Anfänge

Seit 1905 gab es verschiedene Versuche, eine Federung in eine Vorderradgabel zu integrieren. Phänomen und Wanderer bauten Federgabeln mit Hülsenführungen. Der englische Motorradhersteller Scott beschäftigte sich seit 1909 mit diesem Problem. Die „Scott-Tauchgabel“ bot jedoch nicht die vollkommene Kapselung sowie die hydraulische Dämpfung der Teleskopgabel. Eine ähnliche Tauchgabel ist die 1911 von Joseph Merkel patentierte „Truss-Gabel“ in der Flying Merkel. 1929 entwickelte Monroe den ersten 2-Wege-Hydraulikstoßdämpfer. 1934 brachte der dänische Motorradhersteller Nimbus das Modell Type C , genannt "Humlebi" (Hummel) mit Teleskopgabel ohne hydraulische Dämpfung heraus.

Hydraulische Tauchgabel

1935 stellte BMW an seinen neuesten Modellen BMW R 12 und BMW R 17 die hydraulische Tauchgabel vor. Die Tragfedern lagen in Blechhülsen außerhalb der Führungsrohre, der Federweg betrug 100 mm. BMW nannte die Tauchgabel Teleskopgabel, da Standrohre und Tauchrohre wie bei einem zusammenschiebbaren Fernrohr (Teleskop) ineinander glitten. Die ersten Tauchgabeln waren nach dem Prinzip „Upside-Down“ angebracht, das heißt, das Standrohr (auch Innenrohr) wurde unten an der Radachse, das Gleitrohr (auch Außenrohr) oben am Lenkkopf und an der Gabelbrücke angebracht. In den 1960er Jahren, mit dem Auftreten japanischer Hersteller, wurde die Gabel umgedreht, sozusagen „Downside-Up“ – das Standrohr oben, das Gleitrohr unten an der Radachse. Auch BMW verwendete diese Bauart seit 1969 – nach der zwischenzeitlichen Übernahme der Earles-Gabel (1955–1969) – an ihren Serienmodellen.

Der niederländische Hersteller White Power Suspension stellte in den 1980er Jahren die ursprüngliche Version (Upside-Down) wieder her. 1984 wurde bei KTM beim Motocross-Modell KTM 495 MX erstmals eine Upside-Down-Gabel von White-Power eingebaut. Heute gilt die Upside-Down-Bauweise, nicht nur bei Sportmotorrädern, als der Stand der Technik.

Klassische Teleskopgabel

Bei der klassischen Bauform, die seit den 1960er bis in die 2000er Jahre die Standardbauweise war, nimmt die Gabelbrücke am Lenkkopf die Standrohre auf. Diese gleiten in den unten liegenden Tauchrohren oder Gleitrohren, die Radachse und Bremse tragen. Nahezu alle Hersteller rüsten bis heute Motorräder im niedrigen Preissegment damit aus, da die klassische Teleskopgabel kostengünstig zu produzieren ist. Die entscheidenden Nachteile der klassischen Telegabel gegenüber der Upside-down-Gabel sind die höheren ungefederten Massen und die geringere Biegesteifigkeit.

Eine Teleskopgabel besteht in der Regel aus zwei Rohren, die oben durch eine Gabelbrücke verbunden sind. Zwischen diesen ist ein drittes, kurzes Rohr angebracht, der Gabelschaft. Er lagert die Gabelbrücke drehbar im Lenkkopflager. Das Gabelbein gleitet im Tauchrohr und ist mit einer inneren Schraubenfeder abgestützt. Zur Dämpfung der Bewegung ist meist zusätzlich ein Kolben im Tauchrohr angebracht, der bei der Bewegung des Gabelbeins das Gabelöl durch kleine Bohrungen presst und damit als Stoßdämpfer wirkt, siehe unten.

