Fahrwerk - Federung und Dämpfung

Federung und Dämpfung

Einführung Federung und Dämpfung
Dämpfung
Federung
Käfer mit kurzem Vorderwagen
VW 1302/1303
Zusammenfassung - Tendenzen
Cup-Streben und Federbeine hinten

Federung und Dämpfung

Die Fahrzeugfederung dient zum einen dem Komfort der Insassen und zum anderen der Fahrsicherheit durch Vermeidung von übermäßigen Radlastschwankungen - bis hin zum Abheben einzelner Räder. In einer einfachen Betrachtung kann die Masse des Aufbaus und aller gefederten Teile im einer Masse m2 zusammengefaßt werden. Die ungefederten Massen der Räder, Bremsen und Radführungsbauteile bilden die Masse m1. Die ungefederte Masse m1 wird über den Reifen (Reifenfeder) auf der Straße abgestützt, während die Aufbaumasse m2 über die Federung und die Stoßdämpfer mit dem Fahrwerk verbunden ist. Als Federelemente kommen Schraubenfedern (Vorderachse 1302, 1303), Drehstabfedern (Pendel- oder Schräglenkerhinterachse) oder wie Drehstabfedern wirkende Blattfederpakete (Vorderachse VW 1200, 1300, 1500) bei den betrachteten VW-Modellen in Frage. Die fälschlicherweise als "Stoßdämpfer" bezeichneten Schwingungsdämpfer waren bei frühen Käfern Hebelstoßdämpfer. Heute werden durchweg Teleskopdämpfer als Einrohrgasdruck- oder Zweirohrdämpfer verwendet. Die Eigendämpfung der Reifen ist vernachlässigbar gering. Die Einflüsse der Parameter auf Fahrsicherheit und -komfort zeigt die Tabelle weiter unten.

Die Größen dieses Schwingungsersatzsystems nehmen beim Käfer folgende Werte an:

VW 1200, 1300:
 

VW 1303
 

Größe	Vorderachse	Hinterachse
Ungefederte Masse m1	40 kg	40 kg
Gefederte Masse m2	380 kg	512 kg
Achslastanteil	43 %	57 %
Aufbaufedersteifigkeit, radbezogen Serie	8,3 N/mm	17,5 N/mm
Aufbaufedersteifigkeit, radbezogen Sportfahrwerk	11,7 N/mm	17,5 N/mm
Reifenfedersteifigkeit 165 R 15 S 1,3/1,9 bar	125 N/mm	170 N/mm
Dämpfung:
Zug, Boge T27 Seriendämpfer	Ns/m	1970  Ns/m
Druck, Boge T27 Seriendämpfer	Ns/m	818 Ns/m
Dämpferübersetzung zum Rad	ca. 0,9	ca. 0,7

Bei der richtigen Abstimmung von Federung und Dämpfung sind einige sich zum Teil widersprechende Forderungen zu erfüllen.

• Schutz der Insassen und Ladung vor Schwingungen (weiche Federung, niedrige Dämpfung)
• Geringe Schwankung der Radlsten, da die übertragbaren Brems-, Seiten und Antriebskräfte (auch) von der Radlast abhängen und jede Schwankung für den Fahrer spürbar ist (hohe Dämpfung)
• Geringe Kurvenneigung (harte Federung, hohe Dämpfung)
• Neutrales bis leicht untersteuerndes Fahrverhalten (Abstimmung zw. Vorder- u. Hinterachse)
• Wenig Änderung der Federungseigenschaften mit zunehmender Beladung (Federraten von der Zuladung abhängig)
• Geringe Karosseriebeanspruchung (weiche Federung und Dämpfung)

Die Wahl von Federkonstanten und Dämpfungsraten kann nur ein Kompromiß zugunsten des Komforts (i.A. Serienabstimmung) oder der Fahrsicherheit (Sportfahrwerke) darstellen. Lediglich die Nachrüstung älterer Käfer-Modelle mit kurzem Vorderwagen auf den letzten Produktionsstand mit Stabi vorn und Ausgleichsfeder hinten kann eine Verbesserung beider Eigenschaften bringen.

