Fahrwerkstechnik und Abstimmung eines Wettbewerbsfahrzeuges
Da es in deutscher Sprache eigentlich keinerlei oder sehr wenig Literatur zum Thema Fahrwerksabstimmung gibt, versuche ich einige Erkenntnisse von 20 Jahren Rallyesport und einigen Nordschleifen Freaks, auf Papier zu bringen.
Zuerst ein paar Grundregeln und Fachbegriffe:
Die Fahrwerksfeder allgemein
Die Feder und die Lage des Federtellers bestimmen an Automobilen mit Federbeinachse
die Höhe des Fahrzeugs. Durch spezielle Tieferlegungsfedern können die originalen
Einfederwege verkürzt und somit das Fahrzeug tiefergelegt werden. Durch die progressiven
und verkürzten Federn ergibt sich ein niedriger Schwerpunkt und somit eine sportliche Straßenlage.
Es ist zu beachten, dass die Federn bei frei hängender Achse oder Radaufhängung immer Vorspannung haben. Bei Verwendung harter Fahrzeugfedern ist es oft notwendig, zusätzlich zur Hauptfeder noch eine so genannte Hilfsfeder (Helper) oder
Zusatzfeder zu verwenden - dieses ist bei allen Schraubfahrwerken der Fall.
Die Zusatzfedern halten somit die Hauptfeder unter allen Fahrbedingungen unter
ständiger Vorspannung. Hierdurch wird eine progressive Gesamtfederrate erreicht.
Je nach Stoßdämpferbauart kann die Zusatzfeder über oder unter der Hauptfeder
montiert werden. Hierbei ist es notwendig, immer den vom Hersteller vorgeschrieben
Zentrierring zwischen Haupt und Zusatzfeder zu verwenden. Die Verwendung der Zusatzfeder
hat außerdem den Vorteil, dass am Dämpfer der Hub der Kolbenstange wenig oder gar nicht
verändert werden muss.
Federweg/Restfederweg Definition Federweg:
Als Federweg bezeichnet man den im Fahrbetrieb genutzten Bereich, den das Fahrzeug einfedern kann.
Definition Restfederweg:
Als Restfederweg im Sinne der TÜV-Richtlinien bezeichnet man, wenn sich ein auf 130% der zulässigen Achslast beladendes Fahrzeug wenigstens noch 25 mm einfedern lässt. Diese 25 mm stellen den Restfederweg dar. Bei der Festlegung dieser Prüfmethode wurde davon ausgegangen, dass bei einem Fahrzeug, das auf die zulässigen Achslasten beladen wurde, die dynamischen Belastungen im Fahrbetrieb das Gewicht des Fahrzeugs kurzzeitig um bis zu 30% ansteigen lassen können (Schocklast). Der Restfederweg spielt eine unter anderen eine wichtige Rolle bei der Erstellung der Teilegutachten für Federn und Fahrwerke.
