Radaufhängung

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Doppelquerlenker-Radaufhängung
gelb: Querlenker oben und unten, verbunden durch den Achsschenkel
blau: Stoßdämpfer
rot: Schraubenfeder

Die Radaufhängung ist Bestandteil des Fahrwerks eines Fahrzeugs. Sie verbindet die Räder mit dem Fahrgestell oder der selbsttragenden Karosserie.

Sie ermöglicht die Federung der Räder und muss gegebenenfalls auch Lenkung, Antrieb und Bremsung zulassen. Ihre Gestaltung ist ein wesentlicher Teil der Fahrzeugtechnik.

Allgemein[Bearbeiten]

Die Radaufhängungen sollen ein stabiles Fahrverhalten und eine komfortable Abfederung von Fahrbahnunebenheiten gewährleisten sowie eine geringe Schwingungs- und Geräuschübertragung, lange Lebensdauer und ein geringes Gewicht haben. Dazu müssen sie:

  • die Räder exakt führen,
  • bei Stößen elastisch nachgeben können (Federung), ohne die Fahrwerkgeometrie stark zu verändern und dabei einen möglichst langen Federweg haben,
  • eine wirksame Dämpfung gewährleisten
  • Lenkbewegungen exakt umsetzen,
  • stabil gebaut und wartungsarm sein,
  • korrosionsfest und unempfindlich sein,
  • möglichst klein sein und aus wenigen Einzelteilen bestehen.

Da sich die Anforderungen teilweise widersprechen, ist die Abstimmung und Bauart stets ein Kompromiß.

Teile der Radaufhängung sind Gelenke, Lenker, Radträger, Radlager, Nabe, Feder, Stoßdämpfer, Stabilisator.

Lenker[Bearbeiten]

Dreieckslenker einer vorderen Radaufhängung: Außenseite (links) das Traggelenk, innen die beiden Gummilager

Ziel der Radaufhängung ist es die zunächst 6 Freiheitsgrade des Radträgers einer Einzelradaufhängung auf einen (Federn) oder zwei (Lenken) zu reduzieren. Bei Starrachsen sind das die Freiheitsgrade Federn gleichseitig und Federn wechselseitig. Das wird mit sogenannten Lenkern erreicht. Diese sind im einfachsten Fall Stablenker, die über Kugelgelenke oder Gummilager mit dem Fahrgestell und dem Radträger verbunden sind. Weitere Bauformen sind Dreieckslenker, die man sich als Zusammenfassung zweier Stablenker zu einem Bauteil vorstellen kann und Trapezlenker [1]. Je nach Richtung in der die Lenker führen, unterscheidet man Querlenker, Schräglenker und Längslenker. Die Rotationsachsen liegen bei Querlenkern näherungsweise in Fahrtrichtung, bei Schräglenkern in einem Winkel zwischen 0 und 90° zur Fahrtrichtung und bei Längslenkern quer zur Fahrtrichtung. Schwingen verbinden Lenker starr mit dem Radträger. Sie sind mit einem "Scharniergelenk" am Aufbau befestigt, lassen daher nur einen Freiheitsgrad (Federn) zu.

Starr- und Elastokinematik[Bearbeiten]

Die durch die Anordnung der Lenker im Raum mögliche kräftefreie Bewegung des Radträgers wird als Kinematik (Starrkinematik) bezeichnet. Dabei werden die Bauteile, Gummi-Metall-Lager und Kugelgelenke, als nicht deformierbar angenommen. Die Elastokinematik berücksichtigt die Nachgiebigkeiten mindestens der Gummi-Metall-Lager, oft der Kugelgelenke und selten der Bauteile.

Auswirkung[Bearbeiten]

Für das Fahrverhalten des Fahrzeuges ist sowohl die Starrkinematik als auch die Elastokinematik von Bedeutung. Die Starrkinematik wird so ausgelegt, dass sich beim Federn und Lenken zwischen Rad und Fahrbahn Sturz- und Spurwinkel einstellen, die gute Voraussetzungen hinsichtlich Kraftübertragung des Reifens zur Fahrbahn und Eigenlenkverhalten des Fahrzeugs bieten. Die Bewegung nach der Starrkinematik wird überlagert durch elastokinematische Effekte. Diese entstehen, weil sich unter Wirkung der am Rad angreifenden Kräfte die Bewegungspunkte und -achsen z. B. in den Gummi-Metall-Lagern im Raum verschieben. Durch gezielte Ausbildung bestimmter Steifigkeiten in den Gummi-Metall-Lagern kann das Fahrverhalten des Fahrzeugs wesentlich verbessert werden.

