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Softtails

Das Wort Softtail beschreibt in der Fahrradwelt meist ein Rad mit einer Hinterradfederung mit sehr geringem Federweg. Teilweise werden noch weitere Einschränkungen gemacht, aber das halte ich für übertrieben. Ich baue regelmäßig Softtails und fahre damit auch sehr gern, habe aber die Erfahrung gemacht, daß sie ziemlich unbekannt und deshalb erklärungsbedürftig sind. Die wenigsten großen Hersteller haben halt Softtails im Programm und dementsprechend selten tauchen sie in den Zeitschriften auf.

Oft wird die Frage gestellt, ob es überhaupt Sinn ergebe, ein Rad mit so wenig Federweg zu bauen. Bei Mountainbikes dachte ich früher ähnlich und habe deshalb meine ersten Softtails für Rennräder gebaut, wo ein Mehr an Federweg überflüssig ist. Seit ein paar Jahren aber baue ich Softtails auch für Mountainbikes und bin davon begeistert: Das Rad fährt weiterhin wie ein Hardtail, auch im Wiegetritt, man spürt den Unterschied praktisch nicht. Daneben aber nimmt die Federung den kleinen, scharfen Stößen, die man gar nicht rechtzeitig sieht und wegen denen man oft nicht aus dem Sattel geht, ihren Schrecken. Wurzeln werden zum Beispiel spürbar abgefedert und dabei die Haftung des Hinterreifens verbessert. Das zahlt sich vor allem bei längeren Touren aus, wenn man ein wenig im Trott ist und nicht mehr wegen jeder Wurzel aus dem Sattel geht.

Manchmal wird dem entgegengehalten, daß man das ja auch durch einen dickeren Reifen erreichen könnte. Das ist in gewisser Weise richtig, allerdings spricht nun wirklich nichts dagegen, auch ein Softtail mit dicken Reifen zu fahren und den Effekt zu verdoppeln. Zudem ist es ein Unterschied, ob ein Reifen federt oder ein ölgedämpftes Federelement. Ab einem gewissen Volumen wird eine Federung durch dicke Reifen problematisch, vor allem auf der Straße. Das kann man oft an flott gefahrenen landwirtschaftlichen Traktoren und ihren Anhängern sehen, die regelrecht über die Straße wippen.

Man kann Softtails auf unterschiedliche Weise bauen und es macht trotz des geringen Federweges einen Unterschied, wie es gebaut wird. Die meisten klassischen Softtails haben in die Sattelstreben ein federndes Element gebaut, ein Elastomer oder eine Stahlfeder, und die Bewegung am Ausfallende durch ein elastisches Verbiegen der Kettenstreben ermöglicht. Solche Ansätze sind auch in der heutigen Zeit anzutreffen, wo zum Beispiel bei Carbonrahmen in die Sattelstreben Elastomere eingearbeitet werden oder bei Stahlrahmen die Sattelstreben im Bogen oder in einer S-Kurve verlaufen, um eine gewisse Stauchung zu ermöglichen. Meine Softtails haben immer einen vollwertigen Dämpfer und ein Gelenk hinter dem Tretlager.

Im Folgenden möchte ich verschiedene Elemente einer Softtail-Federung in Frage und Antwort näher beleuchten:

Reicht bei so wenig Federweg nicht ein Elastomer oder eine Stahlfeder?

Nein, denn dieser Federung fehlt dann die Dämpfung und sie würde sich dann eher wie ein besonders großvolumiger Reifen verhalten. Das ist ein Unterschied wie Tag und Nacht. Im Gegenteil ist es so, daß ein geringerer Federweg mehr Dämpfung benötigt als ein höherer Federweg. Manchmal kann man das bei extrem tiefergelegten Autos beobachten, die bei höheren Geschwindigkeiten eher "hoppelnd" unterwegs sind. Dort sind dann zwar kürzere und damit zwangsläufig auch härtere Federn eingebaut, aber eben nicht die richtigen Dämpfer. Wenn geringer Federweg funktionieren soll, muß die Federung und Dämpfung von hoher Qualität und gleichzeitig die Reibung gering sein. Ein gutes Beispiel dafür sind Formel1-Autos, die in Sachen Fahrwerk modernen Fahrrädern gar nicht so unähnlich sind.

Reicht es nicht aus, die Kettenstreben flexen zu lassen, anstatt hinter dem Tretlager ein Gelenk einzubauen?

Im Prinzip reicht das aus. Es gab und gibt ja einige Räder, die das so machen. Aber es gibt für mich gute Gründe es nicht so zu machen:

Der erste Grund ist die höhere Belastung der Kettenstreben durch die zusätzliche Verbiegung. Das läßt sich grundsätzlich durch eine entsprechende Gestaltung oder Materialien wie Titan oder Carbon in den Griff bekommen, aber erhöht grundsätzlich die Gefahr eines Bruches. Da gibt es in der Geschichte des Mountainbikes einige Beispiele.

