Fahrzeugfederung: Unterschied zwischen den Versionen

Aktuelle Version vom 20. Mai 2010, 08:17 Uhr

Aufgabe

Die Federung soll Fahrbahnstöße auffangen und in Schwingungen umwandeln. In Verbindung mit dem Schwingungsdämpfer bewirkt sie einen möglichst ununterbrochenen Fahrbahnkontakt beim Beschleunigen und Bremsen besonders bei Fahrbahn-Unebenheiten und Kurvenfahrt.

Dämpfung

Eine Schwingungsdämpfung soll diese Schwingungen schnell zum Abklingen bringen und damit ein Aufschaukeln und ein langes Nachschwingen verhindern.

Es gibt verschiedene Arten der Fahrzeugfederung und -dämpfung. Im Kraftfahrzeugbau und bei gefederten Fahrrädern übernehmen zwei verschiedene Bauteile die jeweiligen Aufgaben. Meist kommen hier Schraubenfedern aus Stahl zum Einsatz, deren Schwingungen von hydraulischen Stoßdämpfern zum Abklingen gebracht werden. Neben Schraubenfedern kommen u.a. Blattfedern (von Transport bekannt), Gummifedern oder Luftfedern zum Einsatz. Alle Federarten verfügen über eine Eigendämpfung, die werkstoffabhängig ist. So ist die Eigendämpfung bei Schraubenfedern sehr gering, bei Blattfedern hoch.

Funktion

Die Federung verbindet 'ungefederte Massen' (Räder, Bremse und Anteile der Radaufhängung und Lenkung) und 'gefederte Massen' (Karrosserie, Antrieb und die übrigen Anteile der Radaufhängung und Lenkung). Sie wirkt zusammen mit der Federung durch Stabilisator,Reifen und Sitze. Für das Fahrzeug sind nicht nur Auf- und Abwärtsbewegungen, Drehbewegungen, Nicken (Drehen um die Querachse), Wanken (Drehen um die Längsachse) und Gieren (Drehen um die Hochachse) möglich. Zusammen mit der Schwingungsdämpfung und der Radaufhängung soll die Federung das Fahrzeug bei maximalem Komfort für den/die Fahrer(in) jederzeit kontrollierbar halten.

Blattfeder

Bei Fahrzeugen mit großem Verhältnis von gefederten zu ungefederten Massen eine von der Konstruktion her einfache Radaufhängung zu bilden. Sie kommt sehr selten bei einfachen Pkw-Radaufhängungen und hauptsächlich bei (nicht luftgefederten) Lkw-Starrachsen vor und übernehmen dann zusätzlich die Aufgabe der Radführung. Hier werden eine oder mehrere Stahllagen an ihren Enden mit dem Rahmen und in der Mitte mit der Achse verbunden. Aus Sicheheitsgründen geht die zweite Lage noch bis zu den Aufhängepunkten. Bei mehreren Lagen entsteht beim Federn durch Reibung eine erwünschte Eigendämpfung, die bisweilen sogar Schwingungsdämpfer entbehrlich macht. Ohne Gummilagen dazwischen müssen die Federn regelmäßig geschmiert werden. Da sich beim Einfedern die Länge ändert, muss ein Anlenkpunkt entsprechend flexibel sein. Fahrzeuge (besonders Lkw) mit großer Nutzlast im Verhältnis zum Eigengewicht brauchen eine verhältnismäßig weiche Federung ohne und eine harte Federung mit Beladung. Beides ist mit einer progressiven oder geknickten Federkennlinie möglich. Diese entsteht bei Blattfedern mit Zusatzfedern, deren Federkraft während dem Einfedern einsetzt. Im Bild oben ist das zweite Federblatt von unten sehr biegefest. Wird die Feder weiter als bis zur Mitte durchgebogen, so verstärkt dieses Federblatt die Wirkung [bearbeiten] Schraubenfeder

