutage den Markt für Fahrradschaltungen überblickt, kann schon einmal kurz ins Schwitzen geraten: Denn eine so große Auswahl an verschiedenen Schaltsystemen, Gängen und Modellen ist atemberaubend. Sie haben quasi bei jedem Fahrradmodell die Entscheidung zwischen mehreren Herstellern und Ausführungen, was Ihre individuelle Schaltung betrifft.

Kettenschaltung: Der Klassiker

Der Aufbau der weit verbreiteten Kettenschaltung ist besonders leicht zu verstehen. Auf der Kurbelseite sitzen bis zu drei Zahnräder (Kettenblätter) nebeneinander auf einer Achse. Je nach Verwendungszweck des Rades (z.B. Rennrad oder Mountainbike) sind die Radien der Zahnräder etwas unterschiedlich. Es ist üblich, bei einem Zahnrad nicht den Radius oder Durchmesser anzugeben, sondern die Zahl z der Zähne (diese Zahl ist proportional zum Zahnradradius bzw. -durchmesser). Mountainbikes haben auf der Kurbelseite meist drei Zahnräder. Eine häufige Kombination ist z.B. 48 | 36 | 26 Zähne.

Auf der Achse des Hinterrades sitzt ein Zahnkranz mit bis zu zehn nebeneinander angeordneten Zahnrädern (Ritzel). Eine häufige Kombination für ein Mountainbike mit neun Zahnrädern auf der Hinterachse ist z.B. 11 | 12 | 14 | 16 | 18 | 21 | 24 | 28 | 32 Zähne. Hat ein Fahrrad an der Kurbel 3 Zahnräder und am Hinterrad 9 Zahnräder, so besitzt es theoretisch 3·9 = 27 verschiedene Gänge. Bei einer Kettenschaltung wird die Fahrradkette von einem Kettenblatt zum nächsten bewegt, während sie sich gleichzeitig weiter vowärts bewegt. Dabei sind sowohl am Vorder- als auch am Hinterrad kleine Zahnräder, auch Ritzel genannt, angebracht.

Übersetzung bei der Kettenschaltung

Der Kraftaufwand zum Pedalieren ist dann besonders gering, wenn man an der Kurbel den Zahnkranz mit der niedersten und am Hinterrad den Zahnkranz mit der höchsten Zahl der Zähne wählt. Das Kettenblatt habe \( z_1 \) Zähne, das Ritzel \( z_2 \) Zähne. Dann gilt für die Umdrehungszahlen \( n_1 \) und \( n_2 \) dieser Zahnräder: \[ \frac{{z_1}}{{z_2}} = \frac{{n_2}}{{n_1}} \] Je kleiner das Ritzel bei gleichem Kettenblatt ist, desto öfter dreht sich das Hinterrad. Je größer das Kettenblatt bei gleichem Ritzel ist, desto öfter dreht sich das Hinterrad.

Das Verhältnis \( z_2 : z_1 \) wird als Übersetzung bezeichnet. Die vom Fahrrad bei einer Kurbelumdrehung (n1 = 1) zurückgelegte Strecke wird als Entfaltung bezeichnet. Für einen Umfang von 2,00 m für das Hinterrad sind in der folgenden Tabelle die Entfaltungen (in Metern) dargestellt:

Die Entfaltungen in den grünen Feldern gehören zu Zahnradkombinationen, welche sinnvoll sind. Die nicht gekennzeichneten Schaltkombinationen sollte man vermeiden. Gründe hierfür sind: Läuft die Kette vorne am kleinsten Kettenblatt (z.B. 26 Zähne) und hinten ebenfalls am kleinsten Ritzel (z.B. 11 Zähne), so muss sie schräg laufen, was ihr auf Dauer zu starker Abnützung der Zahnräder und der Kette führt. Das Gleiche gilt natürlich auch für die andere Extremposition. Manche Entfaltungen liegen in ihren Werten sehr nahe beieinander bzw. Wenn du dir die Entfaltungen für dein eigenes Fahrrad ausrechnen willst, kannst du dies bequem mit einem Entfaltungsrechner tun, den du z.B.

