Shimano Alfine 11: Übersetzung berechnen und technische Details

Die Alfine-Elf-Gang-Nabenschaltung von Shimano ist eine beliebte Wahl für Fahrräder im Alltag und auf längeren Touren. Dieser Artikel bietet umfassende Informationen zu dieser Nabenschaltung, von der Berechnung der Übersetzung bis hin zu technischen Details, Wartung und einem Vergleich mit anderen Schaltsystemen.

Technische Informationen zur Alfine 11

Die Alfine-Elf-Gang-Nabenschaltung ähnelt den Shimano Nexus und Alfine Acht-Gang-Naben. Die Übersetzungsspanne dieser Elf-Gang-Nabe liegt bei 408 %. Die Abstufung der Gänge untereinander ist relativ gleichmäßig, bis auf die Stufe zwischen dem ersten und zweiten Gang, die etwa doppelt so groß ist wie die anderen Stufen. Zum Vergleich sind in folgender Tabelle die Übersetzungsabstufungen Shimano-Acht-Gang-Nabe mit einer Bandbreite von 307 % abgebildet.

Die Alfine-Elf-Gang-Nabe hat Ritzel mit drei Nuten, wie es sie von vielen Marken gibt. Sie haben 16 oder mehr Zähne. Das Ritzel, das mit der Nabe ausgeliefert wird, hat eine Kettenführungsplatte, die verhindert, dass eine lose Kette abspringt und potenziell Schaltteile beschädigt. Dieses Ritzel passt zu allen Ketten bis hin zu Neunfachketten (Zehnfach- oder noch schmalere Ketten funktionieren nicht). Man kann auch breitere Ketten einsetzen.

Ritzel- und Kettenblattgröße sollte im neunten Gang für die Übersetzung im flachen Terrain gewählt werden, sodass man etwa 6 Meter Entfaltung (ca. Reifengröße von 32-622 sind das ca. und nur mit Kraft oder bergab gut zu treten. (z.B. ergeben eine Geschwindigkeit von ca. der Radumfang +/- bei 220cm. Übersetzung. sich am einfachsten das Ritzel tauschen (i.d.R. Kosten verbunden. bedeuten.

Funktionsweise der Alfine 11

Die Alfine-Elf-Gang-Nabe ist jetzt bereits ein paar Jahre auf dem Markt und es gibt nur wenige Beschreibungen mit einfachen Worten, wie sie die elf Gänge realisiert, oder eine kompakte Sammlung von Informationen an einer (halbwegs) zentralen Stelle. Das hier soll der Versuch sein, das zu ändern.

Die Getriebeübersetzungen werden durch vier anwählbare Kupplungen (eine Rutschkupplung und drei einrastbare Sonnenräder) und vier automatisch ausgewählte, federvorgeladene Rollengesperre angesteuert. Der Getriebesatz könnte zwölf Übersetzungen (2x6) zur Verfügung stellen, von denen aber nur elf benutzt werden, weil zwei Gänge sich nahezu duplizieren. Der ungenutzte Gang ist die direkte Übersetzung.

Das folgende Bild ist ein Schnittmodell der Nabe von hinten bzw. oben gesehen. Das Sonnenrad der ersten Stufe (das rechtsliegende Schrägrad auf dem Bild) ist permanent mit der Achse verbunden. Die ürigen drei (Sonnenräder 2 und 3 in der weiten Stufe und Sonnenrad 4 in der dritten Stufe) werden einzeln mit Sperrklinken, die aus der Achse herausgedrückt werden, gesperrt.

Die erste Stufe ähnelt der, die man in den Alfine- und Nexus-Acht-Gang-Naben findet, in der man auch eine Rutschkupplung vorfindet, die eine direkte Übersetzung auf den Planetenkäfig ausführt. Die Kupplung wird durch eine axial ausgerichtete Nockenscheibe aktiviert und in den Gängen sieben bis elf gesperrt.

