Singlespeed, Ketten-, Naben-, Tretlagerschaltung
So findest du die richtige Schaltungsart

Bequem und mühelos von A nach B radeln oder am Feierabend noch ein paar Hügel als Fitnesstraining erklimmen? Der Spaß- und Wohlfühlfaktor beim Radfahren hängt nicht nur vom Rad an sich, sondern ganz wesentlich auch vom Einsatz der richtigen Schaltung ab. Mit dem "Getriebe" des Fahrrades oder E-Bikes lässt sich die Tretgeschwindigkeit an die jeweilige umliegende Topografie anpassen. Der BikeX-Ratgeber rund ums Fahrradgetriebe führt durch den Irrgarten von Kettenschaltung und Co.

Klassiker Rohloff Speedhub 14 Gang Nabenschaltung
Foto: Georg Zeppin

Ein Fahrrad mit nur einem einzigen Gang war vor rund 100 Jahren in den 1920ern das Maß aller Dinge: Ohne Technik blieb die Hinterradnabe preiswert und weitgehend wartungsfrei. Eine Schaltung galt als unsportlich. Folglich mühten sich die Profis im Radsport damals mit nur einem Gang ab; die Tour de France-Organisation verbot den Einsatz einer Schaltung!

Die damalige Stigmatisierung der heroischen Epoche wünscht sich heutzutage keiner zurück. Eine umfangreiche Übersetzung macht Radfahren nicht nur leichter, auch schneller und vermittelt viel mehr Fahrfreude. Auch am E-Bike ist die Schaltung trotz Unterstützung durch den E-Motor nicht wegzudenken. Das macht das Pedelec gerade für Wiedereinsteiger interessant.

Was bewirkt eine Schaltung am Fahrrad oder E-Bike?

Die Schaltung am Fahrrad ist nichts anderes als ein Getriebe und ändert die Übersetzung, sodass man bergauf leichter, also müheloser, und bergab bei hoher Geschwindigkeit noch mittreten kann. Sie erlaubt die Anpassung der Trittfrequenz an die Umgebung. Die Schaltung "ebnet" den Weg zum Ziel.

Begrifflichkeiten: Entfaltung, Gesamtübersetzung, Trittfrequenz, Wirkungsgrad

Im Zusammenhang mit der Fahrradschaltung bzw. der Übersetzung auf dem Fahrrad muss man einige Grundbegriffe verstehen:

  • Entfaltung: wird in Metern angegeben, soweit sich das Rad bei einer Kurbelumdrehung fortbewegt. Ein Berggang zum Klettern hat eine Entfaltung von ca. 2 m und weniger. Er wird häufig als leichter oder kleiner Gang bezeichnet. Der lange, schwere oder auch "dicke" Gang bergab entfaltet sich ab rund 8 m und mehr.
  • Gesamtübersetzung: Diese beschreibt das Verhältnis des kleinsten (kürzesten, leichtesten) Gangs zum größten (längsten, schwersten) in Prozent. Je größer das Verhältnis, desto größer die Spreizung der Übersetzung. So bietet z.b. Srams zwei-Gang Automatik-Schaltung Sram Automatix lediglich 136 % Entfaltung. Das kann für fitte Radfahrer im Flachen ausreichen. Demgegenüber hat eine Standard-Rennrad-Kettenschaltung mit 22 oder 24 theoretisch möglichen Übersetzungen, zwei Kettenblättern vorne mit 34/50 Zähnen und einem Ritzelpaket mit 11 – 34er-Ritzel (das beschreibt die Anzahl der Zähne) eine Gesamtübersetzung von 455 %.
  • Trittfrequenz: Beschreibt die Anzahl der zurückgelegten Kurbelumdrehungen pro Minute, auch Kadenz genannt. Effektiv für die Muskulatur und das Antriebssystem sind Kandenzen ab 70 U/min. Als Faustregel gilt: je näher man an die Trittfrequenz von 100 U/min herankommt, desto effektiver und energieschonender arbeitet nicht nur das Antriebssystem, sondern auch die Muskulatur. Flüssig und schnell treten ist die Devise. Radprofis treten permanent mit +/- 100 U/min.
  • Wirkungsgrad: Wie viel der eingebrachten eigenen Tretleistung kommt tatsächlich am Hinterrad bzw. auf der Straße an? Bei der klassischen Kettenschaltung sind die mechanischen Reibungsverluste sehr gering, im Mittel kommen rund 96% und mehr der eingebrachten Tretenergie auf der Straße an. Bei der klassischen Nabenschaltung schaut’s anders aus: da hängt der Wirkungsgrad auch vom gewählten Gang ab. Das Planetengetriebe der Nabenschaltung "schluckt" vor allem in den unteren und oberen Gängen Energie weg und liegt in diesem Bereich nur bei rund 90 % Wirkungsgrad. Die 1997 vorgestellte "Wundernabe" von Rohloff, Speedhub 14 liegt über der ganzen Gangbreite hinweg darüber. Demgegenüber fällt das 2010 vorgestellte Pinion Tretlagergetriebe etwas ab und liegt bei etwa 91 % Wirkungsgrad. Die vor wenigen Jahren im Markt eingeführte Enviolo Nabenschaltung mit einem stufenlosen "Getriebe" ist aufgrund ihres mechanischen Aufbaus im Wirkungsgrad wohl noch etwas geringer.

