Shimano Freilaufkassette: Aufbau, Funktion und Kompatibilität

Beim Umrüsten der Fahrradschaltung oder dem Kauf eines neuen Laufradsatzes spielt die Wahl des richtigen Freilaufkörpers eine entscheidende Rolle. Auch Wenn Du eine neue Hinterradnabe bzw. einen neuen Laufradsatz aussuchst, ist die Art des Freilaufs ein wichtiger Faktor. Er ist die Schnittstelle zwischen der Kassette und dem Hinterrad. Wenn Du in die Pedale trittst, überträgt er die Kräfte vom Ritzel auf die Nabe. Wenn Du die Beine hochnimmst, ist er es, der Dir ermöglicht, mühelos dahinzurollen.

Doch was genau ist der Freilauf und welche Funktion erfüllt er am Fahrrad? Vereinfacht ausgedrückt ermöglicht der Freilauf der Nabe im Hinterrad, dass sich das Rad drehen kann, ohne dass die Pedale mitbewegt werden, wenn der Fahrer nicht in die Pedale tritt. Ohne den Freilauf würde sich, bei einer Drehung des Hinterrads, durch die mechanische Verbindung über die Fahrradkette die Kurbel mit den Pedalen weiterdrehen, selbst wenn der Fahrer nicht tritt. Dies würde es unmöglich machen, eine Pause vom Treten einzulegen. Der Freilauf wirkt hier wie eine Kupplung und entkoppelt die Verbindung zwischen Kettenrad und Pedalen, sodass die Kurbel stillsteht, während sich das Rad weiterdreht.

Mancher mag es laut und schrill der andere super leise. Namen wie „Angry Bee“ von Chris King lassen den Sound und die Lautstärke der surrenden Freiläufe nur erahnen.

Wenn Du Deine Schaltung umrüstest, kann ein Tausch des Freilaufkörpers nötig sein.

Freilaufkörper passend zu Kassette und Nabe

Wenn auch die Wahl des richtigen Freilaufs beim Neukauf eines Rades, einer Hinterradnabe oder eines Systemlaufradsatzes ein wichtiger Faktor ist - beim Umbau, Upgrade oder Tuning spielt der Freilaufkörper sogar die Hauptrolle. Er stellt eine Vielzahnverbindung zur Kassette her, auf die Deine Beinkraft über die Kette übertragen wird. Dabei gibt es verschiedene Standards. Wenn Du also Deinen Antriebsstrang tunen oder umbauen willst, musst Du besonders auf den Freilaufkörper achten. Es gibt zwei wichtige Kriterien bei der Wahl:

• Er muss für die gewünschte Kassette geeignet sein
• Er muss auf Deine Hinterradnabe passen

Die meisten Nabenhersteller bieten Umrüst-Kits für die Montagestandards verschiedener Kassetten- bzw. Antriebshersteller an. Rüstest Du Deinen Antrieb innerhalb der Produktpalette desselben Herstellers um, etwa von einem Shimano-Zehn- auf Elffach-Antrieb oder von SRAM-Elf- auf Zwölffach, kommst Du oft um den Tausch des Freilaufkörpers herum. Entscheidend ist aber die Freilaufkompatibilität der gewünschten Kassette.

Umbau des Freilaufkörpers

Wie genau der Umbau des Freilaufkörpers vonstattengeht, ist von Nabenhersteller zu Nabenhersteller verschieden. Viele Hersteller wie Hope, DT Swiss, SRAM oder Shimano ermöglichen einen werkzeugfreien Umbau: Der Freilaufkörper ist einfach gesteckt. Ob das bei Deiner Nabe auch so ist oder wie ein Wechsel stattdessen funktioniert, verrät Dir die Bedienungsanleitung oder unser Service-Team. Etwas Werkzeug brauchst Du, um vorher das Rad auszubauen und die Kassette zu demontieren.

Die gängigsten Montagestandards

Damit Du beim Einkauf den Überblick behältst, haben wir die gängigsten Montagestandards und Kassettenkompatibilitäten kurz zusammengefasst.

Shimano MTB (HG)

Der Shimano-Hyperglide(HG)-MTB-Standard ist für Acht-, Neun-, Zehn- und Elf-Gang-Mountainbikekassetten von Shimano und diversen anderen Herstellern geeignet, bei denen das kleinste Ritzel mindestens elf Zähne hat (auch SRAM, aber nicht SRAM XD oder XDR). Der Platz für die Kassette ist 34,9 Millimeter lang und hat neun Rillen. Shimano bezeichnet den Standard auch als „HG spline M“. Achtung: Acht-, Neun-, und Zehn-Gang-Rennradkassetten von Shimano passen ebenfalls.

