Schaltautomatik fürs Fahrrad Der DaVinci-Code fürs Elektrorad

Das Prinzip eines stufenlosen Getriebes – oder CVT wie englisch Continuously Variable Transmission – hat Leonardo da Vinci bereits 1490 skizziert. Wenn man einen kraftübertragenden Riemen über zwei nicht gleich große Scheiben laufen lässt, wird sich die eine schneller als die andere drehen. Man erhält eine Unter- oder Übersetzung – je nachdem, welches die antreibende und welches die mitgenommene Scheibe ist. Die Idee des genialen Italieners war, eine der Scheiben durch einen Kegel zu ersetzen. Wenn man nun den Riemen seitlich verschiebt, ändert sich kontinuierlich der wirksame Radius und damit das Übersetzungsverhältnis.

In der Fahrradwelt existiert seit 2007 eine Nabe von Fallbrook Technologies, die dieses Prinzip in Schaltkomfort umsetzt. Leonardo zu Ehren erhielt das Planetengetriebe ohne Schaltstufen (CVP) den Namen NuVinci. In der N170 und der voriges Jahr verbessert präsentierten, vor allem leichter ausgeführten NuVinci N360 arbeiten keine Zahnräder. Die Kraftübertragung findet mit Kugeln statt. Die laufen zwischen zwei Schalen: Die eine leitet über die Kette und das Ritzel Kraft ein, die andere wird von der Reibung der Kugeln mitgenommen und lässt über Nabenflansche und Speichen das Laufrad rotieren. Der Pfiff bei der Sache ist, dass die Kugeln sich in einem kippbaren Kugelkäfig und in einer viskosen Flüssigkeit bewegen.

Bei einer NuVinci spürt man nichts

Beim Schaltvorgang – einer Drehung am Lenkergriff – wird der Kugelkäfig geneigt. Dadurch verlässt er die mittlere Position, in der die Rollradien auf beiden Seiten gleich groß sind. Ist das der Fall, bewegt sich die mitgenommene Schale genauso schnell wie die antreibende. Sind die Rollradien jedoch verschieden, drehen sich antreibende und mitgenommene Schale unterschiedlich schnell – mit einer Unter- oder Übersetzung, je nach Neigung des Kugelkäfigs. In der NuVinci-Nabe kommt es dabei nicht zu einem Kontakt Metall auf Metall, sondern zwischen Kugel und Lauffläche ist ein dünner Ölfilm. Diese von Valvoline gelieferte Flüssigkeit hat die Eigenschaft, sich unter hohem Druck zu verfestigen und damit eine Verbindung ohne Schlupf herzustellen.

In einer herkömmlichen Nabenschaltung werden durch mehr oder weniger Spannung eines Bowdenzugs beim Schalten jeweils andere Zahnradkombinationen aktiviert. Der Übergang von einer Übersetzung zur nächsten, der sogenannte Schaltsprung, ist deutlich zu spüren. Bei einer NuVinci spürt man nichts: Man dreht am Schaltgriff, bis es sich zum Beispiel bergan so leicht tritt, wie man es haben möchte. Man muss sich keine Gedanken darüber machen, ob man in den dritten, zweiten oder ersten Gang zurück- oder in den 27. Gang hochschalten soll, man dreht, bis einem die Übersetzung passt.

Rasch, schmuseweich und genau

Dieser Komfort wurde im September 2006 nach mehrjähriger Entwicklung vorgestellt und ließ sich im folgenden Jahr zum Beispiel in Rädern der niederländischen Marke Batavus ausprobieren. Der Eindruck der N170 war nicht überwältigend. Sie funktionierte, aber sie war klobig und vor allem zu schwer. Während sich Fallbrook mit den Naben, vor allem mit der kleineren, deutlich angenehmer zu fahrenden N360 bei den Nachbarn etablieren konnte, blieben in Deutschland die Hersteller eher zurückhaltend, auch wenn Fallbrook für beide Naben am Bodensee einen Eurobike Award einheimste. Das Bild hat sich inzwischen ein wenig gewandelt, und das liegt nicht zuletzt an der Verbreitung der Elektroräder.

