Fahrwerktuning – Federgabel Aufbau

Text Matthias Baumgartner, Stefan Kecht Bild Stefan Schopf
Geschichten

Fahrwerktuning - Federgabel Aufbau

Du hast mit Federgabeln als komplexer technischer Errungenschaft schon abgeschlossen, weil sowieso jedes Mal nur von Progression, Losbrechmoment und Shimstacks die Rede ist?! Wir haben das hochsensible Zusammenspiel einer Federgabel bzw. eines Federbeins genau unter die Lupe genommen und aufbereitet.

Aus der Gravity Spezial 2019

Federelement

Die Aufgabe der Feder ist es, Unebenheiten auszugleichen. Die Feder kann nur Kraft in eine Richtung stellen, und physikalisch gesehen speichert die Feder Energie und gibt sie wieder frei. Die Feder sitzt für gewöhnlich in der linken Seite und ist wahlweise eine Luft- oder Stahlfeder.

Das Prinzip

Eine Luft- oder Stahlfeder lässt sich komprimieren. Beim Ausfedern möchte sich die Luft- bzw. Stahlfeder schlagartig wieder ausdehnen, wodurch der ganze Effekt des kontrollierten Ausfederns, das Plus an Kontrolle am Lenker, dahin wäre. Die Gabel würde zu schnell ausfedern, wippen und schaukeln. An diesem Punkt kommt die Dämpfungseinheit auf der anderen Seite ins Spiel. Ach ja, die Luft- oder Stahlfeder muss auf das Gewicht des Fahrers ausgelegt werden.

Dämpferelement

Die rechte Seite der Federgabel enthält zumeist das Dämpferelement, genannt Dämpferkartusche, das für den Widerstand beim Ein- und Ausfedern verantwortlich ist. Öl ist im Gegensatz zu Luft nahezu inkompressibel, sprich: nicht zusammenpressbar. Beim Ein- und Ausfedern wird das Öl dafür durch kleine Bohrungen und Ventile gedrückt, wodurch die Dämpfung entsteht. Wenn man den Zug- oder Druckstufen-Versteller dreht, verändert man für gewöhnlich genau diese Bohrungen, und somit verändert sich der Widerstand des Ölflusses. Das bedeutet, dass Dämpfkräfte immer entgegengerichtet der Bewegungsrichtung sind und somit Energie des Schwingungssystems vernichten.

Großes Volumen – kleines Volumen /
Verändern des Luftkammervolumens

In der Regel bietet eine Luftfedergabel bzw. ein Luftdämpfer die Möglichkeit, das Luftkammervolumen zu verändern. Damit hat man eine weitere Einstellmöglichkeit, die Gabel bzw. das Federbein an seine eigenen Bedürfnisse besser anzupassen. Der Unterschied ist in der Darstellung gut zu sehen: Während der Anfangsdruck identisch ist, steigt der Druck in der kleineren Kammer bei gleichem Hub wegen des geringeren Platzbedarfs stärker an. Es ist also mehr Kraft nötig (bei gleichem Anfangsdruck), um den Federweg zu nutzen (positives Luftkammervolumen verkleinern = höhere Federrate und Endprogression).

Glossar

Luftfederung

Ähnlich bei einer Spritze mit verschlossener Öffnung funktioniert auch die Federung einer Luftfedergabel. Ein Kolben drückt bei einer Belastung auf das Luftpolster, die Gabel federt ein und das Polster wird komprimiert. Nimmt die Belastung wieder ab, drückt das Luftpolster den Kolben wieder nach oben – die Gabel federt wieder aus. In der Regel befindet sich die Luftkammer auf der linken Seite der Federgabel. Vorteile des Luftsystems sind ein geringes Gewicht und eine schnelle Anpassung auf das Fahrergewicht durch den anpassbaren Luftdruck.

Lineare / progressive Luftfederkennlinie

Eine Luftfeder ist zu Beginn unter geringer Krafteinwirkung weich, mit einem Kraftanstieg wird sie zunehmend härter. Je größer die positive Luftkammer, desto linearer ist der Verlauf der Federkennlinie; je kleiner die positive Luftkammer, desto progressiver ist der Verlauf der Federkennlinie, sprich desto härter wird die Federgabel zum Ende des Federwegs hin.

Federrate

Die Federrate ist die mathematische Ableitung der Federkraft über den Federweg. Wenn die Federkraft beim Einfedern schnell zunimmt, ist die Federrate hoch. Wenn die Federkraft nur langsam zunimmt, ist die Federrate niedrig. Die Erhöhung des Fülldrucks bei einer Luftfeder bzw. die Montage einer härteren Feder bei einer Stahlfeder erhöht die Federrate.

Volumenspacer

In der Regel lassen sich ein oder mehrere Spacer (Tokens) in einem kurzen und einfachen Montageablauf in die Luftkammer montieren. Somit lässt sich das Volumen in der Luftkammer verkleinern oder vergrößern und die Federkennlinie progressiver oder linearer auslegen, wodurch sich die Federrate verändert (mehr Volumenspacer = progressivere Federkennlinie und größere Federrate, weniger Volumenspacer = linearere Federkennlinie und kleinere Federrate).