Shimano Road (HG)

Der Shimano-Hyperglide(HG)-Road-Standard ist für Acht-, Neun-, Zehn-, Elf- und Zwölf-Gang-Rennrad-Kassetten von Shimano und etlicher anderen Herstellern geeignet, bei denen das kleinste Ritzel mindestens elf Zähne hat (auch SRAM, ausgenommen SRAM XD oder XDR). Der Platz für die Kassette ist 36,75 Millimeter lang und hat neun Rillen. Acht- bis Zehnfach-Kassetten kannst Du mit Hilfe eines Spacers montieren. Shimanos Bezeichnung ist „HG spline L“. Achtung: Die Elffach-Road-Kassetten CS-HG800 und CS-HG700 benötigen ebenfalls einen Spacer.

Shimano Road Zwölffach (HG+)

Shimanos Zwölffach-Dura-Ace-Hinterradnaben verfügen über einen spezifischen Freilauf, der in Kombination mit Dura-Ace-Laufrädern ausgeliefert wird. Die Zwölffach-Kassette greift hier in 18 Rillen, die 37,65 Millimeter lang sind. Shimano nennt den Freilauf „HG spline L2“. Achtung: Der Freilauf ist lediglich mit Zwölffach-Kassetten kompatibel.

Shimano Micro Spline

Bei den Zwölf-Gang-MTB-Antrieben hat Shimano den Micro-Spline-Standard eingeführt. Er erlaubt die Verwendung eines kleinsten Ritzels mit zehn Zähnen und ist kompatibel mit Zwölf-Gang-MTB-Kassetten von Shimano. Die Kassette sitzt auf 23 Rillen, die 26 Millimeter lang sind. Shimano lizensiert die Verwendung der Micro-Spline-Technologie an andere Hersteller von Kassetten oder Hinterrad-Naben. Achtung: nicht verwendbar mit SRAM-XD- und XDR-kompatiblen Kassetten.

SRAM XD

Der XD-Standard wurde von SRAM mit der Einführung der Elf-Gang-MTB-Antriebe als offener Standard eingeführt, um die Verwendung von Kassetten mit einem kleinsten Ritzel mit zehn Zähnen oder weniger zu ermöglichen. Er ist kompatibel mit Elf- und Zwölf-Gang-Kassetten von SRAM und diversen Drittanbietern. Achtung: nicht verwendbar mit Shimano-kompatiblen Kassetten (HG). Nicht verwendbar mit SRAM-XDR-Kassetten (Zwölf-Gang-Road).

SRAM XDR

Im Gegensatz zu SRAM XD hat der XDR-Standard eine etwas vergrößerte Aufnahme. Er ist zur Verwendung von Kassetten mit einem kleinsten Ritzel von zehn Zähnen oder weniger gedacht und gut kombinierbar mit SRAM-Road-12-Gang-Kassetten. Bei Verwendung eines SRAM-Spacer ist er rückwärts-kompatibel mit SRAM-XD-Kassetten. Wichtig! Dieser Standard ist nicht Shimano kompatibel.

Campagnolo

Der italienische Hersteller Campagnolo verwendet einen eigenen Freilauf-Standard mit acht unterschiedlich geformten Rillen, auf denen die Kassette sitzt. Es passen Kassetten der Neun-, Zehn-, Elf- und Zwölffach-Rennradgruppen. Achtung: nicht verwendbar mit Shimano- oder SRAM-kompatiblen Kassetten.

Campagnolo N3W

Seit 2020 gibt es von Campagnolo einen weiteren Freilauf: N3W. Der Freilaufkörper hat die gleiche Verzahnung wie der klassische Campa-Freilauf mit acht Rillen. N3W ist allerdings kürzer, um Platz für die kleinsten Ritzel (neun und zehn Zähne) von 13-fach-Kassetten zu lassen. Mit einem Adapter ist N3W kompatibel mit älteren Kassetten aus dem Hause Campagnolo. Achtung: nicht verwendbar mit Shimano- oder SRAM-kompatiblen Kassetten.

