Alles über Nabenschaltungen
Seit der ersten Dekade des 20. Jahrhunderts sind Nabenschaltungen - normalerweise Drei-Gang-Modelle - eine praktische und zuverlässige Gangschaltungsoption für Fahrradfahrer. Mit der zunehmenden Popularisierung der Kettenschaltung zu Beginn der 1970er Jahre wurden Nabenschaltungen unmodern (zumindest auf dem US-Markt). Das ist sehr unglücklich, weil für Gelegenheits- und Nutzlastfahrer Nabenschaltungen sehr zweckdienlich sind.
Nabenschaltungen sind zuverlässiger als Kettenschaltungen und benötigen wesentlich weniger Wartung. Die Übersetzungssprünge der obersten Gänge machen übergroße Kettenblätter bei kleinen Laufradgrößen (zum Beispiel bei Falträdern) unnötig. Anders als bei Kettenschaltungen können Nabenschaltungen auch im Stand geschaltet werden. Das ist vor allem bei Stop-and-Go Verkehr in der Stadt sehr vorteilhaft.
Nabenschaltungen sind tendenziell schwerer als Kettenschaltungssysteme und manchmal etwas ineffizienter bei manchen Gängen. Die direkte (1:1) Übersetzung im mittleren Gang ist effizienter als bei Kettenschaltungen, da hier kein Zug von den Schaltwerkröllchen entsteht. Bei den meisten Nabenschaltungen kann man keine Schnellspanner einsetzen.
Solltest Du Dich für ältere Fahrräder oder historische Schaltungen interessieren, schau doch einmal beim Artikel Wartung englischer Drei-Gang-Fahrräder vorbei.
Wie eine Nabenschaltung funktioniert
Nabenschaltungen funktionieren nach dem Prinzip des Planetengetriebes
Die einfachen Drei-Gang-Naben haben ein einzelnes Sonnenrad, das fest mit der Achse verbunden ist. Drei oder vier identische Planetenräder greifen in das Sonnenrad und rotieren um dieses herum. Die Planetenräder greifen in einen Hohlrad, das sie umgibt. Dieser hat innenliegende Zähne und ist sozusagen ein umgekehrtes Zahnrad.
Während die mit dem Planetenkäfig verbundenen Planetenräder kreisen, umrundet das Hohlrad vier mal und der Planetenkäfig drei Mal die Achse. (Manche Modelle haben andere Verhältnisse).
- Der kleinste Gang hat ein Zahnrad, das das Hohlrad antreibt, während der Planetenkäfig die Nabe antreibt. Daher wird das Laufrad dreimal sein Zentrum umkreisen, während das Ritzel viermal sein Zentrum umkreist. Dadurch wird die Übersetzung also um 25% verringert.
- Im mittleren Gang wird das Ritzel immer noch vom Hohlrad angetrieben, das wiederum direkt die Nabe antreibt. Daher ist die Übersetzung direkt (1:1). Die internen Teile bleiben jederzeit in Bewegung, haben jedoch keinen Effekt im mittleren Gang.
- Der höchste Gang bewegt den Antrieb des Ritzels gegen den Planetenkäfig, während das Hohlrad weiter den Nabenkörper antreibt. Daher wird die Naben viermal ihr Zentrum umkreisen, während das Ritzel nur dreimal sein Zentrum umkreist. Damit wird die Übersetzung um 33% erhöht.
Naben mit mehr als drei Gängen haben zwei oder drei Planetensysteme und/oder abgestufte Planetenräder mit zwei oder mehr Sätzen von Zähnen nebeneinander. Dazu gibt es einen detaillierteren Artikel von John Allen: Nabenschaltungstheorie
Abgestufte Planetenräder müssen aufeinander abgestimmt sein, wenn man die Naben neu aufbaut. Die Sektionen müssen so zueinander passen, dass die Zähne ineinander greifen. Anderenfalls kann die Nabe sperren und beschädigt werden.
In den späten 1990er Jahren gab es eine Art Renaissance von Nabenschaltungen als neue Sieben-Gang Naben mit großer Übersetzungsbandbreite entwickelt wurden. Seitdem hat es einiges an Fortschritten gegeben. Der Markt wird im Wesentlichen von vier Marken beherrscht, die Gangschaltungen mit bis zu 14 Gängen herstellen. Drei-Gang und Fünf-Gang Modelle werden immer noch hergestellt und bieten eine ökonomische und praktische Alternative.