Stufenlos die Übersetzung anpassen zu können heißt umgekehrt: Man kann die Drehzahl sehr schön konstant halten. Der durchschnittliche Radfahrer tritt aber mal so und mal so in die Pedale und überlässt den gleichmäßig schnellen Rundtritt dem Sportler. Nicht so der Benutzer eines Pedelecs: Dessen einsetzende und sich wieder verabschiedende motorische Unterstützung bringt einem Drehzahlkonstanz beim Treten ganz unaufdringlich bei. Allerdings zeigt sich, dass von den vielen Übersetzungen einer herkömmlichen Kettenschaltung die meisten Übersetzungen nicht benutzt werden: Beim Pedelec braucht man einen Gang zum Anfahren und einen zur flotten Fortbewegung, alles andere ist überflüssig. Dementsprechend angenehm erweist sich im Elektrorad eine NuVinci, weil sie sich rasch, schmuseweich und genau einem gleichmäßigen Treten mit einem Maximum an Unterstützung anpassen lässt.

Die Wahl zwischen zwei Modi

Bislang musste man diese Anpassung aber immer wieder korrigierend von Hand am Drehgriff nachführen. Nun hat Fallbrook mit der NuVinci Harmony eine Automatik vorgestellt. Zugleich wurde angekündigt, man werde sich mit der Technik des stufenlosen Planetengetriebes auf die Elektroräder konzentrieren, daneben aber auch Lösungen beispielsweise für Klimaanlagen in Lastwagen, Rasenmäher, Golfkarren und Windenergieanlagen anbieten.

Harmony wird den Erstausrüstern in zwei Versionen angeboten und bleibt auf Elektroräder beschränkt, denn das System braucht elektrische Energie. Es verkraftet Spannungen zwischen 12 und 48 Volt bei einer Leistungsaufnahme von 3 bis 4 Watt. Mit dem „Advanced Rider Controller“ hat man die Wahl zwischen zwei Modi: manuelles Schalten wie bisher durch Drehen des Lenkergriffs oder Automatikbetrieb mit jederzeit änderbarer festgelegter Trittfrequenz. Die Ausführung „Basic“ des Controllers braucht keinen Drehgriff, sondern beschränkt sich auf drei Drucktasten am Lenker. Durch sie werden drei unterschiedliche Trittfrequenzen eingestellt, die der Hersteller des Elektrorads programmiert hat. Es ist nur Automatikbetrieb möglich.

Schalten kann man vergessen

Dieses ganz einfache System hat bei Probefahrten mit ersten Vorserienexemplaren der NuVinci Harmony in Elektrorädern unterschiedlicher Hersteller besonders gut gefallen. Man hat drei Arten des Tretens zur Auswahl, langsam, mittel und schnell, Trittfrequenzen von beispielsweise 40, 60 und 80 Kurbelumdrehungen je Minute. Man wählt eine und fährt los. Es geht bergab, und die Schaltung geht surrend in den großen Gang (Übersetzung 1:1,8), es geht bergauf, und die NuVinci N360 schaltet zurück bis zur Untersetzung 1:0,5 (Übersetzungsbereich 360 Prozent). Schalten kann man vergessen, je nach Laune lässt sich die Trittfrequenz ändern, den Rest besorgt die Steuerung.

Die sitzt rund 250 zusätzliche Gramm leicht an der Hinterradnabe – am Elektrorad ein zu vernachlässigendes Mehrgewicht. Über nur einen wetterfesten Stecker, der beim Radausbau kein Hindernis sein sollte, ist die Steuerung mit der Elektrik des Rades verbunden. Sie überwacht Trittfrequenz und Geschwindigkeit, wobei die Kadenz des Pedalierens errechnet wird.

„Ride by wire“

Die „Advanced“-Ausführung macht mehr her mit ihrem in Blau oder beim manuellen Modus orange leuchtenden Display. Für die Fahrpraxis bedeutet dieser Controller, dass die Automatik abschaltbar ist. Die manuelle Wahl der Übersetzung nennt Fallbrook „Ride by wire“, denn tatsächlich gibt es keinen Bowdenzug mehr, sondern die Nabe wird über ihre elektrische Verbindung angesteuert. Die Möglichkeit, im Automatikbetrieb die Trittfrequenz genauso stufenlos wie die Übersetzung feinjustieren zu können, war längst nicht so aufregend wie der sorglose Verzicht auf das Schalten an sich. Und das bietet eben schon die einfache Variante.

Es kommt für die NuVinci Harmony nicht darauf an, ob das Elektrorad einen Frontnaben- oder Mittelmotor hat. Ein Fahrradmodell von Merida, das S-Presso mit dem Bosch-Antrieb und einem im Rahmendreieck plazierten Akku, gefiel bei den Probefahrten besonders, weil sich zeigte, dass eine eher sportive Auslegung durchaus mit der Automatik harmonieren kann.