Fahrradkette
Die Fahrradkette ist Teil des beim Fahrrad verwendeten Kettengetriebes, mit dem das durch die Tretkraft des Fahrers erzeugte Drehmoment auf das Antriebsrad übertragen wird. Der Wirkungsgrad einer Kette kann dabei bis zu 98 % betragen. Bei Kettenschaltungen wechselt die quer verschobene und mit geringem Zug weiterlaufende Kette auf einen parallelen Zahnkranz oder Kettenblatt. Zur Verbesserung dieses Wechsels sind die Außenlaschen der Kette oft speziell geformt.
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Bei einem klassischen Fahrradrahmen wird die Kette in der Regel durch das Rahmendreieck auf der rechten Seite des Hinterbaus geführt und mit einem Kettennieter dauerhaft vernietet (z. B. bei Shimano-Ketten) oder durch ein lösbares Kettenschloss verbunden (z. B. bei SRAM und KMC-Ketten).
Geschichte
- 1878: Erste in größerer Serie gefertigte Rollenketten mit großer Teilung werden gleichzeitig mit dem Sicherheitsniederrad eingeführt. Nachteilig ist der unruhige Lauf aufgrund der großen Teilung.
- 1880: Für die Rollenkette erhält der Schweizer Hans Renold (* 1852 in Aarau) ein erstes englisches Patent. Eine Firma Renold produziert Rollenketten.
- 1898: Die Gebrüder Nevoigt, Eigentümer der sächsischen Diamant Fahrradwerke, erfinden die Doppelrollenkette[1], die zum heutigen Weltstandard gehört.
- 1895: William Spears Simpson erfindet die Simpson-Hebelkette, bei der das Kettenblatt an den inneren Bolzen und das Ritzel an den äußeren Bolzen der dreieckförmigen Kettenglieder eingreifen.
- 1978: Das französische Unternehmen Sedisport baut die erste Lagerkragenkette in Serie. Die Bohrungen der Innenlaschen werden zu Lagerkragen ausgeformt, welche die Hülse ersetzen. Dies verbessert Schmierstofffluss und seitliche Beweglichkeit. Gewicht und Herstellungskosten verringern sich.
- 1982: Shimano führt die Uniglide-Kette ein, mit ausgestellten Außenlaschen, die die Schalteigenschaften verbessern.
- 1987: Regina entwickelt eine bolzenlose Kette bei der die Hülsen durch die Außenlaschen hindurchgeführt werden. Die Gewichtsersparnis von 65 g wird mit einem erhöhten Verschleiß erkauft.
- 1988: Rohloff verbessert die Flexibilität und Schaltqualität durch Wiegegelenke statt Bolzen und Hülsen und nach innen angebogene Außenlaschen.
Heute verwendet man bei Nabenschaltungen Ketten mit Hülsen und bei Kettenschaltung Lagerkragenketten, jeweils fast ausschließlich mit einer Teilung von 1/2".
Maße und Ausführungen
Für Kettenschaltungen werden spezielle Schaltungsketten angeboten, die den Schaltkomfort verbessern. Je mehr Ritzel das hintere Zahnkranzpaket enthält, desto schmaler sollte die Kette sein. Die übliche Maßkennzeichnung für eine Fahrradkette besteht aus zwei Maßangaben in Zoll (Maß 1 × Maß 2). Das erste Maß bezeichnet den Abstand von Gelenk zu Gelenk (die Kettenteilung), die bei den meisten heute üblichen Fahrradketten 1/2" beträgt. Das zweite Maß bezeichnet die innere Breite an der schmalsten Stelle, also zwischen den Innenlaschen.
