Grundlagen der Innenlagertechnik

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Warst Du jemals ob der vielen "Standards" bei Innenlagern verwirrt? BSA- vs. Italienisches Gewinde? BB30, BB86 oder BB90?

Keine Sorge: Hier kommt die Fibel für alle Aspekte von Innenlagern. Dabei geht es hier sowohl um die Geschichte mit ihren bescheidenen Anfängen bis hin zu den aktuellen Technologien. Hier findest Du alles, was Du über das Innenlager wissen musst ...

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Die Grundlagen

Das Innenlager ist eine kritische Komponente bei jedem Antriebsstrang. Es verbindet die linke und rechte Kurbel und hat somit direkten Einfluss auf die Kraftübertragung von den Beinen des Fahrers auf den Boden.

Das Konzept des Innenlagers ist so einfach, dass es eigentlich jeder verstehen kann. Wenn es jedoch um die verwendeten Technologien geht, wird es bisweilen verwirrend. Jährliche inkrementelle Änderungen (in Kombination mit einem Bündel proprietärer Technologien der großen Hersteller) haben den Markt mit einer Variationsbreite geflutet, die für den Durchschnittsradfahrer sehr unübersichtlich ist. In diesem Artikel werden alle Typen von Innenlagern aufgelistet, denen man gewöhnlich begegnet und in leicht verständlichem Format aufbereitet. Vom Mountainbike bis zum Rennrad, mit Gewinde oder verpresst, integriert oder außenliegend ... alles lässt sich hier finden.

Woher kommen die ganzen Varianten?

Innenlagerkompatibilität ist eines der verwirrendsten Themen für Anfänger und auch erfahrene Fahrradfahrer. Vor vielen Jahren war es einfach: Es gab nur ein Innenlagerdesign. Es war widerstandsfähig, haltbar und einfach zu warten. Es wurde zumeist als OPC bzw. Ashtabula bezeichnet und bestand zum Großteil aus einem Stück. Das heißt, dass die linke Kurbel, die Achse und die rechte Kurbel aus einem einzigen Stück Metall bestanden. Es wurde von zwei eingepressten Konen im Tretlagergehäuse gehalten. Wenn Du ein älteres Fahrrad, ein neueres Kinderfahrrad oder Baumarktrad Dein Eigen nennst, stehen die Chancen gut, dass Du eine solche Kurbel dort wiederfindest.

OPC-Kurbel

So widerstandsfähig und einfach diese Kurbeln auch sind, sie sind schwer und relativ weich. Komponentenhersteller fanden irgendwann heraus, dass sie eine Menge Gewicht sparen und einiges an Steifigkeit gewinnen können, indem sie Einzelteile aus leichterem Material herstellten. Jedoch konnte dies nur erreicht werden, indem der Aufbau der Innenlager geändert wurde. Damit wurde ein Innovationsfeuerwerk in der Fahrradindustrie gestartet. Leider verpasste man es, eine gemeinsame Standardplattform zu definieren. Die rasante Entwicklung machte neue Technologien schnell zu veralteten.

Innenlager mit ungekapselten Lagern

Innenlager ohne gekapselte Kugellager

Vor den 1990er Jahren waren Innenlager mit freiliegenden Kugellagern der Standard bei fast allen Fahrrädern, die nicht im Bau- oder Supermarkt erworben wurden. Bei einigen billigen bis mittelmäßigen Fahrrädern ist dies auch heute noch der Fall. Das System besteht aus einer soliden Achse mit frei liegenden einzelnen Lagern, die meistens in Halteringen um die Achse platziert werden. Mit dieser Technologie kam zum ersten Mal die Vierkantaufnahme auf. Sie hat ihren Namen von den viereckigen Enden, der Achse, auf die die Kurbeln aufgepresst und mit einer Schraube gesichert werden. Weitere Aufnahmesystem werden später in diesem Artikel behandelt.

