Schaltwerk

Ein Schaltwerk ( / d ɪ ˈ reɪ l ər / di- RAYL -ər ; / d ɪ ˈ reɪ l j ər / di- RAYL -yər ) ist speziell eine Vorrichtung , die eine Fahrradkette von einem Ritzel zum anderen bewegt, und allgemeiner das gesamte Getriebe eines Mehrgangfahrrads mit einem solchen Mechanismus. ^{[ 1 ]}

Moderne Umwerfer und Schaltwerke bestehen typischerweise aus einer beweglichen Kettenführung, die über einen Bowdenzug ferngesteuert wird. Dieser ist mit einem Schalthebel am Unterrohr , Vorbau oder Lenker verbunden . Betätigt der Fahrer den Hebel beim Treten, ändert sich die Zugspannung des Bowdenzugs, wodurch die Kette auf verschiedene Ritzel „gesprungen“ ist.

Das Wort „Derailleur“ stammt vom französischen Wort „dérailleur“ ( [deʁajœʁ] ) ^{[ 1 ]} und bedeutet wörtlich „ Entgleisungsgerät “: eine Vorrichtung zum Entgleisen eines Zuges. ^{[ 2 ]} Die erste dokumentierte Verwendung erfolgte 1930. ^{[ 1 ] [ 3 ]}

Im späten 19. Jahrhundert wurden verschiedene Kettenschaltungssysteme entwickelt und gebaut. Ein Beispiel ist die Protean-Zweigang-Kettenschaltung, die am Whippet- Sicherheitsfahrrad verbaut wurde. ^{[ 4 ]} Der französische Radreisende, Schriftsteller und Radsportförderer Paul de Vivie (1853–1930), der unter dem Pseudonym Vélocio schrieb , erfand 1905 eine Zweigang-Hinterradschaltung, die er auf seinen Touren in den Alpen einsetzte . ^{[ 5 ]} Einige frühe Konstruktionen verwendeten Stangen, um die Kette auf die verschiedenen Ritzel zu bewegen. 1928 wurde die „Super Champion Gear“ (oder „Osgear“) ^{[ 6 ]} der Firma des Radsportweltmeisters Oscar Egg vorgestellt . Auch die Vittoria Margherita* verwendete an der Kettenstrebe montierte „Paddel“ und einen einzelnen Kettenspanner mit Hebel, der in der Nähe oder am Unterrohr angebracht war. Allerdings wurden diese Systeme, zusammen mit dem stangenbetätigten Campagnolo Cambio Corsa ^{[ 7 ],} schließlich durch Parallelogramm-Schaltwerke ersetzt .

1937 wurde bei der Tour de France das Kettenschaltungssystem eingeführt , das es den Fahrern ermöglichte, die Gänge zu wechseln, ohne die Räder ausbauen zu müssen. Zuvor mussten die Fahrer absteigen, um vom Bergab- in den Bergaufmodus zu wechseln. ^{[ 8 ]} Kettenschaltungen wurden jedoch erst 1938 zur Standardausrüstung im Straßenradsport, als Simplex eine seilzugbetätigte Kettenschaltung vorstellte.

1949 stellte Campagnolo das Gran Sport vor, eine verfeinerte Version der bereits existierenden, aber kommerziell weniger erfolgreichen, seilzugbetätigten Parallelogramm-Schaltwerke. ^{[ 9 ]}

1964 erfand Suntour das Schrägparallelogramm- Schaltwerk, das einen konstanteren Abstand der Schaltröllchen zu den unterschiedlich großen Ritzeln ermöglichte und so das Schalten erleichterte. Nach Ablauf der Patente übernahmen andere Hersteller diese Konstruktion, zumindest für ihre höherwertigen Modelle ^{[ 10 ]} , und das Schrägparallelogramm ist bis heute Standard beim Schaltwerk.