Der zweite Grund ist für mich der wichtigere. Eine Federung soll ja in erster Linie gut funktionieren, sonst ist sie sinnlos und hat eher Nachteile. Und genau deshalb ist das Lager hinter dem Tretlager für ein Softtail so wichtig. Eine Grundregel bei Federungen ist, daß eine längere Schwinge grundsätzlich besser anspricht und über den Federweg linearer arbeitet. Nicht ohne Grund verlegen Federungen mit sogenanntem Virtuellen Drehpunkt eben diesen Virtuellen Drehpunkt nach vorne vor das Tretlager, auch bei Federungen mit Horst Link ist das der Fall. Die wirksame Länge der Schwinge wird also länger als die reale.

Ist kein Lager vorhanden, entsteht durch das elastische Verbiegen der Kettenstreben auch ein Virtueller Drehpunkt, der dann aber irgendwo auf etwa halbem Wege zwischen Tretlager und Hinterradachse liegt. Meist sogar noch näher zur Hinterradachse hin, da dort die Kettenstreben in der Regel elastischer sind. Durch das Weglassen eines Lagers verkürzt man die wirksame Schwingenlänge also extrem. Mit entsprechenden Nachteilen für das Ansprechen der Federung.

Ist ein Lager hinter dem Hauptlager vorhanden, ist die wirksame Länge der Schwinge immerhin der Abstand zwischen der Achse dieses Lagers und der Achse der Hinterradnabe.

Reicht es nicht aus, die Sattelstreben bogen- oder s-förmig verlaufen zu lassen, um sie elastischer zu machen?

Natürlich wäre das möglich und das wird auch gemacht, auch wenn sich dann nur ein minimaler Effekt erreichen läßt. Auch bei Carbonrahmen wird das teilweise sogar durch Einarbeiten kleiner Elastomere versucht. Allerdings gibt es einen sehr entscheidenden Grund, dies nicht zu tun: Im Grunde simuliert man damit ja eine klassische Hinterradschwinge eines Motorrades mit zwei links und rechts des Hinterrades liegenden Federelementen. Das ist beim Motorrad nicht ohne Grund praktisch ausgestorben und funktionierte auch dort nur mit einer sehr steifen Schwinge, die wiederum, weil in sich steif, gelagert sein muß. Es ist also nicht kombinierbar mit "starren" Kettenstreben, das würde einen Widerspruch in sich darstellen, da diese einerseits steif sein müssen, andererseits flexibel genug, um diese Biegebelastung lange Zeit mitzumachen. In der Realität funktioniert das also nur, wenn es so wenig Effekt hat, daß es praktisch nicht funktioniert.

Wird der Dämpfer nicht extrem seitlich belastet?

Natürlich wird bei einem Softtail der Dämpfer seitlich belastet, vor allem im Wiegetritt. Aber wie groß ist diese Belastung im Verhältnis zur Belastung, die ein Dämpfer in einem üblichen gefederten Rad ertragen muß? Und wodurch wird ein Dämpfer sonst noch so belastet?

Dazu ein Rechenbeispiel:

Bei einem Viergelenker wird der Dämpfer bei voller Kompression mit rund 4000 bis 5000 Newton belastet, im Bild die roten Pfeile. Je nach Konstruktion und Fahrergewicht ist das mehr oder weniger, aber zum überschlägigen Rechnen taugt das Beispiel. Nun hat ein Dämpfer normalerweise Dämpferaugen, wo sich Bolzen in Lagerbuchsen drehen. Durch das Drehen unter Belastung werden Drehmomente (gelbe Pfeile) erzeugt. Drehmomente sind praktisch "drehende Kräfte", die in diesem Fall versuchen, den Dämpfer bananenförmig durchzubiegen und dadurch die Gleitlager belasten.

Nimmt man beim Bolzendurchmesser die üblichen 12,7mm an, muß man mit einem Radius von 6,35mm rechnen. Zusammen mit einem statischen Reibwert von 0,15 ergibt das ein Moment von 4.29Nm. Dieses Moment erzeugt eine seitliche Kraft auf die ineinander gleitenden Teile. Nimmt man die halbe Länge des komprimierten Dämpfers an, sind das bei einem 165mm langen Dämpfer rund 63,5mm, was eine seitliche Kraft von 67,5N auf die Lagerung der ineinander gleitenden Teile ergibt.