Die Geburt der Patronenlager

Ein Shimano Innenlager mit Vierkantaufnahme mit eine Lagerkartusche auf der linken Seite

Die ungekapselten Lager wurden inzwischen fast vollständig durch ein anderes System, das als Patronenlager bekannt ist, abgelöst. Dieses System ist deutlich unkomplizierter und hat eine wesentlich längere Lebensdauer. Das aufwändige System wurde damit durch eines abgelöst, das im Prinzip nur noch aus zwei Komponenten besteht. Dieses System besteht aus dem Patronenlager (aha!), das auf der linken Seite des Tretlagergehäuses eingeschraubt wird und einem Lockring, der in die rechte Seite des Tretlagergehäuses eingeschraubt wird und die Patrone in Position hält. Die Patrone enthält dabei die gesamte Mechanik, die aus der Achse und den Kugellagern besteht. Bei älteren Patronenlagern kann dieses System auch verpresst statt verschraubt sein.

Die Lagerkartusche beinhaltet beide Lagereinheiten in einem System

Diese Art von Lageraufbau befindet sich heutzutage in fast jedem Fahrrad. Im Highend-Markt zeichnen sich allerdings schon Änderungen ab. Jedoch hat dieses aktuelle System das regelmäßige Warten von Innenlagern überflüssig gemacht und lässt sich sehr einfach und preiswert tauschen.

Gewinde und Größen

Das Tretlagergehäuse ist der Teil des Rahmens, in den das Innenlager eingebaut wird, über das die Kurbeln verbunden sind. Das Gehäuse gibt es in mehreren Varianten bzgl. Größe und Gewindegrößen.

Obwohl Patronenlager auf den ersten Blick einfach aussehen, passt noch lange nicht jedes Innenlager in jedes Tretlagergehäuse. Wenn man ein Patronenlager in einen Rahmen montieren möchte, muss man dieses in das Tretlagergehäuse hineinschrauben. An dieser Stelle wird es jedoch heikel, weil jeder Rahmen von verschiedenen Herstellern in unterscheidlichen Tretlagergehäusebreiten und Gewindegrößen (TPI) geliefert werden kann. Die meisten Hersteller bleiben jedoch bei einem der verbreiteten Maße britisch (BSA), italienisch (ITA), französisch oder schweizerisch, die jedoch alle Ihr speziellen Gewindemaße und -richtungen haben. Die meisten Rahmen haben das britische System (1,37" x 24 TPI). Italienische Rahmenhersteller (z.B. Colnago, Pinarello, etc.) verwenden das italienische System (36mm x 24 TPI). Französisches Maß bedeutet 35mm x 25,4 TPI. Die Breite des Tretlagergehäuses unterscheidet sich ebenfalls. Britische und französische Rennrad-Rahmen haben 68mm; bei britischen, französischen (und vor allem amerikanischen) Mountainbikes findet man meist 73mm. Einzig italienische Rahmen haben eine Innenlager-Breite von 70mm. Als zusätzliche Schwierigkeit stellt sich hierzu noch ein, dass die Gewinderichtung von Rahmen und Innenlager passen müssen. Daher musst Du unbedingt sicher sein, ob es sich beim Rahmen um einen solchen mit Links- oder Rechtsgewinde im Tretlagergehäuse handelt. Falls Du das selbst nicht ermitteln kannst, so hilft Dir sicher dein lokaler Fahrradhändler weiter.

Kurbelaufnahmen

Wenn das Innenlager einmal montiert ist, können die Kurbeln befestigt werden. Es gibt viele verschiedene Aufnahmesysteme. Das Aufnahmesystem der Kurbel muss zum Aufnahmesystem des Innenlagers passen. Ursprünglich wurde das Vierkantaufnahmesystem entwickelt, bei dem die Kurbeln ein quadratisches Loch haben und auf die quadratische Achse des Innenlagers geschoben werden. Achse und Achsaufnahme in der Kurbel sind konisch – Schrauben pressen dabei die Kurbelarme fester auf die Achse.