Der Antriebsstrang: Kette oder Riemen

Die Kette ist am Fahrrad oder E-Bike nach wie vor der am häufigsten verwendete Antriebsstrang. Sie ist relativ kostengünstig, kürzbar und erlaubt die Verwendung eines herkömmlichen Rahmens. Einzelne Glieder können mit einer Nietzange leicht ausgetauscht werden. Verwendbar ist die Kette für alle Schaltungsarten. Der Pflegeaufwand für eine Kette ist recht hoch: Reinigen und Schmieren mit einem geeigneten Kettenöl wechseln sich mit häufiger Regelmäßigkeit ab. Und gemessen daran ist die Lebensdauer einer Kette verhältnismäßig kurz. Es gilt: je intensiver die Pflege, desto höher die Lebenserwartung. Ist die Kette dann durch, muss auf alle Fälle das Ritzel oder die Kassette mit ausgetauscht werden.

Wartungsarmer Gateriemen
Georg Zeppin

Immer mehr in Mode kommt der Gates-Riemen, der sich bisher als einzige Alternative zum Kettenantrieb im Fahrrad- und E-Bike-Markt durchsetzen konnte. Der Marktanteil wächst von Jahr zu Jahr kontinuierlich an. Der ganz große Vorteil des Gates-Riemens liegt sicher in seiner Wartungsfreiheit. Öl braucht der Riemen keines, ergo gibt's auch keine schwarze Grafiti mehr auf der Hose oder an der Wade. Lediglich die Riemenspannung muss stimmen, die man übrigens mittels App mit dem Handy (!) prüfen kann. Einsetzbar ist der Riemenantrieb nur bei Nabenschaltungen, Tretlagerschaltung oder als Singelspeeder. Zur Montage muss ein herkömmlicher Fahrrad oder E-Bike-Rahmen mit einem Rahmenschloss geöffnet werden können, da der Riemen "endlos" ist und nicht zeregt werden kann.

Der Unterschied der Schaltungsart im Einsatzbereich Fahrrad oder E-Bike

Im Fahrrad- sowohl als im Pedelec-Bereich findet man heute alle Schaltungsarten verbaut. Im Fahrradbereich sind die einfacheren Nabenschaltungen mit 7 oder 8 Gängen für Stadträder oder an Ausflugsrädern eine gute guten Wahl. Im sportiven Bereich geht an der Kettenschaltung wenig vorbei: Beim Rennrad und Gravelbike vertraut man ausschließlich auf leichte Kettenschaltungen, Mountainbiker fahren neben einer bewährten Kettenschaltung auch Pinion und selten Rohloff. Die beiden letztgenannten findet man überwiegend in Touren- und Reiserädern.

Beim E-Bike hängt dies allerdings einschränkend vom verwendeten Antriebssystem ab. Beim Mittelmotor kann kein Tretlagergetriebe verwendet werden. Ausnahme: Pinions neue Motor/Getriebe-Einheit MGU, die ab 2024 erhältlich ist. Im Grunde muss beim E-Bike bedingt durch die zusätzliche Unterstützung durch den Antrieb die Übersetzung der jeweiligen Schaltung nicht so breit gefächert sein wie beim Fahrrad. Der Motor hilft, Leistungsdefizite auszugleichen. Das hat dies z.b. Shimano mit seiner speziell für E-Bikes entwickelten Inter 5E Nabenschaltung berücksichtigt. Mit einem Gesamtübersetzungsverhältnis von 263 % verteilt auf 5 Gänge reicht dies für Fahrten im flachen und welligen Stadtbereich völlig aus. Den Rest übernimmt der Motor.

