Verschiedene Schaltungstypen für E-Bikes: Ein umfassender Überblick

Wer sich auf dem Fahrradmarkt umsieht, stößt auf eine große Anzahl verschiedener Schaltungstypen. Der Spaß- und Wohlfühlfaktor beim Radfahren hängt nicht nur vom Rad an sich, sondern ganz wesentlich auch vom Einsatz der richtigen Schaltung ab. Mit dem "Getriebe" des Fahrrades oder E-Bikes lässt sich die Tretgeschwindigkeit an die jeweilige umliegende Topografie anpassen.

Was bewirkt eine Schaltung am Fahrrad oder E-Bike?

Die Schaltung am Fahrrad ist nichts anderes als ein Getriebe und ändert die Übersetzung, sodass man bergauf leichter, also müheloser, und bergab bei hoher Geschwindigkeit noch mittreten kann. Sie erlaubt die Anpassung der Trittfrequenz an die Umgebung. Die Schaltung "ebnet" den Weg zum Ziel.

Begrifflichkeiten rund um die Fahrradschaltung

Im Zusammenhang mit der Fahrradschaltung bzw. der Übersetzung auf dem Fahrrad muss man einige Grundbegriffe verstehen:

• Entfaltung: wird in Metern angegeben, soweit sich das Rad bei einer Kurbelumdrehung fortbewegt. Ein Berggang zum Klettern hat eine Entfaltung von ca. 2 m und weniger. Er wird häufig als leichter oder kleiner Gang bezeichnet. Der lange, schwere oder auch "dicke" Gang bergab entfaltet sich ab rund 8 m und mehr.
• Gesamtübersetzung: Diese beschreibt das Verhältnis des kleinsten (kürzesten, leichtesten) Gangs zum größten (längsten, schwersten) in Prozent. Je größer das Verhältnis, desto größer die Spreizung der Übersetzung.
• Trittfrequenz: Beschreibt die Anzahl der zurückgelegten Kurbelumdrehungen pro Minute, auch Kadenz genannt. Effektiv für die Muskulatur und das Antriebssystem sind Kandenzen ab 70 U/min.
• Wirkungsgrad: Wie viel der eingebrachten eigenen Tretleistung kommt tatsächlich am Hinterrad bzw. auf der Straße an?

Der Antriebsstrang: Kette oder Riemen

Die Kette ist am Fahrrad oder E-Bike nach wie vor der am häufigsten verwendete Antriebsstrang. Sie ist relativ kostengünstig, kürzbar und erlaubt die Verwendung eines herkömmlichen Rahmens. Immer mehr in Mode kommt der Gates-Riemen, der sich bisher als einzige Alternative zum Kettenantrieb im Fahrrad- und E-Bike-Markt durchsetzen konnte. Der ganz große Vorteil des Gates-Riemens liegt sicher in seiner Wartungsfreiheit. Einsetzbar ist der Riemenantrieb nur bei Nabenschaltungen, Tretlagerschaltung oder als Singelspeeder.

Der Unterschied der Schaltungsart im Einsatzbereich Fahrrad oder E-Bike

Im Fahrrad- sowohl als im Pedelec-Bereich findet man heute alle Schaltungsarten verbaut. Im Fahrradbereich sind die einfacheren Nabenschaltungen mit 7 oder 8 Gängen für Stadträder oder an Ausflugsrädern eine gute Wahl. Im sportiven Bereich geht an der Kettenschaltung wenig vorbei: Beim Rennrad und Gravelbike vertraut man ausschließlich auf leichte Kettenschaltungen, Mountainbiker fahren neben einer bewährten Kettenschaltung auch Pinion und selten Rohloff. Die beiden letztgenannten findet man überwiegend in Touren- und Reiserädern.

Im Grunde muss beim E-Bike bedingt durch die zusätzliche Unterstützung durch den Antrieb die Übersetzung der jeweiligen Schaltung nicht so breit gefächert sein wie beim Fahrrad. Der Motor hilft, Leistungsdefizite auszugleichen.