Bei einem Softtail mit Scheibenbremse wird der Dämpfer seitlich hauptsächlich dann belastet, wenn man im Wiegetritt fährt. Um das mal überschlagmäßig abzuschätzen, gehe ich davon aus, daß die Kettenstreben hierbei keine Rolle spielen. In der Realität helfen sie dem Dämpfer natürlich ein wenig, aber viel ist das nicht. Und bei solchen Abschätzungen ist es immer sinnvoll, vom schlimmsten Fall auszugehen, um auf der sicheren Seite zu sein.

Wird das Gesamtgewicht von Rad und Fahrer einmal mit 100Kg angenommen, führt das zu einer Belastung von rund 590N am Hinterrad. Die Lastverteilung zwischen Hinter- und Vorderrad ist meist etwa 60/40. Beim Wiegetritt wird das Hinterrad in der Regel entlastet, aber auch hier gehen wir mal vom ungünstigsten Fall aus. Zu einer seitlichen Belastung des Dämpfers führt aber nur eine seitliche Belastung des hinteren Laufrades, wenn das ganze Rad beim Treten nach links und rechts kippt. Bei einem Kippwinkel von 7.5° (angenommen nach DIN) wird das Laufrad seitlich mit rund 77N belastet. Da die Mitte des Dämpfers einen längeren Hebel aufweist als der Reifen, reduziert sich diese Kraft am Dämpfer weiter auf rund 54N, der genaue Wert ist dann abhängig vom Reifen und der genauen Entfernung der Dämpfermitte von der Hinterradachse.

Wir sehen, daß beide Belastungen in derselben Größenordnung spielen und daß der Dämpfer beim Softtail nicht automatisch höher belastet wird. Anders sieht das zum Beispiel aus, wenn man beim Mountainbike Felgenbremsen verwendet. Dann wird der Dämpfer beim Bremsen stark seitlich belastet. Das hat zum Ruf der sogenannten Dreigelenker beigetragen, wenig haltbar zu sein.

Wodurch wird ein Dämpfer denn noch belastet?

Aber ein Dämpfer verschleißt natürlich nicht nur durch von außen aufgebrachte Kräfte. Auch der gefahrene Luftdruck wirkt sich aus, da mit diesem Luftdruck die Dichtungen an die Lauffläche gepreßt werden. Das erhöht nicht nur die Reibung, sondern über diese auch den Verschleiß der Dichtungen und der Lauffläche. Hier ist ein Softtail natürlich sehr vorteilhaft, weil je nach Dämpfer die Drücke meist nur um 50PSI liegen. Die geringe Reibung läßt die Federung zudem sehr gut ansprechen.

Ein anderer, oft übersehener, Verschleißfaktor sind die geometrischen Ungenauigkeiten des Rahmens. Jedes technische Bauteil hat ja Toleranzen. Und Dämpfer reagieren vor allem durch Reibung und Verschleiß, wenn die Dämpferaugen des Rahmens nicht sehr parallel stehen und auch über den Federweg parallel bleiben. Manche Dämpfer haben wegen dieses Problems schon Kugelelemente in die Augen gebaut, aber wie wir bei der Rechnung oben gesehen haben, sorgt auch hier die Reibung in den Buchsen dazu, daß das Problem vermindert bestehen bleibt. Manche Rahmen mindern dieses Problem mittlerweile schon durch Kugellagerung, das kommt auch der Federungsqualität zugute. Reibung schadet ja nicht nur dem Dämpfer, sondern ist bei einer Federung generell unerwünscht. Aber die geometrischen Ungenauigkeiten eines Rahmens können auch die Kugellager nicht verhindern, das kann nur durch sehr exakte Herstellung des Rahmens und der Bauteile der Federung, zum Beispiel der Umlenkwippe geschehen. Ein Softtail hat da einen Vorteil, weil die Sattelstreben vergleichsweise flexibel sind. Selbst wenn diese nicht perfekt fluchten sollten, wird durch diese Flexibilität der Dämpfer geschont. Eine besonders steif gebaute Umlenkwippe eines Viergelenkers dagegen belastet den Dämpfer sehr, wenn die Herstellung des Rahmens nicht perfekt geschehen ist.

Bei meinen Rahmen sind die Sattelstreben bewußt flexibel, die Kettenstreben bewußt steif gehalten. Durch das fehlende Gelenk zwischen beiden ist ja eine Relativbewegung durch Flexibilität nötig, und die soll eben in den Sattelstreben geschehen. Gleichzeitig sorgt diese Auslegung auch für eine besonders gute Befestigung der hinteren Scheibenbremse: Diese ist am speziellen Ausfallende an der Kettenstreben montiert. Hier zahlt sich die steife Befestigung vor allem in hoher Bremsleistung bei guter Feinfühligkeit ohne Rubbeln und Quietschen aus.

 

 

 

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