Versuchen Sie Gangkombinationen zu vermeiden, bei denen ein extrem großer Winkel der Kette entsteht. Nach diesem Prinzip ist die Kombination aus kleinstem Kettenblatt vorne und kleinstem Ritzel hinten am Fahrrad besonders schlecht. Neben der Anzahl der Gänge ist außerdem der sogenannte Übersetzungsbereich eine relevante Kenngröße jeder Gangschaltung. Grundsätzlich lässt sich auf (fast) jedem Fahrrad eine Kettenschaltung installieren. Eine Kettenschaltung mit nur 16-24 Gängen eignet sich jedoch, je nach Zusammenstellung der Kettenräder, vor allem für leicht hügeliges oder bergiges Terrain. Bei Rennrädern verwenden die meisten Hersteller in der Regel nur zwei Kettenblätter vorne und neun, zehn oder elf Ritzel hinten.

Vor- und Nachteile der Kettenschaltung

• Vorteile:
  • Überschaubare Technik
  • Seit Jahrzehnten ausgereifte Technik
  • Wartung meist vertraut
  • Ersatzteilversorgung meist immer und überall möglich
  • In allen Preisklassen erhältlich
  • Durch Tausch von Zahnkranz und/oder Kurbel-Garnitur ist eine Anpassung der Gesamtübersetzung möglich
• Nachteile:
  • Pflege- und Wartungsbedarf durch viele offen liegende bewegliche Teile
  • Verschleiß von Kette, Zahnrädern und Ritzelpaketen
  • Schalten nur in Bewegung möglich

Nabenschaltung: Robust und Wartungsarm

Im Aufbau deutlich komplexer als die Kettenschaltung ist die sogenannte Nabenschaltung, die man sehr häufig bei robusten Gebrauchsrädern findet. Waren die ersten Nabenschaltungen nur mit drei Gängen ausgestattet, so besitzen moderne Schaltungen schon mehr als 10 Gänge.

Aufbau und Funktionsweise

Der Aufbau einer Nabenschaltung erinnert an das Getriebe eines Motorfahrzeuges. Es wird hier nicht näher auf die Funktionsweise eingegangen. Nur soviel: zahlreiche Zahnräder greifen ineinander und sorgen so für eine Übersetzung. Durch das Spannen oder Entlasten des Schaltseils werden Zahnräder mit unterschiedlichen Zahnzahlen in Kontakt gebracht. Als Nabenschaltung bezeichnet man im Fahrradbereich ein mechanisches Getriebe, welches geschlossen in der Hinterradnabe eingebaut ist. Dabei arbeiten alle Nabenschaltungen ausschließlich mit Umlaufgetrieben, sogenannten Planetengetrieben. Sie müssen sich dabei vorstellen, dass auf Achsen umlaufende Zahnräder ein zentrales Rad umkreisen, ähnlich wie Planeten die Sonne. Diese Zahnräder sorgen auch für die nötige Kraftübertragung.

Mit einem einzigen Getriebe ließen sich maximal drei Gänge an einem Fahrrad realisieren, für eine Schaltung viel zu wenig. Daher kombinieren die Hersteller verschiedene Planetengetriebe in einer Nabe, z. Bsp. indem sie sie in eine Reihe schalten. Typische Nabenschaltungen mit bis zu neun Gängen werden normalerweise bei Alltagsfahrrädern und Kurzstrecken eingesetzt, beispielsweise beim klassischen Citybike. Es gibt allerdings auch anspruchsvollere Nabenschaltungen, etwa 11-Gang oder 14-Gang-Nabenschaltungen, welche über weitergehende Funktionen und Optionen verfügen, etwa die Verwendung von Scheibenbremsen. Sie haben einen deutlich höheren Übersetzungsbereich von bis zu 500% und eignen sich daher optimal für so gut wie jedes Terrain.

Vorteile der Nabenschaltung gegenüber einer Kettenschaltung

• Das Getriebe ist sicher vor Nässe und Schmutz geschützt.
• Die Kette läuft immer optimal gerade. Dadurch ist der Verschleiß geringer. Außerdem ist das Anbringen eines Kettenschutzes leichter möglich.
• Das Schalten ist auch im Stand möglich.
• Sehr einfache Bedienungsmöglichkeit.
• Nabenschaltungen sind meist mit Rücktrittbremsen versehen, die auch bei Nässe sicher funktionieren.