Folgende Schaltsystem-Kombinationen sind am Pedelec gängig:

• Frontnabensysteme: Kettenschaltungen, Nabenschaltungen
• Mittelmotorsysteme: Kettenschaltwerke, Nabenschaltungen, Pinion MGU
• Hecknabenantriebe: Kettenschaltungen, Tretlagerschaltung

Überblick: Welche Schaltungstypen gibt es?

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.

Die verschiedenen Schaltungstypen kann man nach ihrem Funktionsaufbau unterteilen:

• Kettenschaltung: mechanisch, elektrisch oder per Funk betätigt
• Nabenschaltung: mechanisch, elektrisch oder automatisch betätigt
• Tretlagerschaltung: mechanisch betätigt
• Kombinationsschaltung: mechanisch betätigt

Die Kettenschaltung

Mit ihrer hohen Verbreitung handelt es sich bei der Kettenschaltung um einen sehr wichtigen Schaltungstypen. Kettenschaltungen findet man in allen Preiskategorien. Während eine einfache, funktionale Schaltung schon zu recht günstigen Preisen zu bekommen ist, existieren auch sehr hochwertige Schaltungsmodelle mit viel High-Tech. An der Kurbel gibt es ein Kettenblatt bzw. bei einer Mehrfach-Schaltung zwei oder drei davon. Generell hat eine Kettenschaltung an jeder Art von Fahrrad Sinn. Es gibt aber bei der Verwendung - je nach Gattung - große Unterschiede.

So bildet ein Mountainbike den klassischen Fall für die fast ausschließliche Verwendung von Kettenschaltungen. Auch im Rennradbereich sind diese Schalttypen vorherrschend. Des Weiteren erfreut sich die Kettenschaltung auch an modernen Trekkingrädern stets größerer Beliebtheit. Unterschiede gibt es bei der Anzahl der Kurbeln.

Die Kettenschaltung gehört zu den meist verbauten Schaltungen am Fahrrad und es gibt sie in allen Preissegmenten - von funktional und günstig bis edel und hochpreisig. Die Funktion ist allen Kettenschaltungen gemein: 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. 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. Wenn man von ordnungsgemäßer Nutzung ausgeht und dazu die vielen Gangüberschneidungen herausrechnet, so wird schnell deutlich, dass bei der Kettenschaltung nicht mehr gleich besser bedeutet: Zu vermeiden ist starker Schräglauf der Kette (z. B. kleinstes Kettenblatt vorne mit dem kleinsten Zahnrad hinten) aufgrund des erhöhten Verschleißes.

So werden schnell aus üppigen 30 Gängen lediglich 14-15 “echte” Gänge, sogenannte Real Gears. Ein großer Vorteil bei Kettenschaltungen ist die relativ simple Möglichkeit, einzelne Komponenten zu tauschen und damit das Übersetzungsverhältnis zu beeinflussen. So kann beispielsweise durch den Tausch des hinteren Zahnkranzes das Fahrrad entweder bergtauglich oder für hohes Tempo in der Ebene ausgelegt werden.

Im City- und Trekkingbereich werden häufig 3-fach Kurbeln (3 Kettenblätter) mit einer 8-, 9-, 10-, oder 11-fach Gruppe verbaut, um dem vielfältigen Einsatz der Räder gerecht zu werden. Die Betätigung ist meist mechanisch, d.h. der Umwerfer und das Schaltwerk werden per Bowdenzug vom Lenker aus bedient. Zum überwiegenden Teil finden sich Shimano-Komponenten an City- und Trekkingrädern.

Im Rennradbereich ist die 2-fach Kurbel mit 11-fach Gruppe hinten aktueller Stand der Technik. Die Betätigung erfolgt vielfach noch mechanisch, doch immer beliebter wird die elektronische Schaltung, die per Taster und Kabel die Schaltbefehle an die Stellmotoren in Schaltwerk und Umwerfer schickt (Shimano Di2 und Campagnolo EPS). Die drahtlose Übertragung der Schaltbefehle stellt aktuell die Spitze der Entwicklung dar. Sram hat mit der innovativen eTap Gruppe eine Schaltung an das Rennrad gebracht, die erstmals komplett auf Bowdenzüge und Kabel verzichten kann.