Vor den 1990er Jahren stellten viele Hersteller Schaltwerke her, darunter Simplex , Huret , Galli, Mavic , Gipiemme, Zeus, Suntour und Shimano . Die erfolgreiche Einführung und Vermarktung der Indexschaltung durch Shimano im Jahr 1985 erforderte jedoch ein kompatibles System aus Schalthebeln, Schaltwerk, Ritzel, Kettenblättern, Kette, Schaltzug und Schaltzughülle. ^{[ 11 ]}

Die wichtigsten Neuerungen seit den 1990er-Jahren waren der Wechsel von Reibungsschaltung zu Indexschaltung und die schrittweise Erhöhung der Ganganzahl. Bei der Reibungsschaltung steuert ein Hebel die stufenlos verstellbare Position des Schaltwerks. Zum Schalten bewegt der Fahrer den Hebel zunächst so weit, dass die Kette auf das nächste Ritzel springt, und justiert ihn dann leicht, um die Kette auf diesem Ritzel zu zentrieren. Eine Indexschaltung verfügt über einen Rastmechanismus , der den Schalthebel und damit auch den Schaltzug und das Schaltwerk nach einer bestimmten Bewegung bei jedem Betätigen oder Ziehen stoppt. Indexschaltungen müssen neu kalibriert werden, wenn sich die Schaltzüge dehnen oder Teile beschädigt oder ausgetauscht werden. Bei Rennrädern kamen 10 -fach- Kassetten im Jahr 2000 und 11-fach-Kassetten im Jahr 2009 auf den Markt. Die meisten modernen Mountainbikes sind mit einer dieser Kassetten ausgestattet. Viele moderne High-End-Mountainbikes verwenden mittlerweile ausschließlich Ein-Kettenblatt-Antriebe. Die Branche treibt die Anzahl der Ritzel hinten kontinuierlich voran, wie die Eagle-Gruppen von SRAM (1x12) und der kürzlich erschienene 1x13-Antrieb von Rotor zeigen. ^{[ 12 ]} Die meisten Rennräder haben zwei Kettenblätter, und Tourenräder üblicherweise drei.

Ein elektronisches Schaltsystem ermöglicht es Fahrern, mit elektronischen Schaltern anstatt mit herkömmlichen Schalthebeln zu schalten. Die Schalter sind per Kabel oder drahtlos mit einem Akku und einem kleinen Elektromotor verbunden, der das Schaltwerk antreibt. Obwohl ein solches System teuer ist, kann es Rennradfahrern beim Gangwechsel Zeit sparen. ^{[ 13 ]}

Die drei wichtigsten Hersteller von Schaltwerken sind Shimano (Japan), SRAM (USA) und Campagnolo (Italien).

Das Schaltwerk hat zwei Funktionen: Es bewegt die Kette zwischen den Ritzeln und gleicht gleichzeitig das Kettenspiel aus, das durch das Schalten auf ein kleineres Ritzel hinten oder ein kleineres Kettenblatt durch den Umwerfer entsteht. Um diese zweite Aufgabe zu erfüllen, ist es im Bereich des unteren, lockeren Kettenabschnitts positioniert. Manchmal werden Schaltwerke auch als Kettenspanner für Singlespeed-Fahrräder verwendet , bei denen die Kettenspannung nicht auf andere Weise eingestellt werden kann.

Obwohl es verschiedene Ausführungen gibt, weisen die meisten Schaltwerke einige gemeinsame Komponenten auf. Sie besitzen einen Käfig, der zwei Rollen enthält, welche die Kette in einer S -förmigen Bewegung führen . Diese Rollen werden als Führungsrolle (oben) und Spannrolle (unten) bezeichnet. ^{[ 14 ]} Der Käfig dreht sich in seiner Ebene und ist federbelastet, um Kettenspiel auszugleichen. Er wird mithilfe eines Arms, der unter den Ritzeln hin und her schwingen kann, unter dem gewünschten Ritzel positioniert. Der Arm ist üblicherweise mit einem Parallelogrammmechanismus ausgestattet , der den Käfig während der Schwingung präzise zur Kette ausrichtet. Das andere Ende des Arms ist an einem Drehpunkt am Fahrradrahmen befestigt . Um diesen Punkt schwenkt der Arm, um den Abstand des Käfigs zu den unterschiedlich großen Ritzeln nahezu konstant zu halten. Es können eine oder mehrere Einstellschrauben vorhanden sein, mit denen sich der seitliche Bewegungsspielraum und die Federspannung regulieren lassen.

Die Bauteile können aus Aluminiumlegierung , Stahl , Kunststoff oder Kohlefaserverbundwerkstoff gefertigt sein . Die Drehpunkte können Buchsen oder Kugellager sein . Diese benötigen eine mäßige Schmierung.

