Fahrradschaltungen im Überblick: Funktion, Typen und Innovationen

Schwergängige Schaltungen waren gestern! Elektronische Schaltgruppen, die mit Hilfe von Drahtlos-Technik und hochpräzisen Stellmotoren blitzschnell die Übersetzung ändern, erobern rasant den Markt. Wir erklären, wie sie funktionieren, und geben eine Übersicht über die wichtigsten Hersteller und deren elektronische Schaltgruppen. 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.

Die Revolution der elektronischen Schaltungen

Die Erfindung der Seilzug-gesteuerten Schaltung war eine Revolution in der Fahrradtechnik. Und man muss sagen: Dieses Funktionsprinzip hat durch stetige Weiterentwicklung bis heute eine hohe Perfektion erreicht. Dennoch sind Bowdenzug-Systeme seit jeher anfällig gegen Verschmutzung und Verschleiß. Die Folge: Schwergängige und ungenaue Gangwechsel verbunden mit einem relativ hohen Wartungsaufwand. Aber die Tage der Seilzüge sind gezählt!

Servomotor statt Bowdenzug

An modernen Mountainbikes und Rennrädern drängen sich bis zu 13 Ritzel am Hinterrad. Der Platz zwischen Hinterbau und Speichen ist jedoch begrenzt. Deshalb sind die Abstände zwischen den einzelnen Ritzeln mit jeder Generation geringer geworden. Die Folge: Der Schaltkäfig muss heute pro Gangstufe extrem wenig Weg zurück legen. Und darüber hinaus präzise aufs Zehntel-Millimeter unter dem gewählten Ritzel stehen bleiben. Mit dieser Aufgabe sind Bowdenzüge, die einer gewissen Dehnung und Verschleiß unterliegen, zunehmend überfordert.

Bei elektronischen Schaltungen übernimmt diesen Job ein präziser Servomotor, der sich direkt im Schaltwerk beziehungsweise im Umwerfer befindet. Die Mini-Motoren erhalten ihre Schaltbefehle via Kabel oder besser noch via Funk vom Schalthebel am Lenker. Dadurch sind alle Gangwechsel stets identisch, präzise und schnell. Die Servos werden von kleinen Akkus mit Energie versorgt, die sich je nach Hersteller an unterschiedlichen Stellen des Bikes befinden.

Shimano Di2: Der Marktführer setzt auf Elektronik

Der Komponenten-Marktführer stellte seine erste elektronische Schaltgruppe fürs Rennrad im Jahr 2010 vor: Die Dura Ace Di2. Die Ultegra Di2 Gruppe folgte einige Jahre später. Bis zur Generation 2022 wurden die Schaltbefehle bei beiden Gruppen via im Rahmen verlegter Kabel übertragen. Mit Präsentation der elektronischen 105 Di2 Gruppe im Jahr 2022 hielt bei Shimano die Drahtlos-Technik Einzug. Während die preiswerte „Volksgruppe“ 105 Di2 ausschließlich per Funk schaltet, hat man bei den aktuellen Gruppen Ultegra Di2 und Dura Ace Di2 die Wahl zwischen Kabel und Wireless-Technik.

Vor einigen Jahren wurde die Di2-Technik auch für Mountainbikes vorgestellt. Und relativ neu auch im Lifestyle-Bereich. Aktuell gibt es eine Shimano XT Di2 MTB-Gruppe und die zuletzt präsentierten CUES Di2 Komponenten für Trekking- und Citybikes. Im Gegensatz zu den elektronischen Rennrad-Schaltungen sind diese Di2 Gruppen jedoch ausschließlich an E-Bikes zu finden. Und auch nur, wenn die E-Bikes ab Werk mit den Di2-Komponenten ausgestattet sind. Weitere Besonderheiten: Bei den Schaltungen stehen die beiden neuen Modi Auto-Shift und Free-Shift zur Wahl. Auto-Shift kann die Schaltvorgänge vollautomatisch übernehmen. Mit Free-Shift lassen sich die Gänge im Leerlauf wechseln, also ohne zu treten.