ISO und JIS

Dieses Miche Primato Innenlager hat eine ISO Vierkantaufnahme

Europäische und japanische Hersteller unterscheiden sich in der Form der Vierkantaufnahme. Es existieren de facto zwei Standards, die in der internationalen Fahrradgemeinschaft überlebt haben. Die Europäer haben die ISO-Vierkantaufnahme erfunden und die Japaner den JIS (Japanischer Industrie Standard). Die beiden Aufnahmen ähneln sich sehr stark in ihren Abmessungen. Die ISO-Aufnahmen sind jedoch zum Ende hin etwas schmaler. Logischerweise haben die meisten europäischen Hersteller (Campagnolo etc.) den ISO-Standard adaptiert und die japanischen Hersteller (Shimano, Sugino etc.) den JIS-Standard. Eine interssante Anmerkung noch: Die japanischen NJS Teile, die häufig von den Fixed Gear-FAns für ihre hochwertigen (Keirin-)Bahnräder bevorzugen, haben den europäischen ISO-Standard. Auch weitere Teile sind nach dem europäischen ISO Standard hergestellt. NJS-Standards sind nach dem Vorbild von Campagnolo-Teilen (z. B. in Bezug auf Gewindegrößen) hergestellt.

Weiterentwicklung über die Vierkantaufnahme hinaus

Von links nach rechts: Klassische Vierkantaufnahme, Octalink V1, Octalink V2, ISIS-Aufnahme

Dies war jedoch erst der Anfang der Verwirrung. Die großen Hersteller gaben die klassischen Vierkantaufnahmen für neue proprietäre Aufnahmesystem auf, als Innovationen und Marketingtypen sich verbreiteten. Die erste Firma am Markt war Shimano mit ihrem neuen Octalinksystem. Hier wird die [[Kurbel]n auf einen die Innenlagerachse mit acht Zähnen, die in achte Vertiefungen in der Kurbel passten, aufgeschoben. Octalink löste das klassische Vierkantaufnahmesystem ab.

Das Octalinksystem brachte einige Vorteile mit sich. Die Aufnahme war verwindungssteifer und sorgte dafür, dass der Fahrer mehr Kraft aus den Beinen in das mechanische Antriebssystem als bei der Vierkantaufnahme übertragen konnte. Bei dieser Weiterenticklung der Innenlagertechnik ging Shimano so weit, dass sie das System patentieren ließ und Lizenzgebühren für die Verwendung anderer Firmen verlangte. Dadurch wurde das System unerreichbar teuer für andere Kurbelhersteller.

Einige Firmen sprangen auf den Zug auf und zahlten. Andere jedoch wollten diese Monopolstellung nicht akzeptieren und suchten eine offene Alternative zum Octalinksystem. Das heißt, diese Alternative sollte jedem anderen Unternehmen offen stehen, ohne dafür Lizenzgebühren bezahlen zu müssen. So sollte ein international anerkannter Standard geschaffen werden. Die führenden Unternehmen King Cycle Group, Truvativ und Race Face taten sich für die Entwicklung des ISIS-Standards zusammen. Dieses System war dem Shimanosystem sehr ähnlich. Es wurden jedoch zehn statt der acht Zähne benutzt. Beide Aufnahmesystem sind immer noch weit verbreitet. ISIS ist jedoch etwas populärer, da es mehr Auswahl an Komponenten gibt.

Außenliegende Lager

Bei außen liegenden Lagern sind die Kugellager außerhalb des Tretlagergehäuses aufgeschraubt. Auf diesem Bild sieht man die silbrigen Ringe zwischen Tertlagergehäuse und Kurbeln.

Jetzt war das Rennen nach immer steiferen und leichteren Innenlagern und Kurbelsystemen eröffnet Der Fokus wurde weg von der Kurbelaufnahmen hin zu strukturell überlegenen Aufbauten verlagert. Bei fortschreitender Entwicklung merkten die Ingenieure, dass sie durch den Durchmesser des Standardtretlagers eingeschränkt wurden. Um die Kraftübertragung zu optimieren mussten die Hersteller einen Weg finden, den Durchmesser der Tretlagerachse zu erhöhen. Dadurch mussten wiederum die Kugellager kleiner werden, damit die ganze Konstruktion in einem Tretlagergehäuse Platz fand.

