Kettenschaltung

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Als Kettenschaltung bezeichnet man bei Fahrrädern ein mechanisches Getriebe, bei dem mehrere Zahnkränze nebeneinander angeordnet sind und durch Verschieben der Antriebskette verschiedene Gänge eingelegt werden können. Dies kann sowohl auf der Kurbelseite (bis drei Zahnräder) als auch auf der Radseite (bis zehn Zahnräder) erfolgen. Die Vorteile der Kettenschaltung liegen in dem einfachen Aufbau, dem niedrigen Gewicht und einem hohen Wirkungsgrad (im Vergleich zur Nabenschaltung). Nachteile sind eine kurze Lebensdauer, hoher Wartungsbedarf und Verschmutzungsrisiko für den Fahrradfahrer. Da die Kette bei normalem Gebrauch jedoch zwei- bis dreitausend Kilometer hält, wenn Sie von Zeit zu Zeit gereinigt und nachgefettet wird, und es außerdem mittlerweile Abdeckungen für die Schaltung gibt, relativieren sich die Nachteile und deshalb ist die Kettenschaltung die meistverwendete Schaltung für Fahrräder.

Die Kettenschaltung besteht aus dem Umwerfer, der die vorderen Kettenblätter schaltet, dem Schaltwerk, das das hintere Ritzelpaket schaltet, sowie der Kette, die durch den Kettenspanner auf Zug gehalten wird, da sich bei jedem Schaltvorgang die notwendige Kettenlänge ändert. shimano xt rear derailleur.jpg Die meisten Kettenschaltungen können heute indiziert geschaltet werden, das heißt, es gibt für jedes mögliche Zahnrad eine definierte Stellung der Schalthebel. Kettenschaltungen sind sowohl üblich in Kombination mit Nabenschaltungen wie auch als alleinige Schaltmöglichkeit. Abhängig vom Einsatzzweck des Fahrrades kommen Schaltungen mit 22-44 Zähnen Mountainbike (meist dreifach) oder 30-55 Zähnen Rennrad (zweifach 34-50, 39-53 oder dreifach) vorne zum Einsatz. Hinten variiert die Zahl der Ritzel bis zu zehn, bei Zähnezahlen von 11 bis zu 34 Zähnen. (Rennräder oft nur bis 21 oder 25). Bei drei Kettenblättern vorne und zehn Ritzeln hinten wären 30 Gänge theoretisch schaltbar. Aufgrund des hohen Verschleißes und der Geräuschentwicklung ist jedoch ein Teil der Gänge, bei denen die Kette besonders schräg läuft, nicht empfehlenswert. Außerdem sind einige Gänge in ihrer Übersetzung nahezu identisch und daher doppelt vorhanden. Hier ergibt sich z. B. bei einer 27 Gang Schaltung eine Zahl von 14 (!!) verwendbaren bzw. realen Gängen.

Hersteller von Kettenschaltungen sind beispielsweise Firmen wie Shimano und Campagnolo, die heute noch Standards setzen, und andere Firmen wie SRAM (früher bekannt als Sachs) oder FSA.

Funktion

Der Schaltzug wird von einem Schalthebel oder Drehschalter aus betätigt. Diese Drehbewegung wird über den Seilzug auf das Schaltwerk übertragen, das dann den Schaltvorgang ausführt. Kettenschaltungen führen die Kette im Schaltwerk um zwei Kettenrädchen herum. Die Kettenleitrolle wird von einem Parallelogramm per Seilzug für den Schaltvorgang seitlich geschwenkt, sodass die geführte Kette von einem Ritzel auf das nächste gelangt. Um den Längenunterschied auszugleichen (größere Ritzel benötigen mehr Kettenlänge als kleinere) ist eine Kettenspannrolle unterhalb der Kettenführungsrolle platziert. Diese wird um die Lagerungsachse des Käfigs geschwenkt und von einer Rückholfeder gespannt, sodass immer die gleiche Kettenspannung anliegt, egal über welches Ritzel die Kette gerade geführt wird.

