Gangschaltung am Fahrrad: Eine kinderleichte Erklärung

Mit Hilfe einer Gangschaltung kannst du den notwendigen Kraftaufwand beim Fahren eines Fahrrades deinen körperlichen Möglichkeiten und den unterschiedlichen Anforderungen des Geländes anpassen.

Verschiedene Schaltungstypen

Dabei gibt es verschiedene Arten der Schaltung:

• Kettenschaltung
• Nabenschaltung
• Tretlagerschaltung
• Kombinationsschaltung

Besonders weit verbreitet sind dabei die Kettenschaltung und die Nabenschaltung.

Kettenschaltung

Besonders leicht ist der Aufbau der weit verbreiteten Kettenschaltung zu verstehen. An der Kurbel befinden sich 1, 2 oder 3 unterschiedlich große Kettenblätter, die per Umwerfer gewählt werden. Eine Kette stellt die Verbindung zu einem abgestuften Zahnkranz her, der auf der Hinterradnabe montiert ist. Ein Schaltwerk sorgt hinten für die Auswahl der einzelnen Gangstufen.

Die Multiplikation von Kettenblatt und Zahnkranz ergibt die Anzahl der Gänge, z.B. 3 Kettenblätter vorne x 8 Gänge hinten = 24 Gänge.

Da sich die verfügbare Einbaubreite im Rahmen nicht verändern lässt, müssen für mehr Gänge hinten immer schmalere Ketten verbaut werden, was wiederum zu größerem Verschleiß führt.

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).

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.

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.

Übersetzung bei der Kettenschaltung

Das Verhältnis \( z_2 : z_1 \) wird als Übersetzung bezeichnet. 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 Kettenblatt habe \( z_1 \) Zähne, das Ritzel \( z_2 \) Zähne. Dann gilt für die Umdrehungszahlen \( n_1 \) und \( n_2 \) dieser Zahnräder: \[ \frac{{z_1}}{{z_2}} = \frac{{n_2}}{{n_1}} \]

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.

Die vom Fahrrad bei einer Kurbelumdrehung (n1 = 1) zurückgelegte Strecke wird als Entfaltung bezeichnet.

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.

Vor- und Nachteile der Kettenschaltung

• 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

• Pflege- und Wartungsbedarf durch viele offen liegende bewegliche Teile
• Verschleiß von Kette, Zahnrädern und Ritzelpaketen
• Schalten nur in Bewegung möglich

Nabenschaltung

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

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.

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.

Vor- und Nachteile der Nabenschaltung

• Nahezu wartungsfreie Funktion
• Seit Jahrzehnten ausgereifte Technik
• Keine Folgekosten durch Verschleiß oder Pflege der Schaltung
• In allen Preisklassen erhältlich
• Auswahl zwischen Freilaufnabe und Rücktrittbremse möglich
• Verwendung eines Zahnriemens statt einer Kette möglich
• Guter Schutz vor Schmutz durch vollständige Kapselung der Schaltung
• Schalten im Stand möglich

• Schwerer als eine konventionelle Kettenschaltung
• Höherer innerer Reibungswiderstand
• Hochwertige Modelle sind etwas teurer als vergleichbare Kettenschaltungen
• Keine Änderung der Übersetzung in der Nabe möglich
• Schaltzugwechsel aufwendig, Fachkenntnisse erforderlich
• Bei einem Defekt muss die Nabe meist zum Hersteller eingeschickt werden

Welcher Schaltungstyp ist der richtige?

Der richtige Schaltungstyp für dein Fahrrad wird primär durch den Einsatzzweck, aber auch von dem vorhandenen Budget bestimmt. Eine günstige Kettenschaltung muss kein Nachteil sein und bei entsprechender Pflege kann auch sie jahrelang problemlos funktionieren. Genau so verhält es sich mit den Nabenschaltungen: Wenn dein Fahrrad zuverlässig und günstig sein soll, kannst du auch mit einer bewährten Nexus Nabenschaltung deine täglichen Wege erledigen.