Upside-down-Gabel

Die Gabelbeine von Upside-down-Gabeln (auch USD-Gabel, im angelsächsischen auch Inverted fork) sind so angeordnet, dass die inneren Rohre unten liegen und die Steckachse des Vorderrades tragen. Die Gabelbrücken, an denen große Hebelkräfte wirken, führen so die biegesteiferen äußeren Rohre mit dem größeren Durchmesser. Die inneren Gabelbeinrohre sind zwar weniger steif, weil ihnen durch den umgekehrten Einbau die feste Fixierung durch die Gabelbrücken fehlt, können als Gleitrohre aber in weiter voneinander entfernten Gleitlagern geführt werden, so dass insgesamt eine höhere Steifigkeit des Gabelbeins erzielt wird.

Weiterhin hat diese Konstruktion geringere ungefederte Massen, was grundsätzlich die Radführung verbessert. Allerdings ist das Gesamtgewicht einer Upside-down-Gabel konstruktionsbedingt größer und der Lenkeinschlag wegen der dickeren Rohre oben geringer. Zudem sind die Gabeldichtringe theoretisch einem stärkeren Verschleiß durch Verschmutzung unterworfen, der jedoch durch speziell geformte Schutzbleche verringert werden kann.

Stabilität

Die Stabilität der Teleskopgabel wird maßgeblich vom

• Standrohrdurchmesser, der
• Stabilität der Gabelbrücke und der
• Radachsensteifheit beeinflusst.

Der Standrohrdurchmesser bei den sportlichsten Modellen lag Anfang der 1970er Jahre bei 36 mm und liegt heute bei 46 mm. Bei klassischen Teleskopgabeln wurde ab den 1970er Jahren zwischen den Gabelholmen zusätzlich ein Gabelstabilisator angebracht, um die Biegesteifigkeit zu erhöhen.

Lenkkopf

Über das Verbindungselement Gabelbrücke wird die Gabel drehbar am Lenkkopf gelagert. Das Lager, das die Drehbewegung ermöglicht, heißt Lenkkopflager. Es wird als Axial-Rillenkugellager oder als Kegelrollenlager ausgeführt.

Federung und Dämpfung

An motorisierten Zweirädern mit Teleskopgabel werden heute nur noch hydraulisch gedämpfte Konstruktionen mit Schraubendruckfedern eingesetzt. Bei Sporteinsätzen werden häufig je nach Streckenbeschaffenheit unterschiedlich harte linear gewickelte Federn eingesetzt; typische Werte der Federrate liegen um 10 N/mm. Es gibt progressiv gewickelte Federn, die höheren Fahrkomfort ermöglichen, da sie im meist genutzten Bereich weicher ansprechen und bei hoher Belastung durch die höhere Federrate mehr Reserven zur Verfügung stellen.

Gleitrohr und Standrohr sind durch einen Wellendichtring (Simmerring) gegeneinander abgedichtet. Die Gabelbeine enthalten eine Ölfüllung und eine sich darin bewegende Dämpferstange mit Bohrungen, die als hydraulischer Stoßdämpfer wirkt. Die Viskosität des eingefüllten Gabelöls beeinflusst diese Dämpfung und liegt im Bereich der Viskositätsklasse SAE 5 bis SAE 20 (Vergleichswert).

Bei einer Cartridge- (Kartuschen-)Gabel wird die konstante Ölbohrung am Dämpfer durch eine Reihe von Federscheiben (Shim-Paket) ersetzt, die je nach Einfeder-Geschwindigkeit einen anderen Querschnitt freigeben. Das Ziel ist eine weiche Dämpfung bei kleinen Unebenheiten, die u. a. für besseren Bodenkontakt des Reifens sorgt. Die harte Dämpfung wird dagegen beim starken Einfedern angestrebt. Die Wirkung kann meist durch Stellschrauben beeinflusst werden, getrennt für Druckstufe (Einfedern, Einsteller unten) und Zugstufe (Ausfedern, Einsteller oben).

