Federelemente am Fahrrad

Einleitung

Wenn man Federungen am Fahrrad betrachtet, egal ob Federgabel oder gefederter Hinterbau, dann muss grundsätzlich immer zwischen zwei verschiedenene Bauelementen unterschieden werden:

Jede Federung besteht aus diesen beiden Elementen. Manchmal übernimmt auch ein Bauteil beide Funktionen.

Die Aufgabe der Feder ist es, beim Überfahren eines Hinternisses Engergie aufzunehmen, als potentielle Engergie zu speichern und später wieder abzugeben. Würde das System nur aus der Feder bestehen, dann hätte es einen gravierenden Nachteil. Einmal angeregt schwingt eine Feder immer weiter. Vielleicht kann sich der ein oder andere noch an den Federschwinger aus dem Physikunterricht erinnern. Übertragen auf das Fahrrad würde das bedeuten, dass das Gefährt nach dem Überfahren des Hinternisses in Schwingung versetzt würde und sich immer weiter auf und ab bewegen würde. Solch eine System ist unbrauchbar.

Um die Schwingung abklingen zu lassen ist es notwendig, das ein Teil der mechanischen Engergie in Wärme ungewandelt wird. Genau das ist Aufgabe des Dämpfers. Idealerweise arbeitet eine Federung so, dass es nach dem Überfahren eines Hinternisses überhaupt nicht nachschwingt und die Federung sensibel auf Unebenheiten anspricht. Das wird dann erreicht, wenn der Dämpfer besonders das Ausfedern abbremst und nicht so sehr das Einfedern.

Feder

Aufgabe der Feder ist die Engergiespeicherung. Dafür gibt es mehrere technische Möglichkeiten:

Stahlfeder

Eine Stahlfeder hat den Vorteil, dass sie schon bei kleinen Kräften einfedert. In der Praxis zeigt sich das durch ein sensibles Anspechen auch bei kleineren Unebenheiten.

Der Aufbau einer Stahlfeder ist sehr simpel und robust gegenüber Schmutz und rauer Behandlung. Außerdem ist der Preis relativ gering. Nachteilig ist das relativ hohe Gewicht.

Die Federkennlinien einer Stahlfeder ist etwa linear. Das bedeutet, dann die Kraft proportional zum Federweg anwächst. Besser wäre es, wenn die Kraft überproportional zur Verformung anwachsen würde, weil dann ein gewisser Durchschlagsschutz vorhanden wäre.

Es ist schwierig, eine Stahlfeder dem Gewicht des Fahrers anzupassen. Meist kann zwar eine Vorspannung eingestellt werden. Das geht aber auf Kosten des Ansprechverhaltens und gestattet nur die Anpassung in einem begrenzten Bereich. Besonders schwerden oder leichten Fahrern bleibt dann nur der Austauch der Federn.

Luftfeder

Der größte Vorteil von Luftfedern ist das geringe Gewicht. Das wird jedoch durch eine Reihe von Nachteilen erkauft.

Ein Nachteil von Luftfedern ist, dass erst eine gewisse Kraft aufgebracht werden muss, damit die Feder anspricht. Es gibt technische Lösungen, die dieses Problem beseitigen. Bei der Federgabel Rock Shox REBA ist zusätzlich zur normalen Luftkammer eine Negativkammer vorhanden. Durch den Druck in der Negativkammer wird die Positivkammer etwas belastet. Dadurch wird die Losbrechkraft geringer oder ganz aufgehoben. Das System wirkt sehr gut, hat aber zwei Nachteile. Der ohnehin komplizierte Aufbau des Luftfeder wird dadurch noch komplizierter (=teurer) und für einen Laien ist solch eine System kaum optimal abzustimmen.

Die Federkennlinie einer Luftfeder ist progressiv. Das heißt, die Kraft nimmt überproportional mit dem Federweg zu. Dadurch ist ein Durchschlagschutz vorhanden.

Luftfedern können durch Anpassen des Luftdruckes optimal an das Fahrergewicht angepasst werden.

Früher war der schleichende Luftverlust ein Problem. Das hat sich allerdings in letzter Zeit erheblich gebessert.

Der Aufbau ist bei einer Luftfeder wesentlich kompliziertes als bei einer einfachen Stahlfeder. Deswegen ist so eine Federelement anfälliger gegenüber Defekten. Allerdings wurde die Qualität in der letzten Zeit auch hier erheblich verbessert, so dass das etwas größere Defektrisiko kaum noch ins Gewicht fält.

Elastomer

Der größte Vorteil von Elastomerfederungen ist der geringe Preis.

Durch den simplen Aufbau ist solch eine Feder sehr robust.

Damit sind aber auch schon alle posivien Eigenschaften aufgezählt. Es gibt eine ganze Reihe von gravierenden Nachteilen.

Elastomerfeldern sind temperaturabhängig. Bei Kälte verhärten sie, bei Wärme werden sie weicher. Ein vernünftiges Abstimmen ist also kaum möglich.

Genauso wie bei einer Stahlfeder kann eine Elastomerfeder nur schlecht an das Gewicht des Fahrers angepasst werden. Oft bleibst nur der Austausch.