Fahrwerksphänomene unter der Lupe

Das große Flattern

Auch wenn die Zeiten wild schlingernder Motorräder vorbei sind, kämpfen manche moderne Maschinen mit Fahrwerksschwächen, die schwer zu erklären und noch schwerer zu lösen sind. MOTORRAD ging den geheimnisvollen Phänomenen auf den Grund.

Zeichnung: Müller
Gabelflattern, Lenkerschlagen, Shimmy und Pendeln sind lästige oder gar gefährliche Fahrwerksprobleme.
Gabelflattern, Lenkerschlagen, Shimmy und Pendeln sind lästige oder gar gefährliche Fahrwerksprobleme.
Wenn man heutzutage auf einem Supersportler mit 270 km/h in leichter Schräglage über die Autobahn pfeilt, scheint es kaum noch vorstellbar, dass Motorräder in den 70er und 80er Jahren schon bei vergleichsweise moderaten 180 km/h vielfach furchterregend ins Schlingern gerieten. Labile Rahmen, labbrige Federelemente und schlechte Reifen versetzten damals selbst routinierte Testredakteure in Angst und Schrecken, vereinzelt kam es sogar zum Sturz. Mittlerweile gehört es zur Ausnahme, dass die MOTORRAD-Testfahrer auf welligen Autobahnabschnitten von Pendelsymptomen überrascht werden. Auch preisgünstige Maschinen brettern wir an der Schnur gezogen über die Bahn. Stabile Fahrwerke, funktionelle Federelemente und nicht zuletzt sehr gut dämpfende Radialreifen machten dem Spuk der 80er Jahre ein Ende. Damit haben sich jedoch keineswegs alle Probleme erledigt. Im Gegenteil, die steifen Fahrwerke beschwören sogar neue herauf, etwa das berüchtigte Lenkerschlagen (Kickback). Auf den folgenden Seiten finden sich eine Analyse der häufigsten Fahrwerksprobleme und Tipps zu Gegenmaßnahmen.


Bremsflattern
Zunächst erstaunt, dass ausgerechnet Hightech-Sportler dieses zwar selten auftretende, dann aber lästige Gabelflattern zeigen. Der Grund liegt nicht in unzureichend gedämpften Federelementen, sondern in zu großen Elastizitäten im Rahmen oder in den Gabelholmen. So musste Kawasaki bereits im Jahr 2000 bei der ZX-9R durch die Nachrüstung mit anderen, weniger bissigen Bremsbelägen dieses Verhalten abschwächen, weil der Rahmen nicht ausreichend steif dimensioniert beziehungsweise unzureichend mit dem Motor verschraubt war.
Aber auch den aktuellen Supersport-Modellen ist Gabelflattern trotz steifer Rahmenbauweise keineswegs fremd. Honda tauschte beispielsweise 2004 bei einigen Fireblade-Besitzern nach deren Beschwerden die Bremsbeläge, um die Anregung von Resonanzschwingungen bei hartem Anlegen der Bremsbeläge zu entschärfen. Ebenso trat bei MOTORRAD-Tests mit Kawasaki ZX-10R und Yamaha YZF-R1, Baujahr 2007, Gabelflattern in Einzelfällen auf. Beim blitzartigen Zupacken der bissigen Zangen, etwa bei einer Schreckbremsung, geriet die Gabel in Resonanzschwingungen, die sich bis zum Stillstand nicht mehr beruhigten. Wird der Bremsvorgang mit einem langsameren, normalen Druckaufbau eingeleitet, sodass die Gabel genügend weit eintauchen kann, kommt es dagegen zu keinerlei Vibrationen. Und zwar deswegen, weil die große Überlappung von Gleit- und Standrohr die Gabel beim Einfedern steifer macht. MOTORRAD vermutet daher als Ursache eine zu starke Durchbiegung der zuletzt immer leichter und dünnwandiger konstruierten Gabelrohre bei abrupten Bremsmanövern, wodurch sich eine Resonanzschwingung mit ziemlich exakt 24 Ausschlägen pro Sekunde ergibt.



Bremsstempeln
Beim Bremsen tritt manchmal auch am Hinterrad eine unangenehme Erscheinung auf, die die ganze Fuhre durchschüttelt. Wird die Hinterradbremse stark betätigt und gleichzeitig herunter-geschaltet, überträgt sich das unregelmäßige Schleppmoment des Motors durch die Verdichtungstakte über den Antriebstrang auf die Federung und löst eine Schwingung aus, die vom hydraulischen Stoßdämpfer nicht mehr eingebremst werden kann. In Verbindung mit dem Drehmoment der Bremskraft gerät dann bisweilen das Hinterrad in eine Schwingungsfrequenz, das sogenannte Bremsstempeln (siehe Diagramm unten). Abgesehen von der unkomfortablen Schüttelei kann das Hinterrad in diesem Zustand natürlich nur noch wenig Bremskraft übertragen.



