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Lenkungsdämpfer

Zur Sicherstellung der Stabilität sind bei nahezu allen Gespannen Lenkungsdämpfer verbaut. Sie verhindern in erster Linie das sogenannte Lenkerflattern (Shimmy-Effekt), das bei Geschwindigkeiten von etwa 10 bis 60 km/h auftreten kann.

Üblich sind hydraulische Lenkungsdämpfer, klassische Reibungsdämpfer werden an modernen Motorrädern nicht mehr verwendet. Verwendet werden oft Dämpfer aus dem Automobilbereich, die aber am Motorrad etwas höhere Lenkkräfte erfordern. Komfortabler sind Lenkungsdämpfer bei denen sich die Stärke der Dämpfung einstellen lässt.

Abb. oben: Lenkungsdämpfer aus dem Automobilbereich.

Abb,: Verstellbare Lenkungsdämpfer.

Das indirekte Lenksystem der Achsschenkellenkung braucht eher selten einen Lenkungsdämpfer. Der Grund: Für Radführung, Lenkung und Federung sind unterschiedliche Bauteile zuständig. Dabei sind die um die Lenkachse geschwenkten Massen relativ klein. Die ohnehin geringe Flatterneigung des Systems wird von dessen Eigendämpfung durch die Gestänge-Gelenk-Transmission unterstützt.

Die Ursachen des Lenkerflatterns

Ein Gespann lässt sich in zwei Teilsysteme gliedern:

System 1: Das Vorderrad samt Schwinge, Gabelholmen, Bremse sowie den zugehörigen Komponenten die beim Lenken geschwenkt werden.

System 2: Das Motorrad mit dem Beiwagen.

Beide Systeme sind durch eine Art „Scharnier“ miteinander verbunden, das das Lenken ermöglicht. Bei vielen Gespannen kommt es beim Anfahren ohne Lenkungsdämpfer zu einem Flattern im System 1. Ist dieser Vorgang erst einmal in Gang gesetzt, lässt er sich auch durch beherztes Zupacken am Lenker nicht kontrollieren. Versuchsfahrten auf Glatteis offenbarten, dass sich zwar der Vorderbau mit erheblicher Muskelkraft stabilisieren ließ, dann aber das System 2 um die Lenkachse zu pendeln begann.

Wie entstehen die Schwingungen?

Die Rahmenkonstruktion, bestehend aus dem Motorradrahmen, dem Beiwagenrahmen und dem verbindenden Hilfsrahmen sowie den Radführungen einschließlich der Reifen, ist ein elastisches System. Stoßimpulse der Fahrbahn speisen kinetische Energie in dieses System ein, welche anschließend in Form abklingender Schwingungen wieder freigesetzt wird. Bei der Vielzahl simultan auftretender Eigenschwingungen kann es zum Flattern um die Lenkachse kommen. Dieses schnelle rhythmische Lenkerflattern geschieht 4 bis 10 Mal in einer Sekunde. Unterscheiden muss man das Lenkerflattern vom Lenkerpendeln, das bei hohen Geschwindigkeiten in eine Freqenz von 2 bis 3 Mal pro Sekunde auftritt.

Das Flattern, auch als Shimmy-Effekt bezeichnet, ergibt sich aus dem Zusammenwirken vieler Faktoren. Hierzu zählen unter anderem Reifenprofil, Reifenbauart, Reifenfülldruck und die Geometriedaten des Fahrwerks. Eine bedeutende Rolle spielen die Kreiselkräfte des Vorderrades, die bei niedriger Geschwindigkeit noch nicht die erforderliche Intensität aufweisen, um stabilisierend zu wirken.

Stellen wir uns vor, wir sitzen auf dem Gespann und sind bereit zum Losfahren. Der Lenker steht gerade. Der Beiwagen-Reifen ist entspannt, hat aber eine Vorspur und steht schräg zur Fahrtrichtung. Sobald wir langsam anfahren, verspannt sich der Gummi des Beiwagenreifens. Das bedeutet, er will sich nach links bewegen, kann es aber nicht, da wir geradeauslenken. Diese Spannung überträgt sich auf das Hinterrad, das konstant dagegen hält. Durch Fahrbahnstöße, die aufgrund des Vorlaufs am Beiwagenrad, zeitlich versetzt immer nur ein Rad betreffen, ändert sich die Verspannung der Reifen zueinander und erzeugt Schwingungen.

Auch im System 1, im ganzen Vorderbau, entstehen Schwingungen. Sobald das Fahrzeug sich bewegt, entwickeln sich Rückstellkräfte am Vorderrad. Das Hinterrad schiebt, und bevor sich das Vorderrad dreht, kommt es auch hier zu einer Deformation des Reifengummis. Die Rückstellkraft wird jedoch nicht ausschließlich im Gummi gespeichert: Die gesamte Masse bis zum Lenkkopflager nimmt in Form elastischer Spannungen Energie auf, die sie nach kurzer Zeit als Schwingung wieder freisetzt.

Verschlissene Lager an Schwinge und Lenkkopf haben aufgrund der veränderten Reibung eine ebenfalls veränderte Dämpfungswirkung und begünstigen das Lenkerschlagen.

Je größer die Massen im System 1, desto ausgeprägter tritt der Shimmy-Effekt ein. Zu den Massen zählen zum Beispiel: Rad mit Vorderradschwinge, Gabelholme, Gabelbrücken, Bremssättel, eine lenkerfeste Verkleidung und der Scheinwerfer. Ist der Schwerpunkt dieser Massen weit vorne, fördert dies die Neigung zum Pendeln.

Wie können Schwingungen gedämpft werden?

Ein bewährtes Mittel zur Reduktion unerwünschter Schwingungen ist der Einsatz von Lenkungsdämpfern. Allerdings beheben sie nicht die Ursachen, sondern mildern lediglich die Symptome.