Bedienung und Energieversorgung

Am Rennrad kommen die optisch bekannten Schalt-/Bremshebel zum Einsatz. Anders als bei den mechanischen Schaltungen ist der Bremshebel aber nicht schwenkbar. Dafür liegen hinter dem Bremshebel zwei leichtgängige Taster, mit denen die Schaltvorgänge ausgelöst werden. Optional erhältlich sind Satelliten-Schalter, die am Oberlenker, den Lenkerenden oder vorne an Zeitfahrlenkern montiert werden können. Bei den Di2 Mountainbike Gruppen sitzt der (Doppel-)Taster an der üblichen Position unter dem rechten Lenkergriff und wird mit dem Daumen bedient.

Der zum Schalten benötigte Strom kommt von einem zentralen Akku, der meist im unteren Teil des Rahmens oder in der Sattelstütze sitzt. Die zentrale Ladebuchse befindet sich am Schaltwerk. Die Schalt-Bremshebel sind mit Knopfzellen-Batterien ausgestattet. Bei einer Reichweite von rund 2000 Kilometern und entsprechend vielen Gangwechseln, muss man kaum Angst haben, dass die Energie unerwartet ausgeht. Und das Aufladen ist in anderthalb Stunden erledigt.

Individualisierung

Mithilfe von Bluetooth und der Verbindung zum Smartphone (E-Tube App) lassen sich die Schaltgruppen in vielen Funktionen individualisieren. Beispiel Rennrad: Der Syncro-Shift Modus ermöglicht, dass die Schaltung lediglich mit dem rechten Schalthebel fürs Schaltwerk bedient werden kann. Das heißt, bei entsprechender Übersetzung führt der Umwerfer die nötigen Wechsel am Doppelkettenblatt automatisch durch. Des weiteren wird die Feinjustierung von Schaltwerk und Umwerfer via App erledigt.

Sram AXS: Kabellose Freiheit

Der US-amerikanische Komponentenhersteller SRAM hat ganze 10 E-Gruppen für Rennräder und Mountainbikes im Programm. Zu erkennen sind die Komponenten am Namenszusatz AXS. Neuester Zuwachs sind die vier Transmission Gruppen, die grundsätzlich mit Strom schalten. Transmission ist die Bezeichnung der neu entwickelten Schaltwerke, die direkt am hinteren Ausfallende mit Hilfe der Steckachse montiert werden. Die Übertragung der Schaltbefehle erfolgt bei SRAM stets kabellos. Die Montage einer SRAM Wireless-Schaltgruppe ist deshalb so einfach wie nie, denn es gibt auch keine Kabel, die zu einem separaten Akku führen. Denn dieser sitzt direkt am Schaltwerk, beziehungsweise am Umwerfer.

Bedienung und Schaltlogik

Auch bei der Bedienung und der Schaltlogik geht Sram seinen eigenen Weg. Beispiel Rennrad-Gruppen: An jedem Brems-/Schalthebel gibt es einen Schalthebel, die in Kombination wie die Lenkrad-Schaltwippen an einem Sportwagen funktionieren. Drücken links schaltet am Schaltwerk in einen leichteren Gang (Kette steigt). Drücken am rechten Hebel schaltet hinten in einen schwereren Gang (Kette fällt). Drückt man beide Taster gleichzeitig, schaltet der Umwerfer aufs große beziehungsweise aufs kleine Kettenblatt, je nachdem, wo die Kette gerade aufliegt. Wie bei Shimano lassen sich optional erhältliche Zusatzschalter an Ober- oder Unterlenker montieren. Es handelt sich dabei um einfache Schaltknöpfe, so genannt Blibs.

Bei den Mountainbike-Gruppen sitzt ein kompakter Daumen-Schalter unterhalb des rechten Lenker-Griffs, so wie man es von herkömmlichen Daumen-Schalthebeln her kennt. Je nach Baureihe/Gruppe funktionieren sie wie kleine Wippschalter (AXS) oder über zwei separate Tasten zum hoch- und runterschalten (Transmission). Da es bei Sram MTB E-Gruppen ausschließlich mit 1-fach Kettenblatt gibt, fallen Umwerfer und linke Schalthebel weg.

