Drehstabfeder

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Prinzip einer Torsionsfeder, links eingespannt, rechts Torsionsmoment
Drehstabfeder als Stabilisator zwischen den Vorderrädern einer Alfetta

Eine Drehstabfeder (auch Torsionsstab oder Drehstab) ist eine stabförmige Feder. Beim Verdrehen des Stabes um seine Längsachse entstehen in dessen Querschnitten Torsionsspannungen genannte Scherspannungen, die mit dem von außen angebrachten Torsionsmoment im Gleichgewicht sind.

Eine Schraubenfeder ist ebenfalls eine Torsionsfeder. Sie ist ein schraubenförmig gewickelter Stab, der gleich wie der gerade Torsionsstab über die ganze Länge durch ein Torsionsmoment elastisch beansprucht wird.

Beispiele für angewendete Drehstäbe oder -Bänder ist das Torsionspendel in mechanischen Uhren, das Torsionsband in Drehspulmessinstrumenten (für Erzeugung des Reaktionsmoment und als Lagerelement für die Drehspule) und der Stabilisator und die Drehstabfeder zur Fahrzeug-Federung.

Berechnung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Der Verdrehwinkel  \phi  ist der Länge  L  des Stabs und dem ihn belastenden Torsionsmoment  M_t  proportional:

\phi = \frac{M_t\cdot L}{G \cdot I_p}

Der Schubmodul  G  ist eine Materialkonstante. Form und Größe der Querschnittsfläche werden mit dem polaren Flächenträgheitsmoment  I_p  berücksichtigt.

Damit keine bleibende Verformung eintritt, darf die Grenze zum Fließen nicht überschritten werden. Die Torsionsspannung  \tau  muss kleiner als ihr zulässiger Wert  \tau_x  sein:

\tau = M_t / W_p \le \tau_\mathrm{zul}.

Die Torsionsspannung ist am Querschnittsrand am größten. Das kommt im polaren Widerstandsmoment  W = I_p / a_{\mathrm{max}}  mit dem maximalen senkrechten Abstand  a_{\mathrm{max}}  der Randfaser von der neutralen (spannungsfreien) Faser zum Ausdruck.

PKW[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Bekannte Kraftwagen mit Torsionsstabfederung – meistens sind die Drehstäbe quer zur Fahrtrichtung angeordnet – sind der BMW 501/502, VW Käfer, VW-Bus T1, T2 und T4, VW Typ 82 (Kübelwagen), Porsche 356, Porsche 911 (bis 1989) und Barkas B 1000; Drehstabfederung ist auch an den Hinterachsen vieler Automodelle von Peugeot und Renault zu finden – bei Renault 4, 5, 6 und 16 mit leicht unterschiedlichem Radstand für die linke und rechte Fahrzeugseite, weil die beiden parallelen Drehstäbe über die Fahrzeugmitte herüberragen. Bei manchen Drehstabfederachsen, beispielsweise beim Porsche 356 und beim BMW 501/502, kann durch Stellelemente an der fest eingespannten Seite der Feder die Vorspannung und damit die Bodenfreiheit des Fahrzeugs justiert werden.

Sonderwege der US-Autohersteller[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Packard verwendete 1955–1956 für die meisten Modelle ein Torsion-Level Ride genanntes Verbundsystem, das im Wesentlichen aus zwei Hauptdrehstäben längs und zwei auf die Hinterachse wirkenden Hilfsstäben bestand. Mit einem dazwischengeschalteten, relaisgesteuerten Elektromotor funktionierte das System als automatische Niveauregulierung: Es hielt das Auto stets waagrecht und glich innerhalb von 7 Sekunden die Zuladung im Kofferraum selbständig aus. Außerdem konnte es einen Radwechsel unterstützen. Die zeitliche Verzögerung war notwendig, damit die Elektrik nicht bei jeder Bodenunebenheit eingriff, sondern erst, wenn eine dauerhafte Gewichtsveränderung eintrat, zum Beispiel wenn Fahrgäste ein- oder ausstiegen oder der Kofferraum beladen wurde.[1]

Chrysler hatten 1957–1970 eine Torsion-Aire genannte Drehstabfederung für die Vorderachse. Sie sollte auch die exzessive Seitenneigung in Kurven vermindern. Für die Aufhängung der Hinterachse wurde lange an Blattfedern festgehalten. Das System wurde 1971 zur Torsion Quiet weiterentwickelt (bis 1992).[2]

General Motors ging mit seinen 1966 resp. 1967 eingeführten Luxus-Coupés Oldsmobile Toronado und Cadillac Eldorado (bis 1978) einen ähnlichen Weg, allerdings wohl eher aus Platzgründen. Hinten wurden stets Schraubenfedern verwendet.[3]

LKW[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Die tschechischen Tatra 813 und Tatra 815 sind bis zu vierachsige extrem geländegängige Nutzfahrzeuge mit Zentralrohrrahmen und einzeln an Halbachsen aufgehängten Rädern. Die 4x4-Varianten sind an allen Achsen und die 6x6-Varianten sind an den hinteren Achsen mit längs eingebauten Drehstäben gefedert. Die Vorderachsen der 6x6- und alle Achsen der 8x8-Variante sind an Halbelliptik-Blattfedern aufgehängt. Die Sattelzug-Variante ist an den Vorderachsen mit Drehstabfederung und an den Hinterachsen mit Luftfedern ausgerüstet.

Motorrad[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Gelegentlich sind Drehstabfedern an Hinterradschwingen anzutreffen.

Militär[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Eine Drehstabanordnung (quer zum Fahrzeug) im Triebwerkraum des Leopard 2.

Ein weiteres Einsatzgebiet für Drehstäbe sind Kampfpanzer: Seit dem Zweiten Weltkrieg beruht die Federung von mittleren (PzKw III – ab Ausf. E, Panther) und schweren Panzern (Tiger und Königstiger) sowie bei modernen Kampfpanzern wie dem Leopard 2 oder dem M1 Abrams auf Drehstäben.

Eisenbahn[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Bei Schienenfahrzeugen werden Drehstabfedern als Wankstütze eingesetzt; sie federn die Wankbewegung des Fahrzeugkastens um die Längsachse ab. Vor allem bei luftgefederten Fahrzeugen sind Wankstützen ein entscheidender Teil der Federung. Die Drehstabfeder der Wankstütze kann je nach Platzverhältnissen im Fahrwerk oder im Wagenrahmen eingebaut sein.

Weblinks[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Einzelnachweise[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  1. Packard, a history of the motor car and the company – General Edition – Beverly Rae Kimes, Editor – 1978 Automobile Quarterly, ISBN 0-915038-11-0
  2. Chrysler Torsion Bar Car Suspensions, 1957–1992: Torsion-Aire, Torsion-Quiet bei Allpar.com (in engl. Sprache)
  3. Gunnell, John (Herausgeber): The Standard Catalog of American Cars 1946–1975, Krause Publications (1987), ISBN 0-87341-096-3