Wenn die Kupplung nicht gesperrt ist, nimmt stattdessen das Rollengesperre (RG 1) die Bewegung des Mitnehmers auf das Hohlrad (HR 1) mit, treibt so den Planetenkäfig über die Planetenräder an und reduziert so die Geschwindigkeit in den Gängen eins bis sechs. Die Untersetzung beträgt 0,527. Das ist gleich der Untersetzung bei der Alfine- und Nexus-Acht-Gang-Nabe.

Die Bewegung wird als nächstes vom Planetenkäfig der ersten Stufe auf den Planetenkäfig der zweiten Stufe übertragen. Sie sind miteinander verbunden. Die zweite Stufe hat abgestufte Planetenräder, ein einzelnes Hohlrad und zwei Sonnenräder (S2 und S3), sodass eine aufsteigende Übersetzung von 1,462 oder 1,667 erzeugt wird - je nachdem, welches Sonnenrad mit der Achse verschränkt wird.

Das Hohlrad der zweiten Stufe ist in einem Stück mit dem Planetenkäfig (PK 3) der letzten Zwei-Gang-Stufe verbunden. Wenn sein Sonnenrad mit der Achse verschränkt wird, treibt sein Hohlrad den Nabenkörper über das Rollengesperre (RG 4) mit einer Übersetzung von 1,292 an.

Man muss die Tabelle quasi von rechts nach links lesen. Wo Bauteile zweier Stufen effektiv aus einem Bauteil bestehen, werden beide Namen in einer einzelnen Tabellenzelle genannt. Wenn man die Über- und Untersetzungsverhältnisse multipliziert, erhält man die finale Übersetzung. Zum Beispiel ist die finale Untersetzung von 0,878 im vierten Gang.

In der Tabelle sind nur Übersetzungen zu sehen, keine Zähnezahlen. Bruce Dance hat sie berechnet und der anonyme Benutzer "jb" im Cycle-Touring-Club-Forum hat die Ergebnisse bestätigt. Wenn S4 nicht eingeklinkt ist (und RG3 die Bewegung auf den Nabenkörper überträgt), wird RG4 nicht übersprungen.

Schalthebel und Elektronische Schaltung

Es gibt keine passenden Alternativen zu Alfine-11-spezifischen Schalthebeln von Shimano, Jtek oder Versa. Der zugangesteuerte Mechanismus benötigt eine exakte Einstellung. Shimano verkauft nur den Schalthebel mit zwei Schalthebeln für aufrechte Lenker für die Alfine-Elf-Gang-Nabe. JTek stellt Lenkerendschalthebel her, die vielleicht die zuverlässigste Option für Dropbars. Versa hat Bremsschalthebel hergestellt, die aber ernsthafte Zuverlässigkeitsprobleme hatten.

Es gibt die Nabe auch mit elektronischer Di2-Schaltung. Elektronische Schaltung bietet einige interessante Eigenschaften inklusive einer Anzeige an, sind aber teurer und komplizierter. Die Zwei-Knopf-Schalteinheit funktioniert an jedem Lenkertyp und Shimano stellt auch einen Dropbar-Bremshebel mit elektronischer Schalteinheit her. Elektronisch geschaltete Naben haben eine blaue Linie auf den Nabenkörper lackiert.

Die Naben- und Motoreinheit sollten in den ersten Gang geschaltet sein, bevor man sie montiert. Es sind Zuverlässigkeitsprobleme bekannt, die sich nicht durch Einstellarbeiten, sondern nur durch Teiletausch lösen lassen. Manche Eigner fragen sich, ob man vom einen auf das andere Schaltsystem umrüsten kann. Die konventionelle Nabe hat eine Rückholfeder in der Schaltkontrolleinheit, die den Zug spannt und Aufwärtsschaltvorgänge antreibt. Die Di2 Version hat diese Feder nicht; der Schaltvorgang wird durch den Motor in beide Richtungen angetrieben. Umrüsten erfordert demnach, den Achsaufbau auszutauschen. Das heißt, man müsste die Nabe öffnen und das Innenleben zerlegen.