- 5/8" × 5/32" für alte Tourenräder (vor 1945)
- 1" × 1/8" als Blockkette
- 1/2" × 1/8" für Nabenschaltungen, BMX und Bahnräder (Außenbreite: 8,6–9,4 mm je nach Hersteller)
- 1/2" × 3/32" für moderne Nabenschaltungen (Rohloff Speedhub / Alfine) sowie für Kettenschaltungen mit bis zu 8-fach schaltbaren Zahnkranzpaketen (Außenbreite: 7,1 mm – 8-fach schaltbar, 7,3 mm – 7(-8)-fach schaltbar) (passend zu einer Shimano-InteractiveGlide-Kettenblatt- und Ritzeldicke von 2,35 mm)
- 1/2" × 11/128" für Kettenschaltungen mit bis zu 9-fach schaltbaren Zahnkranzpaketen (Shimano-HyperGlide mit Außenbreite 6,8 mm und Campagnolo mit Außenbreite 6,6 mm)
- 1/2" × 5/64" für Kettenschaltungen mit bis zu 10-fach schaltbaren Zahnkranzpaketen (Shimano-HyperGlide mit Außenbreite 6,15 mm und Campagnolo mit Außenbreite 5,9 mm)
- 1/2" × 9/128" für Kettenschaltungen mit bis zu 11-fach schaltbaren Zahnkranzpaketen (Campagnolo mit Außenbreite 5,5 mm)
Das Gewicht einer Kette variiert je nach Anwendungsfall und Länge. Fahrradketten für Kettenschaltungen wiegen etwa 250 bis 350 g, Nabenschaltungsketten 275–350 g je 100 Kettenglieder.
Während die Hersteller den Ketten für Fahrräder ohne Kettenschaltung meist ein robustes und wiederverwendbares Kettenschloss beilegen, werden moderne schmale Ketten überwiegend durch Vernietung verschlossen. Shimano legt den schmalen Ketten einen speziellen Nietstift zum Verschließen der Kette bei, der zur Vereinfachung der Handhabung einen Führungsstift besitzt, welcher nach dem Vernieten abgebrochen wird. Zur Verlängerung der Haltbarkeit wird empfohlen, diesen Stift in der gleichen Richtung einzudrücken, in der der vorher vorhandene Stift herausgedrückt wurde (sofern die Kette zuvor gekürzt worden war). Zusätzlich sollen die äußeren Laschen in Kettenlaufrichtung vorne liegen, bevor sie vernietet werden. Und sofern die Kette später wieder geöffnet werden soll, so sollte dies nicht an der Stelle geschehen, an welcher bei der Montage der spezielle Verschlussstift eingesetzt worden war.
Kettenschloss
Ein Kettenschloss ersetzt die Außenlaschen und Bolzen eines regulären Kettengliedes und dient zum Verschließen und zum Austausch der Kette.
Breite Ketten zur Verwendung mit Nabenschaltungen werden mit Kettenschloss mit verlängerten Bolzen verbunden. Die Enden der Bolzen sind ringsum genutet, so dass ein länglicher Sicherungsring darüber geschoben werden kann. Der Sicherungsring lässt sich mit einer Kombizange verriegeln und wieder lösen.
Bei Kettenschaltungen dürfen die Bolzen des Kettenschlosses seitlich nicht überstehen, da sonst der Sitz und Lauf der Kette behindert würde (etwa im Käfig des Schaltwerks). Der zusätzliche seitliche Sprengring wird daher durch Außenlaschen ersetzt, die mit einem Langloch versehen sind, welches sich zur Mitte der Außenlasche etwas verbreitert. Die mit einer feinen Nut versehenen Bolzen können dort eingesteckt werden und rutschen bei kräftigem Zug in den schmaleren Teil des Langlochs und rasten ein. Das Kettenschloss wird durch Zusammenschieben geöffnet, entweder indem eine Spitzzange zwischen die Rollen geführt wird oder durch Z-förmiges Falten der Kette am Kettenschloss und Zusammendrücken mit einer Wasserpumpenzange.
Kettenlinie
In der Aufsicht des Fahrrads ist die Kettenlinie die Linie, als welche die Kette in ihrer gedachten mittleren Stellung erscheint. Sie verläuft durch das mittlere Ritzel und durch das mittlere Kettenblatt oder, bei gerader Ritzel- bzw. Kettenblattzahl, durch die Mitte zwischen zwei Blättern bzw. Ritzeln. Der Abstand zwischen Rahmenmitte und Kettenlinie wird ebenfalls kurz Kettenlinie genannt. Übliche Werte für diesen Abstand sind 47,5 mm oder 50 mm, bei Bahnrädern meist 42 mm.