Kleinere Lager bedeuten aber kürzere Lebenserwartung, die man jedoch nicht opfern wollte. Daher war der Achsendurchmesser bis zum Maximum ausgereizt. Dieses Problem war die Geburtsstunde der außenliegenden Lager. Bei ihnen werden die Lager außerhalb des Tretlagergehäuses platziert. Das schaffte Platz für große Kugelleger und gleichzeitig größere Achsendurchmesser in einem Standardtretlagergehäuse. Man bedenke, das bisher der gesamte Aufbau sowohl bei Vierkant-, Octalink- und ISIS-Aufnahmen vollständig innerhalb dieses Gehäuses untergebracht wurden. Die Lager nach außen zu verlegen, schaffte genau den Platz gegenüber den klassischen Systemen, den man für größere Achsendurchmesser und Kugellager benötigte.

Achsdurchmesser konnten jetzt bis zu 24mm betragen. So wurden die Achsen widerstandsfähiger und steifer als je zuvor. Das war ein gewaltiger Fortschritt, der zu steiferen Kurbel- und Innenlageraufbauten führte. Dieses System ist heutzutage (im Jahr 2010) weit verbreitet. So gut wie jeder Hersteller hat seine eigene Version eines Innenlagersystems mit außenliegenden Lagern auf den Markt gebracht. Die verbreiteten Systeme sind Shimanos Hollowtech II, Race Face X-Type, FSA MegaEXO und von Truvativ/SRAM das Giga X Pipe (GXP) System. Dieses hier aufgezählte Systeme zählen zu den meistverkauften Systemen am heutigen Markt. Alle Systeme sind sich im Prinzip sehr ähnlich und haben ihr exklusives Design in Bezug auf Innenlager-/Kurbelaufbau.

Campagnolos Ultra Torque Innenlager

Es sollte angemerkt werden, dass Campagnolos Ultra Torque-System ebenfalls eines mit außenliegenden Lagern ist. Jedoch ist jede Kurbel mit jeweils einer Hälfte der Achse verbunden. Sie stoßen in der Mitte des Tretlagergehäuses aneinander und verzahnen sich dort. Es ist das einzige System, das so funktioniert.

BB30

Ein Tretlager, das den BB30 Standard nutzt

Hast Du etwa gedacht, das wars schon? Innenlager mit außen liegenden Lagern sind recht neu am Markt. Jedoch zeichnet sich mit dem BB30-System schon wieder eine Innovation am Horizont ab. Bei der Tour de France 2000 hat Cannondale dieses System eingeführt. Das System benötigt einen größeres Tretlagergehäuse und bietet Raum für noch größere Achsen mit, genau, 30mm Durchmesser. Das ist noch 6mm mehr als bei den Systemen mit außenliegenden Lagern. Klassische Tretlagergehäuse haben einen Innendurchmesser von ungefähr 34mm. Das BB30-Gehäuse hat einen Innendurchmesser von 42mm.

Das BB30 System hat keine Gewinde. Die Lager werden direkt in das Gehäuse gepresst, statt auf Lagerschalen zu sitzen, die eingeschraubt werden müssten. Das spart Gewicht, da einige Teile und Material für die Gewinde eingespart werden können.

Ähnlich wie das ISIS-Konzept ist der BB30 Standard offen. Cannondale hat das System zunächst proprietär entwickelt. Man erkannte jedoch das Potential und wollte die Fehler von Shimano mit dem Octalink-System vermeiden. Daher ist es jnun als internationaler Standard publiziert und kann frei von jedem Hersteller verwendet werden.

