Fahrradgabel Typen

Welche Fahrradgabel-Typen es gibt, wie sie funktionieren und welche Vor- und Nachteile sie haben, erfahren Sie in diesem Beitrag.

Die Starrgabel

Fahrrad mit Starrgabel

Fahrrad mit Starrgabel

Die Starrgabel ist die traditionelle Ausführung der Fahrradgabel und im Gegensatz zur Federgabel nicht mit Federungselementen ausgestattet. Sie besteht aus Stahl- oder Aluminium-Rohren oder wird aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff gefertigt.

Die Vorteile der Starrgabel gegenüber Federgabel sind geringere Masse, Verschleißfreiheit, Wartungsfreiheit und meist auch geringere Kosten. Dieser Fahrradgabel-Typ wird hauptsächlich am Rennrad, im BMX-Sport sowie bei einfachen City-Bikes verwendet.

Material der Starrgabel

Bis in die 1980er Jahre wurden alle Fahrradgabeln fast nur aus Stahl gefertigt. Mit dem Aufkommen von Fahrradrahmen aus Aluminium kam dieser Werkstoff zunehmend bei der Starrgabel zum Einsatz. Rennräder mit Gabelteilen aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK), auch Carbon genannt, erreichten ab den 1990er Jahren den Endkundenmarkt.

Gabeln aus Aluminium und Carbon können bei kleinen mechanischen Beschädigungen des Materials (Einkerbungen) plötzlich und ohne Vorwarnung brechen (Kerbeffekt). Beim Werkstoff Stahl kündigt sich ein Versagen hingegen bemerkbar an. Weiterhin wiegt eine Gabel aus Aluminium etwas weniger als die aus Stahl. Modelle aus Carbon sind die leichtesten, allerdings auch teurer.

Die Federgabel

Federgabel

Federgabel

Im Gegensatz zu einer Starrgabel ist eine Federgabel zur Verbesserung des Bodenkontakts und des Komforts mit Federn und Stoßdämpfern ausgerüstet. Durch die Verbreitung der Mountainbikes in den 1990er Jahren fanden die Federgabeln auch den Weg in den Massenmarkt und werden zunehmend öfter auch in Alltagsfahrrädern verbaut.

Was ist der Federweg?

Als Federweg wird die Federungstiefe bei Federgabeln bezeichnet. So haben die Federgabel im „Downhill“-Sport meist 200 mm Federweg, im „All Mountain (Enduro)“-Sport 140 bis 180 mm und im Cross Country-Sport etwa 80 bis 100 mm.

Teleskopgabel

Die Federung besteht aus einem Standrohr und einem Gleitrohr, die sich beim Einfedern ineinander schieben. Das Standrohr ist das im Bezug zum Rahmen feststehende Rohr, also stets das obere. Das untere, bewegliche Rohr, an dem die Nabe befestigt ist, ist das Gleitrohr. Die Standrohre werden unter dem Gabelschaftrohr durch eine Gabelbrücke zusammengehalten, die in der Mitte das Gabelschaftrohr trägt.

Das innere Rohr besteht üblicherweise aus verchromtem Stahl oder, bei moderneren oder teureren Federgabeln, aus beschichtetem Aluminium. Exotische Materialien wie Titan oder Carbon werden bisher kaum verwendet. Das äußere Rohr besteht üblicherweise aus Magnesiumlegierungen, Aluminium nur noch bei günstigen Modellen; bei sehr billigen Gabeln wird sogar Stahl verwendet.

Right Side Up Gabel

Die häufigste Bauform der Federgabel ist die „Right-Side-Up“-Federgabel, was so viel bedeutet wie „richtige Seite oben“. Bei dieser Version tauchen die dünneren, in der Gabelbrücke befestigten Standrohre in die dickeren Tauchrohre ein, an deren unteren Enden die Aufnahmen der Nabenachse angeordnet sind. Die Tauchrohre sind an ihrem oberen Ende miteinander verbunden, damit die beim Lenken auftretenden Torsionskräfte nicht über die Achse abgeleitet werden müssen.

Meist bestehen die Tauchrohre und ihre Verbindung aus einem in einem Stück gegossenen Bauteil, dem sogenannten „Casting“. Die Standrohre sind mittels einfacher Gleitlagerbuchsen in den Tauchrohren gelagert, dadurch könnten sich die Tauchrohre frei um die Standrohre verdrehen, wenn sie nicht oberhalb des Laufrades starr miteinander verbunden wären.