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Dämpfung

Die Dämpfung erfolgt sowohl beim Einrohr- als auch beim Zweirohrdämpfer durch das gleiche Prinzip. Der Arbeitskolben mit den Ventilen und der Kolbenstange bewegt sich in einem mit Öl gefüllten Rohr. Beim Einfahren der Kolbenstange wird entsprechend dem Volumen des eingefahrenen Teils der Kolbenstange Öl verdrängt. Der Dämpfer braucht daher einen Ausgleichsraum. Beim Einrohrdämpfer übernimmt diese Funktion eine mit Gas gefüllte Kammer (20 bis 30 bar), beim Zweirohrdämpfer das zweite Rohr. Die Ventile im Kolben und/oder Boden (Zweirohrdämpfer) öffnen Drosselbohrungen durch die das verdrängte Öl fließen kann. Die Dämpfungskraft ist von der Vorschubgeschwindigkeit der Kolbenstange abhängig.

Vorderachsdämpferpatrone VW 1303, Quelle KONI

Hinterachsdämpfer VW 1303, Quelle: KONI

In der Tabelle sind die Eigenschaften der beiden Dämpferbauarten gegenübergestellt.

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Federung

Kurbellenker- und Bundbolzenvorderachse
Die Erhöhung der Federrate an diesen Vorderachsen ist mit einfachen Mitteln nicht möglich. Man müßte die Federpakete in den Achsrohren verstärken, was aus Platzgründen nicht möglich ist. Die früher von VW lieferbaren Schlechtwegefahrwerke mit härterer Federung und höherer Lage der Karosserie sind heute nicht mehr erhältlich.

Stabilisatoren verhärten die Federung beim wechselseitigen Federn, nicht jedoch beim gleichseitigen Federn. Tuning-Stabilisatoren für die Vorderachse stehen mit 15 mm (Fa. Eibach) und sogar 19 mm Durchmesser zur Verfügung. Sie verändern ohne Maßnahmen an der Hinterachse das Fahrverhalten sehr in Richtung untersteuern.

Pendelachse
Ohne Erhöhung der Federrate an der Vorderachse ist auch eine härtere Hinterachsfederung beim Käfer mit kurzem Vorderwagen nicht erfolgversprechend, da das Eigenlenkverhalten weiter in Richtung Übersteuern verändert würde. Aus dem VW-Teileregal kommen sowieso nur die Drehstäbe mit 21 mm (Mexiko-Käfer), 22 mm oder 23,5 mm Durchmesser (Typ 3 Variant) in Frage. Diese Drehstäbe sind in verschiedenen Längen und damit Federsteifigkeiten verbaut worden, wie die Tabelle zeigt.
 

Aus dem Tuningregal sind Drehstäbe mit Durchmessern von 23,0 mm und 24,5 mm (Porsche 944 Sportfahrwerk) bekannt. Speziell für Rennfahrzeuge und Baja-Buggies sind in den USA Drehstäbe in Abstufungen von 1 mm bis 30 mm Durchmesser erhältlich.

Die erzielbaren Federsteifigkeiten der Serien- und Tuningdrehstäbe bezogen auf das Rad zeigt das oben stehende Bild. Mit dem 22er Pendelachs-Drehstab vor 1978 könnte die Federrate eines Mexiko-Käfers um ca. 20 % erhöht werden. Ebenso erhöht sich die Federrate eines Schräglenker-Fahrwerks nach August 1970 durch die Umrüstung auf einen kürzeren Pendelachsdrehstab neuer Bauart bei gleichem Durchmesser (22 mm) um 17%. Größere Durchmesser als 24,5 mm sind im Straßenbetrieb nicht sinnvoll und verändern das Fahrverhalten bei Beibehaltung der Federrate der Vorderachse in Richtung übersteuern.