Selbst im stetig wachsenden E-Bike Segment wird noch gerne die mechanische Kettenschaltung verbaut. Je nach Motorhersteller notwendige 1-fach Kurbel am Mittelmotor kann in Kombination mit einer 8-, 9-, 10-, oder 11-fach Gruppe hinten die volle Bandbreite des Antriebes und der Motorkraft genutzt werden. Der Marktführer im Bereich Kettenschaltung ist eindeutig Shimano, die Hersteller Sram und Campagnolo haben sich eher auf den Sportbereich (Rennrad und MTB) spezialisiert und bieten dort eigenständige Lösungen an.

Vor- und Nachteile der Kettenschaltung

Die gängigsten Kettenschaltungen:

• Shimano Deore, SLX, XT, Ultegra, Dura Ace und GRX
• Sram Schaltsysteme: NX, GX, Rival, Force oder Red
• Campagnolo

Die Nabenschaltung

Nabenschaltungen begegnen uns besonders oft an City- und Alltagsrädern. Wie bereits erwähnt, kommen Nabenschaltungen vermehrt bei Cityrädern im Einsatz. Doch es geht auch anders und anspruchsvoller. So gibt es heutzutage sehr weit entwickelte Nabenschaltungen mit bis zu 14 Gängen, die einen hohen Übersetzungsbereich bieten und sich somit für ganz verschiedene Terrains einsetzen lassen.

Sie befindet sich in der Hinterradnabe und besteht bei der klassischen Nabenschaltung aus einem Planetengetriebe. Bereits seit Ende des 19ten Jahrhunderts wurde die Nabenschaltung überwiegend in Dreirädern erfolgreich eingesetzt und ist bis heute vom Fahrrad nicht mehr wegzudenken. Ende der 40er Jahre revolutionierte der Schweinfurter Motoren- und Komponentenhersteller Fichtel & Sachs mit der 3-Gang Torpedo-Nabe den europäischen Markt. Heute ist Shimanos Nexus 7 oder 8 Standard, Bernd Rohloff brachte mit der Speedhub 14 im Jahre 1998 einen Meilenstein in den Markt. Die Speedhub ist an Robustheit, Übersetzungsverhältnis und Wirkungsgrad im Bereich der Nabenschaltungen unübertroffene Referenz. 3x3 und Kindernay sind noch jung am Markt und bieten interessante Nabenschaltungen an. Mit Enviolo ist ein amerikanisches System am Markt, das sich stufenlos schalten lässt!

Die Vorteile der Nabenschaltung liegen im äußerst geringen Wartungsaufwand, sie kann mit Kette oder Riemen kombiniert werden. Nachteilig ist der Schaltrhythmus: Das Planetengetriebe verlangt beim Wechsel vom einen auf den anderen Gang eine kurze Unterbrechung beim Treten. Die Routine hierzu erfährt man bereits in wenigen Kilometern. Die Enviolo dagegen kann sowohl im Stand als auch unter last geschaltet werden.

Einsatzbereiche und Nutzer der gängigsten Nabenschaltungen:

• Shimano Inter 5E: die Nabenschaltung fürs Pedelec schlechthin. Fünf Gänge verwalten eine Übersetzung von 263 %. Für die Stadt, für Pendler, Einkäufer & Co.
• Shimano Nexus 7/8: eine der am meisten verkauften Nabenschaltungen. Funktioniert im Stadt-und im Tourenrad für Ausflüge ins wellige Umland gleichermaßen gut, egal ob Mit oder ohne E. Für Pendler, Gelegenheitsradler, passionierte Rad- oder E-Bikefahrer. Mit 244 % bzw. 306 % Gesamtübersetzung.
• Shimano Alfine 11: Mit 409% etwas länger übersetzt als die beiden Inter-Schwestern, hat die Alfine ihre Fangemeinde und eignet sich sehr gut für ausgedehntere Touren und natürlich in der Stadt. Geeignet für jeden!
• Rohloff Speedhub 14: Eine Meisterleistung Deutscher Ingenieurskunst landete das Familienunternehmen von Bernd Rohloff vor fast 25 Jahren. Robust, nahezu unkaputtbar ist die Rohloff die Schaltung für Radtouren oder Radreisen mit Fahrrad oder E-Bike. Die Speedhub gibt’s als rein mechanische Variante oder in elektrischer Ausführung, im E-Bike mit Automatik-Modus. Hält ein Leben lang.
• Enviolo Nabenschaltungen: Die Enviolo hat kein klassisches Planetengetriebe, die Tretkraft wird von einem Ring über sechs Kugeln auf einen weiteren Ring übertragen. Je nach Stellung der Kugeln verändert sich das Übersetzungsverhältnis. Die Verwendung der Kugeln hat zwei Vorteile: es erlaubt stufenloses Schalten und Schalten unter Last. Dem weniger effizienten Wirkungsgrad steht das bequeme Schalten gegenüber. Als Automatik-Variante kann man sich voll und ganz aufs Radfahren konzentrieren. Findet man in Fahrradrädern und vor allem in E-Bikes und Cargobikes. Dank einfacher Handhabung geeignet für Novizen und Routiniers.

Nabenschaltungen sind vom Grundaufbau her nahezu wartungsfrei und bestehen aus im Ölbad laufenden Planetengetrieben in einer voll gekapselten Hinterradnabe. Der Schaltvorgang findet innerhalb der Hinterradnabe statt, so dass die Kette lediglich die Kraft von einem Kettenblatt an der Kurbel zu einem Zahnrad am Hinterrad übertragen muss. Das wiederum schafft perfekte Voraussetzungen für die Verwendung einer alternativen Kraftübertragung, wie dem ebenfalls nahezu wartungsfreien Zahnriemen.

Mit der Kombination Nabenschaltung/Zahnriemen entfällt ein Großteil der Pflege und Wartung des Antriebes, was gerade für Alltagsfahrer und Pendler interessant ist. Am häufigsten sind Nabenschaltungen an City-Rädern zu finden, im Sportbereich sind sie eher selten vertreten, da sie etwas schwerer als Kettenschaltungen sind und einen höheren Reibungswiderstand besitzen. Dieser Nachteil spielt bei E-Bikes aufgrund der Motorunterstützung eine untergeordnete Rolle, weshalb Nabenschaltung auch sehr gerne im E-Bike Segment eingesetzt werden.

Die preiswerte und solide Nabenschaltung Nexus von Shimano verfügt über 7 bzw. 8 feste Gangstufen und wird mechanisch, als auch elektrisch (Nexus Di2) betätigt werden. Der meistverwendete Einsatzbereich ist das klassische Citybike, aber auch im E-Bike findet die Nexus Verwendung. Die hochwertige Nabenschaltung Alfine von Shimano verfügt über 8 bzw. 11 feste Gangstufen und kann sowohl mechanisch, als auch elektrisch (Alfine Di2) betätigt werden. Im Vergleich zur Nexus punktet die Alfine mit geringerem Gewicht und eine größeren Gesamtübersetzung.

Echten Kultstatus unter den Nabenschaltungen besitzt die Speedhub von Rohloff. Die Getriebenabe des deutschen Herstellers bietet mit 14 Gängen eine riesige Gesamtübersetzung von 526% und kommt gerne an hochwertigen und besonders beanspruchten Fahrrädern zum Einsatz. Selbst im MTB-Bereich wird die Rohloff Nabenschaltung gerne eingesetzt. Ob mechanisch betätigt in jeder Art von Fahrrad oder elektrisch betätigt im E-Bike - eine Rohloff wertet jedes Fahrrad auf. Rohloff bietet mit der Speedhub übrigens auch die einzig zugelassene Getriebenabe für Pedelecs.