Schmierung
Ältere Nabenschaltungen haben einen Öleinfüllstutzen am Nebenkörper. Ölschmierung erzeugt weniger Widerstand als Fettschmierung und wäscht Verschleißpartikel, Schmutz und Wasser aus dem System. Man sollte Maschinenöl und keine Sprühschmierung (oder anderes dünnes Öl) benutzen. Zusätzlich kann man Fett für die Lager benutzen, um eine Abdichtung gegen austretendes Öl zu erhalten. Bei gedichteten Lagern ist das nicht nötig.
Die Rohloff Speedhub und die Shimano Alfine Elf-Gang-Naben werden mit Öl geschmiert. Andere aktuelle Nabenschaltungen werden mit Fett geschmiert. Ab Werk benötigen sie periodische Reinigung und Austausch der Schmierung, die die Zahnräder nicht verklebt. Shimano verkauft ein Nachschmierungsset für fettgeschmierte Naben. Leider werden viele Naben mit nicht adäquater Schmierung verkauft. Auch wird oft vom Ausfall von fettgeschmierten Naben in feuchten klimatischen Bedingungen durch Wasserverschmutzung berichtet. Bessere Schmierung vermeidet das Problem.
Am Besten ölt man über die Ölzuführung, wenn man die Nabe neu aufbaut, um einen frischen Neustart zu ermöglichen. Gleichzeitig sollte man die Lager neu schmieren. Das ist eigentlich auch bei neuen Naben notwendig. Dabei kann man der Anleitung von Aaron's Bike Repair Seiten folgen, nachdem man sich durch die Horrorbilder von völlig verlotterten Naben gescrollt hat. Man sollte jede Menge von nicht wasserlöslichem Marinefett für die Lager verwenden. Damit bleibt Wasser draußen und Öl innen. Für die innenliegenden Teile kann man weißes Lithiumfett einsetzen. Insbesondere für moderne Naben, die das Öl schlecht halten, ist das ratsam. Phil Wood Tenacious Öl auf den Sperrklinken und im Nabenkörper geschüttelt kommt dahin, wo sonst kein Fett auftragbar wäre.
Eine Nabenschaltung mit einer Hohlachse kann neu geölt werden, indem man den die Schaltkette entnimmt und in das offene Ende Öl laufen lässt. Das Scheibenbremsodell der SRAM i-Motion neunfach Nabe kann durch ein Loch der Scheibenverschraubung geölt werden. Man sollte alle Löcher zwischen den Ölungsvorgängen mit Maschinenschrauben verschließen. Bei einer Nabe, die keiner dieser Tricks zulässt, kann man eine Sturmey-Archer Ölkappe montieren. Das kann man mittels eines 5.5 mm Bohrers und einem 1/4 Zoll 28 TPI Gewindebohrer erledigen. Ein einfacher aber weniger komfortabler Weg ist das Entfernen des linksseitigen Konus und das Einfüllen des Öls entlang der Achse.
Öl kann sich auf dem Nabenkörper sammeln und ein wenig schmutzig aussehen. Das ist jedoch kein großes Problem. Wenn sich jedoch exzessiv Öl auf dem Nabenkörper sammelt, kann das Öl entlang der Speichen bis zur Felge laufen und das Gummi der Bremsschuhe aufweichen. Beim Vorderrad wäre das gefährlich. Da sich aber die Schaltungsnabe am Hinterrad befindet, kann man einfach die Ölreste gründlich reinigen und die Bremsenfunktion wiederherstellen. Außerdem sollte man sein Fahrrad nur an einem ungeheizten (aber trockenen) Ort aufbewahren. Wenn man sein Fahrrad aus einem geheizten Raum in eine kalte und fechte Umgebung bringt, zieht sich die Luft in der Nabe zusammen und kann Feuchtigkeit in die Nabe ziehen. Wenn man sein Fahrrad nur in einer geheizten Umgebung aufbewahren kann, sollte man immer sehr genau beim Ölen der Nabe sein.