Chattering
Ein Ärgernis, das speziell im Rennsport auftritt und den Fahrwerksspezialisten graue Haare wachsen lässt. Beim Chattering neigt vor allem das Vorderrad dazu, beim Einlenken in Kurven oder in Schräglage zu springen. Im Gegensatz zum Bremsflattern bewegen sich die Frequenzen nicht horizontal, sondern in Federrichtung, also in Längsachse der Gabel. Ursache für Chattering ist in erster Linie der Reifen, der im Rennsport meist einen sehr steifen Karkassaufbau benötigt, um Lenk- und Bremskräfte präzise zu übertragen. Wenn das Motorrad in maximaler Schräglage fährt und durch leichtes Öffnen des Gasgriffs wieder unter Zug steht, verschwinden die Vibrationen oft. Als Auslöser für Vorderrad-Chattering kommen durchaus auch Probleme der Hinterradfederung in Betracht. Ein schlecht gewuchteter Hinterreifen oder ein Motor mit zu wenig Schwungmasse und hohen Schleppmomentspitzen (siehe auch Brems-stempeln) übertragen die Vibrationen über das Chassis nach vorn.



Lenkerpendeln/Shimmy

Betreffen die bisher aufgeführten Phänomene meist neue, technisch ausgereifte Maschinen, haben speziell ältere und billigere Motorräder mit Lenkerflattern, sogenanntem Shimmy, zu kämpfen. Bei diesem Effekt, benannt nach einem rhythmischen, körperbetonten Tanz, tritt eine Drehschwingung um die Lenkachse auf. Ausgelöst werden diese Schwingungen vom Reifen, der durch Unwucht oder unrunden Lauf das Lenksystem anregt. Selbst kleine, im Reifen verborgene Unregelmäßigkeiten, zum Beispiel die überlappende Schnittstelle der Karkasslagen, sind in der Lage, das Lenksystem ­in Schwingung zu versetzen.
Meist spürt der Fahrer das Phänomen zwischen 60 und 100 km/h durch leichte Vibrationen im Lenker. Warum gerade in diesem Geschwindigkeitsbereich? Weil sich dort die Raddrehzahl mit der Eigen-frequenz des Lenksystems, das sich aus allen um die Lenkachse drehenden Massen ergibt, überlagert. Verstärkt tritt Lenkerflattern beim Ausrollen oder bei konstanter Fahrt auf, während in der Beschleunigungsphase durch das entlastete Vorderrad nichts zu spüren ist. Wirklich gefährlich ist Shimmy aber nicht, solange man den Lenker fest im Griff hat. Wenn man jedoch unvorsichtigerweise zum falschen Zeitpunkt die Hände vom Lenker nimmt, kann sich die Lenkung von Anschlag bis Anschlag aufschaukeln. Die Shimmy-Neigung verstärkt sich, je weiter das Reifenprofil abgefahren ist. Die dicke Gummilage und tiefen Profilrillen neuer Reifen dämpfen die Schwingungen.




Lenkerschlagen/Kickback

Dieses Problem sorgte vor allem seit der Generation der extrem leichten Supersportmaschinen Anfang der 90er Jahre für Schlagzeilen, war aber bereits in den Achtzigern nicht unbekannt. Etwa bei BMW K 75-Modellen, die beim Beschleunigen auf holprigem Asphalt wild mit dem Lenker auskeilten. Die Ursache ist dieselbe: Das Lenksystem wird durch eine außermittig einwirkende Kraft schlagartig in eine Drehbewegung versetzt. Die Rückstellkraft des Nachlaufs am Vorderrad versucht, die Lenkung wieder in Geradeausstellung zu bringen. Bei diesem Kampf der Kräfte und Momente kann es zu einem heftigen Schlagen kommen, das entweder nur kurz auftritt oder auch mehrere Sekunden dauern kann. Im Extremfall schlägt es dem Fahrer den Lenker aus der Hand.
Hauptursache für Lenkerschlagen ist die seitliche Krafteinwirkung aufs Vorderrad. Wird diese nicht durch die weiche Karkasse des Reifens abgefedert, überträgt sie sich in die Gabel. Die sind heute aufgrund von Standrohren mit großen Durchmessern und massiven Brücken so steif, dass sie kaum noch Torsionsbewegungen zulassen. Mit dem Resultat, dass nichts mehr hilft – außer einem hydraulischen Lenkungsdämpfer. Tipp: Mit einem schnellen Tritt auf die Hinterradbremse lässt sich gefährliches Lenkerschlagen durch den hohen Anpressdruck des Vorderrads schnell beruhigen.