Singlespeed/Fixie

Für Singlespeed- und Trial-Bikes gibt es spezielle Naben mit schmalen Freilaufkörpern, die meist ausreichend Platz bieten, um mit Spacern die Kettenlinie anzupassen. Der schmale Freilauf erlaubt breiter stehende Nabenflansche, die den Bau symmetrischer und steiferer Laufräder ermöglichen. Eine nachträgliche Umrüstung auf eine Schaltung mit Kassette ist bei solchen Naben allerdings nicht möglich. Andersherum kannst Du aber Freilaufkörper für Shimano Road, MTB und SRAM (nicht XD oder XDR) mit entsprechenden Spacern und Singlespeed-Ritzeln zum Ein-Gang-Betrieb umrüsten. Einige Singlespeed-Ritzel haben eine breitere Aufnahme, um den Freilaufkörper zu schonen. Eine andere Variante sind Singlespeed-Naben mit Schraubgewinde. Für diese Bauweise benötigst Du ein Ritzel mit integriertem Freilauf, sprich ein Freilaufritzel. Bahnräder und Fixies haben gar keinen Freilauf. Hier wird das Ritzel direkt auf den Nabenkörper geschraubt und mit einem Konterring gesichert. Wenn sich das Hinterrad dreht, drehen sich auch Ritzel und Kurbel.

Materialien: Alu, Stahl, Titan

Freilaufkörper werden in verschiedenen Materialien angeboten. Aluminium-Freiläufe sind sehr weit verbreitet. Sie sind leicht, können aber bei Verwendung mit Kassetten, die aus einzelnen Ritzeln bestehen, durch die Antrittskraft Kerben bekommen. Bei vielen Kassetten sitzen darum fast alle Ritzel auf einem Träger mit voller Freilaufbreite. Stahlfreiläufe sind robuster, aber schwerer. Ganz noble Naben kommen auch mal mit Freilaufkörpern aus Titan, die geringes Gewicht und Robustheit miteinander verbinden.

Funktionsweise: Sperrklinken- und Zahnscheibenfreiläufe

An den meisten Fahrrädern sind Freiläufe entweder mit sogenannten Sperrklinken oder als Zahnscheibenfreiläufe konstruiert.

Sperrklinkenfreilauf

Ein Sperrklinkenfreilauf hat an dem Teil, der in der Nabe sitzt, mehrere kleine Sperrklinken, die von Federn nach außen gedrückt werden. Ein verzahnter Ring im Nabenkörper bildet das Gegenstück. Trittst Du in die Kurbel, greifen die Sperrklinken fest in die Verzahnung und bewegen so die Nabe mit. Da die Sperrklinken und die Verzahnung nur in eine Richtung zueinander passen, kann sich die Nabe vorwärts drehen, auch wenn der Freilaufkörper stillsteht (wenn Du rollst, ohne zu treten). Dann rutschen die Klinken über die Zähne im Nabenkörper - meist deutlich hörbar. Es gibt unterschiedliche Ausführungen, wie viele Klinken ein Freilauf hat und wie viele davon gleichzeitig greifen. Bekannte Beispiele für hochwertige Naben mit Sperrklinkenfreilauf sind die Modelle des englischen Herstellers Hope.

Zahnscheibenfreilauf

Das zweite bedeutende Konstruktionsprinzip ist der Zahnscheibenfreilauf. Vor allem DT Swiss und Chris King setzen auf dieses Prinzip, das geringen Wartungsbedarf und mechanische Belastbarkeit verspricht. Hier greifen während des Tretens zwei Zahnscheiben ineinander, die von Federn aufeinandergedrückt werden. Eine davon sitzt im Nabenkörper und die andere im Freilaufkörper. Anders als bei Sperrklinkenfreiläufen greifen bei Zahnscheiben immer alle Zähne gleichzeitig. Das sorgt für eine sehr große Kontaktfläche und macht die Freiläufe auch bei hohen Krafteinträgen sehr robust. Auch hier passt die Verzahnung nur in eine Richtung. In die andere Richtung rutschen die Zahnscheiben hörbar übereinander.