Aufbau und Wirkprinzip
Das Wirkungsprinzip aller hydraulischen Stoßdämpfer ist die Umsetzung von kinetischer
Energie (Bewegung) in thermische Energie (Wärme). Um dies zu erreichen wird das Öl in dem
Dämpfergehäuse durch enge Ausgleichsräume und Ventilsysteme gepresst, wodurch
hydraulischer Widerstand gebildet wird. Ein Teleskopstoßdämpfer kann eingedrückt
und ausgezogen werden: den so genannten Druckhub und Zughub. Teleskopdämpfer
werden unterschieden in: 1. Einrohrdämpfer, auch wohl Hochdruckgasdämpfer
genannt (I) 2. Zweirohrdämpfer, in hydraulischer- oder gashydraulischer
Ausführung (II)
Der Zweirohrdämpfer
Die wichtigsten Teile sind: " Das äußere
Rohr, auch Behälterrohr genannt (1) " Das innere Rohr, auch Zylinder genannt (2)
" Ein Kolben (3) mit einer Kolbenstange (4) " Die Kolbenstangenführung Wie
funktioniert ein Zweirohrdämpfer? Der Druckhub Wenn die Kolbenstange eingedrückt
wird, fließt das Öl ohne Widerstand unterhalb des Kolbens durch die Bohrungen
(3a) in dem Einwegventil zu dem größer gewordenen Raum oberhalb des Kolbens. Zur
gleichen Zeit wird eine gewisse Menge Öl von dem Volumen der Kolbenstange, die
in den Zylinder eindringt, weggedrückt. Dieses Ölvolumen wird durch das
Bodenventil in das Behälterrohr (1) gepresst, welches mit Luft (1Bar) oder
Stickstoffgas (4 bis 8 Bar) gefüllt ist (c). Der Widerstand, der dem Öl auf dem
Weg durch das Bodenventil (b) entgegengesetzt wird, erzeugt die
Druckstufendämpfung. Der Zughub Wenn die Kolbenstange ausgezogen wird, kommt das
Öl oberhalb des Kolbens unter Druck und wird durch den Kolben gepresst. Der
Widerstand, der durch das Öl auf dem Weg durch den Kolben entsteht, erzeugt die
Zughubdämpfung des Stoßdämpfers.
Dämpfereinstellungen konibasierender Fahrwerke
Achtung: gilt für alle Nachstellvarianten! Versuchen Sie niemals, die Dämpfer
über einen fühlbaren Anschlag hinaus zu verstellen (egal ob nach links oder nach
rechts)! Dies würde in jedem Falle zur Beschädigung des Dämpfers führen! Auf den
folgenden Seiten erhalten Sie eine Anleitung, wie Sie für die verschiedenen
Serien die Stoßdämpfer nachstellen.
Zugstufe
Die Zugstufe im Stoßdämpfer hat die
Aufgabe die Fahrzeugfeder in ihrem Entspannungsvorgang (Schwingung) zu dämpfen.
Die große Kunst der Fahrwerksabstimmung ist es, hier das genau richtige
Verhältnis zwischen Federkraft (wegabhängig) und der Zugstufenkennung
(geschwindigkeitsabhängig) für das jeweilige Fahrzeug und den Sporteinsatz zu
finden. Die Zugstufeneinstellung kann bei allen unsern Stoßdämpfern ein bzw.
nachgestellt werden, bei vielen sogar von außen in eingebautem Zustand.
Die Druckstufe
Sie hat die Aufgabe, die Einfedergeschwindigkeit zu dämpfen und den
Stabilisator zu unterstützen bzw. bei fehlendem Stabilisator diese Funktion zu
übernehmen.
Die Kurvengrenzgeschwindigkeit
Darunter versteht man die maximal erreichbare Kurvengeschwindigkeit bezogen auf einen
bestimmten Kurvenradius, bevor der Wagen ausbricht. Bei dieser Geschwindigkeit ist die im
Schwerpunkt angreifende Fliehkraft und die über die Räder aufzubringende Seitenführungskraft
im Gleichgewicht. Gemessen wird diese Geschwindigkeit auf einer Kreisplatte
(Skid-Pad), und man kann sie, um vom Durchmesser weitgehend unabhängige
vergleichbare Werte zu erreichen, als maximal erreichbare Querbeschleunigung
oder dimensionslos als so genannten Kurvenreibwert (mK). Er errechnet sich aus
der maximal erreichbaren Geschwindigkeit und dem Durchmesser, auf dem sich der
Schwerpunkt des Fahrzeugs bewegt.
Die Formel lautet:
mK = ____V²_____ 64 * D
Dabei ist die Geschwindigkeit in km/h und der Durchmesser in Meter angegeben.
Die Kurvengeschwindigkeit wiederum wird durch Stoppen und Mitteln der Runden
ermittelt.