„High Speed“-Druckstufe / Kompression [1] [2]

Sie reguliert hydraulisch den Widerstand bei sehr schnellen Schlägen wie beispielsweise bei harten Landungen oder bei hohem Tempo über Wurzel- oder Steinfelder. Je härter diese eingestellt ist, desto deutlicher spürt man diese Schläge. (Nicht vergessen: Auch die Verstellung der „Low Speed“-Druckstufe wirst du z. B. auf Wurzeln merken, da man immer, bevor man eine hohe Einfedergeschwindigkeit erreicht, auch erst die „Low Speed“-Druckstufe durchschreiten muss.

„Low Speed“-Druckstufe / Kompression [3] [4]

Sie reguliert hydraulisch den Widerstand bei langsam auftretenden Kräften, z. B. in Anliegerkurven, Bodenwellen oder beim Bremsen. Je härter sie eingestellt ist, desto straffer bleibt das Fahrwerk in den genannten Situationen. Je härter die Druckstufe, desto deutlicher die Rückmeldung vom Untergrund.

Rebound / Zugstufe

Ein Stoßdämpfer wird beim Ausfedern auf Zug beansprucht. Bei der Zugstufendämpfung handelt es sich um ein hydraulisches System, welches den Widerstand eines Federelements reguliert. Dies wird meist über das rote Einstellrädchen an der Unterseite der Gabel eingestellt. Je höher das Fahrergewicht bzw. die Federrate und somit der Luftdruck ist, desto stärker sollte der Rebound eingestellt sein. Je nach Hersteller lassen sich – wie schon bei der Druckstufe – die „High“- und „Low Speed“-Zugstufen extern und separat voneinander einstellen.

SAG / Negativfederweg

Der SAG ist nichts anderes als der Negativ­federweg. Und unter Negativfederweg versteht man den Federweg, der bereits genutzt wird, wenn das Körpergewicht (inklusive Fahrerausstattung wie Klamotten, Protektoren etc.) auf dem Bike lastet. Bei Luftfederelementen lässt sich dieser individuell via Fülldruck anpassen. Meist wird der SAG-Wert in Prozent angegeben: 30 Prozent SAG bedeutet, 30 Prozent des verfügbaren Federwegs sind im Ruhezustand schon eingefedert. Beispiel: 30 Prozent SAG bei 200 Millimeter Federweg --> 60 Millimeter eingefedert.

Boost / Non-Boost

Der Boost-Standard hält schon seit mehreren Jahren Einzug bei Federgabeln und Rahmenausfallenden, vom Cross-Country- bis zum Enduro-Bike. Nun hält auch der Boost-Standard bei den Doppelbrückengabeln Einmarsch. Dabei ändert sich jedoch am klassischen Achsmaß von 20x110 Millimetern nichts – alles bleibt bestehen wie bisher. Lediglich die Bremsscheibenaufnahme an der Federgabel wandert um fünf Millimeter nach außen und gleicht den verbreiterten Flanschabstand der Boost-Naben aus, was für eine erhöhte Laufradsteifigkeit sorgt.

Steuerrohr 1 1/8 und Tapered

Gängig bei Doppelbrückengabeln sind Steuerrohre im Maß von 1 1/8 Zoll über die gesamte Schaftlänge. Tapered bedeutet, das Steuerrohr hat im unteren Bereich einen Durchmesser von 1,5 Zoll und verjüngt sich im oberen Bereich auf 1 1/8 Zoll.

Doppelbrückengabel

Bei der Doppelbrückengabel verbinden zwei Gabelbrücken die Standrohre, wodurch sich generell die Steifigkeit der Federgabel erhöht.

Casting

Das Casting ist der untere Teil der Federgabel, in das die Standrohre gleiten. Es wird in der Regel aus einem Gussstück hergestellt inklusive Scheibenbrems- und Steckachsaufnahme.

Nachlauf / Offset

Das Maß für den Nachlauf ergibt sich aus dem Abstand des Schnittpunktes der verlängerten Radachse mit der Fahrbahn und der Mitte der Radaufstandsfläche auf der Fahrbahn. Je steiler der Lenkkopfwinkel und/oder je größer die Gabelbiegung (Offset) ist, desto kleiner wird der Nachlauf. Je flacher der Lenkkopfwinkel und/oder je kleiner die Gabelbiegung (Offset) ist, desto größer wird also der Nachlauf.
Tipp: Je größer der Nachlauf, umso stabiler und laufruhiger fährt sich das Bike. Ein kleinerer Nachlauf verleiht ihm dafür mehr Wendigkeit und Agilität.

Kavitation

Kavitation ist ein Begriff aus der Strömungslehre und wird oft in der Fachsprache und in Foren diskutiert. Man kann Kavitation z. B. am Dämpferschmatzen erkennen. Physikalisch entsteht, global oder lokal, Unterdruck, vor allem an den Kanten entstehen Vakuumblasen bzw. das Öl gast aus. Kavitation geht oft mit starken Dämpfkrafteinbrüchen einher.