Fahrwerk

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Als Fahrwerk bezeichnet man die Gesamtheit aller beweglichen Teile eines Fahrzeugs, die der Verbindung zur Fahrbahn dienen.

Inhaltsverzeichnis 1 Straßenfahrzeuge 1.1 Räder 1.2 Radaufhängung 1.3 Lenkung 1.4 Bremsanlage 2 Flugzeug 3 Schienenfahrzeug 4 Siehe auch 5 Weblinks

[Bearbeiten] Straßenfahrzeuge

Zum Fahrwerk gehören Räder, Bremsen, Radaufhängung, Federung, Stoßdämpfer und Teile der Lenkung. Hingegen zählen Motor, Getriebe und Antriebsstrang nicht dazu. Bei PKW mit selbsttragender Karosserie ist das Fahrwerk nicht mehr Teil des Fahrgestells, sondern wird als eigenständige Baugruppe betrachtet.

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[Bearbeiten] Räder

Durch die Räder, bestehend aus Felge und Reifen, sind der Kontaktpunkt zwischen Fahrwerk und Straße. Sie haben damit wesentlichen Einfluss auf die Fahrdynamik. Sie gehören zu den ungefederten Massen des Fahrzeugs und sollten daher möglichst leicht sein. Durch die wechselnden Belastungen werden hohe Anforderungen hinsichtlich der Festigkeit der Räder und der Abnutzung der Reifen gestellt. Die Reifen müssen bei jedem Wetter und unterschiedlichen Farbahnbelägen möglichst eine schlupffreie Verbindung zur Straße herstellen. Den sicheren Kontakt der Räder mit der Straße gewährleistet die Radaufhängung.

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[Bearbeiten] Radaufhängung

Als Radaufhängung bezeichnet man alle Bauteile zur beweglichen Verbindung zwischen Rad und Fahrzeugrahmen. Teile der Radaufhängung sind Achsträger, Radlager, Nabe, Längs- und Querlenker, Feder, Stoßdämpfer, Stabilisator sowie Trag- und Führungsgelenke. Sie übertragen Lenk-, Brems- und alle Beschleunigungskräfte auf den Rahmen, ohne ihn negativ zu beeinflussen. Gier-, Nick-, Roll-, und Wankbewegungen werden vermindert. Ziele bei der Konstruktion von Radaufhängungen sind ein stabiles Fahrverhalten, eine komfortable Dämpfung von Fahrbahnunebenheiten, eine geringe Schwingungs-, und Geräuschübertragung, lange Lebensdauer und ein geringes Gewicht. Dazu muss:

• die Radaufhängung exakt geführt werden,
• die Aufhängung elastisch in alle Richtungen abfedern,
• die Federung wirksam gedämpft werden und einen langen Federweg ermöglichen,
• Lenkbewegungen exakt umgesetzt werden,
• die Aufhängung stabil gebaut und wartungsarm sein,
• alles korrosionsfest und unempfindlich gegen Steinschlag sein,
• die Konstruktion möglichst klein sein und wenig Einzelteile besitzen.

Da sich die Anforderungen teilweise widersprechen, ist die Abstimmung und Bauart stets ein Kompromiss zwischen den gewollten Eigenschaften und der praktikabelsten Lösung.

Die fahrdynamischen Eigenschaften der Radaufhängung sind von den geometrisch definierten Raumkoordinaten ihrer Bauteile abhängig. Diese werden als Sturz, Spur, Vorspur, Radstand und zusätzlich an gelenkten Achsen als Nachlauf, Spreizung sowie Lenkrollhalbmesser bezeichnet. Weitere beeinflussende Größen sind Federweg, Federkennlinie, Eigenschwingungszahl und Dämpfungsvermögen.