Dabei gilt folgende Formel:
V = 3,6 * p * D t
Dabei ist (t) die gemessene Rundenzeit in Sekunden und (Bruchteilen) und p mit 3,14. Für moderne
Personenwagen gilt ein Kurvenreibwert von 0,8 bis 0,9 als Stand der Technik,
Sportwagen können mehr als 1,0 erreichen. Die Tatsache, dass Formel-Wagen und
Rennsportwagen, vor allem wenn aerodynamische Hilfen wie Flügel oder der
so genannte Ground-Effekt ausgenutzt werden, Werte von weit über 2,0 erreichen
können, zeigt, welche Möglichkeiten das Tuning von Fahrzeugen bietet. Neben den
Reifen, die aufgrund ihrer Bauart, Dimension, Gummimischung der Lauffläche und
Profilgestaltung einen erheblichen Einfluss auf die Kurvengeschwindigkeit haben,
sind sonst fast ausschließlich konstruktive Faktoren verantwortlich.
Folgende Punkte sind hier zu nennen: " Schwerpunkthöhe " Spurweite und Radstand "
Gewichtsverteilung " Art und Ausführung der Radaufhängung " Einfluss der
Aerodynamik Diese Größen sind durch den jeweiligen Autotyp weitgehend
festgelegt. Nun muss versucht werden, durch Veränderung und Verfeinerung ein
Optimum an Fahreigenschaften herauszuholen.
Übersteuern und Untersteuern
Um die Seitenführungskraft und damit die Kurvengrenzgeschwindigkeiten zu erhöhen,
sollte man folgendes tun: " Breitreifen " höherer Luftdruck " Breitere und
leichtere Felgen " Wagen Tieferlegen (Schwerpunkt Tiefersetzen) " negativer
Sturz vorn und hinten " Stabilisatoren vorn und hinten " Spur vorn und hinten
verbreitern " Auftrieb reduzieren (Front-/Heckspoiler) Durch die einseitige
Verwendung der o. g. Möglichkeiten läst sich ungewünschtes Eigenlenkverhalten
mildern oder beseitigen.
Untersteuern Das Fahrzeug schiebt beim Einlenken über
die Vorderachse in Richtung äußerer Kurvenrand.
Folgende Maßnahmen können das Untersteuern mildern oder beseitigen:
" höherer Reifendruck vorn "
breitere Reifen vorn " breitere Felgen vorn " negativer Sturz vorn " breitere Spur vorn
" Stabilisator hinten " Reifentemperatur erhöhen (im Rennbetrieb) " Weichere
Reifenmischung verwenden (im Rennbetrieb) " härtere Dämpfung (Druckstufe) oder
Federung hinten " Vorderachsdämpfer die Zugstufe weicher stellen " Weicheren
Vorderachsstabilisator verwenden " Vorderachsfeder weicher wählen - in manchen
Fällen ist die Vorderachsfeder allerdings viel, viel zu weich dann auf härtere
Federn zurückgreifen " Frontspoiler Reifen, Luftdruck und Felgen Eine gute
Möglichkeit, die Kurvengrenzgeschwindigkeiten zu erhöhen, liegt in der
Verwendung anderer Reifen. Niederquerschnittsreifen bieten aufgrund der
breiteren Laufflächen mit entsprechender Laufflächenmischung mehr Gripp. Durch
die geringeren Querschnitte werden größere Seitenführungskräfte bei geringeren
Schräglaufwinkel aufgenommen. Unter Schräglaufwinkel versteht man den Winkel der
Lauffläche zur Fahrbahn. Bei Kurvenfahrten mit hohen Geschwindigkeiten verformt
sich das Rad auf der Fahrbahn von der Kurvenaußenseite zum Fahrzeug hin. Wird
dabei ein bestimmter Schräglaufwinkel überschritten, nimmt die Traktion ab.
Daraus ergeben sich folgende Definition: " Übersteuern: Schräglaufwinkel hinten
größer als vorn " Untersteuern: Schräglaufwinkel vorn größer als hinten "
Neutral: Schräglaufwinkel vorn und hinten gleich.