Viele Experten in der Fahrradindustrie sagen eine große Zukunft des BB30-Systems voraus. Das System ist das steifste und leichteste, das den Markt bisher erreicht hat. Der vielleicht größte Vorteil scheint jedoch zu sein, dass es jedem Hersteller gleichermaßen offensteht und damit eine gute Grundlage für eine weltweite Akzeptanz darstellt. Im Moment ist das System jedoch ausschließlich auf sehr hochwertige Fahrräder beschränkt. Für eine breite Akzeptanz müssen neue Tretlagergehäuse verbreitet in allen Fahrradrahmen verbaut und spezielle Kurbeln für dieses System entwickelt werden. Die Ersteinsteiger bei dieser Technologie sind SRAM und FSA. Bei SRAM kann man die Force, Red und XX Kurbeln und bei FSA die Gossamer, Afterburner, SL-K und K-Force Kurbelsysteme mit einer BB30-Option erstehen. Man hat einen großen Performancevorteil erreicht, jedoch müssen auch größere Tretlagergehäuse um den BB30 Standard entstehen. das wird sehr wahrscheinlich noch ein paar Jahre in Anspruch nehmen, bevor es bei allen Herstellern die Produktlinien durchdrungen hat.

BB86/BB90

Manche Rahmenhersteller wie Scott, Trek und Giant entwickelten das BB30-System sogar noch weiter. Dabei entstand das integrierte Innenlager. Dieses System benötigt eine noch andere Größe des Tretlagergehäuses. Die Technologie hinter dem BB86/BB90-System ist der des BB30-Systems sehr ähnlich. Es gibt jedoch außen liegende Lagerschalen und zweiteilige Kurbeln. Die Kugellager werden in den Rahmen gepresst und Lagerschalen und Kurbeln von außen aufgesetzt. Das System ist noch leichter als die vorherigen Systeme. BB86 und BB90 haben ihre Namen von der benötigten Gehäusebreite (86mm bzw. 90mm). Das BB30-System ist nach dem Achsendurchmesser benannt. Shimano kocht wieder sein eigenes Süppchen mit ihrer proprietären Adaption namens Press Fit. Keines der derzeit am Markt befindlichen Systeme von Shimano ist auf das BB30 System ausgerichtet. Shimano investiert weiterhin in das zu allen anderen inkompatible Press Fit-System.

Exzenter

Dieses exzentrische Innenlager erlaubt es, die Achse im Tretlagergehäuse zu bewegen um eine perfekte Kettenspannung zu gewährleisten.

Zuletzt wollen hier die exzentrischen Innenlager besprochen sein. Diese werden oft an Singlespeedern, Nabenschaltungsrädern und dem Captain-Sitzplatz von Tandems benutzt. Ihr Aufbau erlaubt es, das Innenlager leicht zu rotieren, um die Kettenspannung anzupassen. Die Hinterradnabe kann so ihre Position behalten.

Zur Orientierung

Keramiklager haben für ziemliche Bewegung im hochpreisigen Highend-Markt gesorgt, da sie leichter, haltbarer und leichtläufiger sind als ihre Stahlpendants. Sie kosten nur ein bisschen mehr und viele Leute sind überzeugt, dass sie einen Performancevorteil bieten. Einige wenige sehr hochwertige Fahrräder werden mit Keramiklagern ausgestattet. Es gibt sie als Ersatzteile für diverse Größen der einzelnen Hersteller zu kaufen

Blick in die Zukunft

Die Innenlagertechnologie ist eine sich ständig weiterentwickelnde Nische und wir sind uns weit entfernt von einem lang anhaltenden Standard. Wie auch beim Steuersatz fördern ständige und schnelle Innovationen neuere Standards, die zu besseren Produkten und Materialien führen. Die Innenlagerkriege sind noch lange nicht vorüber und es ist nur eine Frage der Zeit, bis derzeit aktuelle Standards veraltet sind und sich steifere, leichtere und haltbarere Designs durchgesetzt haben.

Jetzt einmal tief durchatmen... Für den Moment kannst Du Dich glücklich schätzen, auf dem neuesten Stand zu sein.

Siehe auch

Quelle

Dieser Artikel basiert auf dem Artikel Bottom Bracket Tech Breakdown von der Website http://www.bikerumor.com. Originalautor des Artikels ist Brad Sohner.