Schaltwerke mit hoher Normalstellung (auch Top-Normal-Schaltwerke genannt) führen die Kette automatisch auf das kleinste Ritzel der Kassette zurück, wenn keine Zugspannung anliegt. ^{[ 15 ]} Dies ist die Standardeinstellung bei den meisten Shimano-Mountainbikes, allen Shimano-Rennrädern sowie allen SRAM- und Campagnolo-Schaltwerken. In diesem Zustand sorgt die Federkraft für einen leichteren Gangwechsel. Im Straßenradsport sind die schnellsten Gangwechsel auf den Zielsprints entscheidend. Daher sind Schaltwerke mit hoher Normalstellung, die einen schnellen Gangwechsel ermöglichen, weiterhin die erste Wahl.

Niedrige Normal- oder Schnelllauf-Schaltwerke führen die Kette automatisch auf das größte Ritzel der Kassette zurück, sobald keine Zugspannung mehr vorhanden ist. Diese Bauart war früher weit verbreitet, ist aber heute relativ selten. ^{[ 16 ]} Beim Mountainbiken und Offroad-Radfahren sind die Gangwechsel besonders kritisch bergauf, wo Fahrer unter hoher Last Hindernisse und schwierige Kurven bewältigen müssen. Dieser Schaltwerkstyp bietet gegenüber hohen Normal-Schaltwerken den Vorteil, dass die Gangwechsel in niedrigere Gänge in Richtung der gespannten Feder erfolgen, was die Schaltvorgänge bei hoher Belastung erleichtert.

Der Abstand zwischen den oberen und unteren Schaltröllchen eines Schaltwerks wird als Käfiglänge bezeichnet. Die Käfiglänge bestimmt zusammen mit der Größe der Schaltröllchen, wie gut das Schaltwerk die Kettenspannung aufnehmen kann. Sie bestimmt die Gesamtkapazität des Schaltwerks, also die Summe der Größenunterschiede zwischen dem größten und kleinsten Kettenblatt und dem größten und kleinsten Ritzel. Je größer diese Summe, desto länger muss der Käfig sein. Typische Cross-Country-Mountainbikes mit drei Kettenblättern vorne verwenden ein Schaltwerk mit langem Käfig. Ein Rennrad mit nur zwei Kettenblättern vorne und eng gestuften Ritzel kann sowohl mit einem Schaltwerk mit kurzem als auch mit langem Käfig betrieben werden, funktioniert aber mit einem kurzen Käfig besser.

Die vom Hersteller angegebenen Schaltwerkskapazitäten lauten wie folgt:

• Shimano: lang = 45 Zähne*, mittel = 33 Zähne
• SRAM: lang = 43T*, mittel = 37T*, kurz = 30T

Vorteile einer kürzeren Käfiglänge:

• Positiveres Schaltverhalten dank geringerer Flexibilität des Parallelogramms
• Bessere Gangwechsel dank guter Seilzugübersetzung
• bessere Hindernisbeseitigung
• geringere Gefahr, in den Speichen hängen zu bleiben.
• geringfügige Gewichtsersparnis.

Es gibt mindestens zwei Methoden, mit denen Schaltwerke den korrekten Abstand zwischen dem oberen Schaltröllchen und den Ritzeln beim Schalten zwischen den großen und kleinen Ritzeln gewährleisten. Shimano verwendet eine Methode, bei der die Kettenspannung den Schaltkäfig dreht. Dies hat den Vorteil, dass es mit den meisten Ritzelsätzen funktioniert, sofern die Kette die richtige Länge hat. Ein Nachteil ist, dass schnelle Schaltvorgänge von kleinen auf große Ritzel über mehrere Ritzel gleichzeitig dazu führen können, dass der Schaltkäfig an die Ritzel stößt, bevor die Kette auf die größeren Ritzel springt und den Käfig wie nötig dreht. SRAM verwendet eine andere Methode, bei der der Abstand direkt in den Parallelogrammmechanismus des Schaltwerks integriert ist. Der Vorteil ist, dass selbst bei schnellen Schaltvorgängen über mehrere Ritzel gleichzeitig ein Anstoßen des Schaltkäfigs an die Ritzel ausgeschlossen ist. Der Nachteil ist, dass die Auswahl an Ritzelgrößen, die mit einem bestimmten Schaltwerk kompatibel sind, begrenzt ist.

