Fahrradzukunft

Ausgabe 18

April 2014

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Plädoyer für die Half-Step-Schaltung

von Thomas Baumann

In diesem Artikel möchte ich im Detail auf die sogenannte »Half-Step«-Schaltung eingehen oder genauer gesagt auf »Half Step plus Granny«, insbesondere auf deren Anwendung für Reiseräder.

Das Thema Half-Step-Schaltung wurde schon in der zweiten Ausgabe von Fahrradzukunft im Juni 2006 behandelt, in der zwei Artikel dazu zu finden sind. Wolfram Fischer bot in Halfstep plus Granny reloaded eine gute Einführung in das Thema und beschrieb im Weiteren die Umbaumaßnahmen für ein feingestuftes, gebirgstaugliches Reiseradgetriebe detailliert. Stefan Buballa berichtete in Granny- oder Grand-Granny-Schaltungen fit machen für die Berge über den Einsatz von Ritzeln als extrem kleine Kettenblätter, was in der Kombination mit einer Half-Step-Schaltung ein sehr vielseitiges Getriebe bietet.

Mein Artikel bezieht sich zum größten Teil auf Erfahrungen, die ich in der Anpassung der Schaltung an einem Tandem für meine Bedürfnisse als Reiseradler sammelte. In meinem Fall beschränke mich dabei auf die gezielte Auswahl handelsüblicher Komponenten; damit ist mein Umbau auf den Austausch von einzelnen Bauteilen beschränkt. Ich hoffe daher, dass dieser Artikel für viele Leserinnen und Leser eine Anleitung darstellt, die mit relativ geringem Aufwand an Geld und Zeit realisiert werden kann. Die Zusammenstellung der Half-Step-plus-Granny-Schaltung am Reisetandem ist im Prinzip identisch zu der an einem Solo-Reiserad.

Einleitung

Die Half-Step- (zu Deutsch Halb-Stufen-) Schaltung findet ihren Ursprung in der Zeit von 4- und 5fach-Ritzeln, als die vorderen Umwerfer keine großen Sprünge zwischen den Kettenblättern bewältigen konnten. Um dennoch einen breiten Übersetzungsbereich zu erreichen, waren die Ritzelpakete in größeren Sprüngen gestuft. Aus diesem Grund wurden diese Ritzelpakete mit Kettenblättern, die ein Verhältnis der Zähnezahl, das genau zwischen dem Verhältnis benachbarter Ritzel liegt, kombiniert. Hat man z. B. ein 15er und 18er Ritzel, dann ist das Verhältnis 18/15 = 1,2 oder ein Sprung von 20 %. Eine Kombination von 52er und 48er Kettenblatt ergibt 1,08, was mit einem 8-Prozent-Sprung etwa eine halbe Stufe darstellt. Mit der Entwicklung von besseren Umwerfern und Schaltungen mit größeren Gangzahlen wurde die Half-Step von der Crossover-Konfiguration abgelöst. Damit werden die Nachteile des Half-Step, häufiges Doppelschalten (d. h. gleichzeitiges Schalten des vorderen und hinteren Schaltwerks) sowie stärkerer Schräglauf der Kette vermieden. Bei der Crossover-Konfiguration bieten weit gespreizte Größen der Kettenblätter und eine feinere Abstufung der Ritzelgrößen überlappende Gangbereiche.

Die Half-Step-Schaltung war immer schon bei Tourenradlern sehr beliebt, die zusammen mit Dreifachkettenblättern fein abgestufte Gänge mit großem Übersetzungsbereich erzielten, indem sie Half-Step-Konfigurationen mit einem kleinen Kettenblatt für steile Steigungen kombinierten.

Mit der Zunahme an verfügbaren Gängen von fünf über sieben zu den heute üblichen 9- oder 10fach-Ritzeln scheint die Zeit der Half-Step-Schaltung vorüber. Aber, wie ich zeigen werde, gebührt der Half-Step-plus-Granny-Schaltung immer noch ein Platz unter den Kettenschaltungen.

Als ich vor einigen Jahren ein Tandem anschaffte, das mit Dreifach-Kurbel und Neunfach-STI-Schaltung ausgestattet war, dachte ich zunächst nicht daran, die Schaltung zu modifizieren. Obwohl ich bei meinem alten 21-Gang-Reiserad seit Jahren auf eine Half-Step-Schaltung schwöre, ging ich davon aus, dass mit neun statt sieben Ritzeln die Gangabstufung fein genug sein sollte.

