Fahrwerk und Federung: Aufbau, Dynamik und Komponenten

Das Fahrwerk: Funktion und Komponenten

1. Die Federung: Aktive Sicherheit und Komfort

Die Federung ist essenziell für die aktive Sicherheit und den Fahrkomfort. Sie absorbiert Fahrbahnunebenheiten und nimmt die dynamischen Lasten auf:

• Seitliche Lasten (Wanken): Bewegung um die Längsachse.
• Längslasten (Nicken): Bewegung um die Querachse (beim Beschleunigen oder Bremsen).
• Vertikale Lasten (Hub/Senkung): Bewegung um die Hochachse.

Das Zusammenspiel von Federung und Lenkung gewährleistet die Bodenhaftung und ein gutes Fahrverhalten.

Typen von Federungssystemen

• Systeme der Federung (Muelleo): Federn, Blattfedern, Drehstabfedern, Luftfederbälge.
• Systeme der Schwingungsdämpfung (Amortiguacion): Stoßdämpfer.

2. Dynamik der Federung

Schwerpunkt und Rollzentrum

• Schwerpunkt: Der imaginäre Punkt, in dem die gesamte Masse des Fahrzeugs konzentriert ist.
• Rollzentrum: Der virtuelle Drehpunkt der Aufhängung einer Achse, auf den die seitlichen Kräfte übertragen werden. Die imaginäre Linie, die das vordere und hintere Rollzentrum verbindet, wird als Rollachse bezeichnet.

Lastwechsel und Lastverteilung

Die Lastübertragung erfolgt um drei Rotationsachsen an den Gelenken:

• Längs (Nicken): Beim Beschleunigen oder Bremsen.
• Quer (Wanken): Bei Kurvenfahrten (z. B. in einer Rechtskurve).
• Vertikal (Hub/Senkung): Bei unterschiedlicher Beladung.

Massen und Oszillation

• Gefederte Massen: Die Masse, die nicht in direktem Kontakt mit der Fahrbahn steht und vom Federungssystem getragen wird (Karosserie, Motor, etc.).
• Ungefederte Massen: Die Masse, die in direktem Kontakt mit der Fahrbahn steht und sich vor dem Federungssystem befindet (Räder, Achsschenkel, etc.).

Schwingungsparameter

Oszillation wird durch das Auf- und Absteigen einer Masse verursacht (Druck und Expansion einer Feder).

• Zeit: Die Dauer einer vollständigen Schwingung.
• Frequenz: Die Anzahl der Schwingungen pro Zeiteinheit.
• Amplitude (Bereich): Die maximale Entfernung von der Ruhestellung.
• Resonanz: Tritt auf, wenn eine äußere Kraft die Schwingung im Rhythmus ihrer Eigenfrequenz anregt, wodurch die Amplitude stark zunimmt.

3. Elemente der Federung und Dämpfung

Wichtige Fahrwerkskomponenten

Silentblock

Elastisches Verbindungselement aus Gummi und Metall, das Stöße zwischen zwei Komponenten dämpft. Es ermöglicht das Schwenken und Drehen von Aufhängungs- und Lenkungselementen.

Elastisches Lager (Gummilager)

Gummielement, das die Verbindung von Fahrwerkskomponenten unter minimaler Verschiebung ermöglicht.

Achsen/Gelenke

Eine Verbindung funktioniert nur, wenn sie spielfrei ist.

Achsschenkel und Radnaben

Aus Stahl oder Aluminium gefertigt, verbinden sie die Radnabe mit den Federelementen.

Querlenker (Keystone oder Arm)

Verbindung zwischen Chassis und Hilfsrahmen oder zwischen der Achsaufnahme und dem Achsschenkel.

Streben (Braces)

Stahlverbindungen zwischen der Karosserie und dem Achsschenkel oder dem Querlenker.

Stabilisator (Stabilisatorstange)

U-förmige Stahlstange, die die Karosserie mit den Querlenkern der Räder auf derselben Achse verbindet. Sie reduziert die Seitenneigung bei Kurvenfahrten und verbessert die Fahrzeugstabilität.

Anschlagpuffer (Suspension Stop)

Elastische oder halbstarre Elemente, die eine übermäßige Kompression verhindern, um Schäden zu vermeiden.

Elastische Elemente (Federn)

Verformbare Komponenten zwischen Karosserie, Fahrgestell und Rädern, die Schwingungen absorbieren (Schraubenfedern, Blattfedern, Drehstabfedern, Gummifedern).

Der Stoßdämpfer (Shock Absorber)

Der Stoßdämpfer wandelt kinetische Energie in Wärmeenergie um.

Aufgaben des Stoßdämpfers

1. Sicherstellung eines guten Kontakts der Räder zur Fahrbahn.
2. Gewährleistung der Stabilität, insbesondere in Kurven.
3. Reduzierung von Schwingungen.
4. Vermeidung bzw. Reduzierung der Seitenneigung (Wanken).
5. Reduzierung des Verschleißes von Reifen und Fahrwerkskomponenten.

Typen von Stoßdämpfern

1. Reibungsdämpfer: Scheiben, die an den gefederten Massen befestigt sind und nicht an den Querlenkern aufgehängt sind.
2. Hebelarmdämpfer: Ein Zylinder mit einem Kolben, der über eine Achse mittels eines Hebels betätigt wird.
3. Drehdämpfer (Giratorio): Ein bogenförmiger Arm bewegt ein Paddel im Inneren des Dämpfergehäuses.
4. Teleskopdämpfer (Einrohr, Zweirohr, Variabel): Ein Kolben gleitet in einem mit Öl gefüllten Zylinder. Löcher im Kolben bewirken, dass das Öl zwischen den Kammern des Zylinders strömt und so die Schwingung der Feder dämpft.

Aufbau (Teleskopdämpfer)

Körper / Kolben / Kolbenstange / Ventilsatz / Dichtungen / Öl