Funktion des Fahrwerks
Die Feder
Die Feder ist dazu da, das Fahrwerk immer wieder in den Grundzustand
zurückzuführen. Fährt das Motorrad über einen Stein, federt das Fahrwerk
ein, danach ist die Feder zuständig, das Rad wieder zurück zu stossen.
Fährt das Motorrad über eine fallende Stufe, federt das Fahrwerk aus,
danach ist die Gewichtskraft des Motorrads grösser als die Federkraft,
so dass das Fahrwerk wieder einfedert bis Gewichtskraft und Federkraft
gleich gross sind. Die Federhärte gibt an, wie schnell ein Fahrwerk
reagiert. Ist die Feder zu hart, reagiert das Fahrwerk zu schnell und
kann leicht den Bodenkontakt verlieren, ist sie zu weich, ist das Fahrwerk
zu langsam so dass das Motorrad nicht genügend schnell auf kommende
Hindernisse bereit ist.
Ein schwererer Fahrer braucht eine härtere Feder, damit sie genügend
Kraft hat die grössere Masse genügend schnell zurück zubewegen. Bei
einem leichteren Fahrer entsprechend Umgekehrt.
Ein Fahrwerk, welches nur mit Federn realisiert würde, wäre nicht tauglich,
da die Energie eines Schlages nicht geschluckt würde, sondern nur in
der Feder zwischengespeichert wäre. Diese gespeicherte Energie würde
an das Motorrad weitergegeben. Ein Motorrad ohne Stossämpfer würde hüpfen
wie ein Gummiball.
Die Dämpfung
Die Dämpfung bremst Fahrwerksbewegungen. Langsame Bewegungen werden
kaum gebremst, schnelle dafür umso heftiger. Bodenunebenheiten werden
im Dämpfer geschluckt (nicht in der Feder).
Dämpfer sind meist wie folgt aufgebaut: Ein Kolben drückt Oel durch
kleine Bohrungen, was einen geschwindigkeitsabhängigen Widerstand hervorruft.
Das Einfedern wird schwächer gedämpft als das Ausfedern,damit ein Schlag
schnell aufgefangen wird, ohne dass viel auf den Fahrer übertragen wird.
Dies wird mittels Ventilen realisiert, welche je nach Flussrichtung
des Oels verschieden grosse Bohrungen freigeben. Mit zunehmender Geschwindigkeit
des Oels wächst aber der Widerstand quadratisch. D.h. bei doppelter
Einfedergeschwindigkeit wird die Dämpfkraft viermal so gross. Billige
Motorräder verwenden solche Dämpfungen. Diese Töffs fühlen sich an wie
Schaukelpferde, da die langsamen Fahrwerksbewegungen nur ungenügend
gedämpft werden. Ein harter Schlag wird trozdem brutal auf den Fahrer
übertragen, weil schnelle Fahrwerksbewegungen zu stark gebremst werden.
Moderne Dämpfer weisen deshalb zusätzliche Bohrungen auf, die mit den
Shims verschlossen sind. Diese Shims sind aus Federstahl und werden
mit zunehmendem Oeldruck von den verschlossenen Bohrungen weggebogen,
so dass dem Oelfluss ein grösserer Querschnitt zur Verfügung steht.
Die Shims werden zu einem Stapel zusammengefasst den man aus verschiedenen
Shims zusammenstellen kann. Die Shims unterscheiden sich in Materialstärke
und Durchmesser. Mit dieser Zusammenstellung kann man die Dämpfung in
den verschieden Geschwindigkeitsbereichen einstellen.
Die Grundeinstellung kann man von aussen mit einem Schraubenzieher einstellen,
man bewegt damit ein Nadelventil, das eine Bohrung mehr oder weniger
verschliesst. Dies ist fürs Ausfedern (Zugstufe) und Einfedern (Druckstufe)
separat. Man spricht hier von der Grunddämpfung oder von der langsamen
Dämpfung.
Ueber die Shims wird die schnelle Dämpfung eingestellt.
Folgendes Bild zeigt einen Schnitt durch eine Gabel (Kayaba)
Cartridge-Dämpfer bedeuted, das sich im innern der Gabel ein separates Kolben-Zylinder-System befindet, die Kartouche oder Dämpferpatrone.
Die Gif-Animation weiter unten zeigt, wie sich die Bestandteile bewegen und wie das Oel fliesst. Dunkelgrau bedeuted: Raum mit erhötem Druck.
Für die Druckstufe (Dämpfung beim Einfedern) ist das Bodenventil zuständig:
Wenn der Kolben sich in die Patrone hineinbewegt, wird der Raum über dem Kolben grösser, also muss Oel von unten nach oben durch das Kolbenventil strömen. Dort öffnet sich das Rückschlagventil, damit das Kolbenventil dem Oelfluss keinen Widerstand bietet. Die in die Patrone fahrenden Kolbenstange verdrängt Oel im Zylinder, dadurch steigt der Druck in der ganzen Patrone. Das Oel entweicht nun durch das Bodenventil aus der Patrone, welches in dieser Flussrichtung Widerstand bietet und so die Einfederbewegung dämpft. Das Oel fliesst bei langsamen Bewegungen nur neben der Einstellschraube durch. Bei schnelleren Bewegungen steigt der Druck in der Patrone, welcher die Shims des Bodenventils nach unten drückt, was zusätzlichen Querschnitt für den Oelfluss freigibt.
Für die Zugstufe (Dämpfung beim Ausfedern) ist das Kolbenventil zuständig:
Der Kolben bewegt sich in der Patrone nach oben. Die aus der Patrone fahrenden Kolbenstange gibt wieder Volumen frei. Das Oel strömt durch das geöffnete Rückschlagventil des Bodenventils in die Patrone. Der Raum über dem Kolben wird kleiner, dadurch steigt der Druck über dem Kolben, so dass das Oel durch eine Bohrung die Kolbenstange hoch fliesst. Die Einstellschraube der Zugstufe reguliert diesen Fluss, indem sie bestimmt, wie weit ein im inneren der Kolbenstange geführtes Rohr die Bohrung beim Kolbenventil freigibt. Bei schnelleren Hubbewegungen drückt der höhere Druck im oberen Teil der Patrone zusätzlich die Shims des Kolbenventils nach unten, so dass zusätzlich Oel in den Raum unterhalb des Kolbens strömen kann.
Animation der Gabelbewegungen:
Neuere Gabeln haben ein geschlossenes Cartridge: Das Oel in und ausserhalb der Patrone sind getrennt, was den Vorteil hat, dass Luft im Holm nicht in die Patrone gelangen kann und so eine konstante Dämpfung garantiert ist.
Marzzochi baut eine Gabel, die nicht nur Geschwindigkeitsabhängig dämpft, sondern auch Wegabhängig: Seitliche Bohrungen in der Patrone werden durch den Kolben mehr oder weniger freigegeben, so dass die Dämpfung im eingefederten Bereich stärker wirksam ist als im ausgefederten.