Die Federung:
Die wichtigsten Funktionen einer Automobilfederung bestehen darin:
-die Räder in die Lage zu versetzen, dem Bodenprofil zu folgen,
ohne übergroße Belastungen auf die Karosserie zu übertragen;
-die Räder in Kontakt mit dem Boden zu halten;
-die auf die Fahrgastzelle und allgemein die Karosserie des Fahrzeugs
übertragenen Bewegungen maximal zu dämpfen.
Dies kann zumindest teilweise durch die kombinierte Wirkung von
Federn und Dämpfern erreicht werden.
Grundbegriffe
Um die auf Unebenheiten der Fahrbahn
zurückzuführenden Vibrationen und Stöße zu
filtern, d.h. sie zu absorbieren oder zu reduzieren, ist zwischen
Rad und Karosserie der Einbau eines elastischen Elements erforderlich.
Damit die Radaufhängung diese Stöße optimal auffängt,
muß die Feder weich, d.h. möglichst flexibel sein.
Aber die Unebenheiten der Fahrbahn bewirken auch sprunghafte Bewegungen
der Räder und Schwingungen des Fahrzeugs (was sich nachteilig
auf die Straßenlage auswirkt). Die Amplitude dieser Bewegungen
ist umso größer, je flexibler die Federung ist. Sie
müssen also reduziert werden. Das ist die Aufgabe des Dämpfers:
er muß zugleich die Schwingungen der Karosserie verhindern
und die Räder in Kontakt mit dem Boden halten.
Die Feder/Dämpfer-Kombination ist der Grundbestandteil einer
Radaufhängung und ausschlaggebend für ihre Qualität.
Der erste wichtige Parameter für die Beschreibung einer Radaufhängung
ist die Eigenfrequenz der Achsen. Diese wird definiert durch die
Steifheit (das Gegenteil der Flexibilität) des elastischen
Elements (Feder, Gas), das die Achse mit der Karosserie verbindet,
und durch den vom Fahrwerk getragenen Aufbau des Wagens.
Als zweiter Parameter ist der Dämpfungsgrad zu berücksichtigen.
Ein schwieriger Kompromiß
Um guten Komfort zu gewährleisten,
ist eine Federung mit hoher Flexibilität und geringe Dämpfung
erforderlich. Für die gute Straßenlage ist dagegen
eine weniger flexible Radaufhängung mit hoher Dämpfung
erforderlich. Bei Federungen herkömmlichen Typs sind diese
beiden Forderungen nur schwer zu vereinbaren, und man ist gezwungen,
dem einen oder dem anderen Faktor den Vorzug zu geben. Erst die
elektronisch gesteuerte hydraulische Federung macht es möglich,
beiden Forderungen zu entsprechen.
Hydropneumatik:
Das Prinzip der hydraulischen Federung besteht darin, die herkömmlichen
mechanischen Federn durch zwei Medien
zu ersetzen: eine Flüssigkeit (Mineralöl) und ein Gas
(Stickstoff).
Physikalische Gesetze
Die verwendeten Gase und Flüssigkeiten
unterliegen drei physikalischen Gesetzen:
-dem Pascalschen Theorem: Flüssigkeiten im Ruhezustand übertragen
die Druckschwankungen, denen sie ausgesetzt sind, vollständig
und an alle Punkte.
-dem Gesetz von Mariotte: Für eine gegebene, auf konstanter
Temperatur gehaltene Gasmenge ist das Produkt von Druck und Volumen
konstant. PxV=Konstant.
-der Laplaceschen Gleichung: Bei dynamischer Temperaturveränderung
des Gases wird diese Beziehung zu PxV*=Konstant (* ist ein Faktor,
der für Stickstoff 1,4 beträgt).
Funktionsprinzipien
In einer hydraulischen Federung ist das
Gas das elastische Element, dessen Druck sich entsprechend der
Belastung verändert. Die unverdichtbare Flüssigkeit
stellt die Verbindung zwischen den mechanischen Elementen (bewegliche
Elemente der Achsen) und dem Gas her.
Jedes Rad ist unabhängig von den anderen durch einen Lenker
(1) mit der Karosserie verbunden. Ein mit dem Lenker verbundener
Kolben (2) gleitet in einem Zylinder (3) und wirkt auf eine Flüssigkeit,
die über eine Membran eine konstante Gasmenge in einer Stahlkugel
(4) verdichtet. Die Flexibilität der sich daraus ergebenden
pneumatischen Federung ist proportional dem Druck und dem Volumen,
entsprechend der Formel PxV*=K.
Die hydraulische Federung ermöglicht hohe Flexibilität
und konstante Bodenhöhe, unabhängig von der Belastung
des Fahrzeugs: Eine automatische Korrekturvorrichtung verändert
das Volumen der Flüssigkeit, um die Bodenfreiheit des Fahrzeugs
bei Veränderung der Zuladung konstant zu halten.
Die Dämpfung wird durch den Durchfluß der Flüssigkeit
durch kalibrierte Bohrungen erreicht, die entsprechend dem Flüssigkeitsdruck
von Ventilen blockiert werden. 1. Längslenker
2. Kolben
3. Zylinder
4. Federungskugel
Die so erreichte Verlangsamung der Flüssigkeitsbewegung
ist umso höher, je plötzlicher die von den Rädern
verursachten Bewegungen eintreten. Dieser Dämpfer wird zwischen
dem Zylinder und der Federungskugel eingebaut.
Eine neue Etappe
Eine hydraulische Federung kann als teilweise
aktiv angesehen werden, da sie eine externe Energiequelle benutzt,
um bestimmte Einstellparameter zu beeinflussen. Damit verleiht
sie dem Fahrzeug eine ausgezeichnete vertikale Straßenlage
und gutes dynamisches Fahrverhalten.
Angesichts der ständig wachsenden Forderungen, die an die
Lagestabilität der Karosserie und das Kurvenfahrverhalten
gestellt werden, ist Citroën einen Schritt weiter gegangen.
Auf der Basis der in den letzten Jahren für die Entwicklung
von aktiven Systemen geleisteten Forschungsarbeiten sowie der
Fortschritte der Elektronik war es möglich, diese neue Lösung
bis zur Fertigungsreife zu entwickeln.
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