Das Übersetzungsverhältnis ist das Verhältnis zwischen der Länge des Schaltzugs und dem dadurch erzeugten Schaltweg des Umwerfers. Das Schaltverhältnis ist der Kehrwert des Übersetzungsverhältnisses und lässt sich bei Umwerfern einfacher ausdrücken als das Schaltverhältnis selbst. Es existieren derzeit mehrere Normen, bei denen das Produkt aus Schaltverhältnis und Zuglänge jeweils der Teilung der Ritzel entspricht. Folgende Normen sind gültig.

• Die Shimano-kompatible Schaltwerksfamilie wird mit einem Übersetzungsverhältnis von 2 :1 angegeben. Da SRAM zwei Komponentenfamilien herstellt, hat sich diese Bezeichnung weit verbreitet, um sie von SRAMs eigener Schaltwerksfamilie mit einem Übersetzungsverhältnis von 1:1 zu unterscheiden . Es ist zu beachten, dass diese Familienbezeichnungen nicht die exakten Übersetzungsverhältnisse angeben: Das 2:1-Übersetzungsverhältnis liegt tatsächlich eher bei 1,7 (bzw. 1,9 bei der Dura-Ace-Serie bis 7400) als bei 2, und das native SRAM-Übersetzungsverhältnis beträgt etwa 1,1. Die Familienbezeichnungen dieser Standards werden in der Notation des Betätigungsverhältnisses teilweise umgekehrt verwendet, im Gegensatz zur gebräuchlicheren Notation des Schaltverhältnisses. ^{[ 17 ] [ 18 ] [ 19 ]} Daher bewirkt in Shimano-Systemen eine geschaltete Seilzugeinheit etwa die doppelte Bewegung des Schaltwerks.
• Die native SRAM-Konvention heißt 1:1 (1:1). Diese Schalthebel haben ein tatsächliches Übersetzungsverhältnis von 1,1. Eine am Schalthebel zurückgezogene Kabellängeneinheit bewirkt eine etwa gleich große Bewegung im Schaltwerk. ^{[ 18 ]} SRAM behauptet, dieser Standard mache ihre Systeme robuster und widerstandsfähiger gegen Verschmutzungen. ^{[ 20 ] [ 21 ]} Einige SRAM-Schalthebel sind zwar 2:1-kompatibel mit Shimano, funktionieren aber natürlich nicht mit SRAMs 1:1-Schaltwerken. ^{[ 22 ]}
• Die Campagnolo- Konvention. Die Übersetzungsverhältnisse betragen 1,5 für moderne Einheiten, während ihre alten Einheiten Verhältnisse von 1,4 aufwiesen. ^{[ 23 ]}
• Die Suntour -Konferenz. ^{[ 23 ]}

Schalthebel, die eine Konvention verwenden, sind im Allgemeinen nicht mit Schaltwerken kompatibel, die eine andere Konvention verwenden, obwohl es Ausnahmen gibt ^{[ 24 ]} und Adapter erhältlich sind ^{[ 25 ] .}

Manche Schaltwerke, insbesondere für Mountainbikes, verfügen über eine Kupplung, die die Kette im unteren Kettensegment ausreichend spannt, um ein Anschlagen an der Kettenstrebe zu verhindern . Dieses sogenannte Kettenschlagen kann die Kettenstrebe beschädigen. Kupplungen verhindern außerdem, dass die Kette bei Systemen ohne Umwerfer vom Kettenblatt springt. ^{[ 26 ]}

Der Umwerfer muss die Kette lediglich zwischen den vorderen Kettenblättern hin und her bewegen, dies aber mit dem oberen, gespannten Teil der Kette tun. Außerdem muss er große Unterschiede in der Kettenblattgröße ausgleichen können: von bis zu 53 Zähnen bis hin zu nur 20 Zähnen.

Wie das Schaltwerk hinten besitzt auch der Umwerfer vorne einen Käfig, durch den die Kette läuft. Bei einem korrekt eingestellten Umwerfer berührt die Kette den Käfig nur beim Schalten. Der Käfig wird von einem beweglichen Arm gehalten, der üblicherweise mit einem Parallelogrammmechanismus ausgestattet ist, um den Käfig während der Schaltvorgänge präzise zur Kette auszurichten. Zwei Einstellschrauben begrenzen in der Regel den seitlichen Bewegungsspielraum. Die Komponenten können aus Aluminiumlegierung, Stahl, Kunststoff oder Kohlefaserverbundwerkstoff gefertigt sein. Die Drehpunkte sind üblicherweise Buchsen, die geschmiert werden müssen.