Abstimmung

Moderne Teleskopgabeln bieten die Möglichkeit der Fahrwerksabstimmung ohne die Gabel zu öffnen. Bei einer „voll einstellbaren“ Federung sind einstellbar:

• Federvorspannung (Federbasis): Damit kann die Gabel an unterschiedliche Belastungen, zum Beispiel bei Soziusbetrieb angepasst werden. Dabei wird meist angestrebt, das Verhältnis von Negativ- zu Positivfederweg bei unterschiedlicher Belastung gleich zu halten, zum Beispiel bei 30:70. Öhlins beschreibt die Einstellung der Federbasis wie folgt: Im ersten Schritt wird das Vorderrad voll entlastet (Rad freischwebend) und die Länge von der oberen Gabelbrücke zur Achsaufnahme gemessen. Im belasteten Zustand (ohne Fahrer) soll der Unterschied zwischen dem völlig entlasteten Vorderrad 15 bis 30 mm, mit Fahrer zwischen 35 und 50 mm betragen.
• Zugstufe (Zugdämpfung) und Druckstufe (Druckdämpfung) werden durch Stellschrauben getrennt eingestellt. Diese Schrauben beeinflussen den Querschnitt eines Ölkanals, so dass der durch die Pumpbewegung entstehende Ölstrom unterschiedlich gedämpft wird. Beim Einfedern wirkt die Druckstufe, beim Ausfedern die Zugstufe. Neueste Entwicklung hier ist die getrennte Einstellung der Druckstufe in High- und Low-speed. Darunter ist die Einfedergeschwindigkeit (schnell und langsam) zu verstehen, nicht die Fahrzeuggeschwindigkeit. Generell soll bei der Einstellung von Zug- und Druckstufe immer von der Grundeinstellung der Bedienungsanleitung oder der Angaben des Herstellers ausgegangen werden. Öhlins empfiehlt von der Zug- über die Druckstufe immer nur kleinschrittig vorzugehen und stets nur eine Einstellung vorzunehmen. Bei älteren Telegabeln erfolgt die Anpassung der Federvorspannung durch Distanzelemente, die üblicherweise zwischen dem oberen Federlager und der Feder eingelegt werden. Die Dämpfung kann durch Gabelöl unterschiedlicher Viskosität angepasst werden. Niederviskose Öle verringern, höherviskose Öle erhöhen die Dämpfung. Bei manchen Gabeln, z. B. BMW R 80 GS sind Zug- bzw. Druckstufendämpfung separat in jeweils einem Gabelholm lokalisiert, so dass diese durch Einfüllen verschiedener Öle getrennt eingestellt werden können. Nachteil dieser Bauweise ist eine stärkere Neigung zur "Verspannung" der Gabel, wenn sie mit hoher Druckstufendämpfung betrieben wird.

Luftkammer

Den wesentlichen Teil der Federung leistet die Schraubenfeder im Gabelbein, zusätzlich wirkt das Luftvolumen über der Ölfüllung als Gasfeder, deren Wirkung mit der Einfederung kontinuierlich zunimmt und somit vor dem Anschlag ihr Maximum erreicht. Die eingefüllte Ölmenge verändert das Volumen dieser Gasfeder und beeinflusst daher, wenngleich in engen Grenzen, die Federkennlinie bei voller Einfederung. Das „Auf-Block-Gehen“ einer Teleskopgabel kann damit verhindert werden.

Das Volumen der Luftkammer wird durch eine Schraube am Gabelverschlussstopfen eingestellt. Eine Verkleinerung der Luftkammerhöhe verändert die Wirkung des eingeschlossenen Luftvolumens als Gasfeder. Teilweise werden auch Teleskopgabeln (etwa die Öhlins FG 670) gebaut, die ganz oder kombiniert mit Druckluft die Federwirkung aufbauen oder erhöhen; diese Bauweise hat sich jedoch bislang nur im Rennsport durchgesetzt.

Faltenbalg

Der in die Tauchrohre führende Schiebeweg der Standrohre wurde lange Zeit durch Faltenbälge gegen Staub geschützt. Seit etwa 30 Jahren allerdings nimmt deren Gebrauch bei Straßenfahrzeugen ab, und der eintauchende Bereich der Standrohre bleibt sichtbar. Die Schutzwirkung sollen stattdessen zusätzliche Abstreifringe übernehmen, teils auch Staubkappen oder Gabelprotektoren, welche die Standrohre und die Dichtungen vor anfliegendem Schmutz und Insekten schützen.