Rasterung und Lautstärke

Je feiner die Rasterung des Klinkeneingriffs oder der Zahnscheiben ist, desto mehr Rastpunkte hast Du bei jeder Umdrehung der Nabe zur Verfügung. Der Eingriffs- oder Auslösewinkel beim Treten wird geringer. Anders gesagt: Der Leerweg der Kurbel sinkt und nach dem Rollen hast Du nahezu unmittelbar wieder Kraftschluss. Das ist vor allem für Trial-, Mountain- und Gravelbiker wichtig. Am Renn- oder Triathlonrad, wo Du ohnehin eine konstante Pedalumdrehung anstrebst, ist das weniger entscheidend. Hier können weniger, aber dafür größere Sperrklinken durch höhere Robustheit und Widerstandsfähigkeit gegen Deine Beinkraft glänzen.

Die Rasterung ist auch verantwortlich für das Geräusch, das Du beim Dahinrollen hörst. Je mehr Rastpunkte Deine Nabe hat, desto höher wird das Surren. Wie definiert und laut Dein Freilauf klingt, hängt von den Details ab, wie der Hersteller die Zahnscheiben oder Sperrklinken dimensioniert hat - und von der Schmierung. Kassette, Felgen und sogar der Rahmen können das Geräusch als Resonanzkörper noch verstärken. So hat jedes Bike seinen individuellen Road- oder Trail-Soundtrack.

Übersichtstabelle: Welcher Freilauf ist mit welcher Kassette kompatibel?

Traditionelle Hinterradnaben wurden mit einem genormten Gewinde für aufschraubbare Ritzelpakete mit Freilauf - sogenannte „Schraubkränze“ - ausgestattet. Dies ermöglichte die Verwendung jeder beliebigen Marke von Schraubkränzen auf den Naben unterschiedlicher Hersteller. Wenn die Ritzel abgenutzt waren oder man andere Übersetzungen benötigte, konnte man den Schraubkranz abnehmen und einen anderen montieren. Im Laufe der letzten Jahre haben Shimano-Kassettennaben die traditionellen Schraubkranznaben grösstenteils abgelöst.

Aufgrund der Anordnung der Lager in einer Shimano-Kassettennabe, wird die Achse näher an den Enden gestützt. Als Ergebnis sind verbogene Achsen ein sehr seltenes Problem bei diesen Naben. Der Freilaufkörper integriert den Ratschenmechanismus in den Nabenkörper (wenn auch der Ratschenmechanismus immer noch austauschbar ist). Die Ritzel werden üblicherweise in einem kompletten Satz, der „Kassette“ verkauft. Die Ritzel in einer Kassette werden normalerweise durch drei Schrauben oder Bolzen zusammengehalten, um die Montage zu erleichtern. Diese Verbindung ist in keinster Weise notwendig, sie sorgt nur dafür, die Ritzel und Zwischenringe in der richtigen Reihenfolge und Ausrichtung zu halten, wenn man die Kassette vom Freilaufkörper abgenommen wird. Einige der hochwertigeren Kassetten verwenden eine „Spinne“ (Spider), einen Metallträger, auf dem die 4 oder 5 grössten Ritzel montiert sind.

Moderne Hyperglide-artige Kassetten (alles, was seit den späten 1980ern hergestellt wurde) verwenden einen Verschlussring mit Gewinde, um die Ritzel auf dem Freilaufkörper zu fixieren. Es gibt ein spezielles Werkzeug mit Rippen, die in die entsprechenden Aussparungen des Verschlussrings greifen - sogenannte „Abzieher“. Der Verschlussring hat ein normales Rechtsgewinde und wird im Uhrzeigersinn festgedreht. Wenn der Ring gelöst werden soll, muss er gegen den Uhrzeigersinn gedreht werden.

Die älteren Shimano-Ritzel verwendeten ein Design mit „gedrehten“ Zähnen mit dem Namen „Uniglide“. Sie wiesen 9 identische Stege auf, die in entsprechende Aussparungen auf dem Freilaufkörper griffen. Zwischen die Ritzel wurden zusätzlich Abstandshalter eingesetzt. Ritzel mit weniger als 14 Zähnen verwendeten einen integrierten Abstandshalter, aber alle übrigen Ritzel waren beidseitig nutzbar, so dass man sie, wenn sie abgenutzt waren, einfach umdrehen konnte und eine Seite hatte, die wie neu war! Das kleinste Ritzel einer Uniglide-Kassette wies keine Stege auf, sondern ein Gewinde. Um eine Uniglide-Kassette zu demontieren, muss das kleinste Ritzel mit einer Kettenpeitsche gegen den Uhrzeigersinn gedreht werden, während man die Kassette mit einer zweiten Kettenpeitsche oder der Kette des Fahrrads festhält. Dura-Ace-Freilaufkörper verwendeten ein anderes, etwas kleineres Gewinde, das nur mit Dura-Ace-Ritzeln funktionierte. Uniglide-Kassetten sind nicht mehr erhältlich.