Kabelzugarten

• Bottom-Pull-Schaltung: Diese Art von Schaltwerk wird häufig bei Rennrädern und Tourenrädern verwendet und durch einen nach unten gezogenen Seilzug betätigt. Der Seilzug verläuft oft über die Ober- oder Unterseite des Tretlagergehäuses auf einer Seilzugführung , die ihn am unteren Rand des Unterrohrs nach oben lenkt. Bei vollgefederten Mountainbikes ist die Bottom-Pull-Schaltung häufig verbaut, da die Hinterradfederung eine Verlegung über das Oberrohr verhindert.
• Top-Pull: Diese Art von Schaltung findet man häufiger bei Mountainbikes ohne Hinterradfederung. Das Schaltwerk wird durch einen nach oben gezogenen Seilzug betätigt, der üblicherweise entlang des Oberrohrs des Rahmens verläuft. Mithilfe von Seilzugstoppern und einem kurzen Stück Außenhülle lässt sich die Seilrichtung ändern. Diese Konstruktion verhindert, dass das Kabel mit der Unterseite des Tretlagers bzw. des Unterrohrs in Berührung kommt, die im Gelände Schmutz ausgesetzt sind.
• Doppelzug: Es gibt Schaltwerke, die sowohl für den Zug von oben als auch von unten geeignet sind und in beiden Anwendungen verwendet werden können.

Käfigtypen

• Doppelt (Standard): Diese sind für Kurbelgarnituren mit zwei Kettenblättern vorgesehen. Von der Seite des Fahrrads betrachtet, haben die inneren und äußeren Platten des Käfigs annähernd das gleiche Profil.
• Dreifach-Schaltwerke (Alpin): Diese Schaltwerke sind für Kurbelgarnituren mit drei Kettenblättern oder mit zwei Kettenblättern mit stark unterschiedlichem Durchmesser konzipiert. Von der Seite des Fahrrads betrachtet, ragt die innere Käfigplatte weiter in Richtung Tretlagerzentrum als die äußere. Dies erleichtert das Schalten der Kette vom kleinsten auf das mittlere Kettenblatt.

Schaukelarten

• Untere Schwinge: Der Schaltwerkskäfig ist an der Unterseite des Viergelenkgetriebes befestigt , das ihn trägt. Dies ist die gebräuchlichste Bauart von Schaltwerken.
• Top-Swing-Umwerfer: Der Umwerferkäfig ist oben am Viergelenksystem montiert. Diese alternative Anordnung wurde entwickelt, um die Rahmenklemmung des Umwerfers näher an das Tretlager zu bringen und so Platz für größere Federungskomponenten und verschiedene Rahmenformen zu schaffen. Die kompakte Bauweise eines Top-Swing-Umwerfers kann ihn weniger robust machen als sein Bottom-Swing-Pendant. Top-Swing-Umwerfer werden typischerweise nur dort eingesetzt, wo ein Bottom-Swing-Umwerfer nicht passt. Eine Alternative wäre die Verwendung eines E-Type-Umwerfers, der nicht am Sitzrohr geklemmt wird.

