Zentralfederbein – Teil 2

Wenn man die Theorie verstanden hat, kann man vom Wohnzimmertisch aus das Verhalten eines Systems für unterschiedliche Fahrergewichte, Federraten und oder Vorspannwege vorhersagen.  🙂

Wie durch Anpassung von Federrate und Federvorspannweg ein Federbein-Setup auf eine andere Fahrermasse übertragen werden kann.
Die Übertragung von Federungsverhältnissen zwischen unterschiedlichen Fahrermassen

Frage 1:

Welche zusätzliche Einfederung wird sich einstellen, wenn sich ein Fahrer mit Gewicht „x“ kg auf die bereits unter Eigengewicht eingefederte Maschine setzt?

Anstatt vieler Worte, hier die Antwort in Diagrammform:

Abhängigkeit der zusätzlichen Einfederung von unterschiedlichen Fahrermassen (Fahrergewichten) und Federraten.
Beispiel: Fahrer von 85 kg verursacht bei einer Federrate von 115 N/mm ca. 22,6 mm Einfederung

Annahmen, die dem Diagramm zugrunde liegen:

  • Wir reden über eine Ducati Monster 1200S, Bj. 2015
  • Fahrzeug ist bereits unter Eigengewicht eingefedert
  • Fahrergewicht verteilt sich 50 : 50 zwischen Vorder- und Hinterrad.
  • Übersetzungsverhältnis der Hebelarme der Schwinge = 2,5 : 1

Beispiel: ein Fahrer mit einer Masse von 85 kg wird bei einer Feder mit Federrate von 115 N/mm eine zusätzliche Einfederung des Hinterrads von knapp 23 mm hervorrufen.

Frage 2:

Welche Auswirkung hat eine Veränderung der Federvorspannung?

Die kurze Antwort lautet:

Solange eine positive Federvorspannung vorliegt, führt jeder mm Entspannung (= Verringerung der Vorspannung) der Feder zu jeweils 2,5 mm zusätzlichem Einfederweg der Hinterachse – das Fahrzeugheck senkt sich um 2,5 mm.

Umgekehrt führt jede zusätzliche Kompression (= Erhöhung der Vorspannung) der Feder pro 1 mm zu einem um 2,5 mm kleinerem Einfederweg der Hinterachse – das Fahrzeugheck hebt sich um 2,5 mm.

Die Begründung findet sich in der Beschreibung der Grafik aus Teil 1, speziell zu Position 1:

Federkraft-Federweg Diagramm mit Vorspannkraft, Vorspannweg, Einfederung unter Maschinengewicht und zusätzlicher Einfederung unter Fahrergewicht.

Die „Situation 1“ markiert den Punkt, ab dem jede weitere Erhöhung der Federkraft über die Vorspannkraft hinaus zu einer ersten sichtbaren Einfederung der Hinterachse führt. Wenn man so will, ist dies der Nullpunkt des Einfederwegs der Hinterachse von insgesamt 150 mm Federweg (Werksangabe). Und zwar unabhängig davon, wo diese „Situation 1“ auf der diagonalen Federkennlinie liegt. Der Faktor 2,5 ergibt sich aus dem Verhältnis der wirksamen Hebelarme von Federkraft und Radlast an der Schwinge. Man muss hier berücksichtigen, daß die Hübe von Feder und Hinterachse sowohl unterschiedliche Nullpunkte ihrer jeweiligen Bewegungen aufweisen, als auch unterschiedliche Skalierungen. Jeder mm Federhub entspricht bei der Monster 1200S (Bj. 2014-16) aufgrund der Schwingengeometrie und der Position der oberen Anlenkung des Federbeins immer 2,5 mm Hinterachshub.

Frage 3:

Ich wiege nicht „x“, sondern „y“ kg. Welche Einstellungen (Vorspannung, Federrate) muss ich vornehmen, um ein bestimmtes Setup (Einfederung unter Motorradgewicht, zusätzliche Einfederung unter Fahrergewicht) auf meine Verhältnisse zu übertragen?

Diese Frage (sinngemäß) findet man immer wiederkehrend in den einschlägigen Foren.  Nehmen wir z.B. das ungleiche Trio aus Rudi Roadrunner (85 kg), Bruno Brummer (120 kg) und Steffi Steilzahn (60 kg), jeweils fahrfertig ausgerüstet:

Rudi Roadrunner hat in aufwendigen Testreihen ein für sein Gewicht und seinen Fahrstil nahezu perfektes Setup aus seiner Monster 1200S herausgekitzelt:

  • 8 mm Kompression der Feder unter dem Eigengewicht (entsprechend 8 mm * 2,5 = 20 mm an der Hinterachse)
  • 9 mm zusätzliche Kompression der Feder unter seinem Fahrergewicht (entsprechend 9 * 2,5 = 22,5 mm an der Hinterachse.

Disclaimer: dies ist ein Beispiel zu Anschauungszwecken, und erhebt keinen Anspruchdarauf, in irgendeiner Hinsicht vorbildlich sein.

Insgesamt weist Rudis Maschine mit den obigen Werten eine Einfederung der Hinterachse von 42,5 mm auf, entsprechend 42,5 / 150 = 28,3% vom Gesamtfederweg. Das gilt als sportlich knapp, wenn man einen Richtwert von ca. 30% bei Sportmaschinen als Maßstab heranzieht.

