Fahrrad-Gangschaltung: Erklärung und Funktion

Mit Hilfe einer Gangschaltung kannst du den notwendigen Kraftaufwand beim Fahren eines Fahrrades deinen körperlichen Möglichkeiten und den unterschiedlichen Anforderungen des Geländes anpassen. Dabei gibt es verschiedene Arten der Schaltung.

Besonders weit verbreitet sind dabei die sog. Kettenschaltung und die sog. Besonders leicht ist der Aufbau der weit verbreiteten Kettenschaltung zu verstehen.

Kettenschaltung

Betrachten wir das Schaltwerk genauer: Es ist zuständig für die Gangwechsel am Hinterrad, es ist wie ein Parallelogramm mit vier Gelenken aufgebaut. Damit der hintere Werfer die Kette auf verschiedene Ritzel legen kann, ist es in Richtung der Nabe und der Kettenstrebe beweglich. Der genaue Schwenkbereich ist dabei einstellbar.

Eine Feder, die permanent gespannt ist, schwenkt den Schaltarm nach außen von der Nabe weg. Dadurch wandert die Kette auf das kleinste Ritzel. Nun kommt der Schalthebel ins Spiel, der den Bowdenzug durch Rasterungen strafft und lockern kann. Durch Erhöhung der Zugspannung wirkt man der Feder im Schaltwerk quasi entgegen.

Bedeutet: Wird der Bowdenzug nun straffer gezogen, überwindet er den Widerstand der Schaltwerksfeder. Somit schwenkt das Schaltwerk in Richtung Nabe, also in Richtung des größten Ritzels bzw. auf jenes.

Durch feine Rasterungen im Schalthebel hält der Schaltzug seine Spannung, so kann gezielt ein Gang eingelegt werden. Damit die Kette sich zur Fahrtrichtung quer bewegen kann, um aufs nächste Ritzel umgelegt zu werden, ist der Schaltkäfig mit zwei Umlenkrollen versehen.

Der horizontal bewegliche Arm des Schaltwerks ist ebenfalls mit einer Feder ausgestattet. Sie ist für die Kettenspannung zuständig. Diese Feder ist bei modernen Schaltwerken sehr kräftig gestaltet, um bei Einfach­Antrieben lästiges Kettenschlagen zu verhindern.

Die Größe des Schaltwerkskäfigs ist von der Größe der Kassette abhängig. Bei Kassetten mit großen Ritzeln, wie zum Beispiel bei einem gängigen 1 x 12­System, ist der Schaltkäfig extrem lang, um die Kette auf ein 50er­Ritzel zu hieven. Bei älteren 2 x 10­Schaltungen fällt der Käfig kürzer aus.

Das Schaltwerk und der Umwerfer der Kettenschaltung eines Fahrrads folgen einer simplen mechanischen Aufgabe: Um die Kette auf das benachbarte Zahnrad zu befördern, drücken sie seitlich dagegen.

Vorne an der Kurbel eines Fahrrads mit Kettenschaltung sind die Zahnräder (Kettenblätter) von klein nach groß geordnet. Bist du vorne und hinten im ersten, dem leichtesten, Gang, läuft die Kette über das klein(st)e Kettenblatt und das größte Ritzel in einer geraden Linie, da sie sich jeweils ganz links befindet.

Wählst du vorne den kleinsten, hinten aber den größten Gang, läuft die Kette sehr schräg. Um ihre Lebensdauer zu erhöhen, solltest du einen solchen Schräglauf vermeiden: Er belastet den Antriebsstrang, da die Kette schleift und sich seitlich verformt.

Dadurch nutzen sich die Zahnräder schneller ab. Ein höherer Gang bedeutet auf dem Fahrrad einen höheren Kraftaufwand und eine niedrigere Trittfrequenz (Kadenz). Grundsätzlich ist es jedoch empfehlenswert, vorne auf einem kleinen Kettenblatt zu fahren, um eine relativ hohe Frequenz zu treten, damit du deine Knie und Gelenke nicht unnötig belastest.

80 bis 100 Umdrehungen pro Minute gelten als gesunde und empfehlenswerte Trittfrequenz. Für mehr Schwung solltest du beim Ausrollen vor einer roten Ampel und vor einem Berg in einen niedrigeren Gang schalten.

Sonst kann es passieren, dass du beim Start an einer roten Ampel nicht in die Gänge kommst oder am Berg unverhofft stehen bleibst. Klackert oder schleift die Kette, schnarrt oder brummt der Riemen, können dies Hinweise darauf sein, dass die gewählte Gangkombination nicht sinnvoll ist.

Sind die Gangnummern bei der Kettenschaltung weit voneinander entfernt, solltest du den Gang so wechseln, dass sie sich annähern. 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.

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.

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.