Bauformen[Bearbeiten]

Bei der Radführung wird, neben der Einteilung in Lenk- und/oder Antriebsachse, unterschieden in:

Einzelradaufhängung[Bearbeiten]

Hauptartikel: Einzelradaufhängung

Einzelradaufhängungen sind Radführungen, bei denen sich die Radstellungen beider Seiten beim Federn nicht gegenseitig beeinflussen. Zur Verbesserung der Fahreigenschaften eines Fahrzeugs sind viele unterschiedliche Bauarten entwickelt worden. In Abhängigkeit von Kosten, erwünschter Fahrdynamik und Einsatzzweck wird die bestmögliche Bauform ausgewählt. Folgende Bauarten sind oder waren gebräuchlich:

Starrachse[Bearbeiten]

Starrachsen haben zwei über die Achszapfen in Nabe quer zur Fahrtrichtung starr verbundene Räder. Bis zum Zweiten Weltkrieg auch bei Pkws vorherrschend, werden sie heute (2015) bei Lkws und Geländewagen verwendet. Die Achsen werden mit Längsblattfedern, Lenkern oder einer Deichsel (Schubrohr) mit dem Wagenkörper verbunden und geführt.

Angetriebene Starrachsen gibt es in verschiedenen Bauformen:

  • Vor der Achse ist das Differenzial mit den Antriebswellen am Aufbau befestigt. Die Räder werden über je eine Kette angetrieben. Die Achse hängt an Blattfedern. Diese Bauart war nach dem Ersten Weltkrieg nicht mehr üblich.
  • eine Kardanwelle mit zwei Gelenken überträgt das Antriebsmoment zum Differential, das in den Achskörper eingebaut ist. Die Achse wird entweder von Blattfedern oder von Lenkern geführt, wenn Schraubenfedern oder (selten) Drehstäbe verwendet werden. Typisch sind vier Längslenker und ein Querlenker (Panhardstab) oder zwei längs unten und zwei schräg oben angeordnete Lenker. Die oberen schrägen Lenker können auch zu einem Dreieck vereinigt sein. Die Konstruktion mit radführenden Blattfedern wird international auch als „Hotchkiss-System" bezeichnet.
  • Deichsel- oder Ankerachse („Panhard-System“): die Achse ist T-förmig, sie trägt ein am Differential befestigtes Schubrohr, in dem die Antriebswelle läuft. Die Antriebswelle ist über ein einziges Gelenk mit der Getriebeausgangswelle verbunden. Gelenk und Schubrohr mit Achse haben einen gemeinsamen Drehpunkt. Zur Seitenführung der Achse genügt ein Panhardstab oder eine Querblattfeder. Ansonsten führen die Federn die Achse nicht. Ähnlich ist die von Opel in vielen Pkw bis in die 1980er Jahre die verwendete Zentralgelenkachse.
  • De-Dion-Achse: das Differential ist am Wagen befestigt und treibt die Räder über zwei Doppelgelenkwellen. Die Achse ist wie eine nicht angetriebene Achse an Lenkern oder Blattfedern aufgehängt oder wie bei „Panhard“ mit A-förmigen Strebenverbund statt Schubrohr.

Für nicht angetriebene Starrachsen werden im Prinzip die gleichen Aufhängungen benutzt. Bei Deichselachsen wird kein Schubrohr verwendet, sondern das Achsrohr selbst ist entsprechend gekröpft („Omegaachse“) oder mit einem A-förmigen Strebenverbund am Wagenkörper abgestützt.

Verbundlenkerachse[Bearbeiten]

Die nicht angetriebenen Verbundlenkerachsen sind „Halbstarrachsen“, bei denen die Räder an Längsschwingen befestigt sind, die durch ein biegesteifes, aber torsionsweiches T- oder U-Profil verbunden sind. Dieses nimmt einerseits die Momente um die Hochachse und Seitenkräfte auf, andererseits wirkt es als Stabilisator. Die Aufhängungspunkte am Fahrzeug – einer auf jeder Seite – liegen so weit wie möglich auseinander und können deshalb komfortabel weich ausgelegt werden. Die Verbundlenkerachse kann als Zwischenform von Torsionskurbelachse und Längslenkerachse verstanden werden. Je nach Lage des Querträgers ist sie in ihren Eigenschaften einer Starrachse bzw. einer Einzelradaufhängung näher. Bei der Koppellenkerachse sind die Längslenker etwa in deren Mitte über ein unten offenes U-Profil mit eingeschweißtem Torsionsrohr verbunden.

Diese Achsen sind günstig herzustellen und seit den 1980er Jahren in vielen Klein- und Kompaktwagen zu finden. Eingeführt wurde sie von VW 1974 im Scirocco und Golf.

Siehe auch[Bearbeiten]

Literatur[Bearbeiten]

  •  Bernd Heißing (Herausgeber), Metin Ersoy (Herausgeber), Stefan Gies (Herausgeber): Fahrwerkhandbuch: Grundlagen · Fahrdynamik · Komponenten · Systeme · Mechatronik · Perspektiven (ATZ/MTZ-Fachbuch). 4 Auflage. Springer Vieweg, 2013, ISBN 978-3834801050, S. 750.
  •  Wolfgang Matschinsky: Radführungen der Straßenfahrzeuge: Kinematik, Elasto-Kinematik und Konstruktion. 3 Auflage. Springer, 2007, ISBN 978-3-540-71196-4, S. 454.

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  1. Trapezlenkerachse bei Audi
  2. Zentrallenkerachse
  3. Bilder von Schwertlenkerachsen (VW und Ford)