An diesem einfachen Prinzip hat sich bis heute nur wenig geändert und doch haben die Kettenschaltungen einen Entwicklungsschub hinter sich, der sich vor allem in den Feinheiten des Schaltvorganges niederschlägt. Er begann vor über 20 Jahren mit den ersten Indexschaltungen („Positron“ von Shimano und „Comander“ von Sachs).

Bis zu jener Zeit waren die Kettenschaltungen fast ausschließlich den Sport-Radfahrern vorbehalten. Denn es galt den stufenlosen Schalthebel gefühlvoll genau soweit zu bewegen, bis die Kette auf dem nächsten Ritzel umgesprungen ist. Da damals keine Rasterung vorhanden war und auch die Ritzelform noch nicht der Kettenbewegung angepasst war, musste sogar zunächst leicht über den eigentlichen Gang hinaus geschaltet werden, um dann nach Aufliegen der Kette auf dem Ritzel den Schalthebel wieder leicht zurückzunehmen. Mit der Rasterung (genannt Indexierung) der Schalthebel konnte dies nun auch der Normalradfahrer bewerkstelligen. Da es anfänglich doch noch kräftig ratterte bis die Kette den Klettervorgang auf das nächste Ritzel bewältigte, musste die Schaltfunktion stetig weiter verbessert werden.

Kettenschaltung-einstellen-018.jpg Der technische Durchbruch gelang 1984, als Shimano bei der Dura Ace-Schaltung das Schrägparallelogramm von Suntour übernahm. Mit einem um etwa 25 Grad schräg angeordneten sogenannten Schrägparallelogramm verläuft der Schwenkweg der Schaltschwinge nicht nur nach innen, sondern gleichzeitig auch nach unten. Das entspricht zum einen der Kletterbewegung der Kette, zum anderen folgt die Schaltschwinge der Ritzelböschung. Dies bedeutet: Je weiter die Schaltung nach innen schwenkt, um so weiter schwenkt die Kettenführungsrolle nach unten ab und hält damit den Anstand zu den nach innen größer werdenden Ritzeln nahezu konstant. Eine zweite Rückholfeder schließlich garantiert, daß egal mit welchen Zahnunterschieden das Ritzelpaket bestückt ist, der Abstand vom oberen Kettenrädchen zu den Ritzeln immer zwischen 1 1/2 und 2 1/2 Kettenglieder beträgt. Das nun ist wiederum die optimale Voraussetzung für den nächsten Schaltschritt. Denn wird dieser Abstand größer, erfolgt der Gangwechsel nur zögerlich, da sich die seitlich bewegliche Schaltungskette zu weit abbiegen kann. Ist der Abstand zu klein, kann die Kettenleitrolle auf den Ritzeln schleifen.

Der nächste Innovationsschub revolutionierte die Fahrradwelt: Mit ihrer „Hyperglide“-Zahnform ermöglicht Shimano im Jahre 1988 das Schalten sogar unter Last und das kam den Mountainbikern gerade recht, denn immer wieder gibt es bei plötzlichen Steigungen Situationen, in denen nur ein Gangwechsel vor dem Stillstand des Rades bewahren kann. Das Geniale dieser Zahnform: Die Kette muss nun zum Gangwechsel nicht mehr über die Zahnspitzen hinweg auf das nächste Ritzel klettern, sondern sie läuft, Zahn in Zahn greifend von einem Ritzel auf das nächste über. Um dies zu erreichen wurde einmal die Zahnhöhe drastisch gekürzt, zum anderen der Zwischenraum von Zahn zu Zahn wannenförmig vergrößert und letztlich „Überlaufstellen“ geschaffen: An den Stellen, an denen die Zähne der benachbarten Ritzel nebeneinander stehen (diese Situation ist bei Ritzeln mit einem Zahn Unterschied einmal, bei zwei Zähnen Unterschied zweimal und bei drei Zähnen entsprechend dreimal usw. der Fall) wird die Zahnhöhe weiter reduziert (sie sehen fast wie abgebrochene Zähne aus, was des Öfteren zu Verwunderung von Unkundigen führt). Außerdem sind hier die Zähne seitlich flacher, so dass die Kette hier diagonal vom einen auf das andere Ritzel verlaufen kann.