Bruno Brummer hingegen beobachtet missmutig, dass er bei zügigen Ausfahrten mit Rudi früher aufsetzt, und gelegentlich sogar hinten durchschlägt. Ganz klar: seine Serien-Feder ist für sein Gewicht zu weich.

Wenn Bruno Brummer den gleichen Einfederungsbereich „fahren“ möchte wie Rudi Roadrunner, dann benötigt er eine Feder, die unter Brunos Eigengewicht ebenfalls (nur) 22,5 mm zusätzlichen Federweg an der Hinterachse bewirkt, entsprechend 9 mm Kompression der Feder. Die hierfür benötigte Federrate lässt sich einfach berechnen:

  • 120 kg Abfahrgewicht
  • davon entfällt 50% auf das Hinterrad
  • mal Erdbeschleunigung 9,81 m/s2 für die Gewichtskraft
  • mal 2,5 (Übersetzungsverhältnis der Schwingen-Hebelarme)
  • ergibt die Kraft, mit der die Feder „gegenhalten“ muss.
  • dividiert durch den gewünschten Kompressionshub der Feder (hier: 9 mm)
  • gleich benötigte Federrate.

c = 120 * 0,5 * 9,81 * 2,5 / 9 = 163,5 N/mm.

Da wird Bruno vermutlich ein wenig schlucken müssen, aber die Mathematik lügt nicht. Eine Feder mit Federrate von 160 N/mm wird sich unter seinem Gewicht um ziemlich genau 9 mm verkürzen. (Austauschfedern sind in dem Bereich nur in Abstufungen von 10 N/mm erhältlich).

Steffi benötigt nach der gleichen Logik übrigens eine Feder mit einer Federrate von lediglich

c = 60 * 0,5 * 9,81 * 2,5 / 9 = 81,75 N/mm.

Welche Vorspannwege müssen Bruno und Steffi an ihren jeweiligen Federn nach dem Federtausch einstellen, damit ihre unbelasteten Maschinen unter Eigengewicht den gleichen Einfederweg  von 20 mm (an der Hinterachse) aufweisen wie Rudis?

Übertragung eines Federbein-Setups (Federrate, Vorspannweg) zwischen verschiedenen Fahrermassen (Fahrergewichten), bei gleichem Federvorspannweg und Split.
Bruno Brummer, 120 kg, rot, benötigt eine Feder von 160 N/mm mit einer Vorspannung von ca. 4 mm, um gleiche Einfederungsverhältnisse wie Rudi Roadrunner, 85 kg zu erzielen.

Rudis Setup ist in obiger Grafik als Referenz „grün“ eingezeichnet, mit einer Federrate von 115 N/mm und einem Feder-Vorspannweg (horizontaler grüner Strich) von 9 mm. Bei Belastung des Hinterrads unter Eigengewicht der Monster kommt es zu einer ab vollständig ausgefedertem Hinterrad zusätzlichen ca. 8 mm Kompression der Feder, auf insgesamt ca. 17 mm. Unter dem zusätzlichen Gewicht von Rudi (85 kg) wird eine Gesamt-Kompression der Feder von etwa 26 mm erreicht.

Um gleiche Einfederungen von Feder und Schwinge wie in Rudis Setup zu erreichen, benötigt Bruno Brummer, „rot“ eingezeichnet, eine steifere Feder (160 N/mm) und eine im Vergleich zu Rudis Referenz geringere Vorspannung von 4 mm, als dicke, rote, horizontale Linie eingezeichnet.

Umgekehrt benötigt Steffi Steilzahn eine weichere Feder, um sowohl unter Monster-Eigengewicht als auch mit ihr selbst aufgesessen gleiche Einfederungswege des Hinterrads wie Rudi und Bruno zu erreichen. Allerdings muss sie dafür ihre weichere Feder auf höhere Vorspannkräfte und um einen Vorspannweg von gut 16 mm vorspannen. Die Werte für Steffis Feder sind im folgenden Diagramm „blau“ eingezeichnet. Die Referenz „Rudi“ ist weiterhin grün dargestellt.

Übertragung eines Federbein-Setups (Federrate, Vorspannweg) zwischen verschiedenen Fahrermassen (Fahrergewichten), bei gleichem Federvorspannweg und Split.
Steffi Steilzahn, 60 kg, blau, benötigt eine Feder von 80 N/mm mit einer Vorspannung von ca. 16 mm, um gleiche Einfederungsverhältnisse wie Rudi Roadrunner, 85 kg zu erzielen.

Frage 4:

Was ist ein gutes Setup?

Die Frage ist zwar zentral, lässt sich aber nicht allgemeingültig beantworten. Die Antwort hängt von persönlichen Vorlieben, persönlichem Fahrstil und der typischen Strassenbeschaffenheit ab. Einschlägige Ratgeber im Internet empfehlen einen Negativ-Federweg der Hinterachse von ca. 25% – 33% des Gesamtfederwegs, wobei der keinere Wert für eher sportliche Motorräder empfohlen wird, und der höhere Wert für Tourenmotorräder oder Enduros.

Zufällig entsprechen die obigen Werte für Rudi Roadrunners Setup den aktuellen, serienmäßigen Einstellwerten meiner Monster 1200S. Damit sind die Ähnlichkeiten zwischen Rudi Roadrunner und mir aber auch schon erschöpft.

Trotzdem werde ich vor dem Hintergrund der hier dargestellten Zusammenhänge im Winter einmal auf eine andere Feder umstellen. Welche das sein wird, beschreibe ich in Teil 3 dieser Serie.

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