Für ältere Sturmey-Archer Drei-Gang-Rücktrittnaben gibt es ein passendes Öl. Andere Naben mit Rücktrittbremse benötigen ein spezielles Hochtemperaturfett für die Bremsschuhe. Manche Naben benutzen für den Rest des Mechanismus ein anderes Fett, damit zum Beispiel die Sperrklinken nicht verkleben. Eine Rücktrittbremse in einer Nabenschaltung ist Alles in Allem eine dumme Idee, weil die Bremse Verschleißpartikel generiert und man keine Ölschmierung benutzen kann.
Bei einer Trommelbremse kann Ölschmierung ein Problem darstellen, wenn es durch die Lager nach außen dringt und die Bremsschuhe kontaminiert. Phil Wood Tenacious Öl hat die Eigenschaft, länger innerhalb der Nabe zu bleiben als andere Öle. Wenn man sein Fahrrad liegend transportieren muss, ist es besser es auf die rechte Seite zu legen (genau gegenteilig zu Fahrrädern mit Kettenschaltung). Dadurch wird verhindert, dass das Öl in die Trommelbremse auslaufen kann. Man sollte ein Stück Pappe oder Tuch unter die Nabe legen, um Öltropfen aufzufangen (insbesondere wenn man die Nabe frisch geölt hat).
Die Rollerbrake von Shimano, die mit einer Nabenschaltung ausgestattet ist, befindet sich außerhalb des Nabenköpers und vermeidet so das Kontaminierungsproblem. Sie haben stählerne Bremsschuhe innerhalb des Stahlkörpers und müssen regelmäßig mit Hochtemperaturfett geschmiert werden.
Einstellen der Kette
Nabenschaltungen haben typischerweise ein einzelnes Ritzel und ein einzelnes Kettenblatt. Die Kette wird durch die Möglichkeit, die Nabe im Ausfallende vor und zurück bewegen zu können gespannt. Dabei sollte die Kette nur ganz leicht durchhängen. Zur Kettenspannung gibt es nähere Informationen im Abschnitt "Montage des Hinterrads" im Artikel Starrer Gang für die Straße. Bei einem Fahrrad mit vertikalen Ausfallenden benötigt man ein exzentrisches Innenlager oder einen Kettenspanner
Wenn die Kette verschleißt, wird sie länger und kann abspringen. Daher sollte die Kette periodische nachjustiert werden. Wie man dies richtig macht wird im gleichen Artikel im Abschnitt über Kettenspannung erläutert.
Sicherungsscheiben
Die Achse ist Teil des Antriebs bei der Nabenschaltung. Das kann man leicht selbst überprüfen. Wenn man das demontierte Laufrad an der Felge festhält und das Ritzel dreht, sieht man, dass sich die Achse mit dreht. Sie dreht sich rückwärts, falls die Übersetzung kleiner als 1:1 ist und vorwärts, wenn die Übersetzung höher ist.
Bei den meisten Naben verhindern Sicherungsscheiben das Mitdrehen der Achse, wenn das Laufrad montiert ist. Diese Unterlegscheiben haben eine flache Seite zur Achse hin und eine Nase, die in das Ausfallende der Achse passt. Unterschiedliche Sicherungsscheiben passen zu unterschiedlichen Modellen und Ausfallenden. Bei vielen neueren Naben ist der Schaltzug mit einer Umlenkrolle, die um die Achse rotiert, zwischen rechtem Ausfallende und Ritzel verbunden. Abhängig davon, ob das Fahrrad horizontale, vertikale oder umgekehrte (Bahn-)Ausfallenden hat, werden unterschiedliche Sicherungsscheiben benötigt, damit der Schaltzug von vorne an die Nabe eingeführt werden kann. Dabei sollte man der Anleitung zur jeweiligen Nabe genau folgen.
Eine Nabenbremse jeglicher Art muss gegen Rotation gesichert werden. Bremsen einer Nabenschaltungsnabe haben dazu meist eine Drehmomentstütze, die zusätzlich zu den Sicherungsscheiben der Gangschaltung montiert werden muss. Die Rohloff Schaltungsnaben haben eine so große Gangspreizung, dass manche Modelle mit einer Drehmomentstütze und manche mit einer Vorrichtung an den Scheibenbremsaufnahmen montiert werden.