Da die Schräglaufwinkel bei wachsendem Luftdruck ebenfalls kleiner werden, gelten
folgende Regeln:
" Höherer Luftdruck vorn mindert Untersteuern " Höherer Luftdruck hinten mindert
Untersteuern Eine weitere gute Möglichkeit das Eigenlenkverhalten zu verbessern
liegt in der Verwendung unterschiedlicher Reifenbreiten, da breitere Reifen bei
gleicher Belastung und Seitenkraft kleinere Schräglaufwinkel aufweisen. Daraus
folgt: " Breitere Reifen hinten mindern Übersteuern " Breitere Reifen vorn
minder Untersteuern Auch die Verwendung unterschiedlicher Felgenbreiten führt zu
ähnlichen Ergebnissen, da der gleiche Reifen sich auf einer breiteren Felge
besser abstützt. Daraus folgt: " Breitere Felge hinten mindert Übersteuern "
Breitere Felge vorn mindert Untersteuern Querstabilisator Wesentlich kann das
Eigenlenkverhalten auch durch die Verwendung von Stabilisatoren verändert
werden. Der mit der Karosserie verbundene querliegende Teil des Stabilisators
wird beim einseitigen Einfedern verdreht und erhöht dadurch die Radlast auf das
kurvenäußere Rad. Gleichzeitig wird die Radlast auf das kurveninnere Rad
verringert und die Schräglaufwinkel auf der Außenseite erhöht. Angenehmer
Nebeneffekt ist hier, dass dadurch natürlich die Seitenneigung erheblich
verringert wird, da sich ja die Federung der einfedernden Seite um die
Torsionskraft des Stabilisators erhöht. Daraus ergeben sich folgende Regeln:
" Stabilisator vorn: Mindert Übersteuern (fördert Untersteuern) "
Stabilisator hinten: mindert Untersteuern (fördert Übersteuern)
Spur und Sturz Die Änderung des Sturzes kann verschiedene Vorteile bringen.
Da ein gegen die Kurvenaußenseite sich abstützendes Rad (negativer Sturz) eine Zusätzliche
Sturzseitenkraft aufbringt, können größere Seitenkräfte und somit höhere
Kurvengeschwindigkeiten erreicht werden. Veränderung der Sturzwerte wirken sich
so aus: " Negativer Sturz vorn - mindert Untersteuern " Negativer Sturz hinten -
mindert Übersteuern Wegen der ungleichmäßigen Abnutzung und auch aus anderen
Gründen sollten die negativen Sturzwinkel vorn nicht mehr als 2 Grad, hinten
nicht mehr als 3 Grad betragen. Durch anpassen der Spurbreite einer Achse (durch
Distanzscheiben oder geringere ET´s) kann eine bessere seitliche Abstützung des
Fahrzeugs bewirkt werden. Bei gleichmäßiger Verbreiterung an beiden Achsen
bleibt das ursprüngliche Eigenlenkverhalten beibehalten. Die Variation an den
verschiedenen Achsen erfolgt nach fogenden Regeln: " Breitere Spur vorn -
mindert Untersteuern " Breitere Spur hinten - mindert Übersteuern Federung und
Stoßdämpfer Serienautomobile sind in Federung und Dämpfung meist so ausgelegt,
dass sich ein akzeptabler Kompromiss zwischen Straßenlage und Komfort ergibt.
