PKW-Fahrzeugtechnik > Fahrwerk > Fahrwerksgeometrie
Bevor wir anfangen über Bauformen von Achsen und Radaufhängungen zu sprechen, lasst uns zunächst ein paar Grundlagen zur Geometrie eines Fahrwerkes klären. Schließlich reicht es nicht einfach nur vier Räder auf die Straße zu stellen, sie müssen auch richtig zueinander ausgerichtet sein.
Auf welche Werte das Fahrwerk einzustellen ist wird immer vom Hersteller vorgegeben. Diese beziehen sich dabei immer auf das Serienfahrwerk. Jede Modifikation ändert auch gleichzeitig die Sollwerte, so dass eine präzise Einstellung nach Herstellervorgaben nicht mehr möglich ist. Der Hersteller gibt auch vor in welchem Beladungszustand und bei welcher Fahrwerkshöhe vermessen werden muss, denn das Einfedern der Räder verändert auch immer alle einzelnen Werte. Diese Änderung ist technisch teilweise sogar gewünscht, damit das Fahrwerk auf dynamisch auftretende Lasten reagiert und denen entgegen wirkt.
Achswerte
Klären wir aber zunächst was für Werte es gibt und was sie bewirken:
Spur
Die wohl offensichtlichste Einstellung ist die Spur, also die Geradeausstellung der Räder in Fahrtrichtung. Jedem sollte wohl klar sein das wenn die Räder in verschiedene Richtungen wollen, und bei der Fahrt gegeneinander ankämpfen, sich das negativ im Reifenverschleiß bemerkbar macht. Diese nutzen sich dann seitlich ab, das Profil bekommt Auswaschungen und Ausrisse und sie sind bereits nach kurzer Zeit verschlissen. Daher ist es erforderlich die Spur möglichst genau einzustellen. Sie ist auch das mindeste was man selbst bei den einfachsten Fahrwerken immer einstellen kann.
Die Spur wird selten exakt auf 0 gestellt, da die Fahrwerkskomponenten und Lager immer eine gewisse Flexibilität und Spiel haben und sich durch dynamische Belastungen, beispielsweise beim Beschleunigen oder Bremsen, immer ein wenig verformen. Da man aber im Stand vermisst, ist die dynamische Belastungen, welche später bei der Fahrt Auftritt, mit zu berücksichtigen. Man unterscheidet hier zwischen:
- Vorspur: Die Fahrspuren von linkem und rechtem Rad laufen vor dem Fahrzeug näher zueinander zu. Eher üblich bei Heck angetriebenen Fahrzeugen an der Vorderachse, da hier die Räder bei der Fahrt, durch den Rollwiderstand, nach hinten gedrückt werden und sich so gerade ausrichten.
- Nachspur: Die Fahrspuren laufen hinter dem Fahrzeug zusammen, also genau das Gegenteil. Angetriebene Räder benötigen tendenziell eher Nachspur, da die Räder nach vorne ziehen und sich somit bei der Fahrt gerade ausrichten.
Ob Vor- oder Nachspur eingestellt wird, wird in den Solldaten der Hersteller vorgegeben und kann nicht pauschal daran fest gemacht werden wo sich die Antriebsräder befinden. Verschiedene Fahrwerke reagieren unterschiedlich auf einwirkende Kräfte. Negative Lenkrollhalbmesser können so zum Beispiel auch genau das gegeteilige verhalten verursachen. Aber dazu später mehr.
Man stellt die Spur jedenfalls im Stand quasi „falsch“ ein da man weiß das bei der Fahrt gewisse Kräfte einwirken, welche diese Fehlstellung ausgleichen werden.
Sturz
Der Sturz ist die Senkrechtstellung des Rades zur Fahrbahn. Eine Nullstellung wäre die exakt senkrechte Ausrichtung. Dieses wird allerdings selten so gemacht.
Bei den meisten PKW wird der Sturz leicht negativ eingestellt. Der Reifen wird also oben ein wenig nach innen, zum Fahrzeug hin geneigt. Das hat den Grund das sich dann der kurvenäußere Reifen, durch die seitlich einwirkenden Kräfte, mit der gesamten Lauffläche gleichzeitig auf die Fahrbahn legt. Er kann sich so besser nach außen hin abstützen. Der Reifen verschleißt dadurch allerdings auch ein wenig stärker an der Innenseite, als außen.
Bei Fahrzeugen im Rennsport kann man diesen negativen Sturz gut erkennen. Hier muss ein Reifen ohnehin nicht länger als ein Rennen lang halten, dafür geht es viel mehr um bestmögliche Seitenführung in Kurven. Daher wird der Sturz hier weitaus deutlicher in den negativen Bereich gestellt.
Es gibt auch Fahrzeuge wo er positiv eingestellt wird, zum Beispiel Hinterachsen von Transportern. Hier kommt es weniger auf ein sportlich dynamisches Kurvenverhalten an, als mehr darauf das sich die Räder später bei Belastungen gerade zur Fahrbahn ausrichten.
Nachlauf
Ein meist konstruktiv fest gelegter Wert, welcher sich nicht einstellen lässt. Es handelt sich um den Versatz um den das Rad der Lenkachse hinterher läuft. Man kann den Nachlauf besonders gut bei Schwenkrollen an Einkaufswagen beobachten. Dadurch daß sie der Lenkachse folgen, richten sie sich immer von selbst in Fahrtrichtung aus. Er ist einer von mehreren Werten die in Kombination für einen stabilen Geradeauslauf des Rades verantwortlich sind.
Spreizung
Ebenfalls ein meist konstruktiv vorgegebener Wert. Es handelt sich um die schräg Stellung der Lenkachse, also die senkrechte Achse um die das Rad herum gelenkt wird, zur Fahrbahn-Senkrechten.