Beim Pkw hat die Schraubenfeder alle anderen Federarten fast völlig verdrängt. Das hängt mit ihrer kompakten Bauform zusammen. So kann sie z.B. um den Schwingungsdämpfer gewickelt werden. Zwar beansprucht die Drehstabfeder auch z.B. in einem Achsrohr sehr wenig Platz, aber einerseits sind längere Rohre bei der Achskonstruktion seltener geworden und andererseits gibt es die Drehstabfeder nicht progressiver Ausführung. Eine Schraubenfeder ist im Prinzip eine spiralförmig aufgewickelte Drehstabfeder, die an ihren Enden so ausläuft, dass eine einigermaßen plane Fläche für die Federteller entsteht. Folgerichtig wird dieser Draht auch bei der Schraubenfeder auf Torsion (Verdrehung) beansprucht. Die Endbegrenzung der Druckfeder ist in der Regel klar definiert. Die einzelnen Windungen liegen (bei gleichem Windungsdurchmesser) aufeinander. Doch so weit kommt es nicht. Vor dem Endanschlag wird eine progressiv wirkende Gummi-Zusatzfederung wirksam. Dieser Werkstoff ist häufig auch zwischen Federende und Federteller nötig. Die oben dargestellte Schraubenfeder für die Hinterachse eines Fronttrieblers sieht auf den ersten Blick völlig gleichmäßig aus. Wenn man genauer hinsieht, entdeckt man in der Mitte gegenüber den Enden eine leichte Verdickung des Drahtes. Dies deutet auf eine mehr progressive als lineare Auslegung hin. Durch verschieden dicken Federdraht oder unterschiedliche Steigung bzw. Wicklungsdurchmesser kann die Auslegung der Feder so verändert werden, dass die aufzuwendende Kraft bei größerem Federweg langsam mehr als proportional (progressiv) zunimmt. Möglich ist auch eine zweite, ab einem bestimmten Federweg einsetzende Zusatzfeder. Das Bild zeigt eine Platz sparende Minibloc-Feder. Durch ihre progressive Auslegung wird komfortables Fahren ohne Beladung mit einem großen Ladevermögen kombiniert. [bearbeiten] Schraubenfeder progressiv

Ohne irgend eine elektrische/elektronische Regelung erzielt die progressive Federung einen guten Fahrkomfort (weichere Federung) bei leerem Fahrzeug und gleichzeitig die Möglichkeit der erhöhten Zuladung. Sollte das Fahrzeug also nicht komplett mit progressiver Federung ausgerüstet sein, so ist diese eher an der Achse mit der stärker wechselnden Belastung (meist hinten) zu finden. Weiche und harte Federungen haben beide Nachteile, die durch die progressive Federung ausgeglichen werden. Bei ihr nimmt der Federweg z.B. bei doppelter Federkraft um weniger als das Doppelte zu. Die Federung wird also mit zunehmendem Federweg härter. Es gibt mind. 3 Möglichkeiten eine Schraubenfeder progressiv zu gestalten: - unterschiedliche Drahtdicke, - verschiedener Windungsdurchmesser, - ungleichmäßige Steigung. Das Bild zeigt eine Platz sparende Minibloc-Feder. Durch ihre progressive Auslegung wird komfortables Fahren ohne Beladung mit einem großen Ladevermögen kombiniert.

Drehstabfederung

Die Drehstabfederung soll Fahrbahnstöße durch eine metallische Verbindung zwischen der Karrosserie und (meist) dem unteren Teil der Radaufhängung aufnehmen. Sie hat einen sehr prominenten Erfinder, nämlich Ferdinand Porsche. Im Gegensatz zur Schraubenfeder erspart sie (z.B. für die nutzbare Kofferraumbreite) Platz. Besonders häufig wird die Drehstabfeder als Stabilisator verwendet. Oft ist sie in die Radaufhängung integriert. Ein L- oder U-Profil sorgt dann in Verbindung mit z.B. zwei Längslenkern für eine einfache Hinterachskonstruktion. Während sonst meist ein einfacher Stahl-Rundstab aus Vollmaterial oder Rohr auf Verdrehung beansprucht wird, kommen bei der Drehstabfederung auch andere Formen oder gar Pakete von Flachstählen vor. Eine Mehrfachverzahnung oder ein Hebel mit Anschlagschraube ermöglichen die Einstellung der Vorspannung. Dann ist eine Veränderung der Aufbauhöhe (z.B. beim Tieferlegen des Fahrzeugs) ohne Austausch von Bauteilen möglich. Die Drehstabfederung kann weder progressiv sein noch wirkt sie eigendämpfend wie die Mehrfach-Blattfeder