Die Kettenlinie bestimmt, unter welchem Winkel die Fahrradkette zwischen den vorderen Kettenblättern und den hinteren Ritzeln verläuft. Idealerweise liegen Kettenblatt und Ritzel in einer geraden Linie. In diesem Fall ist die optimale Kraftübertragung möglich – der Wirkungsgrad erreicht sein Maximum, der Verschleiß ein Minimum.[2] Die Kettenlinie einer Kettenschaltung sollte so gewählt werden, dass die Kette in den am häufigsten verwendeten Gängen möglichst gerade läuft.
Ebenso wie der Q-Faktor (der waagerechte Abstand zwischen den Außenkanten der linken und der rechten Kurbel) kann die Kettenlinie durch die Verwendung einer Innenlagerwelle mit einer anderen Länge oder einer Kurbel mit anderer Ausladung verändert werden. Moderne Kurbelsätze mit außenliegenden Lagern sind oft nur in wenigen Varianten erhältlich. Kleinere Veränderungen können auch durch die Verwendung von Unterlegscheiben zwischen dem Flansch der Lagerhülsen und dem Tretlagergehäuse vorgenommen werden.
Einlauflängung
Bei neuen Ketten berühren sich Kettenbolzen und Kettenhülse bzw. Lagerkragen linienförmig. Auf den ersten 100–200 km kommt es aufgrund der kleinen Kontaktfläche beider Teile zu einer erhöhten Längung, während sich die Radien einander anpassen.[3]
Verschleiß
Beim Gebrauch kommt es zu einem Abrieb zwischen Verbindungsbolzen und Hülsen bzw. bei einer hülsenlosen Kette den Lagerkragen und infolgedessen zu einer Längung der Kette. Wenn eine bestimmte Länge überschritten wird, kommt es zu einem erhöhten Verschleiß an Kettenblatt und Ritzeln. Um deren Lebensdauer zu maximieren, sollte die Längung der Kette regelmäßig mit einer Kettenlehre, einem Stahllineal oder einem Messschieber überprüft werden, Es gibt auch spezielle Lehren zur Kettenverschleißmessung.
Verschleiß und Lebensdauer der Kette hängen im Wesentlichen von der Menge der abrasiv wirkenden, mineralischen Partikel ab, die in die Gelenke eindringen. Ketten, die durch Schutzbleche bzw. Schmutzfänger vor direktem Bewurf von Schlamm und Feinsand durch Vorder- und Hinterrad geschützt sind, können wesentlich länger halten. Ein geschlossenen Kettenkasten hält zusätzlich auch Straßenstaub von der Kette fern und erhöht ihre Lebensdauer in der Regel um ein Vielfaches.
Durch eine regelmäßige Reinigung der Kette kann ein Teil des abrasiv wirkenden Staubs entfernt werden. Bei einer offen laufenden Kette kann jedoch letztlich nicht verhindert werden, dass sich feine Partikel mit dem notwendigen Schmiermittel vermischen.
Kettenpflege
Befindet sich dünnflüssiges Öl auf der Kette, so wird feiner Staub vom Öl bis in die Gelenke der Kette getragen. Läuft die Kette eher trocken, so kann andererseits bei nassem Wetter dünnflüssiger Schlamm ins Innere der Kette gelangen. Neue Ketten werden meist mit einem eher festen Schmierstoff ausgeliefert, der gut haftet, bei Nässe kaum abgewaschen wird und wenig Staub bindet. Es empfiehlt sich daher, eine neue Kette solange nicht zu ölen oder zu säubern, bis sich erster Rostansatz zeigt. Hingegen kann es sinnvoll sein, das Schmiermittel einer neuen Kette durch einen gelegentlichen Wachsauftrag möglichst lange zu konservieren.
Hat sich die vom Hersteller aufgebrachte Schmierschicht abgenutzt, so kann der Schutz auf verschiedene Weise erneuert werden:
- Die Kette wird in ein Bad aus erhitztem Schmiermittel getaucht, welches durch die Verflüssigung bis ins Innere der Gelenke gelangt, beim Abkühlen jedoch verfestigt und kaum Staub bindet.
