matthias franke | 30.01.1998
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Die lineare Innovation

Einige Entwicklungen bei Schaltwerken vor allem im MTB-Bereich

Die bisherige Entwicklung des Schaltwerks ist eine Geschichte der Verfeinerung eines bewährten Prinzips. Doch gerade in jüngster Zeit denkt man selbst bei den etablierten Herstellern auch über gänzlich neue Konzepte nach. Was sind die Hauptstränge bei der Entwicklung bis heute?

Kettenschaltungen funktionierten noch nie so gut wie heute. Trotzdem sind die Unterschiede der aktuellen Bauweise zu älteren Konstruktionen nicht allzu groß. Schon in den 50er Jahren hatte Campagnolo das erste Schaltwerk mit Parallelogramm-Prinzip auf den Markt gebracht. Das, was heutigen Bedienungskomfort ausmacht, beruht auf Verfeinerungen dieser Technik (Abb. 1).

Früher ragte das Parallelogramm fast senkrecht nach unten. Die Innovation des Schrägparallelogramms gewährleistet inzwischen, daß der Abstand zwischen Ritzel und Leitrolle ähnlich klein bleibt. Hierdurch wird exakteres Schalten möglich. Bei der gestiegenen Präzision der Schaltwerke konnten Index-Schaltungen mit vorgegebenen Schalterpositionen den Bedienungsaufwand minimieren. Durch die Anordnung des Parallelogramms schräg zur Senkrechten liegt die Kette auf mehr Ritzelzähnen. So funktioniert das Schalten unter Last besser als bisher.

Hyper-, Inter-, Powerglide

Veränderungen an Ritzel und Kette sind bei all dem für die Steigerung des Schaltkomforts am entscheidensten gewesen. Mit Powerglide versuchte Sachs 1996 auf das bekannte Hyper- und Interglide System von Shimano zu antworten. Am Ritzel fehlen bestimmte Zähne, so daß eine sogenannte Schaltgasse entsteht. Durch diese Lücke zwischen den Zähnen gleitet die Kette beim Schalten auf das nächste Ritzel. Die Zähne können daher höher sein als bei Shimano. Der Verschleiß soll hierdurch vermindert werden.

Einige jüngere Entwicklungen

Das Hebelverhältnis, in dem der Schaltzug am Parallelogramm ansetzt, ist ein wichtiger Faktor für die Exaktheit des Schaltens. Alle bisherigen Systeme halten an einem Verhältnis von etwa 1:2 fest. Sachs hat mit seinem "Quarz"-Schaltwerk einen größeren Hebel verwirklicht. Das Ende des Seilzug ist am äußeren Glied des Parallelogramms, weiter in Richtung des Leitrollenkäfigs befestigt. Auch das ESP-System des inzwischen mit Sachs kooperierenden Herstellers SRAM verbraucht pro Gang etwa einen Millimeter mehr Schaltzug als zum Beispiel die Deore XT. Zumindest die Werbung verspricht eine "1:1 ratio" bei ESP. Am Parallelogramm des Schaltwerks ragt eine Nase nach unten, die das Ende des Schaltzugs aufnimmt. Durch den geänderten Hebel legt der Zug beim Schalten einen größeren Weg zurück. Ein Verstellen der Schaltung zum Beispiel bei einer Dehnung des Schaltzugs soll hierdurch unwahrscheinlicher werden.

Nicht nur durch die Bewegung des Parallelogramms wandert die Leitrolle beim Schalten auf ein größeres Ritzel abwärts. Auch die neue Position des Schaltkäfigs rückt die Leitrolle in den zumindest annähernd optimalen Abstand zum Ritzel. SRAM mit dem "ESP"-System und Sachs mit seinen 98er Schaltwerken lagern die Leitrolle am Drehpunkt des Schaltkäfigs. Auf diese Weise wird der Abstand der Leitrolle zum Ritzel unabhängig von der Stellung des Kettenspanners. Es kann nun vorne auf ein größeres Kettenblatt geschaltet werden, ohne daß sich die Position der Leitrolle verändert. Einen ähnlichen Effekt bringt der Verzicht auf die Rückstellfeder am Schaltauge. Das Schaltwerk bewegt sich lediglich seitwärts unter dem Ritzel entlang, nicht mehr nach vorne oder hinten. Die Kettenspannung wird also einzig durch die Feder am Schaltkäfig aufrecht erhalten. Ob solche Unterschiede zu anderen Schaltwerken einen spürbaren Fortschritt beim Schaltkomfort bedeuten, sei dahingestellt.

