Shimano ist bekannt für seine hochwertigen Fahrradkomponenten und Werkzeuge, die ideal aufeinander abgestimmt sind. Dieses Werkzeug für Freilaufkörper macht da keine Ausnahme. Es ist speziell dafür vorgesehen, Freiläufe von 1-fach-Antrieben an einer Nabe zu montieren oder zu demontieren.
Der Freilauf am Fahrrad
Der Freilauf ist im Grunde eine Kupplung zwischen der Hinterradnabe und dem Antrieb. Wenn man vorwärts pedaliert, wirkt er als Mitnehmer und überträgt das Drehmoment. Wenn man jedoch rückwärts pedaliert oder gar nicht, rutscht er durch, wodurch das Hinterrad den Antrieb "überholt". Bei einer Hinterradnabe für Kettenschaltung befindet sich dieser Freilauf auf der rechten Seite und nimmt die Kassette (das Ritzelpaket) auf.
Freilauf-Arten
Je nach Einsatzzweck gibt es verschiedene konstruktive Varianten:
- Sperrklinken-Freilauf: Hier verhaken sich federnd gelagerte Sperrklinken in den Zähnen der Außenhülse und bilden eine formschlüssige Verbindung. Dies ist die häufigste Variante im Fahrradbereich.
- Zahnscheiben-Freilauf: Bei dieser Variante werden zwei Scheiben mit feiner Verzahnung per Feder axial gegeneinander gedrückt. Diese Kupplung ist sehr robust wegen der großflächigen Überdeckung in der Verzahnung und wird z. B. bei DT Swiss eingesetzt.
- Walzen-/Rollen-Freilauf: Mehrere Rollen werden an die Außenhülse gepresst und erzeugen eine kraftschlüssige Verbindung. Diese Variante wird eher im Kfz-Bereich eingesetzt.
- Klemmkörper-Freilauf: Hier werden viele kleinere Klemmkörper gedreht und klemmen sich dadurch fest, wodurch ein hohes Drehmoment aufgenommen werden kann.
Am Fahrrad kommt hauptsächlich der Sperrklinken-Freilauf zum Einsatz, bei hochwertigen Naben (DT Swiss) auch der Zahnscheiben-Freilauf.
Aufbau Sperrklinken-Freilauf
Der Innenkern trägt mehrere Sperrklinken, die gefedert gelagert sind. Sie rutschen in Freilauf-Richtung über die innenseitige Verzahnung der Außenhülse. In Mitnahme-Richtung dagegen greifen die Sperrklinken in diese Verzahnung und bilden eine formschlüssige Verbindung zwischen Innenkern und Außenhülse. Damit ermöglichen sie die Übertragung des Drehmoments von der Kassette an die Hinterradnabe und das Fahrrad rollt.
Innenkern und Außenhülse sind über zwei Kugellager mit sehr vielen kleinen Kugeln (z.B. 72) gegeneinander gelagert. Die Außenhülse trägt außenseitig Zahnnuten und nimmt damit formschlüssig die Kassette auf. Stirnseitig trägt der Freilaufkörper die Außenlagerschale des rechten Nabenlagers und nimmt über ein Innengewinde die Abschlussscheibe der Kassette auf.
Wie entsteht Verschleiß am Freilaufkörper?
Wie alle Komponenten am Fahrrad unterliegt auch der Freilauf einem Verschleiß. Hierbei sind folgende Einflussgrößen wesentlich:
- Der Freilaufkörper ist nach vorne durch Kassette, Dichtung und Nabenlager gut vor Schmutz geschützt.
- Auf der Rückseite trägt der Freilauf lediglich einen einfachen, schmalen Dichtring zwischen Innenkern und Außenhülse. Solange dieser Dichtring exakt in Position sitzt, besteht für das untere Kugellager im Freilauf keine Gefahr.
- Allerdings schleift diese Dichtung im Betrieb an den Metallflächen entlang und verschleißt somit im Laufe der Zeit, wenngleich auch nur geringfügig.
Den stärksten Verschleiß am Freilauf bewirkt aber eine mechanische Überlastung durch zu hohe Kräfte beim Pedalieren (zum Beispiel in steilen Anstiegen). Denn die Kraftübertragung im Inneren des Freilaufs erfolgt ausschließlich über die Sperrklinken. Und deren Kontaktfläche zur Außenhülse beschränkt sich auf wenige Quadrat-Millimeter. Da kommt es im Laufe der Zeit zu Deformationen, im schlimmsten Fall zum Bruch einer Sperrklinke.