- Soweit die Schmierung im Inneren der Kette noch nicht ausgewaschen ist oder bereits erneuert wurde, kann die Kette auch in erhitztes Wachs getaucht werden, welches selber keine Schmierwirkung hat, die Kette jedoch für eine gewisse Zeit gegenüber Staub und Nässe abschirmt.
- Alternativ können lösemittelhaltige Schmierstoffe oder Wachse aufgetragen werden. Diese sind auch bei Raumtemperatur flüssig genug, um sich ausreichend auf der Kette zu verteilen, und verfestigen anschließend durch Verdunstung des Lösungsmittels.
- Spezielle Kettenöle oder Haftschmierstoffe, die weder erhitzt werden, noch Lösemittel enthalten, bleiben meist nach dem Auftrag etwas klebrig, sodass sie in gewissem Maße Staub binden. Sie werden auch auf Motorradketten verwendet und sind meist zäh und dickflüssig genug, um den Staub nicht ins Innere der Kette zu tragen, doch verbleibt ein schwarzer Schmierfilm auf der Kette, der bei Berührung Kleidung und Haut verschmutzt. Diese sollten idealerweise auf Ketten verwendet werden, die in einem geschlossenen Kasten laufen.
Da es nicht möglich ist, das Innenleben einer Kette mit einem festen Schmiermittel nachzufetten, ohne sie zu zerlegen, muss eine Kette mit Rostansatz mit Öl behandelt werden. Das verwendete Öl sollte eher dickflüssig sein, da ein dünnflüssiges Öl das im Inneren der Kette noch vorhandene Fett herausspülen und zugleich Staubpartikel in das Innere der Kette tragen kann. Gut eignen sich auch ölfreie Schmierstoffe auf Silikon- oder PTFE-Basis (Polytetrafluorethylen; DuPont-Handelsname: Teflon), die nicht klebrig sind. Vielfach werden diese bei Regenwetter schnell abgespült, was ein Nachschmieren nach jeder Regenfahrt erforderlich macht.
Auch (gebrauchtes) Motorenöl zum Schmieren von Verbrennungsmotoren kann verwendet werden. Es enthält jedoch in der Regel Tenside, welche Rückstände aus dem Inneren von Verbrennungsmotoren entfernen sollen, beim Kontakt mit Wasser jedoch zur schnellen Rostbildung führen. Manche Haushaltsöle sind säure- und harzhaltig und sollten ebenfalls nicht verwendet werden, sofern nicht ausgeschlossen werden kann, dass sie mit der Zeit verharzen.[4]
Die einzige sinnvolle Möglichkeit, um die in das Innere der Kette gelangten, abrasiven Partikel zu entfernen, besteht darin, die Kette vom Rad zu nehmen und in einem Bad aus Lösungsmittel oder dünnflüssigem Öl zu spülen.[5] Erhältlich sind auch kleinere Behälter für Reinigungsmittel mit rotierenden Rundbürsten, in welche die Kette eingelegt und durchgezogen werden kann, ohne diese vom Fahrrad zu entfernen. Die Spülwirkung ist jedoch begrenzt.
Die Abbildung rechts vergleicht eine neue mit einer gebrauchten Kette. Ketten üblicher Qualität längen sich nach etwa 5000 km um 1 bis 2 %. Das Bild darunter zeigt einen einzelnen Kettenbolzen. Dort, wo er in der Außenlasche verpresst war, beträgt der Durchmesser unverändert 3,7 mm. Der Verschleiß durch die Bewegung des Lagerkragens der Innenlasche unter Zugbelastung führten nach etwa 4000 km zu einer Abrasion von ungefähr 0,2 mm. Bezogen auf ein Kettenglied von ~13 mm Länge entspricht dies der beobachteten Längung.