• Sturz: Radsturz ist die Neigung eines Rades quer zur Fahrtrichtung in Bezug auf die Senkrechte des Fahrzeugs nach außen oder innen. Nach außen gekippt ist der Sturz positiv, nach innen geneigt ist der Winkel negativ.
• Spur: Die Spur gibt den Abstand der Räder einer Achse gemessen an den Mittelpunkten der Aufstandsfläche an.
• Vorspur: Zum erfassen der Vorspur werden die Abstände der Felgeninnenkanten der Räder einer Achse, in Höhe der Radmitte, vorn und hinten gemessen und beide Werte subtrahiert. Dabei stehen beide Räder zur Fahrzeuglängsachse symmetrisch. Ist der Abstand vorne kleiner als hinten, ist die Vorspur positiv. Die Vorspur kann auch in einem Winkel zur Fahrzeuglängsachse angegeben werden.
• Radstand: Der Radstand ist der Abstand von zwei Achsen in Längsrichtung des Fahrzeugs. Gemessen wird an den Radmittelpunkten.
• Nachlauf: Nachlauf ist die Neigung der Drehachse einer Achsschenkellagerung gegenüber der Senkrechten des Fahrzeugs parallel zur Fahrzeuglängsachse. Ist die Drehachse oben nach hinten geneigt, hat der Nachlaufwert ein positives Vorzeichen.
• Spreizung: Spreizung ist die Neigung der Drehachse einer Achsschenkellagerung gegenüber der Fahrzeugsenkrechten parallel zur Querachse des Fahrzeugs. Sturz und Spreizung definieren den Winkel zwischen Radebene und Drehachse der Lenkung.
• Lenkrollhalbmesser: Den Abstand von Mitte der Reifenaufstandsfläche und dem gedanklich bis zur Fahrbahn verlängerten Drehpunkt des Achsschenkellenkungsbolzen nennt man Lenkrollhalbmesser. Liegt der verlängerte Drehpunkt weiter außen als die Radaufstandsfläche, ist der Wert negativ.
• Federweg: Der Weg den ein Rad zwischen eingefederter und ausgefederter Stellung zurücklegt heißt Federweg. Dabei wird Senkrecht zur Fahrbahn gemessen.
• Federkennlinie: Für die Kennlinie einer Feder wird in einem Diagramm der Federweg im Zusammenhang mit der Federkraft dargestellt. Die Steigung der dargestellten Linie ist die Federkonstante.
• Eigenschwingungszahl: Mit der Eigenschwingungszahl wird aus dem Zusammenhang von Federkonstante und Masse eines federnden Systems abgeleitet. Sie wird in einem Diagramm dargestellt und sollte möglichst konstant sein. Dies wird mit einer progressiven Federkennlinie erreicht.
• Dämpfungsvermögen: In Kraft-Weg-Diagrammen und Kraft-Geschwindigkeits-Diagrammen Wird die Kraft zum Abbremsen einer Bewegung (Weg des Stossdämpferkolbens) als Dämpfungskraft dargestellt. Je progressiver die aufgezeigten Kurven um so größer ist das Dämpfungsvermögen eines Systems.
• Momentandrehpol und Momentanzentrum: Der Momentandrehpol ist der Schnittpunkt aller Lenkermittellinien einer Achsseite. Werden nun von den Mometanpol beider Seiten gerade Linien durch die Radaufstandspunkte gezogen erhält man das Momentanzentrum. Da durch elastisch befestigte Achslenker sich die wirksamen Hebel verändern ändern sich Momentandrehpol und Momentanzentrum ebenfalls analog einer Abweichung. Beide Werte sind Entscheidend für die Fahrstabilität und müssen bei der Konstruktion berücksichtigt werden.

Bei der Radführung wird grundlegend zwischen Starrachsen, Koppelachsen und Einzelradaufhängung unterschieden. Eine weitere Einteilung erfolgt in Lenkachsen und/oder Antriebsachsen.