Bild 1: Reisetandem

Allerdings stellten sich im alltäglichen Gebrauch des Tandems, welches ich zusammen mit meiner Tochter (am Anfang sechs Jahre alt) benutze, schnell Probleme mit der montierten Crossover-Schaltungskonfiguration heraus. Das Ritzel mit 11–34 Zähnen bot zwar zusammen mit der 52/39/30-Zähne-Kettenblattgarnitur einen umfangreichen Übersetzungsbereich, aber man konnte nicht vom Stand in einen zügigen Geschwindigkeitsbereich schalten, ohne zwischendurch den vorderen Umwerfer zu betätigen, weil die Kette auf dem 39er Kettenblatt in den kleinsten Ritzeln am 52er Blatt schliff. Das Problem bei diesem Schaltvorgang war, dass man für einen guten Übergang vom mittleren auf das große Kettenblatt hochschalten und zugleich am hinteren Schaltwerk einen Gang herunter schalten musste. Dies war vor allem im Stadtverkehr recht nervig. Das zweite Problem manifestierte sich auf unserer ersten mehrtägigen Camping-Radtour, bei der wir unser Gepäck auf dem Tandem mitführten. Die Sprünge zwischen den schnellen Gängen des Ritzelpaketes betragen, bedingt durch den großen Übersetzungsbereich, 15 % bis 18 %. Das ist für ein beladenes Tourenrad, vor allem ein Tandem, zu viel.

Benötigter Übersetzungsbereich

Im Idealfall sind Übersetzungsbereich und Gangabstufung durch die Bedürfnisse des Radfahrers und durch das geplante Einsatzfeld des Rades bestimmt. In der Realität sind sie, jedenfalls für die Mehrheit von Fahrradbesitzern, vom Fahrradhersteller oder vielmehr vom Fahrradkomponentenhersteller vorbestimmt. Leider gibt es nur sehr wenige Fahrradkomponenten, die speziell auf die Bedürfnisse von Reiseradlern abgestimmt sind. Der Großteil hochwertiger Fahrradbauteile wird für Rennräder oder Mountainbikes entwickelt. Erschwingliche Komponenten für Normalverbraucher werden davon abgeleitet. Aus diesem Grund findet man an den meisten kompletten Reiserädern Mountainbike-Schaltungen.

Für Radreisen mit einem beladenen Fahrrad vornehmlich auf der Straße sind Mountainbike-Getriebe allerdings nicht optimal abgestimmt. Einerseits bieten sie zwar eine sehr niedrige Übersetzung am unteren Ende, was für ein Reiserad wichtig ist, um auch nach einem langen Tag noch den Anstieg zum Campingplatz oder zur Jugendherberge bewältigen zu können. Aber andererseits mangelt es oft an ausreichend hohen Übersetzungen und einer feinen Abstufung der schnellen Gänge, die man für die zügige Fahrt bei wechselnden Bedingungen in der Ebene benötigt.

Um das Getriebe optimal auf unsere Bedürfnisse anzupassen, betrachten wir zunächst das schnelle Ende des Spektrums. Fahrräder mit Dreifach-Kurbeln haben als größtes Kettenblatt typischerweise eines mit 50 oder 52 Zähnen, sogenannte Trekkingräder kommen oft auch mit 48 Zähnen. Zusammen mit einem kleinsten Ritzel von elf Zähnen ergibt sich damit eine höchste Übersetzung von 4,55–4,73 (4,36 beim Trekkingrad). Hier muss man eine Wahl treffen. Die höchste Übersetzung an meinem Tandem war 52/11, also 4,73, was mit 700C-Laufrädern einer Entfaltung (zurück gelegte Wegstrecke bei einer Kurbelumdrehung) von 10,1 m entspricht. Das ist schon recht schnell und fand nur bei sehr schnellen Abfahrten Verwendung. Also entschied ich mich, als größtes Kettenblatt eines mit 50 Zähnen zu wählen.

Nachdem die höchste Übersetzung festgelegt ist betrachten wir nun, was wir als niedrigste Übersetzung benötigen. An meinem Tandem war das die Kombination vom 30er Kettenblatt mit dem 34er Ritzel, also eine Untersetzung von 0,88. Das ist schon ziemlich gut und meine neue Konfiguration sollte einen mindestens genauso niedrigen ersten Gang haben. Neunfach-Kassetten für Mountainbikes sind zwischen 11–28 und 12–36 Zähnen erhältlich. Bei den Kassetten mit mehr als 28 Zähnen am größten Ritzel gibt es bei den kleinen Ritzeln Sprünge von zwei Zähnen, was dann im Bereich 15 % bis 18 % liegt und gut mit dem Half-Step ergänzt werden kann. Bei Zehnfach-Kassetten ist die Situation nicht viel anders, auch hier findet man bei Kassetten mit großem Übersetzungsbereich Zwei-Zahn-Sprünge bei den schnellen Gängen.