Upside Down Gabel

Upside Down Gabel

Upside Down Gabel

Bei der USD-Technik (USD für Upside Down) tauchen die dünneren Tauchrohre, an denen die Nabe befestigt ist, in die dickeren Standrohre ein, die in der Gabelbrücke befestigt sind. Hierdurch wird die Stabilität erhöht, da sich die dickeren Rohre oben befinden, wo die größten Hebelkräfte wirken. Die ungefederte Masse (Gleitrohre, Nabe, Rad) ist kleiner, was zu einer schnelleren Ausgleichsbewegung der Gabel speziell bei schnellen Stößen führt.

Die USD-Technik kommt hauptsächlich im Downhill und sogenannten „extreme freeride“ zum Einsatz, da sich die aufwendigere Technik nur hier lohnt. Bei den Federgabeln fürs Fahren im Gelände (engl. „cross country“) sind die Vorteile kaum zu spüren, da die Gabeln hier auf geringes Gewicht optimiert sind und wenig Federweg haben. Die Verbindung der Tauchrohre oberhalb des Laufrades besteht bei Upside-Down-Gabeln nicht, da die Gleitrohre hier ja in die Standrohre eintauchen.

Doppelbrückengabel

Im Gegensatz zur üblichen Einbrückenfedergabel enden bei einer Doppelbrückenfedergabel die Standrohre nicht unter dem Gabelschaftrohr, sondern sind weiter nach oben bis unter den Vorbau geführt, wo sie in einer zweiten Gabelbrücke enden. Dadurch wird das Gabelschaftrohr kaum noch auf Biegung belastet und die gesamte Konstruktion wesentlich stabiler, aber natürlich auch schwerer.

Nachteil der Doppelbrückenfedergabel: Durch die hohe Steife der Gabel kann der Rahmen am Steuerrohr brechen, wenn dieser nicht für Doppelbrückengabeln ausgelegt ist. Wenn man solch eine Gabel nachträglich einbauen will, sollte immer sichergestellt werden, dass der Rahmen für diese Art von Gabel geeignet ist.

Parallelogrammgabel

Eine Parallelogrammgabel besteht aus einer starren Gabel, die über mindestens zwei Streben am Gabelschaftrohr aufgehängt ist. Die Streben sind beidseitig drehbar gelagert, sodass sich die Gabel auf und ab bewegen kann. Die Streben bilden mit ihren Aufnahmen ein Parallelogramm.

Vorteilhaft bei der Parallelogrammgabel ist das rasche Ansprechverhalten und die Möglichkeit, durch entsprechende Ausrichtung der Streben das Einfedern beim Bremsen gering zu halten.  Problematisch sind hingegen die vielen verschleißempfindlichen Gelenke im Bereich der größten Hebelkräfte, aus denen eine eher geringe Stabilität resultiert.

Federung im Gabelschaftrohr

Bei diesem Typ Federgabel (auch „HeadShok“ genannt) steckt die Federungstechnik nicht in den Stand- und Gleitrohren, sondern zentral im Gabelschaftrohr. Eine solche Gabel ist im Prinzip im unteren Teil eine gewöhnliche Starrgabel, deren Gabelschaftrohr allerdings koaxial mit aufwendigen Linear-Wälzlagern teleskopierend in einem zweiten Gabelschaftrohr gelagert ist, das wiederum im Steuerrohr des Rahmens gelagert und mit dem Lenker verbunden ist.

Diese Konstruktion bietet eine Reihe von Vorteilen. Der größte ist die größere Steifigkeit im Vergleich zur normalen Teleskopgabel, da nur an einer Stelle (im Steuerrohr) zwei Teile ineinander gleiten. Dadurch sind diese Gabeln fast so verwindungssteif wie Starrgabeln. Außerdem lässt sich jede Art von Bremse leicht an der Gabel befestigen, was bei den anderen Gabelkonstruktionen nicht unbedingt der Fall ist.

Federungssysteme der Federgabeln

Federungssysteme der Federgabel

Federungssysteme der Federgabel

Die Aufgaben einer Federgabel unterteilen sich in Federung und Dämpfung. Die Federn absorbieren erst einmal die Stoßenergie. Diese Energie wird aber nur in den Federn gespeichert, die ohne Dämpfung beim Ausfedern über die Ursprungslage zurückfedern und dadurch anfangen würden zu schwingen. Deshalb gibt es die Dämpfung (meistens durch Öl), die nicht nur beim Einfedern mithilft, sondern auch die Ausfederbewegung bremst. Es gibt drei wichtigste Federungssysteme.