• Starrachsen sind zwei am Radmittelpunkt quer zur Fahrtrichtung verbundene Räder. Verwendet an zum Beispiel LKW-Antriebsachsen werden sie an Längsblattfedern, Dreieckslenkern oder Längslenkern mit Panhardstab geführt. An Sonderfahrzeugen werden sie auch starr mit dem Aufbau verbunden (z.B. Gabelstapler).
• Koppellachsen sind Starrachsen bei denen die Verbindung zwischen den Rädern drehelastisch oder biegeelastisch ist. Sie weist handfeste fahrdynamische Vorteile gegenüber einer einfachen Starrachse auf und ist eine kostengünstige Alternative zur Einzelradaufhängung.(z.B.Verbundlenkerachse)
• Einzelradaufhängung sind Radführungen die unabhängig zum anderen Rad einer Achse einfedern können. 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 gebräuchlich:

-Pendelachse

-Längslenkerachse

-Schräglenkerachse

-Federbein-Achse (McPherson-Achse)

-Doppelquerlenkerachse

-Fünflenkerlenkerachse (Raumlenkerachse)

Durch das zusammenfassen oder aufspalten von einzelnen Achslenkern könne individuelle Bauarten entstehen (z.B. Dreieckslenker). Jede Bauform hat beim Einfedern eine andere Wirkung auf Sturz, Spur, Vorspur sowie auf Momentandrehpol und Momentanzentrum.

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[Bearbeiten] Lenkung

Durch die Lenkeinrichtung lässt sich ein nicht schienengebundenes Fahrzeug in eine gewollte Richtung steuern. Die Räder nehmen bei jedem Lenkeinschlag eine durch die Fahrwerksgeometrie bestimmte Stellung zueinander ein. Die Lenkung ermöglicht auch unter dem Einfluss von Bodenunebenheiten, negativen und positiven Beschleunigungen, Seitenkräften und der Witterung ein exaktes und sicheres Lenken. Folgende Anforderungen werden erhoben:

• eine präzise und schnelle Umsetzung der Lenkbewegung
• gute Rückstellung in einen stabilen Geradeauslauf
• leichte Bedienbarkeit
• gute Rückmeldung zum Fahrzustand
• Dämpfung von Stößen und Geräuschen
• Antriebs-, Brems- und Beschleunigungskräfte dürfen keinen Einfluss haben
• Verhinderung einer Verletzung bei einem Auffahrunfall
• geringes Gewicht bei geringem Bauaufwand und kleinem Verschleiß

Bei einspurigen Fahrzeugen (z. B. Motorrad) wird direkt über die Vorderradaufhängung und beim Anhängerfahrzeug durch Drehen der ganzen Achse gelenkt. In mehrspurige Kraftfahrzeuge werden vorzugsweise Achsschenkellenkungen eingebaut. Sie bieten eine hohe Standsicherheit sowie gute Fahrstabilität und haben einen geringen Raumbedarf. Die Achsschenkellenkung erfordert jedoch eine komplexe Geometrie und ein Lenkgetriebe zur Umsetzung der Drehbewegung des Lenkrades in einen adäquaten Lenkwinkel der Räder. Die bei jedem Lenkeinschlag genau definierte Stellung der Räder zueinander wird durch Spurhebel, Spurstange und Lenkstockhebel bzw. Lenkgetriebe hergestellt. Diese Bauteile bilden so genannte Lenkvielecke (Lenkdreiecke, Lenkvierecke) und bewirken das die Verlängerung aller Radachsen sich im Kurvenmittelpunkt schneiden (Ackermann-Gesetz). Es gibt viele verschiedene Lenkungsarten die abhängig von der Zahl der Räder, Achsen und dem Einsatzzweck verwendet werden. Am bekanntesten bzw. am häufigsten anzutreffen ist die Vorderradlenkung. Sie findet sich bei PKW, LKW, und Krafträdern. Weitere Lenkungsarten sind:

• Doppelvorderradlenkung

Diese findet sich an mehrachsigen Fahrzeugen mit zwei kurz hintereinander stehenden Vorderachsen. Sie wird verwendet, um bei losen oder rutschigen Untergrund ein Untersteuern zu vermeiden. Ein weiterer Einbaugrund ist das Vermeiden von starkem Reifenverschleiß durch das typische "Radieren" von Doppelachsen während der Kurvenfahrt(Ackermann-Gesetz). Oft wird diese Lenkungsart mit Allradantrieb verbunden. Man findet sie zum Beispiel bei 3-achsigen Sattelzugschleppern, 4-achsigen Baustellen-LKW und Schwerlast-LKW

• Hinterradlenkung

Sie wird oft an Spezialfahrzeugen wie Gabelstaplern oder Mähdreschern verwendet, weil andere Bauteile den Einbau vorne unmöglich machen.