Die noch junge Firma Fallbrock hat mit der Nuvinci Nabenschaltung einen neuen Meilenstein im Bereich der Fahrradschaltungen geschaffen und ist bereits im E-Bike Segment stark vertreten. Die Besonderheit dieser Getriebenabe ist, dass sie ohne feste Gangstufen auskommt und der Fahrer aus dem großen Übersetzungsverhältnis von 380% stufenlos wählen kann. Bei der elektronischen H-Sync Variante übernimmt sogar die Bordelektronik für den Fahrer nicht spürbar die feinfühlige Regelung...so einfach kann Schalten heutzutage sein!

Der Marktführer bei Nabenschaltungen im klassischen City- und Trekkingbereich ist Shimano, die Nuvinci hat jedoch im E-Bike Segment binnen kurzer Zeit große Marktanteile erreicht - Tendenz steigend. Die Rohloff Nabenschaltung hat bereits eine eigene Fangemeinde und wird von enthusiastischen Radfahrern aufgrund ihrer großen Zuverlässigkeit gewählt, wie beispielsweise für den Einsatz im Reiserad oder Lastenfahrrad. Nabenschaltungen mit weniger als 7 Gängen sind nur noch selten bzw. an sehr günstigen Fahrrädern zu finden.

Ein nicht außer Acht zu lassender Vorteil der Nabenschaltung ist die Wahlmöglichkeit zwischen Freilaufnabe und Rücktrittbremse, die eine zusätzliche Sicherheit bieten kann.

Vor- und Nachteile der Nabenschaltung

Die Tretlagerschaltung

Dieser Schaltungstyp ist noch recht neu und unbekannt. Es handelt sich hier allerdings um ein sehr interessantes Konzept, dem einige Beachtung zu schenken ist.

Die Tretlagerschaltung ist einem KFZ-Getriebe nachempfunden und funktioniert auch nach den gleichen Standards. Wer zum Beispiel viel bei schlechtem Wetter unterwegs ist, kann über die sehr robuste und zuverlässige Tretlagerschaltung nachdenken. Des Weiteren eignet sie sich hervorragend, um enorm viele Kilometer zu fahren. Auch Mountainbiker profitieren sogar im Enduro-Bereich von dieser extrem robusten Schaltung.

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. Besonders zu beachten ist, dass dieses Getriebekonzept eine spezielle Tretlageraufnahme benötigt und somit nicht mit gewöhnlichen Rädern verwendbar ist.

Echte 18 Gänge, direkt und verlustfrei zu treten, dazu noch nahezu unverwüstlich...welcher Radfahrer träumt nicht davon? Kein Wunder also, dass gerade Fernreisende, Rad-Abenteurer und auch Mountainbiker viel Freude an der extrem zuverlässigen Schaltung haben. Äußere Einflüsse spielen bei der geschlossenen Pinion Getriebebox keine Rolle, sie leistet unter allen erdenklichen Bedingungen zuverlässig ihren Dienst.

Vor- und Nachteile der Tretlagerschaltung

Die gängigsten Pinion-Systeme:

• Pinion C1.9

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

Mechanische oder elektronische Schaltung?

Mit dem Aufkommen akkubetriebener Schaltungen vor einigen Jahren ist eine Diskussion entfacht. Kommen akkubetriebene Schaltungen vermehrt an Rennrädern zum Einsatz, so sind sie grundsätzlich für alle Fahrradtypen geeignet. Einen wichtigen Diskussionpunkt stellt dabei der Schaltkomfort dar. Die mechanische Schaltung hat schon lange ihre Daseinsberechtigung, wird aber stark von akkubetriebenen Systemen herausgefordert. In der elektronischen Schaltung findest du das augenscheinlich überlegende System vor. Zweifelsohne ist die Technologie fortschrittlicher, präziser und komfortabler als eine mechanische Schaltung. Zudem liegt die Frage nach dem richtigen Schaltsystem auch immer am Budget. Für Profis und Enthusiasten lohnt sich eine elektronische Schaltung sicher. Durch den hohen Kostenunterschied ist es ratsam, zunächst auf eine mechanische Schaltung zu setzen.

Vor- und Nachteile der elektronischen Schaltung

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