Stahlfedern

Die klassische und einfachste Lösung ist die Federung mit Schraubenfedern aus Stahl. Sie sind robust und bieten eine lineare Federkennlinie. Aus Gewichtsgründen ist aber auch eine Federung mit Luft sehr verbreitet. Hochwertige Dämpfer, welche mit Stahlfedern versehen sind, werden vor allem im Freeride- oder Downhillbereich verbaut. Alternativ können auch Federn aus Titan verbaut werden. Dies hat eine deutliche Gewichtsreduktion zur Folge, ist jedoch auch um einiges teurer.

Luftfederung

Bei Gabeln mit Luftfederung begegnet man dem Problem, dass das Komprimieren von Luft eine sehr progressive Kennlinie mit einem hohen Anfangswert ergibt, oft dadurch, dass man eine zweite Luftkammer einbaut, deren Druck der eigentlich federnden Luft entgegenwirkt und somit die nötige Anfangskraft reduziert. Bei einer luftgefederten Gabel kann man die Härte der Federung sehr leicht durch den Luftdruck einstellen.

Elastomere

Federung mittels Elastomeren ist wegen starker Temperaturabhängigkeit und mangelnder Haltbarkeit nur noch im unteren Preissegment zu finden, zwar haben diese eine durchaus gute Wirkung, aber es treten nach einiger Zeit dauerhafte Verformungen auf.

Dämpfungssysteme der Federgabeln

Dämpfungssysteme der Federgabel

Dämpfungssysteme der Federgabel

Bei Fahrradgabeln gibt es im Gegensatz zur Kfz-Technik keine vorherrschende Stoßdämpferart. Vielmehr werden laufend neue Möglichkeiten ersonnen, die Gabel zu dämpfen. Zwar wird bei allen Dämpfern Öl durch (oft verstellbare) Bohrungen geleitet, um die dämpfende Wirkung zu erzielen, jedoch ist das Verfahren von Hersteller zu Hersteller und oft auch von Modelljahr zu Modelljahr unterschiedlich. Ganz grob kann man folgende drei Arten von Dämpfern klassifizieren.

Gekapselte Dämpfer

Vollständig geschlossene (gekapselte) Dämpfer, die als komplettes, fertiges Bauteil in die Gabel eingebaut werden. Dies kommt den im Kfz-Bereich verwendeten Dämpfern am nächsten. Diese Dämpfer werden auch als geschlossene Dämpferpatronen oder „cartridge“-Dämpfer bezeichnet.

Gekapselte Dämpfer haben das Problem, dass sie nicht viel Energie aufnehmen können, weil sie in der Regel ein sehr geringes Ölvolumen haben. Außerdem gibt es üblicherweise keinen Ausgleichsbehälter für das sich bei Erwärmung ausdehnende Öl. Aus diesen Gründen gab es in der Vergangenheit große Zuverlässigkeitsprobleme mit solchen Dämpfern.

Dämpferpatronen

Dämpferpatronen sind Dämpfer, die zwar die notwendigen Kolben und Bohrungen enthalten, aber darauf angewiesen sind, ihr Öl aus einem sie umgebenden Ölbad zu bekommen. Diese Dämpfer werden auch als „open cartridge“-Dämpfer oder „open bath“-Dämpfer bezeichnet.

Vorteil von Dämpferpatronen gegenüber geschlossenen Dämpfern ist einfachere Aufbau sowie das in der Regel wesentlich größere Ölvolumen. Durch die größere Ölmenge können solche Dämpfer mehr Energie aufnehmen, die in Form von Wärme an das Öl abgegeben wird. Außerdem wird das umgebende Öl oft zur Schmierung der Lagerbuchsen der Standrohre genutzt.

Integrierte Dämpfer

Bei diesem Modell ist der Dämpfer nicht als eigenständiges Teil vorhanden, sondern die dämpfende Wirkung wird durch spezielle Gestaltung einiger, für die Konstruktion der Federgabel ohnehin notwendiger Teile erzielt. Dadurch kann man Gewicht sparen, weswegen diese Konstruktion bei fast allen gewichtsoptimierten Gabeln angewandt wird.

Allerdings werfen integrierte Dämpfer mehrere, zum Teil technisch schwierig zu lösende Probleme auf, insbesondere bezüglich Einstellbarkeit der Dämpfung und Funktionssicherheit. Deshalb ist diese Art der Dämpfung bei preiswerten Gabeln selten zu finden.

Quellen:

Der Text dieses Beitrages wurde zum Teil einem Artikel aus Wikipedia entnommen, der unter dieser Nutzungslizenz steht.


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