Gummifederung

Die Gummifederung erreicht mit möglichst wenig Aufwand eine Federung mit begrenzter Dämpfungswirkung. Kunstgummi kommt im Fahrzeug an zahlreichen Stellen vor. Es wird als Schwingungs- und besonders als Geräuschdämpfer eingesetzt. Füllungen mit Flüssigkeiten oder Luft können die Wirkung (z.B. bei der Triebwerksaufhängung) noch steigern. Eine Radaufhängung ist ohne wartungsfreie Gummilager nicht denkbar. Bei besonders einfachen Konstruktionen (z.B. Pkw-Anhänger) sind sie die einzig federnden Elemente. Wie im Bild zwischen Stahlprofilen vorgespannt und auf Druck belastet entfalten sie eine progressive Wirkung. Gleichzeitig hat die Gummifeder eine schwingungsdämpfende Wirkung. Federweg und Ansprechverhalten wären allerdings für moderne Pkw kaum akzeptabel.

Luftfederung

Luftfederung.jpg Die Luftfederung verbindet ein besonders feinfühliges Ansprechen der Federung mit den Vorteilen einer vorwählbaren und/oder automatisch geregelten Vorspannung der Federn. Damit kann die Ladehöhe bei Lkw oder die Niveauhöhe bei Bussen, das Verhalten von Fahrzeugen in Kurven oder auf welliger Fahrbahn beeinflusst und/oder eine Leuchtweitenregelung entbehrlich werden. Soll das Niveau auch bei großer Belastung gleich bleiben, muss die Federung allerdings härter werden. Bei Lkw und Bussen erspart dies die ohnehin vorhandene Druckluftanlage. Hier ersetzen luftgefüllte Bälge die Stahlfedern völlig. Beim Wegfall von Blattfedern ist allerdings eine aufwändige Rad- oder Achsaufhängung nötig. Je nach Aufwand können die Aufbauhöhe ganz oder einseitig, das Verhalten in kritischen Fahrsituationen und die Dämpfung geregelt werden. Die progressive Federkennung ist bei der Luftfederung ohnehin gegeben. In Kurven wird der Wankwinkel erheblich reduziert. Nachteilig ist der konstruktive Aufwand, der sie teuer in der Herstellung und im Verkauf macht. Beim Pkw ist zusätzliche Druckerzeugung, -entwässerung und -speicherung nötig. Beim Nutzfahrzeug kommt es öfter vor, dass die Fahrzeughöhe neu bestimmt werden muss. Dazu ist die Frage überfällig, wann eigentlich ein Fahrzeug sein Leergewicht hat. Das dürfte beim Müllauto höher sein als bei der Sattelzugmaschine. Wenn man von bis zu 1500 - 2000 Liter Kraftstoffvolumen (mit Zusatztanks) ausgeht, ist die Frage nicht so einfach zu beantworten wie beim Pkw. Jedenfalls kommt das Fahrzeug in einem bestimmten Gewichtszustand in die Werkstatt und dort soll wieder die Normhöhe eingestellt werden. Nach Abschaltung aller Besonderheiten wie z.B. erhöhte Fahrstellung fährt man mit der Liftsteuerung im Fahrerhaus das Fahrzeug hoch und setzt vorgegebene Abstandsstücke ein. Werden diese beim Herunterfahren nicht übermäßig gequetscht, kann man dieses Maß festsetzen. Der Maximalwert entsteht durch Druckmessung beim Hochfahren, denn am maximalen Punkt steigt der Balgdruck plötzlich schneller. Das wäre dann der oberste Punkt der Federung. Zu beachten ist, dass immer noch ein Federweg von 40 - 60 mm bleibt. Zusätzlich ist die Lenkung zu beachten. Wenn deren Schubstange jetzt eine andere Neigung hat, stimmt die Mittelstellung des Lenkgetriebes nicht mehr mit der Geradeausstellung überein.

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Links

--Florian G. 08:34, 29. Apr. 2010 (CEST)

--Dennis 08:37, 29. Apr. 2010 (CEST)

Fahrzeugfederung: Fahrzeugfeder und Schwingungsdämpfer