Durch die Spreizung wird das Rad beim Lenken nach unten gedrückt und die Karosserie angehoben. Durch die Gewichtskraft des Fahrzeugs wird das Lenkrad so immer wieder in die Geradeausstellung zurück gedrückt. Außerdem erreicht man durch eine passende Spreizung auch einen negativen Lenkrollhalbmesser:
Lenkrollhalbmesser
Verlängert man die Linie der Lenkachse bis zur Fahrbahn, trifft sie immer ein paar Zentimeter außerhalb der Reifenmitte auf der Fahrbahn auf. Man spricht hierbei auch von einem negativen Lenkrollhalbmesser. Das Rad rollt quasi beim Lenken um den Durchstoßpunkt der Lenkachse herum.
Nehmen wir beispielsweise an, das Fahrzeug kommt mit der rechten Seite von der Fahrbahn ab und gerät auf losen Untergrund. Dieser würde das Fahrzeug rechts abbremsen und somit weiter nach rechts lenken. Dadurch dass die Lenkachse sich allerdings außerhalb der Radmitte befindet, wird das Rad nach innen gedrückt und lenkt nach links. Die Kräfte gleichen sich somit aus und das Fahrzeug bleibt gut beherrschbar.
Bei einem positiven Lenkrollhalbmesser würden sich die Kräfte aufaddieren. Das Lenkrad wäre dann kaum noch festzuhalten. Hierzu reichen meist nur wenige Zentimeter. Daher ist auch eine simple Spurverbreiterung, wenn sie nicht nur dem Ausgleich einer falschen Einpresstiefe der Felge dient, eher kritisch zu betrachten. Durch eine Verbreiterung der Spur verringert man den negativen Lenkrollhalbmesser und schlimmsten Falls rutscht er sogar in positiven Bereich. Das Fahrzeug reagiert dann extrem auf Fahrbahnunebenheiten wie Spurrillen oder Schlaglöcher.
Eingeschlossener Winkel
Die Abweichung zwischen Sturz und Spreizung. Das Rad ist zur Fahrbahn-Senkrechten weitaus weniger geneigt als die Lenkachse. Die Winkeldifferenz beider Neigungen wird als eingeschlossener Winkel bezeichnet.
Geo-Fahrachse
Sie ergibt sich aus der Gesamtspur der Hinterachse. Sie ist die gerade Mittellinie des Fahrzeugs in Fahrtrichtung. Nach ihr werden alle andern Werte eingestellt. Ist sie schief, laufen Vorder- und Hinterräder später nicht in einer Reihe hintereinander und das Fahrzeug zieht später seitlich weg. Sie wird manchmal auch als Fahrachswinkel bezeichnet.
Spurdifferenzwinkel
In Kurven fahren alle Räder um einen gemeinsamen Mittelpunkt herum. Da die äußeren Räder sich weiter von diesem Mittelpunkt weg, sich also auf einem größeren Radius befinden, dürfen sie nicht ganz so stark einlenken wie die inneren Räder, damit die Spur noch passt. Die Lenkdifferenz zwischen innerem und äußerem Rad wird als Spurdifferenzwinkel bezeichnet und wird bei einem Lenkeinschlag von 20° gemessen.
Achsvermessung
Die Vermessung und Einstellung des Fahrwerks ist eine Arbeit die man unmöglich Zuhause selbst machen kann. Hierfür benötigt man eine hochpräzise Vermessungsanlage, welche locker an die 20000 Euro kostet und wohl kaum jemand in seiner heimischen Garage stehen hat.
Ich muss auch dringend davon abraten irgendwelche Experimente mit langen Dachlatten, Schraubzwingen, Wasserwaagen und Maßbändern zu versuchen. Kurz und knapp, das funktioniert ebenso wenig wie die Gewindegänge an der Spurstange beim Wechsel des Spurstangenkopfes zu zählen. Solche Methoden sind Notlösungen, welche gerade mal für den Weg zur Werkstatt reichen mögen, jedoch keinesfalls für den dauerhaften Betrieb!
Moderne 3D Achsmessstände scannen den Raum mit mehreren speziellen Messekameras ab und erfassen Winkel und Position der an den Rädern angebrachten Targets im hundertstel Millimeterbereich. Winkel werden hier auf die Winkelminute genau eingestellt. (60 Minuten = 1 Grad) Abweichungen in diesem kleinen Maßstab sind mit dem bloßen Auge nicht zu erkennen.
Da bei einer Achsvermessung alles nach der Geo-Fahrachse eingestellt wird, und diese aus der Gesamtspur der Hinterachse resultiert, ist es zwingend erforderlich grundsätzlich zuerst die Hinterachse einzustellen. Kleinste Abweichungen hier führen dazu dass auch alle andern Werte falsch eingestellt werden. Bei Kleinwagen mit Starr- oder Verbundlenkerachsen ist eine Einstellung hinten nicht möglich, da alles durch einen festen Rahmen konstruktiv vorgegeben ist. Ist hier hinten die Spur schief, liegt es an einem Verzug des Achskörpers. Dann kann man diesen lediglich erneuern oder muss damit leben das das Fahrzeug immer etwas seitlich ziehen wird.
Fassen wir zusammen
Eine Achsvermessung ist essentiell erforderlich damit das Fahrwerk gut und sicher auf der Fahrbahn läuft, den bestmöglichen Bodenkontakt hat und der Verschleiß minimiert wird. Diese ist nur mit hochpräzisen Messsystemen möglich was den Weg in die Werkstatt des Vertrauens unverzichtbar macht.
Außerdem haben wir gelernt das eine Vielzahl verschiedener Werte in Kombination für einen guten, ruhigen Lauf verantwortlich sind und wissen was mit ihnen gemeint ist.