Die lineare Alternative

Am 18. November 1997 erhielt Douglas White das US-amerikanische Patent auf den von ihm entwickelten "linear bicycle derailleur" (Abb. 2) (US-Patent Nr. 5688200). Das Schaltwerk besteht aus zwei parallel verlaufenden Gleitstangen, auf denen sich ein Schlitten bewegt. Dieser nimmt wiederum den Schaltkäfig auf. Er arbeitet in seinen wesentlichen Funktionen nach dem bisherigen Prinzip. Die Leitrolle ist jedoch am Drehpunkt der Umlenkrolle gelagert, zum Kettenspannen wird eine extra kräftige Feder nötig. So war es möglich, wie beim ESP-System auf die Rückstellfeder am Schaltauge wegzulassen. Auf die Funktion der Feder im Parallelogramm üblicher Konstruktionen, die beim Schalten auf ein kleineres Ritzel das Parallelogramm und die Leitrolle bewegt, konnte verzichtet werden. Statt dessen läuft der Schaltzug in einer Art Schleife wieder zu dem Drehschaltgriff zurück. Auf diese Weise wird auch auf das kleinere Ritzel per Handkraft geschaltet. Angebliche Störungen des Schaltens durch die Abhängigkeit von der bei Verschmutzung geschwächten Feder im Parallelogramm sind somit nicht mehr möglich. Außerdem wird das Schalten leichtgängiger. Wie lange sich der kugelgelagerte Schlitten einwandfrei auf den Gleitstangen bewegen wird, muß jedoch erst langfristigere Erfahrung zeigen. Ein zweiter Schwachpunkt dürften die ungeschützten Umlenkrollen am Ende der Gleitstange sein. Trotzdem könnte eine Fortentwicklung dieses Prinzips die Präzision und Vereinfachung des Schaltens weitertreiben. Auch eine größere Zahl an Ritzeln mit mehr Größenunterschied ist jetzt denkbar. Die Übersetzungsmöglichkeiten bisheriger Schaltungen waren nicht nur aufgrund der Beschränkung auf den tatsächlichen Bedarf begrenzt, sondern auch aufgrund der nicht beliebig großen Kapazität einer Parallelogrammschaltung. Bei der derzeitigen Ausführung mit zwei runden Gleitstangen bleibt das Argument des Herstellers White-Industries, der konstruktive Aufwand sei geringer als bei bisherigen Systemen, fragwürdig. Das gilt bestenfalls für den SRAMs GripShift ähnlichen Drehschalter im Vergleich zu Shimanos Rapidfire (Abb. 3) (US-Patent Nr. 5701786). Zumindest prinzipiell erreicht ein lineares System die optimale Position der Leitrolle zum Ritzel einfacher und unabhängig vom jeweils gefahrenem Kettenblatt.