Bei einem Fahrrad mit Hinterbaufederung ist das Gelenk zumeist vor der Hinterradnabe gelegen. Weil beim Einfedern die Nabenachse gedreht wird, wird eine Nabenschaltung den Hinterbau bei Übersetzungen geringer als 1:1 zusätzlich anheben. Das Gegenteil passiert bei höheren Übersetzungen. Das kann in einem Springstock (Pogo Stick) Effekt resultieren, das davon abhängt inwiefern die Federung und Dämpfung auf diese Gangschaltungstyp abgestimmt ist.
Ritzel und Kettenblätter auswählen
Indem man die geeignete Kombination aus Ritzel und Kettenblatt wählt, kann man die gesamte Bandbreite einer Nabenschaltung im gewünschten Maß anheben oder absenken. Die meisten aktuellen Nabenschaltungen benötigen ein Ritzel mit drei Nuten, die einen 1 3/8 Zoll Innendurchmesser haben. Sie sind zwischen den einzelnen Marken austauschbar. Diese Ritzel gibt es aus den verschiedensten Quellen von 13 bis 24 Zähnen. Jedoch passen die kleinsten Ritzel nicht auf alle Naben.
Die Rohloff Speedhub Nabe benötigt spezielle geschraubte Ritzel. Die SRAM i-Motion 9, G8 und G9 Naben sowie Sturmey-Archer 8-fach Naben benötigen proprietäre Ritzel mit speziellen Nuten. Einige wenige Sturmey-Archer Modelle haben wie auch Shimano Freilaufnaben neun Nute . Modellnummern dieser Naben enden auf "(N)".
Die meisten der gängigen Drei-Nuten-Ritzel sind für 1/8 Zoll Ketten ausgelegt. Das ist breiter als bei Kettenschaltungsketten. Die breiteren Ketten können mit schmalen Kettenblättern, die für Kettenschaltungen gemacht sind, benutzt werden. Jedoch gibt es manche Kettenblätter für Bahnräder, deren Zähne länger und breiter sind. Das erlaubt der Kette lose zu werden, ohne das die Kette direkt abspringt. Drei-Nuten-Ritzel für Kettenschaltungsketten gibt es zu kaufen, deren Zentrum erhöht gestanzt sind, damit die Nute auf die Nabe passen. Bei diesen Ritzeln sollte man auf Ketten für Sieben- oder Achtfach Kettenschaltungen zurückgreifen.
Das Ritzel der meisten Nabenschaltungen wird von einem Federring in Position gehalten. Der Federring kann mit einem flachen Schraubendreher abgehebelt werden. Dann lässt sich das Ritzel leicht von der Nabe lösen. Die meisten Ritzel, die für dieses System gemacht wurden (auch solche, die man in den obigen Bildern sieht) sind "gewölbt". So kann man die Kettenlinie in kleine Grenzen anpassen, indem man das Ritzel umdreht. Der Federring schnappt in Position, indem man wiederum einen flachen Schraubendreher als Hebel benutzt. Manche Naben können mit kleineren Ritzel versehen werden, indem man die gewölbte Seite nach Außen statt Innen montiert und so Berührungspunkte vermeidet. Manche Naben haben noch Unterlegscheiben (Spacer) unter den Ritzeln. Durch Umkehren der Reihenfolge von Spacer und Ritzel kann man die Kettenlinie zusätzlich anpassen.
Ausgenommen bei Fixed-Gear- und Rücktrittbremsennaben kann man die Lebensspanne eines Drei-Nute-Ritzels verdoppeln, indem man es umdreht, so dass der Verschleiß auf der anderen Seite der Zähne liegt. Das funktioniert natürlich nur, wenn man weiterhin eine gute Kettenlinie hat.
Nachdem man das Ritzel wieder montiert hat, ist es eine gute Idee, den Sitz des Federings zu perfektionieren, indem man mit einem Hammer und einem Locheisen rundherum diesen festklopft. Das ist insbesondere wichtig, wenn man eine Rücktrittbremse hat, weil diese versagt, wenn das Ritze herunter rutschen sollte.