Nachteile der Nabenschaltung gegenüber einer Kettenschaltung

• Der Preis der neuen Nabenschaltungen mit vielen Gängen ist im Vergleich zur Kettenschaltung höher.
• Die Gangabstufung kann nicht wie bei Kettenschaltungen den Bedürfnissen des Fahrers angepasst werden.
• Der Wirkungsgrad der Schaltung ist etwas schlechter als derjenige der Kettenschaltung.
• Das Gewicht der Nabenschaltung ist (trotz jüngster Reduktionen) immer noch höher als das einer guten Kettenschaltung.

Tipps zur richtigen Nutzung der Gangschaltung

Um das Beste aus Ihrem Fahrrad herauszuholen und die Fahrrad Gangschaltung richtig benutzen zu können, ist es wichtig, einige grundlegende Techniken zu beherrschen. Die richtige Nutzung der Gänge kann den Unterschied zwischen einer effizienten Fahrt und einer frustrierenden Erfahrung ausmachen. Das Erlernen der richtigen Technik ermöglicht es dir, dein Treten zu optimieren, den Kraftaufwand zu reduzieren und den Verschleiß der Komponenten zu vermeiden.

• Vorausschauendes Schalten: Schalten Sie, bevor das Gelände schwieriger wird, um eine gleichmäßige Trittfrequenz beizubehalten und unnötige Anstrengungen zu vermeiden.
• Sanftes Schalten: Verringern Sie den Druck auf die Pedale, bevor Sie schalten. Antizipieren Sie das Gelände und schalten Sie, bevor Sie zusätzliche Kraft benötigen, insbesondere an Steigungen.
• Kettenkreuzung vermeiden: Halten Sie die Kette gerade, indem Sie ausgewogene Kombinationen verwenden. Zum Beispiel das große Kettenblatt mit den kleinen Ritzeln und das kleine Kettenblatt mit den großen Ritzeln.
• Regelmäßige Wartung: Reinigen und schmieren Sie regelmäßig die Kette, die Ritzel und die Kettenblätter. Überprüfen Sie auch die Kabel und Umwerfer, um eine optimale Funktion sicherzustellen.

Wartung und Pflege der Gangschaltung

Die Schaltung ist ein sensibles Element am Rad, das permanent in Betrieb ist. Ohne Pflege und Wartung bleibt der Verschleiß nicht aus. Auch Schmutz oder äußere Erschütterungen können dazu führen, dass die Gangschaltung irgendwann nicht mehr richtig rund läuft. Bevor die Gangschaltung eingestellt wird, ist eine erste Sichtprüfung ratsam. Die Sichtprüfung beinhaltet den Blick von hinten auf das Schaltwerk. Die beiden Führungselemente der Kette sollten exakt untereinander angeordnet sein. Ist dies nicht der Fall, bringt es nicht viel, das Schaltwerk mit der Hand wieder gerade zu biegen. Es besteht die Gefahr, dass einzelne Teile beschädigt werden.

Zwei Begrenzungsschrauben grenzen den Bewegungsspielraum eines Schaltwerkes ein. Dabei handelt es sich um die Schraube L für das große Ritzel und die Schraube H für das kleinste Ritzel. Wenn die Kette beim Fahren ohne Schalten immer über die einzelnen Ritzel springt, helfen die Schrauben bei der Einstellung der Gangschaltung. Beim Lösen der Schraube erweitert sich die Bewegung, beim Festziehen wird der Spielraum eingeschränkt. Gibt es trotzdem Probleme beim Schalten, liegt das meist an einem verbogenen Schaltwerk. Die Justierung der Schrauben dient daher eher als Notreparatur, aber nicht als Dauermaßnahme.

Beim Drehen der Schrauben ist eine halbe oder ganze Umdrehung unproblematisch. Vorsicht ist nur geboten beim größten Ritzel, denn bei zu viel Spielraum fällt die Kette zwischen Ritzel und Speichen. Zusätzlich gibt es noch eine Zugeinstellschraube am Schaltwerk, die am häufigsten genutzt wird, um die Gangschaltung richtig einzustellen. Mit der vierten Schraube kann die Winkeleinstellung der Gelenke angepasst werden, damit die Kette nicht durchhängt.

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