Der bei Kettenschaltungen unvermeidbare Schräglauf der Kette und das Schalten unter Last erhöhen den Verschleiß. Da der Verschleiß besonders bei der Bewegung der Kettenglieder beim Umlauf um Kettenblätter und Ritzel auftritt, wirkt die Verwendung von großen Kettenblättern und großen Ritzeln verschleißsenkend. Lange Ketten wie von Liegerädern halten länger, weil die Umlaufzahl der Kette bei gleicher Laufleistung des Fahrzeugs umgekehrt proportional zur Kettenlänge ist; pro Kurbelumdrehung wird die Kette entsprechend der Zähnezahl des Kettenblatts weiterbewegt, bei längeren Ketten verteilt sich der Vorschub aber auf mehr Kettenglieder, so dass jedes einzelne Kettenglied entsprechend seltener in den Eingriff kommt. Entsprechend ist der Verschleiß bei den kurzen Sekundärketten von Dreirädern hoch, da sie hohe Umlaufzahlen aufweisen. Da sie allerdings gegenüber der Primärkette im Allgemeinen schneller umlaufen, ist der Kettenzug niedriger, was verschleißmindernd wirkt; andererseits laufen sie durch die höhere Umlaufgeschwindigkeit auch häufiger um.
Die Laufleistungen variieren von 1000 km bei Einsatz mit Kettenschaltung bei Schlechtwetter auf unbefestigten Wegen, über 3000 bis 5000 km bei Kettenschaltung mit guter Pflege oder weitgehend trockenen Einsatzbedingungen bis weit über 6000 km bei breiten Ketten ohne Kettenschaltung und guter Pflege.[6] Geschützt laufende Ketten, wie in Hollandrädern und Velomobilen, können erheblich länger halten; es wird von Laufleistungen bis 100.000 km berichtet.
Ein auf der Kettenstrebe befestigter Kettenstrebenschutz verhindert beim Überfahren von Bodenunebenheiten das Schlagen der Fahrradkette auf das Rohr der Kettenstrebe.
Kettenblätter und Zahnkränze
Da sich die Teilung von Kettenblättern und Zahnkränzen im Gegensatz zur Kette durch Verschleiß nicht ändert, führt die Längung der Kette dazu, dass nur noch die letzten Zähne von den Rollen der Kette belastet werden. Schließlich greift die Kette nur noch auf einem einzigen Zahn und rollt ein Stück weit am Zahn entlang, bis die nächste Rolle in Kontakt mit der Zahnflanke tritt. Wird die Kette nun nicht gewechselt, so nutzen sich die Zähne durch die auf ihnen abrollende Kette zur Spitze hin ab, bis zuletzt nur noch ein Zahnstumpf verbleibt, auf dem die Kette keinen Halt mehr findet.
Obwohl die Ritzel meist aus weicherem Material als die Kette sind, nutzt sich die Kette schneller ab als das Ritzelpaket, weil sich der Verschleiß auf mehrere Ritzel verteilt. Wird die Kette immer rechtzeitig gewechselt, so liegt der Kontaktpunkt mit dem Zahn stets nahe der Basis der Zahnflanke. Findet der Verschleiß durch häufigen Kettenwechsel somit lediglich an diese Stelle statt, so bildet sich mit der Zeit eine hakenförmige Zahnform aus, die letztlich dazu führen kann, dass sie Kette am Auslauf vom Ritzel noch ein Stück weit mit nach unten bzw. vom Kettenblatt mit nach oben gezogen wird. Dieses Problem lässt sich durch ein einfaches Abfeilen der Haken beseitigen.
Wird die Kette zu spät gewechselt, so können die schräg abgenutzten Zahnflanken dazu führen, dass die neue Kette aufreitet und überspringt. Falls dies nur bei den kleineren Ritzeln der Fall ist, so kann die neue Kette belassen und abgewartet werden, bis sie sich eingefahren und ein wenig gelängt hat. In der Regel greift sie dann recht bald auch wieder auf den kleinen Ritzeln.
Um einen gleichmäßigen Verschleiß von Kette und Kettenrädern zu bewirken, empfiehlt es sich, die Kette zwei mal bei der empfohlenen maximalen Längung gegen eine neue auszutauschen und die beiden alten Ketten aufzuheben. Sobald dann die dritte Kette ungefähr die Laufleistung der ersten beiden Ketten zusammengenommen erreicht hat, können die aufgehobenen Ketten erneut montiert werden. Eine neue Kette würde häufig zu diesem Zeitpunkt bereits auf den abgenutzten Kettenrädern überspringen, während die zuvor montierten Ketten ohne Probleme noch einmal eingesetzt und gefahren werden können, bis auch das Ritzelpaket endgültig verschlissen ist.