Die Fahrzeuggeometrie hat einen erheblichen Einfluss auf das Auftreten von Flatterbewegungen. Einflussgrößen sind beispielsweise:

Die Spurweite. Ein Gespann mit einer von 120 cm reagiert anders als eines mit 150 cm.

Der Radstand. Der Abstand von Vorder- und Hinterrad.

Der Fahrzeugschwerpunkt – liegt dieser weiter hinten, erhöht sich die Fahrstabilität.

Breitreifen mit eckigem Profil sehen zwar sportlich aus, sind hingegen empfindlicher gegenüber Unebenheiten auf der Fahrbahn.

Ein oft übersehener Faktor ist der Sturz der Räder. Ein leichter negativer Sturz des Beiwagenrads kann von Vorteil sein.

Die Profiltiefen spielen ebenfalls eine Rolle.

Der Luftdruck in den Reifen beeinflusst das Schwingungsverhalten: Unterschiedliche Drücke können Flatterneigungen verstärken oder abschwächen, da sich mit dem Fülldruck auch die Elastizität der Reifen ändert.

Mythos der Lenkungsdämpfer

Oft hören wir die Behauptung: „Ein Lenkungsdämpfer kaschiert nur Fahrwerksschwächen.“ Diese Aussage ist so nicht richtig. Schon in den 1950er Jahren statteten Motorradkonstrukteure die Fahrzeuge werksseitig mit hydraulischen Lenkungsdämpfern aus. Auch moderne Motorräder sind oft ab Werk mit kleinen Dämpfern ausgestattet. Zeigt ein Gespann im normalen Fahrbetrieb kein Lenkerflattern, bietet der Lenkungsdämpfer dennoch einen Flatterschutz vor externen Einflüssen, die kein Konstrukteur abschätzen oder gar berechnen kann.

Faktor Mensch

Zum komplexen Zusammenspiel mechanischer Einflüsse tritt schließlich der Mensch hinzu. Ein Gespannneuling, der verkrampft und mit abstehenden Ellenbogen auf dem Gespann losfährt, kann an einem flatternden Lenker sitzen, während ein erfahrener Gespannpilot auf dem selben Fahrzeug, allein durch die Art wie er auf dem Fahrzeug sitzt, kein Flattern um die Lenkachse spürt.

Lenkungsdämpfer bei Gespannen mit Achsschenkellenkung (ASL)

Auch bei Gespannen mit Achsschenkellenkung (ASL) kann Lenkerflattern auftreten, wenngleich die Neigung hierzu geringer ist. Kürzere Nachläufe und weniger ungefederte Massen im System 1 erhöhen die Stabilität. Geringere Nachlaufwerte sowie eine reduzierte Masse im vorderen System tragen zur erhöhten Stabilität bei. Zudem verfügen ASL über mannigfaltige Verstellmöglichkeiten und lassen sich gezielt optimieren.

Meine Lenkung geht schwer, kann ich den Lenkungsdämpfer abbauen?

Dies muss der Gespannhersteller entscheiden, und muss unter Umständen in die Papiere eingetragen werden. Ein weiterer Nachteil eines schwergängigen Dämpfers: Er kann bei hoher Geschwindigkeit ein Pendeln verursachen. Einen vorhandenen Hydraulikdämpfer eigenmächtig abzubauen oder zu verändern kann in einer Katastrophe enden. Verhindert ein schwergängiger Lenkungsdämpfer leichtes Einlenken, sollte er – nach Rücksprache mit dem Gespannhersteller – durch einen schwächer dimensionierten Dämpfer ersetzt werden.

Maßnahmen gegen das Lenkerflattern

Maßnahmen zur Behebung von Flattertendenzen sollten stets in enger Abstimmung mit dem Gespannhersteller erfolgen und idealerweise von diesem umgesetzt werden. Mögliche Maßnahmen sind:

Penibles Überprüfen der Lager in Schwinge und Lenkkopf.

Reduktion des Trägheitsmoments der Lenkung durch Minimierung der bewegten Masse im vorderen System.

Möglichst steife Konstruktion der Fahrwerks- und Lenkungselemente.

Vorderrad-Nachlauf angemessen reduzieren.

Verlängerung des Motorrad-Radstands, z. B. durch eine verlängerte Hinterradschwinge oder durch eine Achsschenkellenkung.

Der Lenkungsdämpfer: Er bremst die Schwingungen ein und verhindert das Flattern.

Wie sollte ein Lenkungsdämpfer angebaut werden?

Der Lenkungsdämpfer muss so montiert sein, dass er bei Lenkbewegungen nicht auf Biegung belastet wird. Er darf maximalen Lenkeinschlag nicht begrenzen. Er sollte so montiert sein, dass mit zunehmendem Lenkeinschlag sein Hub proportional abnimmt. Die Auswahl der Befestigungspunkte ist mit größter Sorgfalt zu wählen, da sie maßgeblichen Einfluss auf die Effektivität und die erforderlichen Lenkkräfte haben.

Fazit

Die meisten Gespannhersteller verbauen standardmäßig Lenkungsdämpfer. Diese dämpfen zuverlässig und kostengünstig unerwünschter Schwingungen. Ein Gespannhersteller, der sich die Zeit nimmt, die Fahrwerkseinstellung zu optimieren, könnte wahrscheinlich auf einen Lenkungsdämpfer verzichten. Auszuschließen ist es jedoch nicht, dass in bestimmten Situationen ein Lenkerflattern auftritt. Auch aus Gründen der Produkthaftung erscheint der Anbau eines Lenkungsdämpfers geboten.

Beiträge in MG 33, 49, 76, 177, 208