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. DurchspezielleTieferlegungsfedern 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 harterFahrzeugfedern 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 progressiveGesamtfederrate 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 kinetischerEnergie (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 eingedrücktwird, 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) oderStickstoffgas (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 dasÖl 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 dieAufgabe 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 denSporteinsatz zufinden. 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 Querbeschleunigungoder 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 wieFlügel oder der so genannte Ground-Effekt ausgenutzt werden, Werte von weit über 2,0 erreichenkönnen, 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 einOptimum 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. Durchdie 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 Überersteuern 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 zuähnlichen 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 ZusätzlicheSturzseitenkraft aufbringt, können größere Seitenkräfte und somit höhere Kurvengeschwindigkeiten erreicht werden. Veränderung der Sturzwerte wirken sichso 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 ETīs) 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 derSpur 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 imStand 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 dasFahrzeug unsicherer zu fahren ist, die Räder neigen beim Anfahren zum schnelleren Durchdrehen und in der Kurve fehlt die dort dringend benötigteTraktion, so dass die Kurven Geschwindigkeit deutlich herabgesetzt werden muss umnicht 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 Aufbausbremst, 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                                       Breitere Spur vorn
Mehr Heckflügel                                            Mehr Frontspoiler
Höherer Luftdruck hinten                              Höherer Luftdruck vorn
Negativer Sturz hinten                                    Negativer Sturz vorn                  


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