Suche nach dem Half-Step

Sobald man sich auf ein Ritzelpaket festgelegt hat, ist auch die Gangabstufung der »vollen« Gänge definiert, also der Gänge in Kombination von großem Kettenblatt und Ritzel. Man kann nun ausrechnen, welche mittlere Kettenblattgröße eine halbe Stufe ergibt. Das Verhältnis der drei kleinsten Ritzel ist in meinem Fall mit 11, 13 und 15 Zähnen 1,18 (13 ÷ 11) und 1,15 (15 ÷ 13). Wenn man also von der 50/15-Kombination auf 50/13 schaltet, wird die Übersetzung mit dem Faktor 1,15 multipliziert und beim Schritt von 50/13 nach 50/11 mit 1,18. Um eine Übersetzung zu finden die genau dazwischen liegt, bilden wir die Quadratwurzel von 1,15, was 1,072 ergibt. Anders herum ergibt 1,072 × 1,072 = 1,15, also liegt ein 7,2 %-Sprung genau halb zwischen einem 15 %-Sprung. Die hier angegebenen Werte sind auf zwei oder drei Stellen gerundet, was das Endergebnis nicht ändert. Beim Faktor 1,18 ist die Quadratwurzel 1,086. Nun können wir ausrechnen, welcher Zähler ein Verhältnis genau zwischen 50 ÷ 15, 50 ÷ 13 und 50 ÷ 11 ergibt. Bei 1,072 wäre das 50 ÷ 1,072 = 46,6 und bei 1,086 ergibt sich 50 ÷ 1,086 = 46,0. Hier würde man zu einem 46er Kettenblatt greifen, da dies die am nächsten liegende ganze Zähnezahl ist. Die sich dabei ergebende Gangabstufung ist sehr gleichmäßig, wie man in Tabelle 1 sehen kann.

Tabelle 1: Abstufung der »schnellen« Gänge in meiner Half-Step-Schaltung
Gang Übersetzungsverhältnis Gangstufen
50/11 4,55  
46/11 4,18 8,7 %
50/13 3,85 8,7 %
46/13 3,54 8,7 %
50/15 3,33 6,2 %
46/15 3,07 8,7 %

Wir können auch ausrechnen, welches Kettenblatt mit einem 52er Kettenblatt gepaart werden müsste, um einen Half-Step zu ergeben. Mit dem gleichen Ritzelpaket würden wir also 52 ÷ 1,07 = 48,6, und 52 ÷ 1,09 = 47,7 berechnen. Hier würde also ein 48er Kettenblatt zur Anwendung kommen. Die sich ergebenden Gangstufen sind in Tabelle 2 aufgelistet.

Tabelle 2: Gangabstufung der »schnellen« Gänge in einer 52/48-Half-Step-Schaltung
Gang Übersetzungsverhältnis Gangstufen
52/11 4,73  
48/11 4,36 8,3 %
52/13 4,00 9,1 %
48/13 3,69 8,3 %
52/15 3,47 6,5 %
48/15 3,20 8,3 %

Tabelle 3 zeigt noch, wie die ganze Sache aussieht, wenn man ein 48er als größtes Kettenblatt wählt. Hier kommt optimalerweise ein mittleres Kettenblatt mit 44 Zähnen zum Einsatz.

Tabelle 3: Gangabstufung in einer 48/44-Half-Step-Schaltung. Es sind nur die sechs größten Übersetzungen angegeben
Gang Übersetzungsverhältnis Gangstufen
48/11 4,36  
44/11 4,00 9,1 %
48/13 3,69 8,3 %
44/13 3,38 9,1 %
48/15 3,20 5,8 %
44/15 2,93 9,1 %

Wenn man sich die ganze Sache mit weniger Mathematik klar machen möchte, kann man auch die Komponentenoptionen in dem online-Programm ritzelrechner.de von Dirk Freeken eingeben und sich die daraus folgenden Übersetzungen, Entfaltungen und sogar Geschwindigkeiten grafisch anzeigen lassen.

Beachten muss man aber auch, wie groß das mittlere Kettenblatt maximal sein darf, ohne an die Kettenstrebe des Rahmens zu stoßen.