Es sprechen jedoch auch viele Gründe für eine höherwertige Schaltung, die du immer dann wählen solltest, wenn du gehobene Ansprüche an deine Fahrradschaltung hast. Für Rennradfahrer spielt oft das Gewicht und die Präzision eine Rolle, für Mountainbiker kann die zuverlässige Funktion unter schlechten Bedingungen ein Kriterium sein, für E-Biker vielleicht die bequeme automatische Schaltung und für Lastenradfahrer oder Radreisende die absolut zuverlässige Funktion und große Übersetzungsbreite. Wenn du also den hauptsächlichen Einsatzzweck deines Fahrrades kennst, kannst du anhand dieses Ratgebers den passenden Schaltungstyp auswählen.

Weitere Schaltungstypen

Tretlagerschaltung

Die Firma Pinion setzt mit ihrem Getriebe in Sachen Robustheit und Bandbreite neue Maßstäbe. Von innen betrachtet sieht das Pinion Getriebe wie ein kleines KFZ-Getriebe aus: Antriebs-, Abtriebs- und Schaltwelle sind in einem kompakten und geschlossenen Gehäuse untergebracht. Diese Einheit sitzt schwerpunktgünstig im Tretlagerbereich und liefert mit ihren 18 Gängen eine unglaubliche Bandbreite von 636%. Das im Ölbad laufende Stirnradgetriebe funktioniert nahezu wartungsfrei und hält praktisch ein ganzes Fahrradleben lang. Ebenfalls bietet sich hier die hervorragende Möglichkeit, statt einer Kette einen wartungsfreien Zahnriemen zu verwenden.

Vor- und Nachteile der Tretlagerschaltung

• Nahezu wartungsfreie Funktion
• Sehr robust und unempfindlich gegen äußere Einflüsse
• Keine Folgekosten durch Verschleiß oder Pflege der Schaltung
• Schalten im Stand möglich
• Guter Schutz vor Schmutz durch vollständige Kapselung der Schaltung
• Verwendung eines Zahnriemens statt einer Kette möglich
• Günstige Lage im Schwerpunkt des Fahrrads

• Spezielle Rahmenaufnahme notwendig
• Höherer innerer Reibungswiderstand
• Im Vergleich zur Kettenschaltungen teurer
• Keine Änderung der Übersetzung im Tretlager möglich
• Schaltzugwechsel aufwendig, Fachkenntnisse erforderlich
• Bei einem Defekt muss das Getriebe meist zum Hersteller eingeschickt werden
• Schwerer als eine konventionelle Kettenschaltung

Kombinationsschaltung

Bei einer Kombinationsschaltung werden zwei Schaltungstypen zu einer Schaltung zusammengeführt. Als aktuelles Beispiel ist die Dual Drive von Sram zu nennen, die eine konventionelle Kettenschaltung mit einer 3-Gang Nabenschaltung kombiniert. Auf diese Weise entstehen bis zu 30 wartungsarme Gänge, jedoch kombiniert man dadurch auch die Vor- und Nachteile der jeweiligen Schaltungstypen. Die Dual Drive eignet sich hervorragend zur Verwendung im E-Bike, wo bauartbedingt vorne nur ein Kettenblatt zur Verfügung steht. So erreicht man auch im E-Bike eine Schaltung bis zu 30 Gängen. Eine weitere Kombinationsmöglichkeit ist die Verwendung einer Nabenschaltung mit einer 2-fach Kurbel, die allerdings ein Nischenprodukt darstellt und eher selten vertreten ist.

Vor- und Nachteile der Kombinationsschaltung

• Im E-Bike große Anzahl von Gängen realisierbar
• Teilweise Änderung der Übersetzung möglich
• Schalten im Stand möglich

• Schwerer als eine konventionelle Kettenschaltung
• Höherer innerer Reibungswiderstand
• Im Vergleich zur reinen Kettenschaltungen teurer
• Schaltzugwechsel aufwendig, Fachkenntnisse erforderlich
• Bei einem Defekt muss das Getriebe meist zum Hersteller eingeschickt werden

Mechanische oder elektronische Schaltung?

Elektronische Schaltung

Vorteile:

• Äußerst präzise Schaltvorgänge
• Umwerfer und Schaltwerk justieren sich zum Teil selbst
• Minimale Bedienkräfte per Tastenklick
• Mit zusätzlichen Schaltknöpfen...

Nachteile:

• Teurer als mechanische Gruppen auf gleichem Niveau
• Schwerer als mechanische Gruppen
• Keine ungenau laufenden Ketten durch Zuglängung
• Einstellung und Wartung noch ungewohnt
• An älteren Rahmen nicht ideal zu montieren

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