Alternativ kann man Hyperglide-Ritzel an den Uniglide-Freilaufkörper anpassen, in dem man den breiten Steg abfeilt. Dies ist nicht besonders schwierig. Allerdings benötigt man trotzdem noch ein Uniglide-Ritzel mit Gewinde als Abschluss. In den späten 1980ern führte Shimano „Hyperglide“ ein, ein neues Design für die Ritzel, mit dem die Kette gleichzeitig über zwei angrenzende Ritzel laufen kann. Die Kette läuft auf dem neuen Ritzel, bevor sie sich vom alten Ritzel gelöst hat. Damit dies funktioniert, müssen die Zähne der Ritzel untereinander exakt ausgerichtet sein. Die älteren „Uniglide“-Ritzel konnten in jeder der 9 möglichen Positionen (18, wenn man die umgedrehte Montage dazurechnet!) montiert werden. Hyperglide-Ritzel müssen dagegen in einer festen Position angebracht werden. Dies wird dadurch sichergestellt, dass einer der Stege in den Ritzeln breiter ist, als der Rest. Dieser breite Steg passt nur an einer entsprechend breiten Aussparung des Freilaufkörpers. Da die Ausrichtung der Ritzel entscheidend für die Funktion von Hyperglide ist, können geschraubte Ritzel nicht verwendet werden. Alle Ritzel einer Hyperglide-Kassette weisen daher Stege auf und der Verschlussring wird in ein spezielles Gewinde im Freilaufkörper geschraubt, um das Paket zusammenzuhalten.

Leute beschweren sich gerne darüber, dass Shimano Dinge „grundlos“ ändert, aber das ist in diesem Fall nicht ganz richtig. Als Shimano Hyperglide entwickelt hat, wurde der Freilaufkörper so aufgebaut, dass ältere Uniglide-Ritzel ohne Probleme auf den neuen Freilaufkörpern weiterhin genutzt werden konnten. Zusätzlich können die meisten Shimano-Kassettennaben mit einem neueren Hyperglide-Freilaufkörper aufgerüstet werden. Um die Hyperglide-Funktionalität zu bieten, müssen die Ritzel zueinander gleich ausgerichtet werden. Hyperglide-Kassetten werden üblicherweise als Einheit verkauft und mit einem Buchstaben gekennzeichnet, der diese spezielle Zusammenstellung identifiziert. Es sind dutzende Kombinationen erhältlich.

Kassetten werden mit verschiedenen Übersetzungsbereichen angeboten, und solche, deren Gänge sehr dicht beieinander liegen und keine wirklich grossen Ritzel enthalten, werden üblicherweise als „Rennrad-Kassetten“ vermarktet. In ähnlicher Weise werden Schaltwerke mit langen und kurzen Käfigen angeboten. Die kurzen Käfige („Rennradschaltung“) funktionieren nur mit Kassetten mit engen Übersetzungsbereichen, weil sie nicht genügend Kapazität haben um die Kette bei grossen Übersetzungsbereichen aufzunehmen. Schaltwerke mit langen Käfigen haben eine grössere Kapazität und arbeiten mit allen Arten von Kassetten zusammen. Solche Schaltwerke werden üblicherweise als „Mountain Bike“-Schaltwerke bezeichnet, obwohl diese Art von Schaltwerk früher auch als „Tourenschaltwerk“ bekannt war.

Man sollte auch wissen, dass es dem Schaltwerk egal ist, wieviele Gänge man verwendet. Man braucht kein sogenanntes „10-fach“-Schaltwerk, um eine 10-fach-Kassette zu nutzen. Auch hier - Naben, die als „8-fach“, „9-fach“ oder „10-fach“ vermarktet werden, können mit jeder Zahl an Ritzeln betrieben werden! Obwohl „Rennradnaben“ und „MTB-Naben“ sich bezüglich der Kassetten nicht unterscheiden, sind sie allerdings insgesamt unterschiedlich breit. „MTB-Naben“ sind oft auch besser gegen die Einwirkung von Schmutz gedichtet als „Rennrad-Naben“, aber das ist im Alltag selten ein Problem.

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