Pendeln
Diese klassische Fahrwerksschwäche ist heutzutage weitgehend verschwunden. Leichte Gelände-Enduros und Supermoto-Flitzer nerven ihre Reiter bei hohem Tempo manchmal mit mehr oder weniger starkem Pendeln. Auch beladene Maschinen, womöglich mit Topcase, zeigen diese Unart. Dabei spürt der Fahrer eine permanente Drehschwingung, die daraus resultiert, dass sich die Maschine über die Hochachse – eine gedachte vertikal durch den Maschinenmittelpunkt verlaufende Linie – verdreht.
Diverse Ursachen können dieses Pendeln auslösen. Dazu gehören schwach dimensionierte Rahmen, zu viel Spiel in den Schwingenlagern oder torsionsempfindliche Telegabeln. Auch sehr unflexible, steife Diagonalreifen können bewirken, dass die Maschine bei hohem Tempo ins Schlingern gerät. Routinierte Piloten verlagern dann die Sitzposition nach vorn oder hinten und stabilisieren das Ganze mit einem festen Knieschluss am Tank. Bei schnellen Maschinen kann auch der aerodynamische Auftrieb die Front aus den Federn heben, sodass das Vorderrad an Anpressdruck verliert, instabil wird und das Pendeln auslöst.
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Symptome, Auslöser, Ursache, Abhilfemaßnahmen

Gabelflattern:
Symptom
l Starkes Zittern des Vorderrads in vertikaler Richtung
l Im Extremfall starke Vibrationen
des ganzen Motorrads
Auslöser
l Plötzlicher, harter Bremseinsatz vorn
l Anregung durch Bodenwellen beim Bremsen
Ursache
l Zu geringe Biegesteifigkeit von Gabelholmen und/oder Rahmen
l Ungünstige Resonanzfrequenzen
l Zu großes Spiel durch gelöste Befestigungsschrauben (Motor, Rahmen) oder lose Lenkkopflager
Abhilfemaßnahmen
l Sanftes Anlegen der Bremse
l Weniger aggressive Bremsbeläge verwenden
l Einstellen der Lenkkopflager
l Überprüfen der Motorverschraubungen

Bremsstempeln:
Symptom
l Starke Schwingungen des Hinterrads
Auslöser
l Bremseinsatz hinten bei gleichzeitigem Herunterschalten
Ursachen
l Resonanzschwingungen im Antriebsstrang
l Geringe Schwungmassen des Motors
l Hohes, ungleichförmiges Schleppmoment des Motors (speziell bei Ein- und Zweizylindern)
l Großes Spiel im Antriebsstrang
Abhilfemaßnahmen
l Kupplungseinsatz beim Bremsen
l Niedrige Drehzahlen durch spätes Herunterschalten
l Umbau auf Anti-Hopping-Kupplung
l Zug- und Druckstufendämpfung erhöhen


Shimmy:
Symptom
l Drehschwingungen des Vorderrads um die Lenkachse zwischen 60 und 100 km/h
Auslöser
l Anregung durch Reifen beim Ausrollen
Ursache
l Unwucht im Reifen
l Nicht zum Motorrad passender Reifentyp
l Unrunder Lauf von Reifen oder Felge
l Gabelbefestigung locker
Abhilfemaßnahmen
l Anderen Reifentyp verwenden
l Reifen optimal auswuchten
l Gabelschrauben mit vorge- schriebenem Drehmoment anziehen


Chattering:
Symptom
l In Schräglage Vibrationen von Vorder- und/oder Hinterrad in Federungsrichtung
Auslöser
l Überfahren von Bodenwellen in Schräglage
l Überlagerung von Schwingungen in der Radaufhängung
Ursache
l Zu steife Rahmen- oder Reifenkonstruktion
l Unwucht
l Ungenügende Ruckdämpfung im Antrieb
Abhilfemaßnahmen
l Reifen mit weicherer Karkasse verwenden
l Luftdruck korrigieren
l Reifen optimal auswuchten
l Dämpfungseinstellung im Lowspeed-Bereich optimieren
l Bauteile auf festen Sitz prüfen
l Ansprechverhalten der Gabel verbessern


Lenkerschlagen:
Symptom
l Extreme Drehbewegung des Vorderrads um die Lenkachse
Auslöser
l Anregung durch Bodenwellen, vor allem in leichter Schräglage oder bei eingeschlagenem Lenker
Ursache
l Sehr sportliche, auf Hand- lichkeit getrimmte Fahrwerksgeometrie
l Reifen mit zu geringer Eigendämpfung
l Zu harte Fahrwerksab- stimmung
Abhilfemaßnahmen
l Fahrweise anpassen
l Lenkungsdämpfer einbauen
l Dämpfung am Lenkungs- dämpfer erhöhen
l Federungseinstellung verändern, Vorspannung vorn verringern
l Weichere Druckstufen- dämpfung in der Gabel
l Spiel der Lenkkopflager minimieren


Pendeln:
Symptom
l Drehschwingungen des Motorrads um die Hochachse
Auslöser
l Bodenwellen, Windturbulenzen
Ursache
l Nicht ausreichende Steifigkeit im Rahmen und/oder in der Radaufhängung
l Spiel in der Radaufhängung
l Abgefahrene oder unpassende Reifen
Abhilfemaßnahmen
l Gewichtsverlagerung und fester Knieschluss
l Anderen Reifentyp (Radialreifen) verwenden
l Sämtliche Lagerstellen überprüfen
l Gepäck umpacken

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