Federung
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Die Federung ist Teil des Fahrwerks von Fahrzeugen. Sie soll gewährleisten, dass die Räder Fahrbahnunebenheiten folgen, der Rest des Fahrzeugs sich aber möglichst nicht auf und ab bewegt.
Ohne Federung würden Fahrbahnunebenheiten ungefiltert auf das Fahrzeug übertragen werden, was speziell bei höheren Geschwindigkeiten zu sehr starken Beschleunigungen in vertikaler Richtung führen würde. Fahrzeug, Fahrer, Passagiere und Ladung wären starken Kräften ausgesetzt und die Räder würden zeitweise den Fahrbahnkontakt verlieren. Die Federung dient also nicht nur dem Fahrkomfort, sondern vor allem der Fahrsicherheit und dem Schutz des Fahrzeugs.
Bereits die Bereifung trägt einen geringen Teil zur Federung des Fahrzeugs bei. Der Hauptteil wird jedoch durch die Federn erreicht.
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[Bearbeiten] Federweg
Die Höhendifferenz zwischen einer unbelasteten und einer vollständig komprimierten Federung wird als Gesamtfederweg bezeichnet. Im Ruhezustand lastet die Masse des Fahrzeugs auf den Federn und reduziert den Gesamtfederweg um den Negativfederweg auf den Positivfederweg. In der Regel sind Gesamtfederweg und Federkennlinie so bemessen, dass der Negativfederweg in diesem Zustand 30 % des Gesamtfederwegs beträgt und 70 % Positivfederweg verbleibt.
Ein großer Federweg ermöglicht den Ausgleich großer Fahrbahnunebenheiten, bewirkt jedoch einen hohen Schwerpunkt des Fahrzeugs und steht daher bei zweispurigen Fahrzeugen hohen Geschwindigkeiten in Kurven entgegen. Sportwagen verfügen daher in der Regel über einen kleinen Federweg. Je kürzer der Federweg ist, desto steifer müssen die Federn sein.
[Bearbeiten] Ungefederte und gefederte Masse
Die Güte der Federung wird wesentlich durch das Verhältnis von ungefederter zu gefederter Masse bestimmt: die Federung ist umso besser, je kleiner die ungefederte im Verhältnis zur gefederten Masse des Fahrzeugs ist. Darum ist die Luftbereifung sehr wirksam: sehr kleine ungefederte Masse, nämlich nur ein kleiner Teil der Gummiwände; leider sind hier die Federwege aber auch sehr kurz, was die Wirkung wiederum beschränkt. Deshalb werden in der Regel Räder, Radbefestigung, Bremsanlage und Teile der Aufhängung (Schwingungsdämpfer, Federn, Stabilisator, Achswelle) zu den ungefederten Massen am Fahrzeug gezählt. Um ein möglichst günstiges Verhältnis von ungefederter zu gefederter Masse zu erreichen, werden an Sport- und Rennfahrzeugen besonders leichte Felgen aus Aluminiumlegierungen, Magnesiumlegierungen oder CFK, sowie leichte Bremsanlagen z. B. mit Kohlenstofffaser-Keramik-Bremsscheiben eingesetzt. Aufgrund ihrer Elastizität sind an Geländemotorrädern nach wie vor Speichenräder üblich.
[Bearbeiten] Dämpfung
Ohne Schwingungsdämpfer würde das Fahrzeug nach jeder Fahrbahnunebenheit oder Richtungsänderung lange nachschaukeln. Diese Wankbewegungen beeinträchtigen nicht nur den Fahrkomfort, sie gefährden vor allem die Fahrsicherheit, da sich während des Schwingens die Kräfte, die das Rad auf die Straße drücken, ständig ändern, und damit auch die maximalen Kräfte, die der Reifen längs und quer übertragen kann. Beim Aufschaukeln wird somit das Fahrzeug in Kurven so instabil, dass es nicht mehr kontrolliert werden kann und unweigerlich ausbricht, oder sich gar überschlägt.
[Bearbeiten] Bauformen
Bei den ersten Automobilen wurde die Federung wie bei Kutschen durch je eine Blattfeder pro Fahrzeugseite erreicht. Bis heute wird diese Konstruktion an Nutzfahrzeugen eingesetzt.
Die heutzutage gebräuchlichste Form der Federung ist die Schraubenfederung.
Der VW-Käfer hatte bereits in den Vorkriegsprototypen hinten 2 Drehstabfedern (Torsionsfedern), die anfangs häufig brachen, bevor das richtige Material gefunden war. In der Großserie gab es dann keine Probleme damit. Dabei ist für jedes Rad in einem festen Rohr ein Drehstab in der Fahrzeugmitte fest gelagert und an der Fahrzeugseite ca 30 cm vor der Hinterrad-Antriebsachse drehbar gelagert; dort sitzt auf dem Drehstab eine Schwinge (beim Käfer "Federschwert" genannt) als Hebelarm, an der das Radlager befestigt ist.
In den 1950er Jahren gab es bei amerikanischen Autoherstellern teilweise Fahrzeuge mit Torsionsfederung. Diese arbeitet durch ihre karosserieversteifende Wirkung sehr komfortabel. Allerdings gab es in den 1950er Jahren einige technische Probleme, weshalb die meisten amerikanischen Fahrzeuge teilweise bis heute mit je einer Blattfeder pro Rad versehen sind.
Die bei Bussen und Lkw verbreitete Luftfederung, bei der ein Generator Luftdruck erzeugt, der über Federbälge eine komfortable Aufhängung mit der Möglichkeit einer Niveauregulierung bewirkt, wurde in Deutschland erstmals von Borgward verwendet. In den sechziger Jahren waren die Oberklasselimousinen von Mercedes-Benz luftgefedert.
Citroën verbaut in seinen PKW der Mittelklasse und Oberklasse seit der legendären Citroën DS eine hydropneumatische Federung (Hydropneumatik). In der Vergangenheit haben Mercedes-Benz und Rolls-Royce es in Lizenz verbaut. Mit dem Citroën XM führte Citroën die elektronisch geregelte Hydractive ein. Der Citroën Xantia Activa hatte zusätzlich eine aktive Fahrwerksstabilisierung, die die Seitenneigung in Kurven nahezu vollständig unterdrückte.
DaimlerChrysler hat als erster Premiumhersteller Ende der 90er Jahre die S-Klasse mit der sog. AirMatic ausgestattet, die aus einer 4-Corner Luftfederung mit regelbaren Dämpfern besteht. Hier wurde erstmals ein außengeführter Rollbalg mit axialen Festigkeitsträgern eingesetzt, was neue Maßstäbe im Fahrkomfort gesetzt hat. Mittlerweile bieten verschiedene Hersteller die gehobenen Modelle mit einer (optionalen) Luftfederung an.
Aber Höhepunkt der technischen Entwicklung ist die computergestützte vollaktive Federung, wie Active Body Control bei der 1999 eingeführten Mercedes-Benz CL-Klasse, bei der es sich aber wohlgemerkt um keine Luftfederung handelt. Vielmehr werden bei diesem System die höherfrequenten Schwingungen (> 5 Hz) von konventionellen Stahlfedern aufgenommen.
Noch nicht in Serienfahrzeugen zu finden ist die Bose-Federung, bei der ein Elektromotor das Rad nach unten drückt bzw. wieder hochzieht. Sämtliche Schlaglöcher, über die man fährt, sollen komplett abgedämpft/abgefedert werden, ohne dass die Insassen des Fahrzeugs etwas spüren. Außerdem soll die Bose-Federung nach den eigenen Wünschen programmierbar sein.