E-Bikes und Gangschaltung

Wer mit dem E-Bike bzw. Pedelec richtig schaltet, kann Akku sparen und dadurch die Reichweite steigern. Wenn du mit höheren Drehzahlen fährst, muss der Motor nicht so viel arbeiten, wodurch du Strom einsparen kannst.

Elektronische Schaltungen bei E-Bikes bieten in der Regel eine höhere Effizienz und Präzision im Vergleich zu mechanischen Schaltungen. Der Hauptvorteil elektronischer Schaltungen liegt in der schnellen und exakten Schaltleistung, die unabhängig von der Pedalkraft des Fahrers ist.

Dies führt zu einer effizienteren Kraftübertragung und kann dazu beitragen, den Energieverbrauch zu reduzieren, da der Motor weniger kompensieren muss, um die gewünschte Leistung zu erbringen.

Allerdings verbrauchen elektronische Schaltsysteme auch Energie aus dem Akku, was theoretisch die Gesamtreichweite eines E-Bikes verringern kann. Um die Akkulaufzeit optimal zu nutzen, sollten E-Bike-Fahrer darauf achten, in einem geeigneten Gang zu fahren, der es ihnen ermöglicht, eine effiziente Trittfrequenz beizubehalten, ohne den Motor unnötig zu belasten.

Die Schaltweise hat einen wesentlichen Einfluss auf die Lebensdauer des Antriebsstrangs bei einem E-Bike. Aufgrund der zusätzlichen Kraft, die der Motor erzeugt, sind die Kette, die Ritzel und das Kettenblatt einem höheren Verschleiß ausgesetzt als bei einem herkömmlichen Fahrrad.

Eine sanfte Schaltweise, die den Druck auf den Antriebsstrang minimiert, ist daher besonders wichtig, um die Lebensdauer zu verlängern. Um die Lebensdauer des Antriebsstrangs zu maximieren, sind regelmäßige Wartungsmaßnahmen entscheidend.

Dazu gehören die Reinigung und das Schmieren der Kette, das regelmäßige Überprüfen der Spannung und des Zustands der Kette sowie der Austausch verschlissener Teile. Bei E-Bikes ist es außerdem ratsam, regelmäßige Service-Checks durchzuführen, um sicherzustellen, dass der Motor und die Schaltung korrekt kalibriert sind und optimal zusammenarbeiten.

Die Trittfrequenz spielt eine entscheidende Rolle bei der Optimierung der Motorleistung und der Akkulaufzeit von E-Bikes. Eine höhere Trittfrequenz, typischerweise im Bereich von 80 bis 100 Umdrehungen pro Minute, ermöglicht es dem Motor, effizienter zu arbeiten, indem sie dazu beiträgt, dass der Motor bei geringerer Last läuft.

Für verschiedene Typen von E-Bikes und Fahrbedingungen können spezifische Empfehlungen zur Trittfrequenz variieren. Beispielsweise können E-Mountainbikes in steilem Gelände von einer etwas niedrigeren Trittfrequenz profitieren, die eine bessere Kontrolle und Traktion ermöglicht.

Viele moderne E-Bikes verfügen über Systeme, die den Fahrer unterstützen, eine optimale Trittfrequenz zu finden und zu halten. Einige Modelle bieten sogar anpassbare Unterstützungsstufen, die je nach Fahrbedingungen und individuellen Vorlieben eingestellt werden können.

Allgemeine Tipps zum Schalten

Ob Ketten-, Nabenschaltung oder Riemenantrieb: Wer die Schaltung beherrscht, weiß mit jeder Situationen umzugehen und kommt auch in Kurven, am Berg oder bei Glätte gut voran. Doch Vorsicht: Bei voller Tretkraft kann die Kette abspringen oder reißen, da der Druck auf die Kette zu hoch ist.

Auf das Schalten am Berg solltest du, soweit möglich, verzichten. Wenn du den Druck zum Schalten allerdings kurz von den Pedalen nimmst oder bei der Nabenschaltung sogar aufhörst zu treten, bleibst du womöglich stehen, wenn die Geschwindigkeit bereits zu gering ist.

Die beste Lösung besteht bei jeder Gangschaltung darin, vorausschauend zu fahren und dir im Voraus zu überlegen, in welchem Gang du den Berg hochfahren möchtest - damit du auf ein Schalten verzichten kannst.

Bei der Kettenschaltung musst du sanft weitertreten, bei der Nabenschaltung wiederum kurz im Leerlauf fahren. Generell solltest du keinen zu starken Druck ausüben, um die Kette oder den Riemen zu schonen.

Gerade Freizeitradler fühlen sich in Kurven mit einer niedrigeren Geschwindigkeit sicherer. Ein niedriger Gang ist mit einem höheren Drehmoment verbunden.

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