Fahrrad: Wie fährt es schneller?
Die Aufgabe der Fahrradschaltung besteht darin, das Übersetzungsverhältnis zwischen Tretkurbel und Hinterrad den Schwierigkeiten des Geländes anzupassen. Das Übersetzungsverhältnis ist die Zahl der Hinterradumdrehungen pro Tretkurbelumdrehung. Es bestimmt die Tretfrequenz und die Kraft, die notwendig sind, um bei vorgegebenem Widerstand eine bestimmte Geschwindigkeit zu erreichen. Um möglichst lange ermüdungsfrei fahren zu können, sollte die Kraft auf den Pedalen möglichst gering und die Tretfrequenz konstant bleiben. Dieses Ideal kann aufgrund der begrenzten Anzahl von Übersetzungsverhältnissen, welche eine Fahrradschaltung realisiert, nicht immer erreicht werden. Je nach Einsatzgebiet besitzt deshalb ein Fahrrad eine Schaltung mit unterschiedlich vielen Übersetzungsverhältnissen oder Gängen. Mountainbikes haben in der Regel 21-24, Rennräder 16 und Alltagsräder 3-7 Gänge. Man unterscheidet zwei Typen von Fahrradschaltungen: die Kettenschaltung und die Nabenschaltung.
Kettenschaltung
Bei der Kettenschaltung ist das Übersetzungsverhältnis direkt abhängig von den verwendeten unterschiedlich großen Zahnkränzen an der Tretkurbel (Kettenblätter) bzw. am Hinterrad (Ritzel), über die die Kette läuft. An der Tretkurbel befinden sich meist zwei oder drei Kettenblätter, am Hinterrad bis zu neun Ritzel. Die Übersetzungsverhältnisse werden geändert, indem die Kette jeweils auf ein anderes Kettenblatt oder Ritzel umgeschaltet wird.Da Kettenblätter und Ritzel fest mit der Tretkurbel bzw. dem Hinterrad verbunden sind, ist die Zahl der Umdrehungen des Hinterrades, bei einer Umdrehung der Tretkurbel, gleich der Anzahl der Zähne des Kettenblattes im Verhältnis zur Zahl der Zähne des Ritzels.
Zum Umlegen der Kette zwischen den Ritzeln dient der hintere Umwerfer. Er führt die Kette mittels zweier Umlenkrollen im Führungskäfig. Beim Schalten der Gänge wird über einen Seilzug der Führungskäfig mithilfe des Parallelogramms seitlich verschoben. Dadurch springt die Kette auf ein größeres oder kleineres Ritzel. Etwas einfacher ist der vordere Umwerfer aufgebaut. Er führt die Kette im Kettenleitstück. Ebenfalls über eine Seilzug betätigt, drückt das Kettenleitstück beim Schalten die Kette auf das gewünschte Kettenblatt.
Der Vorteil der Kettenschaltung liegt in der großen Anzahl von Gängen und der Möglichkeit, Ritzel und Kettenblätter individuell auszuwählen. Nachteile sind der schlechte Schutz gegen Schmutz und Nässe und dass es nicht möglich ist, im Stand zu schalten.
Nabenschaltung
Bei der Nabenschaltung ermöglicht ein System von Zahnrädern, das Planetengetriebe, den Wechsel der Übersetzung. Das Planetengetriebe befindet sich in der Hinterradnabe. Eine 3-Gang-Schaltung besteht aus einem einfachen Planetengetriebe. Auf der Hinterradachse befindet sich ein festsitzendes Zahnrad, das Sonnenrad. Auf diesem läuft ein Satz gegenseitig verbundener kleiner Zahnräder, die Planetenräder. Sie sind mit dem Planetenradträger verbunden. Über den Planetenrädern befindet sich das Hohlrad, das mit den Planetenrädern verzahnt ist. Über einen Kupplungsmechanismus, der durch einen Seilzug bedient wird, können bestimmte Teile des Systems miteinander verbunden werden. Der Kupplungsmechanismus besteht aus einem Kupplungsrad, das mithilfe eines Bolzens und einer Feder verschoben werden kann, und einem Antreiber, der fest mit dem Ritzel verbunden ist.
Im Normalgang sind Ritzel und Nabenschale miteinander verbunden. Die Nabe dreht sich also mit der gleichen Geschwindigkeit wie das Ritzel, das durch die Kette angetrieben wird. Im Schnellgang wird das Ritzel mit dem Planetenradträger und das Hohlrad mit der Nabenschale verbunden. Bei einer Drehung des Ritzels bewegen sich die Planetenräder um das Sonnenrad und treiben dabei das Hohlrad an. Abhängig von der Anzahl der Zähne auf Sonnen- und Hohlrad dreht sich das Hohlrad um einen gewissen Betrag schneller als das Ritzel. Im Berggang wird das Ritzel mit dem Hohlrad verbunden und die Nabenschale mit dem Planetenradträger. Bei Drehung des Hohlrades durch das Ritzel laufen die Planetenräder wieder um das Sonnenrad herum. Dabei wird nun aber der Planetenradträger angetrieben. Als Resultat dreht sich die Nabenschale langsamer als das Ritzel.
Neben der 3-Gang-Version lassen sich durch Kombination mehrerer Planetengetriebe auch 5- und 7-, neuerdings auch 12-Gang-Systeme realisieren. Außerdem kann zur Erhöhung der Ganganzahl die Nabenschaltung auch mit einer Kettenschaltung kombiniert werden. Ein Vorteil der Nabenschaltung ist der gute Schutz gegen Schmutz und Nässe, was sie relativ wartungsfrei macht. Nachteile gegenüber der Kettenschaltung sind das zumeist höhere Gewicht und die fehlende Möglichkeit der individuellen Gangabstufung.