Übersetzung und Ablauflänge

Zur Bestimmung des „Raumgewinns“, d. h. der Strecke, die man mit einer Kurbelumdrehung zurücklegt, ist im Radsport wie im Alltagsgebrauch des Fahrrades die Kenntnis der Größe des Kettenblatts und des Ritzels nicht ausreichend. Vielmehr muss zur Bestimmung der sogenannten Ablauflänge bei einer Kurbelumdrehung die Größe des Hinterrades und damit der Umfang dieses Rades berücksichtigt werden.

Die Ablauflänge L bestimmt sich dann aus allen drei Größen als

L=\frac{U \cdot Z_K}{Z_R}

(worin Z_K die Zähnezahl des Kettenblatts; Z_R die Zähnezahl des Ritzels; U der Umfang des Hinterrades)

Die Wahl der Zähnezahl der beiden (drei) Kettenblätter im Verhältnis zu einander und zu den zur Verfügung stehenden Ritzeln (man spricht vom Ritzelpaket oder der Kassette) ist sehr komplex. Da sich das Übersetzungsspektrum beider Kettenblätter überschneidet, muss eine Lösung gefunden werden, bei der möglichst wenige der „gangbaren“ Übersetzungen doppelt vorkommen. Als gangbar gelten Übersetzungen, bei denen der Kettenschräglauf nicht zu groß ist – bei den heute üblichen 9- bzw. 10-fach-Kassetten sollten die beiden größten Ritzel nicht mit dem großen Kettenblatt, die beiden kleinsten Ritzel nicht mit dem kleinen Kettenblatt kombiniert werden.

Noch bis in die 60er Jahre wurde aus diesem Grund der sog. „Stufenkranz“ verwendet. Bei dieser Variante „griffen“ die Übersetzungen des kleinen Kettenblatts in die Lücken, die durch die 2-Zähne-Abstufung des Ritzelpakets bei Verwendung des großen Kettenblatts entstanden.

Heute dagegen werden Ritzelpakete verwendet, bei denen die Ritzelabstufung jeweils eine Differenz von einem Zahn aufweist und sich das Übersetzungsspektrum des kleinen Kettenblatts bei Vernachlässigung der nicht „gangbaren“ Übersetzungen mit einem kleinen Überschneidungsbereich an das des großen Blatts anschließt. Aus diesem Grunde wird im Straßenradsport heute fast ausschließlich die Kettenblatt-Kombination 53/39 verwendet. Mit einer Ritzel-Kassette, die bspw. die Ritzel 11-12-13-14-15-16-17-18-19-21 hat, schließt sich so an die letzte „gangbare“ Übersetzung 53/18 mit einem Übersetzungs-Quotienten von 2,94 die Übersetzung 39/14 mit einem Quotienten von 2,79 an – im Überschneidungsbereich sind die Übersetzungen 53/19 und 39/14 mit 2,789 bzw. 2,786 sowie 53/18 und 39/13 mit 2,94 bzw. 3,00 nahezu identisch. Der verbleibende Überschneidungsbereich ist durchaus gewollt, weil sich dadurch der doppelte Schaltvorgang (Kettenblatt- und Ritzelwechsel) in bestimmten Rennsituationen vermeiden läßt.

Siehe auch

Gangschaltung

Weblinks

Gangschaltung | Getriebelehre

Derailleur gears | Dérailleur | Dérailleur | Przerzutka rowerowa

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Funktion

Übersetzung und Ablauflänge

Siehe auch

Weblinks