Folgende Schaltsystem-Kombinationen sind am Pedelec gängig:

  • Frontnabensysteme: Kettenschaltungen, Nabenschaltungen (Tretlagerschaltung wäre möglich, wird nicht verbaut)
  • Mittelmotorsysteme: Kettenschaltwerke, Nabenschaltungen, Pinion MGU
  • Hecknabenantriebe: Kettenschaltungen, Tretlagerschaltung
Schaltungs-ABS: Welche Schaltung passt zu welchem Typ?

Schaltungsart

Gelegenheits-Radler

Genuss-Pedaleur

Pendler

Tagesausflügler

Tourenfahrer

Lastenradfahrer

Reiseradler

Mountainbiker

Rennradler

Gravelbiker

Fitnessfahrer

Nabenschaltung Shimano Inter 5E

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Nabenschaltung 7/8 Gang z.B. Shimano Nexus

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Nabenschaltung 14 Gang Rohloff Speedhub

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Nabenschaltung Enviolo

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Kettenschaltung Shimano Deore 1x11

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Kettenschaltung Shimano XT 1x12

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Kettenschaltung Shimano Ultegra

2 x11 Gang

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Kettenschaltung Sram Rival AXS 1x12 Gang

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Tretlagergetriebe Pinion C1.9

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Tretlagergetriebe Pinion P1.18

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* Wertigkeiten:

➕➕➕➕➕ = perfekt geeignet

➕➕➕➕ = sehr gut geeignet

➕➕➕ = gut geeignet

➕➕ = bedingt geeignet

➕ = noch geeignet

➖ = ungeeignet

City E-Bike I Test Qwic Mira Tour I Detail Shimano Nexus 7-Gang Nabe
Georg Zeppin
Weit verbreitet: Shimano Inter 7 Nabenschaltung

Die Nabenschaltung

Sie befindet sich in der Hinterradnabe und besteht bei der klassischen Nabenschaltung aus einem Planetengetriebe. Bereits seit Ende des 19ten Jahrhunderts wurde die Nabenschaltung überwiegend in Dreirädern erfolgreich eingesetzt und ist bis heute vom Fahrrad nicht mehr wegzudenken. Ende der 40er Jahre revolutionierte der Schweinfurter Motoren- und Komponentenhersteller Fichtel & Sachs mit der 3-Gang Torpedo-Nabe den europäischen Markt. Heute ist Shimanos Nexus 7 oder 8 Standard, Bernd Rohloff brachte mit der Speedhub 14 im Jahre 1998 einen Meilenstein in den Markt. Die Speedhub ist an Robustheit, Übersetzungsverhältnis und Wirkungsgrad im Bereich der Nabenschaltungen unübertroffene Referenz. 3x3 und Kindernay sind noch jung am Markt und bieten interessante Nabenschaltungen an. Mit Enviolo ist ein amerikanisches System am Markt, das sich stufenlos schalten lässt!

Die Vorteile der Nabenschaltung liegen im äußerst geringen Wartungsaufwand, sie kann mit Kette oder Riemen kombiniert werden. Nachteilig ist der Schaltrhythmus: Das Planetengetriebe verlangt beim Wechsel vom einen auf den anderen Gang eine kurze Unterbrechung beim Treten. Die Routine hierzu erfährt man bereits in wenigen Kilometern. Die Enviolo dagegen kann sowohl im Stand als auch unter last geschaltet werden.

Einsatzbereiche und Nutzer der gängigsten Nabenschaltungen:

  • Shimano Inter 5E: die Nabenschaltung fürs Pedelec schlechthin. Fünf Gänge verwalten eine Übersetzung von 263 %. Für die Stadt, für Pendler, Einkäufer & Co.
  • Shimano Nexus 7/8: eine der am meisten verkauften Nabenschaltungen. Funktioniert im Stadt-und im Tourenrad für Ausflüge ins wellige Umland gleichermaßen gut, egal ob Mit oder ohne E. Für Pendler, Gelegenheitsradler, passionierte Rad- oder E-Bikefahrer. Mit 244 % bzw. 306 % Gesamtübersetzung.
  • Shimano Alfine 11: Mit 409% etwas länger übersetzt als die beiden Inter-Schwestern, hat die Alfine ihre Fangemeinde und eignet sich sehr gut für ausgedehntere Touren und natürlich in der Stadt. Geeignet für jeden!
  • Rohloff Speedhub 14: Eine Meisterleistung Deutscher Ingenieurskunst landete das Familienunternehmen von Bernd Rohloff vor fast 25 Jahren. Robust, nahezu unkaputtbar ist die Rohloff die Schaltung für Radtouren oder Radreisen mit Fahrrad oder E-Bike. Die Speedhub gibt’s als rein mechanische Variante oder in elektrischer Ausführung, im E-Bike mit Automatik-Modus. Hält ein Leben lang.
  • Enviolo Nabenschaltungen: Die Enviolo hat kein klassisches Planetengetriebe, die Tretkraft wird von einem Ring über sechs Kugeln auf einen weiteren Ring übertragen. Je nach Stellung der Kugeln verändert sich das Übersetzungsverhältnis. Die Verwendung der Kugeln hat zwei Vorteile: es erlaubt stufenloses Schalten und Schalten unter Last. Dem weniger effizienten Wirkungsgrad steht das bequeme Schalten gegenüber. Als Automatik-Variante kann man sich voll und ganz aufs Radfahren konzentrieren. Findet man in Fahrradrädern und vor allem in E-Bikes und Cargobikes. Dank einfacher Handhabung geeignet für Novizen und Routiniers.
Shimano GRX Di2 Schaltwerk
Georg Zeppin
Der Klassiker: Kettenschaltung von Shimano. Elektronisches Gravel-Topmodell GRX Di2

Die Kettenschaltung

Günstig, leicht und dank breiter Entfaltung ist die Kettenschaltung das beliebteste Fahrradgetriebe. Es kann leicht ausgetauscht werden und bietet eine lange Lebensdauer bei entsprechender Pflege. Demgegenüber sitzt die Kettenschaltung an einem äußerst neuralgischen Punkt am Fahrrad und kann selbst beim leichtesten Umfallen des Rades aus dem Stand einen Defekt hervorrufen. Ein weiterer Nachteil ist der relativ intensive Pflegeaufwand. Pflegemittel gibt's en masse; Benzin oder Bremsenreiniger sind zum Säubern passé, Diesel dagegen kann verwendet werden. Besser sind spezielle Kettenreiniger, diese greifen das Innere der Rollen nicht an.

Kettenschaltungen eigenen sich für alle Arten von Fahrrädern und E-Bikes: Stadträder, Tourenräder, Reiseräder, MTB’s Rennräder, Gravelbike, Fitnessräder und und und. Die Bedienung ist intuitiv, die Routine stellt sich nach nur wenigen Schaltvorgängen automatisch ein. Im sportlichen Bereich löst die elektrische Schaltung die mechanische ganz allmählich ab. Technisch verlangt der Wechsel von einem Ritzel auf das nächste gerade soviel (sensible) Tretleistung, dass die Kette durch das Schaltwerk von einem Ritzel auf das nächste transportiert wird. Ist der Zug auf der Kette zu groß, kann die Schaltung nicht reagieren. Macht sie es trotzdem, reflektiert sie den ungestümen Wechsel mit einem lauten Scheppern bzw. Krachen.

Bei den gängigen Kettenschaltungen mit zwei Kettenblättern überschneiden sich die Übersetzugen teilweise. Auch macht es wegen des Schräglaufs der Kette keinen Sinn im großen Kettenblatt die großen Ritzel zu schalten und im kleinen analog die kleinen Ritzel. Das erhöht den Reibungswiderstand und den Verschleiß. Bei den Einfach-Systemen oder auch "One-by" genannt, wird dies ad absurdum geführt, da hier auf einem Kettenblatt alle 11, 12 oder 13 Ritzel geschaltet werden. Verteufelten dies die Hersteller früher, preisen sie dies heute an. Da darf sich jeder selbst einen Reim drauf machen.