Es ist recht einfach, Shimano Kassettenritzel zu modifizieren, wenn sie keine integrierten Spacer haben. Es gibt sie in den Größen 14 bis 34 Zähne. Shimano Kassettenritzel haben den gleichen Innendurchmesser wie Ritzel für Nabenschaltungen. Jedoch haben Sie neun Nute statt drei. Mit einer passenden Schleifmaschine lassen sich sechs der überflüssigen Nute entfernen. Bei den restlichen drei Nuten müssen die Kanten gerundet werden. Möglicherweise benötigt man noch einen dünnen Spacer, weil die Kassettenritzel dünner sind als Ritzel aus dem Bestand. Bei Sturmey-Archer (N) Naben kann man unmodifizierte Shimano Freilaufnabenritzel verwenden. Jedoch braucht man weiterhin einen Spacer.
Die Übersetzung kann durch die Wahl des Kettenblatts weiter angepasst werden. Das ist jedoch meist teurer als der Tausch des Ritzels. Wenn man ein größeres Ritzel oder Kettenblatt montiert benötigt man eine längere Kette.
Manche Nabenschaltungen können inzwischen mit einem Gates Carbon Riemenantrieb verwendet werden. Das hat sich als zuverlässig herausgestellt, bringt aber ein kleines Problem mit sich. Hier ist die Kettenlinie - genauer die Riemenlinie - kritischer als bei der Kette. Auch muss der Riemen immer entspannt werden, bevor man ihn (de-)montiert. Wenn man ihn seitlich über das Ritzel hebelt, wird er beschädigt und kann reißen.
Benutze Sheldons Übersetzungsrechner, um die richtige Wahl für Dich zu berechnen. John Allens tabellarische Übersicht zu Übersetzungen bei Nabenschaltungen (auf englisch) erlaubt Dir Vergleiche zwischen den Marken und Modellen zu ziehen.
Drei Gänge
Alle aktuellen Drei-Gang-Modelle außer der Sturmey-Archer S3X Fixed-Gear-Nabe haben eine große Übersetzungsbandbreite mit großen Schritten zwischen allen Gängen. So wie die Hersteller gewöhnlich Drei-Gang-Fahrräder montieren, ist die direkte (1:1) Übersetzung zu niedrig für Überlandfahrten, um den höchsten Gang nicht völlig Nutzlos werden zu lassen. Eine Drei-Gang Nabe erfüllt Ihren Zweck deutlich besser, wenn man ein größere Ritzel oder ein kleineres Kettenblatt montiert, damit man den größten Gang für Überlandfahrten nutzen kann. Der kleinste und mittlere Gang sind dann besser für Beschleunigung und Bergauffahrten geeignet. Wenn die Trittfrequenz bergab zu hoch wird, kann man einfach rollen lassen.
Sheldon hat sich gegen rollen lassen ausgesprochen. Aber ehrlich gesagt ist gelegentliches Rollen lassen besser als sich bergauf zu kämpfen und keinen richtigen Gang für flaches Gelände zu haben. Der höchste Gang einer Drei-Gang-Nabe sollte eine Entfaltung normalerweise im Bereich zwischen 5,6 und 6,4 Metern haben (entspricht eine Vortriebsverhältnis von fünf bis sechs, z.B. Kettenblatt 46 Zähne, Ritzel 22 Zähne und einem 26 Zoll Hinterrad). Das ist natürlich abhängig von der individuellen Kraft und Pedalierstil. Wenn man im kupierten Gelände lebt, in dem es immer nur bergauf und bergab geht, ist eventuell eine geringere Entfaltung wünschenswert. Klickpedalsysteme, Pedalhaken oder Riemen (nur sinnvoll ohne Rücktrittbremse sind hilfreich, höhere Kadenzen zu pedalieren. Damit ist die Kraftbandbreite höher. Das ist natürlich bei jedem Fahrrad ein Vorteil, jedoch insbesondere, wenn man große Übersetzungssprünge hat.
Fünf bis Acht Gänge
An internal-gear hub with 5 through 8 speeds generally works best if your level-ground gear is the second-highest gear, around 70 gear inches (5.6 meters development, 5.0 gain ratio, more or less depending on your strength and pedaling style). You will then have one higher gear for downhill riding or tailwinds. If you ride where there are no steep climbs, you may want the third-highest gear of a 7 or 8-speed hub to be the level-ground gear, so you don't spin out when you have a strong tailwind. All current 5-speed hubs have enough range for smart acceleration in urban riding. Hubs with 7 or 8 speeds also offer lower gears for climbing, and generally, smaller steps between gears.
Neun und mehr Gänge
If a hub has 9 or more speeds, you generally want to the level-ground gear to be the third-highest. Again, as with the hubs with fewer speeds, this depends on terrain.