Bild 2–3: Half-Step plus Granny am Reisetandem. Im linken Bild befindet sich die Kette auf dem mittleren Kettenblatt mit 46 Zähnen, im rechten Bild auf dem äußeren Kettenblatt mit 50 Zähnen. Zu erkennen ist auch der Einsatz eines 2fach-Umwerfers.

Kapazität

Nun haben wir zwei Drittel der Schaltung festgelegt und müssen sehen, mit welchem Kriechgang oder Granny unsere Half-Step-Schaltung ergänzt werden kann. Ohne hier Standardkomponenten zu modifizieren, wie es Wolfram Fischer und Stefan Buballa in der zweiten Ausgabe von Fahrradzukunft beschreiben, sind uns hier natürlich Grenzen gesetzt.

Das erste Limit wird als Schaltwerkskapazität bezeichnet und gibt beim hinteren Schaltwerk die Kettenlängendifferenz in Zähnen an, die das Schaltwerk noch spannen kann. Bei modernen Mountainbike-Schaltwerken mit langem Käfig liegt dieser Wert typischerweise zwischen 43 und 45 Zähnen. In dem hier beschriebenen Fall beträgt die Kapazität des Schaltwerkes 45 Zähne. Dies bedeutet, dass mit der Kombination 50er Kettenblatt und 11–34er Ritzelpaket als kleinstes Kettenblatt noch eines mit 28 Zähnen genommen werden kann, denn (50 + 34) – (28 + 11) = 45. Das Schaltwerk mit einer Kapazität von 45 Zähnen wäre also in der Lage, die Kette auch noch in diesen Extremsituationen (selbst wenn diese Schaltkombinationen unvorteilhaft sind) gespannt zu halten. Dies ist eine gute Versicherung, dass selbst im Falle eines versehentlichen Verschaltens nichts kaputt gehen kann. Hätte man für das große Kettenblatt eines mit 52 Zähnen gewählt, so würde das untere Limit für das kleine Kettenblatt mit dem gleichen Schaltwerk bei 30 Zähnen liegen.

Die nächste Frage ist nun, ob der vordere Umwerfer den Unterschied zwischen den Kettenblättern bewältigen kann, denn auch diese Komponente hat eine limitierte Kapazität. Für eine 50/46/28-Kettenblattkombination müsste man einen Umwerfer mit einer Kapazität von 22 Zähnen haben. Leider ist hier die Auswahl etwas schwieriger. Dreifach-Umwerfer, die man nicht nur an Mountainbikes oder Trekkingrädern, sondern mittlerweile auch an Rennrädern findet, haben ein stark nach unten gezogenes inneres Führungsblech. Dieses stößt beim Schalten auf das große Kettenblatt am mittleren Kettenblatt an, weil das mittlere Kettenblatt bei einer Half-Step-Kombination größer als bei einer Crossover-Schaltung ist, für die diese Dreifach-Umwerfer konzipiert sind. Wolfram Fischer beschreibt dazu in Halfstep plus Granny reloaded den recht einfachen Umbau einen Suntour XCR 504-Umwerfers, der allerdings meines Wissens nach nicht mehr erhältlich ist.

Nach meiner Erfahrung besitzen Zweifach-Umwerfer allerdings genügend seitlichen Bewegungsspielraum, dass sie drei Kettenblätter bedienen können. Man muss lediglich die Begrenzungsschrauben weiter heraus drehen. In meinem Fall fand ich einen gebrauchten Shimano Ultegra Zweifach-Umwerfer der prima passte und auch so montiert werden konnte, dass die Kette auf dem kleinsten Kettenblatt nicht am unteren Ende des Führungsbleches schleift (siehe Bild 2–3). Im allgemeinen ist bei Umwerfern darauf zu achten, dass der Führungsblech-Radius in etwa mit dem des größten Kettenblattes übereinstimmt. Die maximale Kettenblattgröße wird vom Hersteller angegeben. Leider gibt es für die seitliche Reichweite keine weiteren Angaben, außer der, dass es sich um einen Zweifach- oder Dreifach-Umwerfer handelt. Also hilft bei der Verwendung von Zweifach-Umwerfern leider nur Probieren.

Beim Positionieren des Umwerfers muss man bei einer Half-Step-plus-Granny-Schaltung darauf achten, dass das innere Führungsblech nicht mit dem mittleren Kettenblatt kollidiert. Das äußere Führungsblech sollte einen etwa 1 bis 2 mm breiten Spalt zum großen Kettenblatt haben. Der Winkel des Umwerfers zur Kettenblatt-Ebene, soweit er eingestellt werden kann, bedarf möglicherweise eines gewissen Grades an Feintuning, denn das Schalten vom kleinen Kettenblatt auf das mittlere Kettenblatt ist eine schwierige Aufgabe für den Umwerfer. Steighilfen, wie Wolfram Fischer sie beschreibt, können da hilfreich sein.