Die gängigsten Kettenschaltungen:

  • Shimano Deore, SLX, XT, Ultegra, Dura Ace und GRX: Shimanos beliebte und häufig verbaute Schaltwerke findet man sowohl an Stadträdern, Tourenrädern, Mountainbikes, Renn- und Gravelräder oder Reiserädern zwischen 9, 10, 11 oder mehr möglichen Übersetzungen mit einem oder zwei Kettenblättern. Die Funktionalität setzt Maßstäbe.
  • Sram Schaltsysteme: Die Nr. Zwei im Komponentensektor bietet ebenfalls etliche Schaltsysteme an. Egal ob mechanische oder elektronische, Sram hat einen großen Marktanteil und viele Fans. Sram-Schaltsysteme wie NX, GX, Rival, Force oder Red finden überwiegend am sportlichen Fahrrad oder E-MTB Verwendung.
  • Campagnolo: Die Italiener haben die Kettenschaltung nicht erfunden, aber entscheidend auf den Weg gebracht. "Campy"-Schaltungen – so werden Campagnolos Erzeugnisse von ihren Fans genannt – findet man ausschließlich in Rennrädern und Gravelbikes. Beim Anblick der seit Mitte der 70er produzierten und stetig weiterentwickelten Super Record-Serie läuft jedem Campa-Fan immer noch das Wasser im Munde zusammen. Mit der Ekar-Gravel-Schaltung ist Campagnolo der einzig namhafte Hersteller mit einer 13er Kassette.
  • Rotor und FSA bieten ebenfalls Kettenschaltsysteme an, haben aber keine Marktrelevanz.
Desiknio X20 Pinion C1.9 XR
Mike Page crate47.com
Das Tretlagergetriebe: Pinion C1.9XR

Tretlagergetriebe Pinion

Dass die Schwaben echte Cleverle sind, beweist einmal mehr Pinion aus Stuttgart, die mit ihrem Tretlagergetriebe ein einzigartiges Schaltsystem für Fahrräder und E-Bikes produzieren. Zwischen sechs und 18 Gängen sind möglich, das Getriebe ist direkt im Tretlager integriert. Obwohl erst wenige Jahre am Start, konnte sich Pinion einen excellenten Ruf mit seinen äußerst robusten Getrieben erarbeiten. Den nächsten Knaller landeten die Stuttgarter auf der diesjährigen Eurobike: die einzigartige Motor-Getriebe-Einheit MGU feierte Premiere und wird ab 2024 verfügbar sein.

Die Pinion-Getriebe der P und C-Linien vereinen Robustheit und ein breites Übersetzungsspektrum, je nach Modell. Überschneidungen bei der Übersetzung, wie sie bei der Kettenschaltung vorkommen können, kennt Pinion nicht. Gewartet werden muss das im Ölbad laufende Getriebe alle paar Jahre für einen Ölwechsel. Kette oder Gates-Riemen eignen sich gleichermaßen als Antriebsstrang.

Die Fahrräder oder E-Bikes mit Pinion-Getriebe sind preislich eher am oberen Level, auch nachrüsten ist nicht möglich.

Die gängigsten Pinion-Systeme

  • Pinion C1.9: Das Konsumer-Getriebe von Pinion. dank 568% Übersetzungsumfang für jede Topografie geeignet. Geschaltet wird mit einem Drehgriff. Die Handhabung ist easy, wie beim Planetengetriebe der Nabenschaltung muss man beim Schalten kurz den Zug von der Kette nehmen. Hält ewig.
  • Pinion C1.6: das "kleinste" der Pinion-Familie bietet 295 % Übersetzungumfang verteilt auf sechs Abstufungen.
  • Pinion P1.18: Das Flaggschiff von Pinion bietet 636 % (!) Gesamtübersetzung auf 18 Gängen. Klasse für Mountainbikes und Reiseräder.

Alles elektrisch!

Während noch bis in die Neunziger Schaltsysteme reine Feinmechanik darstellten, lassen sich inzwischen alle gängigen Systeme auch elektrisch schalten. Egal ob Ketten-, Nabenschaltung oder Pinions Tretlagergetriebe, alle gibt’s gegen entsprechenden Aufpreis auch mit E-Option.

Dann lässt sich einerseits der Gangwechsel per Knopfdruck herbeiführen, andererseits ermöglichen die aktuellen elektrischen Schaltsysteme auch einen Automatik-Modus. D.h. man startet aus einem vorher eingestellten Anfahrgang und – wie beim Auto – schaltet das System die Gänge selbsständig durch. Das funktioniert im Grunde relativ gut, ist aber für gestandene Radfahrer oft keine Option: die Gangwechsel finden meist schon bei einer niedrigen Kadenz statt und bieten oft nicht den passenden Gang für die Topographie und der gewünschten Trittgeschwindigkeit an. Die Enviolo hat hier durch die möglichkeit der voreingestellten Trittfrequenz Vorteile, sie passt sich die jeweilige Übersetzung gut an die Gegebenheiten an.