• Allradlenkung

Alle Räder eines Fahrzeugs können gelenkt werden. Das ergibt einen kleinen Wenderadius und hat bei Allradantrieb einen weiteren Vorteil: Der Antrieb kann in die gelenkte Richtung erfolgen. Eine Allradlenkung wird unter anderem in landwirtschaftlichen Fahrzeugen oder bei Schwerlasttransportern verwendet.

• Vorderradlenkung bei 3-achsigen Fahrzeugen

Besteht aus der lenkbaren Vorderachse und zwei eng stehenden Hinterachsen (Doppelachse). Unter Kurvenfahrt können die Hinterachsen nicht mit der Vorderachse auf einer Kreisbahn rollen, sondern bewegen sich schräg zu ihrer eigenen Rollrichtung. Sie radieren auf der Straße und zwingen dem Fahrzeug ein Untersteuerndes Verhalten auf. Diese Lenkungsart wird üblicherweise bei Fahrzeugen mit großen Nutzlasten, LKW und ihre Anhänger, verwendet.

• kombinierte Vorderrad-Hinterradlenkung

Diese wird bei 3-achsigen Nutzfahrzeugen mit einer doppelten Hinterachse verbaut. Bei ihr lenkt zusätzlich zur Vorderachse eine der beiden Hinterachsen mit. Ist die erste Hinterachse die Lenkachse so lenkt diese gleichsinnig zur Vorderachse. Die zweite Hinterachse würde dagegen gegensinnig zur Vorderachse einlenken. Da ein Radieren der Hinterachsen vermieden wird, ist das Fahrzeug damit wendiger und leichter zu handhaben. Anwendung vor allem bei schweren LKW, die oft auf engem Terrain bewegt werden müssen (z. B. Müllwagen).

• Drehschemellenkung

Bei einer Drehschemellenkung ist die gelenkte Achse auf einem vertikal drehbaren Bock befestigt. Dieser Drehschemel bewegt beim Lenken die komplette Achse um ihren Mittelpunkt. Bei Kutschen und mehrachsigen Anhängerfahrzeugen findet sich diese Bauart wieder. An kurzgekuppelten Hängerzügen werden mehrere Drehschemel (auch Drehkranz) verwendet. Dabei wird die Achse um verschiedene vertikale Drehpunkte bewegt, um dadurch ein Anschlagen der Fahrzeugecken an die Zugmaschine zu verhindern.

• Panzerlenkung

Bei Raupenkettenfahrzeugen oder Kraftfahrzeugen, die bauartbedingt keine gelenkte Achse haben, wird die Panzerlenkung eingesetzt. Eine Lenkbewegung wird durch Abbremsen oder Beschleunigen der Räder einer Antriebsseite erzeugt. Anwendungen: Panzer, Bagger und Hoflader.

• Knicklenkung

Können keine gelenkten Achsen eingesetzt werden, so kann durch das Knicken des Rahmens eine Richtungsänderung erzeugt werden. Ein Scharniergelenk verbindet bei der Knicklenkung die Teile des Aufbaus miteinander. In manchen Fällen kann dieses Gelenk auch die Verdrehung der Rahmenteile in Längsrichtung ermöglichen. Bekannteste Anwendung ist der Einsatz in Radladern.

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[Bearbeiten] Bremsanlage

Die Bremse ist eine Anlage zur Verzögerung und Verhinderung von Rollbewegungen eines Fahrzeugs. Bremsanlagen werden in Betriebs-, Feststell- und Dauerbremsen unterschieden.