Individualisierung

Wie bei modernen Systemen üblich lassen sich die elektronischen Sram Schaltgruppen über eine App feinjustieren und sogar auf die eigenen Bedürfnisse hin anpassen. Das geht so weit, dass man sogar die Schaltlogik ändern kann. Interessant ist auch, dass die Komponenten der AXS Gruppen untereinander kompatibel sind. Beispielsweise lässt sich ein Eagle AXS Schaltwerk (MTB) mit AXS Rennrad-Hebeln ansteuern. Das Eröffnet tolle Möglichkeiten, ein Adventure-, Reise- oder Gravelbike mit breitbandigem 1-fach Antrieb aufzubauen. Auch die elektronisch gesteuerte Reverb Teleskop-Sattelstütze lässt sich ins System integrieren.

Kettenschaltung: Der Klassiker

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

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 (vgl. Abb. Das Kettenblatt habe \( z_1 \) Zähne, das Ritzel \( z_2 \) Zähne. Dann gilt für die Umdrehungszahlen \( n_1 \) und \( n_2 \) dieser Zahnräder (vgl. Animation rechts):

\[ \frac{{z_1}}{{z_2}} = \frac{{n_2}}{{n_1}} \]

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. Abb. 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:

	11	12	14	16	18	21	24	28	32
26	4,73	4,33	3,71	3,25	2,89	2,48	2,17	1,86	1,63
36	6,55	6,00	5,14	4,50	4,00	3,43	3,00	2,57	2,25
48	8,73	8,00	6,86	6,00	5,33	4,57	4,00	3,43	3,00

Die Entfaltungen in den grünen Feldern gehören zu Zahnradkombinationen, welche sinnvoll sind. Abb. 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. Abb.

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

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.

Hier findest Du einen Überblick über die wichtigsten Technologien & Bauteile rund um die Schaltung am MTB, Rennrad & Alltagsfahrrad. Gerade bei Fahrradschaltungen finden sich Unmengen an technischen Begriffen und Marketing-Bezeichnungen, die nicht immer selbsterklärend sind. Die Bauteile einer Kettenschaltung sind aber immer die Gleichen: Kettenblatt, Kassette, Kette, Schaltwerk, Umwerfer und Schalthebel. Jeder Hersteller hat eigene Ansätze zur Optimierung der Schaltqualität und Haltbarkeit, aber die grundsätzliche Funktionsweise ist bei Kettenschaltungen immer gleich. Wie die Bauteile genau miteinander arbeiten und welche die wichtigsten Begriffe sind, die Du kennen solltest, erklären wir Dir hier in unserem Glossar.

Glossar wichtiger Begriffe

Bowdenzug

Der Bowdenzug (benannt nach seinem Erfinder, Ernest Monnington Bowden) ist ein Stahlseil, das den Schaltimpuls vom Schalthebel mechanisch an das Schaltwerk oder den Umwerfer überträgt. Ein Bowdenzug besteht aus vielen dünnen, miteinander verdrillten Stahlseiladern.

Schalt-/Bremshebel (Brifter)

Sie werden auch mit dem englischen Begriff „Brifter“ bezeichnet oder nach Shimanos „STI“ (Shimano Total-Integration) genannt. Ihr ursprünglicher Zweck war die Integration des Schalthebels am Rennradlenker. Am Rennrad sind sie heute Standard; es gibt Versionen für elektronische Schaltungen und Seilzugschaltungen sowie hydraulische Bremsen und Seilzugbremsen.

E-Schaltungen

Statt durch einen Bowdenzug wird der Schaltimpuls per Kabel oder Funk übertragen. Den Schaltvorgang selbst lösen elektrische Stellmotoren in Schaltwerk und Umwerfer aus, wodurch das Schalten präziser und schneller wird. Zudem kann sich der Umwerfer passend zur Position des Schaltwerks ausrichten.

