Bremst mich meine Federgabel?

Auf www.radforum.de wird gerade diskutiert, ob Federgabeln das Fahren anstrengender machen oder nicht. Muss ich mit Federgabel mehr treten? Fährt das Rad mit Federung langsamer als ohne? Ich nehme den Thread im Forum mal zum Anlass einen Artikel zu diesem Thema zu schreiben – damit ich nicht ganz umsonst stundenlang über irgendwelchen blöden Dynamik-Klausur-Aufgaben gesessen habe…

Wie funktioniert eine Federgabel überhaupt?

Zunächst einmal die Frage, wie so eine Federgabel überhaupt aufgebaut ist. Lassen wir mal billigen Baumarkt-Schrott außer acht, bestehen Fahrrad-Federgabeln aus einer Federung und einer Dämpfung.

SF10NCX-D-DS-LO-LITE-700.pdf (meine Gabel als Beispiel)

Die Federung sorgt dafür, dass Bodenwellen und Schlaglöcher abgefangen werden und nicht das ganze Rad die Unebenheit mitgehen muss. Die Energie, die beim Aufprall auf die Unebenheit auf das Fahrrad übertragen wird, kann in der Feder gespeichert und wieder abgegeben werden. Zur Federung werden Stahlfedern, Elastomere oder Luftfederung eingesetzt

Durch die Federung würde jede Unebenheit das Rad in eine Schwingung versetzen. Damit das nicht passiert, sind vernünftige Gabeln auch gedämpft. Die Bewegungs-Energie wird in entsprechenden Dämpfern durch Reibung in Wärme umgewandelt. Dafür wird heutzutage in den Dämpfern meist Öl durch kleine Löcher gepresst. Dabei entsteht in der Flüssigkeit viel Reibung, ohne dass Material abgenutzt wird.

Viele Federgabeln sind so aufgebaut, dass in einem Rohr die Federung und in dem anderen Rohr die Dämpfung realisiert ist.

Klaut eine Federgabel Bewegungsenergie?

Wenn man jetzt also mit so einer Federgabel unterwegs ist, wird bei jeder Bewegung der Federung Bewegungsenergie in Wärme umgewandelt. Jetzt kann man sich natürlich darüber streiten, ob die Bewegung der Gabel etwas mit der Vorwärtsbewegung des Rades zu tun hat.

Der 1.Hauptsatz der Thermodynamik sagt, dass Energie nicht vernichtet oder erzeugt werden kann – es geht immer nur um Umwandlung von Energie von einer Form in eine andere. Dh. die Bewegungsenergie der Federgabel muss irgendwoher kommen. Dafür kommen letztendlich nur zwei Quellen in Frage: die Energie, die der Radfahrer über seine Beinkraft auf das Fahrrad überträgt und ggf. potentielle Energie – wenn ich einen Berg runterfahre. (Wind von hinten vielleicht noch…)

An der Stelle könnte man die Frage bereits als beantwortet abtun – was aber irgendwie unbefriedigend ist. Bin ich ohne Federgabel jetzt wirklich schneller?

Bergauf – bloß her mit dem Lockout!

Wer mit Federung mal bergauf gestrampelt ist, wird hier schnell “JA” sagen. Man tritt in die Pedale und versetzt das ganze Rad dank Federung in eine Auf-Ab-Bewegung. Den Unterschied zum ungefederten Rad merkt man schnell. Das liegt vor allem daran, dass die Richtung meiner Beinkraft beim Treten die gleiche Richtung hat, wie die Bewegung der Federgabel – nämlich senkrecht zum Boden. Energie, die ich eigentlich auf den Antrieb übertragen will, versickert ungenutzt in der Federung.

Zum Glück passiert das nicht bei gleichmäßiger Fahrt im Sitzen. Solange man nicht dynamisch mit dem Oberkörper wippt oder im Stehen fährt, wird durch das Treten auf die Pedale entsprechend weniger Gewichtskraft vom Körper auf den Sattel übertragen. Die Federgabel bekommt von dem Lastwechsel also gar nichts mit. Die Federgabel bewegt sich vor allem durch dynamische Bewegung des Radlers.

Wie schaut das aber bei einer Bodenwelle aus?

Ungefedert rollt das Rad die Welle zunächst bergauf und wird dabei langsamer. Die anscheidend verlorene Geschwindigkeit ist aber in Form von potentieller Energie gespeichert – das Rad ist insgesamt ein wenig angehoben worden und kann die Welle auf der Rückseite wieder runterrollen und dabei wieder beschleunigen.

Mit einer Federung/Dämpfung sieht das ein wenig anders aus. Das Rad wird nicht angehoben, sondern stattdessen die Feder zusammengedrückt. Auch hierbei wird das Rad ein wenig langsamer und die Energie wird in der Feder gespeichert. Wenn jetzt der höchste Punkt der Welle überschritten ist, entspannt sich die Feder wieder und gibt dabei die gespeicherte Energie wieder ab. Diese kann dabei aber nicht komplett wieder durch eine Beschleunigung des Rades in Bewegungsenergie umgewandelt werden. Stattdessen wird ein Großteil der Federenergie bei der Bewegung der Gabel (sowohl beim Einfedern als auch beim Ausfedern) im Dämpfer durch Reibung in Wärme umgewandelt.

Fairerweise muss man aber sagen, dass auch das ungefederte Rad an einer Bodenwelle meist an Geschwindigkeit verliert, weil das Rad an den meisten kleinen Bodenwellen den Kontakt zum Boden verliert und somit nicht über die Hangabtriebskraft beschleunigt werden kann. Stattdessen fliegt man ein wenig durch die Luft und prallt dann unsanft auf den Boden. Dieser Stoß wird dann durch den Fahrer “gedämpft”, der eine entsprechend Ausgleichsbewegung mit seinem Körper macht. Das kostet dann meist nochmal zusätzliche Muskelkraft in den Armen.

Fazit

Bergab über Bodenwellen dürfte sich eine Federgabel nicht wirklich negativ auf die Geschwindigkeit auswirken, sondern das Fahren eher angenehmer und entspannter machen – eher im Gegenteil, weil der Kontakt zum Boden besser ist. Bergauf, wenn durch das Treten direkt die Beinkraft über den Rahmen in die Federgabel geleitet wird, allerdings erheblich. Hier ist ein Lockout sehr hilfreich zur Frustbekämpfung.

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