Hat man die Wahl zwischen mehreren, unterschiedlich stark verschlissenen Ketten, so kann alternativ jeweils auf eine etwas weniger stark gelängte Kette zurückgegriffen werden, sobald festgestellt wird, dass die gerade montierte Kette die vorgesehene Längung deutlich überschreitet. Das Maß der Längung lässt sich einfach abschätzen, indem die Ketten nebeneinander auf eine Fahrradspeiche geschoben und am unteren Ende beispielsweise der Stand des jeweils hundertsten Kettenglieds verglichen wird.
Anhaltspunkte:
- Bei einer Kettenlängung von 0,075 mm (bezogen auf ein Kettenglied) sollte die Kette gewechselt werden (typ. nach ca. 1000–2000 km, je nach Kettentyp, Belastung und Verschmutzung).
- Bei einer Längung von 0,1 mm zeigen insbesondere die kleinen Zahnkränze Abnutzungen (nach 2000–4000 km)
- Bei einer Längung von 0,2 mm sind deutliche Abnutzungen auf den Ritzeln zu sehen, ebenso auf den großen Kettenblättern (nach 3000–4000 km).
- Bei einer Längung über 0,2 mm reicht es vermutlich nicht mehr, nur die Kette zu wechseln, sondern auch die hinteren Zahnkränze.
Synchronkette beim Tandem
Die meisten Tandems sind mit einer zweiten Kette, der Synchronkette ausgestattet. Diese verläuft meist auf der linken Seite und verbindet die beiden Kurbelgarnituren miteinander. Dabei handelt es sich um eine gewöhnliche Fahrradkette mit angepasster Länge.
Sekundärkette beim Dreirad
Dreiräder sind häufig mit einem Differentialgetriebe ausgestattet. Für Schaltnaben oder Kettenschaltungen ist dann an der Hinterachse kein Platz. Das Problem wird konstruktiv so gelöst, dass vor der Hinterachse z. B. eine Schaltnabe angeordnet wird, die vom Kettenblatt aus über eine normale Fahrradkette, die Primärkette, angetrieben wird. Auf der linken Seite der Nabe ist am Gehäuse ein weiteres Kettenritzel montiert, das über eine zweite kurze Kette, die Sekundärkette, dann das Differentialgetriebe auf der Hinterachse antreibt.
Alternativen
Als seltene Alternativen zur Fahrradkette gibt es
- Zahnriemenantrieb (Fahrrad)
- Fahrrad#Kardanwellentrieb zum Hinterrad.
- Keilriemenantrieb – Mercedes-Benz verkaufte Ende der 1990er Jahre einige Fahrradmodelle mit einem gezahnten Keilriemen.[7]
Literatur
- Michael Gressmann, Franz Beck, Rüdiger Bellersheim: Fachkunde Fahrradtechnik. 1. Auflage. Verlag Europa-Lehrmittel, Haan-Gruiten 2006, ISBN 3-8085-2291-7.
Weblinks
- die Fertigung von Fahrradketten in der Sendung mit der Maus
- ADFC-Fachausschuss Technik Fahrradkette
- Olaf Schultz’ Kettenblog – Untersuchungen zum Verschleißverhalten
- Kettenpflege
- Ausführliche Anleitung und Video zum Wechseln der Fahrradkette
Einzelnachweise
- http://www.diamantrad.com/geschichte/zeitreise/
- http://www.arnowelzel.de/sheldonbrown/chainline/
- Die Firma Rohloff verwendete bei ihren Ketten trochoidförmige Lagerkragen, die die anfängliche Flächenpressung herabsetzten (Patent EP 0396701). Rohloff fertigt inzwischen keine Ketten mehr.
- http://www.sheldonbrown.com/chains.html
- http://www.sheldonbrown.com/brandt/chain-care.html (englisch)
- http://www.kmcchain.com/index.php?ln=en&fn=service#4 (englisch)
- Das Mercedes Stadtfahrrad