Unter Verzicht auf Fahrkomfort durch eine härtere Fahrwerksabstimmung sind zum
Teil erheblich bessere Fahreigenschaften zu erreichen. Durch den tiefer
gesetzten Schwerpunkt des tiefer gelegten Fahrzeugs und eine Verbreiterung der
Spur ergeben sich eine deutlich verbesserte Abstützung der Fliehkräfte in Kurven
und eine höhere Kurvengeschwindigkeit. Problem ist allerdings, dass beim
Serienauto durch die vorhandenen Federwege Grenzen gesetzt sind. Wer schon im
Stand auf den Endanschlägen aufsitzt, und nicht wenige so genannte Tieferlegungen
führen dazu, hat während der Fahrt keine Federwege mehr. Fahrzeuge die mehr
hoppeln als fahren, verlieren bereits bei leichten Unebenheiten Traktion. Diese
Fahrzeuge können weder voll zugeladen werden, noch dynamische Stöße
(Schocklasten) abfedern. Die fehlende Traktion bedeutet im Klartext, dass das
Fahrzeug unsicherer zu fahren ist, die Räder neigen beim Anfahren zum
schnelleren Durchdrehen und in der Kurve fehlt die dort dringend benötigte
Traktion, so dass die Kurven Geschwindigkeit deutlich herabgesetzt werden muss um
nicht aus der Kurve zu fliegen Des Weiteren bedeutet ein Aufliegen der
Endanschläge, dass die auftretenden Kräfte schlecht gefedert und nahezu
vollständig an die Karosserie weitergegeben werden und es daher zu teilweise
erheblichen Verschleiß an den Achsanbauteilen und der Radaufhängung kommt. Die
Haupt-Verschleißpunkte sind hier Domlager, oberer Federteller, Zwischenlager,
Radlager, Buchsen der Achsbefestigung usw. Bei Reduzierung der Federwege ist
eine Erhöhung der Federraten notwendig. Dadurch bedingt sollte nun ein
strafferer Stoßdämpfer verwendet werden, der nicht nur die Bewegung des Aufbaus
bremst, sondern auch die durch Straßenunebenheiten und andere Störkräfte in
Schwingung versetzten Räder und Achsteile beruhigt. Aus der Überlegung heraus,
dem Rad das Nachschwingen so schwer wie möglich zu machen, ergibt sich bis zu
einem bestimmten Grad zwangsläufig, dass härtere Stoßdämpfer eine bessere
Bodenhaftung gewährleisten. Wird die Zugstufe des Dämpfers im Vergleich zur
Federrate jedoch zu hoch, ergeben sich die gleichen Probleme, wie bei
überdimensionierten Stabilisatoren. Das Rad federt bei Unebenheiten und
Lastwechseln nicht schnell genug aus und verliert Fahrbahnkontakt
Zusammenfassung: Weniger übersteuern: Weniger untersteuern: Stabi vorn härter (kürzer) Stabi vorn weicher (länger) Stabi hinten weicher (langer) Stabi hinten härter (kürzer) Härtere Druckstufe vorn Weichere Druckstufe vorn Härtere Federung vorn Weichere Federung vorn Weichere Zugstufe hinten Weichere Zugstufe vorn Breitere Spur hinten Negativer Sturz vorn Mehr Heckflügel Breitere Spur vorn Höherer Luftdruck hinten Höherer Luftdruck vorn Negativer Sturz hinten Mehr Frontspoiler
Mehr übersteuern: Mehr untersteuern:
Stabi vorn weicher(länger) Stabi vorn härter(kürzer) Stabi hinten härter(Kürzer) Stabi hinten weicher(länger) Härtere Druckstufe hinten Weichere Druckstufe hinten Härtere Federung hinten Weichere Federung hinten Härtere Zugstufe hinten Weichere Zugstufe hinten
Allgemein:
Für Asphalt-Rundstrecke -- mindestens 40mm Federweg, Vorspur an untere Grenze und Max. 2Grad Sturz vorn.
Mit dem Ändern des Luftdrucks kann ein gewolltes Übersteuern hervorgerufen werden.
Beispiel Fronttrieb, Slalom, Gruppe G wo Dämpfer-Federraten nicht einstellbar sind - dürfen :
z.B. mit der Erhöhung des Reifendrucks an der Hinterachse bis zu 5-6 Bar Druck.(Beim Slalom hat es viel gebracht)
Für Rallye –Asphalt -- ausreichender Federweg Zug und Druckstufe weicher, Spurwerte annähernd Serie.
Für Rallye – Schotter -- großer Federweg, weiche lange progressive Federn oder mit harter Zusatzfeder, weniger Zug und
Druckstufe, Spurwerte Serie. Bei Fronttrieb und tiefem Schotter vorn ohne Stabilisator.
(probieren, bessere Traktion).
So nun viel Spaß beim probieren!
Siegfried Damm