Starrachsen/Führung und Federung

Eine Starrachse muss in drei Dimensionen geführt werden: Längsrichtung, Querrichtung und Vertikal (Federung). Hinzu kommt das Vermeiden einer Nickbewegung der Achse in Fahrtrichtung, die urch das sich ändernde Drehmoment bei Lastwechseln entsteht.

Längsführung

Blattfedern

Blattfedern einer Serie IIa ExMoD

Blattfedern sind das einfachste und robusteste Mittel zur Längsführung von Starrachsen. Ihr Vorteil in der Längsführung ist die gute Übertragung des Vortriebs auf den Rahmen bzw. die Karosse. Sie finden sich heutzutage primär im Transporter- und Nutzfahrzeugbereich, obwohl auch dort zunehmend Luftfederungen zu finden sind. Die Befestigung der Achse an dem Federpaket verhindert auch das Nicken der Achse.

Land Rover Fahrzeuge mitt Blattfedern:

• Serie I-III, mit Stoßdämpfer
• FWC

Längslenker

Verstärkter Längslenker Hinterachse, Defender 90

Dieses Führungelement wird parallel zur Fahrtrichtung an jeder Seite des Fahrzeugrahmens angebracht und mit der Starrachse verbunden. Sie hält die Achse in Fahrtrichtung stabil und erlaubt das Ein- und Ausfedern. Je nach den weiteren Führungselementen der Achse müssen die Längslenker auch das Nicken verhindern (z.B. Defender Vorderachse oder Discovery II auch bei Hinterachse). In dem Falle, geht dies zu Lasten der Verschränkungsmöglichkeit der jeweiligen Achse. Der Vortrieb wird von ihnen auf das Fahrzeug übertragen. Die vorderen nehmen dabei Zug- und die hinteren Druckkräfte auf. Je nach Seitenführungselement (Panhardstab, Dreieckslenker) erlaubt sie auch geringe Bewegungen Längs und zur Seite. Diese Beweglichkeit wird durch federnde Gummielemente an den Befestigungspunkten gewährleistet. Gerade für Geländefahrzeuge entstehen hier hohe Belastungen bei ungleichem Ein- oder Austauchen der Räder bzw. beim Verschränken. In diesen Situationen stehen die Längslenker einer Achse nicht mehr parallel zueinander, sondern öffnen sich wie eine Schere. Da beide Lenker aber über die Starrachse miteinander gekoppelt sind, entstehen zusätzlich Torsionskräfte. Auf den Lenker wirken also auch noch Kräfte, die ihn um seine Längsachse drehen wollen. Dies wird auch durch die flexiblen Elementen (Gummis) kompensiert. Beim Ein- und Austauchen, verändert sich auch der Achsabstand, da die Achse durch die Längslenker auf einem Radius geführt werden. Bei der Vorderachse ändert sich zudem das Verhältnis des Achslenkwinkels zur Straße. Wird der Wagen z.B. ohne Ausgleich am Längslenker höhergelegt, so steht der Winkel permanent steiler zur Straße.

Land Rover Fahrzeuge mit Längslenkern:

• Defender und 110 / 90 / 130
• Range Rover Classic, P38a
• Discovery I, II

Querführung

Blattfedern

Auch bei der Seitenführung kann die Blattfeder genutzt werden. Es gibt jedoch auch Fahrzeuge, die zusätzlich zur Blattfeder weitere Seitenführungselemente einsetzen, z.B. den Panhardstab.

Land Rover Fahrzeuge mit Blattfedern:

• Serie I-III, mit Stoßdämpfer
• FWC

Panhardstab

Seitlicher Versatz beim Panhardstab

Bei dieser Seitwärtsführung ist die Achse über den Panhardstab mit der Karosserie oder dem Rahmen des Fahrzeugs in Querrichtung verbunden. Da der Befestigungspunkt am Fahrzeug fix ist, bedeutet dies eine leichte seitliche Versetzung der Achse beim Ein- und Ausfedern, da sich der Panhardstab um diesen Fixpunkt auf einem Radius bewegt und die Achse mitnimmt. Je nach dem wie die beiden Achsseiten ein- bzw. ausfedern fällt der Effekt unterschiedlich stark aus.

Die gesamte Achsführung muss diese seitliche Bewegung erlauben. Würde z.B. die Vorderachse eines Defender seitwärts exakt und starr geführt werden, würde beim Ausfedern jedesmal die Lenkung weitaus mehr mitdrehen, als sie es ohnehin tut. Durch die fehlenden Seitwärtsbewegung, würde die Lenkstange über den beweglichen Lenkhebel oder ein Verstellen der Räder ausgleichen müssen, denn sie verbindet den Lenkhebel und die Räder starr miteinander.

Bei Land Rover Fahrzeugen wird der Panhardstab zur Führung der Vorderachse in den Modellen mit Starrachsen verwendet:

• Defender
• Discovery I und II
• Range Rover Classic
• Range Rover P38a, Vorder- und Hinterachse

Dreieckslenker

Dreieckslenker und andere Führungselemente

Dieser Lenker wird oft an Hinterachsen verwendet, da diese genauer geführt werden können, als Vorderachsen (siehe Panhardstab). Er sorgt für die Seitwärtsführung und verhindert das Nicken der Achse und wird auch oft A-Lenker oder A-Frame genannt. Bei guter Seitenführung hat diese Konstruktion den Nachteil, dass sich der Radstand beim Ein- und Ausfedern verändert. Genau wie beim Panhardstab, ist der Dreieckslenker fest mit der Karosserie oder dem Rahmen verbunden. Um diese zwei Fixpunkte dreht sich der Lenker auf einem Radius und zieht somit die Achse bei Federbewegungen in seine Richtung, meistens also nach vorne. Auf die Längslenker und deren Gummis wird in diesem Moment also zusätzlich zum Vortrieb Druck ausgeübt. Der A-Lenker verhindert auch ein Nicken der Achse noch vorne oder hinten, wenn sich das Drehmoment ändert (Anfahren, Lastwechsel).