Wartung und Schmierung

Wie bei anderen Nabenschaltungsnaben auch, sollte der Fahrer weniger Kraft in die Pedale bringen, wenn er schaltet. Manche Schaltvorgänge erfordern, dass bestimmte Bauteile nicht am Platz bleiben, während sie Kraft übertragen. Anders als die meisten anderen modernen Nabenschaltungen hat die Alfine-Elf-Gang-Nabe eine Ölschmierung und hat auch einen Zugang für den Ölwechsel. Ölschmerung ist bei Nabenschaltungen sinnvoll, wenn man das Öl regelmäßig auffüllt und tauscht.

Es ist jedoch möglich, die Alfine 11 besser als von Shimano vorgesehen zu ölen. Wie der Benutzer "jb" im CTC-Forum erwähnt, reinigt das Standardvorgehen beim Ölwechsel das Nabeninnere nicht ausreichend von Verschleißpartikeln. Eine Teilzerlegung des inneren Mechaniusmus ermöglicht das gründliche Reinigen und die genaue Inspektion von Verschleißerscheinungen. Im Anschluss sollte man gezielt interne bewegliche Teile schmieren, sodass sie bereits beim ersten Pedaltritt loslegen können. Öl, das von außen eingebracht wird, benötigt einige Zeit, bis es diese Teile erreicht, Wünschenswert ist das Schmieren von Kugellagern mit wasserabweisendem Fett.

Die große rechtsliegende Lagerdichtung der Alfine-Elf-Gang-Nabe ist oft undicht. Manche Naben sind schon vollständig trocken gelaufen, wenn sie erstmals für eine Insektion geöffnet werden. Änderungen von Temperatur und Luftdruck können das Öl regelrecht aus der Nabe pumpen. Wenn man das Fahrrad in einen Unterstand stellt, bei dem die Temperaturen in etwa gleich den Außentemperaturen sind, kann man Leckage verhindern. Auslaufendes Öl kann eine Sauerei sein und wenn das Öl entlang der Speichen ausläuft, kann das zu quietschenden Felgenbremsen führen.

Shimano-Öl ist recht teuer. Phil Wood-Öl wurde bereits erfolgreich eingesetzt. Es ist etwas zähflüssiger und reduziert Leckage. Automatikgetriebeöl wurde ebenfalls schon getestet. Nicht dem Standard entsprechendes Öl führt zum Verlust der Garantie.

Effizienz und Gangwahl

Wie auch schon bei den Shimano-Nexus-Sieben-Gang-Naben hat Shimano es vermieden, einen netten direkt übersetzten Gang Fünf (oder Sechs) zu schaffen. Wie wir weiter oben ermittelt haben, wird eine einzelne Antriebssufe für die Gänge 1, 7, 8 und 9 genutzt. Daher sollten diese die effizientesten Gänge sein. Zwei Antriebsstufen werden in den Gängen 2, 3, 4, 10 und 11 genutzt, sodass diese mitteleffizient sein dürften. Drei Antriebsstufen werden in den Gängen 5 und 6 mit vermutlich der geringsten Effizienz genutzt.

Unter sehr geringer Last können die Blindverluste von übersprungenen Rollengesperren aufälliger sein als die Antriebsstrangverluste aus dem Ineinandergreifen und den Lagern. Wenn die Gangabstufungen auf eine vage sinnvolle Weise (zum Beispiel so, dass der "Flache-Straße-kein-Wind"-Gang etwa bei 70-80 % des höchsten Gangs liegt, sollten die Gänge sieben, acht und neun als effizienteste Übersetzungen die meistgenutzten Gänge sein.