Betriebsbremsen sind alle Bauteile einer Bremse, die unter direktem Einfluss des Fahrers zum Verringern der Fahrgeschwindigkeit, zum sicheren Anhalten und zum Halten der Geschwindigkeit dienen. Dabei ist das Erhöhen oder Verringern der Bremswirkung von der Einwirkung auf die Bedienelemente (Bedienkraft) abhängig. Über ein Pedal oder einen Hebel werden Betriebsbremsen mechanisch, hydraulisch oder pneumatisch betätigt. Systeme, die rein elektrisch betätigt werden, sind zur Zeit in der Entwicklung (Stand 2006). Angewendete Bauarten für Betriebsbremsen sind:

• Trommelbremsen mit Innenbacken in Simplex- und Duplexausführung einschließlich ihrer Unterarten. Angewendet werden Trommelbremsen z. B. bei Mopeds oder als Hinterradbremsen in leistungsschwachen PKW. Bei Nutzfahrzeugen (z. B. Anhänger, Traktoren, Baufahrzeuge) finden sie wegen ihrer geringen Bedienkraft und der Schmutzunempfindlichkeit regen Einsatz.
• Scheibenbremsen als Schwimmsattel- oder Festsattelbremse. Scheibenbremsen zeichnen sich durch eine hohe gleichmäßige Bremsleistung bei geringem Gewicht aus. Sie werden zum Beispiel bei Motorrädern, PKW, Nutzfahrzeugen und Rennfahrzeugen benutzt.

Mit dem Einsatz von Zwei- oder Mehrkreisbremsanlagen werden innerhalb der Betriebsbremse redundante Systeme als Ausfallsicherung etabliert. So ist das sichere Anhalten auch bei Ausfall eines der Systeme gewährleistet. Der Fahrer wird heute von einer Vielzahl von Hilfssystemen wie Bremskraftverstärker, ABS und Bremsassistenten beim Bremsen unterstützt.

Feststellbremsen halten auch in Abwesenheit des Fahrers das Fahrzeug sicher im Stillstand. Die Betätigung erfolgt entweder direkt mittels eines Hebels hydraulisch oder mechanisch auf die Feststellbremse. Andererseits kann auch elektrisch bzw. elektrohydraulisch gebremst werden. Als Feststellbremsen können Scheibenbremsen ebenso wie Trommelbremsen mit Innen- oder Außenbacken verwendet werden. Häufig werden Teile der Betriebsbremse als Feststellbremse benutzt. Die bei Kraftfahrzeugen auch als Handbremse bezeichnete Einrichtung wirkt so zum Beispiel in der Regel auf die Betriebsbremse der Hinterachse.

Dauer-, oder Konstantbremsen können lang anhaltend die Geschwindigkeit verzögern, taugen aber nicht zum sicheren Anhalten. Sie schützen die Betriebsbremse vor Überlastung und verringern den Verschleiß. Dauerbremsen sind Motorschleppmoment, Motorstaudruckbremse (z. B. Auspuffklappe), hydrodynamischer Retarder und Wirbelstrombremse. Vorzugsweise sind Dauerbremsen an schweren Nutzfahrzeugen anzutreffen.

[Bearbeiten] Flugzeug

Hauptartikel: Fahrwerk (Flugzeug)

Bei Flugzeugen dient das Fahrwerk zum Rollen (englisch: taxi), Starten und Landen, sowie zum Bewegen des Fluggerätes am Boden (z.B. Hubschrauber). Dabei muss das Fluggerät nicht unbedingt von den eigenen Triebwerken angetrieben werden, sondern kann auch geschleppt werden oder rückwärts geschoben werden (Pushback).

Bei den meisten Flugzeugen wird das Fahrwerk nach dem Start eingefahren (Einziehfahrwerk), um den Luftwiderstand zu verringern, und erst vor der Landung wieder ausgefahren.

[Bearbeiten] Schienenfahrzeug

Drehgestell

[Bearbeiten] Siehe auch

Fahrwerksgeometrie

[Bearbeiten] Weblinks

Begriffe zur Fahrwerksvermessung