Montagearten

• Klemmung: Bis vor Kurzem wurden die meisten Umwerfer mit einer Klemme am Sitzrohr des Rahmens befestigt. Diese Bauart ist bei Mountainbikes immer noch Standard und auch bei Rennrädern weit verbreitet. Umwerfer sind mit verschiedenen Klemmdurchmessern erhältlich, passend für unterschiedliche Rahmenrohre. In letzter Zeit geht der Trend jedoch dahin, Umwerfer mit nur einem Klemmdurchmesser herzustellen. Dabei werden mehrere Unterlegscheiben mitgeliefert, um die Klemme auf den passenden Durchmesser einzustellen.
• Anlötmontage: Eine Alternative zur Klemme ist die Anlötmontage des Schaltauges. Dabei wird das Schaltwerk befestigt, indem eine Lasche am Schaltwerk mit einer entsprechenden Lasche am Sitzrohr des Rahmens verschraubt wird. So lassen sich Probleme mit der Klemmgröße vermeiden. Allerdings benötigt man entweder einen Rahmen mit der passenden Anlötvorrichtung oder eine Adapterklemme, die eine Anlötvorrichtung simuliert. Diese Montage ist bei neueren Rennrädern weit verbreitet, da Carbonrahmen kein rundes Sitzrohr mehr haben. Bei Mountainbikes findet man sie hingegen selten.
• E-Typ: Diese Umwerfer werden nicht um das Sitzrohr des Rahmens geklemmt, sondern über eine Platte unterhalb des Tretlagergehäuses auf der Antriebsseite und eine Schraube, die in eine Aufnahme am Sitzrohr geschraubt wird, am Rahmen befestigt. Diese Umwerfer finden sich üblicherweise an Mountainbikes mit Hinterbaufederung, bei der kein Platz für eine herkömmliche Umwerferklemmung am Sitzrohr vorhanden ist.
• DMD: Direct-Mount-Schaltwerk – Dieses von Specialized Bicycles entwickelte Schaltwerk wird direkt an Befestigungspunkten an der Kettenstrebe des Fahrrads verschraubt. Es kommt hauptsächlich bei vollgefederten Mountainbikes zum Einsatz, da die Federungsbewegung den Kettenwinkel beim Eintritt in den Umwerferkäfig verändert. Durch das DMD-System bewegen sich Kette und Schaltwerk synchron, was präzisere Schaltvorgänge bei aktiver Federung ermöglicht. Ein DMD-Schaltwerk ist nicht mit Shimanos Direct Mount zu verwechseln, das ein anderes Befestigungssystem verwendet. SRAMs Direct-Mount-Umwerfer sind jedoch mit DMD kompatibel, und bestimmte Shimano E-Type-Schaltwerke können mit DMD verwendet werden, wenn die E-Type-Platte entfernt wird.

Da die Kette über das kleinste Kettenblatt springen kann, insbesondere bei sehr kleinen Kettenblättern, selbst bei von professionellen Rennmechanikern eingestellten Fahrrädern, und da solche Fehlschaltungen Probleme verursachen können, gibt es einen kleinen Markt für Zusatzprodukte, sogenannte Kettenabweiser, die dies verhindern sollen. ^{[ 27 ] [ 28 ] [ 29 ]} Einige werden unterhalb des Umwerfers am Sitzrohr befestigt, mindestens einer wird an der Umwerferaufnahme montiert.

Umschaltwerke benötigen die Kette in Bewegung, um von einem Kettenblatt auf ein anderes zu schalten. Normalerweise muss der Fahrer dafür in die Pedale treten. Es wurden jedoch auch Systeme entwickelt, bei denen der Freilauf in der Kurbelgarnitur integriert ist, sodass sich die Kette auch dann bewegt, wenn der Fahrer nicht tritt. Das Shimano FFS (Front Freewheel System) um 1980 war das am weitesten verbreitete System dieser Art.

Kettenantriebe wie Kettenschaltungen funktionieren am besten, wenn die Kette parallel zur Kettenblattebene verläuft. Insbesondere sollte vermieden werden, dass das größte (äußerste) Antriebsritzel mit dem größten (innersten) Abtriebsritzel (oder das kleinste mit dem kleinsten, d. h. das innerste mit dem äußersten) fluchtet. Der dadurch entstehende diagonale Kettenlauf ist weniger effizient und verkürzt die Lebensdauer aller Komponenten, ohne dass der Vorteil des mittleren Übersetzungsbereichs genutzt wird.

Kettenschaltungen haben im Allgemeinen einen Wirkungsgrad von rund 95 %, einige Prozentpunkte höher als andere Schaltungstypen ^{[ 30 ]} wie z. B. Nabenschaltungen .

• Fahrradantriebssysteme
• Abmessungen des Gangwechsels
• Zahnradzoll
• Nabenrad

• Berto, Frank J.; et al. (2016) [2000]. Die tanzende Kette: Geschichte und Entwicklung des Kettenschaltungsfahrrads (5. Aufl.). San Francisco, CA: Van der Plas Publications/Cycle Publications. ISBN 978-1-892495-77-8Abgerufen am 30. Mai 2017 .

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