Ein lineares System für Umwerfer

Bei SRAM scheint man darüber nachzudenken, ob mit einer Abkehr vom Parallelogrammprinzip (Abb. 4) auch beim Umwerfer Vorteile zu erzielen sind. Bei dem System von Sam Patterson (US-Patent vom 22. Juli 1997; Nr. 5649877) ist der Umwerfer an einem Stift montiert, der in einem Gehäuse bewegt wird. Dabei arbeitet der Schaltzug beim Schalten auf ein größeres Kettenblatt gegen eine Feder (Abb. 5). Die Bewegung des Stiftes verläuft horizontal. Von einer Konstruktion, welche die Kette auf das größere Kettenblatt regelrecht heben würde, ist man also noch weit entfernt. Hierfür wäre jedoch eine Kombination des linearen Systems mit dem Grundgedanken eines Entwurfs von Shimano (US-Patent Nr. 5624336) denkbar. Saturo Kojima läßt die Kette nur knapp über den unteren Verschluß des Umwerfers laufen, wenn auf das kleine Kettenblatt geschaltet ist. Das etwas komplexere Parallelogramm führt eine Bewegung aus, die den Umwerfer beim Schalten vom kleinen auf das mittlere Kettenblatt die Kette auch von unten fassen läßt (Abb. 6). Für das Schalten vom mittleren auf das große Kettenblatt scheint dies nicht zu gelten. Doch schieben hier zumindest die Wölbungen an den Innenseiten des Umwerfers die Kette nach oben.

Die Zukunft von Kettenschaltungssystemen im Allgemeinen

Bei der bisherigen und aktuellen Entwicklung bis zu linearen Konzepten scheint die optimale Positionierung der Leitrolle zum Ritzel sowie die Verbesserung des Wirkungsgrads am Schaltzug im Mittelpunkt zu stehen. In diesem Zusammenhang müssen auch Versuche gesehen werden, die Reibung des Seilzug zu minimieren. Sachs läßt das neue Schaltwerk DI.R.T den Schaltzug auf einem direkteren Weg aufnehmen. Shimano bringt hierzu am XTR-Schaltwerk eine Umlenkrolle an. Das US-Patent (vom 29. April 1997; Nr. 5624334) für ein auffällig ähnliches Prinzip hatte eigentlich schon Wayne Lumpkin für Avid Enterprises Inc. erhalten.

Die umgekehrte Feder

Außer der Umlenkrolle fällt bei dem neuen XTR-Schaltwerk auf, daß das Schaltzugende am zweiten, hinteren Glied des Parallelogramms befestigt wird und die Zugfeder im Parallelogramm jetzt in die andere Richtung wirkt. Die von der Feder abgelöste Fingerkraft schaltet also nicht mehr auf das größere, sondern auf das kleinere Ritzel. Ob das Schalten dadurch spürbar leichter wird, muß sich noch zeigen!

Weitere Überlegungen, wie die von Shimano, über nur einen Schalter sowohl Schaltwerk als auch Umwerfer zu steuern (US-Patent vom August 1997; Nr. 5653649), wurden wohl wegen des konstruktiven Aufwands nicht bis zur Produktionsreife gebracht. Mehr oder weniger erfolglose Innovationsversuche gibt es derzeit bezüglich der Motorisierung von Schaltwerk und Umwerfer - wohl für die sogenannten Citybikes. Erstaunlicherweise hat man sich hiermit nicht nur bei Sachs beschäftigt, wo ein solches System für Nabenschaltungen sogar schon produziert wird. Auch Valentino Campagnolo und vorher schon Antonio Romano für Campagnolo ließen sich einen elektrischen Motor zum Bewegen des Schaltwerks patentieren (US-Patent vom 2. Januar 1996; Nr. 53480356). Daß solche Versuche seit 1975 gemacht wurden, sich jedoch offenbar nicht bewährt haben, scheint den Enthusiasmus nicht zu schmälern. Eine weitere Spielwiese für Erfinder scheinen Displayanzeigen einer Schaltempfehlung zu sein, deren Meßelektronik und Computer kombiniert mit einem Motor an Schaltwerk und Umwerfer sogar eine Art Automatikschaltung für Fahrräder entstehen lassen sollen (US-Patent Nr. 5514041, 5571056, 5357177 und die jeweiligen Referenzen).

Bleibt also abzuwarten, ob nicht doch eines Tages ein Computer entscheidet, welcher Gang aufgelegt wird, um den Biomotor auf der vorgegebenen Trittfrequenz zu halten. Bis zu diesem Zeitpunkt können wir jedenfalls an der These festhalten, daß die technische Reife der aktuellen Schaltsysteme nur kleine Verbesserungen nötig und möglich macht.