Bei einem schwerbeladenen Reiserad wird auch Gang eins stark in Benutzung sein. In diesem Fall ist die gewichtete durchschnittliche Effizienz dieses Gangs gar nicht so schlecht wie die rein numerische Effizienz andeuten würde. Weil die Zähne der ersten Stufe der Alfine-11 als Schrägzahnrad ausgelegt ist, stellt sich die Frage nach der Effizienz der Gänge eins bis sechs, weil axiale Kräfte durch nichtbewegliche Teile des Lagers übertragen werden müssen.

Manche Leute behaupten, dass es mehr Gänge geben müsste, weil es 16 verschiedene Permutationen bei vier Kupplungen geben müsste. Jedoch kann man die beiden Sonnenräder der zweiten Stufe nicht gleichzeitig sperren. Zusätzlich zum Widerstand der Zahnräder und Rollengesperre kann es Wiederstand durch die Lagerdichtungen geben.

In der Theorie sollte es nahezu unmöglich sein, jeglichen Vortrieb bei dieser Nabe zu verlieren. Solange die Gänge nicht sperren und man noch die Rutschkupplung bedienen kann und RG2/RG3 noch funktionieren, kann man mit einer brauchbaren Direktübersetzung fahren, selbst wenn man S2, S3, S4 usw.

Probleme und Lösungen

Die Schalthebel sind sehr sensibel gegenüber Variationen in der Aufbautoleranz und Einstellungen. Der Grund dafür ist der Schaltarm, der sich nur maximal 135° bewegen lässt (d. h. 15° pro Schaltvorgang). Diese Limitierung begründet sich durch den rechtsliegenden Konus, der von zwei Zinken gestützt wird, durch deren Lücke der Auswahlmechanismus hervorlugt. Dadurch wird der Bau der Nabe sehr schwierig für Shimano und die Nabe wird sehr sensibel gegenüber der exakten Einstellung im täglichen Einsatz.

Unglücklicherweise setzt sich bei neuen Naben der Schaltzug etwas und die Zugeinstellung wird ungenau: Umso schlimmer sorgen Fabriktoleranzen dafür, dass die "korrekte Einstellung" (Punkte im sechsten Gang ausrichten - siehe auch im Artikel Technische Informationen zu Nexus und Alfine Drei-, Vier-, Sieben-, Acht- und Elf-Gang-Naben) nicht immer die optimale Einstellung darstellt. Der Benutzer Rofan berichtet, dass die Verbindungsmuffe für die Schaltungsansteuerung leichter und länger gebaut ist als ihr Äquivalent in der Acht-Gang-Nabe.

Viele Leute berichten von springenden Gängen. Das kann passieren, selbst wenn die Sonnenradsperrklinken vollkommen ausgefahren sind (bei neuen Naben oder bei solchen, deren Sperrklinken Grate haben). Die springenden Gänge treten auf jeden Fall auf, wenn die Sperrklinken nicht vollständig herausgefahren sind. Wenn die Verarbeitungstoleranz nur ein klein wenig abweicht, kann die Naben springende Gänge aufweisen, selbst wenn sie korrekt eingestellt ist. Das gleiche Problem tritt bei vielen Nexus- und Alfine-Acht-Gang-Naben auf.

Viele Besitzer der Nabe haben durch Ausprobieren eine Einstellung gefunden, bei der die Nabe zuverlässiger arbeitet (Einstellungen sind dann bis zu 1,5 mm von der "idealen" Einstellung entfernt). Wenn man jedoch bei demontierter Nabe den Achsaufbau untersucht, kann man die Sperrklinkenfunktion (und somit die Einstellung) direkt prüfen. Bruce Dance hat selbst mehrere Nexus- und Alfine-Acht-Gang-Naben gesehen, bei denen das Schalten der Rutschkupplung nicht synchron mit den Sperrklinken des Sonnerades war. Es ist nicht bekannt, ob es das gleiche Problem bei Alfine-Elf-Gang-Naben gibt.