Die Federraten der Drehstäbe sind so auf die Achslasten der verschiedenen Fahrzeuge abgestimmt, daß die Karosserieeigenfrequenz (unbeladen) immer annähernd gleich bleibt. Die Kurven sind deckungsgleich.

McPherson-Federbeinachse
Ein Austausch der Fahrwerksfedern an der Vorderachse kommt aus zwei Gründen in Frage.

• Tieferlegung des Fahrzeugs um 30 bis 70 mm
• Härtere Federung (Sportfahrwerk)

In der Tabelle sind verschiedene Lieferanten von Tieferlegungsfedern für den VW 1302/03 (Vorderachse) der Baujahre 1970-1979 aufgeführt.
 

Erhöht sich auch die Federrate der Tuningfeder (Sportfederung), dann muß auch die Dämpfung erhöht werden, um ein Nachschwingen oder Stuckern insbesondere des leeren Fahrzeugs zu vermeiden. Deshalb ist es sinnvoll, auf fertig abgestimmte Sportfahrwerkspakete, bestehend aus Federn und Dämpfer zurückzugreifen. Diese Pakete berücksichtigen auch den Wunsch nach einer Tieferlegung. Die Tabelle zeigt eine (unvollständige) Auswahl von Tieferlegungsfahrwerken für den VW 1302/03.
 

Bei sogenannten "Gewindefahrwerken" kann die Fahrzeughöhe mittels einer Mutter, die den unteren Federteller in der Höhe verschiebt, stufenlos eingestellt werden. Die Federn der "Gewindefahrwerke" sind i.d.R. im Durchmesser kleiner, so daß breitere Felgen unter den Serienkotflügeln montiert werden können, z.B. 7,5 x 17 ET 52 Porsche Cup-Felgen.

Schräglenkerachse
Die Drehstäbe der Schräglenkerachse sind um 74 mm länger als die der Pendelachse. Ein Umbau der Schräglenkerachse auf Pendelachsdrehstäbe bringt bei 22er Stäben eine Erhöhung der Federrate um 16%. Es sind jedoch auch andere lange Drehstäbe aus anderen Fahrzeugen verwendtbar, siehe Tabelle.
 

Drehstäbe von Fahrzeug	Durchmesser in mm	Erhöhung der Federrate
1302/1303/Automatik	22	0%
Porsche 924 bis 07/80	22	0%
Porsche 924 nach 07/80	23,5	30%
VW Typ 3 Variant	23,5	30%
Porsche 924/44 M30 Sportfahrwerk	24,5	50%
Tuningfedern für Sporteinsatz	26, 27, 28	100 bis 160%

Für den reinen Straßeneinsatz ist eine zu harte Federung in Verbindung mit einer Tieferlegung aus Komfortgründen nicht zu empfehlen. Dies gilt insbesondere für den Käfer mit kurzem Vorderwagen (Automatikfahrgestell), da eine härtere Federung der Hinterachse das Fahrverhalten in Richtung übersteuern verändert.

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Käfer mit kurzem Vorwagen

Als sinnvolle Tuningmaßnahmen im Bereich Federung und Dämpfung für den Straßenbetrieb kommen vorwiegend Änderungen der Dämpfung in Frage:
 

In Zusammenhang mit dem Einbau von verstellbaren Vorderachskörpern und tiefergelegter Vorderachse wird gelegentlich auf die Möglichkeit verwiesen, Zweirohrdämpfer vom Opel Kadett C (Vorderachse) mit aufgebohrtem Befestigungsauge zu montieren. Diese Dämpfer weisen zwar die korrekte Länge für tiefergelegte Kurbellenker-Vorderachsen auf, haben aber gleichzeitig höhere Dämpferkräfte (abgestimmt auf Opel-Frontmotor!) und werden deshalb unkomfortabler als rote Koni- oder Bilsteindämpfer bewertet. Die bekannten Dämpferhersteller liefern meist auch gekürzte Sportdämpfer, sogenannte "rebound"-Dämpfer für tiefergelegte Vorderachsen ("Puma-Achsen"), siehe Tabelle.