Einfach-Antriebe

Der Name leitet sich vom einzelnen Kettenblatt an der Kurbel ab, darum sagt man im englischen Sprachraum auch „one-by“ (1x). Weite Verbreitung vor allem am Mountainbike fanden diese Schaltungen durch Kassetten mit großer Spreizung von bis zu 520 Prozent vom kleinsten zum größten Ritzel, was deutlich mehr ist, als viele Zweifach-Schaltsysteme bieten. Einfach-Antriebe bieten Dir eine simple Schaltlogik, einfachere Reinigung und weniger Gewicht.

Entfaltung

Die Entfaltung gibt an, wie viel Weg ein Fahrrad mit einer Kurbelumdrehung effektiv zurücklegt. Sie berechnet sich aus dem Außenumfang des (hinteren) Laufrades und der Übersetzung des eingelegten Ganges.

Freilaufkörper (XD, XDR, Microspline & Co.)

Der Freilaufkörper ist ein zentrales Bauteil der meisten Naben an Mountainbike und Rennrad. Er bewirkt, dass man über die Kette im Uhrzeigersinn Kraft in die Nabe einleiten und so das Fahrrad antreiben kann. Gegen den Uhrzeigersinn gibt der Freilauf die Verbindung frei, sodass man ohne Kurbelbewegung rollen kann.

Hebelschellen (Matchmaker etc.)

Für ein aufgeräumtes und platzsparendes Cockpit nutzen viele Mountainbiker und Reiseradler Hebelschellen. Sie ermöglichen die Montage von Schalthebeln oder des Hebels der Teleskopsattelstütze direkt an der Lenkerschelle des Bremshebels.

Kapazität

Die Kapazität ist eine sehr präzise Angabe der Übersetzungsbandbreite aller Gänge einer Schaltung. Meist wird die Kapazität benötigt, um die Kompatibilität von Schaltwerken herauszufinden.

Kettenlinie

Die Kettenlinie gibt an, um wie viel Millimeter rechts von der Rahmenmitte die Kette auf dem Kettenblatt läuft. Bei Rädern mit Kettenschaltung ist die Kettenlinie variabel: bei mehreren Kettenblättern vorn und hinten, bei Einfach-Antrieben nur hinten.

Nabenschaltung

Es gibt Nabenschaltungen ab zwei und bis 14 Gängen. Sie zentrieren das Gewicht der Schaltung auf die Hinterradnabe und lassen sich nicht unter Last, dafür aber im Stand schalten. Darum finden sich Nabenschaltungen oft an Stadt- und Reiserädern.

Narrow-Wide

Narrow-Wide beschreibt das Zahnprofil der Zähne an Kettenblättern von Einfach-Schaltungen. Die Zähne sind abwechselnd schmaler und breiter, korrespondierend zu den Zwischenräumen in den Kettengliedern. Dieses Design sorgt für einen optimalen Halt der Kette auf dem Kettenblatt auch bei heftigen Schlägen.

Schaltauge

Als Schaltauge wird das bislang übliche M10-Gewinde bezeichnet, an dem das Schaltwerk in den Rahmen geschraubt wird. Bei Rahmen aus Aluminium und Carbon ist das Schaltauge als austauschbare Sollbruchstelle konzipiert, die im Falle eines solchen Schadens den Rahmen schont.

Verwandte Beiträge:

• Shimano Fahrrad Schaltung Ersatzteile: Kaufberatung & Tipps
• Fahrrad Schaltung einstellen: Shimano Umwerfer Anleitung
• Bowdenzug Fahrrad Schaltung Shimano: Reparatur, Austausch & Tipps
• Shimano Kettenschaltung einstellen: Anleitung & Tipps für vorne
• Unplattbare Fahrradreifen im Test: Die besten Modelle für maximale Sicherheit und Top-Performance
• Die besten Biker Boots Damen mit Schnallen im Test – Ultimativer Ratgeber für stylische und robuste Stiefel!