An den Abdrücken auf der Freilauf-Außenfläche lässt sich erahnen, welche enormen Druckkräfte auf den Sperrklinken im Inneren lasten.
Verschleiß erkennen
Wenn das frische metallische Surren der schlagenden Sperrklinken dumpfer wird oder ganz ausbleibt, ist es an der Zeit für eine genauere Prüfung. Man sollte das Hinterrad aus dem Fahrradrahmen nehmen und an der Kassette drehen. Wenn sie an bestimmten Stellen im Umlauf abgebremst wird oder in anderer Form ungleichmäßig auf dem Freilaufkörper abrollt, sind Austausch oder Reparatur fällig. Wenn man sich unsicher ist, kann man die Kassette vom Freilauf entfernen, um mehr Gefühl für die Untersuchung auf Schäden zu bekommen.
Wenn Schäden erkannt und nicht behoben werden, kann der Freilauf unterwegs plötzlich und unerwartet seinen Dienst versagen: Er blockiert oder rutscht komplett durch. Unabhängig vom Grad des Verschleißes muss der Freilauf dann ausgewechselt oder repariert werden.
Freilauf demontieren
Um an den Freilaufkörper einer gängigen Shimano-Nabe zu gelangen, muss man zunächst die Kassette, die Hohlachse und die Lagerkugeln auf beiden Seiten der Hinterradnabe entfernen. Dazu benötigt man Konusschlüssel (je nach Nabe 13/15/16/17/18 mm Schlüsselweite), Kettenpeitsche und den passenden Kassettenabzieher. Der Freilaufkörper ist per Hohlschraube auf dem Nabenkörper verschraubt. Hier benötigt man zur Demontage einen Inbusschlüssel mit 8 / 9 / 10 / 12 / 14 mm (je nach Freilauf-Variante). Man sollte auf die dünne Metall-Unterlegscheibe achten, wenn man den Freilauf vom Nabenkörper trennt, da sie nicht verloren gehen darf.
Die Prüfung des Freilaufs auf größere Schäden und ein Zerlegen des Freilaufs erfordern nicht die Demontage des Freilaufs von der Hinterradnabe. Im Gegenteil: Das Laufrad samt Nabe fungiert quasi als Schraubstock, während man den Freilauf auseinander nimmt. Für Reinigung und Schmierung im Bereich der rückseitigen Dichtung muss man den Freilauf natürlich von der Nabe abschrauben.
Freilauf reinigen und fetten
Wenn der Freilaufkörper in Ordnung ist, kann man ihn in sehr eingeschränktem Rahmen reinigen und fetten. Dazu entnimmt man die rückseitig eingelegte Dichtung (durch Aufschieben hebt sich die Dichtung aus ihrem Bett), reinigt von außen (so weit das möglich ist) die Lagerkugeln und fettet die Kugeln mit einem guten Wälzlagerfett. Es wird empfohlen, an dieser Stelle Castrol LMX zu verwenden.
Es sollte darauf geachtet werden, dass nach dem Fetten möglichst kein direkter Kontakt zwischen dem aufgetragenen Lagerfett und der Dichtung zustande kommt, da Wälzlagerfett in der Regel Lithium-verseift ist und Lithium Dichtungen aus PTFE (z. B. Teflon) angreift. Für die Dichtung selbst verwendet man am besten ein Teflonfett.
Den passenden Freilauf finden
Wenn ein neuer Freilauf benötigt wird, sollte man sich an der Bauteile-Bezeichnung der Hinterradnabe orientieren (zum Beispiel FH-T780). Daraus kann man die Teilenummer für den Freilauf ermitteln (zum Beispiel Y-3CZ98050). Es ist auch möglich, nach kompatiblen Freiläufen zu suchen, die auf Hinterradnaben anderer Baureihen verbaut werden.
Für Demontage und Montage eines Freilaufkörpers muss die betreffende Hinterradnabe übrigens eingespeicht sein. Sonst fehlt der Gegenhalt beim Festziehen oder Lösen der Hohlschraube. Dies sollte man bedenken, wenn man von einer kompletten Hinterradnabe den Freilauf lösen will. Dann muss man die Nabe erst in eine beliebige Felge einspeichen (aber nicht vollständig zentrieren).
Sperrklinken-Freilauf zerlegen
Wenn man es sich zutraut, kann man den Freilauf auch zerlegen. Dies ist im Rahmen der regelmäßigen Wartung zwar nicht vorgesehen und dort auch nicht nötig, aber es ist sinnvoll, wenn man größere Beschädigungen vermutet und sich nicht gleich einen neuen Freilauf kaufen will.