In der Praxis

Nachdem alle berechneten Werte auf dem Papier eine gute Figur abgeben und die Komponenten ausgetauscht wurden, kommt nun die wichtige Frage: Wie sieht das ganze denn in der Praxis aus? Ich kann hier von meiner Erfahrung mit dem Tandem berichten, welches wir für zwei Jahre mit der originalen Schaltung gefahren sind, inklusive einer sechstägigen Campingtour quer durch Michigan, und nun schon zwei Jahre mit Half-Step fahren. Mit der Half-Step-Schaltung haben meine Tochter und ich schon zweimal Michigan durchquert.

Wie schon erwähnt ist das Tandem mit einer 9fach-Kassette und einer STI-Brems-Schaltgriff-Kombinationen ausgestattet. Das bedeutet, hier ist sowohl das Schaltwerk als auch der vordere Umwerfer »indexiert«. Die Befürchtungen, die ich mir vorab über STI in der Kombination mit Half-Step plus Granny gemacht habe, haben sich nicht bewahrheitet. Ganz im Gegenteil: Die STI-Hebel schalten den vorderen Umwerfer ohne Probleme und sehr präzise. Selbst nach nun zwei Jahren ist dies immer noch der Fall. Das Tandem fährt sich mit der Half-Step-Schaltung einfach viel besser als vorher. Um vom Stand aus auf normale Geschwindigkeiten zu beschleunigen, braucht man nun lediglich durch die Gänge am Ritzel zu schalten (die vollen Gänge), die für diesen Zweck sehr gut abgestuft sind. Im Stadtverkehr kommen die halben Gänge, d. h. Wechsel vom mittleren auf das große Kettenblatt, nur selten zum Einsatz. Aber wenn es auf längere Strecken, eventuell auch noch mit Gepäck, geht, besticht die Schaltung durch die gleichmäßig fein abgestuften Übersetzungen.

Doppelschalten ist nur selten notwendig, da man normalerweise bis in den richtigen Gang mit vollen Gängen schaltet und dann bei Bedarf durch Wechsel auf das große Kettenblatt noch einen halben Gang höher schalten kann. Aber selbst wenn man einen halben Gang schalten möchte, der einen gleichzeitigen Wechsel von Ritzel und Kettenblatt erfordert, ist dies mit STI-Hebeln problemlos möglich. Das Schalten zwischen dem mittleren und dem großen Kettenblatt geht schnell vonstatten, da nur ein geringer Zahnunterschied überwunden werden muss. Anders sieht die Geschichte aus, wenn man vom kleinen Kettenblatt auf das mittlere schalten möchte, hier muss man etwas vorsichtiger treten. Im Normalfall kommt das kleine Kettenblatt aber nur sehr selten zum Einsatz. Insgesamt bin ich mit der Konfiguration Half-Step plus Granny sehr zufrieden und bislang habe ich keinerlei Nachteile erfahren, über die ich berichten könnte.

Eine Sache, die oft als Pferdefuß der Half-Step-Schaltung aufgeführt wird, ist der angeblich größere Kettenschräglauf, d. h. Kettenblattebene und Ritzelebene liegen in vielen Gängen weiter auseinander als bei einer Crossover-Schaltung. Allerdings ist diese Behauptung faktisch nicht ganz richtig: Ich habe an meiner Schaltung nichts an der Kettenlinie geändert, also kann es auch nicht mehr Kettenschräglauf geben. Was richtig ist, ist die Tatsache, dass die Half-Step-Schaltung mehr nutzbare Gänge hat – und diese Gänge liegen zwangsläufig in Kombinationen mit mehr Kettenschräglauf. In diesem Fall geht man also einen Kompromiss zwischen höherem Kettenverschleiß und mehr nutzbaren Gängen ein.

Im Fazit kann ich nur sagen, dass selbst bei 9fach-Ritzeln Half-Step plus Granny durchaus Sinn macht. Meinen sehr moderaten Umbau, der lediglich einen Austausch der drei Kettenblätter und des Umwerfers erforderte, habe ich jedenfalls bis heute noch in keiner Weise bereut.

Zum Autor

Thomas Baumann lebt mit seiner Familie in Michigan, USA, wo er, wenn er nicht mit dem Rad unterwegs ist, als Kernphysiker tätig ist.

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