Merke, dass die Sperrklinken des Sonnenrads bei Alfine-Elf-Gang-Naben nicht so leicht überlaufen werden können, wie bei einer Nexus- oder Alfine-Acht-Gang-Nabe. Daher werden wahrscheinlich Grate an den Sperrklinken nicht so schnell abgeknickt, wenn die Sperrklinke kein Drehmoment überträgt.

Die Spaltmaße aller Shimano-Nabenschaltungen sind sehr knapp, jeglicher Abrieb in der Nabe mit einer Größe von mehr als ca. 0,25 mm wird wahrscheinlich einen oder mehrere Übersetzungsstränge blockieren können und/oder diese zerstören. Stufe zwei und drei könnten vollständig blockieren und man hätte noch ein paar funktionierende Gände.

Wie bereits erwähnt, verlieren diese Naben oft Öl. Dabei ist nicht ganz klar, wo die Nabe entlüftet werden soll; es scheint so als ob einige Leckage (zumeist auf der rechten Nabenseite) mehr oder weniger unausweichlich ist.

Nabenschaltungen im Vergleich

Mit Pinion, Rohloff, Enviolo NuVinci und Alfine gibt es unterschiedliche Getriebeschaltungen für das Fahrrad. Wie die einzelnen Hersteller im Vergleich abschneiden, kannst du in der folgenden Gegenüberstellung nachlesen.

Vor- und Nachteile der Alfine Nabenschaltung

Die Vor- und Nachteile der Alfine Nabe betreffen einerseits die Entscheidung zwischen Ketten- und Nabenschaltung und andererseits die Positionierung im Feld der Nabenschaltungen, also gegenüber der Konkurrenz.

Vorteile

• dauerhafte Zuverlässigkeit
• wenig Verschleiß
• kaum Wartung notwendig
• hohe Widerstandsfähigkeit gegenüber äußeren Einflüssen
• sehr gutes Preis-Leistungsverhältnis
• vielseitig einsetzbar - in E-Bike und "normales" Fahrrad
• leichte, intuitive Bedienung
• Option unterschiedlicher Schalthebel
• automatischer Gangwechsel in Verbindung mit dem Shimano Steps Motor möglich

Nachteile

• etwas schwerer als Kettenschaltungen
• geringere Übersetzungsbandbreite als die Rohloff Speedhub

Die Vorteile der Nabenschaltung liegen in ihrer dauerhaften, verschleißarmen Nutzung. Eine Nabenschaltung braucht im Allgemeinen deutlich weniger gewartet zu werden, als eine Kettenschaltung. Weiterhin läuft die Kette hier stets optimal geradeaus, wodurch der Verschleiß gering gehalten wird. Dadurch, dass der eigentlich Schaltvorgang im Innern der Nabe abgeschottet von äußeren Einflüssen stattfindet, ist dieser Schaltungstyp unempfindlicher gegenüber äußeren Einflüssen als eine Kettenschaltung, bei der Wasser und Dreck von der Straßen direkt auf die Schaltkomponenten gelangen.

Gegenüber anderen Nabenschaltungen zeichnet sich die Alfine Schaltung vor allem durch ihr gutes Preis-Leistungsverhältnis aus. Als direkte Konkurrenz ist die geringfügig schwerere Rohloff Speedhub anzusehen. Diese ist mit einem Anschaffungspreis von rund 1200€ drei- bis viermal so teuer wie die Alfine Nabe. Rohloff bietet für diesen Preis eine Nabe mit 14 Gängen und einem Übersetzungsspektrum von über 500% an. Die Rohloff Nabe ist damit die Oberklasse der klassischen Nabenschaltungen. Ihr Kundenstamm setzt sich vor allem aus Leuten zusammen, die viel bis sehr viel mit dem Rad unterwegs sind. Wer auf das zusätzliche Übersetzungsspektrum verzichten kann, ist mit der Shimano Alfine Nabe bestens bedient.

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