Shimano-Freilauf
Bei Shimano-Freiläufen geht man dabei folgendermaßen vor:
- Den Freilauf auf dem Laufrad belassen, um einen Schraubstock für die Arbeiten zu haben.
- Eine Unterlage ausbreiten, damit beim Zerlegen keine Lagerkugeln verloren gehen.
- Die stirnseitig über der Lagerschale platzierte Dichtung mit einem kleinen Hebelwerkzeug entfernen.
- Mit dem Werkzeug TL-FH40 von Shimano (Freehub Removal Tool) die stirnseitig montierte Lagerschale entfernen. Alternativ kann man sich auch ein passendes Werkzeug selber bauen. Achtung: Linksgewinde.
- Nach Entfernung der Lagerschale können Lagerkugeln und Außenhülse entnommen werden. Dabei fallen garantiert viele kleine Kugeln aus dem unteren Lager entgegen.
- Je nach Freilauf-Variante sind noch Zwischenscheiben verbaut. Alle demontierten Bauteile geordnet ablegen, um bei der späteren Montage die richtige Reihenfolge einzuhalten.
Am zerlegten Freilauf kann man nun nach Schäden suchen und gegebenenfalls reparieren. Gebrochene Sperrklinken müssen entsorgt werden. Die Belastung aus dem eingeleiteten Pedalierdruck verteilt sich dann halt ungleichmäßig und die maximale Belastbarkeit ist deutlich reduziert. Aber die zahlreichen Kugeln der beiden Freilauf-Kugellager sorgen ja weiterhin für eine sehr gute Zentrierung zwischen Außenhülse und Innenkern. Alternativ können die erhaltenen Sperrklinken aus einem zweiten, ausgedienten Freilauf gleicher Teilenummer verwertet werden.
Als Schmiermittel für die Sperrklingen eignet sich ein nicht zu viskoses Fett, denn hoch viskoses Lagerfett könnte den filigranen Feder-Mechanismus negativ beeinträchtigen. Spannend wird es dann bei der Montage des zerlegten Freilaufs: Die Laufrille für das untere Kugellager am Innenkern fetten, dort so viele Kugeln aufsetzen, dass für eine Kugel Luft bleibt, in der Außenhülse oben innenseitig nach dem Fetten alle restlichen Kugeln in die Lager-Laufrille legen, den Außenring vorsichtig über das Innenteil schieben und hoffen, dass alle aufgelegten Kugeln dabei an ihrem Platz bleiben. Danach schraubt man die Lagerschale wieder auf und drückt die Dichtscheibe wieder ein.
DT Swiss - Freilauf
Beim DT Swiss Freilauf sieht der Ablauf beim Zerlegen etwas anders aus:
- Nabe mit linker Kontermutter in Schraubstock einspannen
- Kontermutter rechte Seite lösen (darauf hoffen, dass sich nicht die Kontermutter der linken Seite zuerst löst)
- Kontermutter und Abdeckhülse rechte Seite entnehmen
- Freilaufkörper von der Nabe ziehen
- Nun hat man freie Sicht auf die Sperrklinken und das Nadellager vom Freilauf
- Draht am Haken per kleinem Schraubenzieher anheben und radial verdreht ablegen
- Sperrklinken vorsichtig unter dem Draht hervorziehen
- Draht wieder ins Bett zurückschieben, damit er nicht übersteht
- Nadellager (Gehäusering und Nadeln) abziehen, dabei darauf achten, dass keine Nadel verloren geht und der Lagerring nicht aus Versehen bricht (Kunststoff)
- Alles reinigen und fetten
- Nadellager wieder aufstecken (für das Einsetzen der Nadeln ist eine Pinzette sehr hilfreich)
- Sperrklinken unter dem Drahtring einsetzen
- Haken vom Drahtring wieder in Position schieben
- Kugellager im Freilaufkörper prüfen (Rillenkugellager 28 x 10 x 8 mm)
- Wenn das Kugellager defekt ist: Mit einer Zange den Sprengring entfernen und das defekte Lager von hinten mit einem rundem Holzstab und einem Gummihammer vorsichtig austreiben, danach ein neues Lager vorsichtig einschlagen, ohne dabei zu verkanten
- Freilaufkörper wieder aufstecken und per manueller Drehung prüfen, ob die Sperrklinken wieder korrekt laufen
- Abdeckhülse und Kontermutter wieder montieren
- Kontermutter festziehen
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