Land Rover Fahrzeuge mit Dreieckslenker:

• Defender, Hinterachse
• Discovery I, Hinterachse
• Range Rover Classic

Wattgestänge

Prinzip des Wattgestänges zur Seitenführung einer Starrachse.

Das von James Watt entwickelte Prinzip sorgt dafür, dass beim Einfedern der Achse, diese weder seitlich versetzt wird (Panhardstab) noch das sich der Radstand ändert (Dreieckslenker und Längslenker). Das Prinzip wurde bei Watts Dampfmaschine angewendet, um die Kraft einer sich senkrecht bewegenden Stange auf einen Hebel übertragen zu können, wobei der Hebel sich nur um einen Mittelpunkt drehen kann. Hier ist der Mittelpunkt des Hebels mit der Starrachse verbunden. Die beiden Stangen, zu beiden Seiten des Hebels, bewerkstelligen den Längenausgleich beim Ein- und Ausfedern durch Drehung des Hebels, wobei sie ihn gleichzeitig in der Mitte halten.

Discovery II Wattgestänge

Land Rover Fahrzeuge mit Wattgestänge:

• Discovery II, Hinterachse

Federung

Die Federung ist neben der Lenkung der einzige Teil der Radaufhängung, also auch der Starrachse, der eine Bewegung erlaubt (abgesehen von den leichten Versetzungen bei den anderen Führungselementen). Diese Bewegung ist maßgeblich für die Fahrsicherheit- und Dynamik und den Komfort verantwortlich. Als Federung werden alle Teile der Aufhängung bezeichnet, die bei einer Verformung entsprechende Rückstellkräfte bilden.

Blattfedern

Sie ist die älteste Form der Federung im Fahrzeugbau. Die Vorteile sind die einfache Bauweise und ihre Robustheit. Nachteilig sind der geringe Dämpfungswert, Wartungsaufwand und der Komfort. Die Eigenreibung zwischen den Blättern wurde früher zur Dämpfung genutzt und es wurde auf weitere Dämpfungselemente verzichtet. Die zu geringe Eigenreibung macht heute jedoch zusätzliche Dämpfungselemente (Stoßdämpfer) notwendig. Durch Kombination verschiedener Federelemente lassen sich unterschiedliche Federungseigenschaften einstellen (z.B. weiche Federung unbeladen, harte in beladenem Zustand). Für schwere und schwerste Lasten (z.B. Bahnwaggons) ist sie heutzutage immer noch ein weit verbreitetes Federungselement. Es finden sich auch Kombinationen von Blattfedern und Stoßdämpfern.

Land Rover Fahrzeuge mit Blattfedern:

• Serie I-III, mit Stoßdämpfer
• FWC

Schraubenfedern und Stoßdämpfer

Die Blattfeder wurde im PKW Bereich von der Schraubenfeder verdrängt. Bei den Geländewagen setzen allerdings heute noch Hersteller auf die Blattfeder. Im gehobenen Fahrzeugsegement finden sich zunehmend Luftbälge. Der erste vollwertige Geländewagen mit Schraubenfedern war der 1970 auf den Markt gebrachte Range Rover.
Da die diese Feder alleine nicht in der Lage ist, die Achse so ruhig zu führen, dass ein sicherer Bodenkontakt gewährleistet ist, ist sie immer mit Stoßdämpfern kombiniert. Dieses Paar ist heutzutage das Standardsystem für PKW. Ihre Vorteile sind der geringe Platzbedarf, der einfache Aufbau, geringes Gewicht, keine Eigendämpfung und sie ist wartungsfrei. Nachteilig ist, im Gegensatz zur Blattfeder, dass sie weitere Radführungselemente benötigt.

Land Rover Fahrzeuge mit Schraubenfedern:

• Range Rover Classic
• Defender und Vorläufer (110 / 90 / 130).
• Discovery I, II

Balgfedern

Luftbalg Range Rover P38a, vorne rechts

Ein textilverstärkter, luftgefüllter Gummibalg mit konstantem Volumen, ausgeführt als Falten- oder Rollbalg, übernimmt die Federung. Durch zu- oder abpumpen von Luft erfolgt die Niveauregulierung. Diese Federn sind immer häufiger im Bussen und Nutzfahrzeugen sowie PKW der gehobenen Klasse zu finden. Der erste Land Rover mit dieser Federung war der Range Rover P38a. Vorteile dieses Systems ist die Niveauregulierung und das von der Zuladung unabhängige Komfortverhalten. Nachteilig ist, wie bei der Schraubenfeder, der Bedarf an weiteren Radführungselementen.

Land Rover Fahrzeuge mit Luftbälgen:

• Range Rover P38a, 3 und 4
• Discovery II, 3 und 4

Weiterführende Links

• Starrachsen