Hybridschaltung
Hybrid gearing uses an internal-gear hub along with derailer gearing. Sturmey-Archer and SRAM make 3-speed hubs with splines for an 8- 9- or 10-sprocket cassette. These hubs are especially useful on bicycles which can't take a front derailer, and on small-wheel bicycles, where the hub's step-up top gear makes an oversized chainwheel unnecessary.
The stock cassettes sold with SRAM hybrid-gearing systems work OK, but I like other combinations better. The stock Shimano CS‑HG50‑8 8-speed cassette, 11-13-15-17-19-21-24-28, works well with a small wheel. On the older Sachs 3x7 system with the short 7-speed cassette body, the Shimano M cassette, 13-15-17-19-21-24-28, or the D or F cassette, 14-16-18-21-24-28-32 is good, or an 8 of 9 on 7 leaving off the smallest sprocket of a stock Shimano XT or XTR cassette -- 12-14-16-18-21-24-28-32. To use the 8 of 9-speed combinations, you need an 9-speed chain and an 9-speed shifter (or 8-speed shifter with alternate cable routing). It is also possible to build up a custom combination. Good 9-speed custom combinations are 13-15-17-19-21-23-25-28-32 and 11-13-15-17-19-21-24-28-32.
With any of these hybrid gearing systems, choose the chainwheel so the smallest sprocket and the hub's direct-drive middle gear give about 75 gear inches (6.0 meters development, 5.5 gain ratio). This is typically your level-ground cruising-along gear -- it could be a bit higher or lower depending on your strength. It is best to avoid using a very small sprocket, which will wear quickly -- though on a small-wheel bicycle, it may be more practical just to count on replacing the sprocket frequently, to avoid having to use an oversize chainwheel. Use all of the sprockets with the hub in its most efficient, direct-drive middle gear. Shifting the hub to the low or high gear gives you a couple of additional ratios at the top and bottom of the range, or a quick downshift as needed in urban traffic.
With any freewheeling internal-gear hub, you can have hybrid gearing using double or triple chainwheels. You must then also use a spring-loaded chain tensioner, which could be a rear derailer without a shifter and cable. In this way, you get to enjoy the quick shifting of the internal-gear hub in a hilly city such as San Francisco, and also have "bail-out" gears. Many hubs have splines wide enough that you could install two sprockets and shift them with a rear derailer. 13 and 15 teeth or 18 and 21 teeth split the wide steps of a three-speed nicely in half. Use derailer chain, and sprockets made for it. Use a modified Shimano cassette sprocket (see instructions) for the inner of the two. For the outer, use a dished sprocket also made for derailer chain. Such sprockets are usually stamped, like the one below, to fit in the space for a 1/8" sprocket. You may need to grind down the projections on the outward-dished side of the sprocket so you can fit all the necessary parts onto the hub's splines. With only two sprockets and/or two chainwheels, shifting is indexed even if the shifters are not!
Some internal-gear hubs are not rated for the stresses from extremely steep climbs and a heavy load, a potential problem with do-it-yourself hybrid gearing. Usually, manufacturers rate hubs in terms of the acceptable chainwheel/sprocket ratio, but this rating really amounts only to "we will make it so hard to pedal that you will get off and walk." Pushing a lower gear up the same hill actually stresses the hub less. A small rear wheel and smooth pedaling reduce stress on the hub.
Siehe auch
- Nabenschaltungstheorie
- Starrer Gang für die Straße
- Aaron's Bike Repair (englisch)
- Sheldons Übersetzungsrechner
- John Allens tabellarische Übersicht zu Übersetzungen bei Nabenschaltungen (auf englisch)
Note, 2-speeds of all kinds are covered on our coaster-brake page, though some are brakeless. Rohloff SRAM/Sachs Shimano Sturmey-Archer 14-speed All 3-speed 3-speed 4-speed 4 and 5-speed 5-speed G8, G9: 8 and 9-speed 7-speed 7-speed i_motion 9: 9-speed 8-speed 8-speed 12-speed 11-speed hybrid
Quelle
Dieser Artikel basiert auf dem Artikel Internal-Gear Hubs von der Website Sheldon Browns. Originalautor des Artikels ist Sheldon Brown - Ergänzungen von John Allen.